無信號(hào)燈十字交叉口協(xié)作車輛控制研究

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1、無信號(hào)燈十字交叉口協(xié)作車輛控制研究李勇2015年1月中圖分類號(hào)：TP242.6UDC分類號(hào)：629無信號(hào)燈十字交叉口協(xié)作車輛控制研究作者姓名李勇學(xué)院名稱機(jī)械與車輛學(xué)院指導(dǎo)教師熊光明副教授答辯委員會(huì)主席苑士華教授申請(qǐng)學(xué)位工學(xué)碩士學(xué)科專業(yè)機(jī)械工程學(xué)位授予單位北京理工大學(xué)論文答辯日期2015年1月ResearchonMulti‐VehicleCooperationandControlinanIntersectionwithoutTrafficLightCandidateName：LiYongSchoolorDepartment:SchoolofMechanicalEngi

2、neeringFacultyMentor:Assoc.Prof.XiongGuangmingChair,ThesisCommittee：Prof.YuanShihuaDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：MechanicalEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January,2015北京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要無人駕駛車輛技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到一定水平，但完全應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)生活還有很長(zhǎng)一段距離。尤其在混合交通場(chǎng)景中，多個(gè)無人駕駛車輛之間、無人駕駛

3、車輛與有人駕駛車輛之間如何交互還是一個(gè)亟待解決的問題。本文研究無信號(hào)燈十字交叉路口環(huán)境下的多車協(xié)作控制，在考慮車輛動(dòng)力學(xué)特性的基礎(chǔ)上，針對(duì)無人駕駛車輛與有人駕駛車輛及多無人駕駛車輛之間的協(xié)作與控制問題展開研究。無人駕駛車輛與有人駕駛車輛之間進(jìn)行交互時(shí)，首先通過無線通信獲取有人駕駛車輛的狀態(tài)信息，并建立交叉口車輛行為預(yù)測(cè)的有限狀態(tài)機(jī)模型，對(duì)交叉口有人駕駛車輛的行為進(jìn)行預(yù)測(cè)。構(gòu)建應(yīng)用于無人駕駛車輛的混合狀態(tài)系統(tǒng)，結(jié)合無人駕駛車輛交叉口安全條件運(yùn)行規(guī)則，實(shí)現(xiàn)對(duì)無人駕駛車輛離散狀態(tài)的分析及車輛控制。最后運(yùn)用PreScan和Simulink/Stateflow實(shí)現(xiàn)交叉口聯(lián)合仿

4、真。仿真結(jié)果表明，該方法可以使無人駕駛車輛與有人駕駛車輛進(jìn)行交互協(xié)作，并安全地通過路口。多無人駕駛車輛通過路口時(shí)，基于分層控制理念，搭建了路口控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)分為宏觀路口控制器、車輛頂層控制器以及車輛底層控制器。其中宏觀路口控制器通過無線通信的方式獲取進(jìn)入路口的各個(gè)無人駕駛車輛的狀態(tài)信息，并根據(jù)各個(gè)車輛的速度和位置等信息預(yù)測(cè)車輛在路口潛在的沖突，計(jì)算出各個(gè)車輛避免沖突的目標(biāo)速度，而車輛頂層和底層控制器則控制車輛跟蹤目標(biāo)速度。通過PreScan和Simulink搭建仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于沖突預(yù)測(cè)的路口協(xié)作算法在保證安全的前提下提高了路口通行效率。為了采用真實(shí)的無

5、人駕駛車輛驗(yàn)證多車路口協(xié)作算法，基于東風(fēng)猛士平臺(tái)設(shè)計(jì)無人駕駛車輛的縱向控制系統(tǒng)，其中包括電控液壓制動(dòng)系統(tǒng)、電控油門系統(tǒng)、車速的采集以及綜合速度的控制，實(shí)現(xiàn)無人駕駛車輛的縱向控制。通過該無人駕駛車輛和一輛有人駕駛車輛搭建無信號(hào)燈多車路口協(xié)作研究實(shí)車實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，該平臺(tái)中的車輛采用GPS和慣導(dǎo)進(jìn)行組合定位，采用ZigBee模塊進(jìn)行無人駕駛車輛和有人駕駛車輛之間的通信。實(shí)車實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了路口協(xié)作算法在實(shí)際無信號(hào)燈路口環(huán)境中的可行性，提高了無人駕駛車輛的行駛安全性。關(guān)鍵詞：無人駕駛車輛；無信號(hào)燈路口；多車協(xié)作；有限狀態(tài)機(jī)；混合狀態(tài)系統(tǒng)I北京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文AbstractThe

6、technologyofunmannedvehiclehasbeentoacertainlevel,butitstillhasalongdistancetobecompletelyappliedtoourreallife.Especiallyinthemixedtrafficscenario,itreservestobeaseriousproblemthathowtocooperatebetweenthemulti-unmannedvehiclesorbetweentheunmannedvehicleandthemannedvehicle.Inthisthesis,

7、themulti-vehiclecollaborativecontrolwascarriedoutunderanintersectionenvironmentwithouttrafficlights.Theproposedframeworkforcesoncooperationandcontrolamongthemulti-unmannedvehicles,aswellastheunmannedvehicleandthemannedvehicle,duringwhichvehicledynamicsareconsidered.Theunmannedvehicle