基于一致性理论的车辆队列控制系统设计开题报告

1. 研究目的与意义

随着城市化的发展,我国汽车保有量逐年增加，汽车保有量的急剧上升导致交通拥堵成为了影响市民出行的重要因素。进一步地，道路拥堵又引发了一系列的社会问题以及环境问题,包括通勤时间的增长,降低市民的生活质量并带来了一系列的环境污染问题。此外,近年来,我国由于交通事故发生死亡的人数亦在增多,平均每年造成直接财产损失超亿元。

与此同时,信息技术的发展为解决这些由于汽车保有量急剧增加带来的问题提供了新的思路, 近年来, 学者们提出了智能交通系统(intelligent transportation system, its)这一概念, 为解决现代交通中的一系列问题提供了相应的理论基础。 智能交通系统融合了多种技术, 其中主要包括电子信息技术、 信息传输技术以及控制技等高新技术。由于交通信息瞬息万变, 因此智能交通系统必须是同时具有实时且高效特点的综合管理系统,该系统能够对交通信息进行快速的处理并给出解决结果。

近 几 年 , 随 着 车 车 / 车 路（vehicle-to-vehicle communication /vehicle-to-infrastructure communication，v2v/v2i or v2x)、通信技术和全球定位系统(global positioning system, gps)以及高精度地图的发展,一方面车车/车路之间的信息交互变得更加高效,另一方面车辆可以获取更加精确的自身运动状态信息,例如位置、速度。其中v2x通信技术可借助专用短程通信(dedicated short-range communication, dsrc)技术,该技术可以实现车与车之间的实时信息交互,车辆能够通过该技术获得更多的交通环境信息，根据相邻车辆信息（位置、速度等）自动地调整该车辆的运动状态，并能根据道路信息以及交通信息（交通流，交通信号灯等）对车辆的速度和挡位进行优化，提高交通效率，从而车辆行驶过程中的安全性和经济性以及道路行驶效率得以提高。

2. 研究内容和预期目标

本课题从实际应用的角度出发，设计一种基于一致性理论的车辆队列控制系统，系统包括基于一致性理论的车辆队列控制方法设计、车辆队列控制系统硬件设计和车辆队列控制系统软件设计三个部分，其中车辆队列硬件系统包括车辆的主控芯片，电机驱动模块、车辆状态测量模块、无线通信模块、速度调节模块、角度传感器、道路检测模块、显示模块等。在无线通信模块中，运用无线通信技术如（zigbee、dsrc等）来接收车辆之间的信息传递，通过位置、速度、加速度传感器获取车辆的状态，并通过道路检测模块来获取车路之间的动态联系。根据车辆的状态，由速度调节模块来调整车辆的速度，角度传感器来实现车辆的拐弯，最终通过驱动模块来完成车辆队列控制系统的设计。

研究内容一：通信技术设计

协同的车辆之间的信息传递一般需要通过无线通讯来实现，一方面，考虑到车辆队列在公路上行驶，用来传输车辆信息的无线电波易受到其他各种电磁波的干扰，通讯环境和工况复杂恶劣；另一方面，通讯质量对于车辆队列的稳定行驶至关重要。为了确保车辆状态信息能够在车辆之间得到及时的传递和处理，使车辆队列按照预期目标行驶，

3. 研究的方法与步骤

选取无线数据通信传输进行通信，车辆间通过安装的通信模块通信，把从gps模块中获得的车的位置，通过霍尔编码器获得的速度、加速度等信息发送给领头车；同样对gps模块获得的数据进行处理实时测得两车之间的距离，领头车获取本车的信息之后进行速度规划并发给车辆底层控制，通过电机的转速以及转向，控制车速；跟随车辆通过综合考虑其与领头车位置差及速度差信息，调整自身车速来控制车辆间距离，采用的是领导-跟随者控制（leader–follower control）编队方法。

步骤一：系统硬件设计。分析实现预期目标需要收集什么数据。初步确定设计的思路以及需要实现的功能，从而选择合理可行的硬件电路来实现预期目标。硬件框图如下图一所示。

4. 参考文献

[1] 郑启文. 基于无线通信网络的多智能体小车协作控制系统研究[d].南京师范大学,2012.

[2] 宋宇. 车辆互联环境下匀质车辆队列协同控制研究[d].重庆邮电大学,2018.

[3] 邓晓峰，赵祥模，田彬，等. 基于实车数据的cacc车辆队列纵向控制测试平台[c].2019世界交通运输大会,2019.

5. 计划与进度安排

（1）2022-03-01～2022-03-14 查阅技术资料，确定研究内容和系统架构，撰写开题报告；

（2）2022-03-15～2022-03-28 结合总体架构，完成传感器选型、系统硬件功能分析和设计；

（3）2022-03-29～2022-04-25 设计系统硬件电路，编写系统软件程序；