1. 研究目的与意义
自从1885年10月卡尔本次研制出世界上第一辆三轮汽车开始，人类正式进入汽车时代。随着时代的发展，科技的进步，经济的高速发展，城市规模的扩大以及人口的飞速增长，人们的出行次数越来越多。特别是自21世纪开始，我国基础建筑的大规模开展，城市与城市之间的道路越来越多，这大大增加了人们的出行欲望，同时也增加了人们购买机动车的欲望，汽车已经成为了当代人民生活的必需品。根据德国市场研究所的统计，2020年全球汽车总量为7.37亿辆，预计在未来的8年里，世界汽车的数量将比起现在增加16%左右。因此，交通拥堵、交通事故、能源浪费和环境污染等一系列问题变得越来越严重。根据世界卫生组织的统计，全球每年死亡人数约为5200万人，其中死于交通事故的约为50万人，占全球总死亡人数的1%。中国每年因交通事故而死亡的人数约为9万人。交通事故已经成为人类十大杀手之一，同时也造成了非常严重的经济损失和环境污染。根据权威机构的相关数据预测，这些机动车的相关问题在未来几年里可能有大幅度的上升概率。
根据百度地图发布的《2019年度中国城市交通报告》，不难发现，中国已经进入了堵车时代。该报告显示，重庆、北京、贵阳为2019年全国百城堵车榜的前三名。其中重庆为全国最堵城市，其通勤高峰拥堵指数为2.165，相比2018年上升了18.7%，通勤高峰的实际速度仅为23.64公里/小时。除重庆外，所有汽车拥有量为200万及以上的城市中，只有上海和沈阳的通勤高峰拥堵指数相比2018年有所下降，其余都为上升。
因为当今社会的交通相关问题越来越严重，同时得益于互联网技术的飞速发展以及大数据技术的兴起，车联网技术应运而生。2015年1月27日，百度官方正式发布了百度车联网战略，正式加入了车联网系统，与同为中国互联网三大巨头的腾讯、阿里巴巴一起展开了车联网系统的争夺战。
2. 研究内容和预期目标
本课题从实际应用角度出发，设计一种基于无线通信技术的车辆队列控制系统，实验小车主要由微处理器、传感器、电动机和无线通信模块组成，能够通过预先设计的控制算法实现由多辆小车组成的汽车队列实现固定车间距、相同车速、加速度行驶的功能。本课题需完成的功能有小车和硬件的设计、信息的采集、无线通信功能的设计、保持固定车间距、相同车速、加速度行驶的程序设计，以及整个系统的原理图和电路图设计，系统的调试与仿真。
一：无线通信功能的设计
实际中协同行驶的车辆之间一般使用无线通信技术进行信息的交互，然而由于道路周围环境的各种不确定因素，车队在道路上的无线通信可能会受到影响，从而影响车队的稳定行驶，所以采用多辆自主车以及路边传感器协同构筑智能交通系统来解决车行驶时可能会受到的通信影响。车队实际行驶时的车与车、车与路之间的无线通信所需要求不一，前者需要无线通信的延迟足够小，从而保证信号车的信息能够及时传递给其他车，使得整个车队及时做出应对；后者不仅需要考虑到信息延迟，还对无线通信技术的抗干扰能力、安全性要求比较高，以便保证车队的稳定行驶，提高道路的安全性和通行效率，解决如今因汽车数量增多而导致的各种交通问题。
3. 研究的方法与步骤
一：无线通信技术的研究
采用zigbee技术、车与车信息交换结构构建无线通信功能，实现车队行驶时的信息交互，通信结构如图1所示。前车通过无线通信模块，使用zigbee无线通信技术与后车进行通信，将由传感器测得的该车的位置、速度、加速度信息传输给后车。考虑到传输时的误差以及通信延迟和稳定性，采用前车向后两辆车传递的策略。
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. [4] 赵丹丹. 无人驾驶智能车远程监控系统---基于GPRS无线通信网络. 西北工业大学[D].2014 [5] Yang Zheng,Shengbo Eben Li, Jianqiang Wang, Dongpu Cao Keqiang Li. Stability andScalability of Homogeneous Vehicular Platoon: Study on the Influence ofInformation Flow Topologies[J]. IEEE Transactions on intelligenttransportation 2016,17(1):14-26 [6] 杨祺,刘士荣.多自主车辆队列跟随控制器设计[J].华东理工大学学报(自然科学版),2020,46(02):250-258. [7] 闫茂德,宋家成,杨盼盼,朱旭.基于信息一致性的自主车辆变车距队列控制[J].控制与决策,2017,32(12):2296-2300. [8] 陈文博. 智能网联环境下车辆队列控制算法与应用[D]. 重庆邮电大学，2019. [9] 秦晓辉. 多型通信拓扑下车辆队列分布式控制中的稳定性问题[M].清华大学，2016. [10] 甯油江,赵津,张秉坤,石晴.基于汽车车辆跟随距离智能控制仿真[J].计算机仿真,2017,34(09):146-150. [11] Yang Zheng,Shengbo Eben Li, et al. Stability margin improvement of vehicular platoonconsidering undirected topology and asymmetric control[J]. IEEE Transactionson systems technology,2015,24(4):1253-1265 [12] Wenfeng Hu, LuLiu and Gang Feng. Output consensus of heterogeneous linear multi-agentsystems by distributed event-triggered/self-triggered strategy[J], IEEETransaction on cybernetic,vol.47,no.8,pp.1914-1924,2017. [13] 甯油江. 基于无线通信网络的智能车辆队列纵向协作控制研究[D].贵州大学，2017. [14] HAIFENG LI，ZHENPINGCHEN1，BAOCHUAN FU，ZHENGTIANWU，XINHUI JI，MANMAN SUN.Event-triggeredVehicle Platoon Control under Random Communication Noises[J],51874205,61803279, 61876121 and 62003231; Jiangsu Qinglan Project. [15] StringStability and a Delay-Based Spacing Policy for Vehicle Platoons Subject toDisturbances[J],Bart Besselink and Karl H. Johansson, Fellow, IEEE. [16] StabilityAnalysis of Vehicle Platooning with Limited Communication Range and Random PacketLosses[J],Chengcheng Zhao, Member, IEEE, Lin Cai, Fellow, IEEE, and PengCheng, Member, IEEE. [17] VehiclePlatooning with Non-Ideal Communication Networks[J],Chengcheng Zhao, Member,IEEE, Xiaoming Duan,Lin Cai, Fellow, IEEE, and Peng Cheng, Member, IEEE. [18] 张福景，赵研. 一种基于无线通信的车辆远程控制系统[B].中车大连电力牵引研发中心有限公司，2095-5901(2017)09-0034-03. [19] 戴俊，瞿成明，郝玲玲，乔永明. 基于无线通信网络的多智能车速度一致性控制系统[A].安徽工程大学 电气工程学院，1674 － 8425( 2015) 04 － 0107 － 06. [20] 申忠宇，郑启文，王川，张少华，张倩.无线通信网络的多智能小车编队控制系统[A]. 南京师范大学电气与自动化工程学院，博世汽车部件(苏州)有限公司，1001-0505(2013)增刊(I)-0018-04. [21] 路书礼，郑鋆. 自动导引小车的无线通信技术[A].华晨宝马汽车有限公司设备规划部，2020.02.004. |
5. 计划与进度安排
| （1）2022-03-01～2022-03-08 查阅技术资料，确定研究内容和系统架构，撰写开题报告； （2）2022-03-09～2022-03-22 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）2022-03-23～2022-04-19 设计系统硬件电路，编写系统软件程序； （4）2022-04-20～2022-05-17 系统功能软硬件调试及改进； （5）2022-05-18～2022-05-28 整理毕业设计文档，撰写、修改毕业设计论文； （6）2022-05-29～2022-06-06 提交毕业论文，准备答辩。
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