详情

原文传递多车协同驾驶的分布式混成控制方法研究

论文题名：	多车协同驾驶的分布式混成控制方法研究
关键词：	多车协同驾驶;混成系统;人工势场;模型预测控制;混成自动机
摘要：	车辆协同驾驶旨在兼容道路交通安全与效率的前提下，充分利用道路条件，实现若干单车之间的协同控制与驾驶，使其不仅具有组队行驶速度快，间距小等特点，还能够根据不同路况，通过协作的方式，完成换道，驶入及驶出等不同协作行为，增加交通的安全性和可组织性。　　车辆协同驾驶本质上是离散事件系统和连续动态系统相结合的混成控制系统，包括车间离散协作状态的变迁和连续的协作驾驶控制的执行。然而，目前车辆协同驾驶对离散和连续协作行为的定义尚不明晰，其交互作用过程的描述和建模手段缺乏。特别是，如何发挥车-车通信与车-车信息共享的优势，构建一个分层的、分布式的车辆协同驾驶系统，实现车辆协作状态变迁建模以及状态变迁下的系统连续控制方法，满足道路环境实时动态变化要求，提升多车驾驶安全与道路通行能力，是有待解决的问题。围绕这些问题，本文开展了如下研究：　　（1）多车协同驾驶系统既包括多个车辆的离散状态切换，又包括单个车辆的连续运动控制，属于典型的混成系统。本文采用分布式、分层控制结构。利用协作层负责离散状态切换，控制层负责连续运动控制，最终实现多车协同驾驶的分布式混成控制架构；　　（2）多车协同驾驶是一个具有多参数输入、多条件约束的控制过程，既包括车-车交互下的单车自由巡航控制，也包括多车的组队巡航控制。本文通过人工势场与模型预测控制MPC（Model Predictive Control）相结合，利用MPC取代传统人工势场中的梯度下降法，在基于人工势场的车辆路径规划过程中引入车辆运动学特性，实现车辆路径规划与跟踪的整合控制。同时生成的预测控制路径还可通过通信传输给其他车辆达到协同控制的效果；　　（3）针对多车协同驾驶中的自由巡航与组队巡航两种离散状态，基于混成自动机建立多车协作状态切换模型。通过定义不同离散状态相关的环境事件，并制订状态切换的逻辑规则，建立多车协作状态切换的混成自动机模型，有效保证多车协同驾驶中不同离散状态的精准切换；　　（4）在对多车协同驾驶的分布式混成控制系统进行功能验证后，本文设计更为接近真实环境的典型交通场景，利用单车自由巡航与多车组队巡航的混合场景，通过软件仿真的方式，对比分析多个实验工况下的多车协同驾驶控制性能与效果，进一步验证本文的研究结果。　　本文在现有对单个车辆进行主动安全控制的研究基础上，针对多车协同驾驶的混成动态特性，提出分布式混成控制架构，设计基于人工势场、模型预测控制、混成自动机等方法的多车协同控制系统。研究成果对于发展和推广智能网联汽车的应用，从而提高交通安全，缓解交通拥堵具有重要意义。
作者：	黄子超
专业：	机械工程
导师：	吴青
授予学位：	博士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文