多自主车辆系统安全控制与分布式优化策略研究

【摘要】论文题目：多自主车辆系统安全控制与分布式优化策略研究多自主车辆系统因其能够释放繁杂交通工作对人的束缚，为交通路网提供及时的服务，成为近年来智能交通领域研究的热点之一。本文以多自主车辆系统控制与优化策略为切入点，通过对多自主车辆系统建模分析，着重研究了自主车辆在典型路况的安全控制策略、分布式环境中的优化配置以及多自主车辆系统的任务分配方法。具体如下：1)建立了多自主车辆系统模型，设计滤波器估计自主车辆运动状态。分别对自主车辆纵向动力学、操纵动力学和多自主车辆系统进行建模，分析了风阻对自主车纵向车速的影响，从操纵稳定性角度出发，分析自主车设计合理性，不同频率响应下的稳定性等，通过混合自动机模型描述多自主车辆系统协作模式。设计卡尔曼滤波器估计自主车运动状态。仿真结果验证了所建模型的合理性。2)研究了针对典型交通路况的柔性跟驰、路口高效协作安全控制策略。考虑急刹给车辆带来的损伤，通过引入以自然指数函数为原型的安全控制策略模型，解决了跟驰安全控制问题。针对T形路口安全问题，提出安全系数估计方法，结合人工势场思想，估计车辆期望加速度、速度，利用改进的增量型数字PI控制器实现自主车纵向车速的准确控制，实现自主车辆协作避碰。仿真结果验证了跟驰安全控制策略和采用安全系数估计自主车辆T形路口协作避碰规划的可行性与有效性。3)解决了交通路网中多自主车辆系统通过优化配置、任务规划满足指定覆盖率、减少平均时间代价的问题。利用先“静”后“动”的思想，通过模拟退火算法求解数量不同的自主车能够达到的静态优化覆盖率，进而求得满足指定覆盖率的自主车配置数量。以此为依据，进一步求解动态情况下满足指定覆盖率的自主车配置数量。对任务分配问题，给出基于BDI模型的决策模块结构，利用Hungary算法给出任务分配方案。仿真结果通过覆盖率统计值证明了优化配置的可行性，通过平均到达比例、完成率估计值、平均时间代价证明任务分配的有效性。4)设计多自主车辆仿真实验平台，分析系统模块性能。搭建多自主车辆系统仿真平台，给出多自主车辆系统结构。对平台上的室内定位子系统模块进行了准确性测试。在一组合理的参数配置下，对定位系统性能进行了分析。通过软件实验平台对通信子系统进行了组网，实现对自主车辆位置信息的发送与控制。综上所述，本文就多自主车辆系统的安全控制和分布式优化策略进行了相对完整的理论研究，主要目的是实现自主车辆的安全控制与多自主车辆系统的分布式优化，通过仿真实验进行了相应的验证与分析，并搭建仿真实验平台，分析系统性能。
【作者】黄维；
【导师】田彦涛；
【作者基本信息】吉林大学，控制理论与控制工程，2014，硕士
【关键词】多自主车辆系统；安全控制；优化配置；任务规划；仿真实验平台；

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