动态竞争环境中多自主车辆系统协作控制与分布式优化

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1、动态竞争环境中多自主车辆系统协作控制与分布式优化第1章绪论1.1问题的提出与研究意义智能交通系统(IntelligentTransportationSystem，ITS)是将信息技术、传感技术、自动控制理论、人工智能等先进科学技术综合运用于交通运输服务等领域，加强车、路、人三者之间的关系，形成的安全、快速、节能的综合运输系统。随着社会经济的发展，道路上的机动车数量不断增加，这对交通系统的承载能力是一个极大的考验，重新构建交通网络很难跟上机动车增长的需要，需要采用新的方法以便于更高效地利用有限的交通资源，使得道

2、路交通网中的车辆运行于处于最佳状态，研究智能交通系统能够有效解决上述问题[1]。智能车辆作为一种移动机器人，是智能交通系统的重要组成单元。随着计算机技术和传感器技术的发展，上世纪七十年代以来，世界各大学及研究机构对移动机器人的研究逐渐开展，促进其向多个研究方向不断发展[2]。九十年代以来，研究人员开展了移动机器人层面更高层次的研究，他们按照设计机器人的方法和理论，将GPS、雷达、摄像头等传感器安装于车体[3]，将移动机器人相关理论应用于智能车辆的控制，为多智能车辆协作控制奠定了基础[4]。智能车辆通过安装传感

3、器进行道路信息的获取，并结合GPS定位信息及车间通信感知彼此之间的运动状态，通过协作完成预定任务。城市道路交通环境复杂，很容易形成车辆拥挤、交通运行效率低下的局面，提高交通系统运行效率首先要保证车辆运行的安全，在保证交通安全的前提下，多智能车辆协作问题成为各国学者的研究热点之一。智能车辆的协作主要有行为协作和任务协作两类，行为协作主要指智能车辆通过车载传感器以及车间通信等技术，进行车辆跟随和超车、车队控制以及路口协作等行为，以多车的形式进行研究能够提高交通运行效率；任务协作主要指系统发布任务时，分布于交通路网

4、中的多辆自主车以一定的指标接受任务，并结合当前的交通状况、车间通信及GPS信息等进行交通路网中的路径规划，通过协作完成系统给定任务，提高交通系统运行效率。综上所述，多智能车辆协作能够在保证交通安全的前提下提高交通运行效率，而且能够使交通资源的配置更加合理，相关研究成果对交通运输、规划和管理有相应的促进作用，具有一定的研究意义。.........1.2国内外相关问题研究现状对智能交通系统的研究起源于20世纪60年代，1990年，ITS的概念由美国智能交通学会(ITSAmerica)正式提出，并在全世界进行推广。

5、ITS技术方面的研究从20世纪80年代中后期以来，取得了很大进展，目前ITS领域的研究已经形成以美国的智能车辆公路系统(IntelligentVehicleHigh-，IVHS)、欧洲的尤里卡联合研究开发计划(EuropeanResearchCoordinationAgency，EURCA)和日本的先进的交通信息系统(AdvancedTrafficInformationSystem，ATIS)为代表的三足鼎立的局面。其他如韩国、澳大利亚等国家的ITS研究也已经初具规模[5]。1997年，为了进行驾驶行为的研究

6、和车祸分析数据库的创建，美国组织并开展了IVI(IntelligentVehicleInitiative)计划[6]，并于IVI计划结束前延伸出三个重点计划，分别为集成车辆安全系统IVBSS、交叉路口防撞系统CICAS和汽车基础设施集合VII，ITS从概念阶段发展到系统开发和实车测试阶段。1994年，日本成立VERTIS协会设计新的交通系统，并于2007年提出Smartulink下进行仿真实验，实验参数如下：设定领航车初始位姿为(0,0,0,0)，情况一下跟随车初始位姿为(10,0,0,0)，情况二下跟随车初

7、始位姿为(11,2,0,0)。自主车参数为ab2m，l4m；期望相对距离和角度分别为10DLm和Drad。选取控制器参数为1k1.2，2k0.6，3k0.01，4k0.001。............第3章多自主车辆队形控制..........233.1引言...........233.2车队队形的描述........233.3横向队形和三角形队形控制验证..........243.4队形控制仿真与分析............273.4.1车队队形保持......283.4.2车队队形改变......293.

8、5本章小结......31第4章道路交叉口区域多自主车辆协作控制............334.1引言...........334.2道路交叉口区域车辆冲突分析............334.3道路交叉口区域多车协作模型的建立.....344.4模型求解......394.5本章小结......44第5章典型交通路网中多自主车辆任务规划............455.1引言...........45