智能網(wǎng)聯(lián)汽車協(xié)同控制技術(shù)（第2版）

第2版序
第2版前言
第1版序
第1版前言
第1章 智能網(wǎng)聯(lián)汽車相關(guān)技術(shù)發(fā)展過程 1
1.1 車路協(xié)同技術(shù) 2
1.2 智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù) 6
1.3 車輛編隊(duì)技術(shù) 9
參考文獻(xiàn) 13
第2章 面向智能網(wǎng)聯(lián)汽車的車路協(xié)同系統(tǒng) 15
2.1 車路協(xié)同技術(shù)特征分析 15
2.2 面向智能網(wǎng)聯(lián)汽車的車路協(xié)同系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16
2.2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目的 16
2.2.2 車路信息交互場(chǎng)景 17
2.2.3 車路數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)交互方法 18
2.3 車路數(shù)據(jù)交互軟件系統(tǒng) 18
2.3.1 車路數(shù)據(jù)交互軟件系統(tǒng)總體目標(biāo) 18
2.3.2 車路數(shù)據(jù)交互軟件系統(tǒng)方案論證 19
2.3.3 車載終端軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 21
2.3.4 路側(cè)終端軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 22
參考文獻(xiàn) 23
第3章 基于車路信息融合的交通狀態(tài)感知與預(yù)測(cè)技術(shù) 24
3.1 交通狀態(tài)感知與預(yù)測(cè)的現(xiàn)狀分析 25
3.2 基于V2X通信的多源車路信息融合系統(tǒng) 26
3.2.1 交通感知層 28
3.2.2 網(wǎng)絡(luò)傳輸層 29
3.2.3 數(shù)據(jù)處理層 30
3.2.4 信息服務(wù)層 33
3.3 基于V2X通信的交通狀態(tài)感知場(chǎng)景 35
3.3.1 基于V2X通信的城市單交叉口場(chǎng)景 35
3.3.2 城市單交叉口圖模型 36
3.4 V2X通信環(huán)境下的交通狀態(tài)預(yù)測(cè)模型 37
3.4.1 基于圖嵌入提取道路空間特征 38
3.4.2 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)捕獲時(shí)間特征 39
3.5 實(shí)驗(yàn)測(cè)試與分析 40
3.5.1 基于多源車路信息融合的智能邊緣計(jì)算平臺(tái) 40
3.5.2 模型參數(shù)設(shè)置 41
3.5.3 測(cè)試結(jié)果分析 41
3.5.4 對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 43
3.5.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié) 44
參考文獻(xiàn) 45
第4章 基于車路信息融合的交通運(yùn)行狀態(tài)評(píng)價(jià)方法 47
4.1 車路信息融合技術(shù)分析 47
4.2 基于信息融合的交通運(yùn)行狀態(tài)模糊評(píng)價(jià)方法研究 47
4.2.1 目前常用的交通評(píng)價(jià)方法 47
4.2.2 多級(jí)模糊綜合方法結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 48
4.2.3 一級(jí)模糊評(píng)價(jià)空間 49
4.2.4 基于樣本數(shù)據(jù)的層次分析法 53
4.2.5 二級(jí)模糊評(píng)價(jià)空間 56
4.3 交通狀態(tài)評(píng)價(jià)方法實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 57
4.3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 57
4.3.2 實(shí)驗(yàn)流程 57
4.3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 59
參考文獻(xiàn) 61
第5章 智能網(wǎng)聯(lián)汽車實(shí)時(shí)路徑?jīng)Q策方法 63
5.1 路徑規(guī)劃算法分析 63
5.2 智能網(wǎng)聯(lián)汽車實(shí)時(shí)路徑規(guī)劃系統(tǒng)設(shè)計(jì) 65
5.2.1 車路協(xié)同場(chǎng)景描述及路徑規(guī)劃系統(tǒng)設(shè)計(jì)目的 65
5.2.2 智能網(wǎng)聯(lián)汽車路徑規(guī)劃策略 65
5.3 基于車路協(xié)同的路徑規(guī)劃優(yōu)化方法研究 67
5.3.1 車路信息交互過程 67
5.3.2 路阻計(jì)算方法 68
5.3.3 路徑選擇策略 71
5.4 優(yōu)化方法實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 72
5.4.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 72
5.4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 74
參考文獻(xiàn) 77
第6章 智能網(wǎng)聯(lián)汽車速度引導(dǎo)方法 78
6.1 基于車路協(xié)同的交通控制系統(tǒng)概述 78
6.2 車路協(xié)同環(huán)境下車速引導(dǎo)方法 80
6.2.1 車路協(xié)同環(huán)境下的單車車速引導(dǎo)模型 81
6.2.2 車路協(xié)同環(huán)境下多車車速引導(dǎo)模型 84
6.2.3 面向智能網(wǎng)聯(lián)汽車的干線信號(hào)優(yōu)化模型 86
6.3 基于VISSIM/MATALB的車速引導(dǎo)仿真驗(yàn)證 88
6.3.1 交通仿真驗(yàn)證場(chǎng)景 88
6.3.2 仿真數(shù)據(jù)分析 91
參考文獻(xiàn) 93
第7章 面向城市道路的智能網(wǎng)聯(lián)汽車時(shí)空軌跡優(yōu)化方法 94
7.1 時(shí)空軌跡優(yōu)化算法現(xiàn)狀分析 94
7.2 智能網(wǎng)聯(lián)汽車時(shí)空軌跡優(yōu)化的典型城市多車道場(chǎng)景 96
7.2.1 基于V2X通信的多車道路段場(chǎng)景 96
7.2.2 智能網(wǎng)聯(lián)汽車時(shí)空軌跡優(yōu)化系統(tǒng)架構(gòu) 96
7.3 面向智能網(wǎng)聯(lián)汽車的多車道時(shí)空軌跡生成方法 98
7.3.1 智能網(wǎng)聯(lián)汽車的狀態(tài)向量 98
7.3.2 系統(tǒng)成本函數(shù)的定義 99
7.3.3 智能網(wǎng)聯(lián)汽車行駛約束條件 101
7.3.4 基于大值原理的求解方法 102
7.4 基于先進(jìn)先出算法的協(xié)同換道方法 103
7.5 基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的優(yōu)化方法 105
7.6 基于MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)的時(shí)空軌跡匹配方法 107
7.7 基于雙尾配對(duì)T檢驗(yàn)算法的系統(tǒng)分析方法 108
7.8 基于SUMO軟件二次開發(fā)的模型仿真驗(yàn)證 109
7.8.1 基于SUMO軟件的測(cè)試平臺(tái) 109
7.8.2 基于SUMO軟件的測(cè)試方案 110
7.8.3 測(cè)試結(jié)果分析 112
7.8.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié) 115
參考文獻(xiàn) 115
第8章 面向城市路網(wǎng)的智能網(wǎng)聯(lián)汽車時(shí)空軌跡優(yōu)化方法 118
8.1 優(yōu)路徑相關(guān)算法的研究現(xiàn)狀 118
8.2 基于V2X通信的城市路網(wǎng)場(chǎng)景 119
8.3 城市路網(wǎng)環(huán)境下的系統(tǒng)架構(gòu)改進(jìn) 120
8.4 基于有向加權(quán)圖方法的多子節(jié)點(diǎn)拓?fù)鋱D生成 121
8.5 路網(wǎng)承載力分析模型 123
8.5.1 基于優(yōu)劣解距離法的節(jié)點(diǎn)承載力分析 124
8.5.2 基于重力模型法的路段承載力評(píng)價(jià) 125
8.6 面向城市路網(wǎng)的路徑?jīng)Q策模型 125
8.6.1 基于D算法的城市路徑規(guī)劃 125
8.6.2 基于混合遺傳算法的求解方法 127
8.7 仿真實(shí)驗(yàn) 129
8.7.1 場(chǎng)景選擇與搭建 130
8.7.2 參數(shù)設(shè)置 132
8.7.3 仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 133
8.7.4 實(shí)驗(yàn)總結(jié) 143
參考文獻(xiàn) 144
第9章 智能網(wǎng)聯(lián)汽車動(dòng)力學(xué)模型 145
9.1 智能網(wǎng)聯(lián)汽車受力分析 145
9.2 智能網(wǎng)聯(lián)汽車簡(jiǎn)化縱向動(dòng)力學(xué)分層模型 149
9.2.1 智能網(wǎng)聯(lián)汽車動(dòng)力學(xué)模型的簡(jiǎn)化 149
9.2.2 簡(jiǎn)化縱向車輛動(dòng)力學(xué)模型的分層 150
9.3 基于CarSim/MATLAB軟件的車輛動(dòng)力學(xué)模型聯(lián)合仿真驗(yàn)證 152
9.3.1 CarSim軟件仿真環(huán)境參數(shù)設(shè)置 153
9.3.2 CarSim、MATLAB、Simulink聯(lián)合仿真驗(yàn)證 156
9.3.3 下層動(dòng)力學(xué)控制模型仿真結(jié)果分析 156
參考文獻(xiàn) 159
第10章 智能網(wǎng)聯(lián)汽車編隊(duì)控制模型 160
10.1 智能網(wǎng)聯(lián)汽車編隊(duì)控制系統(tǒng)概述 160
10.1.1 車輛編隊(duì)控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型 160
10.1.2 車輛隊(duì)列系統(tǒng)控制方法 161
10.1.3 車輛隊(duì)列控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 162
10.2 智能網(wǎng)聯(lián)汽車編隊(duì)行駛條件 163
10.2.1 車輛行駛安全性條件 163
10.2.2 車輛隊(duì)列穩(wěn)定性條件 164
10.3 智能網(wǎng)聯(lián)汽車編隊(duì)控制技術(shù) 165
10.3.1 智能網(wǎng)聯(lián)汽車編隊(duì)控制數(shù)學(xué)模型 165
10.3.2 智能網(wǎng)聯(lián)汽車隊(duì)列穩(wěn)定性分析 168
10.4 智能網(wǎng)聯(lián)汽車編隊(duì)控制模型仿真 169
10.4.1 階躍緊急減速輸入仿真效果 170
10.4.2 正弦加速度輸入仿真效果 171
參考文獻(xiàn) 173
第11章 智能網(wǎng)聯(lián)汽車編隊(duì)切換控制技術(shù) 175
11.1 通信異常對(duì)智能網(wǎng)聯(lián)車隊(duì)控制影響及模型策略調(diào)整 175
11.1.1 通信延遲的影響及模型策略調(diào)整 175
11.1.2 通信失效的影響及模型調(diào)整策略 176
11.2 考慮通信時(shí)延的智能網(wǎng)聯(lián)汽車編隊(duì)切換控制模型 177
11.2.1 存在通信時(shí)延時(shí)智能網(wǎng)聯(lián)汽車編隊(duì)切換控制模型 177
11.2.2 存在通信時(shí)延時(shí)保持隊(duì)列穩(wěn)定性條件 177
11.3 通信失效下的智能網(wǎng)聯(lián)汽車編隊(duì)切換控制模型 178
11.3.1 車輛隊(duì)列中通信失效車輛及其后車的控制模型 178
11.3.2 通信失效下保持隊(duì)列穩(wěn)定性條件 179
11.4 通信異常時(shí)智能網(wǎng)聯(lián)汽車編隊(duì)控制模型仿真 180
11.4.1 頭車階躍緊急減速輸入仿真 181
11.4.2 頭車正弦加速度輸入仿真 182
參考文獻(xiàn) 183
第12章 智能網(wǎng)聯(lián)汽車主動(dòng)安全控制技術(shù) 184
12.1 車輛主動(dòng)安全控制系統(tǒng)概述 184
12.2 傳統(tǒng)避撞模型缺陷分析 185
12.3 避撞過程中交通資源非線性規(guī)劃問題 186
12.3.1 非線性規(guī)劃函數(shù) 186
12.3.2 非線性規(guī)劃求解方法 187
12.4 智能網(wǎng)聯(lián)汽車協(xié)同主動(dòng)避撞模型 189
12.4.1 加速度非線性規(guī)劃模型 189
12.4.2 非線性規(guī)劃求解條件 190
12.5 協(xié)同主動(dòng)避撞模型應(yīng)用于車輛隊(duì)列控制 191
12.6 仿真驗(yàn)證 195
12.6.1 兩車協(xié)同主動(dòng)避撞 195
12.6.2 車輛隊(duì)列協(xié)同主動(dòng)避撞 195
參考文獻(xiàn) 199
第13章 混行車隊(duì)通信拓?fù)浼败囬g距策略 201
13.1 混行車隊(duì)研究現(xiàn)狀分析 201
13.2 混行車隊(duì)多車道區(qū)域劃分及長(zhǎng)度計(jì)算方法 203
13.2.1 混行車隊(duì)協(xié)同控制流程 204
13.2.2 多車道行駛區(qū)域內(nèi)換道場(chǎng)景分析 205
13.2.3 緩沖區(qū)與編隊(duì)區(qū)長(zhǎng)度計(jì)算方法 207
13.3 混行車隊(duì)規(guī)模計(jì)算方法 208
13.4 車隊(duì)通信拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 210
13.4.1 通信正常車隊(duì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 210
13.4.2 通信異常拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)切換 211
13.5 車間距策略 212
13.5.1 通信正常車間距策略 212
13.5.2 通信異常車間距策略 214
參考文獻(xiàn) 215
第14章 混行車輛編隊(duì)控制方法及穩(wěn)定性分析 216
14.1 基于模型預(yù)測(cè)控制的混行車輛編隊(duì)模型 216
14.1.1 模型預(yù)測(cè)控制方法簡(jiǎn)述 217
14.1.2 通信正?；煨熊囕v編隊(duì)控制模型 218
14.1.3 通信異?；煨熊囕v編隊(duì)控制模型 222
14.2 系統(tǒng)穩(wěn)定性分析 224
14.2.1 e L 2 隊(duì)列穩(wěn)定性分析 225
14.2.2 漸進(jìn)穩(wěn)定性分析 226
14.3 混行車輛編隊(duì)控制效果驗(yàn)證及分析 227
14.4 混行車隊(duì)協(xié)同控制及通信異常切換控制 229
14.4.1 實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景設(shè)計(jì) 229
14.4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 230
14.5 考慮交通信號(hào)配時(shí)下的單車道混行車隊(duì)協(xié)同控制 232
14.5.1 實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景設(shè)計(jì) 232
14.5.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 233
14.6 考慮交通信號(hào)配時(shí)下的多車道混行車隊(duì)協(xié)同控制 236
14.6.1 實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景設(shè)計(jì) 236
14.6.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 237
參考文獻(xiàn) 242
第15章 智能網(wǎng)聯(lián)汽車編隊(duì)控制硬件在環(huán)仿真技術(shù) 243
15.1 智能網(wǎng)聯(lián)汽車編隊(duì)控制硬件在環(huán)仿真平臺(tái)原理 243
15.1.1 硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)框架 244
15.1.2 硬件在環(huán)仿真平臺(tái)驗(yàn)證原理 246
15.1.3 硬件在環(huán)仿真平臺(tái)驗(yàn)證可行性驗(yàn)證 247
15.1.4 車輛動(dòng)力學(xué)的微縮車實(shí)現(xiàn) 249
15.2 智能微縮車平臺(tái)硬件結(jié)構(gòu) 250
15.2.1 控制部分電路設(shè)計(jì) 251
15.2.2 環(huán)境感知部分設(shè)計(jì) 255
15.3 智能微縮車平臺(tái)軟件結(jié)構(gòu) 256
15.3.1 圖像處理部分軟件結(jié)構(gòu) 256
15.3.2 控制系統(tǒng)部分軟件結(jié)構(gòu) 256
15.3.3 數(shù)據(jù)濾波處理程序結(jié)構(gòu) 257
15.3.4 上位機(jī)控制軟件結(jié)構(gòu) 259
15.4 仿真結(jié)果分析 261
15.4.1 仿真場(chǎng)景環(huán)境參數(shù)設(shè)置 261
15.4.2 智能網(wǎng)聯(lián)汽車編隊(duì)控制效果 262
15.4.3 智能網(wǎng)聯(lián)汽車編隊(duì)主動(dòng)安全控制效果 262
15.5 智能網(wǎng)聯(lián)汽車駕駛模擬平臺(tái) 264
15.5.1 仿真環(huán)境建立 266
15.5.2 仿真平臺(tái)與智能小車聯(lián)調(diào)測(cè)試 268
15.5.3 智能網(wǎng)聯(lián)虛擬駕駛運(yùn)行效果 272
參考文獻(xiàn) 281