1、長(zhǎng)安大學(xué)開(kāi)題表課題名稱(chēng)通信延遲條件下互聯(lián)汽車(chē)隊(duì)列縱向控制仿真與實(shí)現(xiàn)課題來(lái)源學(xué)?？蒲姓n題類(lèi)型專(zhuān)題研究指導(dǎo)教師學(xué)生學(xué)號(hào)201324040208專(zhuān)業(yè)通信工程一、課題背景及意義二、國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀1.1 國(guó)外研究發(fā)展?fàn)顩r協(xié)同式自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)（Cooperative Adaptive Cruise Control）在傳統(tǒng)的自適隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)水平不斷提高,我國(guó)的汽車(chē)總量不斷增多。截止到 2016 年 6 月，我國(guó)汽車(chē)保有量增至 1.84 億輛。然而，隨著車(chē)輛日益增多，交通安全，交通擁堵，交通污染等問(wèn)題變得越來(lái)越嚴(yán)重。從交通安全的角度來(lái)看，駕駛員操作是交通事故發(fā)生的主要之一。車(chē)輛在道長(zhǎng)時(shí)間行駛時(shí)，駕駛員

2、在駕車(chē)過(guò)程中重復(fù)大量的枯燥的工作，例如跟車(chē)、超車(chē)、剎車(chē)，這些操作消耗駕駛員很多精力，使駕駛員感到疲勞，導(dǎo)致了一些交通事故的發(fā)生。而且有時(shí)候駕駛員不能很好的把握車(chē)間距，在急剎車(chē)、起步的時(shí)候會(huì)發(fā)生追尾，大大降低的公路的效率。如果能開(kāi)發(fā)一種汽車(chē)隊(duì)列縱向控制系統(tǒng)來(lái)輔助駕駛員駕駛，在保持車(chē)隊(duì)穩(wěn)定性的同時(shí)保持更小的車(chē)間距，這樣就可以提高交通安全性、增加交通效率和保持交通流穩(wěn)定性。協(xié)同式自適應(yīng)巡航控制（CACC）是一種基于車(chē)車(chē)的通信的技術(shù)，它通過(guò)利用車(chē)車(chē)相互通信傳遞的信息來(lái)進(jìn)行協(xié)同控制，從而實(shí)現(xiàn)協(xié)同式隊(duì)列控制，在保證安全的前提下，讓車(chē)車(chē)跟馳間距變得更短，使隊(duì)列中車(chē)輛速度的波動(dòng)變小，在降低交通能耗、改善交通安

3、全，提高交通效率方面發(fā)揮了重要作用。由于協(xié)同式自適應(yīng)巡航控制（CACC）系統(tǒng)在真實(shí)的交通環(huán)境進(jìn)試時(shí)存在著成本過(guò)高，具有一定性等問(wèn)題，所以對(duì)于一些還在調(diào)試的模型和理論來(lái)說(shuō)，在真實(shí)環(huán)境下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)顯得不切實(shí)際。本課題，主要有以下意義：在真實(shí)的交通環(huán)境下進(jìn)行 CACC 系統(tǒng)的實(shí)車(chē)測(cè)試，存在著一定的安全隱患。因?yàn)樘幱诶碚撾A段的模型可能存在著一些不易察覺(jué)的缺陷，這些缺陷會(huì)導(dǎo)致實(shí)車(chē)實(shí)驗(yàn)時(shí)的一些交通事故，例如追尾等。而計(jì)算機(jī) 仿真絕對(duì)不會(huì)產(chǎn)生 ，并且可以在實(shí)車(chē)實(shí)驗(yàn)之前發(fā)現(xiàn)一些可能存在的隱患，降低實(shí)車(chē)測(cè)試時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)計(jì)算機(jī) 進(jìn)行仿真一定程度上可以減少實(shí)車(chē)實(shí)驗(yàn)的次數(shù)，從而有效地降低了試驗(yàn)成本，縮短了 CACC

4、系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)周期。許多 CACC 系統(tǒng)的的模型在建模時(shí)過(guò)于理想化，沒(méi)有考慮通信延遲對(duì) CACC 系統(tǒng)可能造成的影響，本實(shí)驗(yàn)在三種 CACC 系統(tǒng)中加入通信延遲和丟包的 。在實(shí)車(chē)測(cè)試時(shí)，如果通信延遲較大或丟包率較大，極易發(fā)生交通事故，本文中的仿真允許發(fā)生碰撞，可以盡早發(fā)現(xiàn) CACC 系統(tǒng)在通信延遲或丟包嚴(yán)重的情況下是否穩(wěn)定。應(yīng)巡航系統(tǒng)（Adaptive Cruise Control）的基礎(chǔ)上進(jìn)一步進(jìn)行了發(fā)展，它是最近幾年才被，受到了大量的關(guān)注，但是現(xiàn)在的很多研究都還只是處于初級(jí)階段，絕大部分研究人員和研究團(tuán)隊(duì)，都只是停留在理論階段或者試驗(yàn)階段。目前來(lái)看，對(duì)于協(xié)同式自適應(yīng)巡航系統(tǒng)。 還沒(méi)有一個(gè)趨于成

5、 可以 的產(chǎn)品，也沒(méi)有一套大家都認(rèn)同的通用標(biāo)準(zhǔn)8。而且，由于研究的側(cè)重點(diǎn)不一樣，很多不同領(lǐng)域的研究 研究方向也不完全相同，許多研究都是按照自己的側(cè)重點(diǎn)來(lái)對(duì) CACC 系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。Ju n Laumonier，Charles Desjardins 和 Brahim Chaib-draa2提出方法的中心是機(jī)器學(xué)習(xí)。這個(gè)方法的 是使汽車(chē)在行駛的過(guò)程中學(xué)習(xí)應(yīng)對(duì)不同交通場(chǎng)景應(yīng)該采取的應(yīng)對(duì)策略，從而實(shí)現(xiàn)協(xié)同式自適應(yīng)巡航系統(tǒng)的主要功能。然而在這個(gè)系統(tǒng)中，車(chē)輛模型被簡(jiǎn)化為一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，而且在控制車(chē)輛加速 的時(shí)候，沒(méi)有給出具體的量，只能知道此時(shí)的車(chē)是應(yīng)該加速還是 ，所以他們的理論只能作為參考。Naus, G J

6、. L.和 Vugts, R.P.A.3等人 是基于頻域分析的設(shè)計(jì)方法。這種設(shè)計(jì)方法將車(chē)輛行駛過(guò)程中的穩(wěn)定性放在主要位置，所以使用的場(chǎng)景比較少，在自適應(yīng)巡航的經(jīng)典場(chǎng)景“走-?！眻?chǎng)景中，這種方法并不適用。Thomas Stanger 和 Luigi del Re4是基于模型 的設(shè)計(jì)方法。但是在汽車(chē)的實(shí)際行駛過(guò)程中，場(chǎng)景變化十分復(fù)雜。他們 模型不能涵蓋所有的交通情況，并且如果模型太過(guò)于復(fù)雜，就會(huì)難以仿真。1.2 國(guó)內(nèi)研究發(fā)展?fàn)顩r國(guó)內(nèi)對(duì) CACC 的研究還處于初級(jí)階段，很多高校和研究機(jī)構(gòu)都是基于外國(guó)的算法來(lái)開(kāi)展研究的三、課題研究?jī)?nèi)容為了在實(shí)車(chē)實(shí)驗(yàn)之前發(fā)現(xiàn)一些可能存在的隱患，降低實(shí)車(chē)測(cè)試時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)

7、項(xiàng)目的具體特點(diǎn)，完成以下內(nèi)容：1、基于 CACC 系統(tǒng)的車(chē)輛縱向隊(duì)列的仿真；2、在仿真上模擬通信延遲條件下的互聯(lián)汽車(chē)隊(duì)列縱向控制。3、在仿真上模擬丟包情況下的互聯(lián)汽車(chē)隊(duì)列縱向控制。四、本課題的研究方法采用 OMNeT+、VeinMO 三款仿真進(jìn)行仿真，根據(jù)仿真結(jié)果進(jìn)行研究五、運(yùn)行環(huán)境硬件環(huán)境：PC 機(jī)一臺(tái)；CPU：er（R）Core（TM）i5-2450M CPU 2.00GHz 2.00Hz；內(nèi)存：8.00G； 硬盤(pán)：500G；環(huán)境：操作系統(tǒng)：Win10；仿真：OMNeT+、VeinMO；六、任務(wù)的進(jìn)程時(shí)間安排序號(hào)設(shè)計(jì)（）各階段名稱(chēng)日期（教學(xué)周）閱讀相關(guān)資料，完成開(kāi)題。1-3 周熟悉算法原理

8、及內(nèi)容。4 -6 周完成算法設(shè)計(jì)。7 -9 周完成仿真。10-13 周5撰寫(xiě)。14-15 周七、參考文獻(xiàn)VARAIYA P. Smart cars on smart roads: problems of control J. Automatic Control, IEEE Tranions on, 1993: 195-207.DESJARDINS C, CHAIB-DRAA B. Cooperative Adaptive Cruise Control: A Reinforcement Learning Approach J. elligent Transpor ion Systems, IEE

9、E Tran ions on, 2011: 1248-1260.NAUS G J L, VUGTS R P A, PLOEG J, et al. String-Stable CACC Design and Experimental Validation: A Frequency-Approach J. Vehicular Technology,IEEE Tran ions on, 2010: 4268-4279.STANGER T, DEL RE L. A m predictive Cooperative Adaptive Cruise Control approachC; proceedin

10、gs of the American Control Conference (ACC), 2013.S. Santini, A. Salvi, A. S. Valente et al. A Consensus-based Approach for Platooning with er-Vehicular CommunicationsJ. IEEE Conference on Computer Communications,2015.Rajesh Rajamani , Han-Shue Tan, Boon Kait Law et al. Demonstration of egrated Long

11、itudinal and LateralControl for the Operation of Automated VehiIEEE TRANJeroen Ploeg, Bart T. M. Scheepers, Ellen van Nunen et al. Design and Experimental Evaluation of Cooperative Adaptive Cruise ControlJ. ernational IEEE Conference on elligent Transpor ion Systems,2011.， . 協(xié)同式自適應(yīng)巡航技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)J.現(xiàn)代電信科

12、技，2014.Li Y J. An overview of the DSRC/WAVE technologyM.Quality, Re-liability, Security and Robustness in Heterogeneous Networks. SpringerBerlin Heidelberg, 2012: 544-558.R. Rajamani and C. Zhu.Semi-autonomous adaptive cruise controlJ. IEEE Tranions on Vehicular Technology,1999: 14911495.J. J. E. Sl

13、otine and W. Li.Appd Nonlinear ControlM. China Machine Press,2004.D. Swaroop and J. K. Hedrick, String stability oferconnected dy-namic systemsJ.IEEE Trans. Automat. Contr., 1996.S. Shladover, C. Desoer, J. Hedrick et al .Automated Vehicle Control Developmentshe PATH ProgramJ .IEEETrans. on Vehicula

14、r Technology, vol. 40,1991:114130.S. Darbha and K. Rajagopal.elligent Cruise Control Systems andTraffic FlowStabilityJ .Transp. Research Part C: Emerging Technologies, vol. 7, no. 6, 1999: 329352.A. Botta, A. Pesc , and G. Ventre. Quality of Service S istics overHeterogeneous Networks: ysis and ApplicationsJ. European Jou. of Op. Research, vol. 191, no. 3, 2008:10751088.G. J. L. Naus, R. P. A. Vugts, J. Ploeg, et al. String-stable CACC design and experimentalvalidation: A frequency-approachJIEEE Trans. Veh. Technol.,vol. 59, no. 9, 2010: 42