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

智能網(wǎng)聯(lián)汽車協(xié)同控制技術(shù)第2版“十四五”時(shí)期國家重點(diǎn)出版物出版專項(xiàng)規(guī)劃項(xiàng)目新基建核心技術(shù)與融合應(yīng)用叢書智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)系列第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)15.1智能網(wǎng)聯(lián)汽車編隊(duì)控制硬件在環(huán)仿真平臺原理15.2智能微縮車平臺硬件結(jié)構(gòu)15.3智能微縮車平臺軟件結(jié)構(gòu)15.4仿真結(jié)果分析15.5智能網(wǎng)聯(lián)汽車駕駛模擬平臺第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)主要研究內(nèi)容：●基于車車通信技術(shù)對車輛隊(duì)列行駛的控制方法及仿真系統(tǒng)開展研究，并對系統(tǒng)的可行性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；●建立了車輛隊(duì)列協(xié)同控制模型及協(xié)同主動避撞模型；●為解決實(shí)際的交通安全問題，除了仿真驗(yàn)證手段外，需要用實(shí)物驗(yàn)證的數(shù)據(jù)來進(jìn)一步對模型進(jìn)行分析，得出更具有說服力的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。15.1智能網(wǎng)聯(lián)汽車編隊(duì)控制硬件在環(huán)仿真平臺原理在環(huán)仿真平臺：●硬件在環(huán)仿真，具有兼容性廣的特點(diǎn)，能夠在仿真實(shí)驗(yàn)高速運(yùn)行的同時(shí)完成對模型參數(shù)的獲取與控制；●對控制數(shù)據(jù)及操作指令能夠進(jìn)行采集處理，并能夠可靠地將設(shè)備數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，傳輸實(shí)時(shí)性較高，保證仿真實(shí)驗(yàn)的測試準(zhǔn)確性；●通過設(shè)計(jì)編寫的圖形操作界面，能夠直觀簡潔地將不同模塊接口獲取的信號數(shù)據(jù)進(jìn)行展示，且能夠在不同的控制模式下快速切換；●節(jié)約時(shí)間成本，提高實(shí)驗(yàn)效率。15.1智能網(wǎng)聯(lián)汽車編隊(duì)控制硬件在環(huán)仿真平臺原理半實(shí)物實(shí)驗(yàn)平臺，是指在與實(shí)際驗(yàn)證環(huán)境相似的場景中按照相似比例關(guān)系的測試物取代相應(yīng)實(shí)際物體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測試物等比放大或縮小。本章選用多智能微縮車半實(shí)物平臺按比例縮小實(shí)物，通過機(jī)電模型來模擬真實(shí)的車輛動力學(xué)模型。其車輛傳動系統(tǒng)、動力系統(tǒng)盡可能與實(shí)車動力學(xué)模型保持一致。15.1智能網(wǎng)聯(lián)汽車編隊(duì)控制硬件在環(huán)仿真平臺原理15.1智能網(wǎng)聯(lián)汽車編隊(duì)控制硬件在環(huán)仿真平臺原理智能車輛隊(duì)列系統(tǒng)主要由智能車子系統(tǒng)、通信子系統(tǒng)、路側(cè)控制子系統(tǒng)三部分組成。15.1.1硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)框架15.1智能網(wǎng)聯(lián)汽車編隊(duì)控制硬件在環(huán)仿真平臺原理智能車輛隊(duì)列硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)實(shí)物部分主要由智能車及上位機(jī)軟件兩部分組成。兩者之間由搭載的ZigBee無線通信模塊完成數(shù)據(jù)的傳輸。15.1.1硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)框架15.1智能網(wǎng)聯(lián)汽車編隊(duì)控制硬件在環(huán)仿真平臺原理15.1.1硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)框架15.1智能網(wǎng)聯(lián)汽車編隊(duì)控制硬件在環(huán)仿真平臺原理智能微縮車平臺：1:10比例縮??；智能車路協(xié)同系統(tǒng)半實(shí)物仿真平臺。平臺包括智能微縮車、沙盤道路及無線通信等交通設(shè)施，面積大約為25㎡。15.1.2硬件在環(huán)仿真平臺驗(yàn)證原理15.1智能網(wǎng)聯(lián)汽車編隊(duì)控制硬件在環(huán)仿真平臺原理智能微縮車選用后輪為直流電動機(jī)驅(qū)動和前輪為舵機(jī)轉(zhuǎn)向的電動模型車；車載核心控制板的處理器是32位STM32F407；采用圖像識別車道線感知環(huán)境信息，車車通信方式獲取車輛信息;沙盤道路是寬度為35cm的雙車道，表面呈磨砂狀，其與柏油公路的摩擦系數(shù)基本一致智能車在沙盤道路行駛最高速度不超過4m/s，通常設(shè)置為3m/s以下；道路沙盤的路況與真實(shí)場景類似，包括直道、彎道、坡道及高架橋等，與實(shí)際場景基本一致；智能微縮車和上位機(jī)監(jiān)控中心均有無線通信模塊，可以實(shí)現(xiàn)車路直接的信息交互和命令控制。15.1.2硬件在環(huán)仿真平臺驗(yàn)證原理15.1智能網(wǎng)聯(lián)汽車編隊(duì)控制硬件在環(huán)仿真平臺原理相比實(shí)車道路實(shí)驗(yàn)，本智能微縮車平臺有以下優(yōu)勢：1）實(shí)驗(yàn)平臺系統(tǒng)便于設(shè)計(jì)，各部件成本低廉并且容易更換。2）微縮車的電池續(xù)航能力較強(qiáng)，零部件磨損較小，適合長時(shí)間做驗(yàn)證測試，并且不存在危險(xiǎn)性，保證了實(shí)驗(yàn)的安全性和重復(fù)性。3）沙盤道路和交通設(shè)置不存在占用公共資源問題，并且不需要考慮路面磨損和駕駛、行人的人身安全，將實(shí)際問題大大簡化。4）實(shí)驗(yàn)場景和實(shí)驗(yàn)需求可以任意修改，并且可以做實(shí)際很難實(shí)現(xiàn)的臨界測試場景，如緊急加減速運(yùn)動等。半實(shí)物仿真平臺和縮微版本與實(shí)際智能車路系統(tǒng)之間具有極大相似性，并將很多現(xiàn)實(shí)情況下難以解決的問題大大簡化，對于需要占用過多交通資源的車輛隊(duì)列實(shí)驗(yàn)是較好的選擇。15.1.2硬件在環(huán)仿真平臺驗(yàn)證原理15.1智能網(wǎng)聯(lián)汽車編隊(duì)控制硬件在環(huán)仿真平臺原理美國麻省理工學(xué)院Buckingham的車輛“πg(shù)roups”縮比模型法則：縮比模型車和實(shí)車的下列參數(shù)比例一致時(shí)，兩車的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果符合縮比性質(zhì)。美國密歇根大學(xué)Rajeev團(tuán)隊(duì)選用1：13的智能微縮車通過配置五項(xiàng)“πg(shù)roups”法則基本參數(shù)，并按照0.5節(jié)氣門開度加速曲線標(biāo)定了縮比模型速度控制性能，實(shí)現(xiàn)了車輛動力學(xué)的縮比模型，并驗(yàn)證了避撞控制模型的實(shí)際效果。本章沿用Rajeev團(tuán)隊(duì)的微縮車模型，比例為1：10；選擇“B-Class”轎車作為實(shí)車依據(jù)。15.1.3硬件在環(huán)仿真平臺驗(yàn)證可行性驗(yàn)證15.1智能網(wǎng)聯(lián)汽車編隊(duì)控制硬件在環(huán)仿真平臺原理15.1.3硬件在環(huán)仿真平臺驗(yàn)證可行性驗(yàn)證15.1智能網(wǎng)聯(lián)汽車編隊(duì)控制硬件在環(huán)仿真平臺原理15.1.3硬件在環(huán)仿真平臺驗(yàn)證可行性驗(yàn)證15.1智能網(wǎng)聯(lián)汽車編隊(duì)控制硬件在環(huán)仿真平臺原理（1）輪胎半徑與車長比例標(biāo)準(zhǔn)輪胎半徑為0.4412m、車長為4.8m，能微縮車長為0.4m，有智能微縮車輪胎半徑為0.0368m。15.1.3硬件在環(huán)仿真平臺驗(yàn)證可行性驗(yàn)證15.1智能網(wǎng)聯(lián)汽車編隊(duì)控制硬件在環(huán)仿真平臺原理（2）車長與車身質(zhì)量比實(shí)車重量為2000kg，有智能微縮車重量為1.157kg。15.1.3硬件在環(huán)仿真平臺驗(yàn)證可行性驗(yàn)證15.1智能網(wǎng)聯(lián)汽車編隊(duì)控制硬件在環(huán)仿真平臺原理（3）車速與車長比例實(shí)際車速與微縮車車速的比例關(guān)系為12倍。15.1.3硬件在環(huán)仿真平臺驗(yàn)證可行性驗(yàn)證15.1智能網(wǎng)聯(lián)汽車編隊(duì)控制硬件在環(huán)仿真平臺原理（4）車長與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)動慣量比例關(guān)系15.1.3硬件在環(huán)仿真平臺驗(yàn)證可行性驗(yàn)證15.1智能網(wǎng)聯(lián)汽車編隊(duì)控制硬件在環(huán)仿真平臺原理（5）發(fā)動機(jī)對應(yīng)車速下的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩關(guān)系15.1.3硬件在環(huán)仿真平臺驗(yàn)證可行性驗(yàn)證15.1智能網(wǎng)聯(lián)汽車編隊(duì)控制硬件在環(huán)仿真平臺原理參考美國密歇根大學(xué)Rajeev團(tuán)隊(duì)的微縮車動力學(xué)模型：驅(qū)動電動機(jī)PWM控制方式：根據(jù)參考文獻(xiàn)帶入?yún)?shù)，有15.1.4車輛動力學(xué)的微縮車實(shí)現(xiàn)15.1智能網(wǎng)聯(lián)汽車編隊(duì)控制硬件在環(huán)仿真平臺原理節(jié)氣門開度為0.5，驗(yàn)證智能微縮車加速曲線與實(shí)際車輛加速曲線15.1.4車輛動力學(xué)的微縮車實(shí)現(xiàn)15.2智能微縮車平臺硬件結(jié)構(gòu)高性能智能微縮車硬件電路設(shè)計(jì)方案為雙層結(jié)構(gòu)：圖像處理層；控制層。15.2智能微縮車平臺硬件結(jié)構(gòu)1.硬件原理圖設(shè)計(jì)（1）STM32F407最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)晶振起振電路、程序下載電路、指示燈電路和基本處理器外圍電路等。（2）系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)12V、2000mA·h、驅(qū)動電流為5A的可充電鋰電池。（3）驅(qū)動電動機(jī)控制電路電動機(jī)型號為RS-540SH直流電動機(jī)，輸出功率為0.9～60W。設(shè)計(jì)H型全橋驅(qū)動電動機(jī)控制電路。（4）車車通信模塊智能微縮車設(shè)計(jì)采用ZigBee無線通信方式。車車通信模型核心單元為美國飛思卡爾高靈敏度ZigBee芯片MC13213。15.2.1控制部分電路設(shè)計(jì)15.2智能微縮車平臺硬件結(jié)構(gòu)2.控制板的PCB設(shè)計(jì)（1）接地設(shè)計(jì)不讓大電流經(jīng)過控制電路區(qū)域，同時(shí)避免驅(qū)動電動機(jī)反向電流干擾需要通過信號輸入端接入光耦隔離器件控制電流流向。（2）信號線包地處理實(shí)時(shí)性要求高的信號電路與底層控制板通信電路采用包地處理；信號包地線還可以吸收這些高頻信號走線上電流產(chǎn)生的噪聲，同時(shí)其他電路產(chǎn)生電磁干擾也可以避免；智能微縮車系統(tǒng)控制板上處理器周圍的SPI、SDIO總線、IIC總線等也需要包地處理，防止干擾處理器工作。15.2.1控制部分電路設(shè)計(jì)15.2智能微縮車平臺硬件結(jié)構(gòu)（3）模擬地、數(shù)字地分開設(shè)計(jì)，在一點(diǎn)接地PCB的數(shù)字地和模擬地采用單獨(dú)布線，并且數(shù)字地平面和模擬地平面分割，最后在PCB上沒有通信線路的區(qū)域通過0Ω電阻單點(diǎn)連接。（4）提供穩(wěn)定系統(tǒng)供電，電源網(wǎng)絡(luò)中需分配儲能鉭電容器電源芯片引腳附近都布置有0.01～0.1μF的去耦電容器，給電路中有源器件提供局部的直流電源。15.2.1控制部分電路設(shè)計(jì)15.2智能微縮車平臺硬件結(jié)構(gòu)15.2.1控制部分電路設(shè)計(jì)15.2智能微縮車平臺硬件結(jié)構(gòu)（1）Mini-ITX圖像處理微型控制板硬件接口包括一路高速HDMI接口，用于連接高速USB高清攝像頭；識別車輛周圍環(huán)境通過Mini-ITX板，通過上層OpenCV函數(shù)開發(fā)相應(yīng)的圖像處理程序。。15.2.2環(huán)境感知部分設(shè)計(jì)15.2智能微縮車平臺硬件結(jié)構(gòu)（2）智能微縮車外觀15.2.2環(huán)境感知部分設(shè)計(jì)15.3智能微縮車平臺軟件結(jié)構(gòu)圖像處理前期階段，首先經(jīng)過濾波濾掉一些噪點(diǎn)；然后對圖像進(jìn)行二值化為黑白像素圖。根據(jù)二值化圖像，對車道線特征點(diǎn)和白色矩形區(qū)域進(jìn)行判斷，對判斷為車道線特征點(diǎn)進(jìn)行霍夫變換并求出連續(xù)兩幀圖像的車道中線位置差來計(jì)算方向舵機(jī)的轉(zhuǎn)向角度來控制微縮車的轉(zhuǎn)向。通過對白色聯(lián)通區(qū)域的識別來判斷前方是否存在車輛。當(dāng)判定為矩形區(qū)域是前車的標(biāo)示時(shí)同時(shí)讀取超聲波采集的距離信息，即為當(dāng)前車距信息；然后，根據(jù)測速發(fā)電機(jī)的反饋值計(jì)算當(dāng)前車速，從而執(zhí)行安全車距控制模型。15.3.1圖像處理部分軟件結(jié)構(gòu)15.3智能微縮車平臺軟件結(jié)構(gòu)15.3.2控制系統(tǒng)部分軟件結(jié)構(gòu)15.3智能微縮車平臺軟件結(jié)構(gòu)首先，通過車車通信實(shí)時(shí)獲取前車信息；然后，根據(jù)提取出的信息判斷通信區(qū)域內(nèi)是否有目標(biāo)車輛；存在目標(biāo)車輛則進(jìn)入車距保持控制程序，否則選擇按當(dāng)前車速勻速行駛；協(xié)同主動避撞模型實(shí)時(shí)判斷當(dāng)前狀態(tài)，存在安全隱患時(shí)，選擇前車車速和車距作為安全車距控制模型的輸出期望加速度值來控制驅(qū)動電動機(jī)轉(zhuǎn)速以避免碰撞事故的發(fā)生；加速度輸出值由微縮車執(zhí)行機(jī)構(gòu)去執(zhí)行，最后由輸出的車速反饋給控制系統(tǒng)，進(jìn)入下一周期的閉環(huán)避撞控制程序。15.3.2控制系統(tǒng)部分軟件結(jié)構(gòu)15.3智能微縮車平臺軟件結(jié)構(gòu)15.3.2控制系統(tǒng)部分軟件結(jié)構(gòu)15.3智能微縮車平臺軟件結(jié)構(gòu)智能微縮車驗(yàn)證過程中會接收和處理大量數(shù)據(jù)，所有數(shù)據(jù)必須按照統(tǒng)一的規(guī)范進(jìn)行處理，也必須遵循一定的協(xié)議規(guī)則。15.3.3數(shù)據(jù)濾波處理程序結(jié)構(gòu)15.3智能微縮車平臺軟件結(jié)構(gòu)15.3.3數(shù)據(jù)濾波處理程序結(jié)構(gòu)15.3智能微縮車平臺軟件結(jié)構(gòu)監(jiān)控中心上位機(jī)軟件與底層控制板進(jìn)行無線通信，用戶通過操作上位機(jī)軟件來完成對智能微縮車的命令控制，實(shí)現(xiàn)智能微縮車控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)程遙控和數(shù)據(jù)記錄分析。15.3.4上位機(jī)控制軟件結(jié)構(gòu)15.3智能微縮車平臺軟件結(jié)構(gòu)（1）隊(duì)列控制操作平臺用VisualStudio2020的C#語言開發(fā)上位機(jī)界面；通過界面的MSCOMM控件實(shí)現(xiàn)與控制終端的ZigBee無線通信模塊的串行接口鏈接，實(shí)現(xiàn)串口通信；顯示并儲存智能微縮車在道路沙盤上的行駛信息；后期數(shù)據(jù)分析處理；通過設(shè)置ID地址與智能微縮車進(jìn)行命令控制。15.3.4上位機(jī)控制軟件結(jié)構(gòu)15.3智能微縮車平臺軟件結(jié)構(gòu)15.3.4上位機(jī)控制軟件結(jié)構(gòu)15.3智能微縮車平臺軟件結(jié)構(gòu)（2）VISSIM仿真平臺通過VISSIM軟件提供的的Cc接口，與MATLAB軟件建立連接，獲取智能車輛隊(duì)列控制與信息顯示平臺中采集的實(shí)際車輛數(shù)據(jù)，并對仿真車輛進(jìn)行同步控制；同時(shí)，仿真車輛實(shí)時(shí)將坐標(biāo)（根據(jù)車輛所在車道及行駛里程確定）返回給平臺；通過安置檢測器，將仿真隊(duì)列行駛狀態(tài)進(jìn)行保存，通過分析數(shù)據(jù)進(jìn)一步為隊(duì)列控制模型進(jìn)行優(yōu)化。15.3.4上位機(jī)控制軟件結(jié)構(gòu)15.3智能微縮車平臺軟件結(jié)構(gòu)15.3.4上位機(jī)控制軟件結(jié)構(gòu)15.4仿真結(jié)果分析15.4.1仿真場景環(huán)境參數(shù)設(shè)置15.4仿真結(jié)果分析15.4.2智能網(wǎng)聯(lián)汽車編隊(duì)控制效果輸入加速度正弦變化，驗(yàn)證車輛隊(duì)列協(xié)同控制模型控制效果。頭車在做正弦加速度變化時(shí)，會按照正弦輸入變化車速，與后車的車距也會實(shí)時(shí)變化；車輛隊(duì)列控制模型會將三車作為一體進(jìn)行控制，實(shí)時(shí)判斷當(dāng)前狀態(tài)并及時(shí)調(diào)整速度大小保證車輛隊(duì)列按最小安全車距行駛；三車之間距離基本穩(wěn)定在一定范圍之內(nèi)，車速不會發(fā)生跳變引起安全隱患，整個(gè)過程車輛隊(duì)列安全穩(wěn)定行駛。15.4仿真結(jié)果分析15.4.2智能網(wǎng)聯(lián)汽車編隊(duì)控制效果15.4仿真結(jié)果分析15.4.3智能網(wǎng)聯(lián)汽車編隊(duì)主動安全控制效果驗(yàn)證CACA模型和CCA模型實(shí)驗(yàn)——車輛進(jìn)入彎道和高架橋時(shí)，存在傳感器感知盲區(qū)，行駛信息丟失嚴(yán)重，特別是隊(duì)列中某車輛存在階躍變化時(shí)，隊(duì)列穩(wěn)定性很難保證。實(shí)驗(yàn)參數(shù)：選取第6章仿真驗(yàn)證場景縮比參數(shù)，前兩車按1m/s的速度行駛，后車速度階躍變化為3m/s的車速行駛，并分別驗(yàn)證3證3證控制下的協(xié)同主動避撞控制實(shí)驗(yàn)結(jié)果。通過硬件在環(huán)仿真實(shí)驗(yàn)分析進(jìn)入彎道和高架橋信息缺失情況：0號車的車速發(fā)生階躍變化且與前車距離小于安全車距，CACA模型協(xié)同主動避撞控制完成避撞，三車最終按照穩(wěn)定的狀態(tài)安全行駛。滿足車輛隊(duì)列的安全性條件，充分說明CACA模型的可行性。15.4仿真結(jié)果分析15.4.3智能網(wǎng)聯(lián)汽車編隊(duì)主動安全控制效果15.5智能網(wǎng)聯(lián)汽車駕駛模擬平臺智能網(wǎng)聯(lián)汽車的研究方法：一種為利用實(shí)車進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，耗費(fèi)大、不易在復(fù)雜道路、大量車流中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，多為針對駕駛?cè)诵袨榉治黾败囕v碰撞實(shí)驗(yàn)的研究；另一種為利用車輛仿真軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，利用Unity、CarSim、PreScan等車輛仿真軟件。本章將PreScan軟件、智能駕駛模擬器及車輛控制輸入設(shè)備作為軟件仿真平臺，并將STM32等比微縮智能小車與道路交通沙盤作為硬件仿真平臺，對智能駕駛模擬器與等比微縮智能小車間進(jìn)行協(xié)同聯(lián)調(diào)，搭建智能駕駛虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺。15.5智能網(wǎng)聯(lián)汽車駕駛模擬平臺實(shí)驗(yàn)平臺的系統(tǒng)搭建流程：1）將道路交通沙盤環(huán)境在PreScan軟件中進(jìn)行建模。2）在PreScan軟件中添加仿真車輛，并設(shè)置車輛動力學(xué)模型及車輛參數(shù)。3）搭建駕駛模擬器和車輛的模擬駕駛設(shè)備。4）在MATLAB/Simulink軟件環(huán)境下運(yùn)行仿真工程，利用真人操控方向盤及踏板控制仿真車輛的行駛行為。5）通過Simulink軟件串口通信實(shí)現(xiàn)駕駛模擬器對微縮智能小車的啟動、停止、加速、減速進(jìn)行控制。6）編寫程序使得經(jīng)過程序處理后駕駛模擬器控制的仿真動畫中的仿真車輛與沙盤上的智能小車的行駛行為和實(shí)時(shí)位置一致。15.5智能網(wǎng)聯(lián)汽車駕駛模擬平臺平臺的設(shè)計(jì)與開發(fā)：1）在環(huán)境搭建方面。首先繪制沙盤環(huán)境，通過設(shè)置車輛的動力學(xué)模型及駕駛模式，使得車輛模擬駕駛設(shè)備能夠控制仿真車輛。2）在聯(lián)調(diào)智能小車方面。首先研究智能小車的整體結(jié)構(gòu)及利用ZigBee串口無線通信模塊向智能小車發(fā)送控制指令。串口通信需要在Simulink軟件中實(shí)現(xiàn)。發(fā)送指令需要經(jīng)過Simulink軟件中S-function模塊的處理。3）在驗(yàn)證MPC模型方面。首先需要研究分析已知的一種在MATLAB/Simulink軟件中編寫的模型預(yù)測控制（MPC）車輛編隊(duì)控制模型，并設(shè)置自動駕駛仿真車輛與駕駛模擬器控制的仿真車輛；利用MPC模型實(shí)時(shí)計(jì)算出的結(jié)果控制自動駕駛仿真車輛行駛；同時(shí)編寫智能小車車輛隊(duì)列行駛的程序，利用超聲波測距功能來根據(jù)不同的距離調(diào)整速度，實(shí)現(xiàn)跟隨行駛；最后，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證在仿真中基于MPC模型的車輛編隊(duì)效果。15.5智能網(wǎng)聯(lián)汽車駕駛模擬平臺15.5智能網(wǎng)聯(lián)汽車駕駛模擬平臺平臺優(yōu)點(diǎn)：●較好模擬搭建現(xiàn)實(shí)中的交通環(huán)境，較為精確地設(shè)置車輛的動力學(xué)模型及車輛行駛控制器。●實(shí)現(xiàn)駕駛器與沙盤上的智能小車聯(lián)調(diào)，更清晰且直觀地觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果，同時(shí)具有直觀的演示效果?！窨紤]車輛動力學(xué)模型、車輛控制器等物理因素的條件下，可驗(yàn)證混行車流車輛編隊(duì)的控制模型的可行性與穩(wěn)定性等。15.5智能網(wǎng)聯(lián)汽車駕駛模擬平臺15.5.1仿真環(huán)境建立1.在軟件中搭建交通沙盤環(huán)境在軟件中按照1：25的比例進(jìn)行繪制；三維。15.5智能網(wǎng)聯(lián)汽車駕駛模擬平臺15.5.1仿真環(huán)境建立2.設(shè)置車輛動力學(xué)模型及駕駛模式（1）車輛動力學(xué)模型選擇PreScan軟件中的2DSimple車輛動力學(xué)模型。15.5智能網(wǎng)聯(lián)汽車駕駛模擬平臺15.5.1仿真環(huán)境建立（2）駕駛模式在PreScan軟件中，駕駛模擬器控制的車輛選擇GameController駕駛模式，自動駕駛車輛選擇PathFollower駕駛模式。3.駕駛模擬器控制仿真車輛PreScan軟件支持使用一個(gè)外部力量反饋方向盤、踏板及變速桿設(shè)備。選擇外接的駕駛模擬設(shè)備采用鋼質(zhì)滾珠軸承，以及配備不銹鋼換擋撥片；其踏板部分采用金屬材質(zhì)，底部采用防滑橡膠腳墊，離合踏板、制動踏板、加速踏板按真實(shí)車輛位置設(shè)計(jì)，便于做跟趾動作；同時(shí)，用霍爾式轉(zhuǎn)向傳感器。由此設(shè)備的特點(diǎn)優(yōu)勢可見，應(yīng)用該設(shè)備可以使得仿真實(shí)驗(yàn)更加貼近顯示并符合駕駛?cè)说鸟{駛習(xí)慣，使得仿真結(jié)果不存在設(shè)備問題的干擾，且更加具有說服力。15.5智能網(wǎng)聯(lián)汽車駕駛模擬平臺15.5.1仿真環(huán)境建立4.PreScan與MATLAB/Simulink軟件聯(lián)合仿真PreScan軟件支持使用一個(gè)外部力量反饋方向盤、踏板及變速桿設(shè)備。選擇外接的駕駛模擬設(shè)備采用鋼質(zhì)滾珠軸承，以及配備不銹鋼換擋撥片；其踏板部分采用金屬材質(zhì)，底部采用防滑橡膠腳墊，離合踏板、制動踏板、加速踏板按真實(shí)車輛位置設(shè)計(jì)，便于做跟趾動作；同時(shí)，用霍爾式轉(zhuǎn)向傳感器。由此設(shè)備的特點(diǎn)優(yōu)勢可見，應(yīng)用該設(shè)備可以使得仿真實(shí)驗(yàn)更加貼近顯示并符合駕駛?cè)说鸟{駛習(xí)慣，使得仿真結(jié)果不存在設(shè)備問題的干擾，且更加具有說服力。15.5智能網(wǎng)聯(lián)汽車駕駛模擬平臺15.5.2仿真平臺與智能小車聯(lián)調(diào)測試1.微縮智能小車核心是基于循跡算法進(jìn)行控制行駛。2.車車/車路無線通信基于ZigBee無線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)發(fā)送控制指令控制智能小車駕駛行為的功能。選取兩個(gè)ZigBee模塊：一個(gè)下載ZigBee主機(jī)程序；另一個(gè)下載ZigBee從機(jī)程序。15.5智能網(wǎng)聯(lián)汽車駕駛模擬平臺15.5.2仿真平臺與智能小車聯(lián)調(diào)測試15.5智能網(wǎng)聯(lián)汽車駕駛模擬平臺15.5.2仿真平臺與智能小車聯(lián)調(diào)測試3.Simulink軟件串口通信模塊本實(shí)驗(yàn)使用的ZigBee模塊利用串口進(jìn)行通信，則在Simulink軟件中主要需要應(yīng)用兩種模塊：串口配置模塊；串口數(shù)據(jù)發(fā)送模塊。1）串口配置（serialconfiuration）模塊。利用該模塊對串口進(jìn)行基本配置，主要需要修改的有串口號及波特率，數(shù)據(jù)位為默認(rèn)8，8停止位為默認(rèn)1，其他參數(shù)也均使用默認(rèn)配置及默認(rèn)值。2）串口數(shù)據(jù)發(fā)送（serialsend）模塊。利用該模塊對串口進(jìn)行數(shù)據(jù)信息發(fā)送，只修改串口號，其余參數(shù)使用默認(rèn)配置及默認(rèn)值，結(jié)合已經(jīng)配置好的串口配置模塊。在外接入設(shè)備后，即可實(shí)現(xiàn)Simulink軟件的串口通信。4.S-funtion模塊及其編寫模擬駕駛器控制智能小車的駕駛行為。15.5智能網(wǎng)聯(lián)汽車駕駛模擬平臺15.5.2仿真平臺與智能小車聯(lián)調(diào)測試15.5智能網(wǎng)聯(lián)汽車駕駛模擬平臺15.5.2仿真平臺與智能小車聯(lián)調(diào)測試15.5智能網(wǎng)聯(lián)汽車駕駛模擬平臺15.5.2仿真平臺與智能小車聯(lián)調(diào)測試5.實(shí)現(xiàn)駕駛模擬器同步控制智能小車且與仿真對應(yīng)左側(cè)為仿真環(huán)境實(shí)時(shí)俯視圖，可以觀察到仿真車輛的行駛行為與實(shí)時(shí)位置；中間為仿真車輛駕駛?cè)艘暯?；右?cè)為實(shí)際沙盤環(huán)境實(shí)時(shí)俯視圖，可以觀察到智能小車的行駛行為與實(shí)時(shí)位置。實(shí)現(xiàn)駕駛模擬器能夠控制智能小車后，可以觀察到仿真車輛與智能小車的行駛行為一致，且它們在各自環(huán)境中的位置基本對應(yīng)，這樣使得智能駕駛虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺搭建完成，可以作為智能車輛駕駛的仿真平臺進(jìn)行廣泛的應(yīng)用。15.5智能網(wǎng)聯(lián)汽車駕駛模擬平臺15.5.2仿真平臺與智能小車聯(lián)調(diào)測試15.5智能網(wǎng)聯(lián)汽車駕駛模擬平臺15.5.2仿真平臺與智能小車聯(lián)調(diào)測試15.5智能網(wǎng)聯(lián)汽車駕駛模擬平臺15.5.3智能網(wǎng)聯(lián)虛擬駕駛運(yùn)行效果1.基于MPC的車輛編隊(duì)模型利用Simulink軟件驗(yàn)證基于MPC的車輛編隊(duì)控制模型，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證5輛車的車輛編隊(duì)模型。其中，1輛為領(lǐng)航車，其余4輛為跟隨車輛。該模型可以令車隊(duì)中車輛近似保持設(shè)定好的理想車間距，同時(shí)后車根據(jù)領(lǐng)航車行駛行為的變化而做出不同的反應(yīng)。15.5智能網(wǎng)聯(lián)汽車駕駛模擬平臺15.5.3智能網(wǎng)聯(lián)虛擬駕駛運(yùn)行效果15.5智能網(wǎng)聯(lián)汽車駕駛模擬平臺15.5.3智能網(wǎng)聯(lián)虛擬駕駛運(yùn)行效果15.5智能網(wǎng)聯(lián)汽車駕駛模擬平臺15.5.3智能網(wǎng)聯(lián)虛擬駕駛運(yùn)行效果15.5智能網(wǎng)聯(lián)汽車駕駛模擬平臺15.5.3智能網(wǎng)聯(lián)虛擬駕駛運(yùn)行效果2.仿真車輛模型搭建設(shè)置1輛模擬駕駛車輛（駕駛模擬器實(shí)際控制的車輛），4輛自動駕駛車輛，共計(jì)5輛車，均選用“AudiA8Sedan”車型；第1輛為模擬駕駛車輛（黑色噴漆），后4輛為自動駕駛車輛（紅色噴漆）。模擬駕駛車輛駕駛模式選用“GameController”；自動駕駛車輛駕駛模式選用“PathFollower”，并選用“WithP