[发明专利]多自主车辆决策与控制实时仿真实验系统

说明书

技术领域

本发明涉及群体机器人和智能交通领域，特别涉及群体智能车辆决策与控制领域。涉及到车辆动力学分析、控制科学与工程、信息技术、交通工程等领域，主要用于多自主车辆的结构设计、动力学分析、优化方法研究、控制算法开发及对多自主车辆进行实时控制。

背景技术

多自主车辆的开发研究主要有两方面的内容：分布式优化与安全控制。

分布式优化完成对实体多自主车辆的路径优化任务，由领导车辆给出自主车辆协作时的具体路径，重点是全局任务分配时的决策算法研究。多自主车辆决策层的主要任务是通过融合后的局域路况信息、去噪后的全局定位信息与知识库的信息对比，给出领导车辆给出风险评价和实体自主车辆安全控制与全局任务规划的可行性分析，使多自主车辆在环境中找到优化路径，提高道路网的通行能力。在工具使用上，对于多自主车辆的开发研究来说带有高速处理器的嵌入式主板能胜任此任务，带有Windows CE支持的操作系统为优化算法开发提供了便利。

安全控制能够对自主车辆局域安全行驶提供保障，其主要任务是通过对实体自主车辆的直流永磁电机和舵机的控制，进而实现自主车辆运行姿态的控制，使自主车辆能够平稳、快速运行。

由于采用实际模型和真实环境研究智能车辆的协作，代价昂贵且无法保证安全。随着室内定位系统的出现，建立实验室规模的多自主车辆系统，再现实际交通环境中智能车辆的协作成为可能。

实时仿真实验是在系统里搭建多自主车辆，设计控制器，通过反复在平台上进行试验调试，得到实体多自主车辆的决策算法与控制算法，总结多自主车辆决策与控制的规律。

目前，通过仿真实验来研究智能车辆研究智能车辆的协作和安全性性能，应经是智能车辆理论和实践研究的重要方法之一。同时，仿真试验结果也为智能车辆制造提供了有效的参考依据。因此，智能车辆仿真实验系统对理论和实践的价值、意义和作用是显而易见的。例如仿真试验系统利用开发的安全控制算法，模拟智能车辆的跟驰和超车，有助于研究人员自主车辆的动态特性和性能参数。揭示智能车辆的动力学、运动学及有效的分布式优化和控制算法等，从而在未来智能交通中提高道路网的通行能力，提高整个公路运输的机动性、安全性。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种多自主车辆决策与控制实时仿真实验系统，使其能方便完成多自主车辆自身决策与实时控制，以及模拟实际智能交通环境中多智能车辆的运行情况，真实还原多智能车辆的决策与控制过程，能够进行控制器设计，自主车辆结构设计，实验平台体系结构设计，以供研制过程中控制算法研究与开发以及多自主车辆分布式优化等方面。

本发明是通过以下技术方案实现的，结合附图说明如下：

本发明包括：多自主车辆系统、无线通信系统、室内定位系统和PC信息处理系统四个部分，系统之间的连接关系参阅附图1，多自主车辆决策与控制实时仿真实验系统结构总体框图参阅图2所示，M1、M2、M3和M4表示位置追踪器，通过网络控制器与PC相连，RJ11是位置追踪器与网络控制器的连接线，T1、T2和T3表示自主车辆，D1、D2、D3和D4表示无线通信模块，多自主车辆决策与控制实时仿真实验系统软件平台结构及功能参阅图3所示。

多自主车辆决策与控制实时仿真实验系统，在实验室范围内实施和运行，包括多自主车辆系统、无线通信系统、室内定位系统和PC信息处理系统四大部分，其特征是：所述的多自主车辆系统又分为信息采集处理模块、数据提取融合模块、决策控制模块和硬件驱动模块，其中，所述信息采集处理模块由红外测距传感器、数字摄像头、光电编码器和辅助控制器构成，所述数据提取融合模块和决策控制模块主要由主控制器实现；所述无线通信系统由多个无线通信模块组成，根据需要进行组网，所述室内定位系统包括超声波发送器、目标追踪器和网络控制器，所述PC信息处理系统，主要用于定位数据处理并将数据实时发送给自主车辆，其中：

所述信息采集处理模块，实现对实体多自主车辆传感器信息数据的获取、存储和去噪；

所述数据提取融合模块，实现对实体多自主车辆传感器所获信息数据的融合；

所述决策控制模块，实现对实体多自主车辆的决策和控制；

所述硬件驱动模块，实现对实体多自主车辆运动执行器即直流永磁电机的驱动；

所述无线通信模块，实现实时仿真实验系统顶层定位信息向实体多自主车辆实时位置坐标信息的单向发送以及实体多自主车辆信息的交互；

所述超声波发送器，实现周期性的超声波发送，对实体多自主车辆唯一的ID身份认证；