（机械电子工程专业论文）面向区域智能运输的多智能车辆协作研究.pdf

嬲嬲必 d i s s e r t a t i o ns u b m i t t e dt os h a n g h a ij i a ot o n gu n i v e r s i t y i np a r t i a lf u l f i l l m e mo ft h er e q u i r e m e n t f o rt h ed e g r e eo fd o c t o ro fe n g i n e e r i n g s t u d y o nt h ec o o r d i n a t i o no fm u l t i p l e i n t e l l i g e n t v e h i c l e sf o rt h el o c a l i n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m s c a n d i d a t e ：f e n g - - h u iw a n g s u p e r v i s o r ：p r o f r u q i n gy a n g m a j o r ： m e c h a n i c a le n g i n e e r i n g i n s t i t u t eo f r o b o t i c s ， s h a n g h a ij i a ot o n gu n i v e r s i t y m a r c h ，2 0 0 9 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：王锋嘉旱 日期：加7 年5 月3 f e l 一 ( 请在以上方框内打“4 ”) 学位论文作者签名：王锋舅寻 指导教师签名： 鬈弓c 昕丢 日期：z 。? 年5 月弓1 日 日期：知1 年r 月j 日 l 上海交通大学学位论文答辩决议书 所在 姓名王锋辉学号0 0 5 0 2 0 2 0 2 3机械电子工程 学科 答辩答辩 指导教师杨汝清 2 0 0 9 5 31 机械学院主楼4 0 1 日期地点 论文题目面向区域智能运输的多智能车辆协作研究 投票表决结果：f 矿厂( 同意票数实到委员数应到委员数)答辩结论：豸通过口未通过 评语和决议： 面向区域智能运输的多智能车辆协作是新型智能运输系统研究领域的重要课题之一，具 有重要的学术价值和工程意义。以多智能体协作理论为基础，提出了一种多智能车辆协作 的并行体系结构，研究了行为协作及任务协作的方法。论文的主要创新工作如下： 1 提出了基于混合动态系统模型的智能车辆行为协作方法，建立了多智能车辆行为协 作仿真平台。 2 提出了基于车队稳定性的安全时距及其确定方法和基于冲突概率预估的超车控制方 法，解决了行为协作中的车队控制及超车控制问题。 3 提出了基于多智能体协作模型的分布式任务协作方法，解决了动态及分布条件下的 任务协作问题。 论文内容丰富，具有创新性，表明作者已具备扎实的理论基础和宽广的专业知识，具 有独立从事科研工作的能力。答辩过程中，作者论述清楚，逻辑严谨，回答问题正确。经 过答辩委员会评审及无记名投票表决，致通过该生的博士论文答辩，并建议授予工学博 士学位。 t 埘年厂月罗f 日 职务 姓名职称单位 签名 主席 王石刚 教授上海交通大学 冒优伊 答 、 辩 委员马培荪教授 上海交通大学 委 委员 陈卫东教授上海交通大学 陌叩寻 员 会委员姚志良 研究员上海大学 挑右久 成 习勰 员 委员 王安麟教授 同济大学 一v 。， 签 委员 名 委员 秘书袁建军副研究员上海交通大学 镁彩 一 摘要 面向区域智能运输的多智能车辆协作研究 摘要 区域智能运输系统是智能运输系统的重要分支，为解决城市及 其周边特定区域的交通问题提供了新的解决方案。该系统以全自动 的智能车辆为运输工具，旨在提高运输系统的效率和安全性，是未 来运输技术的新概念之一。区域智能运输系统中智能车辆的协作是 保证系统运行效率和安全的根本之所在，本文研究面向区域智能运 输的智能车辆协作问题，涉及智能车辆协作的体系结构设计，及协 作中的决策与控制问题。 多智能车辆协作的体系结构是实现协作的基础，也是集成协作 中的决策与控制的框架。在对多智能车辆协作问题进行分析的基础 上，结合区域智能运输系统的结构及其运行特点，设计了基于多智 能体协作模型的并行协作体系结构。该协作体系结构集成了行为协 作和任务协作，能够满足区域智能运输系统中智能车辆协作的要 求。依照本文所设计协作体系结构，实现了一个面向区域智能运输 的多智能车协作系统。 区域智能运输系统的运行必须保证智能车辆在途行驶的安全 性及整个系统的运行效率，车辆的安全性及系统的运行效率均由智 能车辆的在途行为协作来保证。行为协作同时涉及智能车辆的离散 i 摘要 状态和连续状态，为此，本文提出了基于混合动态系统模型的智能 车辆行为协作方法，其中车辆智能体的状态及其行为采用混合动态 系统模型描述。采用基于混合动态系统模型的行为协作方法，能完 整地描述智能车辆的状态、意图及其决策方法，并综合智能车辆的 基本机动模式，在保证行车安全的前提下实现直道上的所有协作行 为。该方法的有效性在多智能车协作仿真平台及相关试验中得到了 验证。 车队是智能车辆行为协作的主要模式，车队的控制是智能车辆 行为协作必须考虑的问题。本文首先分析了典型的车辆跟随距离准 则，并建立了与之对应的智能车辆跟随控制模型。分析了跟随控制 条件下的车队稳定性问题，包括车队的局部稳定性和全局稳定性。 以互联系统稳定性理论为基础，提出了基于车队稳定性的最优跟随 时距及其确定方法。试验研究结果表明，采用基于车队稳定性的最 优跟随时距，可以在尽量减少车辆间距的条件下保证车队的安全性 及其稳定性。 超车是智能车辆行为协作的另一重要模式，智能车辆的超车控 制必需保证相关车辆的安全性及超车的快速性；另外，智能车辆的 超车同时涉及决策和控制问题。为此，本文提出了基于冲突概率预 估的超车控制方法，以冲突概率为超车的安全性指标，采用模型预 测控制算法跟踪安全冲突概率，将超车中涉及的决策及控制问题综 摘要 合为一个跟踪控制问题，由此实现安全快速的自动超车。该超车控 制方法的效能在不同配置的对比试验中得到了验证。 区域智能运输中的运输任务具有分布性、动态性及随机特性， 智能车辆需要通过协作完成运输任务。为解决上述问题，本文提出 了基于多智能体协作模型的任务协作方法，采用多智能体“预规划 协调再规划的协作方法实现运输任务的分配和行驶线路的规划。 车辆智能体根据局部运输任务进行预规划，在此基础上进行协调及 再规划，由此实现分布式的任务协作。对比试验研究结果表明，基 于多智能体协作模型的分布式任务协作能够适应随机动态的运输霉 环境，显著地减少乘客的平均等车时间及总旅行时间。 关键词：协作，多智能车，多智能体系统，区域智能运输系统 i i i 摘要 s t u d yo nt h ec o o r d i n a t i o no fm u i r i p l e i n t e l l i g e n tv e h i c l e sf o r t h el o c a l i n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m s a b s t r a c t t h el o c a li n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o ns y s t e mi sa ni m p o r t a n tb r a n c ho f t h ei n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m s ( i t s ) ，w h i c hp r o v i d i n gan e w s o l u t i o nt ot h eu r b a nt r a n s p o r t a t i o n t h i ss y s t e mu s e sf u l l ya u t o m a t e d i n t e l l i g e n tv e h i c l e sa st r a n s p o r t a t i o nt o o l s ，a n di n t e n d st oi m p r o v et h e e f f i c i e n c ya n ds a f e t yo ft h et r a n s p o r t a t i o ns y s t e m ；t h e r e f o r et h el o c a l i n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o ns y s t e mh a sb e c o m ean e wc o n c e p to ft h e f u t u r et r a n s p o r tt e c h n o l o g y t h ec o o r d i n a t i o no f i n t e l l i g e n tv e h i c l e si s c r i t i c a lt oe n s u r et h ee f f i c i e n c ya n ds a f e t yo ft h el o c a l i n t e l l i g e n t t r a n s p o r t a t i o ns y s t e m i nt h i st h e s i s ，t h ec o o r d i n a t i o np r o b l e m so f i n t e l l i g e n tv e h i c l e s i nt h el o c a l i n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m ， i n c l u d i n gt h ed e s i g no fc o o r d i n a t i o na r c h i t e c t u r e ，t h ed e c i s i o n - m a k i n g ， a n dt h ec o n t r o lp r o b l e m s ，h a v eb e e ns t u d i e d t h ec o o r d i n a t i o na r c h i t e c t u r ei s n o t o n l y t h eb a s i so ft h e w 摘要 c o o r d i n a t i o no f m u l t i p l ei n t e l l i g e n tv e h i c l e s ，b u ta l s ot h ef r a m e w o r kf o r i n t e g r a t i n gc o n t r o la n dd e c i s i o n m a k i n g o ft h e c o o r d i n a t i o n b y a n a l y z i n gt h em u l t i p l ei n t e l l i g e n tv e h i c l ec o o r d i n a t i o np r o b l e m s ，t h e p a r a l l e lc o o r d i n a t i o na r c h i t e c t u r eb a s e do nt h em u l t i - a g e n ts y s t e m s c o o r d i n a t i o nm o d e lh a sb e e nd e s i g n e db yc o n s i d e r i n gt h ec o m p o s i t i o n a n do p e r a t i n gc h a r a c t e r i s t i c so ft h el o c a li n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o n s y s t e m t h i s + c o o r d i n a t i o n a r c h i t e c t u r e i n t e g r a t e s t h eb e h a v i o r c o o r d i n a t i o na n dt h et a s kc o o r d i n a t i o n ，a n dc a nm e e tt h er e q u i r e m e n t s o ft h em u l t i p l ei n t e l l i g e n tv e h i c l ec o o r d i n a t i o ni nl o c a lt r a n s p o r t a t i o n 。 s y s t e m r e f e rt ot h ea b o v em e n t i o n e dc o o r d i n a t i o na r c h i t e c t u r e ，a m u l t i p l ei n t e l l i g e n tv e h i c l ec o o r d i n a t i o ns y s t e mf o rt h el o c a li n t e l l i g e n t 枣 t r a n s p o r t a t i o nh a sb e e nr e a l i z e d t h eo p e r a t i o no ft h el o c a lt r a n s p o r t a t i o ns y s t e mm u s te n s u r et h e s a f e t yo fi n t e l l i g e n tv e h i c l e sa n dt h ee l lr o u t eo p e r a t i n ge f f i c i e n c yo f t h ew h o l e s y s t e m ， w h i c ha r ee n s u r e d b y t h ee nr o u t e b e h a v i o rc o o r d i n a t i o n t h ee l lr o u t eb e h a v i o rc o o r d i n a t i o nc o n c e r n s b o t hc o n t i n u o u sa n dd i s c r e t es t a t e so ft h e i n t e l l i g e n tv e h i c l e s ；t h e r e f o r e ah y b r i ds y s t e mb a s e db e h a v i o rc o o r d i n a t i o nm e t h o di sp r o p o s e d ，i n w h i c ht h es t a t ea n db e h a v i o ro fav e h i c l ea g e n ta r ed e s c r i b e db ya h y b r i ds y s t e m t h eh y b r i ds y s t e mm o d e lb a s e db e h a v i o rc o o r d i n a t i o n v 摘要 m e t h o dc a l ld e s c r i b et h es t a t e ，i n t e n t i o n ，a n dd e c i s i o n - m a k i n gm e t h o d o fa ni n t e l l i g e n tv e h i c l ec o m p l e t e l y , a n dc a l lr e a l i z ea l lt h ec o o r d i n a t i o n b e h a v i o r so nt h es t r a i g h tl a n eb ys y n t h e s i z i n gt h eb a s i cm a n e u v e r so f i n t e l l i g e n tv e h i c l e s t h ev a l i d i t yo ft h ep r o p o s e db e h a v i o rc o o r d i n a t i o n m e t h o dh a sb e e nv e r i f i e di nb o t ht h em u l t i p l e i n t e l l i g e n t v e h i c l e c o o r d i n a t i o ns i m u l a t i o np l a t f o r ma n dt h er e l a t i v et e s t s p l a t o o ni sap r i m a r yb e h a v i o rc o o r d i n a t i o nm o d eo ft h ei n t e l l i g e n t v e h i c l e s ，t h ec o n t r o lp r o b l e m sm u s tb ec o n s i d e r e df o rt h ep l a t o o n t h e i n t e l l i g e n tv e h i c l ef o l l o w i n gc o n t r o lm o d e lh a sb e e ne s t a b l i s h e db y a n a l y z i n gd i f f e r e n tv e h i c l ef o l l o w i n gd i s t a n c ep o l i c i e s t h ep l a t o o n s t a b i l i t yo n t h ec o n d i t i o no f f o l l o w i n gc o n t r o lh a sb e e na n a l y z e d f r o m t h ei n t e r c o n n e c t e ds y s t e ms t a b i l i t yt h e o r e t i c a lp e r s p e c t i v e ，t h ep l a t o o n s t a b i l i t yb a s e do p t i m a lf o l l o w i n gh e a d w a ya n dt h ec o r r e s p o n d i n g d e t e r m i n a t i o nm e t h o d sf o rt h i s h e a d w a yh a v eb e e np r o p o s e d t e s t r e s u l t ss h o wt h a tt h eo p t i m a lf o l l o w i n gh e a d w a yd e t e r m i n e db yt h e p r o p o s e dm e t h o dc a ne n s u r et h es a f e t ya n ds t a b i l i t yo ft h ep l a t o o n ，a n d c a nr e d u c et h ei n t e r - v e h i c l ed i s t a n c e s o v e r t a k i n gi s a n o t h e ri m p o r t a n tm o d eo ft h e i n t e l l i g e n tv e h i c l e c o o r d i n a t i o n ，s a f e t ya n dc e l e r i t ym u s tb ee n s u r e di nt h i sm a n e u v e r i n a d d i t i o n ，t h eo v e r t a k i n gc o n c e r n sb o t hd e c i s i o n - m a k i n ga n dc o n t r 0 1 a n v i 摘要 o v e r t a k i n gc o n t r o lm e t h o db a s e do nc o n f l i c tp r o b a b i l i t ye s t i m a t i o ni s p r o p o s e d ，w h i c hu s e sc o n f l i c tp r o b a b i l i t ya st h es a f e t yi n d i c a t o r t h i s m e t h o da d o p t sm o d e lp r e d i c tc o n t r o lt ot r a c kas a f ec o n f l i c tp r o b a b i l i t y , a n di n t e g r a t e sd e c i s i o n m a k i n ga n dc o n t r o lo fo v e r t a k i n gi n t oa t r a c k i n gc o n t r o lp r o b l e m ，t h e nr e a l i z e s a u t o m o t i v eo v e r t a k i n gw i t h s a f e t ya n dc e l e r i t y t h ep e r f o r m a n c eo f t h ep r o p o s e do v e r t a k i n gc o n t r o l m e t h o dh a sb e e nv a l i d a t e di nt h e c o m p a r a t i v ee x p e r i m e n t s w i t h d i f f e r e n tc o n f i g u r a t i o n s t a s kc o o r d i n a t i o ni sa n o t h e ra s p e c to ft h ei n t e l l i g e n tv e h i c l e s c o o r d i n a t i o ni nt h el o c a lt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m t h et r a n s p o r t a t i o nt a s k s o ft h el o c a l i n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o n a r ed i s t r i b u t e d ，d y n a m i c ，a n d r a n d o m ，t h e r e f o r et h ei n t e l l i g e n tv e h i c l e ss h o u l dc o m p l e t et h e s et a s k s b yc o o r d i n a t i o n t or e s o l v et h ea b o v ep r o b l e m ，at a s kc o o r d i n a t i o n m e t h o db a s e do nt h em u l t i - a g e n ts y s t e mc o o r d i n a t i o nm o d e lh a sb e e n p r o p o s e d t h i s m e t h o d u s e s t h e p r e - p l a n n i n g ，n e g o t i a t i o n ， r e - p l a n n i n g c o o r d i n a t i o n o fm u l t i p l e a g e n t st o c o m p l e t e t h e t r a n s p o r t a t i o nt a s ka s s i g n i n ga n dr o u t ep l a n n i n g t h ev e h i c l ea g e n t s c a r r yo u tp r e - p l a na c c o r d i n gt ot h el o c a lt r a n s p o r t a t i o nt a s k s ，t h e n i n i t i a t en e g o t i a t i o na n dr e - p l a no nt h eb a s i so ft h ep r e - p l a n ，t h u st h e d i s t r i b u t e dt a s kc o o r d i n a t i o nc a l lb ec o m p l e t e d t h ec o m p a r a t i v et e s t v i l 摘要 r e s u l t ss h o wt h a tt h ep r o p o s e dm u l t i - a g e n ts y s t e m sc o o r d i n a t i o nb a s e d d i s t r i b u t e dt a s kc o o r d i n a t i o ni sa b l et o a d a p tt ot h er a n d o ma n d d y n a m i ct r a n s p o r t a t i o nc o n d i t i o n s ，a n dr e d u c eb o t ht h ea v e r a g ew a i t i n g t i m ea n dt h et o t a lt r a v e lt i m eo f p a s s e n g e r ss i g n i f i c a n t l y k e y w o r d s ：c o o r d i n a t i o n ，m u l t i p l ei n t e l l i g e n tv e h i c l e s ，m u l t i - a g e n t s y s t e m ，l o c a li n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m v i i i 目录 目录 第一章绪论1 1 1 区域智能运输系统及其发展1 1 2 区域智能运输系统中的多智能车辆协作4 1 3 多智能车辆协作的研究现状5 1 3 1 智能车辆及其控制技术7 1 3 2 智能车辆的队形协作8 1 3 3 智能车辆的任务协作9 1 3 4 协作系统的体系结构1 0 1 3 5 协作系统内部的通信1 1 1 4 课题研究的意义及主要内容1 2 第二章多智能车协作系统设计1 4 2 1 从协作的一般概念到多车协作问题。1 4 2 1 1 协作的一般概念1 4 2 1 2 多车协作问题1 4 2 2 区域智能运输系统的结构及运行模式。1 6 2 2 1 区域智能运输系统的结构1 6 2 2 2 区域智能运输系统的运行模式1 7 2 3 多智能车辆协作系统的体系结构设计一1 8 2 3 1 典型的协作体系结构1 8 2 3 2 面向区域智能运输的多智能车辆协作系统的体系结构设计2 0 2 3 2 1 区域智能运输系统中多智能车辆协作的特点2 0 2 3 2 2 多智能体及其协作2 l 2 3 2 3 基于多智能体协作模型的并行协作体系结构设计2 2 i x 耳录 2 4 多智能车协作系统的实现2 5 2 5 小结2 9 第三章多智能车辆的在途行为协作3 0 3 1 智能车辆行为协作的形成机制3 0 3 2 智能车辆的控制3 1 3 2 1 智能车辆的纵向控制3 l 3 2 2 智能车辆的横向控制3 2 3 3 智能车辆协作的基本机动模式3 4 3 4 基于混合动态系统模型的智能车辆行为协作方法3 5 3 5 智能车辆协作行为及其自组织现象4 0 3 5 1 多智能车辆行为协作仿真平台的建立4 0 3 5 2 多智能车辆的协作行为4 l 3 5 2 1 车队。4 l 3 5 2 2 超车4 2 3 5 2 3 绕障4 4 3 5 3 多智能车辆行为协作的自组织现象4 5 3 6 小结4 6 第四章在途行为协作中的车队控制4 7 4 1 车队中智能车辆的跟随距离4 7 4 1 1 车辆间的常值跟随距离4 8 4 1 2 车辆间的时距4 9 4 2 智能车辆跟随控制的模型与方法5 0 4 3 车队纵向控制的系统稳定性5 l 4 3 1 相邻两车的跟随稳定性5 2 4 3 2 车队稳定性5 2 4 4 基于车队稳定性的安全时距5 5 4 5 车队运行的试验研究5 6 x 目录 4 5 1 场景1 头车速度阶跃变化5 6 4 5 2 场景2 头车速度周期性变化5 7 4 5 3 场景3 头车速度非周期变化5 9 4 5 a 场景4 头车紧急刹车至停车6 0 4 6 小结6 l 第五章在途行为协作中的超车控制6 3 5 1 超车初始条件的判定6 4 5 2 基于冲突概率的超车控制方法的基本原理6 6 5 3 瞬时冲突概率的预估6 7 5 4 基于冲突概率预估的超车控制方法6 9 5 5 试验研究7 l 5 5 1c y b e r c a r 平台上的超车试验7 l 5 5 2 超车控制方法的性能比较研究7 4 5 6 关键参数对于超车控制方法的影响分析7 7 5 6 1 冲突区域对于超车的影响7 7 5 6 2 安全冲突概率对于超车的影响i 7 8 5 7 小结7 9 第六章多智能车辆的任务协作8 0 6 1 任务协作问题的描述8 0 6 2 车辆智能体的任务规划及线路规划8 2 6 2 1 车辆智能体的任务规划8 2 6 2 1 1 空车的任务规划8 3 6 2 1 2 非空车的任务规划8 3 6 2 2 车辆智能体的线路规划8 4 6 2 2 1 空车的线路规划方法8 5 6 2 2 2 非空车的线路规划8 6 6 2 3 基于多智能体协作模型的分布式任务协作8 7 x i 目录 6 2 3 1 预规划8 8 6 2 3 2 协调8 8 6 2 3 3 再规划8 8 6 3 任务协作方法的对比试验研究。8 9 6 3 1 场景1 一稠密乘客流。均匀o d 分布9 l 6 3 2 场景2 - 稠密乘客流，非均匀o d 分布9 3 6 3 3 场景q 希疏乘客流。均匀o d 分布一9 5 6 3 4 场景4 4 希疏乘客流。非均匀o d 分布。9 7 6 4 分布式任务协作方法的性能分析9 9 6 4 1 智能车辆数目对于协作系统性能的影响9 9 6 4 2 道路拓扑结构对于协作系统性能的影响1 0 1 6 5 小结1 0 2 第七章总结与展望1 0 3 7 1 总结1 0 3 7 2 主要创新1 0 5 7 3 展望1 0 6 参考文献10 8 致谢117 攻读博士学位期间的论文及科研情况118 i a a m a x a m i n a v a s k c f ( c r ) c a p k , i j c a qk = l ，2 d o 屯 d s e = e ；i j i l _ i ，j 鱼) g = ( s ，e ) g i ( s ) h i ， i n i t 以搬 l f ，l b k v 矗 眵( d k 肌 l n 2 主要符号对照表 系统运行线路对应的有向图g 的邻接矩阵 智能车辆的最大加速度 智能车辆的最大减速度 第k 个车辆智能体的可用座位数目 前( 后) 轮的刚度系数 第k 个车辆智能体相对于等车队列q i j 的适应度 冲突区域 车辆位置误差的协方差矩阵 停车后需要保持的安全距离 路段e i ，j 的长度 两车间的期望安全跟随距离 运输线路的集合 表示系统运行线路的有向图 车队中从第i 1 辆车到第i + l 辆车之间跟踪距离误差 的传播关系 车轮半径 绕车体质心的转动惯量 车辆智能体的初始状态集合 智能车辆的最大减速度变化率 前部安全区域、后部安全区域及超车安全区域的长度 从车体质心到前( 后) 轴的距离 预瞄距离 车体质量 预测周期的起始时刻 预测周期的终止时刻 x i i i n p n s 风 n 、， n q i j n m 瓠 气 r 。 只( f o l f ) q i j q p q 嵋 q ：i j g i ， x c x d x o x , p y o y p 他 y s p r 。 s = s l ，s 2 ，s n ) s k 乘客的序列号 乘客所在座位的序号 控制序列的长度 乘客所在车辆的序号 等车队列q i l i 中的乘客数目 车辆的座位数目 警戒冲突概率 安全冲突概率 t 时刻预估的什j 时刻的冲突概率 在第i 站等车去往第j 站的等车队列 规划的运输任务 第i 辆车所载乘客的信息组成的线性表 等车队列q i j 中的第k 个乘客的信息元组 车上的第k 个乘客的信息元组 车辆智能体的连续状态空间 车辆智能体的离散状态空间 车辆质心的横坐标 预瞄点的横坐标 车辆质心的纵坐标 预瞄点到跟踪轨线的偏移量 预瞄点的纵坐标 驱动电机到车轮之间的传动比 n 个车站组成的集合 所有与第k 辆智能车的规划路径一致的任务队列 所形成的一致任务队列的集合 第k 辆智能车所在车站的闭包 v s i智能车辆的当前站 s d智能车辆的目的站 鼠超车前两车之间的距离 超车后两车之间的距离 s t d 喊乘客的目的站的序号 g 乘客当前所在车站的序号 s t r i j任务队列q i j 的规划路径 s t r k第k 辆智能车当前的规划路径 t 。b o a i d 乘客上车时间 t 埘乘客到站时间 t n q i j等车队列q i j 的等车时间 瓦车辆跟随时距 u 智能车辆的目标加速度 v = v l ，v 2 ，v m ) 智能车辆的集合 v e车辆智能体的连续输入空间 v d车辆智能体的离散输入空间 v i第i 辆车的纵向速度 v d预设的巡航速度 w f ，眠w 。v 盯前部安全区域、后部安全区域及超车安全区域的宽度 车体轴线与质心速度方向的夹角 丐冲突概率的跟踪误差序列的权值序列 r控制输入序列的权值序列 6 f前轮舵角 q第i 辆车与第i 1 辆车之间的跟踪距离误差 以超车车辆与被超车辆的相对车体方向角 k搜索方向上的优化搜索步长 x v o 1 j ，q j ， f | | c ， 国 智能车辆纵向、横向位置误差的方差 智能车辆传输和控制系统的延迟时间 车体坐标系与惯性坐标系之间的相对方位角 纵向驱动电机的转速 x v i 第一章绪论 第一章绪论 1 1 区域智能运输系统及其发展 现代社会的运输需求不断增长，交通安全形势日益严峻。在城市内部，目前的城 市交通运输系统运行效率普遍偏低，而且很难克服交通拥堵的问题；在城市周边地 区及某些特殊区域，如机场、码头、商业区、大学园区等，当前的公共交通运输系 统则因缺乏运营经济性而难以提供良好的运输服务。研究开发智能运输系统( i t s ) ， 是解决上述问题的有效途径。智能运输系统( i t s ) 是将先进的通讯技术、电子技术、 传感技术、控制技术及计算机技术等有效地集成运用于整个地面交通管理系统而建 立的一种在大范围内、全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合交通运输系统【l 】。 i t s 能有效地利用现有交通设施、减少交通负荷和环境污染、保证交通安全、提高运 输效率、促进社会经济发展【2 】。 智能运输系统的早期研究主要关注通过提高交通管理系统的自动化程度来提高 运输系统的效率，如实时交通信息的发布，交通流的诱导，交叉口红绿灯控制等【3 - 6 。 上述研究及相关技术对于提高运输系统的运行效率具有一定的贡献，但仍然难以满 足当前不断增长的运输需求对于运输效率及交通安全的要求。其中一个重要要原因 在于，交通运输系统运行过程中出现的拥堵及交通事故大多由人为原因造成，而驾 驶员之间缺乏有效的协作，所以不能从根本上克服原先运输系统存在的问题。美国 加州大学伯克利分校的研究表明，现有运输系统效率的大幅度提高有赖于车辆的全 自动化，即实现无人驾驶的智能运输系统【_ 7 1