车联网的模拟仿真技术及其在多车跟车的应用研究

作者单位：吉林大学

论文类型：硕士学位论文

摘要：随着汽车保有量的不断增加，汽车的行驶效率及安全问题变得日益重要，多车跟车作为智能交通中重要的一环，可以有效地缓解交通拥堵，提升通行效率及安全性。在通信技术大力发展的当下，车联网作为智能网联汽车中新的信息感知方式，能够弥补雷达、视觉等传感器的不足，具有超视距、不受天气影响、传输距离较大等优势，可以应用于包括多车跟车在内的多种车辆相关安全控制中，为解决当下的交通问题带来了希望。然而车联网的部署及基于车联网的相关安全应用的实车测试需要消耗大量人力、物力和财力，因此为了更加高效安全地推进智能网联汽车的发展，对车联网的模拟仿真技术及其相关安全应用的研究尤为重要。本文围绕车联网的模拟仿真技术及其在多车跟车的应用展开研究，搭建了基于车联网的多车跟车仿真平台，重点针对车联网的通信性能，及其对多车跟车效果产生的影响进行了研究，得到通信影响下的多车跟车特性，并基于通信性能的影响提出了多车跟车的改进控制算法。其主要内容如下：（1）搭建了基于车联网的多车跟车仿真平台。对 VANET ToolBox 车联网仿真平台进行二次开发，基于 MATLAB DES 离散事件系统进行跟车模型的建立，在车载单元的 APP 层实现经典跟车模型的集成，并针对车载单元的 MAC 层及PHY 层通信信道进行模拟，实现车辆之间位级别的信息传输，真实模拟现实中的信息传输过程，完成基于车联网的多车跟车仿真平台的搭建；（2）分析了车车通信对多车跟车的影响。首先，为了充分了解车联网的通信性能，基于车联网仿真平台进行了车联网的通信性能测试，测试内容包括通信性能指标端到端延时和丢包率，结果证明车辆数目、车辆间距及车辆速度等对端到端延时和丢包率具有一定影响。接下来，将通信性能指标中的端到端延时作为实验要素，重点分析了端到端延时对多车跟车的影响，从跟车通行效率、安全性能、跟随精度和舒适性四个方面分析车车通信对多车跟车效果的影响，得到通信影响下的多车跟车特性，为基于车联网的多车跟车的研究及发展提供信息和参考；II（3）针对通信影响提出了改进跟车控制算法。针对通信影响下的多车跟车特性，在可变间距安全距离模型的基础上，采用跟随误差反馈控制策略，并加入前车加速度的前馈控制量，提出考虑通信延时的多车跟车控制算法。该算法的合理性在车联网仿真平台中得到了验证，与传统跟车模型相比该算法能够充分保证多车跟车行驶的稳定性和安全性，跟随精度显著提升；该算法的实用性在PanoSim 智能驾驶仿真平台中得到了验证，能够保证其在实际车辆上的跟车效果。

关键词：车联网仿真，车车通信，多车跟车，通信延时