【摘要】：隨著智能交通的快速發(fā)展,人們對于微觀交通流理論的研究更加深入細(xì)致,車輛跟馳模型伴隨著微觀交通流理論的發(fā)展而發(fā)展起來。作為微觀交通流理論的基礎(chǔ),車輛跟馳模型對交通流理論的完善和補(bǔ)充起到了重要的作用。研究車輛跟馳對于交通安全、交通管理、道路通行能力評估等方面的分析與研究都有著重要的意義。因此研究跟馳模型具有十分重要的理論意義和應(yīng)用價值。但是現(xiàn)有的跟馳模型研究大多采用數(shù)學(xué)分析結(jié)合計算機(jī)仿真的方法,缺少一個直觀真實(shí)的展示界面。論文以此為目的基于NI公司的StarterKit2.0硬件平臺,研究開發(fā)了一套具備演示功能的車輛跟馳行為仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。首先論文在閱讀相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,對所研究的課題進(jìn)行了詳細(xì)的綜述,鑒于最優(yōu)速度跟馳模型結(jié)構(gòu)簡單、數(shù)學(xué)上易于擴(kuò)展且應(yīng)用最為廣泛,論文將該模型作為重點(diǎn)研究對象,并與全速度差模型展開對比分析。然后,基于Starter Kit 2.0性能對最優(yōu)速度模型和全速度差模型進(jìn)行了參數(shù)標(biāo)定,運(yùn)用線性穩(wěn)定性理論對標(biāo)定的跟馳模型進(jìn)行了穩(wěn)定性分析,運(yùn)用控制學(xué)理論和數(shù)學(xué)分析方法計算該模型穩(wěn)定的精確條件,借助C++和MATLAB編程技術(shù)對標(biāo)定的跟馳模型穩(wěn)定性進(jìn)行了理論驗(yàn)證。其次,設(shè)計了三組跟馳實(shí)驗(yàn)對模型穩(wěn)定性進(jìn)行了實(shí)際驗(yàn)證。主要的工作有:對NI Single-Board RIO嵌入式控制板進(jìn)行二次開發(fā),基于板載硬件接口擴(kuò)展了RS232串口轉(zhuǎn)WiFi模塊,完成通信模塊的硬件調(diào)試與軟件設(shè)計,實(shí)現(xiàn)了 Starter Kit 2.0與計算機(jī)的通信功能,以及前車與后車的通信功能;擴(kuò)展了紅外探測傳感器模塊,設(shè)計循跡跑道與下位機(jī)運(yùn)動控制程序,實(shí)現(xiàn)了 Starter Kit 2.0的循跡功能。最后,采用LabVIEW語言設(shè)計上位機(jī)界面,實(shí)時采集、處理、保存并顯示StarterKit2.0的運(yùn)動狀態(tài),包括前后車距、前后車速、后車加速度等信息。論文的創(chuàng)新之處在于將循跡與跟馳行為有機(jī)結(jié)合起來,較為準(zhǔn)確的演示了雙車系統(tǒng)在單一軌道上的跟馳行為。在實(shí)驗(yàn)過程中利用WiFi技術(shù)實(shí)現(xiàn)無線通信,前后車可以根據(jù)功能需要實(shí)時獲取對方的運(yùn)動狀態(tài)信息,實(shí)現(xiàn)信息交互,體現(xiàn)了車聯(lián)網(wǎng)的思想順應(yīng)未來交通發(fā)展的趨勢。開發(fā)了一套展示車輛運(yùn)動狀態(tài)信息的人機(jī)界面,便于數(shù)據(jù)的觀察、分析與處理,為今后研究人員研究學(xué)習(xí)車輛跟馳行為提供借鑒。
[Abstract]:With the rapid development of intelligent transportation, the research on microscopic traffic flow theory is more and more intensive, and the car-following model is developed with the development of micro-traffic flow theory. As the basis of microscopic traffic flow theory, car-following model plays an important role in perfecting and supplementing traffic flow theory. It is of great significance for the analysis and research of traffic safety, traffic management, road capacity evaluation and so on. Therefore, the study of car-following model has very important theoretical significance and application value. However, most of the current research on car-following model is based on mathematical analysis and computer simulation, which lacks an intuitive and real display interface. Based on the StarterKit2.0 hardware platform of NI Company, a set of simulation experiment system of vehicle car-following behavior with demonstration function is developed in this paper. First of all, on the basis of reading the relevant literature, the thesis makes a detailed summary of the research topics. In view of the simple structure of the optimal speed and car-following model, the mathematical expansion and the most extensive application, the paper takes the model as the key research object. The results are compared with the whole velocity difference model. Then, based on the performance of Starter Kit 2.0, the optimal velocity model and the full velocity difference model are calibrated, and the linear stability theory is used to analyze the stability of the calibrated car-following model. The accurate conditions for the stability of the model are calculated by using the control theory and mathematical analysis method. The stability of the calibrated car-following model is theoretically verified by using C and MATLAB programming techniques. Secondly, three groups of car-following experiments are designed to verify the stability of the model. The main work is as follows: the second development of NI Single-Board RIO embedded control board, the extension of RS232 serial port to WiFi module based on board hardware interface, the completion of hardware debugging and software design of communication module, and the realization of communication function between Starter Kit 2.0 and computer. The function of communication between the front car and the rear car is discussed, the infrared detection sensor module is extended, the track runway and the lower computer motion control program are designed, and the tracking function of Starter Kit 2.0 is realized. Finally, the upper computer interface is designed by using LabVIEW language, which can collect, process, store and display the moving state of StarterKit2.0 in real time, including the information of the distance between the front and the rear, the speed of the front and back, the acceleration of the rear car and so on. The innovation of this paper lies in the combination of track tracing and car-following behavior, which accurately demonstrates the car-following behavior of two-car system on a single track. In the process of experiment, the wireless communication is realized by using WiFi technology. The front and rear vehicles can obtain the movement state information of each other in real time according to the need of function, and realize the information exchange, which reflects the idea of vehicle networking to conform to the trend of traffic development in the future. A human-machine interface is developed to display the information of vehicle motion state, which is convenient for observation, analysis and processing of data, and provides a reference for researchers to study the behavior of car-following in the future.
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：U491

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本文編號：2232418