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《河南大学》 2017年
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基于Zynq/SoC的多车协同系统建模与设计

王艺  
【摘要】:多车协同系统作为智能交通中一个重要的研究热点,是解决道路环境中多车辆协调控制切实有效的方法,有助于解决交通事故、道路阻塞和节能环保等实际问题。SoC(System on Chip)已经发展为集处理器与FPGA(Field-Programmable Gate Array)于一体的全可编程片上系统,对于处理多车协同中的复杂数据交互具有硬件加速和灵活性高的优势,可以有效解决多车协同面临的异构网络需融合、信息处理要求高、通信安全有隐患的问题,为此,本文基于Zynq/SoC片上系统设计了多车协同系统模型,并在实验室环境下提出了由多辆缩微智能车组成的模拟平台对其进行验证。本文的主要研究内容如下:(1)设计了基于Zynq/SoC的多车协同系统模型,将基于Zynq构建的单车系统与多车协同体系设计相融合,系统协同控制与车辆跟随算法相结合,各个车辆之间采用ZigBee无线通信传递和交互数据,车辆能够实时感知周围环境信息做出适当调整,实现多车辆之间更快更安全的数据传输,保证了协同系统的稳定性和灵活性。(2)提出了加入车车通信的领航跟随算法,领航跟随算法不需要全局信息更适合多车协同的设计,其核心思想是从车跟随领航车配置好的期望位置和姿态进行协同。针对领航算法中系统的鲁棒性高度依赖于领航车的鲁棒性,设计了基于领航跟随法的PD控制算法,和车队纵向控制算法,在开源软件下对协同策略进行了跟随和车间距的仿真实验,仿真结果验证了算法的有效性。然后我们将协同算法封装为Zynq标准的IP核,嵌入到多车协同系统中。(3)建立了基于Zynq全可编程片上系统的SoC验证平台。为了验证本文的多车协同系统,减少数值仿真的误差,避免真车实验复杂程度高、成本开销大的问题,建立了由多辆缩微智能车组成的SoC验证平台。通过Vivado开发套件设计了基于Zynq-7000的缩微智能车,采用软硬协同设计方法设计并实现了智能车的上位机和软件系统,利用上位机可以实时观察路况并控制智能车。将本文的协同算法移植到缩微车验证平台中,在实验室环境下对协同系统进行测试验证。最后,我们在实验室内模拟了多种交通场景,对本文的多车协同模型和协同算法进行论证,通过大量的实验验证了基于Zynq/SoC的多车协同系统的可行性和可靠性,该系统既降低了实验的成本和危险性,还可以直接移植到智能交通系统中,为典型交通环境下的多车协同研究提供解决方案。
【学位授予单位】:河南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:U495

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