1. 研究目的与意义
随着交通事故的频繁发生，交通安全成为备受关注的点，智能车队列控制研究也在此环境下应运而生。智能车队列控制不同于单个车的控制，一辆车可以根据相邻车辆信息自动地调整该车辆的纵向运动状态。在实际应用中，车辆附近随时可能出现各种动态障碍物，例如其他未参与编队的车辆等，从而会影响车辆的路径跟踪进程，甚至有发生碰撞的危险。本课题实际角度出发，设计一种智能车队列防碰撞系统，该系统包括通信模块、电机驱动模块、车速检测模块、显示模块、报警模块等，最终实现车队能够在遇到障碍物之后需要减速或者停车时，能够保持整体平稳地减速，而不会让车辆之间发生碰撞。
随着交通问题日趋严峻，为了提升交通系统的安全性和智能化，智能交通的系统理念逐渐兴起。智能交通可以利用新一代的通信网络和数据处理能力，提高交通系统的整体效率，降低能量损耗，增加运输的安全和便捷。近阶段，智能交通系统的开发将主要集中在智能公路交通系统领域，也就是俗称的车联网。而其中的v2v(vehicle-to-vehicle)和v2i(vehicle-to-infrastructure)，或简称v2x，指的是车辆与车辆，车辆与路侧之间的通信系统。这类系统就是所谓的车辆临时网络(vehicular ad-hoc networks, vanets)，它属于一种移动临时网络(mobile ad-hoc networks, manets)。在这个网络中，每一辆入网的车辆可以成为一个网络节点，具有移动性。每个节点与其他节点协同，减少盲区，避免事故。欧美等发达国家都在积极推进相关技术的研究，目前，美国在“汽车与道路基础设施的集成”(vii)计划的基础上，通过开发和集成各种车载路侧设备以及通信技术使得驾驶者在驾驶中能够作出更好和更安全的决策。欧洲its(intelligent traffic system)组织ertico的e safety70余项研发项目，都将车路通信与协同控制作为研究重点。日本的“智能道路”(smart way)计划将重点发展整合日本各项its的功能及建立车上单元的共同平台，使道路与车辆由its咨询的双向传输而成为smartway与smartcar，以减少交通事故和缓解交通拥堵，目前已进入技术普及阶段。我国车路协同实施起步较晚，目前仍处于初步探阶段。部分高校和研究机构进行了相关智能化车路协同控制技术的研究。如：国家科技攻关专题“智能公路技术跟踪”，国家863课题“智能道路系统信息结构及环境感知与重构技术研究”等。建立我国车路协同技术体系框架，并结合我国道路交通基础设施的发展现状以及智能车载信息终端的应用现状，发展适合我国国情和满足市场需求的车路协同综合交通运输管理系统是目前首要的研究课题。
另外，如何以科学的方法准确认知交通现象，如何以先进的技术支撑交通系统的发展，以有效缓解交通拥堵、降低排放/能耗和提高行驶安全，是亟待解决的重要问题。由于传统交通系统的感知、计算、通信和控制等过程之间缺乏广泛的互联互通互操作，导致交通系统尚未实现充分的协调与优化。智能汽车的出现，为上述问题的解决提供了新的途径。随着现代信息技术、电子技术和网络技术的迅猛发展，一个崭新的智能汽车时代已经到来。智能汽车已经超越传统电子数码产品，将驾驶体验与数字生活深度融合。而苹果、谷歌等公司也纷纷试水汽车领域，在汽车产业全面发力。智能汽车已经成为当下汽车产业的发展趋势，必将引领未来科技潮流。近几年来，汽车领域超过90%的创新都与汽车智能化系统相关，一场智能革命正在孕育生长，汽车正在进化为最大的移动终端。除了传统的汽车电子厂商，一大批名气与实力兼备的it企业也对智能汽车产业跃跃欲试，意图大展拳脚。与此同时，新能源汽车方兴未艾，在信息化的大背景下，与智能汽车完美结合。此外，随着德国工业4.0理念以及中国制造2025战略的提出，势必将会进一步推进智能汽车的发展。
2. 研究内容和预期目标
设计一种智能车队防碰撞系统，智能车由微处理器、各类传感器、智能控制器和通信单元等组成，能通过防碰撞算法实现由多个智能车组成的汽车队列的防碰撞功能。完成的功能：可选择带两个后驱动轮，一个前从动轮的电动车作为运动机构，用两个直流变速电机来驱动左右两个后车轮转动，采用车间通信的方式来获得相邻车辆之间的状态信息，包括位置信息、速度信息等，将采集到的外界环境信息（其他车辆的速度、位置等）与自身运动状态结合，经过防碰撞控制单元的分析处理，判断当前情况下发生碰撞可能性大小，对车辆进行相应的防碰撞控制，确保车辆的安全。最后，完成整个系统的原理图和硬件电路图设计，以及整个系统的软件编程及功能调试。
研究内容一：信息交互系统设计
协同的车辆之间一般需要通过无线通讯实现信息交互，由于车队在公路上行驶，周围环境和工况复杂，通讯质量对于车队的稳定行驶至关重要。由多辆自主车组成的协同车队对通讯系统的要求与构建智能交通系统，以此来解决车载环境下车车、车路之间的通信对系统的要求有所区别，前者要求无线通讯延迟小，除此之外，后者还要求无线通讯必须具备抗干扰能力强、安全性能高、接入速度快等特性，这样才能保证车队的稳定行驶，提高道路交通的安全和道路通行的效率，以此解决近年来，因汽车数量的迅速增长，产生的交通问题。
3. 研究的方法与步骤
采用无线数据通信传输，车车信息交互拓扑结构。通信结构方法如图1所示。“前车”安装的超宽带通信模块实时与后车进行通信，把从惯性组合导航中获得的车的位置、加速度、速度等信息发送给后车；“后车”安装的超宽带测距模块实时测得两车之间的距离，后车获取本车和前车的信息之后进行上层速度规划，规划出来的跟踪速度发给车辆底层控制，通过控制油门和刹车，车辆底层控制负责快速的响应上层的规划速度，实现车辆期望距离的跟踪。
4. 参考文献
[1] 李科志. 车联网环境下基于反馈的智能车辆编队控制研究[d].重庆邮电大学,2017.
[2] 王沛东. 自主车队的纵向协同控制技术研究[d]. 国防科技大学, 2015.
[3] 覃频频, 裴世康, 侯晓磊等. 不同车辆工况对协同自适应巡航控制车队行驶安全的影响[j]. 交通运输系统工程与信息,2019.
5. 计划与进度安排
（1）2022-02-24～2022-03-08 查阅技术资料，确定研究内容和系统架构，撰写开题报告；
（2）2022-03-09～2022-03-22 结合总体架构，完成传感器选型、系统硬件功能分析和设计；
（3）2022-03-23～2022-04-19 设计系统硬件电路，编写系统软件程序；
