基于不确定性传播的自动泊车轨迹推算模型研究

作     者：蒋檬 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵克刚;裴锋

授予年度：2023年

学科分类：082304[工学-载运工具运用工程] 08[工学] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：自动泊车 不确定性传播 高斯过程回归 轨迹推算 

摘      要：泊车成功率是衡量自动泊车系统的重要指标之一。现有的量产自动泊车系统通常是基于确定性的动力学模型和预定义几何集法开展路径规划,在狭小车位和不规则边界等场景下的泊车成功率相对较低。联系工程实际,自动泊车系统的感知误差、定位误差和循迹跟踪误差等随机因素对泊车成功率有直接影响。本文基于不确定性的角度描述自动泊车系统,通过建立不确定性仿真模型和运用不确定性传播的方法得到泊车过程状态变量的95%置信区间,提供基于概率特征的泊车规划路径评估方法,为提高自动泊车系统的成功率提供一定的参考依据。主要的研究内容包括: 建立自动泊车系统的不确定性仿真模型。通过分析泊车系统常见传感器(如轮速计等)的随机误差产生过程,采用理论建模的方法搭建传感器的不确定性模型;为了让车辆仿真表现更接近于实车响应,提出采用实验建模的方法建立实车响应拟合模型,并采用遗传算法优化拟合模型;结合基于轮速信号的车辆定位算法和跟踪控制算法,基于Car Maker动力学仿真软件搭建整车仿真模型。 提出基于高斯过程回归的轨迹推算模型,实现泊车规划路径的概率评估。基于高斯过程拟合建立的不确定性模型,可用于不确定性单步预测。在输入状态变量为高斯分布的条件下,预测高斯过程的概率分布特征(均值与方差)。将高斯过程的输出分布重新作为下一时刻的输入,通过多步迭代预测(不确定性传播)得到规划路径对应的概率分布区间。运用蒙特卡洛方法获取不确定性整车仿真模型的实际行驶路径的概率分布区间,并以此为基准检验轨迹推算模型的有效性。 开展基于典型线型的仿真与实车实验,进一步验证所提出的轨迹推算模型的有效性。结合实际泊车需求,针对泊车常用的几何曲线如五次多项式和“直线-回旋线-圆弧组合曲线开展轨迹推算研究,检验轨迹推算模型的预测精度;开展实车实验,进一步检验轨迹推算模型在实车数据条件下的有效性。基于典型线型的仿真和实车实验结果表明,所提出的轨迹推算模型能有效推算行驶轨迹的概率区间,从概率统计的角度为泊车规划路径的评估提供了理论参考。