無人駕駛汽車半物理仿真系統(tǒng)的設(shè)計.pdf

1、智能決策系統(tǒng)是無人駕駛汽車中最重要的部件，其智能決策水平直接決定了無人駕駛汽車行駛時的安全性與可靠性。為了構(gòu)建性能可靠的智能決策系統(tǒng)，在研制過程中對其進(jìn)行充分測試以盡早暴露系統(tǒng)中存在的各種設(shè)計缺陷是一條重要途徑。在實車實驗受限的情況下，有鑒于半物理仿真技術(shù)的諸多優(yōu)點，將來應(yīng)該成為無人車智能決策系統(tǒng)分析、設(shè)計與驗證的重要手段。
　　 目前，半物理仿真技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于汽車電子產(chǎn)品的研究與設(shè)計活動中，但還沒有發(fā)現(xiàn)應(yīng)用在無人車智能決

2、策水平驗證上的案例。無人車半物理仿真作為仿真理論中一個比較新穎的應(yīng)用方向，可以對無人車智能決策水平進(jìn)行評估。在把無人車半物理仿真系統(tǒng)應(yīng)用于實驗之前，對其工作原理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其仿真可信度進(jìn)行深入細(xì)致地研究是確保仿真系統(tǒng)具有較高可信度的前提條件。
　　 首先回顧了汽車的發(fā)展歷程以及目前汽車普遍存在的安全性問題，進(jìn)而引出無人駕駛汽車的概念。概述了仿真理論與仿真技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，重點描述了半物理仿真技術(shù)在汽車工程尤其是汽車電子產(chǎn)品上

3、的應(yīng)用情況。介紹了仿真可信度理論的基本概念以及各種技術(shù)規(guī)范的發(fā)展情況，具體論述了仿真系統(tǒng)可信度研究的方法，同時也對仿真技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀作了說明。
　　 從仿真系統(tǒng)的技術(shù)需求出發(fā)，設(shè)計出半物理仿真系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，并詳細(xì)闡述了整個半物理仿真系統(tǒng)的工作原理。針對無人車智能決策水平的測試內(nèi)容，給出虛擬交通場景的總體設(shè)計框架以及幾種典型的測試道路結(jié)構(gòu)。針對從虛擬環(huán)境中獲取信息的問題，簡單建立了從兩維圖像中恢復(fù)出三維信息的圖像處理算法。

4、>　　 在半物理仿真系統(tǒng)的具體使用要求下，對并聯(lián)機構(gòu)的運動學(xué)反解作了計算。將并聯(lián)機構(gòu)劃分成三個四面體，并結(jié)合泰勒級數(shù)展開與牛頓一拉夫森數(shù)值計算方法得出并聯(lián)機構(gòu)的運動學(xué)正解。同樣，在無人車半物理仿真的具體要求下，確定出并聯(lián)機構(gòu)運動平臺的速度、加速度、角速度以及角加速度，并計算出并聯(lián)機構(gòu)各驅(qū)動器的速度、加速度、角速度與角加速度，按照牛頓一歐拉方法建立系統(tǒng)的動力學(xué)方程?；谀Ｐ涂刂品椒?，設(shè)計PD控制器對并聯(lián)機構(gòu)的運動軌跡進(jìn)行控制?？紤]到通常

5、的標(biāo)定算法需要計算運動學(xué)正解的不便，文中把標(biāo)定問題轉(zhuǎn)化成在已知運動平臺位姿（位置與姿態(tài)）的情況下，計算驅(qū)動器的測量長度與計算長度之間的殘差，并以最小二乘迭代法計求解并聯(lián)機構(gòu)的運動參數(shù)。給出了并聯(lián)機構(gòu)的自然振動頻率計算。
　　 作為半物理仿真系統(tǒng)的重要組成部分，建立了包括汽車車體、輪胎與四個懸架在內(nèi)的汽車系統(tǒng)動力學(xué)方程。由于無人車通常在平坦路面上進(jìn)行測試，且汽車的前向速度、側(cè)向速度以及橫擺角速度已經(jīng)足夠檢驗汽車的動力學(xué)行為，因此文

6、中同時也建立了簡化的汽車動力學(xué)方程。
　　 以無人駕駛汽車半物理仿真系統(tǒng)的可信度為研究對象，在既往檢驗方法的基礎(chǔ)上，給出無人駕駛汽車半物理仿真系統(tǒng)的開發(fā)流程。給出兩種典型的數(shù)據(jù)預(yù)處理統(tǒng)計學(xué)方法。詳細(xì)介紹了有關(guān)統(tǒng)計相似分析的概念，重點突出了相似度計算的方法。利用層次分析法建立無人車半物理仿真系統(tǒng)可信度分析的遞階層次結(jié)構(gòu)圖。以無人車半物理仿真系統(tǒng)為例，詳細(xì)介紹了汽車動力學(xué)模型、并聯(lián)機構(gòu)的控制模型以及整個系統(tǒng)的可信度計算方法。