無(wú)人駕駛汽車(chē)半物理仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì).pdf

1、智能決策系統(tǒng)是無(wú)人駕駛汽車(chē)中最重要的部件，其智能決策水平直接決定了無(wú)人駕駛汽車(chē)行駛時(shí)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(guò)程中對(duì)其進(jìn)行充分測(cè)試以盡早暴露系統(tǒng)中存在的各種設(shè)計(jì)缺陷是一條重要途徑。在實(shí)車(chē)實(shí)驗(yàn)受限的情況下，有鑒于半物理仿真技術(shù)的諸多優(yōu)點(diǎn)，將來(lái)應(yīng)該成為無(wú)人車(chē)智能決策系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)與驗(yàn)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(chē)電子產(chǎn)品的研究與設(shè)計(jì)活動(dòng)中，但還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)應(yīng)用在無(wú)人車(chē)智能決

2、策水平驗(yàn)證上的案例。無(wú)人車(chē)半物理仿真作為仿真理論中一個(gè)比較新穎的應(yīng)用方向，可以對(duì)無(wú)人車(chē)智能決策水平進(jìn)行評(píng)估。在把無(wú)人車(chē)半物理仿真系統(tǒng)應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)之前，對(duì)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(chē)的發(fā)展歷程以及目前汽車(chē)普遍存在的安全性問(wèn)題，進(jìn)而引出無(wú)人駕駛汽車(chē)的概念。概述了仿真理論與仿真技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，重點(diǎn)描述了半物理仿真技術(shù)在汽車(chē)工程尤其是汽車(chē)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(shí)也對(duì)仿真技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀作了說(shuō)明。
　　 從仿真系統(tǒng)的技術(shù)需求出發(fā)，設(shè)計(jì)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(gè)半物理仿真系統(tǒng)的工作原理。針對(duì)無(wú)人車(chē)智能決策水平的測(cè)試內(nèi)容，給出虛擬交通場(chǎng)景的總體設(shè)計(jì)框架以及幾種典型的測(cè)試道路結(jié)構(gòu)。針對(duì)從虛擬環(huán)境中獲取信息的問(wèn)題，簡(jiǎn)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(duì)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)反解作了計(jì)算。將并聯(lián)機(jī)構(gòu)劃分成三個(gè)四面體，并結(jié)合泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)與牛頓一拉夫森數(shù)值計(jì)算方法得出并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)正解。同樣，在無(wú)人車(chē)半物理仿真的具體要求下，確定出并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的速度、加速度、角速度以及角加速度，并計(jì)算出并聯(lián)機(jī)構(gòu)各驅(qū)動(dòng)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(dòng)力學(xué)方程。基于模型控制方法，設(shè)計(jì)PD控制器對(duì)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行控制?？紤]到通常

5、的標(biāo)定算法需要計(jì)算運(yùn)動(dòng)學(xué)正解的不便，文中把標(biāo)定問(wèn)題轉(zhuǎn)化成在已知運(yùn)動(dòng)平臺(tái)位姿（位置與姿態(tài)）的情況下，計(jì)算驅(qū)動(dòng)器的測(cè)量長(zhǎng)度與計(jì)算長(zhǎng)度之間的殘差，并以最小二乘迭代法計(jì)求解并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。給出了并聯(lián)機(jī)構(gòu)的自然振動(dòng)頻率計(jì)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(chē)車(chē)體、輪胎與四個(gè)懸架在內(nèi)的汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程。由于無(wú)人車(chē)通常在平坦路面上進(jìn)行測(cè)試，且汽車(chē)的前向速度、側(cè)向速度以及橫擺角速度已經(jīng)足夠檢驗(yàn)汽車(chē)的動(dòng)力學(xué)行為，因此文

6、中同時(shí)也建立了簡(jiǎn)化的汽車(chē)動(dòng)力學(xué)方程。
　　 以無(wú)人駕駛汽車(chē)半物理仿真系統(tǒng)的可信度為研究對(duì)象，在既往檢驗(yàn)方法的基礎(chǔ)上，給出無(wú)人駕駛汽車(chē)半物理仿真系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)流程。給出兩種典型的數(shù)據(jù)預(yù)處理統(tǒng)計(jì)學(xué)方法。詳細(xì)介紹了有關(guān)統(tǒng)計(jì)相似分析的概念，重點(diǎn)突出了相似度計(jì)算的方法。利用層次分析法建立無(wú)人車(chē)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(wú)人車(chē)半物理仿真系統(tǒng)為例，詳細(xì)介紹了汽車(chē)動(dòng)力學(xué)模型、并聯(lián)機(jī)構(gòu)的控制模型以及整個(gè)系統(tǒng)的可信度計(jì)算方法。