自主车辆导航安全验证方法

论文摘要

自主车辆是集环境感知、规划决策、多等级辅助驾驶等功能于一体的综合智能系统。它集中运用了计算机、现代传感、信息融合、通信、人工智能以及自动控制等技术,是典型的高科技综合体,也是未来智能交通系统的主要研究部分。自主导航是自主车辆的标志性技术,安全行驶是其最终目的。本文以自主车辆导航行为安全性为研究对象,分别采用仿真验证和形式验证两种不同的方法,着重研究自主车辆导航行为决策安全验证问题。本文的研究内容：(1)基于系统仿真验证技术的自主车辆导航行为决策安全验证方法。通过引入道路曲线坐标系统,以随机变量作为车辆未来的控制输入,采用蒙特卡罗抽样技术,仿真验证系统随机行为安全策略。(2)基于形式验证技术的自主车辆导航行为决策安全验证方法。针对自主车辆是一个对安全性要求极高的混合系统,本文依据混合系统的基本概念和理论,建立一个车辆控制混合自动机模型,并利用可达性分析技术和方法,提出一种自主车辆行为决策在线安全验证方法。本文的创新点和独到之处：(1)本文针对多变的实际道路形态,引入道路曲线坐标系,实现了对车辆动态模型和道路模型的简化。(2)本文在统一抽样的基础上加入迭代抽样过程,提高了样本的利用效率。(3)本文将混合系统的验证技术应用到车辆控制领域,通过引入马尔科夫链对车辆行为随机可达集进行近似表示,分析和计算车辆行为决策的安全性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 自主车辆安全验证技术
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 系统仿真技术的国内外研究现状
• 1.3.2 形式验证技术的国内外研究现状
• 1.4 本文主要研究内容
• 第二章 道路交通场景随机风险验证
• 2.1 引言
• 2.2 模型的建立
• 2.2.1 控制输入的随机模型
• 2.2.2 车辆控制的动态模型
• 2.3 驾驶员行为模型
• 2.3.1 先验分布模型
• 2.3.2 视野约束模型
• 2.4 道路几何模型
• 2.4.1 曲线坐标系统下的车辆跟踪
• 2.4.2 曲线坐标系统下的车辆动力学
• 2.5 风险验证
• 2.5.1 道路交通风险验证
• 2.5.2 自主车辆风险验证
• 2.6 验证方法的实施
• 2.6.1 冲突探测和时间划分
• 2.6.2 蒙特卡罗抽样与迭代抽样
• 2.7 模拟结果
• 2.8 本章小结
• 第三章 基于混合自动机的车辆控制建模及可达性分析
• 3.1 引言
• 3.2 混合系统
• 3.3 混合自动机
• 3.4 车辆控制混合自动机模型的建立
• 3.5 基于CheckMate的仿真实验
• 3.6 仿真结果及可达性分析
• 3.7 本章小结
• 第四章 自主车辆行为决策的安全验证方法
• 4.1 引言
• 4.2 系统的形式验证
• 4.3 验证过程及基本假设
• 4.4 模型的建立
• 4.4.1 动态目标位置
• 4.4.2 自主车辆参考路径
• 4.4.3 自主车辆模型
• 4.4.4 其它车辆模型
• 4.5 系统状态空间的近似表达
• 4.6 在线验证
• 4.7 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间参与课题及发表论文情况