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原文传递智能汽车自动泊车策略设计与测试研究

论文题名：	智能汽车自动泊车策略设计与测试研究
关键词：	智能汽车;自动泊车策略;路径规划;跟踪控制;场景生成;组合测试
摘要：	自动泊车作为智能汽车中一项关键技术，能够帮助驾驶员完成泊车任务，改善人们的出行体验，是现阶段重要的研究方向。合理的自动泊车策略将改善泊车过程的安全性、舒适性，提高泊车效率，然而，随着汽车保有量的提升，泊车环境的复杂度和泊车难度也日益提升，高质量的泊车路径规划及精准的路径跟踪控制仍是自动泊车策略的技术难点。在自动泊车策略不断发展的同时，与之配套的测试方法还不成熟，科学高效的测试方法将成为自动泊车技术发展的重要推力。　　本文依托十三五国家重点研发计划课题“自动驾驶电动汽车硬件在环测试环境构建与模拟测试技术研究(2018YEB0105103)”和国家自然科学基金联合基金重点项目“冰雪环境自动驾驶汽车在环仿真测试评价方法(U22A20247)”，围绕自动泊车策略设计与测试开展研究。其中自动泊车策略包括路径规划策略及跟踪控制策略，路径规划策略通过前端路径搜索与后端路径优化的方式，实现了泊车场景下的高质量的路径规划；跟踪控制策略接收规划路径后完成速度设计，并构建横纵向控制器，实现了泊车路径跟踪。采用基于场景的测试方法，明确自动泊车策略测试场景要素及取值范围，以组合测试为基础，引入场景关注度作为先验知识指导，生成了符合设计需求的测试场景。最终对自动泊车策略进行整体测试，并验证了引入场景关注度对组合测试生成场景的改进效果。　　本文的具体研究内容如下：　　(1)自动泊车策略设计。自动泊车策略主要考虑已知环境信息后的泊车路径规划策略和跟踪控制策略。采用前端路径搜索与后端路径优化相结合的路径规划方法，结合混合A*及多曲率Reeds-Sheep曲线集获得前端初始路径，之后根据路径长度选取模型预测控制法或离散点参考线平滑算法对初始路径进行后端优化，实现高质量泊车路径规划。在跟踪控制策略中首先采用T型和S型速度曲线针对泊车路径进行速度设计，保证了速度和加速度的连续性；此后构建具有良好跟踪控制效果的横纵向控制器，采用动力学前馈与反馈结合的方式实现车辆纵向速度控制；采用纯跟踪算法实现车辆横向路径跟踪控制。　　(2)自动泊车策略测试场景生成。首先针对自动泊车策略特点进行场景要素提取，并参照标准法规和现实条件明确场景要素取值；然后采用组合测试方法生成测试场景，分析传统的连续粒子群算法在解决测试用例生成问题时存在的不足，提出一种离散粒子群算法，在满足给定覆盖要求的前提下生成了数量更少的测试用例；引入场景关注度定量描述测试人员对不同场景的重视程度，并以此为指导，将测试用例转化为更满足测试人员设计需求的自动泊车策略测试场景。　　(3)基于场景的自动泊车策略测试验证。首先在纯仿真测试平台上对自动泊车策略进行整体功能的基本验证；之后将自动泊车策略在场景关注度指导下生成的组合测试场景与未考虑场景关注度的组合测试场景中分别进行遍历测试，统计两组场景下的自动泊车策略的前端路径搜索时间、车辆换向次数及跟踪控制误差，评价场景难易程度，对比了两组场景的测试价值；最后为了测试自动泊车策略在接近实际工作条件下的性能，搭建原型控制器在环测试平台对自动泊车策略进行测试验证。结果表明，本文提出的自动泊车策略能够在较为复杂的泊车场景下有效地完成泊车任务；且在组合测试方法中引入场景关注度作为指导生成的场景更容易发现被测对象的缺陷和不足，具有更高的测试价值。
作者：	孔德成
专业：	车辆工程
导师：	王云成
授予学位：	硕士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2023