基于混沌理论的无人驾驶车辆行驶轨迹量化分析

doi:10.3901/JME.2016.02.127

机械工程学报 ›› 2016, Vol. 52 ›› Issue (2): 127-133.doi: 10.3901/JME.2016.02.127

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基于混沌理论的无人驾驶车辆行驶轨迹量化分析

孙扬^1，2, 熊光明², 陈慧岩², 姜岩², 龚建伟²

1. 河北工程大学机电学院邯郸 056038；
2. 北京理工大学智能车辆研究所北京 100081

收稿日期:2015-03-27 修回日期:2015-10-08 出版日期:2016-01-15 发布日期:2016-01-15
通讯作者: 熊光明，男，1975年出生，博士，副教授。主要研究方向为智能车辆技术。 E-mail：xiongguangming@bit.edu.cn
作者简介:孙扬，男，1979年出生，博士，副教授。主要研究方向为智能车辆技术，复杂多体系统动力学，控制与仿真。 E-mail：sungcdx@foxmail.com
基金资助:
国家自然科学基金重点(90920304)、国家自然科学基金培育(91120010)和河北省教育厅(QN2015129)资助项目

Quantitative Analysis of Unmanned Ground Vehicles Trajectories Based on Chaos Theory

SUN Yang^1,2, XIONG Guangming², CHEN Huiyan², JIANG Yan², GONG Jianwei²

1. School of Mechanical Engineering, Hebei University of Engineering, Handan 056038;
2. School of Mechanical Engineering, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081

Received:2015-03-27 Revised:2015-10-08 Online:2016-01-15 Published:2016-01-15

摘要/Abstract

摘要： 针对无人驾驶车辆客观量化评价困难的问题，提出基于混沌理论的无人驾驶车辆行驶轨迹的量化分析方法。应用五次多项式方法结合优秀驾驶员驾驶车辆行驶的初始状态和目标状态设计无人驾驶车辆的理想轨迹，计算实际行驶轨迹与理想轨迹的偏差得到偏差时间数据序列；采用混沌理论的C-C方法对偏差时间数据序列重构相空间；计算偏差时间数据序列的Lyapunov指数，实现无人驾驶车辆行驶轨迹的量化表示。运用提出的方法对无人驾驶车辆避障换道的行驶轨迹偏差时间数据序列进行相空间重构，计算其Lyapunov指数为正值，表征人驾驶车辆系统的混沌性，还表征人驾驶车辆收敛到稳态响应的快慢程度。试验表明基于混沌理论的无人驾驶车辆行驶轨迹的量化分析是可行的，有效的。

关键词: Lyapunov指数, 混沌, 量化分析, 无人驾驶车辆

Abstract: The quantitative evaluation of unmanned ground vehicles is difficult. For this problem a quantitative analysis method based on chaos theory is proposed. The ideal trajectory of unmanned ground vehicles is designed applying the five order polynomial method, and the deviation time series are obtained by calculating the deviation of the actual trajectory and the ideal trajectory. Then the phase space of the deviation time series is reconstructed based on C-C method. The Lyapunov exponent of the deviation time series is calculated which the quantitative presentation of unmanned ground vehicles trajectory is. The quantitative presentation of unmanned ground vehicles trajectory of obstacle avoidance is achieved. The phase space of the deviation time series of obstacle avoidance is reconstructed. The Lyapunov exponent of obstacle avoidance is positive which is characterized the chaos of the unmanned ground vehicle and the speed of convergence to the steady state. Experimental results show that the quantitative analysis method based on chaos theory for unmanned ground vehicles trajectory is feasible and effective.

Key words: chaos, Lyapunov exponent, quantitative analysis, unmanned ground vehicles

中图分类号:

TP242

孙扬, 熊光明, 陈慧岩, 姜岩, 龚建伟. 基于混沌理论的无人驾驶车辆行驶轨迹量化分析[J]. 机械工程学报, 2016, 52(2): 127-133.

SUN Yang, XIONG Guangming, CHEN Huiyan, JIANG Yan, GONG Jianwei. Quantitative Analysis of Unmanned Ground Vehicles Trajectories Based on Chaos Theory[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2016, 52(2): 127-133.

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Quantitative Analysis of Unmanned Ground Vehicles Trajectories Based on Chaos Theory

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