Trajektorienplanung für hochautomatisierte Kraftfahrzeuge mittels echtzeitfähiger nichtlinearer modellprädiktiver Regelung: = Trajectory planning for highly automated cars using real-time capable nonlinear model predictive control
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| Published: |
Aachen
fka Forschnungsgesellschaft Kraftfahrwesen mbH Aachen
März 2017
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| Series: | Schriftenreihe Automobiltechnik
204/17 |
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3
Inhalt
1 Motivation und Zielsetzung 7
2 Grundlagen und Stand der Technik 10
2 1 Grundlagen 10
211 Funktionsarchitektur automatisierter Fahrzeuge 10
212 Definition grundlegender Fachbegriffe 13
2 2 Stand der Technik zur Trajektorienplanung 15
221 Direkte Planungsverfahren 17
222 Sampling-basierte Planungsverfahren 19
223 Kontinuierliche Planungsverfahren 24
2 3 Prozessorarchitekturen 25
231 Klassifikation nach Flynn 26
232 Übersicht realer Prozessorarchitekturen 28
3 Forschungsbedarf und -ansatz 33
3 1 Anforderungsanalyse 33
311 Architekturelle Anforderungen 33
312 Anwendungsbezogenen Anforderungen 34
313 Anforderungsprofil 37
3 2 Analyse und Forschungsbedarf 39
321 Direkte Planungsverfahren 39
322 Sampling-basierte Planungsverfahren 40
323 Kontinuierliche Planungsverfahren 41
324 Ableitung des Forschungsbedarfs 42
3 3 Forschungsansatz 42
331 Optimalsteuerungsprobleme 43
332 Numerisches Lösen von Optimalsteuerungsproblemen 46
333 Berücksichtigung von Echtzeitanforderungen 49
3 4 Methodik 51
341 Konzeptionierung und Implementierung 52
342 Validierung
53
4
Inhalt
3 5 Werkzeuge 54
351 Fahrdynamikmodelle 54
352 Programmiermodell und Architektur von GPUs 58
353 Zuverlässige und exakte Gradientenbestimmung 62
4 Konzeption 67
4 1 Konzeption der Solver-Engine 67
411 Allgemeine Transkription des Optimalsteuerungsproblems 67
412 Funktionale Architektur der Solver-Engine 79
4 2 Modellierung des Fahrzeugumfelds 81
421 Transformation in Straßenkoordinaten 83
422 Kollisionsprüfung 84
423 Modellierung des Fahrkorridors 89
424 Modellierung von Verkehrsteilnehmern 92
4 3 Anwendungsspezifische Konzeption 95
431 Formulierung der Bewertungsfunktion 97
432 Einführung von Zwischenzuständen 99
433 Berücksichtigung von Nebenbedingungen 100
434 Modellierung der Steuerfunktion 102
5 Realisierung 106
5 1 Funktionale Implementierung des Trajektorienplaners 106
511 Einbettung in den Systemkontext 106
512 Funktionaler Ablauf der Trajektorienplanung 108
513 Entwicklung des sequentiellen Algorithmus 110
514 Strategien zur Parallelisierung 112
515 Entwicklung des parallelen Algorithmus 118
5 2 Anwendungsspezifische Implementierungsdetails 119
521 Automatisierte Bestimmung der Besetzungsstruktur 119
522 Die Jobliste 120
523 Bestimmung der Ressourcenverteilung 122
6 Validierung 124
Inhalt
5
6 1 Simulationsumgebung 125
611 Testsystem 125
612 Konfiguration 126
6 2 Planungsanalyse 127
621 Querdynamik, statische Umgebung 127
622 Kaskadierte Längs- und Querdynamikplanung 132
623 Parallele Längs- und Querdynamikplanung 138
6 3 Laufzeitanalyse 140
631 Konvergenzverhalten 141
632 Resultierende Laufzeiten 143
6 4 Validierung der Anforderungen 149
7 Zusammenfassung und Ausblick 151
8 Abstract 155
9 Formelzeichen, Indizes und Abkürzungen 156
9 1 Formelzeichen 156
9 2 Indizes 157
9 3 Abkürzungen 158
10 Literaturverzeichnis 159
10 1 Literaturquellen 159
10 2 Publikationen
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