Geri Dön

An optimization approach to autonomous parallel parking

Otonom paralel park için optimizasyon yaklaşımı

PDF İndir

  1. Tez No: 558688
  2. Yazar: TAHİR EREN MUNGAN
  3. Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ HÜLYA YALÇIN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Mekatronik Mühendisliği, Mechatronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2019
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 81

Özet

Otomotiv endüstrisi, ekonomi ve ulaşım için önemli bir sektördür. Endüstri, teknolojik gelişmeleri yakından takip edip, 18. yüzyıldan itibaren birçok yeniliğe liderlik etmiştir. Bu yeniliklerin asıl amacı, daha güvenli, daha verimli ve daha akıllı araçlar üretmektir. Bu amaç kapsamında otonom fonksiyonların ve sürücü destek sistemlerinin büyük bir rolü vardır. Bu fonksiyonlar ve sistemler gelişmiş algılayıcılar ve yüksek kapasiteli aktüatörler ile birlikte sensör füzyonu, yörünge üretimi gibi gelişmiş algoritmalara ihtiyaç duymaktadır. Bu teknolojilerin gelişmesi ile yardım sistemlerinin sayısı da artmıştır. Paralel park günlük sürüş sırasında karşılaşılan en büyük sorunlardan biridir. Özellikle dar alanlarda paralel park etmek sürücüler için zorlayıcı olabilmektedir. Algılayıcı ürünlerinde elde edilen başarılı sonuçlara ve park işlemlerini kolaylaştıracak sistemlerin çoğalmasına ragmen, paralel park halen zor bir görevdir, özellikle tecrübesiz sürücüler için büyük bir problem teşkil etmektedir. Bu problemi ortadan kaldırmak, daha verimli ve kolay hale getirmek için otomotiv endüstrisindeki araştırmacılar uzun bir süredir otonom park sistemleri üzerinde çalışmaktadır. Otonom park sistemleri ve park yardımcı sistemleri, birçok araç için standart veya opsiyonel olmak üzere ticari olarak satılmaktadır. Fakat bu yöntemlerin birçoğu, sürücüye destek sağlayan ultrasonik park sensörleri, çevreyi görmeyi kolaylaştıran kamera donanımları olmakta ya da park manevraları sırasında sürücünün boylamsal kontrol yapmasını gerektiren sistemlerdir. Bu sebeple, araştırmacılar park sistemlerini geliştirmek ve sürücüden bağımsız hale getirmek için çalışmalara devam etmektedirler. Otonom park sistemleri genel anlamda 3 aşamaya sahiptirler; park yeri bulma, park yörüngesi oluşturma ve yörüngeyi takip etme. Bu çalışmada park yörüngesi oluşturma aşamasına odaklanılmıştır. Bu alanda yapılan çalışmalar, park alanı ve araç yapısı arasındaki geometrik bağlantıları kullanarak park yörüngesi çizen analitik yöntemler ve optimizasyon metodlarını kullanan nümerik yöntemler olarak 2 farklı gruba ayrılabilir. Basit ve hızlı prototiplenebilir olması sebebiyle analitik yöntemler uzun bir süre ilgi odağı olsa da son yıllarda optimizasyon yöntemlerinin daha iyi sonuçlar ortaya koyduğu görülmüştür. Çalışmada, bir optimizasyon metodu olan SLSQP yöntemi kullanılarak paralel park sistemi önerilmiştir. SLSQP, bir sıralı karesel programlama yöntemi olmakla birlikte kullanıldığı fonksiyon ile ilişkili doğrusal veya doğrusal olmayan kısıtları da göz önünde bulundurarak çözüm üreten bir minimizasyon algoritmasıdır. SLSQP, Han-Powell tarafından temelleri belirlenen bir karesel yaklaşımı kullanarak karesel yaklaşım alt problemleri oluşturmaktadır. Doğru arama sırasında Quasi-Newton metodlarında sıkça kullanılan BFGS güncellemesini kullanarak, verilen fonksiyonun minimum noktasını bulmaya çalışmaktadır. Hem doğrusal hem de doğrusal olmayan kısıtlandırma fonksiyonlarını desteklemesi ve hızlı çalışması sebebiyle çalışmada tercih edilmiştir. SLSQP yöntemini kullanmak amacıyla, park alanı boyutları ve yol kenarında park etmiş araçların boyutları kullanılarak, park ortamı 3 boyutlu yapay bir potansiyel fonksiyona çevrilmiştir. Daha sonra oluşturulan bu potansiyel fonksiyon, optimizasyon için bir giriş olarak kullanılmıştır. SLSQP metodu başlangıçta rastgele belirlenmiş bir yörünge üzerindeki maliyeti, yinelemeli bir şekilde hesaplayarak minimum maliyete sahip olan yörüngeyi üretmektedir. Maliyet hesaplanırken, belirlenen park yörüngesi üzerindeki her noktanın potansiyel alandaki değeri kullanılmaktadır. Kontrol edilen aracın diğer araçlarla çarpışma şansının en yüksek olduğu ön tampon noktalarının yörüngeleri çizilmiş ve bu noktalar maliyet hesabında kullanılmıştır. Bu işlem sırasında metod birden fazla kısıtlama fonksiyonunu gözeterek minimum maliyetli yolu bulmaya çalışmaktadır. Bu kısıtlamalar, kontrol edilen aracın park başlangıcında yol ile yaptığı açı, park yerine konumlandıktan sonraki pozisyonu - açısı ve son olarak manevralar sırasında baş açısındaki değişikliğin belli bir aralıkta kalması olarak belirlenmiştir. Yöntemin çıktısı olan paralel park yörüngesinin araç modeline uygun ve yol kenarında park eden araçların herhangi biriyle çarpışma ihtimali olup olmadığı kontrol edilmektedir. Bu aşamada sadece son maliyet değil aynı zamanda aracın sağ ve sol ön tampon noktalarının yörüngeleri de çarpışmalara karşın kontrol edilmektedir. Bunlara paralel olarak daha önceden çalışılmış ve literatür incelemesinde belirtilmiş araç ve park alanı boyutları, konumları arasındaki geometrik ilişkiyi kullanan popüler bir analitik yöntem de simüle edilmiştir. Temelde, analitik yöntem park işleminin başlangıç, bitiş noktalarını ve kontrol edilen aracın minimum dönüş çapını kullanarak bir yörünge çizmektedir. Optimizasyon yönteminde olduğu gibi üretilen paralel park yörüngesi üzerinde diğer araçlarla herhangi bir çarpışmanın olup olmadığı kontrol edilmektedir. Bu yöntemde bir maliyet hesabı olmadığı için bu kontrolleri yapmak amacıyla araç berlirlenen park yörüngesi boyunca hareket ettirilmektedir. Analitik metodun uygulanmasındaki en büyük amaç, önerilen optimizasyon metodunun performansının belirlenmesi ve karşılaştırılmasıdır. Testler her iki yöntem için de aynı parametrelerle tekrarlanmakta ve test sonuçları kaydedilmektedir. Detaylı bir performans değerlendirmesi elde edebilmek için belirlenen 2 senaryo da yüksek sayıda test simüle edilmiştir. Belirlenen bu senaryolar, günlük sürüşte paralel park şeklini en çok etkileyen park alanı uzunluğu, yol kenarında park eden araçların oryantasyon bozuklukları ve kontrol edilen aracın park alanına/park etmiş araçlara olan yanal uzaklığı parametreleri kullanmaktadır. Bu parametreler arasında en etkili olanı park alanı uzunluğu olması sebebiyle belirlenen senaryolar park alanı uzunluğu – oryantasyon bozukluğu ve park alanı uzunluğu – yanal uzaklık olmak üzere 2 farklı test setine karşılık gelmektedir. Bu parametreler belirlenen adım aralıklarında değiştirilerek test dosyaları oluşturulmuştur. Test sonuçları metodların performanslarının değerlendirilmesi, zayıf ve güçlü yönlerinin belirlenmesi amacıyla tez içerisinde paylaşılmıştır. Test sonuçlarının sağlıklı olabilmesi adına testler sırasında yaratılan park ortamında ve kullanılan araç modellerinde minimum farklılık gözetilmiştir. Tezin ilk kısmı park konusunda yapılan önceki ticari çalışmaları ve literatür incelemesini içermektedir. Literatür taramasında analitik, optimizasyon yöntemleri ile birlikte bazı özel fonksiyonlar kullanılarak yapılan çalışmalara da yer verilmiştir. İkinci kısımda, testler yapılırken kullanılan araç modeli detaylı açıklanmıştır. Yine bu bölümde değerlendirilmesi yapılan analitik yöntem ve önerilen optimizasyon yönteminin matematiksel temelleri anlatılarak, teknik detayları paylaşılmıştır. Tezin 3. bölümünde testlerin yapıldığı ortam, senaryolar ve iki test için de ortak kullanılan değişkenler tanıtılmıştır. Yine aynı bölümde test sonuçları paylaşılmış, bu sonuçlar gözetilerek metodların birbirlerine göre farkları, avantajları tartışılmıştır. Tezin son bölümünde ise varılan sonuçlar açıklanmış, planlanan ve önerilen gelecek çalışmaları açıklanmıştır.

Özet (Çeviri)

The automotive industry is an important sector for the economy and transportation. The industry closely follows technological developments and leads to various improvements since the 18th century. The main aim of these developments is producing safer, more efficient and smarter vehicles. Autonomous functions and advanced driving assistance systems have a big role in this aim. Those systems and functions require advanced sensors, highly capable actuators, fast computing units and also state-of-art algorithms such as sensor fusion, trajectory generation. With the improvement of those technologies, the number of assistant systems is increasing. Parallel parking is one of the most challenging parts of driving. Even recent developments in sensors and intelligent systems make it easier to perform parallel parking, it is still a big issue, especially for inexperienced drivers. To overcome this challenge, researchers in the automotive industry are working on autonomous parking systems for years to make it effective and easier. Autonomous parking and parking assistant systems can be found in the market for various vehicles nowadays, but researches continue to improve those systems and make it more user independent. Autonomous parking consists of three main processes; spot detection, path generation and trajectory following. This study mainly focuses on path generation for parallel parking. Researches conducted in this area can be divided into two groups as analytic methods and numeric methods. Analytic methods use geometric relations between minimum turning radius, vehicle geometry and parking spot geometry while numeric methods use optimization techniques to generate parking trajectory. In this thesis, SLSQP optimization method is used to generate a parking trajectory for parallel parking system. Parking environment and parked vehicles are used to create an artificial potential field. Once the potential field is created, SLSQP method tries to minimize cost and generate a feasible path by considering vehicle geometry and constraints. Eventually, the output path is checked to ensure that the generated trajectory is feasible or doable by the vehicle. In parallel, an analytic method which is widely used in the literature is also examined and simulated by using geometric equations derived from the parking environment. Performance of SLSQP method is evaluated and compared to the analytical method by executing a large number of simulations for different scenarios. In brief, the first part explains previous works and literature survey in autonomous parking study. The second chapter introduces vehicle model for Ackerman steering vehicles and methods' technical, mathematical descriptions. Used test codes and test results for both methods are discussed in the 3rd chapter. Eventually, the conclusion and planned future work are explained in the 4th chapter.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    793562

    Otomotiv radarı için düzlemsel dielektrik lens anten tasarımı

    Planar dielectric lens antenna design for automotive radar

    MURAT TARANCİ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesi

    Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. FİKRET TOKAN

  2. Tez No

    398082

    Hibrid elektrikli araçlar için enerji yönetim sistemleri

    Energy management system for hybrid electric vehicles

    EMRE KURAL

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2015

    Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. BİLİN AKSUN GÜVENÇ

  3. Tez No

    620750

    Çoklu insansız hava araçlarının görev planlamalarının ve sürdürülebilirliğinin cuda mimarisi kullanılarak genetik algoritma ile gerçeklenmesi

    Mission planning and sustainability for multiple unmanned aerial vehicles implementation of using genetic algorithm with cuda architecture

    MURAT ÇAKIR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2016

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolHava Harp Okulu Komutanlığı

    Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. GÜRAY YILMAZ

  4. Tez No

    807248

    Digital twin-enabled intelligent attack detection mechanisms for autonomous networks

    Otonom ağlar için dijital ikiz destekli akıllı saldırı tespit mekanizmaları

    YAĞMUR YİĞİT

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik Üniversitesi

    Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. BERK CANBERK

  5. Tez No

    557399

    Traffic and mobility aware delay modeling for software-defined networks (SDN)

    Yazılım tanımlı ağlar için trafik ve hareket duyarlı gecikme modeli

    MÜGE ÖZÇEVİK

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik Üniversitesi

    Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. BERK CANBERK

Geri Dön