This work estimates safe invariant subsets of the Region of Attraction (ROA) for a seven-state vehicle-with-driver system, capturing both asymptotic stability and the influence of state-safety bounds along the system trajectory. Safe sets are computed by optimizing Lyapunov functions through an original iterative Sum-of-Squares (SOS) procedure. The method is first demonstrated on a two-state benchmark, where it accurately recovers a prescribed safe region as the 1-level set of a polynomial Lyapunov function. We then describe the distinguishing characteristics of the studied vehicle-with-driver system: the control dynamics mimic human driver behavior through a delayed preview-tracking model that, with suitable parameter choices, can also emulate digital controllers. To enable SOS optimization, a polynomial approximation of the nonlinear vehicle model is derived, together with its operating-envelope constraints. The framework is then applied to understeering and oversteering scenarios, and the estimated safe sets are compared with reference boundaries obtained from exhaustive simulations. The results show that SOS techniques can efficiently deliver Lyapunov-defined safe regions, supporting their potential use for real-time safety assessment, for example as a supervisory layer for active vehicle control.


翻译:本研究针对七状态车辆-驾驶员系统,估计其吸引域(ROA)的安全不变子集,同时捕捉渐近稳定性及系统轨迹上状态安全边界的影响。通过原创的迭代平方和(SOS)程序优化李雅普诺夫函数,计算得到安全集合。该方法首先在双状态基准测试中得到验证,精确恢复了多项式李雅普诺夫函数1-水平集所规定的安全区域。随后,我们阐述了所研究的车辆-驾驶员系统的显著特征:控制动力学通过延迟预览跟踪模型模拟人类驾驶员行为,该模型在适当参数选择下亦可模拟数字控制器。为实现SOS优化,推导了非线性车辆模型的多项式近似及其运行包络约束。该框架随后应用于不足转向和过度转向场景,并将估计的安全集合与通过穷举仿真获得的参考边界进行比较。结果表明,SOS技术能够高效地提供李雅普诺夫定义的安全区域,为其在实时安全评估(例如作为主动车辆控制的监督层)中的潜在应用提供了支持。

0
下载
关闭预览

相关内容

改进型深度确定性策略梯度的无人机路径规划
专知会员服务
14+阅读 · 2025年5月1日
无人自主系统能力边界参数自适应判别方法
专知会员服务
19+阅读 · 2024年10月26日
 DiffRec: 扩散推荐模型(SIGIR'23)
专知会员服务
48+阅读 · 2023年4月16日
视觉的有效扩散模型综述
专知会员服务
97+阅读 · 2022年10月20日
《无人机群优化》洛克希德马丁14页报告(2022)
专知会员服务
65+阅读 · 2022年10月20日
【AAAI 2022】 GeomGCL:用于分子性质预测的几何图对比学习
专知会员服务
24+阅读 · 2022年2月27日
MonoGRNet:单目3D目标检测的通用框架(TPAMI2021)
专知会员服务
18+阅读 · 2021年5月3日
AAAI 2022 | ProtGNN:自解释图神经网络
专知
10+阅读 · 2022年2月28日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2016年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
18+阅读 · 2024年12月27日
Arxiv
176+阅读 · 2023年4月20日
A Survey of Large Language Models
Arxiv
501+阅读 · 2023年3月31日
Arxiv
11+阅读 · 2018年7月31日
VIP会员
最新内容
人工智能赋能无人机:俄乌战争(万字长文)
专知会员服务
4+阅读 · 今天6:56
国外海军作战管理系统与作战训练系统
专知会员服务
2+阅读 · 今天4:16
美军条令《海军陆战队规划流程(2026版)》
专知会员服务
9+阅读 · 今天3:36
《压缩式分布式交互仿真标准》120页
专知会员服务
4+阅读 · 今天3:21
《电子战数据交换模型研究报告》
专知会员服务
6+阅读 · 今天3:13
《基于Transformer的异常舰船导航识别与跟踪》80页
《低数据领域军事目标检测模型研究》
专知会员服务
6+阅读 · 今天2:37
【CMU博士论文】物理世界的视觉感知与深度理解
专知会员服务
10+阅读 · 4月22日
伊朗战争停火期间美军关键弹药状况分析
专知会员服务
8+阅读 · 4月22日
电子战革命:塑造战场的十年突破(2015–2025)
相关VIP内容
改进型深度确定性策略梯度的无人机路径规划
专知会员服务
14+阅读 · 2025年5月1日
无人自主系统能力边界参数自适应判别方法
专知会员服务
19+阅读 · 2024年10月26日
 DiffRec: 扩散推荐模型(SIGIR'23)
专知会员服务
48+阅读 · 2023年4月16日
视觉的有效扩散模型综述
专知会员服务
97+阅读 · 2022年10月20日
《无人机群优化》洛克希德马丁14页报告(2022)
专知会员服务
65+阅读 · 2022年10月20日
【AAAI 2022】 GeomGCL:用于分子性质预测的几何图对比学习
专知会员服务
24+阅读 · 2022年2月27日
MonoGRNet:单目3D目标检测的通用框架(TPAMI2021)
专知会员服务
18+阅读 · 2021年5月3日
相关论文
相关基金
国家自然科学基金
1+阅读 · 2016年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员