Trajectory optimization based on recursive B-spline approximation for automated longitudinal control of a battery electric vehicle

Diese Arbeit beschreibt ein neuartiges Verfahren zur linearen und nichtlinearen gewichteten Kleinste-Quadrate-Approximation einer unbeschränkten Anzahl von Datenpunkten mit einer B-Spline-Funktion. Das entwickelte Verfahren basiert auf iterativen Algorithmen zur Zustandsschätzung und sein Rechenaufwand nimmt linear mit der Anzahl der Datenpunkte zu. Das Verfahren ermöglicht eine Verschiebung des beschränkten Definitionsbereichs einer B-Spline-Funktion zur Laufzeit, sodass der aktuell betrachtete Datenpunkt ungeachtet des anfangs gewählten Definitionsbereichs bei der Approximation berücksichtigt werden kann. Zudem ermöglicht die Verschiebeoperation die Reduktion der Größen der Matrizen in den Zustandsschätzern zur Senkung des Rechenaufwands sowohl in Offline-Anwendungen, in denen alle Datenpunkte gleichzeitig zur Verarbeitung vorliegen, als auch in Online-Anwendungen, in denen in jedem Zeitschritt weitere Datenpunkte beobachtet werden. Das Trajektorienoptimierungsproblem wird so formuliert, dass das Approximationsverfahren mit Datenpunkten aus Kartendaten eine B-Spline-Funktion berechnet, die die gewünschte Geschwindigkeitstrajektorie bezüglich der Zeit repräsentiert. Der Rechenaufwand des resultierenden direkten Trajektorienoptimierungsverfahrens steigt lediglich linear mit der unbeschränkten zeitlichen Trajektorienlänge an. Die Kombination mit einem adaptiven Modell des Antriebsstrangs eines batterie-elektrischen Fahrzeugs mit festem Getriebeübersetzungsverhältnis ermöglicht die Optimierung von Geschwindigkeitstrajektorien hinsichtlich Fahrzeit, Komfort und Energieverbrauch. Das Trajektorienoptimierungsverfahren wird zu einem Fahrerassistenzsystem für die automatisierte Fahrzeuglängsführung erweitert, das simulativ und in realen Erprobungsfahrten getestet wird. Simulierte Fahrten auf der gewählten Referenzstrecke benötigten bis zu 3,4 % weniger Energie mit der automatisierten Längsführung als mit einem menschlichen Fahrer bei derselben Durchschnittsgeschwindigkeit. Für denselben Energieverbrauch erzielt die automatisierte Längsführung eine 2,6 % höhere Durchschnittsgeschwindigkeit als ein menschlicher Fahrer

Distributed Target Tracking and Synchronization in Wireless Sensor Networks

Wireless sensor networks provide useful information for various applications but pose challenges in scalable information processing and network maintenance. This dissertation focuses on statistical methods for distributed information fusion and sensor synchronization for target tracking in wireless sensor networks. We perform target tracking using particle filtering. For scalability, we extend centralized particle filtering to distributed particle filtering via distributed fusion of local estimates provided by individual sensors. We derive a distributed fusion rule from Bayes\u27 theorem and implement it via average consensus. We approximate each local estimate as a Gaussian mixture and develop a sampling-based approach to the nonlinear fusion of Gaussian mixtures. By using the sampling-based approach in the fusion of Gaussian mixtures, we do not require each Gaussian mixture to have a uniform number of mixture components, and thus give each sensor the flexibility to adaptively learn a Gaussian mixture model with the optimal number of mixture components, based on its local information. Given such flexibility, we develop an adaptive method for Gaussian mixture fitting through a combination of hierarchical clustering and the expectation-maximization algorithm. Using numerical examples, we show that the proposed distributed particle filtering algorithm improves the accuracy and communication efficiency of distributed target tracking, and that the proposed adaptive Gaussian mixture learning method improves the accuracy and computational efficiency of distributed target tracking. We also consider the synchronization problem of a wireless sensor network. When sensors in a network are not synchronized, we model their relative clock offsets as unknown parameters in a state-space model that connects sensor observations to target state transition. We formulate the synchronization problem as a joint state and parameter estimation problem and solve it via the expectation-maximization algorithm to find the maximum likelihood solution for the unknown parameters, without knowledge of the target states. We also study the performance of the expectation-maximization algorithm under the Monte Carlo approximations used by particle filtering in target tracking. Numerical examples show that the proposed synchronization method converges to the ground truth, and that sensor synchronization significantly improves the accuracy of target tracking

Computational intelligence approaches to robotics, automation, and control [Volume guest editors]

No abstract available

Computational intelligence approaches to robotics, automation, and control [Volume guest editors]

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Mobile Robots Navigation

Mobile robots navigation includes different interrelated activities: (i) perception, as obtaining and interpreting sensory information; (ii) exploration, as the strategy that guides the robot to select the next direction to go; (iii) mapping, involving the construction of a spatial representation by using the sensory information perceived; (iv) localization, as the strategy to estimate the robot position within the spatial map; (v) path planning, as the strategy to find a path towards a goal location being optimal or not; and (vi) path execution, where motor actions are determined and adapted to environmental changes. The book addresses those activities by integrating results from the research work of several authors all over the world. Research cases are documented in 32 chapters organized within 7 categories next described

Untangling hotel industry’s inefficiency: An SFA approach applied to a renowned Portuguese hotel chain

The present paper explores the technical efficiency of four hotels from Teixeira Duarte Group - a renowned Portuguese hotel chain. An efficiency ranking is established from these four hotel units located in Portugal using Stochastic Frontier Analysis. This methodology allows to discriminate between measurement error and systematic inefficiencies in the estimation process enabling to investigate the main inefficiency causes. Several suggestions concerning efficiency improvement are undertaken for each hotel studied.info:eu-repo/semantics/publishedVersio