自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)路徑規(guī)劃與跟蹤控制研究.pdf

1、作為一種方便、快捷的交通工具，汽車(chē)已成為人們生活和工作的重要組成部分。隨著汽車(chē)數(shù)量的逐年增加，有限的城市空間顯得日趨擁擠，車(chē)輛平均分配到的停放空間也日趨縮小，車(chē)輛泊車(chē)入位困難問(wèn)題在人們生活中逐漸顯現(xiàn)。人們對(duì)車(chē)輛使用輕便性及安全性要求促使越來(lái)越多汽車(chē)生產(chǎn)商、科研機(jī)構(gòu)及高校對(duì)泊車(chē)系統(tǒng)進(jìn)行研究。目前，國(guó)外已有部分汽車(chē)生產(chǎn)商推出自己的自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)，但僅裝配于高端車(chē)型，我國(guó)暫時(shí)還未具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的汽車(chē)自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)。因此，本文以低端車(chē)型為研究平臺(tái)

2、，針對(duì)自動(dòng)平行泊車(chē)系統(tǒng)的核心技術(shù)——泊車(chē)控制策略進(jìn)行探索，目的為提高泊車(chē)操作輕便性和泊車(chē)過(guò)程安全性。
　　本文采用泊車(chē)路徑規(guī)劃和泊車(chē)路徑跟蹤控制方法進(jìn)行泊車(chē)系統(tǒng)控制器控制策略設(shè)計(jì)，全部工作內(nèi)容如下:
　　(1)車(chē)位檢測(cè)方法研究及驗(yàn)證。了解超聲波雷達(dá)測(cè)距原理，采用超聲波雷達(dá)與車(chē)輪里程計(jì)進(jìn)行車(chē)位檢測(cè)。通過(guò)測(cè)位雷達(dá)測(cè)距變化特點(diǎn)分析車(chē)位起始點(diǎn)和終止點(diǎn)，并結(jié)合輪速信號(hào)得到車(chē)位的長(zhǎng)度，通過(guò)測(cè)位雷達(dá)測(cè)距獲得車(chē)位寬度，并通過(guò)車(chē)位檢測(cè)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

3、了方法的可行性。
　　(2)泊車(chē)路徑規(guī)劃。提出基于B樣條理論的泊車(chē)路徑規(guī)劃思想，針對(duì)車(chē)位空間大小采用單步泊車(chē)或兩步泊車(chē)路徑規(guī)劃方法。分別對(duì)兩種泊車(chē)方式路徑約束進(jìn)行分析，建立泊車(chē)路徑優(yōu)化函數(shù)，最終設(shè)計(jì)出滿足泊車(chē)過(guò)程多個(gè)非線性約束的易于車(chē)輛跟蹤的泊車(chē)路徑。
　　(3)路徑跟蹤控制方法研究。為降低泊車(chē)系統(tǒng)對(duì)駕駛員車(chē)速控制要求，提出非時(shí)間參考的泊車(chē)路徑跟蹤控制策略。針對(duì)路徑跟蹤過(guò)程中，因車(chē)輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)速約束、車(chē)輛最小轉(zhuǎn)彎半徑約束

4、、車(chē)輛行駛速度等因素導(dǎo)致的車(chē)輛偏離目標(biāo)路徑現(xiàn)象，提出結(jié)合過(guò)定點(diǎn)控制的路徑跟蹤控制方法，設(shè)計(jì)出非時(shí)間參考的車(chē)輛過(guò)定點(diǎn)控制律，并通過(guò)Carsim與Simulink聯(lián)合仿真對(duì)路徑跟蹤策略進(jìn)行驗(yàn)證。
　　(4)車(chē)輛定位方法及驗(yàn)證。車(chē)輛定位包括車(chē)輛初始位姿計(jì)算和車(chē)輛運(yùn)動(dòng)位姿計(jì)算。為提高道路兩側(cè)車(chē)位利用率，并使泊車(chē)系統(tǒng)更具人性化，泊車(chē)系統(tǒng)根據(jù)車(chē)位信息提供駕駛員多個(gè)可選擇的車(chē)輛停放標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)駕駛員發(fā)出的車(chē)輛停放基準(zhǔn)指令，泊車(chē)系統(tǒng)建立泊車(chē)空間坐標(biāo)

5、系并計(jì)算車(chē)輛初始位姿。采用基于車(chē)輪里程計(jì)的車(chē)輛定位方法計(jì)算泊車(chē)過(guò)程中車(chē)輛在泊車(chē)空間中的位姿，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)定位方法可行性進(jìn)行驗(yàn)證。
　　(5)泊車(chē)系統(tǒng)控制策略功能驗(yàn)證。組建泊車(chē)系統(tǒng)感知單元、轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)、人-機(jī)交互系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與通信設(shè)備等。在Simulink中建立泊車(chē)系統(tǒng)控制器模型，使用StateFlow模塊實(shí)現(xiàn)控制器各控制狀態(tài)之間的切換，基于快速控制原型技術(shù)對(duì)泊車(chē)系統(tǒng)泊車(chē)功能進(jìn)行泊車(chē)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　本文主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)可歸納如下

6、:
　　(1)基于B樣條理論進(jìn)行路徑規(guī)劃，滿足了泊車(chē)路徑多階平滑、變化靈活、泊車(chē)安全性等要求，根據(jù)車(chē)位大小實(shí)現(xiàn)了單步泊車(chē)或兩步泊車(chē)路徑規(guī)劃。
　　(2)提出了非時(shí)間參考的路徑跟蹤控制方法，避免了車(chē)速對(duì)路徑跟蹤控制的影響，降低了駕駛員速度控制難度。
　　(3)提出了過(guò)定點(diǎn)跟蹤控制的車(chē)輛位姿調(diào)整方法，通過(guò)車(chē)輛位姿調(diào)整，可提高泊車(chē)成功率，并實(shí)現(xiàn)車(chē)輛規(guī)范停放。
　　(4)基于Simulink/StateFlow建立了泊車(chē)