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自动泊车系统路径规划与跟踪控制研究

【摘要】:作为一种方便、快捷的交通工具,汽车已成为人们生活和工作的重要组成部分。随着汽车数量的逐年增加,有限的城市空间显得日趋拥挤,车辆平均分配到的停放空间也日趋缩小,车辆泊车入位困难问题在人们生活中逐渐显现。人们对车辆使用轻便性及安全性要求促使越来越多汽车生产商、科研机构及高校对泊车系统进行研究。目前,国外已有部分汽车生产商推出自己的自动泊车系统,但仅装配于高端车型,我国暂时还未具有自主知识产权的汽车自动泊车系统。因此,本文以低端车型为研究平台,针对自动平行泊车系统的核心技术——泊车控制策略进行探索,目的为提高泊车操作轻便性和泊车过程安全性。 本文采用泊车路径规划和泊车路径跟踪控制方法进行泊车系统控制器控制策略设计,全部工作内容如下: (1)车位检测方法研究及验证。了解超声波雷达测距原理,采用超声波雷达与车轮里程计进行车位检测。通过测位雷达测距变化特点分析车位起始点和终止点,并结合轮速信号得到车位的长度,通过测位雷达测距获得车位宽度,并通过车位检测实验验证了方法的可行性。 (2)泊车路径规划。提出基于B样条理论的泊车路径规划思想,针对车位空间大小采用单步泊车或两步泊车路径规划方法。分别对两种泊车方式路径约束进行分析,建立泊车路径优化函数,最终设计出满足泊车过程多个非线性约束的易于车辆跟踪的泊车路径。 (3)路径跟踪控制方法研究。为降低泊车系统对驾驶员车速控制要求,提出非时间参考的泊车路径跟踪控制策略。针对路径跟踪过程中,因车辆转向系统转角转速约束、车辆最小转弯半径约束、车辆行驶速度等因素导致的车辆偏离目标路径现象,提出结合过定点控制的路径跟踪控制方法,设计出非时间参考的车辆过定点控制律,并通过Carsim与Simulink联合仿真对路径跟踪策略进行验证。 (4)车辆定位方法及验证。车辆定位包括车辆初始位姿计算和车辆运动位姿计算。为提高道路两侧车位利用率,并使泊车系统更具人性化,泊车系统根据车位信息提供驾驶员多个可选择的车辆停放标准。根据驾驶员发出的车辆停放基准指令,泊车系统建立泊车空间坐标系并计算车辆初始位姿。采用基于车轮里程计的车辆定位方法计算泊车过程中车辆在泊车空间中的位姿,并通过实验对定位方法可行性进行验证。 (5)泊车系统控制策略功能验证。组建泊车系统感知单元、转向执行机构、人-机交互系统、数据采集与通信设备等。在Simulink中建立泊车系统控制器模型,使用StateFlow模块实现控制器各控制状态之间的切换,基于快速控制原型技术对泊车系统泊车功能进行泊车实验验证。 本文主要创新点可归纳如下: (1)基于B样条理论进行路径规划,满足了泊车路径多阶平滑、变化灵活、泊车安全性等要求,根据车位大小实现了单步泊车或两步泊车路径规划。 (2)提出了非时间参考的路径跟踪控制方法,避免了车速对路径跟踪控制的影响,降低了驾驶员速度控制难度。 (3)提出了过定点跟踪控制的车辆位姿调整方法,通过车辆位姿调整,可提高泊车成功率,并实现车辆规范停放。 (4)基于Simulink/StateFlow建立了泊车控制系统控制器模型,对泊车的路径规划和跟踪控制进行了仿真,基于一种新的快速控制原型方法进行了实验验证。

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