自动泊车系统最优轨迹决策及控制算法研究

发布时间：2020-08-03 08:16

【摘要】：自动泊车系统是先进智能驾驶辅助系统中重要的一部分,近年来备受国内外学者和汽车厂商们的关注。自动泊车系统通过车载传感器来获取泊车的环境信息,检测到合适车位后,帮助驾驶员控制车辆完成泊车,很大程度上减轻了驾驶员在泊车过程中的压力和紧张感,同时避免了交通事故的产生。从国内外研究现状发现,当前泊车系统的解决方案多是针对单种泊车工况,适用范围小。为此,本文提出了一种同时适用于平行泊车和垂直泊车工况的最优轨迹决策及控制算法。本文的主要研究内容如下。首先,本文采用基于十二个超声波雷达的车载感知系统用于车位及障碍物的检测。在传统的单探头车位检测算法基础上进行优化,提出了一种基于双探头数据融合的新颖车位检测算法。车辆同侧的两个超声波雷达同时对车位进行检测,通过传感器数据融合的方法来提高车位检测的精度和稳定性。车位检测实车试验表明了基于双探头数据融合车位检测算法的有效性。在检测到有效的车位后,本文从安全性、可行性、平顺性和工效性进行分析,提出了一种分段式最优轨迹决策算法。首先从安全性分析,对泊车场景进行数字化建模,得到车辆的可行驶状态区域。然后,建立与速度无关的车辆运动学模型,使得生成的轨迹满足车辆运动学约束,接着结合评价函数的最优化取值决策出最优的泊车参考轨迹。为了提高生成轨迹的工效性,模仿熟练驾驶员在平行泊车和垂直泊车过程中的泊车行为习惯来制定相应的规则,将泊车轨迹进行分段规划,最终得到同时满足安全性、可行性、平顺性和工效性的最优泊车参考轨迹。Matlab仿真试验的结果表明了最优轨迹决策算法的可行性,并且能同时适用于多种泊车工况。为了跟随生成的参考轨迹,本文搭建了自动泊车系统的运动控制策略。在路径跟随过程中采用基于EKF的航迹推算法来滤除传感器中的噪声信号,获取精确的车辆定位信息。根据车辆位姿与参考轨迹之间的偏差,最优循迹控制器通过消除当前的误差实现轨迹的跟随。循迹控制器中采用方向LQR控制器和速度模糊控制器,将泊车过程中的方向和速度分开控制,来提高控制器的适用性。。最后,在MATLAB/Simulink与CarSim上搭建了软件在环测试平台,通过联合仿真对泊车运动控制策略进行验证。并且完成了实车试验平台的搭建,采用快速控制原型dSPACE作为控制器将本文的算法集成于实车进行验证。仿真及实车平台的试验结果均表明了本文提出算法的有效性和可行性。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U463.6
【图文】：

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第 1 章绪论第 1 章绪论题研究的背景与意义来，无人驾驶车辆技术得到了快速发展，已经成为国内外备受关注的研技术的发展是建立在智能驾驶辅助系统之上的，因此作为智能辅助系自动泊车技术也越来越受到国内外学者们和汽车厂商的关注。自动泊驶员快速完成泊车，提高泊车的效率及泊车过程中安全性。根据汽车示，2016 年和 2017 年中国汽车产销量分别超过了 2800 万和 2900 万居于全球首位，下图为近五年机动车保有量的变化情况。单位:亿辆近五年机动车保有量变化情况

系统架构

图 1.2 自动泊车系统架构感知单元主要通过传感器获取车辆周围的环境信息和车辆自身的状态信息。目前泊车的环境感知系统主要通过超声波传感器和视觉传感器来实现车位识别和障碍物相对距离探测，车辆的行驶状态信息则主要根据车载的轮速传感器、转角传感器和挡位传感器等得到的信息，直接从车辆 CAN 总线获取。控制单元首先根据感知单元获取的信息，得出准确的泊车位和障碍物信息。然后根据车位和障碍物信息规划出泊车路径并产生相应的控制命令（如方向盘转角、制动、油门和挡位信号）。因此，可以看出泊车的控制单元为泊车系统中的核心部分。执行机构主要接收控制命令之后，操作汽车完成想要的执行响应，包括车辆的油门、制动、挡位和方向盘转角，控制车辆最终完成泊车。根据目前车位的类型，泊车主要分为以下三种：（1）平行泊车（2）垂直泊车（3）斜式泊车，如图 1.3 所示。

远程自动,技术

APS 在乘用车市场的新车装备率将达到 20%。自动泊车系统最早是由欧洲的汽车厂商巨头大众于 1992 在其概念车 Futura 上首度装配，然而当时由于成本的原因最终并没有将其量产。后来，各大汽车厂商和电子零部件厂商也争先开始推出自家的自动泊车系统，如丰田、通用、沃尔沃、宝马和博世等。从该系统诞生以来，自动泊车技术已经发展了 20 多年，目前一些主流的汽车厂商已经将自动泊车系统发展为 L3 级别，即高级泊车辅助系统：能自动实现车位的搜寻，并在泊车过程中辅助操控方向盘，驾驶员仍需控制挡位和车速。从一开始的高端轿车才会装配，到现在许多常见的家用车如迈腾、福克斯、标致 408 等车型已经开始搭配，zid泊车系统应用越来越多。对于宝马、奔驰、奥迪和大众的许多主流车型都成为标配。宝马在 2015 年拉斯维加斯消费者电子展上曾推出了一套被称为 Remote ValetParking Assistant 的远程自动泊车系统，该系统基于车顶的激光雷达实现对车身周围障碍物的高精度扫描和监测，能够自动控制油门、制动和转向，实现全自动寻找车位和泊车，并自动避让其他车辆和行人。

【参考文献】