自动驾驶线控系统的设计与应用研究

作     者：麻书卫 

作者单位：山东大学 

学位级别：硕士

导师姓名：栾涛;程勇

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 082304[工学-载运工具运用工程] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：线控系统 底层控制器 局部路径规划 B样条曲线 动态窗口算法 

摘      要：智能移动平台集计算机、自动控制、传感器及车辆工程于一体,有望替代人工驾驶并减少交通事故。由线控转向、线控驱动、线控制动等组成的底盘线控系统是智能移动平台实现横纵向控制的基础,因此,对智能移动平台底盘线控系统的设计与应用研究具有重要的意义。本文基于一款电动车底盘搭建了整套线控系统,并对其应用进行了研究。本文对平台配备的通信系统和供电系统进行了介绍,以电动车底盘为平台完成了底层驱动机构的选型计算和改装设计,基于飞思卡尔XEP100单片机开发了底层控制器硬件,硬件系统包括开关量采集、驱动输出、模拟量采集、CAN总线通信、RS485通信、PWM输出及无线遥控指令采集等模块。编写了底层控制器的底层驱动代码和应用层函数库,最终实现了对底层各执行机构的控制。基于Simulink平台搭建了智能移动平台运动学仿真模型,选取车速和前轮平均转向角速度为控制变量,对平台的转弯控制范围进行了研究,得到平台转弯的最大曲率和不同车速及前轮转向角速度下的转弯范围,为研究线控转向奠定理论基础。采用逆向思维,基于运动学仿真模型研究单步垂直泊车的初始区域,分析单步垂直泊车的各种约束,约束包括初始位置条件、停放约束条件、车位尺寸条件、避障约束条件、车辆参数约束条件等,基于B样条曲线建立泊车路径优化函数,最终设计出满足泊车过程多非线性约束的泊车路径;基于激光雷达传感器建立测距坐标系,并探测平台前方障碍物的分布修正动态窗口算法中的障碍物距离权重系数和速度函数权重系数,通过仿真讨论其不同组合对局部路径规划避障的影响,结果表明:经改进的动态窗口算法能有效的避开障碍物且到达目标位置用时较短。为验证搭建的仿真模型的有效性,基于改装的线控实验平台对平台转弯的最大曲率和控制范围进行实际测试并与仿真模型对比,结果表明:实车测试结果与仿真计算结果的误差约为0.13m,表明搭建的运动学仿真模型有效。基于垂直泊车车位建立泊车空间坐标系,将仿真规划的泊车路径数据点转换为GPS坐标点,并输入至路径跟踪控制器进行单步垂直泊车试验,结果表明:系统可靠性高,泊车轨迹跟踪误差在允许范围内,基于B样条曲线设计的泊车路径有效。