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四轮毂电机驱动电动车自动泊车系统研究与实现

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四轮毂电机驱动电动车自动泊车系统研究与实现

作者：刘旺长安大学

学位级别：硕士

随着中国从2009年成为世界第一大汽车保有量国家,不断增加的汽车保有量和城市规模的迅速发展一步步压缩着城市的泊车空间,使得城市泊车成为困扰众多驾驶员的问题,自动泊车系统作为自动驾驶辅助系统中重要的一环,在国家“新四化”的背景... 详细信息

随着中国从2009年成为世界第一大汽车保有量国家,不断增加的汽车保有量和城市规模的迅速发展一步步压缩着城市的泊车空间,使得城市泊车成为困扰众多驾驶员的问题,自动泊车系统作为自动驾驶辅助系统中重要的一环,在国家“新四化”的背景下,得到了造车新势力以及各界的高度重视。自动泊车系统可以提高泊车的安全性、降低泊车的耗时、缓解驾驶员的负担,对于完整的自动驾驶系统和城市智慧停车系统的建立也具有非常重要的意义。本文针对自动泊车系统的环境感知,设计并编写基于超声波传感器的车位识别程序,建立车辆在泊车过程中的运动学模型,分析车辆在泊车过程中的各种碰撞约束和动力学约束,利用最优化理论研究基于五次多项式的泊车路径规划算法并搭建相应的算法模型,根据车辆路径跟踪理论,提出基于模型预测控制算法与线性二次型调节器的非时间参考MPC和LQR路径跟踪控制器,利用Matlab/Carsim联合仿真平台进行车位识别程序和路径跟踪控制器仿真,并分析仿真结果。在四轮毂电机驱动电动试验车平台上,制定关于自动泊车功能实现的整车试验方案,设计轮毂电机控制程序,驱动试验车,实现车辆对速度的控制;加装超声波传感器、方向盘转角传感器和车辆姿态角度传感器,提出车辆位置及姿态获取方案,设计基于EPS助力电机的车辆转向控制方式,实现车辆的自动转向;采用D2P快速原型作为整车硬件控制器,利用Moto Hawk模块库开发整车CAN总线通讯协议,实现了轮毂电机、传感器以及其它信号与整车控制程序的交互,最后在D2P平台中搭建自动泊车控制算法,完成了自动泊车系统的实车试验。仿真和试验结果表明,本文所设计的自动泊车系统能够准确识别车位、规划合理的泊车路径、控制车辆完成泊车路径跟踪、实现了自动泊车功能。

关键词：自动泊车路径规划路径跟踪 LQR跟踪控制器

基于Hybrid A*算法的自动泊车路径规划与跟踪控制研究

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基于Hybrid A*算法的自动泊车路径规划与跟踪控制研究

作者：陈翔翔长安大学

学位级别：硕士

近几年我国汽车保有量一直处于逐年上升的趋势,为了缓解车位供给短板与交通拥堵的问题,智能驾驶方案应运而生。自动泊车由于场景较为固定、行驶速度较低,所以安全问题容易解决,现在已经成了无人驾驶最先落地的应用场景。通过对当前自动... 详细信息

近几年我国汽车保有量一直处于逐年上升的趋势,为了缓解车位供给短板与交通拥堵的问题,智能驾驶方案应运而生。自动泊车由于场景较为固定、行驶速度较低,所以安全问题容易解决,现在已经成了无人驾驶最先落地的应用场景。通过对当前自动泊车路径规划与跟踪控制算法研究的梳理,发现当前泊车路径规划方法存在对泊车起点姿态要求较高、实时性较低以及对路径平滑处理未满足要求等问题;而对于当前泊车横向控制器的研究大都使用笛卡尔坐标系,难以直观地显示车辆与路径的相对位置关系,不便于建立更为准确的状态量偏差,从而难以提高控制精度。本文在此基础上提出基于Hybrid A算法的泊车路径规划方法与基于Frenet坐标系下的LQR横向控制器,仿真结果表明,本文提出的改进Hybrid A优化算法实时性较高,可以规划出安全的泊车路径,而且在Frenet坐标系下采用更准确的状态量偏差建立的最优控制器,提高了车辆的跟踪控制精度。本文具体研究内容如下。首先,通过分析自动泊车低速大转角的运动状态,从而选择车辆的运动学模型,并在此基础上提出基于直线检测的碰撞检测算法,提高了碰撞检测的准确性。并且为了提高Hybrid A算法在自动泊车中的规划速度,提出由当前栅格节点向泊车终点位姿扩展Reeds-Shepp曲线,减小中间过程相邻节点的扩展次数,同时也解决了泊车路径规划对起点姿态要求较高的问题。由于在路径搜索时引入Reeds-Shepp曲线,导致规划的路径曲率不平滑,而且传统Hybrid A优化算法不能满足路径的平滑性要求,所以本文提出新的梯度下降法作为Hybrid A的优化算法。经由仿真对比验证,本文使用改进的梯度下降法平滑算法,使得参考前轮转角转动平稳,路径的曲率也更平滑,满足车辆行驶平稳的要求。其次,针对传统LQR跟踪路径匹配点误差较大的问题,本文提出基于Frenet坐标系的LQR横向控制器,该控制器将规划的泊车路径作为参考线,借助车辆在路径上的投影点求出车辆在Frenet下的位置,因此能更方便体现车辆与参考路径的横向误差与航向误差,采用准确性高的状态量偏差建立的目标函数,在提高跟踪精度的同时,也降低了状态量偏差权重矩阵的维度,使调节过程更为容易,然后详细阐述本文LQR控制器参数的选择策略。通过Frenet坐标系下LQR与传统LQR控制器的仿真对比,结果表明Frenet坐标系下LQR跟踪效果更好,横向偏差和航向偏差都保持在较低范围内。最后搭建CarSim/Simulink仿真平台,利用上文规划的路径以及推导出的LQR横向控制器,分别在平行泊车、狭小车位与垂直泊车工况下验证改进优化Hybrid A算法规划路径的有效性,该算法可以根据不同的起点位姿规划出安全、可行的路径,同时也满足等效前轮转角转动平稳的要求;而且本文提出的基于Frenet坐标下的LQR控制器,能更好地反映车辆与路径的横向偏差和航向偏差,提高了横向误差与航向误差的控制精度,仿真结果验证了横向控制器的鲁棒性。

关键词：自动泊车路径规划 Hybrid A*算法 Frenet坐标系 LQR控制器

基于无模型自适应控制的自动泊车控制方案研究

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基于无模型自适应控制的自动泊车控制方案研究

作者：王文佳青岛大学

学位级别：硕士

自动泊车系统的出现不仅降低了泊车难度,而且在一定程度上减少了泊车类交通事故的发生。现有自动泊车控制方案的路径跟踪方案大多采用控制车身角等于期望轨迹斜率的方案来实现路径跟踪,但在实际跟踪控制过程中可能出现实际泊车路径与期... 详细信息

自动泊车系统的出现不仅降低了泊车难度,而且在一定程度上减少了泊车类交通事故的发生。现有自动泊车控制方案的路径跟踪方案大多采用控制车身角等于期望轨迹斜率的方案来实现路径跟踪,但在实际跟踪控制过程中可能出现实际泊车路径与期望路径平行而非重合的情况,导致在泊车过程中与前后停车位的车辆发生碰撞。本文针对这一问题,引入预瞄偏差角跟踪方案,按照自动泊车步骤分别设计了适用于两驱车型和四驱车型的自动泊车控制方案。针对两驱车型,本文设计了以无模型自适应控制(model-free adaptive control,MFAC)为基础的预瞄偏差角路径跟踪方案。预瞄偏差角在计算过程中用到了每一时刻的坐标信息,从而避免在泊车过程中出现实际运动轨迹与规划路径平行而非重合的情况,提高了路径跟踪精确度。针对四驱车型,本文设计了以全格式动态线性化的比例积分无模型自适应控制(proportional integral full form dynamic linearization based model-free adaptive control,PIFFDL-MFAC)为基础的预瞄偏差角跟踪方案,同时给出了对应的控制算法、参数估计算法、参数重置算法,并对PIFFDL-MFAC控制算法的稳定性进行了分析证明。为验证本文设计方案的有效性,在MATLAB环境下对两驱车自动泊车控制方案和四驱车自动泊车控制方案进行了仿真实验。两驱车自动泊车系统是以前轮转角为输入,以预瞄偏差角为输出的单入单出系统,并使用PID跟踪方案和Fuzzy跟踪方案与MFAC跟踪方案做对比。四驱车自动泊车系统是以车辆几何中心点的速度和角速度为输入,以预瞄偏差角为输出的多入单出系统,并将PIFFDL-MFAC控制方案与常规FFDL-MFAC控制方案和PID控制方案做对比。两驱车仿真实验结果表明,三种跟踪控制方案都可以控制不同的车型完成自动泊车过程,并进一步对泊车跟踪过程中产生的路径跟踪误差和航向角误差对比分析可知,MFAC跟踪方案的跟踪效果比PID和Fuzzy跟踪方案好。四驱车仿真实验结果表明,三种跟踪控制方案均能控制不同车型完成自动泊车过程。由于加入了输出误差比例控制项,PIFFDL-MFAC控制方案对系统的输入信号和参考信号变化均起作用,相较于传统FFDL-MFAC控制方案具有更快的相应速度与更高的控制灵敏度。而且,两种控制方案的跟踪误差均小于PID控制方案。

关键词：自动泊车无模型自适应控制比例积分全格式动态线性化预瞄偏差角控制

不确定性干扰工况下的自动泊车系统路径跟踪控制方法研究

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不确定性干扰工况下的自动泊车系统路径跟踪控制方法研究

作者：彭相合肥学院

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随着汽车保有量的不断增加和停车位的限制,停车难逐渐成为车辆使用者面临的主要问题。自动泊车不仅可以缓解停车难问题,还能减少泊车碰撞事故。路径跟踪的实时性及跟踪精度决定自动泊车及化工材料调度车辆调度是否成功的关键。现有的自... 详细信息

随着汽车保有量的不断增加和停车位的限制,停车难逐渐成为车辆使用者面临的主要问题。自动泊车不仅可以缓解停车难问题,还能减少泊车碰撞事故。路径跟踪的实时性及跟踪精度决定自动泊车及化工材料调度车辆调度是否成功的关键。现有的自动泊车系统及化工园区调度车辆,由于忽略跟踪控制过程中的外界干扰和车辆转向建模不确定性,导致路径跟踪精度下降的问题,提出了考虑参数不确定性和外界干扰的路径跟踪控制方法,具体内容如下:首先,建立基于阿克曼转向的车辆运动学模型,在低速工况下使用Simulink对车辆模型进行仿真用来模拟车辆的运动状态。通过与实车试验采集的低速状态下车辆运动状态数据的比较,分析运动路径曲率变化过程,验证建立的车辆运动学模型的有效性。其次,针对自动泊车路径规划的性能要求,根据车位特点、车辆运动学约束、碰撞分析,利用求解速度迅速的几何方法进行平行和垂直泊车初步路径规划,并计算出相应的可行泊车起始区域范围。在此基础上,使用高阶多项式对初步路径进行平滑优化处理,获得满足曲率连续且无碰撞的优化泊车路径。通过仿真验证该路径规划算法的可行性和平顺性。然后,针对忽略实际泊车过程中的外界干扰和车辆转向建模不确定、延时等导致路径跟踪精度下降的问题,提出了扩张状态和滑模控制结合的路径跟踪控制方法。通过引入复合扰动建立考虑不确定干扰的车辆模型,根据该车辆运动学建立相应扩张状态观测器(extended state observer,ESO),估计系统外界干扰和转向不确定性。将观测的值作为滑模控制器中的补偿量,设计了应用干扰观测器的路径跟踪控制器,用于提高路径跟踪的精度。通过Matlab/Simulink软件仿真,与没有观测器的传统滑模控制相比,验证了该系统跟踪效果的有效性。最后,构建实车验证平台,设置不同泊车场景对所提出的基于扩张状态观测器的滑模路径跟踪控制器进行实车测试。试验结果表明,所提出的方法在不确定扰动的泊车情况下均能取得较好的跟踪精度和控制效果。

关键词：自动泊车路径规划扰动估计轨迹跟踪干扰补偿

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自动泊车关键技术研究进展综述

汽车工程学报 2023年第5期13卷 603-614页

作者：张成涛覃立仁杨航赵浙栋谭泽旦广西科技大学机械与汽车工程学院广西柳州545616

自动泊车是汽车智能化的重要组成部分,代替了驾驶员进行泊车的繁琐操作,减少了泊车事故的发生,在新车上的装载量大幅增加。为了研究自动泊车的发展现状、现有不足与发展趋势,对自动泊车应用现状进行了分析,又从车位探测、路径规划和跟... 详细信息

自动泊车是汽车智能化的重要组成部分,代替了驾驶员进行泊车的繁琐操作,减少了泊车事故的发生,在新车上的装载量大幅增加。为了研究自动泊车的发展现状、现有不足与发展趋势,对自动泊车应用现状进行了分析,又从车位探测、路径规划和跟踪控制等技术方面进行了分析,总结现有自动泊车关键技术存在的不足之处和局限性,提出了自动泊车关键技术研究的未来趋势,为从事自动泊车技术研究提供参考。

关键词：自动泊车车位探测路径规划跟踪控制

基于坐标补偿的自动泊车系统无模型自适应控制

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自动化学报 2015年第4期41卷 823-831页

作者：侯忠生董航瑞金尚泰北京交通大学电子信息工程学院先进控制系统研究所北京100044

针对自动泊车系统,提出了无模型自适应控制(Model-free adaptive control,MFAC)方案.控制方案的设计仅利用泊车系统的前轮转角输入数据和车身角输出数据,不包含车辆模型信息.因此,针对不同车型的自动泊车系统,该方案均能实现无模型自适... 详细信息

针对自动泊车系统,提出了无模型自适应控制(Model-free adaptive control,MFAC)方案.控制方案的设计仅利用泊车系统的前轮转角输入数据和车身角输出数据,不包含车辆模型信息.因此,针对不同车型的自动泊车系统,该方案均能实现无模型自适应控制.为了改善期望轨迹的坐标跟踪误差,进一步提出基于坐标补偿的无模型自适应控制方案,该方案由控制算法、参数估计算法、参数重置算法和坐标补偿算法构成.针对不同车型不同泊车速度的仿真结果表明,基于坐标补偿的MFAC方案和原型MFAC方案均能较好地完成自动泊车过程,且基于坐标补偿的MFAC方案相比原型MFAC方案和PID控制方案,在轨迹坐标和车身角等方面均具有更小的跟踪误差和更快的响应速度.

关键词：无模型自适应控制自动泊车 PID 坐标补偿

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基于驾驶员经验的自动泊车规划算法研究

汽车工程 2019年第12期41卷 1394-1400,1415页

作者：胡文谭运生康龙云于宗光华南理工大学电力学院广州510640 领途汽车有限公司智能驾驶开发部无锡214000 中国电子科技集团公司第五十八研究所无锡214000

为解决现有泊车算法中的原地转向和泊车实时性差与精度不足的问题,在借鉴熟练驾驶员泊车经验的基础上,对泊车过程的各个阶段进行机理分析,并建立相应的数学模型,设计了一种新的自动泊车规划算法。该算法包括泊车控制、转向控制和速度控... 详细信息

为解决现有泊车算法中的原地转向和泊车实时性差与精度不足的问题,在借鉴熟练驾驶员泊车经验的基础上,对泊车过程的各个阶段进行机理分析,并建立相应的数学模型,设计了一种新的自动泊车规划算法。该算法包括泊车控制、转向控制和速度控制3个部分:泊车控制用于规划泊车路径,输出转向角和期望速度;转向控制用于控制转向盘反向转向的时机;速度控制用于控制车辆在泊车过程中的速度。仿真结果表明:所提出的算法能实现精确的自动泊车过程,既满足精度要求,又达到泊车控制的实时性要求。

关键词：自动泊车路径规划驾驶经验平行泊车

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自动泊车系统设计

物联网技术 2023年第4期13卷 97-100页

作者：林艺鑫潘运丹张华明福州大学至诚学院福建福州350001

近年来,泊车难等问题日益加剧,为改善这一现状,本文介绍了一种自动泊车系统。系统采用STM32F103C8T6单片机以及语音播报、超声波测距、循迹模块、按键模块、WiFi模块、MPU6050模块等进行设计。测试表明,该系统能够实现自主泊车路线规划... 详细信息

近年来,泊车难等问题日益加剧,为改善这一现状,本文介绍了一种自动泊车系统。系统采用STM32F103C8T6单片机以及语音播报、超声波测距、循迹模块、按键模块、WiFi模块、MPU6050模块等进行设计。测试表明,该系统能够实现自主泊车路线规划、人机交互控制、语音播报、屏幕显示实时车辆数据等功能,且运行稳定。这一设计能够降低驾驶人员在泊车方面的操作难度、在一定程度上减少交通事故的发生、缩短泊车时间、提高泊车效率及车上人员的舒适性,具有一定的应用价值。

关键词：自动泊车 STM32 单片机语音播报手动控制传感器

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自动泊车技术研究

汽车测试报告 2023年第11期 58-60页

作者：张雷安徽江淮汽车集团股份有限公司安徽合肥230092

自动泊车技术是自动驾驶技术的一个重要分支,通过将传感器、计算机视觉和控制技术等融合在一起,能够让车辆在停车场实现自主泊车。该文对自动泊车技术进行阐述,分析自动泊车技术基础原理,论述自动泊车技术存在的问题,探讨自动泊车技术... 详细信息

自动泊车技术是自动驾驶技术的一个重要分支,通过将传感器、计算机视觉和控制技术等融合在一起,能够让车辆在停车场实现自主泊车。该文对自动泊车技术进行阐述,分析自动泊车技术基础原理,论述自动泊车技术存在的问题,探讨自动泊车技术发展趋势,为自动泊车技术的发展提供助力。

关键词：自动泊车环境感知路径规划控制算法