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原文传递基于安全通道路径规划的自动泊车系统关键技术研究

论文题名：	基于安全通道路径规划的自动泊车系统关键技术研究
关键词：	自动泊车系统;安全通道约束;路径规划;车位识别;跟踪控制
摘要：	伴随着汽车“新四化”变革的进行，智能汽车技术已成为国家战略发展要点。自动泊车系统作为智能驾驶辅助系统的一种，能够提高泊车效率、安全性及舒适性，但目前自动泊车系统的智能化水平相较熟练驾驶人仍有差距，对于高效准确的车位识别，任意场景下高质量的路径规划，以及泊车的精准控制等问题仍有待进一步研究。　　本文针对自动泊车系统车位识别、路径规划、跟踪控制关键技术进行研究。感知层利用侧方激光雷达，实现了基于自由空间的车位识别；规划层将路径规划问题构建为一个优化问题，引入安全区域概念，将复杂的碰撞约束通过构建安全通道的方式进行统一建模与简化，实现了在平行、垂直、斜向三种车位在任意初始位置下的高质量路径规划；跟踪控制层根据剩余距离实现速度规划，考虑了坡道上的泊车需求，设计了保证良好的泊车控制效果的横纵向控制器。　　本文具体研究内容如下：　　（1）基于侧方激光雷达的车位识别算法研究。首先分析了IBEO激光雷达及边界框的基本特征，以雷达输出的原始边界框信息作为车位识别算法的输入，利用考虑边界框长度的加权中值滤波方法剔除噪点数据；基于DBSCAN算法实现边界框聚类，增加边界框面积重合率判断指标区分有效边界框，解决了边界框距离较近时聚类失败的问题；最后设计了不同参考车数量下基于自由空间的目标车位识别策略，并进行实车测试验证。　　（2）基于安全通道约束的泊车路径规划研究。首先分析泊车路径规划需求，提出任意场景和初始位置下生成高质量路径的规划目标，为满足设计目标，将泊车路径规划问题构建为一个非线性优化问题；针对路径规划优化问题维度高难以求解以及碰撞约束过于复杂的问题，利用图搜索算法生成模型初始解，根据初始解构建基于安全通道的碰撞约束模型，实现碰撞约束的统一建模与简化；最后基于粒子群优化算法实现上述问题的求解，并在典型泊车场景中进行路径规划算法的仿真测试验证。　　（3）自动泊车轨迹跟踪控制策略研究。首先建立自动泊车轨迹跟踪控制架构，然后利用梯形法根据剩余距离实现速度规划，并设计饱和速度函数实现不同速度间的平滑过渡；纵向控制以车辆纵向动力学为基础，考虑坡道上的泊车需求，基于扩张状态观测器对坡度进行估计，构建了基于动力学前馈加反馈的纵向控制器；横向控制基于车辆运动学模型，构建了考虑约束的LTV-MPC横向控制器。　　（4）自动泊车系统测试验证。首先基于Carsim/Matlab软件在环仿真平台，构建了自动泊车仿真场景，对本文提出的自动泊车路径规划算法与轨迹跟踪控制策略进行仿真测试验证；利用基于dSPACE的电子助力制动硬件在环平台，对上述算法进行硬件在环测试验证；最后搭建实车平台，完成自动泊车纵向控制器的实车测试验证。结果表明本文设计的泊车规划控制算法能在仿真和硬件在环条件中有效的完成泊车任务，泊车控制效果较好；实车测试结果也表明所设计的纵向控制器能够实现不同坡度场景下稳定的速度和停车控制。
作者：	王志伟
专业：	车辆工程
导师：	朱冰
授予学位：	硕士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2022