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基于四轮转向的自动泊车系统路径规划与跟踪算法研究
| 论文题名： | 基于四轮转向的自动泊车系统路径规划与跟踪算法研究 |
| 关键词： | 自动泊车系统;路径规划;跟踪算法;四轮转向;模型预测控制 |
| 摘要： | 随着汽车行业的快速发展，日益增长的汽车数量、稀缺的城市停车位以及拥挤的停车环境都给泊车带来了一系列的困难和问题，自动泊车辅助系统能够有效减轻驾驶员的负担，提高泊车安全性。而四轮转向系统在前轮转向的基础上可以减小泊车空间，有效提高车位利用率和泊车过程中的舒适性，且可以较好应付泊车过程中出现的动态障碍物，具有更好的泊车环境适应性。本文对四轮转向自动泊车系统的路径规划与跟踪算法展开研究。 根据平行泊车和垂直泊车两种工况的特点建立泊车规划坐标系，以车辆后轴中点作为参考点推导四轮转向车辆运动学模型，并在不同车速条件下与CarSim软件提供的动力学模型进行对比，验证运动学模型在低速条件下的准确性。简化车辆碰撞检测模型，对于给定状态下的静态障碍物，提出一种基于快速排斥-跨立试验的碰撞检测方法。 针对同时包含静态障碍物及动态障碍物的平行泊车和垂直泊车工况，提出一种Sobol-RRT*Reeds-Shepp与数值最优控制相结合的泊车轨迹规划算法。首先利用具有均匀差异特性的Sobol序列代替RRT(Rapidly-exploringRandomTree)算法的伪随机序列，同时建立采样池优选策略，实现随机采样点的最优化选择，提高算法的采样效率。然后构建泊车轨迹规划问题，考虑基于四轮转向运动学模型的系统动态方程约束和基于“三角形面积法”的动态障碍物约束，通过求解最优控制问题实现四轮转向系统的泊车轨迹规划，并通过仿真分析验证规划算法的可行性。 为了实现规划轨迹的跟踪控制，分别设计基于比例-积分-微分控制算法的纵向速度控制器和基于模型预测控制算法的横向运动控制器，并利用MATLAB/Simulink与CarSim联合仿真对轨迹跟踪控制器的效果进行验证。 对本文提出的轨迹规划算法和跟踪控制策略进行联合仿真验证，利用CarSim搭建平行泊车和垂直泊车场景，仿真结果表明本文提出的轨迹规划算法能够规划出一条合理的泊车轨迹，且本文设计的泊车轨迹跟踪控制器跟踪效果良好，能够控制车辆安全地完成泊车操作。 |
| 作者： | 李佳俊 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 王军年 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 吉林大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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