基于模糊控制的汽车自动倒车系统研究

论文摘要

随着汽车产业的发展和人们生活水平的提高,汽车的数量逐年增加,因倒车引起的事故也越来越多,倒车难的问题得到广泛关注。要解决这一问题,目前比较成熟的方法是在车上安装倒车雷达或倒车影像等辅助倒车装置,给驾驶员以声音或图像的提示。这种方法虽然一定程度上缓解了驾驶员的倒车压力,但并未完全解决倒车难的问题,而要从根本上解决该问题,唯一途径就是开发自动倒车系统,实现整个倒车过程的自动化、智能化。自动倒车系统包括环境数据采集系统、中央处理器和转向控制系统,环境数据采集系统采集车辆位置数据、确定车位以及车身和周围障碍物的距离,并把数据传输到中央处理器进行处理,以确定泊车方案；中央处理器将采集到的数据分析处理后,得出汽车的当前位置、目标位置以及周围的环境参数,依据上述参数做出自动倒车策略,并将其转换成电信号；车辆转向控制系统接收到电信号后,依据指令做出汽车的行驶如角度、方向及动力支援方面的操控,实现自动泊车。本文重点研究两部分：基于专家经验的模糊控制器设计以及利用超声定位系统进行车位探测和车身位置数据采集。首先对汽车倒车过程进行分析,由于汽车倒车是低速行驶,我们建立汽车的运动学模型代替动力学模型,汽车倒车过程满足阿克曼转向规律。根据倒车的运动学模型计算出倒车初始位置可行区域,并对初始航向角为零和不为零的情况分别进行研究,为后面的控制器设计及仿真做准备。学习模糊控制的理论知识,设计输入为车身位置横纵坐标与车身航向角、输出为转向轮转角的三输入一输出的模糊控制器,确立输入输出的取值范围和隶属度函数,从倒车过程中提取出专家经验形成模糊控制规则,结合Matlab设计模糊控制器,并用Simulink进行仿真,验证控制算法的有效性。设计超声探测系统,提出利用超声波传感器进行车位探测和车身定位的方法。基于DSP2812设计超声测距系统,系统硬件设计包括DSP最小系统设计、超声波发射电路、接收电路设计等；软件设计包括DSP初始化、中断服务子程序、测距子程序等设计；利用设计的系统进行测距实验和车位探测实验,分析实验结果及产生误差的原因,并提出改进措施。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 车辆自动泊车的研究背景
• 1.2 自动泊车问题解决方案
• 1.3 自动泊车系统概述
• 1.4 国内外研究现状
• 1.4.1 论研究
• 1.4.2 先进自动泊车产品介绍
• 1.5 模糊控制在汽车工业的研究和应用
• 1.6 本文主要研究内容
• 1.6.1 研究目标
• 1.6.2 研究内容
• 第二章 汽车倒车理论分析
• 2.1 汽车倒车的过程分析
• 2.2 整车参数及符号规定
• 2.3 阿克曼转向分析
• 2.4 汽车倒车的运动学模型
• 2.5 泊车环境模型
• 2.6 倒车初始位置可行区域确定
• 2.6.1 由最小转弯半径确定的初始极限位置
• 2.6.2 航向角为零的初始倒车可行区域
• 2.6.3 航向角不为零的初始倒车可行区域
• 2.6.4 初始倒车位置数据的获取
• 2.7 本章小结
• 第三章 自动倒车模糊控制器的设计与仿真
• 3.1 模糊理论概述
• 3.1.1 模糊控制及其特点
• 3.1.2 模糊控制系统
• 3.1.2.1 模糊控制系统结构
• 3.1.2.2 模糊控制系统分类
• 3.1.2.3 模糊推理过程
• 3.1.2.4 选择隶属度函数的原则
• 3.1.2.5 模糊控制规则建立的方法
• 3.2 Matlab模糊逻辑工具箱介绍
• 3.3 自动倒车模糊控制器设计
• 3.3.1 自动倒车专家经验描述
• 3.3.2 模糊控制器参数设计
• 3.3.3 Matlab/Simulink仿真结果
• 3.4 本章小结
• 第四章 超声波定位系统设计
• 4.1 超声定位系统概述
• 4.1.1 超声定位系统总体构想
• 4.1.2 车位探测
• 4.1.3 车身定位
• 4.2 超声定位系统参数设计
• 4.2.1 超声波与超声波传感器
• 4.2.2 超声定位的优势
• 4.2.3 系统主要参数
• 4.3 超声定位系统总体设计
• 4.4 系统硬件设计
• 4.4.1 控制芯片DSP2812
• 4.4.2 DSP最小系统设计
• 4.4.2.1 电源模块设计
• 4.4.2.2 晶振振荡电路
• 4.4.2.3 JTAG接口电路
• 4.4.2.4 A/D采样模块电路
• 4.4.2.5 最小硬件系统原理图
• 4.4.3 超声波发射
• 4.4.4 超声波接收
• 4.4.5 温度检测
• 4.5 系统软件设计
• 4.5.1 系统软件开发环境
• 4.5.2 系统整体流程图
• 4.5.3 系统初始化子程序
• 4.5.4 中断服务子程序
• 4.5.5 40KHz的PWM输出
• 4.6 实验结果及分析
• 4.6.1 回波接收实验
• 4.6.2 测距实验
• 4.6.3 车位探测实验
• 4.7 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 研究生期间撰写发表的论文