基于激光雷达的自动泊车系统研究

论文摘要

由于城市拥挤、泊车位紧张,辅助驾驶系统发展迅速,自动泊车系统能辅助驾驶员进行泊车,减轻驾驶员操作强度,提高泊车的安全性,具有重要的研究意义。目前的泊车系统多采用超声测距仪作为车位检测的传感器,精度有限,且不能用于垂直泊车。本文以智能车为平台,设计并实现了基于激光雷达的自动泊车系统,改进了泊车方法,可以安全顺利的完成常见的路边平行泊车及垂直泊车入库任务。实验证明此泊车系统精度高,运行稳定,维护方便。本文首先根据泊车任务需求,设计了智能车底层控制系统,这是CyberC3智能车的第三代控制系统,是实现自动泊车的基础,这代控制系统的特点是模块化。硬件上以飞思卡尔S12单片机作为核心,主要对于前轮横向控制和后轮纵向控制模块进行了设计,运行稳定,抗干扰能力强。软件上使用uC/OS-II操作系统,针对多节点的智能车系统,通讯系统以CANopen作为通讯协议,接口标准化,扩展节点方便,并且可以直接使用已经集成CANopen协议的传感器,实现即插即用,整个网络易于维护,方便上层软件的开发。然后对平行泊车的上层控制进行了实现,主要通过高精度的激光雷达来进行车位检测。泊车过程为,由人驾驶车辆经过空车位,此时对激光雷达数据处理,进行车位检测,规划路径,然后交由智能车自行完成路径跟随,来完成泊车。仿真和实验证明,车位检测结果精度高,经过改进的路径安全易控,路径跟随时选用前馈反馈结合的控制,能达到良好的控制效果。最后对于垂直泊车的上层控制进行实现。同样是通过车位检测、路径生成和路径跟随来进行泊车。其中车辆的定位采用激光雷达数据与底层传感器数据融合而得,精度更高。然后对一个简单的垂直泊车案例进行分析和实现。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 智能车的发展现状
• 1.3 自动泊车的发展现状
• 1.3.1 自动泊车简介
• 1.3.2 国内外研究现状
• 1.4 本文的研究内容及结构安排
• 1.5 本章小结
• 第二章 自动泊车底层控制系统硬件设计
• 2.1 硬件系统总体设计
• 2.1.1 硬件需求分析
• 2.1.2 硬件系统总体结构
• 2.2 激光雷达传感器性能分析
• 2.2.1 激光雷达简介
• 2.2.2 激光雷达标定方法
• 2.3 横向控制模块设计
• 2.4 纵向控制模块设计
• 2.5 小结
• 第三章 自动泊车底层控制系统软件设计
• 3.1 基于 CANOPEN 的智能车通讯系统
• 3.1.1 CAN 总线简介
• 3.1.2 CANopen 简介
• 3.1.3 CANopen 通讯系统
• 3.1.4 基于 CANopen 的智能车通讯网络负载自适应方法探索
• 3.2 基于 UC/OS-II 的软件架构
• 3.2.1 uC/OS-II 简介
• 3.2.2 uC/OS-II 操作系统的实现
• 3.2.3 底层模块控制方法
• 3.3 本章小结
• 第四章 平行泊车上层控制系统设计
• 4.1 车位检测
• 4.1.1 车位检测方案
• 4.1.2 激光雷达数据处理方法
• 4.2 路径规划
• 4.2.1 双圆弧路径规划
• 4.2.2 改进的路径规划方法
• 4.3 路径跟随
• 4.3.1 基于预瞄-跟随的 PID 控制方法
• 4.3.2 结合前馈-反馈的 PID 控制方法
• 4.3.3 多次平行移位的泊车方法
• 4.4 仿真与实验验证
• 4.4.1 Torcs 简介
• 4.4.2 仿真验证
• 4.5 本章小结
• 第五章 垂直泊车上层控制系统设计
• 5.1 垂直泊车方法
• 5.1.1 车位检测
• 5.1.2 路径规划
• 5.1.3 路径跟随
• 5.2 基于卡尔曼滤波的定位方法
• 5.2.1 卡尔曼滤波器简介
• 5.2.2 基于卡尔曼滤波的定位方法
• 5.3 另一简单垂直泊车实例的实现
• 5.3.1 任务要求
• 5.3.2 方案设计
• 5.4 本章小结
• 第六章 全文总结
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表或录用的论文