汽车自动泊车系统的控制策略和算法研究

论文摘要

作为汽车智能化发展的代表系统,自动泊车系统将成为重要的安全泊车辅助系统之一。针对各种复杂泊车工况,该系统通过探测泊车环境并通过控制车速和方向盘转角实现自动泊车。面对城市化进程的不断发展和日益复杂的泊车环境,自动泊车系统的出现吸引了众多购车者的目光。课题研究以自动泊车系统控制策略为重点,具体研究内容包括：(1)分析了有障式和无障式泊车环境,参考我国汽车库建筑设计规范,建立了环境数值模型,为自动泊车控制策略的正确执行提供了背景。同时,建立了相关坐标系,实现了车辆在泊车环境中的定位,为泊车路径规划提供了基础。(2)引入了计算机图形学中Bezier曲线知识,使得车辆的路径规划由曲线规划层面下降到点的规划当中,简化了规划过程并且得到了平滑连续的泊车路径。(3)针对有障和无障泊车环境,制定了不同的控制策略以完成泊车路径规划,实现自动泊车。通过应用蚁群算法相关知识,以有障环境栅格模型为对象,实现了车辆的避障过程,保证了车辆安全性。(4)采用ADAMS/View建立了虚拟整车模型,为自动泊车控制策略建立了被控对象。(5)基于MATLAB/Simulink建立了无障平行泊车、无障垂向泊车和有障平行泊车模型,将PID控制引入到自动泊车系统路径跟踪当中,并通过虚拟整车模型的联合仿真分析,验证了自动泊车控制策略的正确性。课题研究的主要创新点如下：(1)以Bezier曲线为理论基础,通过分析泊车环境特征点,完成了泊车路径规划,通过Bezier曲线间的拼接处理实现了规划路径的平滑过渡；(2)应用蚁群算法优化理论,实现了有障泊车环境中的路径规划,完成了避障的自动泊车动作,保证了车辆的行驶安全。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 自动泊车系统的组成
• 1.3 自动泊车系统的工作原理设计
• 1.4 国内外研究现状
• 1.5 课题研究目标及内容
• 1.5.1 研究目标
• 1.5.2 研究内容
• 1.5.3 研究方法
• 第2章 自动泊车系统的路径规划及算法研究
• 2.1 引言
• 2.2 复杂泊车环境的标定与建模
• 2.3 路径规划方法选择
• 2.4 BEZIER曲线
• 2.4.1 方程
• 2.4.2 Bezier曲线性质
• 2.4.3 Bezier曲线拼接
• 2.4.4 二次Bezier曲线曲率和平均曲率半径
• 2.5 蚁群算法
• 2.6 无障式泊车
• 2.6.1 平行泊车
• 2.6.2 垂向泊车、斜列泊车
• 2.7 有障式泊车
• 2.8 小节
• 第3章 虚拟整车模型的建立及分析
• 3.1 引言
• 3.2 ADAMS
• 3.3 整车模型的构建
• 3.3.1 车身模型
• 3.3.2 前悬架模型
• 3.3.3 后悬架模型
• 3.3.4 转向系模型
• 3.3.5 轮胎模型
• 3.3.6 路面模型
• 3.3.7 整车模型
• 3.4 整车模型特性分析
• 3.4.1 整车模型参数
• 3.4.2 轮胎静态特性分析
• 3.4.3 转向系分析
• 3.4.4 整车操纵稳定性分析
• 3.5 整车模型的封装
• 3.6 小节
• 第4章 控制算法软件实现及联合仿真验证
• 4.1 引言
• 4.2 自动泊车路径跟踪原理
• 4.3 PID基础
• 4.3.1 PID控制原理
• 4.3.2 PID参数整定
• 4.4 无障式泊车实现
• 4.4.1 平行泊车
• 4.4.2 垂向泊车
• 4.5 有障式泊车实现
• 4.5.1 蚁群算法及其仿真结果
• 4.5.2 有障式平行泊车仿真结果
• 4.6 小节
• 第5章 总结与展望
• 5.1 工作总结
• 5.2 研究方向
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研情况
• 附录1 轮胎特性文件
• 附录2 路面特性文件
• 附录3 蚁群算法程序