基于物联网技术的先进泊车系统设计.pdf

分享基于AWR1843的 TI 77GHz 毫米波传感器的自动泊车系统参考设计。 仅供学习研究

1.范围 本标准规定了部分自动泊车系统的分类、一般要求、功能要求、性能要求和测试规程。本标准适用于安装在M1、N1车辆上的部分自动泊车系统。 2.规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本。适用于本文件。 GA/T850-2009城市道路路内停车泊位设置规范

本文针对现有的自动泊车路径规划方法中对于车辆初始位姿及泊车环境等限制要 求较多的问题，研究了满足车辆运动学约束和避障约束的泊车路径规划方法。同时，基于规划所得的路径，搭建了跟踪系统并进行了仿真验证。 首先，对自动泊车的车位检测进行研究，选取超声波传感器来感知车位及障碍物信 息，并实际开展了检测试验来验证其效果与精度。同时，根据阿克曼转向原理建立了车辆运动学模型，分析计算得出泊车时的低速运动方程。 其次，针对泊车环境存在较多限制的各种复杂场景及不同的泊车方式展开路径规划 研究。明确规划模块的整个设计流程，并对其中一些基础原理和前提条件做预处理以便于之后的说明。详细阐述了规划算法中的两个重要的子算法：简单连接算法及路径与障碍物碰撞检测算法，对其采取了仔细的计算和验证，方便后续使用。分别对平行泊车与垂直泊车给出了不同的规划方案，包括单步式泊入和多步式泊入。在此基础上，设计了探索机制，强化规划算法的冗余性，当泊车环境变化时能够及时调整从而保证规划成功，考虑到某些场景需要车头入式的泊车方法，提出了前向垂直泊车的路线。此外，为提升泊车的安全性和面对不同泊车环境时的适应性，提出了若干优化策略。 最后，搭建了路径跟踪控制模块，完成了自动泊车仿真试验。对比几种控制策略， 根据泊车的特点选取模糊控制器作为主要的跟踪控制方式，并详细阐述了模糊控制的隶属度函数及规则库等。针对规划路径中存在的曲率非连续的问题，提出了相应的跟踪模型。根据规划模块给出的泊车路线，利用 MATLAB/Simulink 软件联合仿真，验证路径规划及跟踪控制效果。结果表明，本文提出的规划算法具有较好的泊车精度及鲁棒性，对复杂的泊车环境适应性较强，有较重要的实际应用价值。

先，采取将超声波传感器和轮速脉冲传感器结合的方式实现车位的检测和泊车初始位置获取。为了提高测量数据稳定性和精度，防止单个雷达失效的情况，提出使用同侧的两个超声波雷达同时对车位进行探测，并结合基于相似度的数据融合方法得到更准确的车位信息。 然后，对车辆低速运动过程进行研究，建立了基于后轴中心为参考点的运动学模型，明确了该参考点在车速和方向盘转角输入下的运动规律，并将规律推广到车身各顶点。分析了单步平行泊车的车辆运动学条件和碰撞约束条件，并将其作为非线性约束，基于 B 样条曲线理论设计路径优化函数。在此基础上，选取多个泊车起点进行 MATLAB 路径规划仿真，验证了路径规划方法合理性。为了跟踪规划出的目标路径，先采用基于 EKF 的航迹推算方法滤除传感器中的噪声信号，得到精确的车辆局部定位信息。利用车辆实时位姿与目标路径的偏差，设计了基于模型预测控制的路径跟踪控制器，选取了合适的目标函数，将跟踪控制问题转换为凸优化的二次型最优求解问题，并对控制器参数选择问题进行研究。同时，介绍了广泛用于路径跟踪的一种纯追踪控制方法，用作控制器控制效果的对比验证。 通过 MATLAB/Simulink 与 Carsim 的联合仿真，对比模型预测控制和纯追踪 控制两种控制算法下的路径跟踪的位置误差和航向误差进行控制效果验证。最 后，在实车上验证了基于双超声波雷达数据融合的车位检测算法的有效性。并 进行了泊车系统控制策略的功能验证，通过 CAN 总线获取的实时数据进行误差 分析，证明了规划路径的合理性和路径跟踪控制器的有效性

针对地下车库等停车点中车辆使用 GNSS 等定位方式受到信号限制，激光雷 达等传感器的价格高昂，普通后置摄像头无法获取完整的停车位信息等问题，本 文提出一种基于全景俯视图的停车位检测算法。利用四个鱼眼相机获取车辆四周 的信息，建立车身四周的全景俯视图。提出融合线性卷积层的多尺度损失函数卷 积神经网络，提高对停车位的检测准确率，降低传感器成本。对检测到的停车位， 本文提出一种基于网格的图像定位方法，实现停车位与车辆之间的相对位置定 位，排除信号影响，获得停车位的尺寸信息，再结合动态阈值的停车位空闲判断 方法，判断停车位是否满足泊车条件。 自动泊车的路径规划往往需要满足多种约束条件。针对在路宽较窄，相邻停 车位已有车辆停入的条件下自动泊车难以实现的问题，本文提出了一种窄路宽条 件下的垂直停车位泊车路径规划方法。该方法学习驾驶员在窄路宽条件下，通过 多次倒车实现泊车。从泊车过程的逆向过程出发，从最后的泊车状态到初始泊车 状态进行推导，计算泊车过程中的关键点信息，并分别计算各阶段所需的泊车路 径，最后结合各个关键点与中间的路径完成路径规划，实现车辆在窄路宽条件下 的泊车路径规划。 在系统方面，本文基于实验室移动平台设计完整的自动泊车系统，让移动平 台能在按比例缩小的停车位与相应路宽条件下完成自动泊车。

首先，自动泊车系统需要一个合理的轨迹规划方法。本文分析了商用车的运 动过程，建立了其运动学模型，考虑了商用车单步垂直泊车的影响因素：车位尺 寸条件、避障约束条件、停放约束条件、车辆参数约束条件等。在此基础上，使 用 B 样条曲线方法对商用车单步垂直泊车的场景进行轨迹规划，并验证了其对 于不同泊车场景的有效性。 然后，设计了非时间参考的轨迹跟踪控制方法，降低了车速对轨迹跟踪控制 的影响。设计了基于模糊控制、基于滑模控制和基于趋近律的终端滑模控制的轨 迹跟踪控制器。进行控制效果的对比，认为基于趋近律的终端滑模控制的轨迹跟 踪控制器的控制效果最好。 最后，基于此 TruckSim 软件搭建了商用车的动力学模型，而后通过Matlab/Simulink 搭建了轨迹规划模型与轨迹跟踪控制器模型。进行了基于Matlab/Simulink 与 truckSim 的联合仿真。通过不同工况场景下的商用车的垂直泊车，对轨迹规划算法的合理性进行验证，同时也检验了轨迹跟踪控制器的跟踪控制效果。

为降低泊车操作的难度, 减少因泊车引发的事故, 以 LABVIEW 为开发平台, 运用现代图像处理技术、无线通信技术及模糊控制理论设计了自动泊车系统。 介绍了用图像处理技术获得汽车的位置信息及方向信息的方法, 详细阐述了运用模糊控制理论设计自动泊车控制器的过程, 以及用单片机 MSP430F149 及无线收发芯片 nRF905 搭建无线通信模块的方法。 最终系统以无线的方式控制汽车进入目标位置。 该系统对车辆的改装小, 可移植信强。 测试结果表明 , 该系统安全性好, 可靠性高。

随着汽车工业的发展，当前自动泊车系统的控制策略已不能满足需要。文章首次将双向路径规划的方法引入到垂直自动泊车的情况中，将倒车的过程逆化，实现了从高约束区域向低约束区域的路径规划；同时还在MATLAB环境下，对使用双向路径规划方法规划出的路径进行了仿真研究，指出双向路径规划的方法可以出色地完成自动泊车和避障任务。

首先,建立了包括车身横摆运动、侧倾运动和横摆角速度的前轮转向小车运动学模型对自动泊车的各个过程做了详细分析并探讨了泊车位和车辆位姿参数的确定。其次,基于建立的运动学模型和自动泊车的各个过程,分别设计了自动泊车各个过程中的模糊控制器,给出了相应的输入、输出变量,设计了各自的隶属度函数和各阶段的模糊控制规则表。并运用进行了仿真研究和算法验证。 再次,为了进一步优化模糊控制器生成的轨迹,利用遗传算法对设计的模糊控制器进行优化。由于对控制规则的修改不能取得明显的优化效果,采用对隶属度函数进行优化调整的方法尝试优化模糊控制器。通过的仿真分析,加入遗传算法的模糊控制器能够有效改善系统响应,缩短运动轨迹。 最后,从传感器系统和电动转向系统两方面探讨了自动泊车系统的实现。通过合理安装超声波传感器组群,实现对车身周边环境的自动感知通过对方向盘进行电动转向控制,可以根据智能控制器的输出来实现车辆动作的自动控制。