根据 2017 年全国电子设计竞赛 L 题的命题要求，设计并制作了一款自动泊车系统．该系统选用 STC15F 系列单片机作为控制核心，采用超声波传感器作为定位、距离检测元件，步进电机作为小车驱动机构，结合无线通信技术，实现小车的自动入库与出库控制．测试结果表明，系统稳定、定位准确、反应灵敏，达到赛题所设定的设计要求．

针对城市泊车位越来越狭小、泊车环境变得更复杂的问题，总结了国内外自动泊车系统的研究及应用现状，重点阐述了泊车过程中的车位检测、路径规划、路径跟踪。进而归纳出目前自泊车系统存在的问题及未来发展的趋势。

为了降低泊车系统对驾驶人车速控制要求，针对泊车过程中驾驶人车速控制失误致使车辆偏离泊车路径最终导致泊车失败的问题，提出了结合定点跟踪的非时间参考的路径跟踪控制策略（ Ｎｏｎ － Ｔｉｍｅ　Ｂａｓｅｄ　Ｐａｔｈ　Ｔｒａｃｋｉｎｇ ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｗｉｔｈ　Ｐｏｉｎｔ　Ｔｒａｃｋｉｎｇ ， ＮＴＢＰＴｃｗＰＴ ）。设计了定点跟踪控制律，建立了 ＮＴＢＰＴｃｗＰＴ 控制模型，并进行了泊车路径跟踪仿真。结果表明：基于 ＮＴＢ －ＰＴｃｗＰＴ 的泊车控制策略降低了控制器对驾驶人速度控制的要求； ＮＴＢＰＴｃｗＰＴ 策略的位姿调整功能提高了泊车成功率；基于 ＮＴＢＰＴｃｗＰＴ策略的控制器可实现车辆规范停放。

车位检测方法研究及验证。了解超声波雷达测距原理，采用超声波雷达与车轮里程计进行车位检测。通过测位雷达测距变化特点分析车位起始点和终止点，并结合轮速信号得到车位的长度，通过测位雷达测距获得车位宽度，并通过车位检测实验验证了方法的可行性。 (2) 泊车路径规划。提出基于 B 样条理论的泊车路径规划思想，针对车位空间大小采用单步泊车或两步泊车路径规划方法。分别对两种泊车方式路径约束进行分析，建立泊车路径优化函数，最终设计出满足泊车过程多个非线性约束的易于车辆跟踪的泊车路径。 (3) 路径跟踪控制方法研究。为降低泊车系统对驾驶员车速控制要求，提出非时间参考的泊车路径跟踪控制策略。针对路径跟踪过程中，因车辆转向系统转角转速约束、车辆最小转弯半径约束、车辆行驶速度等因素导致的车辆偏离目标路径现象，提出结合过定点控制的路径跟踪控制方法，设计出非时间参考的车辆过定点控制律，并通过 Carsim 与 Simulink 联合仿真对路径跟踪策略进行验证 (4) 车辆定位方法及验证。车辆定位包括车辆初始位姿计算和车辆运动位姿计算。为提高道路两侧车位利用率，并使泊车系统更具人性化，泊车系统根据车位信息提供驾驶员多个可选择的车辆停放标准。根据驾驶员发出的车辆停放基准指令，泊车系统建立泊车空间坐标系并计算车辆初始位姿。采用基于车轮里程计的车辆定位方法计算泊车过程中车辆在泊车空间中的位姿，并通过实验对定位方法可行性进行验证。

本文设计了一种自动平行泊车系统。首先分析了车辆泊车时低速情况下，车辆运动学模型和车辆转弯半径与方向盘转角的关系。根据运动学模型和实际泊车过程，研究了平行泊车的几何路径规划方法，并结合实际情况，对所探讨的几何路径进行改进，设计出一种适应性较强的泊车几何路径，并针对该方法分析了其误差来源。 然后，设计了实现自动泊车的模糊控制器，并通过 matlab/simulink 进行仿真分析，以验证模糊控制器的可行性，并对设计的几何路径加以验证。 此外，本文还介绍了自动泊车系统的硬件设备，主要包括用于数据采集的感知系统和实现自动驾驶的执行结构。通过感知系统以获得车身周围环境和车身姿态，控制系统根据感知系统的数据计算泊车路径，通过发送命令控制执行机构实现自主泊车。 最后，在车辆上对整个系统进行了实车实验。根据车辆参数和感知系统的特性，计算了泊车几何路径的关键点位置，设计了一种查找平行泊车有效停车位的方法。控制系统根据感知系统获得的数据和关键点位置的计算结果，并根据停车位大小计算一条有效的泊车路径，按照计算获得的泊车路径，控制系统控制方向盘实现自动泊车。

以阿克曼转向原理为基础，从理论上分析了两圆弧相切与圆弧切直线法的泊车过程。由于在实际泊车过程中，无法按照理论上的路径规划过程完全地泊车入位，需要在车辆并没有按照预计进入泊车位时，进行再一次的路径规划进行泊车，本文从理论上提供了在上述条件下的两种多次泊车路径规划方法。最后，由于理论与工程实践之间会 有偏差，本文又从工程实践的角度，以介绍过的泊车方法为理论基础，进行工程 实践的逻辑推导，根据工程中能够得到的测量参数推导出泊车过程中需要的参数， 从而实现理论方法在工程上的应用。

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。 引入了计算机图形学中曲线知识,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。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。采用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。基于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。

论文首先对车辆的运动过程进行研究，建立车辆的运动学模型，推导车身各点与车 身参考点的几何关系，明确车身参考点以及整体轮廓在车速和方向盘输入下的运动规律。其次，基于传统路径研究单步平行泊车情况下的最小车位尺寸、允许车身偏转角范围和可行泊车起始区域，分析单步平行泊车情景的环境约束条件和车辆运动学约束条件，基于 B 样条曲线理论建立非线性约束单步平行泊车路径优化函数。在此基础上，结合泊车实际情况分别针对常规泊车初始位姿和倾斜泊车初始位姿进行 MATLAB 路径规划仿真，验证路径规划方法的合理性。接着，结合非时间参考路径跟踪控制和终端滑模控制方法，提出基于趋近律的非时间参考终端滑模路径跟踪控制方法：应用非时间量参考方法，避免车速控制量对车辆路径控制造成影响，降低车速控制要求；结合基于趋近律的终端滑模控制方法，控制车辆跟踪参考路径，降低跟踪误差并改善趋近品质，削弱抖振现象，通过跟踪正弦参考路径 Simulink 仿真验证设计控制器的效果。在此基础上通过 Simulink和 Carsim 软件联合仿真实验针对常规初始位姿和倾斜初始位姿进行路径规划和跟踪仿真。

本文的研究内容是基于定车速模糊控制算法的自动平行泊车的问题。对于 自动泊车要解决的三大问题：定位、路径规划、行为控制，本文都一一作了论 述。基于超声传感器的定位算法和基于模糊控制的路径规划是本文主要研究对 象，对于行为控制进行了方案性的论述。在建立基于定车速的模糊控制算法的 自动泊车模型后，进行仿真，得出前轮转角，反馈到方向盘，然后进行方向盘 控制。然后利用遗传算法对模糊控制器参数进行优化，得到更为理想的数据。 通过仿真，结果分析，可以看到模糊控制策略是比较有效的，为自动泊车 后继工作中的关键部分模糊控制器的搭建奠定了基础。

针对车辆低速倒车这一运动过程，建立了车辆数学模型。根据分析车辆数学 模型，得到能够满足多数情况下的泊车路径。由于自动泊车过程可分解为寻找最 佳泊车位置及从最佳泊车位置倒入停车位两个过程，针对这两个过程，分析了无 障碍式及有障碍式的泊车路径。针对有障碍式泊车路径中的寻找最佳泊车位这一 过程通过对群智能算法的比较，运用粒子群算法对其进行了路径规划。通过分析 模糊控制相关知识，针对从最佳泊车位置到停车位这一泊车过程，建立一种模糊 控制方法，通过 MATLAB 仿真实现了其泊车过程