基于模型预测控制的自动泊车系统设计与研究

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