汽车自动泊车系统关键技术研究——多次平行泊车路径规划和超声波传感器阵列研究

摘要

随着城市私家车的增多，泊车位数量不足，在路边泊车的轿车数量越来越多。泊车环境糟糕，对于泊车经验不足的新手驾驶员，容易发生泊车事故，因此自动泊车技术成为智能交通和无人驾驶技术领域的一个热点研究问题。本文依托清华大学苏州汽车研究院基金课题《自动泊车系统产业化关键技术研究》，就平行泊车中的较小泊车位长度下如何进行自动泊车，提出了基于最短路径的多次平行泊车路径规划的解决方案，并对自动泊车系统需要的超声波传感器阵列进行研究。
　　在较小的平行泊车位情况下，平行泊车往往不是一次直接就可以安全的洎车入位。通过对实际平行泊车的研究，提出了采用多次泊车方法来泊车的解决方案。泊车车辆以一个合适的航向角进入泊车位后，在泊车位内来回缓慢移动，最终到达泊车最终位置，完成泊车。多次平行泊车的路径规划是通过对车辆多次泊车的入库状态和在车位内多次移动的运动规律进行分析。以泊车位长度为基准构建一个泊车空间，车辆在泊车位中完成运动，再利用泊车结果和约束条件反过来验证入库状态的合理性。通过Matlab计算得出泊车次数、入库状态、入库半径和泊车位长度的关系，得到车辆多次泊车入库的半径和泊车位长度的关系，基于最短路径的泊车路径规划，分析转动角度对泊车路径参数的影响，确定合适的路径转动角度。计算出停车位长度与直线斜率的拟合公式，得到直线的斜率，再确定泊车起始点，改变泊车半径，规划出完整的泊车路径。
　　通过对低速下的泊车模型进行simulink仿真，将仿真结果与泊车实际位移进行比较，发现误差在3.3％以内，由此证明选用的低速汽车运动学模型比较适合泊车的实际情况。同时用Matlab、carsim的联合仿真来验证多次平行泊车的路径规划与实际泊车路径的差距，得出误差在3.4％以内，比较适合在较小泊车位情况下的泊车路径规划。
　　自动平行泊车在泊车位测量和在泊车过程中避碰需要一个合适的超声波传感器阵列。泊车系统的超声波传感器阵列通常由12个超声波传感器组合而成，互相协作完成自动泊车。本文对超声波阵列的数量，安装位置，预警区域，发射时序进行分析，设计出合适的超声波阵列，保障泊车过程的安全。通过搭建的超声波传感器阵列实验平台验证，开发的超声波传感器阵列的探测距离可达到5米;最小探测距离可达0.06米，可探测平板、圆柱、路沿等各类障碍物。测试界面中可直观显示障碍物距离与位置。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 问题的提出及研究意义

1．2 自动泊车系统介绍

1．2．1 自动泊车系统的模块划分

1．2．2 自动泊车系统分类

1．3 研究发展状况

1．3．1 学术理论研究动态

1．3．2 车企商业应用动态

1．4 本文研究内容

第二章 泊车系统运动学模型建立与分析

2．1 平行泊车过程分析

2．2 对于试验车辆的参数与模型简化

2．3 车辆运动学模型建立与分析

2．3．1 Ackerman转向几何

2．3．2 车辆泊车时车速的确定

2．3．3 车辆泊车时参考点的选择

2．3．4 汽车简化的运动学模型

2．3．5 方向盘转角与前轴中心转角的关系实验

第三章 基于最短路径的多次平行泊车路径规划

3．1 泊车辅助系统的平行泊车过程

3．2 多次泊车的条件约束

3．3 多次泊车的实现方法

3．3．1 几何模型的建立

3．3．2 阿克曼转向几何分析

3．3．3 一次泊车时泊车位长度确定

3．3．4 车位内移动模型

3．3．5 车位内移动算法

3．4 总体自动泊车路径规划

3．4．1 泊车的最短路径分析

3．4．2 轨迹形状：基于最小半径的两圆加直线

3．4．3 基于最短路径的变半径泊车路径规划

第四章 泊车运动学模型与路径规划仿真分析

4．1、泊车时汽车运动学模型仿真分析

4．1．1 VCDS(VAG-COM诊断系统)

4．1．2 实验数据记录与分析

4．1．3 泊车运动simulink仿真模型

4．1．4 泊车实际坐标与仿真模型的比较分析

4．2 泊车路径仿真分析

4．2．1 入库时多次泊车路径仿真

4．2．2 入库状态和泊车位长度的关系

4．2．3 总体泊车路线

4．2．4 泊车路径避碰区域仿真分析

4．2．5 自动泊车路径规划的GUI实现

4．2．6 自动泊车路径在carsim软件中的仿真

第五章 多次泊车系统的超声波测距阵列

5．1 超声波的主要物理特性

5．2 超声检测安全预警区域划分

5．2．1 泊车系统的传感器数量

5．2．2 超声波传感器的性能建模分析

5．2．3 超声波传感器的安装位置建模分析

5．2．4 超声波传感器的阵列设计及其检测范围分析

5．2．5 超声波传感器阵列时序

5．2．6 障碍物定位与泊车距离

5．3 超声波传感器的选型和测量分析

5．3．1 URM06-PLUSE传感器的性能参数

5．3．2 超声波传感器硬件模块设计

5．3．3．测量结果

5．4 超声波传感器阵列系统的平台搭建

第六章 全文总结与展望

6．1 全文工作总结

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的论文及学术成果