智能泊车与EPS集成控制系统设计与实现

摘要

本文针对现有自动泊车系统存在的不足，提出了将智能泊车与电动助力转向系统(EPS)集成控制，实现在正常行驶时提供助力，有泊车需求时进行自动泊车，提高系统的集成度，实现车辆资源的有效利用。针对智能泊车与EPS集成控制系统，本文分别给出了系统三个关键方面的解决方案——泊车路径规划、路径跟踪控制和集成控制系统设计，借鉴熟练驾驶员泊车行为特征，轻规划、重路径跟随和调整，通过理想泊车路径规划和精确路径跟踪控制综合实现高效、精确智能泊车。
　　首先简要分析了泊车系统的工作过程，根据国家规定和车型尺寸设定目标停车位尺寸，包括平行泊车位和垂直泊车位尺寸。通过分析泊车过程中车辆运动学特性和泊车过程中的运动约束条件，将泊车运动简化为寻找一条合适路线，并在满足运动学特性和运动约束条件下，使车辆按照指定路线行驶顺利完成泊车的过程。综合考虑泊车运动约束条件以及跟踪控制余量，建立泊车运动学模型，借鉴熟练驾驶员人工泊车实际情况，规划出理想泊车运动路径。
　　针对泊车效率和精度有待提升的问题，本文采用更接近人类智能行为方式的智能化路径跟踪控制的思想。以云模型为基础，进一步研究提出基于云发生器的泊车路径跟踪控制方法，构建车辆路径跟踪控制模型，并通过仿真分析，验证模型跟踪及转向控制效果。
　　针对现有泊车系统集成度低带来的不足之处，结合EPS系统软硬件资源特征和智能泊车系统软硬件资源需求，构建智能泊车与EPS集成控制架构，设计集成控制系统原理。集成控制系统主要由核心控制子系统，泊车子系统和转向助力子系统组成，助力转向子系统即为原车EPS控制系统，泊车子系统包括测距模块、轮速采集模块、转向控制模块、语音提示模块和电源模块等。利用智能泊车与EPS系统功能互补和资源共用特点，重点突破泊车模式与EPS助力模式的切换和安全保障等难点问题，提出智能泊车与EPS集成控制策略，保障集成控制系统的可靠性。
　　以集成控制系统的需求为依据，充分考虑系统的可靠性、扩展性和成本等因素，设计集成控制器硬件单元电路和软件算法。为了降低内外部干扰对控制器的影响，提高控制系统的可靠性，在控制器PCB板设计过程中加入抗干扰设计，并在软件中加入软件滤波、监控定时器等抗干扰设计，降低系统出错风险，提高控制精度。
　　为了验证本文所设计的智能泊车与EPS集成控制器的有效性和可靠性，分别进行了系统EMC试验和实车功能及性能试验。试验结果表明集成控制系统安全、可靠，性能达到或超过现有产品。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景

1．2 国内外泊车技术研究及应用现状

1．3 本文的研究内容和意义

1．3．1 本文的研究内容

1．3．2 本文的研究意义

第二章 泊车运动建模及路径规划

2．1 系统工作过程

2．2 系统功能需求及设计约束

2．2．1 泊车功能需求分析

2．2．2 泊车目标车位

2．2．3 目标车辆参数

2．3 泊车运动学模型建立

2．4 泊车运动约束分析

2．5 泊车路径规划

2．5．1 平行泊车路径规划

2．5．2 垂直泊车路径规划

2．6 本章小结

第三章 路径跟踪控制策略设计及优化

3．1 路径跟踪控制策略

3．1．1 跟踪策略的概念表述

3．1．2 平行泊车转向操纵控制方法

3．1．3 垂直泊车转向操纵控制方法

3．2 基于云模型的平行泊车路径跟踪控制

3．2．1 云模型基本原理

3．2．2 路径跟踪控制模型

3．3 平行泊车仿真结果与分析

3．4 本章小结

第四章 集成控制系统设计

4．1 集成控制系统的原理和架构设计

4．2 泊车模式的切换机制

4．3 泊车过程安全保障

4．4 本章小结

第五章 集成控制器的设计

5．1 控制模块设计

5．1．1 硬件总体架构设计

5．1．2 微处理器芯片选型

5．1．3 控制模块电路

5．2 泊车子系统系统硬件方案

5．2．1 测距模块电路设计

5．2．2 轮速采集模块电路设计

5．2．3 转向控制模块电路设计

5．2．5 语音提示模块电路设计

5．2．6 电源模块电路设计

5．2．7 硬件抗干扰设计

5．3 系统软件方案

5．3．1 系统软件主程序结构

5．3．2 子程序设计

5．3．3 软件抗干扰

5．4 本章小结

第六章 智能泊车试验及结果分析

6．1 实验目的

6．2 控制器EMC测试

6．3 实车试验设备及泊车控制系统布置

6．4 实验内容与结果分析

6．5 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 全文总结

7．2 研究展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目及学术成果

附录