基于语音提示的半自动泊车系统研究

摘要

随着全球汽车保有量的持续增长，停车泊位供不应求的问题日益凸显，对于许多技术不够娴熟的驾车者来说，将汽车顺利驶入相对狭小的车位是一件比较困难的事情。全自动泊车系统虽然在国外的应用相比于国内更加成熟，但是全自动泊车系统需要采用多种传感器和电动助力转向机构(EPS)才能实现，导致该系统成本较高，且无法适用于不带EPS的车辆及后装市场。本文提出一种基于语音提示的新型半自动泊车系统，该系统具有以下优点:(1)无需实时控制EPS，控制器硬件要求不高，控制策略也相对容易实现，因此控制器的工作负荷较低，系统反应时间较快，泊车过程的整体效率得以提高(2)信息采集系统相对简单，不需要多种传感器相互配合，在保证相对精度的同时，更加适用于车辆后装市场的需要，使没有安装泊车系统的车辆可以更加简便的加装此系统(3)相比于全自动泊车系统，系统成本较低，具有良好的性价比。
　　本文从泊车运动模型、泊车路径规划及仿真、泊车运动误差预测及调整、控制器系统设计开发、实车试验等方面对基于语音提示的新型半自动泊车系统进行了研究，为该系统的开发与应用奠定理论和技术基础。
　　首先，综合考虑国标要求、实际泊车场景等关键问题，建立了泊车环境模型;分析所选目标车型的阿克曼转向特性，研究了其方向盘转角与车辆前轮等效转角的关系，建立了目标车辆低速泊车运动学模型。在此基础上，提出三步泊车路径规划方法，推导出二维空间泊车运动方程，通过仿真分析了理论路径的正确性。
　　其次，根据实际泊车场景特征及半自动泊车系统的特点，研究了驾驶员泊车行为、车速及语音提示等误差对本系统造成的影响，对泊车轨迹误差进行了仿真预测和优化处理，提出了根据系统容差范围进行动态路径调整的方法。
　　第三，设计了半自动泊车控制器硬件和软件，硬件部分包括控制核心模块、轮速信号调理模块、超声波传感器及信号处理、语音提示模块以及电源模块等，介绍了硬件抗干扰设计措施。软件部分包括半自动泊车主程序、中断采集子程序、传感器驱动及反馈采集子程序、车位计算子程序、语音提示子程序以及泊车轨迹动态调整子程序。泊车轨迹动态调整子程序是根据轨迹误差预测和系统容差范围，预先规划出前两阶段弧长偏差值的对应关系，在参照第一段弧长的偏差来动态调整第二段弧长的偏差，从而提高一次性泊车成功率。此外，还介绍了软件的抗干扰设计方法。
　　最后，将自主开发的基于语音提示的新型半自动泊车系统安装在一辆国产轿车进行实车试验，试验结果验证了本文所开发的半自动泊车系统的有效性以及对不同驾驶员的良好适应性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景与意义

1．2 辅助泊车技术的发展概况

1．2．1 国内外辅助泊车技术研究现状

1．2．2 国内外辅助泊车技术应用现状

1．3 本文的研究目的和内容

1．3．1 研究目的

1．3．2 研究内容

第二章 车辆半自动泊车运动学模型及仿真分析

2．1 车辆侧方(平行)半自动泊车过程

2．2 自动平行泊车环境模型建立及车辆参数确定

2．2．1 泊车环境模型

2．2．2 试验车辆参数

2．3 阿克曼(Ackerman)特性

2．4 汽车低速倒车运动学模型

2．5 泊车路径规划及仿真

2．5．1 路径规划的基本方法

2．5．2 仿真试验结果

2．6 本章小结

第三章 半自动泊车系统误差预测与容差分析

3．1 驾驶员泊车行为误差

3．1．1 反应时间

3．1．2 驾驶适应性

3．1．3 驾驶员个性

3．2 泊车过程的车速误差

3．3 语音提示误差

3．4 误差分析及预测

3．4．1 泊车轨迹误差仿真分析

3．4．2 基于误差分析的路径规划优化设计

3．4．3 路径规划容差分析

3．5 本章小结

第四章 半自动泊车控制器设计

4．1 引言

4．2 半自动泊车控制系统设计要求

4．2．1 功能需求分析

4．2．2 性能要求

4．3 半自动泊车控制器硬件方案

4．3．1 控制核心模块

4．3．2 轮速信号调理模块

4．3．3 超声波传感器及信号处理

4．3．4 语音提示模块

4．3．5 电源模块

4．3．6 硬件抗干扰设计

4．4 半自动泊车控制软件设计

4．4．1 主程序设计

4．4．2 中断子程序

4．4．3 传感器驱动及反馈采集子程序

4．4．4 车位计算子程序

4．4．5 语音提示子程序

4．4．6 泊车轨迹动态调整子程序

4．4．7 软件可靠性设计

4．5 本章小结

第五章 半自动泊车系统实车试验

5．1 试验方案

5．1．1 试验设备

5．1．2 试验原理

5．2 试验内容与结果分析

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 研究展望

致谢

参考文献

攻读学位期间参加的科研项目及学术成果

附录