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首页MATLAB仿真:自动泊车系统路径规划与模糊控制方法
本篇硕士学位论文主要探讨了基于MATLAB的自动泊车系统仿真研究。随着汽车工业的智能化发展,自动泊车系统作为智能驾驶的重要组成部分,旨在减轻驾驶员的负担,提升驾驶安全性和便利性。论文首先介绍了汽车行业的发展背景和自动泊车系统在其中的重要地位。 作者构建了一个针对车辆低速倒车运动过程的数学模型,通过对车辆动态特性的深入分析,设计出了能满足多种停车场景的泊车路径。论文特别关注了自动泊车的两个关键步骤:一是寻找最佳泊车位,二是从最佳位置顺利倒入停车位。对于寻找最佳泊车位的过程,作者通过比较群智能算法,选择了粒子群优化算法来进行路径规划,以提高搜索效率和准确性。 在处理有障碍的泊车路径时,作者运用模糊控制理论,结合MATLAB平台进行仿真,设计了一种模糊控制方法,以适应各种复杂环境下的泊车操作。这种模糊控制策略能够根据实时环境变化调整控制策略,确保车辆能精确地沿着预设路径到达停车位,减少碰撞风险。 整个研究过程中,MATLAB作为一种强大的工具,被用于模拟和验证各种控制策略的有效性。通过详细的建模、算法应用和仿真,论文展示了如何利用MATLAB在自动泊车系统的路径规划和控制策略优化中的实际作用。这篇论文不仅具有理论研究价值,还为实际的智能汽车技术开发提供了实用的解决方案,对提升汽车驾驶体验和安全性具有显著的推动作用。
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沈阳理工大学硕士学位论文
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借助超声波传感器来检测泊车环境,建立人机交互界面选择泊车空间,研究出了
具有良好的操控表现的自动泊车系统,并以实车试验平台验证了其算法的高效性
与安全性
[13]
。
香港的 Y.K.Lo, A.B.Rad, C.W.Wong 和 M.L.Ho 采用车型机器人,针对矩形的
泊车空间中的平行泊车问题,建立了三环控制策略,即红外线探测当前泊车环境
的探测环节、制定跟踪路径的启动环节、完成跟踪路径的操纵跟踪环节
[14]
。
1.3.2 国外研究现状
对于自动泊车系统的研究,国外学者对此研究的比较早。在 1990 年,Murray
与 Sastry 就开始对平行泊车进行了研究
[15]
。1994 年,Laumont 等通过采用连续操
作以实现平行泊车。基于路径规划,事先规划一条不考虑不完全约束甚至几何上
的约束的避免碰撞的路线;之后重新计算一条满足上述忽略的约束条件的轨迹,
是这条轨迹与前面的路线尽可能的吻合
[16]
。
Paromtchik 学者提出一种在非完整约束条件下的平行泊车的方法。车辆在进入
泊车位置时,在泊车之前,先扫描出泊车位的空间,之后车辆按照正弦曲线轨迹
向后倒车。在此过程中,通过控制转向角的变化和车辆速度来生成一条相应的运
动轨迹。为了确保车辆在倒车的过程中不与其他车辆发生碰撞,需要根据泊车位
的长度、宽度以及车辆距障碍物之间的距离进行离线查表,生成一条没有碰撞的
轨迹路线
[17,18]
。
西班牙的 F.Gomez-bravo, F.Cuesta 与 A.Ollero 学者在 2001 年提出了一种实时
避障的算法,并运用模糊控制依据环境信息选择最优的泊车控制,直接能够实现
平行泊车与斜泊车
[19]
。
日本的 Takuya Inoue 等学者通过对转向角以及速度的控制,来实现在很有限
的空间内的自动泊车过程。先研究系统的数学模型,并通过李雅普诺夫方法验证
了系统的稳定性。之后利用圆轨迹的方法分别研究车辆平行泊车与垂直泊车的可
行性,通过移动机器人的实验从而验证了圆轨迹方法的可行性
[20]
。
韩国的 Sunon Lee 等学者将轮式移动机器人作为研究对象,以此来研究自动泊
车的控制。他们以非完整约束条件下点镇定问题的角度为出发点,采用一种简单
有效的控制算法,并且对该算法进行了稳定性的分析
[21]
。
英国的 K.Jiang 对基于传感器引导的自动泊车系统进行了研究。他分析自动泊
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第 1 章 绪论
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车过车分三个阶段,扫描泊车空间,定位,调整,最终形成一条无碰撞的泊车路
径。因为考虑到泊车空间有可能比较狭小的问题,车辆会向前或者向后做出一定
的调整。将泊车系统安装在移动机器人上进行实验,最终验证了探测空间的有效
性以及生成的轨迹的可靠性
[22]
。
希腊的 G.G.Rigatos 等学者研究了一种智能反应控制器,将其应用到自动泊车
中,能够实现在紧凑的空间内实现自动平行泊车。将模糊逻辑控制与滑模变结构
控制相结合,提出了一种降维滑模变结构模糊逻辑控制器。此控制器通过强化学
习与自动反应机制,可以调整系统参数,在运动过程中实时调节,能够达到很好
的控制效果
[23]
。
1.3.3 自动泊车应用现状
随着科技的发展,“自动泊车系统”应运而生。驾驶人员只需要在停车时
启动该系统就可以轻松入位,目前已经有许多汽车已安装了自动泊车系统。
上海大众的斯柯达昊锐装备了 PLA 智能泊车系统,其依靠前保险杠车头两侧
的雷达探头,运用超声波传感器扫描路面两侧,通过比较停车的空间和车辆的长
度,自动寻找合适的停车位。当系统找到合适位置后,驾驶者只需挂上倒挡,再
轻踩油门并适当控制刹车即可,转向工作将交给 PLA 系统自动完成,即可将车轻
松停进泊车位。
大众 CC 的泊车系统属于顺列式辅助泊车系统,使用微波传感器自动感应停车
位,可精确感应到毫米距离,极大提高泊车准确性,不同于其他一般电子传感系
统,通过微波传感器感应更精确。当找到合适的停车位后,驾驶者只需控制油门
和刹车,车辆自动控制转向操作,即可将车停进停车位,并且液晶屏会有相应的
显示在默认状态下并不是开启的,所以驾驶者需要单独启动中控台上的倒车辅助
按键,系统通过雷达扫描找到合适的停车位后会发出提示音,驾驶者只需控制车
速并通过液晶屏上的模拟图像控制与后车的距离,而方向角度则由电脑自行控制,
最终完成泊车过程。
奔驰 B200 的装载的自动泊车系统,一个优点是,它不需要人工开启自动泊车
功能,当车速低于 36km/h 时就一直处于预备状态。这样的好处是让驾驶人员不会
错过泊车位或者能避免驶过泊车位后才发现忘记启动系统的尴尬。当探测到合适
的泊车位后,系统会显示“P”进行提示,挂入倒档,系统会显示“Park Assist Activate
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沈阳理工大学硕士学位论文
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(泊车协助启动)”,按动方向盘左侧的“上箭头”即为确定,之后的事情就让
车辆自己去完成吧。驾驶者只需通过刹车来控制车速,并注意车辆与前后两车的
距离。奔驰 B200 在完成泊车动作后,车轮能自动回正,驾驶人员无需作任何的调
整。但需要注意的是,B200 在进入自动泊车状态后,驾驶人员双手不能触碰方向
盘,否则系统会自动停止。
大众的尊享版迈腾装载了德国原厂的自动泊车系统,该系统是大众公司独家
研发的前端智能科技,可使车辆自动完成平行泊车。自动泊车辅助系统运用超声
波传感器对道路两侧进行扫描,通过比较车身长度和泊车空间的大小以寻找合适
的泊车位。发现适合的泊车位后,声音的紧密程度会自动提示,系统会自动引导
车辆进入驻停区域,挂入倒车档位,自动泊车辅助系统会自动控制转向操作,此
时驾驶人员只需控制油门和制动,即可将车停进泊车位。
皇冠丰田装载的自动泊车系统简称 IPA,该系统最大亮点是支持自动垂直倒车
入库,首先该系统需要手动启动,在到达车位前,按动方向盘左侧的“自动泊车”
按钮启动该功能。然后系统会提供路边侧向车位和垂直车位两种方式供选择。以
侧停为例,沿着与路边车辆保持平行的方向前进,当听到两声提示音后即表示找
到合适的停车位。挂入倒车挡后,驾驶者可以通过中控显示屏看到车后的影像,
触摸屏上的四个方向箭头可以移动线框,线框变为绿色则表示该车位可用。选好
停车位置后,按动“OK”,自动泊车开始运行。该系统要求运行车速不能高于
5.5km/h,否则系统将自动退出。
1.4 本论文主要工作内容及结构
本论文首先阐述了自动泊车的研究背景,介绍了国内外对车辆自动泊车问题
研究现状,针对车辆自动泊车问题,建立车辆自动平行泊车的数学模型,通过分
析车辆泊车的过程,研究泊车路径,对路径进行规划;基于模糊控制,对车辆平
行泊车过程进行仿真研究。本论文的总体结构如图 1.2 所示,总体结构图上可以看
出:
第一章,介绍了自动泊车系统的研究背景,概述了自动泊车系统研究的意义,
阐述了自动泊车系统,介绍了自动泊车系统国内外的研究现状及应用,以及本论
文的内容及结构。
第二章,针对平行泊车问题,以车辆为研究对象,建立其泊车过程的数学模
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