狹小車位內姿態調整的平行泊車算法研究

王洋，雷希超

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狹小車位內姿態調整的平行泊車算法研究

王洋，雷希超

（武漢理工大學自動化學院，湖北 武漢 430000）

立足于實際應用，分析了一種在狹小空間泊車環境內的往返式的車輛姿態調整方法。首先簡單介紹了自動泊車的系統流程，然后分析了無需調整，一次泊車的最短泊車位長度，在狹小空間泊車環境內，通過減少第二段圓弧長度，讓車輛采用往返式前進、后退以不斷調整車輛的航向角，最終使車輛與車位平行，最后通過Matlab平臺進行仿真，結果驗證了此方法的可行性。

自動泊車；路徑規劃；動態調整

前言

隨著汽車保有量的增加，帶來的突出問題就是停車難，特別是對于駕駛初學者，而作為智能汽車技術的重要組成部分的自動駕駛技術能夠很好地解決這一問題。平行泊車主要包括車位檢測、路徑規劃和路徑跟蹤，其中的路徑規劃，國內外的學者對此已經做了大量的研究。Chang[1]、Zhao[2]、Young[3]等采用模糊控制、自適應模糊控制通過采集優秀駕駛員的泊車軌跡，模擬出優秀駕駛員的對車輛控制；Gómez- Bravo[4]、Hélène Vorobieva[5]等是根據車位的周圍環境，建立車輛的運動學模型，附加車輛的一些約束條件，規劃出一條合適的泊車軌跡，采用兩圓弧相切和圓弧直線的、回旋曲線、B樣條和高階多項式等方法設計泊車路徑。但是對比較狹小的車位時的研究很少，雖然Hélène Vorobieva提出了通過減少車輛橫向位移，讓車輛在車位內調整橫向位移，但是此方法涉及在很短的行駛距離里對車輛的操控較多，本文在此經驗的基礎上，給出了一種可以在狹小車位內的車輛調整的方法。

1 自動泊車系統描述

自動泊車系統的工作流程如圖1所示。開啟泊車系統后，車輛沿道路緩慢行駛，根據車載傳感器感知車輛和車位的環境信息，當檢測到合適的泊車位后，泊車控制器會根據車位的周邊環境確定泊車的起始位置，并規劃出一條可行的泊車路徑，然后通過控制車輛的油門、剎車和方向盤去跟蹤規劃好的路徑。在泊車過程中，車身的測距傳感器不停的測量車輛與周邊障礙物的距離，避免車輛與障礙物發生碰撞，駕駛員可以隨時退出自動泊車。

圖1 自動泊車系統工作流程

平行泊車的軌跡規劃問題可描述如下：當車輛控制器獲得傳感器檢測到車位信息，并根據車輛自身的信息（最先轉彎半徑、方向盤的轉向角速度、車輛的速度控制等）計算出一條可行的泊車軌跡，最終的車輛停到車位內要求車身盡量與車位平行，車輛位于車位中心。當泊車位比較小時需要多次在車位內進行往返式前進與后退的操作，不斷地調整車輛的姿態。

2 車輛調整軌跡規劃

車輛運動學性能的約束：

（1）當車輛方向盤轉向角工作在最大值時，前車輪擺角也會達到最大值，此時會有最小轉向半徑；

（2）方向盤的轉角角速度有最大值，會對路徑曲率變化有限制。

2.1 最小泊車位長度分析

車輛在車位內，以最小半徑向左轉向行駛，能一次駛出車位時的長度即為最小泊車位長度，此種方法稱為逆向工程法。

因此，可得能一次泊車停進車位的最小車位長度為：

2.2 車位內的調整過程分析

當泊車位長度小于最小泊車位長度時，車輛通過一次倒車不能停進車位內，此時需要在車位內進行往返式前進與后退以不斷地調整車輛的姿態。此時，需要根據車位的長度和車輛與車位的距離確定車輛到車位后安全線時的航向角，并且根據車位長度和車輛的航向角來確定車輛在車位內的調整過程。

2.2.1車輛前進的航向角和距離

首先需要確定車輛到車位后的航向角和車輛可以向前行駛的距離。

圖3 前進的航向角

圖4 前進的距離

由泊車位長度可得

因此，可求得在第二段圓弧46中，可得車輛到達下安全線時車輛的航向角：

由車輛結構得：

由圖4可得：

因此，可得車輛可以向前行駛的距離：

2.2.2車位內的前進過程分析

車輛在車位內前進調整時，需要根據車輛右前頂點在車位的運動情況來確定可以前進的角度。

圖5 車輛在車位內的前進示意圖

在圖5，三角形111、111得：

在圖5三角形222、222中：

其中O2B2=O1B1，由車輛右前點可以向前行駛的距離和車輛右前點的實際行駛距離的相等：

因此，可求得2。

2.2.3車位內的后退過程分析

同前進調整相似，需要根據車輛左后頂點去確定可以后退的角度。

圖6 車輛在車位內的后退示意圖

在圖6，三角形333、333得

在圖6，三角形444、444得

其中O4C4=O3C3，由圖4、6可得

由車輛左后點可以向后行駛的距離和車輛左后點的實際行駛距離的相等：

因此，可求得4。

3 仿真結果與分析

利用軟件matlab建立車輛模型并進行仿真試驗，車輛參數為：車長4.8 m，車寬1.819 m，前懸1.07 m，后懸1.03 m，最小轉彎半徑4.5m，在考慮實際的操縱機構和傳感器的測量誤差的情況下，車位前后預留0.2m的安全距離，以保證自動泊車的安全性。下圖為車輛在車位長度為6.0m，車輛與車位的距離為1.0 m時的前進、后退的仿真結果：

圖7 車輛在車位內前進的仿真圖

圖8 車輛在車位內后退的仿真圖

由圖7和圖8可看出，當車位比較狹小時，車輛到達車位后航向角為17.246°，此時可以通過在車位內向前移動，當車輛右前點到安全線時的航向角為11.041°，然后向移動到下安全線時的航向角為2.808°，由此可見，通過前后調整可以不斷的減小航向角，最終使車輛與車位平行。

4 結論

對于自動泊車中的平行泊車，在考慮車輛自身運動學約束和車位周圍環境約束的前提下，分析了一種在車位內可以往返式前進、后退的方法，通過這種方法可以讓車輛在狹小的車位內不斷地調整車輛的姿態角，以使車輛與車位平行，并在matlab軟件進行了仿真驗，證此方法的可行性。

[1] Chang S J,Li T H S.Design and implementation of fuzzy parallel- parking control for a car-type mobile robot[J]. Journal of Intelligent and Robotic Systems, 2004, 34(2): 175-194.

[2] Zhao Yanan, Jr Cdlins E G. Robust automatic parallel parking in tight space via fuzz logic[J]. Robotics and Autonomous Systems, 2005, 51:111-127.

[3] Young W R, Se Y O, Senior M. Robust automatic parking without odomety using enhanced fuzzy logic controller[J]. IEEE Internation -al Conference on Fuzzy System. Vancouver B C,Canada, 2006: 521-527.

[4] Gómez-Bravo F,Cuesta F,Ollero A.et al. Continuous curvature path generation based on β-spline curves for parking manoeuvres. Robo -tics and Autonomous Systems, 2008; 56: 360-372.

[5] Hélène V, Sébastien G, Nicoleta M E. Automatic parallel parking in tiny spots: Pathplanning and control. IEEE Transactions Intelligent Transportation Systems. 2015: 396-410.

The study of parallel parking algorithms in narrow parking Spaces

Wang Yang, Lei Xichao

( School of Automation, Wuhan University of Technology, Hubei Wuhan 430000 )

Based on the practical application, a round-trip attitude adjustment method for vehicles in a narrow space parking environment is analyzed. Firstly, the system flow of automatic parking is briefly introduced. Then, the minimum parking space length of one times parking is adjusted without adjustment. In the narrow space parking environment, the vehicle is reciprocated by reducing the length of the second arc. Backward to continuously adjust the heading angle of the vehicle, and finally make the vehicle parallel with the parking space. Finally, the simulation is carried out by Matlab platform. The results verify the feasibility of this method.

Automatic parking; Trajectory planning; Dynamic adjustment

A

1671-7988(2019)03-128-03

TP242

A

1671-7988(2019)03-128-03

TP242

王洋，武漢理工大學自動化學院碩士研究生，研究方向為智能汽車軌跡規劃與跟蹤控制。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.03.041