基于路径规划的泊车预备倒车区域研究.docx

()第 30 卷 第 2 期佳 木 斯 大 学 学 报 自 然 科 ( ) 第 30 卷 第 2 期 佳 木 斯 大 学 学 报 自 然 科 学 版 Vol． 30 No． 2 Journal of Jiamusi University ( Natural Science Edition) 2012 年 03 月 Mar． 2012 文章编号:1008 － 1402(2012)02 － 0167 － 04 基于路径规划的泊车预备倒车区域研究① 王明明1，3 ， 周 苏1，2，3 (1． 同济大学中德学院，上海 200092; 2． 同济大学汽车学院，上海 201804;3． 同济大学新能源工程中心，上海 201804) 摘 要: 为解决驾驶员泊车问题，根据汽车在低速倒车过程的运动学特征，分析了汽车在一般 平行泊车环境下碰撞障碍物的可能性，确定了泊车的约束边界． 利用国内某款 A0 级轿车的基本 尺寸作为计算依据，设计出两段圆弧的泊车路径，并且找出了行走路线对应的预备倒车区域． 在 该区域中的每一点汽车都有一段方向盘转角范围，驾驶员可以很容易试探到这个范围，并按照提 供的路径作为参考进行倒车． 通过汽车的实际操作验证了实现平行泊车的可行性． 关键词: 汽车; 平行泊车; 路径规划; 预备倒车区域 中图分类号: 文献标识码: U471． 15 A 倒退进入泊车位，此时汽车处于低速运动状态，作 用于车体的离心力很小，由此产生的悬架弹簧变形 和轮胎的侧向变形可以忽略，可以认为汽车是在无 横向力作用下进行的转向运动［6］． 同时，为了避免 地面对汽车产生附加阻力以及降低轮胎的磨损，要 求汽车转向过程中所有轮胎作纯滚动运动． 显然， 在汽车转向时，所有车轮轴线的延长线交于 O 点 才能满足这样的要求，称该点为汽车的瞬时转向中 心，如图 1 所示． 为简化模型，汽车外形被看作是一 个规则的矩形，同时，汽车前轮距等于后轮距． 引 言 0 随着中国汽车保有量逐年急剧攀升，城市泊车 空间严重缩水，对于驾驶技术不够熟练的新手来 说，日常利用倒车进行泊车就显得十分棘手． 根据 这一现象，本文针对平行泊车路径规划进行了深入 研究，找出多角度预备泊车区域，辅助驾驶员实现 泊车． 目前，现有的泊车系统装备大致划分为两种: 自动泊车系统和辅助泊车系统． 自动泊车系统主要 应用路径跟踪、模糊控制以及神经网络等算法等实 现汽车的自动化倒车入位［1 － 3］; 辅助泊车系统主要 是利用倒车雷达以及倒车影像，让驾驶员看到泊车 空间死角及时调整方向盘进行泊车［4］． 两种泊车 方法各有利弊，自动泊车系统对于环境简单的泊车 空间易于实现，而对于复杂的情况可能会出现失 灵; 辅助泊车系统体现了驾驶员享受驾驶过程的乐 趣，但是只提供给驾驶员一个广阔的视野而没有一 个好的泊车引导过程，对于“菜鸟级”驾驶员来说 作用并不大． 考虑到泊车的复杂环境以及驾驶员的 心理作用，本文针对后一种情况，利用汽车低速倒 车行走的运动轨迹特征以及双向路径的思路，确立 了汽车的多角度预备倒车区域［5］． 图 1 汽车运动学模型 根据汽车无横向力作用时的瞬时中心可知，后 建立汽车运动数学模型 一般情况下，驾驶员进行泊车的时候是将汽车 1 ① 收稿日期:2011 － 12 － 14 基金项目:国家自然科学基金资助项目( ． 作者简介:王明明( 1985 － ) ，男，江苏徐州人，同济大学中德学院，硕士研究生． 研究方向: 汽车电子． ()168佳 木 斯 大 学 学 报自 然 科 学 版2012 年度初始泊车位的区域［7 －8］． 然后，将得到的各种数据存储，适时提供给驾驶员作为参考． 本文中假设轮轨迹垂直方向的速度为 0，表达式 ( ) 168 佳 木 斯 大 学 学 报 自 然 科 学 版 2012 年 度初始泊车位的区域［7 －8］． 然后，将得到的各种数 据存储，适时提供给驾驶员作为参考． 本文中假设 轮轨迹垂直方向的速度为 0，表达式如下: ( 1) yr ·cosθ － xr ·sinθ = 0 由上式以及汽车上各个点之间的关系，可以得 出汽车后轮中心点的运动轨迹与轴距和前轮中心 点的阿克曼转向角有关，与汽车速度无关． 具体轨 迹方程为: 停车 位 的 长 度 为 AB 6500mm，宽 度 为 AD 2100mm，道路宽度为 3400mm． = = x2 2 2 + ( yr － L·cotφ) = ( L·cotφ) ( 2) r 其中: ( xf ，xy ) ，( xr ，yr ) 分别为前后轴中心点坐标; L 为轴距; φ 为阿克曼转向角; θ 为汽车车身方向