電動汽車整車電子控制器VCU系統自動泊車系統路徑規劃與控制算法研究

馮澤 孫振保 蒙雪敏

摘? 要：隨著國家綜合實力水平的逐步提高，人們或多或少擁有了自己的私家車，但車輛數量的過快增長和相應的交通法規的缺乏，導致了交通堵塞的頻繁發生。汽車安裝需要一定的空間，停車或轉彎作業需要騰出空間。自動泊車系統可以有效地幫助解決相關問題。文章分析了自動停車系統的路徑規劃和控制方面，以提高停車操作的便捷性和停車過程的安全性，使停車更加安全有效。

關鍵詞：自動泊車系統;路徑規劃;控制算法

中圖分類號：U463? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）05-0077-03

Abstract： With the gradual improvement of the national comprehensive strength， people more or less have their own private cars， but the excessive growth of the number of vehicles and the lack of corresponding traffic laws and regulations have led to frequent traffic jams. Car installation requires a certain amount of space， and parking or turning operations need to make room. In view of this situation， automatic parking system can effectively help solve related problems. This paper analyzes the path planning and control of automatic parking system， in order to improve the convenience of parking operation and the safety of parking process， and make parking more safe and effective.

Keywords： automatic parking system; path planning; control algorithm

前言

隨著國家整體水平的提高，個人電動汽車保有量逐年增加。充電設施落后于汽車的增長速度。停車難的問題日益突出。例如，停車位稀缺，停車位狹窄。這是非常困難的，往往需要幾個進展才能完成。在此期間，很容易造成與敘述車的擦傷和碰撞，阻礙交通等問題。在當今的汽車技術中，一個熱門的研究方向是確保駕駛員能夠在安全無誤的情況下停車。在電動汽車自動停車過程中，要求電動汽車控制系統的停車軌跡具有連續的曲率和較高的控制精度，以達到一致、安全的停車過程。因此，電動汽車自動泊車系統的出現使得這種情況得到了很大的改善。本文從這三個方面進行分析，找出相應的方法，為大家提供一些參考。

1 自動泊車系統在路徑方面的計算方法

1.1 平行泊車在路徑方面的計算方法

從圖1可以看出電動汽車從起點O1到終點O4的停車過程。整個過程分為三個階段：首先假設車輛的初始姿態與停車位平行，目標車輛從起點O1的R1開始以M1為圓心的θ角，然后到達點O2，然后沿著直線段O2，O3到O3點，最后從R3到O3點R2到θ角度，用M2作為O4的圓心，然后停止。

為了減少停車位的長度，只需要使用一些非常簡單的算法。例如，我們可以將這兩個半徑的實際長度設置為電動汽車的最小轉彎半徑。根據轉向運動學知識，我們可以得出所需要的內容。

當車輛沿O3和O4線安全地從O4駛出停車位時，當行駛車輛達到終點位置時，它不能與停車位的末端位置發生碰撞，也就是說，當從車輛的末端位置轉向停車位的末端位置時，位置之間的距離應該更大。越過安全距離。本文安全距離長度為0.2m，如圖2所示，從圖中的數據加以計算可以得到最小的車位長度是多少。圖中的一段為車輛末尾與D點的距離;另一段為停車位轉彎的轉動半徑。

從下面的圖可以看出，電動車輛沿著直線段已經知道，在橋的后部出口，然后延伸到車輛右側的側交叉路口。當它到達圖3中的O1點時，它可以再次轉向。雖然這不是點O2的最低縱坐標值的位置，但它簡化了計算和分析。因此，該位置被視為點O2的較低坐標值的位置點，然后在此狀態下的點O1，即停車開始范圍的相對較低坐標值的點。根據圖可以計算出下限坐標并帶入其中。

如圖4所示，當電動車輛在軌道上行駛時，必須確保車體的左端點不能與道路的左側相碰撞，換句簡單的話來說，就是道路的坐標不可以大于路面的寬度。

從圖中的幾何關系可以分析出，假設最開始的車輛姿態與X軸平行，那么車輛可以在適當的選擇范圍內反轉到曲線O1max和O1min上的點，車輛可以從右側進入停車軌道。因此，實際停車起點的選擇范圍應為三條曲線所包含的面積。實際泊車起始點的選取范圍如圖5所示。

1.2 路徑平滑處理

反向驅動法計算出來的停車路徑存在著很多問題，所以在曲率方面可以使用平滑處理的方式。但傳統的路徑平滑方法使用過于粗略，不能有效的解決曲率所要修改的要求。從另一方面來說，解決問題所需方法用到的參數較多，計算量也十分龐大。本文提出的五次多徑平滑法不僅能滿足軌道起點的零曲率或小曲率要求，而且能滿足軌道起點的零曲率或小曲率要求，使表達式更加簡潔，求解參數個數少，計算量少。增加最小停車位的長度可以提高路徑曲線的平滑度，而停車起點的行駛距離只需向右移動一定距離即可得到新的起點坐標O′1（X1，Y1）。本文將最小停車位長度設為6.8米，停車起點向右移動1米。假設park path表達式為：Y=K1X5+K2X4+K3X3+K4X2+K5X+K6

停車路徑的規劃通常經過停車的起點和終點。根據

O′1（X1，Y1）和終點O4（X4，Y4）的坐標，建立約束方程。停車狀態下的車輛姿態和停車狀態應平行于X軸方向，因此停車點在停車點和終點的導數為0。為了使最開始的車輛所用到的下前輪的等效角度等于零，假設在車輛起點處的停車軌道設計為二階函數等于零。為了防止在停車過程中，車輛與停車位的角落位置發生碰撞，車輛需要經過所標記的位置。而為了讓停車線更加方便計算，需要加以平滑處理，這就需要用到停車線的曲率，曲率 K≤1/Rmin。為了使軌道更好地被拘束，需要減少標記位置的坐標。通過多次的模擬實驗可以計算得出，當標記位置為2324時，可以得到滿足曲率約束和避障條件的停車軌跡方程。O′3點的調整坐標為（X3，Y3）。將所得出的坐標加入到計算，求解五次多項式系數，得到停車軌跡方程。

2 自動泊車系統路徑追蹤控制器設計

2.1 非時間參考系路徑跟蹤系統誤差分析

2.2 滑模變結構路徑跟蹤控制器設計

當且僅當s=0時，等號成立。據連續系統的滑動模態，它的存在性和可達性，可知系統的滑動模式有存在并可達，并且在趨近律的作用下可以達到平衡點s=0。由于指數趨近律設計的滑模控制器采用了符號函數sgn（s），系統將具有不連續切換特性，使得滑模變結構系統在滑模中存在高頻振動現象，導致控制器在路徑跟蹤過程中波動較大，進而影響停車控制的精度。為了抑制振動，如圖6所示，用飽和函數sat（s/Δ）代替sgn（s）來保證系統在開關面附近的輸入平滑連續對控制器參數k1、k2、k3和Δ進行調試修改，得到合理的參數取值，便能得到較好的控制效果。

3 結束語

自動泊車系統改變了電動汽車車輛對停泊入泊或轉向掉頭對空間較大要求的弊端，可在更小空間內輕松實現車輛泊車入位或掉頭轉向，且可實現橫向平移移動。進一步增大了汽車的靈活性以及實用性。在城市交通狀況復雜的情況下，可有效地緩解一些路段的交通壓力，讓深陷堵車的人們能夠更有效地根據路況駛離堵車路段。因此，自動泊車系統的開發與應用具有廣闊的前景，研究這個系統對于現階段的汽車行業的發展來說具有著重要的意義。

參考文獻：

[1]李攀，黃江，楊浩，等.基于雙勻速軌跡的自動泊車路徑規劃研究[J].重慶理工大學學報（自然科學），2017，31（9）：36-44.

[2]熊周兵，楊威，丁可，等.基于預瞄模糊控制的自動泊車算法研究[J].重慶理工大學學報（自然科學），2017，31（2）：14-22.