泊车调度与自动泊车系统设计

摘要

　　在交通拥堵的城市快速找到最优的泊车位是一个较难的问题,而由泊车引起的事故也越来越多,因此,寻车位难和泊车难的问题得到广泛关注。本文针对这两个问题进行深入研巧。主要研究内容概括如下:

　　(1)针对在起于饱和的停车场寻车位难的问题,通过车载自组织网络交换可用泊车位信息传达给感兴趣的司机。在泊车位和车辆相关的区域内有效传播可用泊车位信息,一个适当的协议是必要的。此外,多个车辆对同一个车位感兴趣将导致车辆之间的竞争。为了解决这个问题,本文弹细介绍了车辆的预订协议,通过车载自组织网络有效地分配泊车位,并避免了车辆么间的竞争。

　　(2)针对低速平行泊车转向工况,本文提出一种自动泊车路径规划方法。路径规划方法由两部分组成。首先,车辆的运动学模型具有相应的几何形状,用来创建一个泊车路径,并考虑当空间狭小时,通过多次微调实现泊车,此路径由圆弧构成;其次,考虑曲率连续性采用回旋曲线设计路径。并通过matl油仿真实验验证其有效性。

　　(3)将自抗扰控制(Active　Disturbance　Rejection　Control,简称　ADRC)方法应用到低速泊车路径跟踪中,提髙了车辆泊车精度侧向控制问题。考虑巧车速度变化、转向机械部分运动学模型不确定性及转向系统延迟,建立基于ADRC方法的路径跟踪控制器。利用实验车进行平行泊车系统实车测试,验证了路径跟踪控制器的有效性。

　　关键词:泊车位;车载自组织网络;自动泊车:自抗扰;

Abstract

　　Finding a parking space in the city of traffic cong的tion becomes extremely difficult and the number of accidents caused by parking fast increases. The difficulty of finding a parking space and parking have received more and more attention. For the two problems: this paper cani的 on the further research deeply. The main research contents are summarized as follows:

　　(1) We study the difficulty in finding parking spaces problem of saturated parking lot. By exchanging available parking information in a vehicular ad hoc network (VANET), drivers can receive interesting information while driving. A suitable protocol is nceded th dkseminate the available parking information efficiently within the are江 where they are relevant. Moreover, in such a competitive context where each vehicle may be interested in a resource, to solve this problem, we detail in this paper a reservation prothcol that efficiently allocates parking spaces in vehicular ad hoc networks and avoids the competieson among the vehicles.

　　2)Automatic parking path planning is put forward for parallel parking steering situation. The path-planning method consists of two parts. First, the kinematic model of the vehicle, with corresponding geometry, is used th create a path th park the vehicle in one or more maneuvers if the spot is very narrow. This path is conesituted of circle arcs. Second,this path is transformed into a continuous- curvature path using clothoid curves Using matlab simulatibn for thsts,the thSt Ksults verify the effectiveness.

　　(3) Active disturbance rejection control (ADRC) method is applied in path tracking fbr the first time, which can solve the precision lateral control problem when the vehicle is parking in a low speed. During parallel parking,the parking speed is affected by the external disturbance owing to the roughncM of road surface and road bumps,the model uncertainty is existed in steering kinematics for the complex steering mechanism, and there is a delay time in the steering system. In order to dimmish the impacts of external disturbance,model uncertainty and sthering system delay on path tracking, the path tracking controller based on ADRC method is built. Using the experimental vehicle for real vehicle thsts,the test results verify the effectiveness of the path tracking controller.

　　Key Words： parking space; VANET; aWomatic parking; ADRC;

　　随着社会进步和经济的发展,汽车逐渐从一种运输或代步工具转变为人们生活和工作中的重要组成部分。伴随着人工智能的迅猛发展,汽车由人为的机械操作逐渐转变为机械的智能化。汽车技术包含了多口学科,其中包括:自动控制、人工智能、优化理论、传感器技术、信号处理、图像处理、通信技术、信息融合等。随着人民生活条件的日益改善,人们对汽车性能的要求也在不断提高,汽车消费者们要求车辆,不但要具备较高的操纵稳定性、良好的乘坐舒适性、可观的燃油经济性,还要具有较高的驾驶安全性。人口数量的增加化及城市建筑设施的不断扩増,使有限的城市空间变得拥挤不堪,汽车数量的逐年增加,不仅导致交通日趋拥堵,也使得在城市寻找一个巧车位变得困难,并且泊车空间也随么减少。

　　由于城市汽车数量巨大,寻找一个泊车位不仅变得异常困难,同时也增加了交通拥挤。寻找泊车位是城市交通拥堵的基本姐成部分(在城市5%~10%交通拥堵是因为寻找泊车位造成的和在小街道交通拥堵则岛达60%)。此外,由于汽车尾气的排放,导致燃料消耗和环境污染。迅速的寻找到一个泊车位不仅可节省时间,而且可以节能减排。参考文献凹分析了如何快速的寻找一个泊车位。同样,从伦敦帝国学院(帝国学院的城市能源系统项目)的一项研究中了解到,在拥挤的城化花在寻找一个泊车位的消耗占总燃料的40%。据唐纳德博的研究，在美国游戏软件公司(商业区旁边的加利福尼亚大学,校园洛杉抓)捜索泊车位导致每年约47000加仑的汽油消耗、730吨的二氧化碳排放量和95000小时(十一年)的时间浪费。所以快速合理的分配一个泊车位,不仅能达到节能减排的目的,同时可以解决一部分交通拥堵问题。

　　20世纪40年代学者们提出车辆辅助系统构想,而自动泊车系统近些年引起了广泛的关注。1950~1980年间主要对辅助巧车系统进行研究该系统通过分析计算得出合适的方向盘转角,并指导驾驶员转向操作实现该转角,因此,辅助泊车引导装置是通过引导驾驶员转向操作,辅助驾驶员完成泊车。

　　伴随着科学的进步,图像处理技术和机器视觉技术得到了飞速发展。由此诞生了基于倒车影像来辅助驾驶员泊车操作。该装置通过在车后身安装视觉传感器，获取泊车时盲区的环境信息,并以图像的形式显示给驾驶员,达到辅助泊车的目的。

　　倒车雷达系统是基于超声波传感器来感知周围的环境信息,达到辅助泊车的目的。与倒车影像系统相比共同点为:都是利用传感器感知周围环境信息,减少车辆的盲区;不同点为:倒车影像系统是基于图像采集及视频处理技术,可以将盲区的信息以图片的形式更加直观的呈现给驾驶员,得到的环境信息全面,但光线强弱对视觉传感器影响大。而倒车雷达系统的超声波不受光线影响,但能采集到的环境信息有限。尽管倒车雷达系统和倒车影像系统都能有效地采集盲区环境信息辅助驾驶员完成泊车,但是具体的巧车控制操作还需驾驶员自行完成,并不能减少泊车的操作强度,对于经验比较少的驾驶员完成泊车操作依然比较困难。

　　1988年,日本Suzuki公司首先在小型轿车Cervo上配备了 Koyo公司研发的转向柱助力式电动助力转向系统,由此推动了自动泊车系统的研巧。随着电动转向系统技术逐渐成熟,自动泊车系统也取得了飞速的发展。1992年,大众在IRV以概念车上首次配备了自动泊车装置;2003年,丰田锐斯混合动力车配备了自动泊车装置;2003年,雪铁龙研发了 C3 City Park泊车系统;2005年,丰田推出APGS高级泊车引导系(Advanced Paking Guidance System); 2006 年,西门子 VDO 公司推出Parkmate泊车系统;2007年,法雷奥推出Park4U泊车系统;2008年,大众推出了 PAV 系统(Park Assist Vision)。

　　泊车调度与自动泊车系统建模：

车辆参数示意图

车辆模型简化示意图

泊车位模型简化示意图

车辆运动学模型示意图

目录

　　第一章 绪论
　　　　1.1 研究背景及意义
　　　　1.2 国内外研究现状
　　　　　　1.2.1 车载自组织网络的巧车调度研究现状
　　　　　　1.2.2 自动泊车研究现状
　　　　1.3 本文研究内容
　　　　1.4 本文组织结构
　　第二章 基于车载自沮织网络的泊车调度
　　　　2.1 泊车位的相关性
　　　　　　2.1.1 车辆共享系统设计
　　　　　　2.1.2 相遇概率
　　　　2.2 泊车位的分配协议
　　　　2.3 本章小结
　　第三章 平行泊车的系统建模
　　　　3.1 泊车相关参数描述
　　　　3.2 泊车运动学模型分析
　　　　3.3 本章小结
　　第四章 平行自动泊车的路径设计
　　　　4.1 几何平行泊车
　　　　　　4.1.1 平行拍车策略
　　　　　　4.1.2 泊车位空间受限泊车设计
　　　　　　4.1.3 泊车出库设计
　　　　4.2 回旋曲线平行泊车
　　　　　　4.2.1 回旋曲线
　　　　　　4.2.2 泊车路径设计
　　　　4.3　MATLAB　仿真
　　　　4.4 本章小节
　　第五章 平行自动泊车路径跟踪控制
　　　　5.1 考虑外扰的运动学建模
　　　　5.2 线性自抗扰控制器设计
　　　　5.3 仿真及实验
　　　　　　5.3.1 Matlab仿真
　　　　　　5.3.2 泊车实验
　　　　5.4 本章小结
　　第六章总结与展望
　　　　6.1 总结
　　　　6.2 展望
　　参考文献
　　致　谢
　　作者简介

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