电动汽车整车电子控制器VCU系统自动泊车系统路径规划与控制算法研究

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　　摘  要：随着国家综合实力水平的逐步提高，人们或多或少拥有了自己的私家车，但车辆数量的过快增长和相应的交通法规的缺乏，导致了交通堵塞的频繁发生。汽车安装需要一定的空间，停车或转弯作业需要腾出空间。自动泊车系统可以有效地帮助解决相关问题。文章分析了自动停车系统的路径规划和控制方面，以提高停车操作的便捷性和停车过程的安全性，使停车更加安全有效。
　　关键词：自动泊车系统;路径规划;控制算法
　　中图分类号：U463      文献标志码：A         文章编号：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
　　隨着国家整体水平的提高，个人电动汽车保有量逐年增加。充电设施落后于汽车的增长速度。停车难的问题日益突出。例如，停车位稀缺，停车位狭窄。这是非常困难的，往往需要几个进展才能完成。在此期间，很容易造成与叙述车的擦伤和碰撞，阻碍交通等问题。在当今的汽车技术中，一个热门的研究方向是确保驾驶员能够在安全无误的情况下停车。在电动汽车自动停车过程中，要求电动汽车控制系统的停车轨迹具有连续的曲率和较高的控制精度，以达到一致、安全的停车过程。因此，电动汽车自动泊车系统的出现使得这种情况得到了很大的改善。本文从这三个方面进行分析，找出相应的方法，为大家提供一些参考。
　　1 自动泊车系统在路径方面的计算方法
　　1.1 平行泊车在路径方面的计算方法
　　从图1可以看出电动汽车从起点O1到终点O4的停车过程。整个过程分为三个阶段：首先假设车辆的初始姿态与停车位平行，目标车辆从起点O1的R1开始以M1为圆心的θ角，然后到达点O2，然后沿着直线段O2，O3到O3点，最后从R3到O3点R2到θ角度，用M2作为O4的圆心，然后停止。
　　为了减少停车位的长度，只需要使用一些非常简单的算法。例如，我们可以将这两个半径的实际长度设置为电动汽车的最小转弯半径。根据转向运动学知识，我们可以得出所需要的内容。
　　当车辆沿O3和O4线安全地从O4驶出停车位时，当行驶车辆达到终点位置时，它不能与停车位的末端位置发生碰撞，也就是说，当从车辆的末端位置转向停车位的末端位置时，位置之间的距离应该更大。越过安全距离。本文安全距离长度为0.2m，如图2所示，从图中的数据加以计算可以得到最小的车位长度是多少。图中的一段为车辆末尾与D点的距离;另一段为停车位转弯的转动半径。
　　从下面的图可以看出，电动车辆沿着直线段已经知道，在桥的后部出口，然后延伸到车辆右侧的侧交叉路口。当它到达图3中的O1点时，它可以再次转向。虽然这不是点O2的最低纵坐标值的位置，但它简化了计算和分析。因此，该位置被视为点O2的较低坐标值的位置点，然后在此状态下的点O1，即停车开始范围的相对较低坐标值的点。根据图可以计算出下限坐标并带入其中。
　　如图4所示，当电动车辆在轨道上行驶时，必须确保车体的左端点不能与道路的左侧相碰撞，换句简单的话来说，就是道路的坐标不可以大于路面的宽度。
　　从图中的几何关系可以分析出，假设最开始的车辆姿态与X轴平行，那么车辆可以在适当的选择范围内反转到曲线O1max和O1min上的点，车辆可以从右侧进入停车轨道。因此，实际停车起点的选择范围应为三条曲线所包含的面积。实际泊车起始点的选取范围如图5所示。
　　1.2 路径平滑处理
　　反向驱动法计算出来的停车路径存在着很多问题，所以在曲率方面可以使用平滑处理的方式。但传统的路径平滑方法使用过于粗略，不能有效的解决曲率所要修改的要求。从另一方面来说，解决问题所需方法用到的参数较多，计算量也十分庞大。本文提出的五次多径平滑法不仅能满足轨道起点的零曲率或小曲率要求，而且能满足轨道起点的零曲率或小曲率要求，使表达式更加简洁，求解参数个数少，计算量少。增加最小停车位的长度可以提高路径曲线的平滑度，而停车起点的行驶距离只需向右移动一定距离即可得到新的起点坐标O′1（X1，Y1）。本文将最小停车位长度设为6.8米，停车起点向右移动1米。假设park path表达式为：Y=K1X5+K2X4+K3X3+K4X2+K5X+K6 　　停车路径的规划通常经过停车的起点和终点。根据
　　O′1（X1，Y1）和终点O4（X4，Y4）的坐标，建立约束方程。停车状态下的车辆姿态和停车状态应平行于X轴方向，因此停车点在停车点和终点的导数为0。为了使最开始的车辆所用到的下前轮的等效角度等于零，假设在车辆起点处的停车轨道设计为二阶函数等于零。为了防止在停车过程中，车辆与停车位的角落位置发生碰撞，车辆需要经过所标记的位置。而为了让停车线更加方便计算，需要加以平滑处理，这就需要用到停车线的曲率，曲率 K≤1/Rmin。为了使轨道更好地被拘束，需要减少标记位置的坐标。通过多次的模拟实验可以计算得出，当标记位置为2324时，可以得到满足曲率约束和避障条件的停车轨迹方程。O′3点的调整坐标为（X3，Y3）。将所得出的坐标加入到计算，求解五次多项式系数，得到停车轨迹方程。
　　2 自动泊车系统路径追踪控制器设计
　　2.1 非时间参考系路径跟踪系统误差分析
　　2.2 滑模变结构路径跟踪控制器设计
　　当且仅当s=0时，等号成立。据连续系统的滑动模态，它的存在性和可达性，可知系统的滑动模式有存在并可達，并且在趋近律的作用下可以达到平衡点s=0。由于指数趋近律设计的滑模控制器采用了符号函数sgn（s），系统将具有不连续切换特性，使得滑模变结构系统在滑模中存在高频振动现象，导致控制器在路径跟踪过程中波动较大，进而影响停车控制的精度。为了抑制振动，如图6所示，用饱和函数sat（s/Δ）代替sgn（s）来保证系统在开关面附近的输入平滑连续对控制器参数k1、k2、k3和Δ进行调试修改，得到合理的参数取值，便能得到较好的控制效果。
　　3 结束语
　　自动泊车系统改变了电动汽车车辆对停泊入泊或转向掉头对空间较大要求的弊端，可在更小空间内轻松实现车辆泊车入位或掉头转向，且可实现横向平移移动。进一步增大了汽车的灵活性以及实用性。在城市交通状况复杂的情况下，可有效地缓解一些路段的交通压力，让深陷堵车的人们能够更有效地根据路况驶离堵车路段。因此，自动泊车系统的开发与应用具有广阔的前景，研究这个系统对于现阶段的汽车行业的发展来说具有着重要的意义。
　　参考文献：
　　[1]李攀，黄江，杨浩，等.基于双匀速轨迹的自动泊车路径规划研究[J].重庆理工大学学报（自然科学），2017，31（9）：36-44.
　　[2]熊周兵，杨威，丁可，等.基于预瞄模糊控制的自动泊车算法研究[J].重庆理工大学学报（自然科学），2017，31（2）：14-22.
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