基于微分平坦的平行泊車路徑規劃
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摘 要：為提高泊車成功率，降低泊車路徑規劃耗時，提出基于微分平坦理論的平行泊車路徑規劃方法。泊車路徑滿足三類約束：為保證行駛安全，綜合考慮可能碰撞情況，建立避障約束函數;為滿足停放要求，建立了終點狀態的約束函數;為保證路徑可跟蹤，建立了方向盤角度，轉角速度和車速的約束函數。利用Matlab非線性約束優化函數求得路徑參數。仿真結果表明：該方法魯棒性強，對車輛初始位置和方位角要求不高，解決了必須從特定位姿開始泊車的問題，增加靈活性和成功率;對于一般泊車環境該方法能得到曲率和車速緩慢變化的軌跡，有效解決了中途停車轉向的問題;規劃的軌跡滿足避撞約束、車輛自身的約束、泊車停放要求、方向盤轉角和轉角速度約束;基于微分平坦的路徑規劃方法，降低了計算復雜度，縮短了規劃時間，提高了泊車成功率。
關鍵詞：平行泊車;路徑規劃;微分平坦;魯棒性
中圖分類號：U467 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7988（2019）08-51-04
前言
汽車數量急劇增加使城市泊車難題日益突出，密歇根大學的 Paul Green 的調查研究就已經表明：泊車所導致的事故占各類交通事故的比重已高達44%[1]。居高不下的泊車事故促使汽車廠商和科研人員對自動泊車技術的研究與開發。早期對泊車的研究主要是通過超聲波或者倒車影像技術對倒車安全距離做出提示，只能起到輔助泊車的作用。目前自動泊車外部環境自動建模技術已經成熟，國內外研究重點集中在自動泊車的路徑規劃。日本的 Kang-ZhiLiu等人采用兩段圓弧相切式泊車軌跡提出了一種較為完善的安全邊界約束規則，但存在泊車路徑的曲率不連續的不足[2]。Chang[3]等人基于模糊邏輯控制進行泊車系統研究，結合了優秀駕駛員的操作習慣但需要大量的泊車實驗。文獻[4]中采用B樣條曲線設計垂向泊車路徑，雖然避免了泊車過程中原地轉向現象，但未考慮方向盤轉速對跟蹤效果的影響。文獻[5]中采用微分平坦軌跡泊車路徑，但對泊車起點和終點位置和姿態要求過高。此外文獻[6]提出一種五段多項式拼接泊車軌跡使得曲率連續，但計算過程過于復雜。
由此可知目前自動泊車技術尚未完全成熟，特別是在實際應用中還有諸多問題，為此本文在已有的研究上提出一種改進的微分平坦路徑規劃方法。
1 自動泊車工作流程
自動泊車系統工作流程描述如下：（圖1）（1）駕駛員開啟自動泊車系統;（2）車輛低速行駛搜尋泊車位;（3）找到大小合適的泊車位后確定相對位置并到達。泊車起點;（4）根據環境模型規劃泊車軌跡;（5）找到合適軌跡后車輛低速跟隨軌跡開始泊車;（6）到達停車點后泊車結束。
泊車位分為平行泊車位，垂直泊車位，傾斜泊車位三種。車輛行進方式分為前進和倒車兩種。本文僅研究其中最難的倒車進入平行泊車位這一狀況。
2 泊車路徑規劃
本文研究的泊車軌跡為了貼合實際情況需要滿足一下限制：
?。?）滿足車輛本身的限制，包括最大前輪轉角，最大轉角加速度，最大車速加速度等。（2）車輛沿軌跡行駛不會發生碰撞;
?。?）最終時刻車輛在泊車位范圍內;
?。?）車輛運動連貫，無原地轉向或速度突變。
2.1 微分平坦
2.1.1 微分平坦的定義
4 結語
本文針對現有平行泊車路徑規劃的不足，采用微分平坦理論進行路徑規劃設計。首先介紹該理論原理并分析了其計算復雜度較小的優勢。其次在綜合考慮了車輛避障要求，停放約束以及對車輛自身動力學和運動學的約束后構建路徑約束函數。最后選擇較為苛刻的條件下，既起始點與車位不平行時規劃泊車路徑。從仿真效果圖中可知基于微分平坦系統的路徑規劃方法所得路徑不但曲率連續不需中途停車、滿足車輛約束而且魯棒性高，對泊車初始姿態不敏感。
參考文獻
[1] Paul Green. Parking Crashes and Parking Assistance System Design： Evidence fromCrash Databases， the Literature and Insurance Agent Interviews[C]. SAE World Congress， 2006.
[2] Liu Kangzhi， Dao Mingquan， Takuya Inoue. Theory and Experiments on Automatic Parking Systems[C].2004 8th International Conferen -ce on Control Automation， Robotics and Vision Kunming， China 6- 9th December 2004.
[3] Changsj， Lithsl.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.
[4] 李紅，郭孔輝，宋曉琳.基于樣條理論的自動垂直泊車軌跡規劃[J]. 湖南大學學報（自然科學版）， 2012， 39（07）： 25-30.
[5] 宋金澤.自主泊車系統關鍵技術研究[D].長沙：國防科技大學， 2009.
[6] 胡偉龍.多段式平行泊車軌跡動態規劃及系統控制[D].合肥：合肥工業大學， 2016.
[7] M.Filess，J.L evine， P.Martion，P.Rouchon. A Lie-backlund Approach to Equivalence and Flatness of Nonlinear Systems[J]. IEEE Transac -tions on Automatic Control.1999.44（5）：922-937.
[8] R.M.Murray，M.Rathiam， W.Sluis. Differential Flatness of Mechani -cal [C].International Congress and Exposition， San Francisco，CA， 1995.
[9] 單恩忠.基于微分平坦與樣條理論的自主泊車軌跡規劃研究[D].長沙：國防科學技術大學，2009.
[10] 李紅.自動泊車系統路徑規劃與跟蹤控制研究[D].長沙：湖南大學， 2014.
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