摘要
随着汽车工业的不断发展和汽车保有量的不断攀升，使得城市中交通拥堵与停车困难等问题日益突出。自动泊车可以有效降低泊车事故发生概率，提高泊车安全性和道路通行效率。本文以提升泊车过程的安全性和舒适性为目标，针对自动泊车路径规划中存在路径曲率不连续导致原地转向问题和跟踪控制中控制精度低的问题进行分析和研究，具体研究内容如下： （1）车辆运动学和车位环境建模。以简化的车辆几何模型为基础，将车辆四轮模型等效为单车模型，基于阿克曼转向原理建立车辆运动模型，推导出车辆外轮廓四个顶点与车辆后轴中心点运动关系。设置圆形和蛇行等四种行驶工况，利用Simulink搭建的车辆运动学模型与CarSim车辆模型进行对比，验证车辆运动学模型的精准性。根据国家标准对平行和垂直两种车位尺寸进行设计，并建立平行泊车和垂直泊车全局坐标系。 （2）自动泊车路径规划方法研究。针对平行式和垂直式两种泊车工况中存在路径曲率不连续导致原地转向问题，提出一种基于圆弧直线和多目标评价函数的最优参考路径规划方法。根据对车身外轮廓与车位的避障约束和车辆机构约束的分析，采用圆弧直线相切的方式求出可行驶区域上下边界，设计基于路径曲率、任意时刻可调节裕度、路径长度的多目标评价函数，求出可行驶区域内最优的圆弧直线组合，利用多项式曲线对其进行拟合作为最优参考路径。通过仿真证明所规划的路径在不同泊车起点满足路径曲率连续和车辆机构的约束限制。 （3）自动泊车跟踪控制方法研究。针对泊车跟踪控制中控制精度要求高的问题，通过对泊车行驶工况分析，设计基于PID的速度跟踪控制器和基于非线性模型预测控制（NonlinearModelPredictiveControl,NMPC）的路径跟踪控制器。通过联合仿真与基于纯跟踪控制器进行对比验证，结果表明所设计的基于NMPC的路径跟踪控制器有较好的控制效果。 （4）自动泊车仿真验证。为验证本文所提出的泊车路径规划和跟踪控制算法效果，搭建CarSim与Matlab/Simulink联合仿真平台，在平行泊车和垂直泊车行驶工况中，设置不同泊车起点，对所提出的算法进行仿真验证。仿真结果表明，最大纵坐标误差为0.0326m，最大航向角误差为0.0171rad，满足自动泊车路径规划的合理性和跟踪控制的精准性要求。
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