一种智能辅助泊车系统的路径跟随方法，包括横向控制与纵向控制；所述横向控制通过时间尺度缩放及反馈线性化得到跟随误差线性信息，在此基础上对系统进行横向线性二次型最优控制；所述纵向控制包括对加速度随行驶距离连续变化的速度进行规划。一种智能辅助泊车系统的路径跟随装置，包括：输入单元、路径跟随单元和车辆控制单元；路径跟随单元包括横向控制和纵向控制两个子模块。横向控制子模块根据输入单元输入的信息，引入基于‑α稳定度设计的改进二次型性能指标，设计了改进的线性二次型最优控制器对系统进行闭环控制。纵向控制子模块采用加速度随行驶距离连续变化的算法设计合理的速度规划。保证泊车过程中的高精度、误差快速收敛性及乘客舒适性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于汽车
，涉及驾驶辅助技术，特别是智能泊车路径跟随装置。
技术介绍
随着城市发展节奏的加快，机动车的保有量迅速增加，因此造成车位紧张、泊车困难等问题。狭小的泊车空间及驾驶员有限的视野范围给泊车入位操作增加了困难。因汽车消费者对车辆泊车辅助系统不断提出新的需求，智能辅助泊车系统成为近些年国内外研究的热点。典型的智能辅助泊车系统是按照“感知—规划—跟踪”的分级模式来实现自动泊车功能的。该结构体系的优点在于各子系统界限清晰，次序井然，易于实现较复杂的智能行为。其中路径跟随模块是自动泊车系统中关键的一环，合理的路径跟随设计才能保证车辆按照规划的轨迹行驶，误差小且满足驾驶员舒适性要求。目前研究路径跟随方法较多，这些方法大致归结为以下几种：1.预瞄控制，该种方法优点是结构简单，计算量小，但对于大曲率曲线跟随时，将会出现误差收敛速度慢，且跟随精度无法保证的问题；2.基于滑模变结构控制，该种方法优点是瞬态响应好，对外界变化的鲁棒性较好，但其抖振问题是滑模面选取过程中必然遇到的问题。3.反馈线性化，其优点为将车辆几何学模型精确线性化，再采用线性系统控制的方法进行控制。程昆朋在“全自动泊车系统的路径跟随”中以微分平坦理论为基础，将车辆运动学模型反馈线性化，然后采用极点配置方法使误差收敛，控制器运算量小，跟随精度高，但需要同时配置三个极点，极点的确定使得调试工作较为繁琐。以上方案各有改进，不过仍然存在不足。因此，开发一种同时满足高精度、快速收敛性、参数易整定、乘客舒适性的泊车路径跟随装置具有重要的实际意义。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种泊车辅助系统的路径跟随装置以克服现有技术中上述不足之处。当路径规划模块将规划的路线传递给路径跟随单元时，车辆可以很好的跟随规划的路线；当存在初始误差时，可以快速收敛至规划路线，且整个算法的参数易整定，同时该算法针对多段法泊车路径同样适用。为达到以上目的，本专利技术所采用的解决方案是：一种智能辅助泊车系统的路径跟随方法，包括横向控制与纵向控制；所述横向控制通过时间尺度缩放及反馈线性化得到跟随误差线性信息，在此基础上对系统进行横向线性二次型最优控制；所述纵向控制包括对加速度随行驶距离连续变化的速度进行规划。优选地，所述横向控制的输入包括，泊车路径、实时车辆位姿、车速以及车辆方向盘转角；所述横向控制的输出包括，期望方向盘转角。优选地，所述横向控制采用的算法包括在路径跟随线性系统基础上提出的改进线性二次型最优控制和开环辅助控制。优选地，在改进线性二次型最优控制中引入基于-α稳定度设计的改进二次型性能指标，通过保证性能指标最小求解得到最优输入，从而计算出期望方向盘转角。优选地，控制跟随误差以指数形式收敛至0，保证了收敛的快速性。优选地，对于算法存在速度为零的奇异点问题，通过设置速度阈值，采取改进LQR最优控制器同时结合开环辅助控制的策略加以解决；实现多段法泊车路径的跟随工况，且跟随误差无累积。优选地，所述纵向控制采用加速度随行驶距离连续变化的算法以保证舒适性；依据不同情况设置最大车速及最大加速度的变化率以提高算法的灵活性。一种智能辅助泊车系统的路径跟随装置，包括：输入单元、路径跟随单元和车辆控制单元。输入单元：由路径规划与位姿估计两个子模块组成，路径规划计算出期望的泊车路径，作为路径跟随单元的一个输入，位姿估计模块返回车辆的实时位姿，作为路径跟随单元的另一个输入。路径跟随单元：包括横向控制和纵向控制两个子模块。横向控制：根据输入单元输入的信息，设计最优控制器对系统进行闭环控制。纵向控制：通过设计合理的速度规划，保证车辆泊车过程纵向的乘客舒适性。车辆控制单元：由路径跟随单元计算出的期望方向盘转角和期望车速首先通过执行器控制模块得到转向力矩和驱动力矩，再输入至车辆底盘，控制车辆的横向运动与纵向运动。所述的泊车辅助系统的路径跟随单元，其输入分别为：期望泊车路径，由路径规划单元规划出的入库期望泊车路径输入到路径跟随单元；实时车辆位姿，路径跟随单元结合位姿估计单元反馈车辆的实时位姿进行实时闭环控制。所述的泊车辅助系统的路径跟随单元，其输出分别为：期望车速，结合实际整车车速从而得到驱动力矩，从而控制泊车过程中车辆的纵向运动；期望方向盘转角，结合实际方向盘转角从而得到转向力矩，从而控制泊车过程中车辆的横向运动。所述的泊车辅助系统的路径跟随单元的算法，包括如下步骤：(1)采用车辆运动学模型，同时将转向系统近似为一阶惯性环节，共同构成车辆模型；(2)引入新的时间变量sd，对车辆模型进行时间尺度缩放，得到新时间域下的状态方程；(3)以同济大学程昆朋在“汽车技术”期刊发表的“全自动泊车系统的路径跟随”论文中采用的基于微分平坦理论的反馈线性化方法，得到线性系统为基础，引入二次型性能指标，设计线性二次型最优控制器(LQR)对线性系统进行闭环控制；(4)对LQR控制器进行-α稳定度设计，得到改进LQR最优控制器提高系统的稳定性及收敛速度；(5)采用开环辅助控制的方法解决算法奇异点问题，保证跟随算法可以适用于多段法泊车路径跟随(6)设计合理车速规划模块，使泊车过程中车速平缓变化，提高乘客舒适性。由于采用了上述技术方案，本专利技术具有如下有益效果：采用LQR最优控制可以使跟随误差以指数形式快速收敛，保证了系统的高精度与误差快速收敛性；引入二次型性能指标，并进行后续的-α稳定度设计，可以使设计参数具有明确的物理意义，便于算法参数整定。附图说明图1是本专利技术一种智能辅助泊车系统的路径跟随装置示意图。图2是本专利技术路径跟随单元示意图。图3是本专利技术路径跟随算法框架图。图4是本专利技术-α稳定度设计后极点位置示意图。图5是本专利技术多段泊车路径示意图。图6是本专利技术多段泊车路径路径跟随方法示意图。图7是本专利技术路径跟随单元纵向控制示意图。图8是本专利技术路径跟随单元速度规划子模块示意图。图9是本专利技术路径跟随装置控制流程图。图10是本专利技术平行泊车路径跟随结果示意图。图11是本专利技术垂直泊车路径跟随结果示意图。具体实施方式以下结合附图所示实施例对本专利技术进一步的说明。本专利技术一种智能辅助泊车系统的路径跟随装置，如图1所示，包括：输入单元、路径跟随单元和车辆控制单元。其中路径跟随单元包括横向控制和纵向控制两个子模块，如图2所示。横向控制：根据位姿估计单元返回的车辆实时位姿，与规划路径进行比较，得到实时跟踪误差，通过时间尺度缩放及反馈线性化得到新时间域下的线性系统，引入跟随误差二次型性能指标，线性二次型最优控制器(LQR)对线性系统进行闭环控制。并采用开环辅助控制的方法解决算法奇异点问题，保证跟随算法可以适用于多段法泊车路径跟随。纵向控制：通过设计合理的速度规划，保证车辆泊车过程纵向的乘客舒适性。本专利技术是一种辅助泊车系统的路径跟随方法，通过横向控制与纵向控制，保证了泊车过程中的高精度、误差快速收敛性和乘客舒适性。1、横向控制1)跟随误差线性系统(1)车辆模型在车辆泊车过程中，车速很低，车速要控制在2km/h-8km/h之间，因此可以忽略轮胎的侧向动力学的影响。可用如下公式表示：为简化起见，将车辆的转向机构可看作一阶惯性环节，如公式(1.2)所示：其中T是系统的时间常数，u1是目标前轮转角。针对车辆运动学模型，引入新的时间变量sd，其物理意义为车辆本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种智能辅助泊车系统的路径跟随方法，包括横向控制与纵向控制；其特征在于：所述横向控制通过时间尺度缩放及反馈线性化得到跟随误差线性信息，在此基础上对系统进行横向线性二次型最优控制；所述纵向控制包括对加速度随行驶距离连续变化的速度进行规划。
【技术特征摘要】
1.一种智能辅助泊车系统的路径跟随方法，包括横向控制与纵向控制；其特征在于：所述横向控制通过时间尺度缩放及反馈线性化得到跟随误差线性信息，在此基础上对系统进行横向线性二次型最优控制；所述纵向控制包括对加速度随行驶距离连续变化的速度进行规划。2.根据权利要求1所述的智能辅助泊车系统的路径跟随方法，其特征在于：所述横向控制的输入包括，泊车路径、实时车辆位姿、车速以及车辆方向盘转角；所述横向控制的输出包括，期望方向盘转角。3.根据权利要求2所述的智能辅助泊车系统的路径跟随方法，其特征在于：所述横向控制采用的算法包括在路径跟随线性系统基础上提出的改进线性二次型最优控制和开环辅助控制。4.根据权利要求3所述的智能辅助泊车系统的路径跟随方法，其特征在于：在改进线性二次型最优控制中引入基于-α稳定度设计的改进二次型性能指标，通过保证性能指标最小求解得到最优输入，从而计算出期望方向盘转角。5.根据权利要求4所述的智能辅助泊车系统的路径跟随方法，其特征在于：控制跟随误差以指数形式收敛至0，保证了收敛的快速性。6.根据权利要求2所述的智能辅助泊车系统的路径跟随方法，其特征在于：对于算法存在速度为零的奇异点问题，通过设置速度阈值，采取改进线性二次型最优控制器同时结合开环辅助控制的策略加以解决；实现多段法泊车路径的跟随工况，且跟随误差无累积。7.根据权利要求1所述的智能辅助泊车系统的路径跟随方法，其特征在于：所述纵向控制采用加速度随行驶距离连续变化的算法以保证舒适性；依据不同情况设置最大车速及最大加...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈慧，范正帅，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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