[發明專利]一體式平行泊車軌跡規劃和跟蹤控制方法及系統

在審

• 申請號: 202110882890.3
• 申請日: 2021-08-02
• 公開（公告）號: CN113635891A
• 公開（公告）日: 2021-11-12
• 發明（設計）人: 劉立;董國新;王國棟;孟宇;白國星
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: B60W30/06
• 分類號: B60W30/06;B60W40/00;B60W60/00
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波;付忠林

本發明公開了一種一體式平行泊車軌跡規劃和跟蹤控制方法及系統，該方法包括：搭建車輛運動學模型；基于車輛運動學模型，設計預測模型和泊車系統的約束；設計代價函數，將速度規劃、路徑規劃和跟蹤控制整合為一個優化問題，得到服從于預測模型和約束的控制問題描述；采用內點法求解控制問題，得到最優開環控制序列，選取最優開環控制序列中的第一組元素應用于待控制的車輛，實現自動平行泊車。本發明所提供的一體式平行泊車軌跡規劃和跟蹤控制方案，將速度規劃、路徑規劃和跟蹤控制整合為一個優化問題，并進行求解，有效提高了泊車動態過程的安全性和舒適性，簡化了自動泊車系統的結構。

技術領域

本發明涉及自動泊車技術領域，特別涉及一種一體式平行泊車軌跡規劃和跟蹤控制方法及系統。

背景技術

近些年，隨著人們對駕駛安全性和舒適性的要求越來越高，高級駕駛輔助系統(Advanced Driving Assistance System，ADAS)得到了快速的發展，而自動泊車系統作為ADAS的重要組成部分，已經成為研究輔助駕駛的熱點。

平行泊車，也即我們所熟知的側方停車，是我們日常生活中最常用到的泊車模式。對于很多新手司機來說，泊車的難度遠遠高于駕駛汽車的難度，在泊車時由于操作不當導致汽車刮蹭的事件在日常生活中時有發生，并且由于泊車時駕駛員通常會精神高度緊張，泊車過程會讓駕駛員產生一定的疲憊感，而自動泊車系統可以解決新手司機泊車過程的安全問題和疲勞問題。此外，自動泊車算法可以解放駕駛員的雙手。當駕駛員/乘客到達目的地，只需要啟動自動泊車系統，然后下車離開即可，不需要待在汽車里等待泊車完成或者親自操作汽車，節省駕駛員/乘客的時間。

目前，在自動泊車技術領域，現有研究多是分層式的方法，上層采用貝塞爾曲線法、多項式法、B樣條法等算法先規劃出一條理想的泊車路徑，下層采用模糊控制、模型預測控制、滑?？刂频瓤刂扑惴刂栖囕v跟蹤已規劃出的路徑。分層式泊車算法需要分別設計平滑的泊車路徑和路徑跟蹤控制器，導致泊車系統結構復雜。此外，一些研究認為泊車時的車速較低，可以直接將泊車過程中的車速設置為一個定值，論文[基于坐標補償的自動泊車系統無模型自適應控制[J].自動化學報]按照駕駛員的駕駛經驗規劃了一條平行泊車路徑，并設計了一種基于坐標補償的無模型自適應控制(Model-free adaptive control,MFAC)方案進行路徑跟蹤，并且認為泊車時的速度為一個較低的定值。雖然這樣可以減少計算機的計算量，但是忽略了實際泊車時的速度變化，可能會導致更長的泊車時間，甚至會增加跟蹤的誤差。并且，由于起始和終止時間的車速為零，設置固定車速可能會導致起始和終止時有較大的加速度，讓乘客感到不適。

發明內容

本發明提供了一種一體式平行泊車軌跡規劃和跟蹤控制方法及系統，以解決現有的分層式自動泊車系統結構復雜及無法實現動態泊車控制的技術問題。

為解決上述技術問題，本發明提供了如下技術方案：

一方面，本發明提供了一種一體式平行泊車軌跡規劃和跟蹤控制方法，該一體式平行泊車軌跡規劃和跟蹤控制方法包括：

搭建車輛運動學模型；

基于所述車輛運動學模型，設計預測模型和泊車系統的約束；

設計代價函數，將車輛的速度規劃、路徑規劃和跟蹤控制整合為一個優化問題，得到服從于所述預測模型和所述約束的控制問題描述；

采用內點法求解所述控制問題，得到最優開環控制序列，選取所述最優開環控制序列中的第一組元素應用于待控制的車輛，實現自動平行泊車。

進一步地，所述車輛運動學模型的表達式為：

其中，v為車輛的運動速度，和分別為車輛在X和Y方向上的速度分量，別為θ為車輛的航向角，δ為車輛的轉向輪等效轉角，l為車輛的軸距。

進一步地，基于車輛運動學模型，設計預測模型和泊車系統的約束，包括：