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摘 要

随着我国汽车数量的急剧增加，泊车环境变得越来越拥挤、越来越复杂，因泊车失误导致的交通事故日益增多，自动泊车控制系统的引入能够有效提高泊车过程的安全性和可靠性。本文充分考虑实际泊车环境，研究自动平行泊车路径规划和基于滑模控制器的路径跟踪控制问题。首先，通过阿克曼转向几何原理化简车辆结构，对车辆进行建模，在Simulink中搭建出仿真模型。其次，通过圆弧——直线——圆弧的路径对车位的尺寸要求分析，给出最小车位尺寸以及防碰撞条件，并求得泊车轨迹，进一步通过反正切函数对泊车轨迹进行拟合。随后，基于非时间变量设计普通滑模控制器和终端滑模控制器，并给出了滑模控制器的设计条件。最后，基于所设计的滑模控制器对泊车轨迹进行跟踪控制，通过Matlab仿真验证了控制器的有效性，实现了自动泊车路径跟踪控制。

关键词：平行泊车 跟踪控制 路径规划 滑模控制

 Automatic parking path tracking control based on sliding mode variable structure

Abstract

With the rapid increase of the number of cars in China, the parking environment becomes more and more crowded and complex, and the traffic accidents caused by parking errors increase day by day. The introduction of automatic parking control system can effectively improve the safety and reliability of parking process. In this paper, the automatic parallel parking path planning and the path tracking control based on sliding mode controller are studied. First of all, through ackerman steering geometric principle to simplify the vehicle structure, the vehicle modeling, in Simulink to build a simulation model. Secondly, the size requirements of parking Spaces is analyzed through the path of arc -- line -- arc, the minimum parking size and the anti-collision conditions are given, and the parking trajectory is obtained, and the parking trajectory is further fitted by arctangent function. Then, the ordinary sliding mode controller and terminal sliding mode controller are designed based on non-time variables, and the design conditions of sliding mode controller are given. Finally, based on the designed sliding mode controller, the parking trajectory is tracked and controlled. The effectiveness of the controller is verified by Matlab simulation, and the automatic parking path tracking control is realized.

Key Words: Parallel parking; Tracking control; Rout planning; Sliding mode control

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题背景 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3 论文主要内容 3

第二章 泊车模型构建 5

2.1 泊车场景建模 5

2.2 车体建模 6

2.3 车辆动力学建模 8

2.3.1 阿克曼转向几何 8

2.3.2 车辆运动学模型的建立 9

2.4 车辆动力学模型仿真验证 12

2.4.1 仿真软件 12

2.4.2 模型仿真实现 12

2.5本章小结 14

第三章 平行泊车轨迹规划与防碰撞分析 16

3.1最小车位尺寸分析 16

3.2 防碰撞分析 18

3.4 停车路径设计 19

3.4 本章小结 23

第四章 滑模控制器设计与仿真实验 24

4.1 滑模控制 24

4.1.1 滑动模态 24

4.1.2 滑模变结构控制的定义 25

4.2 基于普通滑模控制的路径跟踪控制 26

4.2.1 跟踪误差分析 26

4.2.2 控制器的设计 28

4.2.3 仿真实验 30

4.3 基于终端滑模控制的路径跟踪控制 34

4.3.1 控制器设计 34

4.3.2 仿真实验 34

4.4 仿真实验 37

4.4.1 基于普通滑模的路径追踪实验 37

4.4.2 基于终端滑模的路径追踪实验 39

4.5 本章小结 41

第五章 总结与期望 42

5.1 总结 42

5.2 展望 42

参考文献 43

致谢 45

附录一：程序 46

附录二：车辆动力学simulink模型 50

附录三：车辆动力学模块内部结构 51

附录四：参考路径信息模块内部结构 52

附录五：控制器及参考路径信息模型 53

附录六：终端控制器及参考路径信息模型 54

1. 绪论

1.1 课题背景

如今，密集的城市人口和人们对汽车的需求量增加使得大城市本就已经很稀缺的空置停车位已经变得非常窄小。司机们不能搜索更大的地点，在驾驶车辆时必须非常小心。即使对有经验的司机来说，这也常常会导致他们的车被刮伤。此外，重新寻找新的停车位可能会增加交通堵塞。因此，这样的停车可能会对汽车造成损害，并给司机带来压力。

图1-1 城市中密集的车流量

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