汽车最佳泊车路径的规划设计

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摘 要 首先进行泊车实地考查，拍摄了实际泊车过程的车位和路面情况。然后根据车辆实际的运行情况，分析了车辆在泊车低速情况下，车辆运动学模型。通过实际的测量和资料的查阅，以一定的比例对实际车辆、车位和路面进行缩小，得到模拟的小车和道路尺寸。再根据相关约束条件和实际泊车运动过程通过CAD软件绘制了泊车最佳几何路径。最后使用由单片机、驱动器、电机等装置自主制成的模拟小车进行了最佳路径的验证。通过以上方法寻找到了一条最佳泊车路径。

关键词 自动泊车；最佳泊车路径

中图分类号：TP182 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）041-184-01

经过一百二十多年的发展，汽车逐渐向小型化、智能化和安全化的方向发展。而随着我国经济的发展，汽车的需求量逐年递增。于此同时带来的问题是停车位需求量越来越大。而在国内，城市占道停车不但能有效的满足停车位的需求，而且能有效缓解交通堵塞。但是，对于许多驾驶员而言，顺式驻车通常是驾驶员考试中最令人担心的一项，而且几乎每个人都会在某些地点碰到这样的事情。大城市停车空间有限，将汽车驶入狭小的空间已成为一项必备技能。 很少有不费一番周折就停好车的情况，特别是城市占道停车可能导致交通阻塞、神经疲惫和保险杠被撞弯，占道停车成为了一种痛苦的经历。

在实际泊车中驾驶员的视野狭隘，仅通过后视镜来观察车身后面和车周围的情况，即使如此，也很难准确的把握车尾的情况。不仅如此，驾驶员还要兼顾控制方向盘、油门、刹车和换挡等，易造成操作失误。如果停车时间过长，又容易造成交通堵塞，特别是驾车新手，在缺乏经验的情况下，很难准确停入车位。

基于以上问题，寻找到了最佳泊车路径，以解决广大驾驶员泊车难的问题。

1 自动泊车最佳路径规划

最佳路径虽然可以通过数学建模和泊车经验等方法得出，但可靠性低，运算复杂，而且变量较多，如果通过CAD与Pro/e等绘图软件模拟其几何路径，则可节省多处计算而且能简洁直观的表达。使用CAD绘图软件寻找最佳路径，主要是通过一些相关约束条件和泊车要求绘制最佳几何路径。

1.1 泊车危险点与安全圆

倒车最难在于兼顾控制车辆的时候，难以观察自己车辆是否与其它车辆相撞，经过分析可知，倒车时，最容易触碰的地方是尾部的后对角点和前部的前对角点。根据避免碰撞要求，可以在停车前方的最佳停车位上的对角点绘制一个以汽车前轮轴中点与对角的距离为半径的圆R1，圆R1称为安全圆。

汽车行驶的轨迹为一个个圆弧构成的圆，由此可知，只需要其自动泊车轨迹与安全圆相离或者相切就不会与前方车辆相撞，而后对角点只需控制其倒车行程即可避免碰撞。

1.2 泊车关键圆的确定

自动泊车进入车位是关键阶段，把倒入车位的大圆称为关键圆。首先可以认为轴距是其轨迹圆的一根弦，经分析可知，此圆越大，倒入车位后此弦与水平线所成的夹角a也就越小，泊车就越准确，泊车后需要调整的角度就越小，因此假设关键圆R2与R1相切，且与车位中线相切时可取最大圆，由于与R1安全圆相切，所以能保证两个对角点不与其他车辆发生碰撞，并且有足够的空间可以进行泊车后的角度调整。

由CAD模拟可以直接测量得出R2=5702 mm，又由汽车参数可知模拟车辆最小转弯半径为r=5500 mm，有R2>r，所以其关键圆R2符合汽车的行驶要求。

1.3 泊车辅助圆的确定

辅助圆是为了帮助车辆倒入关键圆的一段圆弧，使得车辆最终在倒车时能够按照R1的轨迹进入车位。经过分析可知，辅助圆R3越大，越是难以矫正车辆进入关键圆R2，故以最小转向半径5500 mm计算，经过测试调查可知，驾驶员使车辆行驶在车道中间较容易控制，所以把初始位置定在车道中线上，故辅助圆需与行驶车道中线和关键圆R2相切，这样便可以确定辅助圆R3。

另外，考虑到变换轨迹时，车辆是以车身前后轴中心的连线即轴距所构成的弦进入R2轨道，所以，需使R3向左平移，使得R3与R2相割所构成的弦与车身前后轴中心的连线即轴距长度相等。经过CAD模拟和测量可知需使R3向左平移452.3 mm，即可获得R3的最终位置。

1.4 泊车路径总结

如上分析和建模可知，找到了安全圆、关键圆和辅助圆，将其合并在一起，即可得到最佳泊车路径如图1所示。

如上所示，驾驶员需要先将车辆行驶至道路中间，当找到停车位时，驾驶员需要寻找一定的参照，使得车量后轮与车位前方车辆的前轮稍后的地方确定初始位置。首先把方向盘右转至打死，开始倒车，车辆进入辅助圆，当车辆与水平方向夹角大致成50度时，再把方向盘左转打死，直到车辆进入车位，再调整车辆与水平线所成的角度，即可进入最佳车位。

如上所述可得到泊车的完整路径，不容易与其他车辆发生碰撞，并且容易确定泊车的初始位置，所以安全可靠，具有较高的可行性。但是，即使最佳路径也不可能一次性倒入车位。第一次倒入车位后需要细微的调整，由于调整路径比较复杂，其规律性需要从汽车试验中寻找规律，所以调整路径暂不使用模拟CAD得出。

2 泊车最佳路径的验证

选择模拟小车对最佳路径进行验证，模拟小车的实际尺寸与研究对象车辆的实际尺寸比为1：10.47，由最佳路径分析中的CAD模拟路径可知，辅助圆半径为5500 mm，而关键圆半径为：5702 mm。验证过程选择PWM波来控制模拟小车转向，查阅资料可得以上辅助圆应当采用PWM波比值约为900/200，而关键圆应当采用PWM波值为：1100/200，再使用单片机控制PWM波的输出进行实验。最终，顺利验证了最佳泊车路径的可行性和实用性。

参考文献

[1]王芳成.自动平行泊车系统的研究[J].中国科技大学，2010.

[2]周健.嵌入式模糊自动泊车系统的研究[J].广东工业大学，2011.

[3]何峰.自动泊车系统的研究及实现[J].广东工业大学，2009.

[4]徐津津.双向路径规划在垂直自动泊车系统中的仿真研究[J].同济大学.