基于ADAS 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)研究＊

張春洲，石晶

（遼寧工業(yè)大學(xué)汽車(chē)與交通工程學(xué)院，遼寧 錦州 121001）

前言

在當(dāng)今高級(jí)輔助駕駛系統(tǒng)（ADAS）的多元化發(fā)展趨勢(shì)下，對(duì)高級(jí)輔助駕駛的研究已經(jīng)不僅限于各大汽車(chē)制造企業(yè)及汽車(chē)設(shè)計(jì)公司，各高校已經(jīng)逐漸開(kāi)始對(duì)高級(jí)輔助駕駛進(jìn)行更為深入的研究并進(jìn)行相關(guān)模擬或?qū)嵻?chē)實(shí)驗(yàn)。自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)（APS）作為高級(jí)輔助系統(tǒng)下的一個(gè)重要分支，起著至關(guān)重要的作用。在駕駛員日常泊車(chē)時(shí)，由于泊車(chē)過(guò)程中駕駛員較大概率會(huì)產(chǎn)生緊張感，增大泊車(chē)難度，容易造成車(chē)輛碰撞，因此自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)可以給駕駛員提供很大便利。

1 ADAS 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

ADAS 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)由中華V3 駕駛模擬系統(tǒng)、主控PC、RT系統(tǒng)、快速原型控制器及管理PC 組成。

圖1 為ADAS 實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)實(shí)物圖，左側(cè)是駕駛模擬器，中間是NI 設(shè)備柜，右側(cè)是主控PC 等操作平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要用于ADAS 控制策略研究、控制算法驗(yàn)證、雷達(dá)視覺(jué)信號(hào)分析及其數(shù)據(jù)融合等的研究。

圖1 ADAS 實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)實(shí)物

2 自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)

自動(dòng)泊車(chē)是通過(guò)探測(cè)車(chē)輛周?chē)h(huán)境信息來(lái)找到合適的泊車(chē)位，從而控制車(chē)輛的轉(zhuǎn)向和速度，使得車(chē)輛能夠自主駛?cè)氩窜?chē)位[1]。確保每一個(gè)駕駛員安全無(wú)碰撞地進(jìn)行泊車(chē)，已日益成為當(dāng)今汽車(chē)技術(shù)的一個(gè)熱門(mén)研究方向[2]。自動(dòng)垂直泊車(chē)是通過(guò)泊車(chē)過(guò)程中對(duì)方向盤(pán)轉(zhuǎn)角的控制來(lái)控制車(chē)身姿態(tài)，使車(chē)身在泊車(chē)結(jié)束時(shí)與泊車(chē)開(kāi)始時(shí)的車(chē)身近似呈90°。如圖2所示，自動(dòng)泊車(chē)主要分為三類(lèi)，平行泊車(chē)、垂直泊車(chē)、斜線式泊車(chē)，現(xiàn)在對(duì)平行泊車(chē)和垂直泊車(chē)的研究居多。

圖2 自動(dòng)泊車(chē)分類(lèi)圖

圖3 自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)流程圖

如圖3 所示，自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)流程主要分為三步：探尋雷達(dá)尋找合適的車(chē)位；車(chē)位合適，開(kāi)始泊車(chē)，倒入車(chē)位；停車(chē)入位，調(diào)整車(chē)身姿態(tài)。

3 軟件聯(lián)合仿真

ADAS 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)采用CarSim2018 軟件和MATLAB/Simulink 的聯(lián)合仿真。

CarSim 是一種專(zhuān)業(yè)的車(chē)輛動(dòng)力學(xué)仿真軟件，能準(zhǔn)確模擬車(chē)輛對(duì)駕駛員操作行為、空氣動(dòng)力學(xué)以及路面激勵(lì)的響應(yīng)。在車(chē)輛操縱穩(wěn)定性、平順性、燃料經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用[3]。

Simulink 是MATLAB 中的一種可視化仿真工具，是一種基于MATLAB 的框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個(gè)軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號(hào)處理的建模和仿真中[4]。

在Carsim 與Simulink 聯(lián)合仿真時(shí)，首先需要定義Carsim與Simulink 的接口，Carsim 的輸入接口控制自動(dòng)垂直泊車(chē)車(chē)輛的驅(qū)動(dòng)與轉(zhuǎn)向，所以定義節(jié)氣門(mén)開(kāi)度、制動(dòng)壓力以及方向盤(pán)轉(zhuǎn)角作為Carsim 的輸入接口，自動(dòng)垂直泊車(chē)需要從Carsim中獲取車(chē)輛信息以及傳感器探測(cè)的信息，那么Carsim 的輸出接口有本車(chē)車(chē)速信息、從雷達(dá)傳感器獲取與兩個(gè)目標(biāo)車(chē)的相對(duì)距離信號(hào)。如圖4 為自動(dòng)泊車(chē)實(shí)驗(yàn)過(guò)程。

圖4 自動(dòng)泊車(chē)實(shí)驗(yàn)過(guò)程

4 在環(huán)仿真

將設(shè)計(jì)好的控制策略及路徑算法加載到實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向控制算法加載至快速原型控制器中。

在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，CarSim 設(shè)置相應(yīng)的模擬場(chǎng)景和模擬仿真車(chē)輛的激光雷達(dá)。雷達(dá)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車(chē)位情況，將車(chē)輛與車(chē)位的各項(xiàng)信息傳遞給快速原型控制器，快速原型控制器經(jīng)過(guò)一系列的控制策略和控制算法傳遞給駕駛模擬器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制駕駛模擬器完成在環(huán)仿真。

5 結(jié)論

本文根據(jù)將自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)控制策略及算法通過(guò)Simulink建模并加載到ADAS 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，運(yùn)用Carsim 作為汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)軟件，可實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)、順滑的良好泊車(chē)，可以應(yīng)用到不同泊車(chē)位、不同車(chē)型的自動(dòng)泊車(chē)中，并提供了虛擬實(shí)車(chē)驗(yàn)證試驗(yàn)平臺(tái)，為后續(xù)能夠再實(shí)車(chē)實(shí)現(xiàn) ADAS 的控制策略仿真打下基礎(chǔ)。