基于ADAS 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的自動(dòng)垂直泊車(chē)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

近年來(lái)，在科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步下，高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）已經(jīng)日漸成熟。自從ADAS 概念提出以來(lái)，各大汽車(chē)廠商及汽車(chē)設(shè)計(jì)公司已經(jīng)進(jìn)行研究并應(yīng)用于部分實(shí)車(chē)，但由于技術(shù)不成熟，時(shí)而發(fā)生因使用ADAS 而產(chǎn)生的交通事故，更加深入研究ADAS 可以減少交通事故發(fā)生概率。

1 ADAS 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

結(jié)合中華V3 駕駛模擬器，基于NI 設(shè)備/CarSim RT 的ADAS 實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)主要由駕駛模擬器、主控PC、實(shí)時(shí)系統(tǒng)、快速原型及管理PC 組成。

圖1 ADAS 實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)實(shí)物

圖1 為ADAS 實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)實(shí)物圖，實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)可進(jìn)行自適應(yīng)巡航控制（ACC）、自動(dòng)緊急制動(dòng)（AEB）、盲點(diǎn)監(jiān)測(cè)（BSD）、車(chē)道偏離警示系統(tǒng)（LDW）、交通標(biāo)識(shí)智能識(shí)別系統(tǒng)（TSR）、自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)（APS）等方面的汽車(chē)輔助駕駛研究與開(kāi)發(fā)。

2 自動(dòng)垂直泊車(chē)

自動(dòng)泊車(chē)技術(shù)是智能汽車(chē)技術(shù)的重要組成部分，其目的是輔助或者替代駕駛員完成車(chē)輛的安全泊位[1]，可以根據(jù)有經(jīng)驗(yàn)駕駛員的泊車(chē)方式和技巧，有效地將車(chē)輛自動(dòng)駛?cè)氩窜?chē)位中[2]。車(chē)輛在垂直泊車(chē)過(guò)程中，初始位置車(chē)身方向角在正負(fù)15°之間，且隨著離泊車(chē)位越近，車(chē)身方向角越大，在泊車(chē)完成時(shí)，車(chē)身方向角約為90°；泊車(chē)時(shí)方向盤(pán)打向泊車(chē)位方向，方向盤(pán)轉(zhuǎn)角先增大后減小，直至完成泊車(chē)。

圖2 自動(dòng)泊車(chē)運(yùn)動(dòng)軌跡

圖2 是自動(dòng)泊車(chē)運(yùn)動(dòng)軌跡，駕駛員將汽車(chē)泊到與泊車(chē)位前方的垂直位置，與邊線距離0.5-1 米，若車(chē)身與泊車(chē)位不平行，則首先將車(chē)身擺正；駕駛員將方向盤(pán)向右打死，繼續(xù)泊車(chē)直至汽車(chē)與泊車(chē)位相平行；持續(xù)泊車(chē)直至汽車(chē)完全泊入泊車(chē)位。

3 聯(lián)合仿真

ADAS 實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)的硬件環(huán)境包括駕駛模擬器、NI 系列設(shè)備，軟件環(huán)境包括Labview、Carsim，采用CarSim2018軟件和MATLAB/Simulink 的聯(lián)合仿真。

CarSim 軟件作為研究車(chē)輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的商業(yè)化軟件，其汽車(chē)模型得到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者廣泛認(rèn)可[3]。在Carsim RT 中進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置，例如整車(chē)模型設(shè)置、道路參數(shù)設(shè)置、導(dǎo)入Simulink 模型等。

圖3 自動(dòng)垂直泊車(chē)實(shí)驗(yàn)過(guò)程

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]。

預(yù)先在Carsim 中對(duì)自動(dòng)垂直泊車(chē)場(chǎng)景、檔位、輸入輸出、傳感器、動(dòng)畫(huà)和曲線顯示等進(jìn)行配置，將Simulink 模型導(dǎo)入Carsim，構(gòu)成仿真平臺(tái)，進(jìn)行聯(lián)合仿真實(shí)驗(yàn)，模擬汽車(chē)的垂直泊車(chē)過(guò)程。圖3 是自動(dòng)垂直泊車(chē)實(shí)驗(yàn)過(guò)程。

4 硬件在環(huán)

ADAS 實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)將采集的制動(dòng)信號(hào)、驅(qū)動(dòng)信號(hào)、轉(zhuǎn)向信號(hào)發(fā)送給實(shí)時(shí)系統(tǒng)。管理PC 將模型參數(shù)設(shè)置發(fā)送至實(shí)時(shí)系統(tǒng)。實(shí)時(shí)系統(tǒng)接收駕駛模擬器控制信號(hào)，同時(shí)向主控PC發(fā)送汽車(chē)動(dòng)力學(xué)信號(hào)，向快速原型控制器發(fā)送狀態(tài)信號(hào)?？焖僭涂刂破鲗?shí)時(shí)仿真、數(shù)據(jù)采集、通信協(xié)議和控制集成到一個(gè)通用的平臺(tái)上，接收實(shí)時(shí)系統(tǒng)發(fā)送的汽車(chē)動(dòng)力學(xué)信號(hào)和環(huán)境感知信號(hào)，并向駕駛模擬器發(fā)送控制指令，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)垂直泊車(chē)的硬件在環(huán)。

圖4 工作原理

5 結(jié)論

本文根據(jù)將自動(dòng)垂直泊車(chē)控制策略及算法通過(guò)Simulink建模、與Carsim 聯(lián)合仿真并加載到ADAS 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，從理論上驗(yàn)證了方案的可行性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明可實(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)，為設(shè)計(jì)“自動(dòng)垂直泊車(chē)”控制器提供參考依據(jù)。