基于微分平坦与样条理论的自主泊车轨迹规划研究

自主泊车技术是目前智能车辆技术应用研究的一个热点问题,轨迹规划是其中的一项关键技术,它也是本文的主要研究内容,即基于微分平坦理论与样条理论相结合的轨迹规划。本文重点研究了自主车运动学、动力学的平坦属性判定,以及平坦输出参数化的求解问题,并将该轨迹规划方法应用于自主泊车系统,较好地解决了自主泊车的轨迹规划问题。 自主车系统是一个受非完整性约束的非线性系统,所以自主车的轨迹规划在满足避碰约束的同时还要满足非完整性、动力学等相关约束要求。作为系统的一种固有属性,微分平坦可以用来较好地解决非完整性约束系统的轨迹规划问题。它将系统的输入和状态映射到输出空间,在输出空间中进行轨迹规划。一方面降低了问题求解的难度,更重要的是能够保证生成的轨迹是可执行的。本文主要研究成果有: 对自主泊车系统的研究现状进行综述,分析了规划和控制的关系,阐明了路径规划和轨迹规划的区别,对自主泊车系统轨迹规划的难点进行分析。 对微分平坦的概念、性质做以介绍,结合样条理论,提出了一种基于B样条的平坦输出参数化的计算方法,通过仿真实验,验证了生成的轨迹能够满足非完整性约束及动力学约束要求。 分析了自主车的主要特点,即非完整性和微分平坦特性,针对自主车的简化运动学、动力学模型,分别运用直接法和动态反馈线性化两种方法来判定模型的平坦属性,并确定平坦输出。 分析泊车环境的基础上,给出了一种平行泊车避碰约束空间生成方法。在此无碰撞约束空间内,利用基于微分平坦和样条理论的轨迹规划生成方法,可以生成一条满足系统运动学、动力学约束的可行泊车轨迹。 实车实验表明,该方法生成的轨迹在满足约束条件的同时能够有效地实现避障,克服了泊车过程中的停顿转向问题,较好地解决了自主泊车的轨迹规划问题。