基于运动学模型的平行泊车轨迹规划研究

雷 超

(华南理工大学机械与汽车工程学院,广东 广州 510640)

作者简介：雷超(1996—)，男，硕士研究生，主要研究方向为自动泊车关键技术，lc_scut@163.com.

摘要：针对目前平行泊车路径规划存在的曲率突变和曲率变化波动问题，提出了一种基于车辆运动学模型的平行泊车轨迹规划方法，首先研究了平行泊车转角和速度随时间的变化曲线，然后将所设计的转角和速度输入车辆运动学模型得到一系列泊车轨迹，最后建立了优化目标函数，并从一系列泊车轨迹中得到一条最优轨迹。利用MATLAB进行仿真验证，仿真结果表明，通过该方法规划得到的泊车轨迹曲率连续、曲率变化平顺。

关键词：运动学模型；平行泊车；轨迹规划；仿真分析

中图分类号：U461.6      文献标识码：A      文章编号：2095-509X(2021)06-0056-05

自动泊车系统关键技术主要包括车辆定位、车位检测、轨迹规划和轨迹跟踪。本文主要针对自动平行泊车轨迹规划进行研究。文献^［1］采用圆弧-直线组合的方法设计了狭小空间的泊车路径，该泊车路径存在曲率突变，跟踪过程中需要停车转向；文献^{［2］、［3］}采用反正切函数设计泊车路径，解决了原地转向问题，但由于曲线变化不灵活，需要较大车位空间。文献^［4］为解决平行泊车两段圆弧路径曲率不连续的问题，在圆弧路径两端使用回旋曲线进行过渡连接使得曲率连续变化；文献^{［5］、［6］}和^［7］分别使用贝塞尔曲线、五次多项式曲线和sigmoid曲线设计了曲率平滑的泊车路径，但这些曲线缺乏灵活性，为了满足避碰要求需要较大车位空间；文献^［8］采用B样条曲线并考虑避碰约束、转向性能约束等设计了曲率连续的泊车路径，但是曲率变化不够平缓。

为此，本文提出了一种基于车辆运动学模型的泊车轨迹规划方法，通过该方法规划得到的泊车路径优点在于路径曲率连续且变化平顺。

1 车辆运动学模型的建立

建立一个合理有效的车辆模型是进行轨迹规划和轨迹跟踪控制的前提，文献^［9］中使用的是一种经典的车辆运动学模型，其可以很好地模拟车辆低速行驶的运动状态，如式（1）所示：