【汽车垂直泊车轨迹规划的案例分析2600字】

汽车垂直泊车轨迹规划的案例分析目录TOC\o"1-3"\h\u16811汽车垂直泊车轨迹规划的案例分析 141901.1垂直泊车场景模型搭建 1293161.2垂直泊车约束分析 2309161.3垂直泊车轨迹生成 4229411.4垂直泊车轨迹规划仿真 91.1垂直泊车场景模型搭建本文中垂直泊车场景简化模型如图2-15所示，以车库左下角顶点为坐标原点建立坐标系O-XY，其中A、B、C、D为车辆轮廓四个顶点，WA、HP、WP分别为道路宽度、车位宽度、车位长度，虚线与实线之间的距离为本文设定的安全距离ε。图2-15垂直泊车场景模型根据车库建筑设计规范JGJ100-2015，对平行泊车车位设定：车库长度Hp不得小于1.4m，车库宽度Wp不得小于5.3m，道路宽度WA最小宽度为5.5m。1.2垂直泊车约束分析垂直泊车过程中，车辆可能会发生碰撞的情况如图2-16所示:1)如图2-16（a）所示，为了避免车辆轮廓左前顶点A点与道路边界发生碰撞，泊车过程中A点的纵坐标值应小于道路边界的纵坐标值，由此可得：（2-23）2)如图2-16（b）所示，为了避免车辆轮廓右后顶点C点与车库右上顶点发生碰撞，泊车过程中当C点的横坐标值等于车库右上顶点的横坐标值时，C点的纵坐标值应大于车库右上顶点的纵坐标值，由此可得：（2-24）3)如图2-16（c）所示，为了避免车辆轮廓左后顶点D点与车库左边界发生碰撞，泊车过程中当D点进行车库内时，D点的横坐标值应大于车库左边界的横坐标值，由此可得：（2-25）4)如图2-16（d）所示，为了避免车辆轮廓右前顶点B点与车库右边界发生碰撞，泊车过程中当B点进行车库内时，B点的横坐标值应小于车库右边界的横坐标值，由此可得：（2-26）5)除了需要满足上述避碰约束，在泊车过程中还需要满足车辆转向性能约束，即车辆转角应小于车辆最大转角值：（2-27）a)车辆与道路边界发生碰撞b)车辆与车库右上顶点发生碰撞c)车辆与车位左边界发生碰撞d)车辆与车库右边界发生碰撞图2-16垂直泊车车辆碰撞分析1.3垂直泊车轨迹生成与平行泊车轨迹规划相类似，在进行垂直泊车轨迹规划时也是先规划出一条从高约束区的车位内部驶出至低约束区的车库外部这样一条泊车轨迹，如图2-17所示，本文垂直泊车轨迹规划的后轴中点起始点为图中的M1，该位置也是最终车辆在车库内的停放点，M1点的坐标为，当车库参数确定时，M1点位置就随之确定。图2-17垂直泊车轨迹规划起始点由泊车经验可知，对于垂直泊车，当车辆从车库内部向车库外部驶出时，如图2-18所示，该过程对应的车辆转角和速度大致趋势应如图2-19和2-20所示。当δ1、t1、t2和Vmax取不同值时，所对应的转角和速度随时间变化历程就会不同，那么车辆运动的轨迹也会随之发生改变。本文逆向垂直泊车轨迹规划过程为：首先，轨迹规划起始点为图2-18中的M1点，M1的状态为为，在M1点时车辆的速度、等效前轮转角为0，航向角均为π/2，在下一时刻，车辆速度从0以定加速度a加速至本文设定的泊车过程中的最大车速Vmax，随后保持速度Vmax行驶，最后同样以定加速度值-a减速至0，此时的车辆后轴中点为M5点。而同时转角变化为：一开始保持转角为0不变行驶一段时间t1，如图2-18和图2-19中的M1M2段所示，M1M2段为直线段，由于起点M1点位置已知，故M2点的横坐标值和航向角已知，根据t1时间段内的车辆的速度值，通过积分即可确定图2-18中M1M2段上所有点的位置，其中M2点位置为：（2-28）当车辆后轴中点运动至M2点之后，前轮等效转角值以变化率从0变化至-δ1，如图2-18和图2-19中的M2M3段所示，M2M3段为过渡段，连接M1M2的直线段和M3M4的圆弧段，从而保证该段路径曲率不会发生突变；当车辆后轴中点运动至M3点之后，保持当前前轮等效转角值-δ1不变继续行驶一段时间t2，如图2-18和图2-19中的M3M4段所示，M3M4段为圆弧段，路径曲率保持不变；当车辆后轴中点运动至M4点之后，前轮等效转角值以变化率从-δ1变化至0，此时车辆后轴中点所处位置为M5点，即为本文所规划的逆垂直泊车路径终点，也是实际泊车路径中的起点位置，如图2-18和图2-19中的M4M5段所示。由于起点M2点位置可以通过式（2-28）求得，根据M2M3段所对应的车辆转角和速度值，由车辆运动学方程通过积分即可确定M2M3段上所有点的位置，进而可以依次确定M3M4段和M4M5段上所有点的位置，其中M3点、M4点和M5点的位置为：i=3,4,5（2-29）图2-18垂直泊车轨迹规划过程分析图2-19车辆转角变化趋势图2-20车辆速度变化趋势为简化处理，本文设定泊车过程中前轮转角变化时转角变化率为定值=，且车速变化率a和车速最大值vmax也为定值。则图2-19和图2-20中各段所对应的时间可以表示为：（2-30）在图2-19和图2-20中，当δ1、t1和t2这三个未知变量确定时，图中所示的转角、速度与时间的变化关系就确定了。由式（2-28）和式（2-29）可以递推得到逆泊车轨迹所有点位置，即可得到一条如图2-18中所示的的运动轨迹。给定这三个未知参数一个取值范围，当、和取不同值进行组合时，就可以得到不同的如图2-19和图2-20所示的转角和速度曲线，从而得到不同的泊车路径。综合考虑避碰约束、转向性能约束和几何约束，以终点位置与车库边界的横向偏差、转角δ1（对应轨迹平缓程度）和泊车时间t的加权和的最小化为优化目标，建立式（2-31）所示优化求解函数，通过求解该函数即可得到一条最优的垂直泊车轨迹。（2-31）1.4垂直泊车轨迹规划仿真根据车库建筑设计规范JGJ100-2015将车位尺寸取为1.4×5.3m，道路宽度取为5.5m。车辆仿真参数与平行泊车保持一致，在上述仿真参数下的垂直泊车轨迹规划结果如图2-21所示，图2-21（a）是车辆运动过程中车辆轮廓的位置示意图，从图中可以看出，本文规划的泊车轨迹能够使得车辆安全平顺的从车库外部起始点泊入车库。图2-21（b）是规划的车辆后轴中点泊车路径，泊车起始点坐标为（5.23,7.92），道路中心线的纵坐标为y=8.05，泊车起始点位置与道路中心线纵向距离相差0.13m，可见本文规划的泊车路径起始点是在满足避碰约束下尽可能的靠近道路中心线。图2-21（c）是车辆航向角曲线，从图中可以看出，在泊车起始点处，车辆的航向角为0，而在泊车终点处，车辆的航向角为π/2，符合垂直泊车停放标准。图2-21（d）是泊车路径曲率图，从图中可以看到，当横坐标从1.25变化到1.2的过程中，曲率也从-0.26变化到了0，看似变化较大，实际上是由于车辆在泊入垂直车位时，横坐标在一定时间内变化幅度太小而导致的，图2-21（e）是路径曲率随时间的变化历程，从图中可以看出，曲率是连续变化的，并无突变。图2-21（f）是车辆速度和转角变化曲线图，车辆转角最大值为0.593rad，满足最大转角约束条件，并且在起始点和终点时车轮转角值为0，不需要在车辆泊入车位停止运动时进行车辆回正。由仿真结果可以得出，本文规划的垂直泊车轨迹满足避碰约束和车辆转向性能约束条件，可实现