王永勝，羅禹貢，古諺諶，陳 銳，齊蘊(yùn)龍，江發(fā)潮

(1. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，北京 100083；2. 清華大學(xué)，汽車安全與節(jié)能國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100084)

前言

自主泊車系統(tǒng)在無需駕駛員操作或監(jiān)督的情況下，可對(duì)車輛完全接管，控制車輛完成自主導(dǎo)航與自動(dòng)泊車過程。自主泊車系統(tǒng)也可稱為自動(dòng)代客泊車(automated valet parking，AVP)系統(tǒng)[1]，它作為 L4級(jí)自動(dòng)駕駛低速場(chǎng)景下的典型應(yīng)用，目前正成為產(chǎn)業(yè)界與學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)[2－3]。自主泊車與自動(dòng)充電功能的結(jié)合，將是未來智能交通系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)之一[4－6]。SAE International 發(fā)布的電動(dòng)汽車無線充電標(biāo)準(zhǔn)J2954 指出:WPT(wireless power transfer)在結(jié)合自動(dòng)泊車與自動(dòng)充電方面為自動(dòng)駕駛提供了附加優(yōu)勢(shì)[6]。然而，接觸式自動(dòng)充電(如自動(dòng)充電機(jī)械臂)需要車輛較為精確地停在指定區(qū)域，而非接觸式自動(dòng)充電(如無線充電)的效率與充電裝置的對(duì)接位置直接相關(guān)，較大的縱橫向位置偏差將嚴(yán)重降低充電效率[7－8]，因此有必要開展自主泊車與自動(dòng)充電系統(tǒng)精準(zhǔn)對(duì)接方面的研究。

目前，自動(dòng)泊車方法的研究多以提高泊車過程中的控制精度為目標(biāo)，在保證不侵入其他車位的同時(shí)準(zhǔn)確入庫。文獻(xiàn)[9]～文獻(xiàn)[11]中針對(duì)初始階段或泊車過程中車輛偏離參考路徑的問題，利用多段泊車路徑規(guī)劃，通過前后多次往復(fù)運(yùn)動(dòng)將車輛調(diào)整至參考路徑。文獻(xiàn)[12]～文獻(xiàn)[14]中利用先進(jìn)的預(yù)瞄方法與控制方法，提高了泊車的路徑跟蹤控制精度。但現(xiàn)有的研究并未關(guān)注泊車完成之后，車輛停止位置的偏差是否達(dá)到了需求精度，在未達(dá)到需求精度時(shí)如何降低該偏差。而解決此問題對(duì)保證自動(dòng)充電系統(tǒng)的良好工作至關(guān)重要。

為滿足智能電動(dòng)車輛在自動(dòng)充電時(shí)，充電裝置對(duì)對(duì)接位置準(zhǔn)確性的高要求，本文中提出為自主泊車加入精準(zhǔn)調(diào)節(jié)功能，并相應(yīng)提出了基于“前進(jìn)方向偏差與倒車橫向位置偏差(forward orientation and reverse lateral position deviations，F(xiàn)ORLPD)”的精準(zhǔn)調(diào)節(jié)策略。首先，通過基于預(yù)瞄視角的兩點(diǎn)匹配和基于預(yù)瞄前視點(diǎn)匹配的雙向檢索策略，解決了單點(diǎn)預(yù)瞄方法在大曲率路徑下，檢索預(yù)瞄參考點(diǎn)時(shí)可能存在的檢索異常點(diǎn)與檢索失效問題。然后，基于FORLPD 精準(zhǔn)調(diào)節(jié)策略，通過車輛前進(jìn)運(yùn)動(dòng)過程中的航向角偏差、倒車運(yùn)動(dòng)過程中的橫向位置偏差，在車位寬度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)小角度的轉(zhuǎn)向控制，保證了自主泊車完成時(shí)自動(dòng)充電裝置的對(duì)接精度與對(duì)接成功率。

1 自主泊車架構(gòu)設(shè)計(jì)

本文提出的自主泊車系統(tǒng)架構(gòu)如圖1 所示，主要包含停車場(chǎng)拓?fù)涞貓D、自主泊車路徑規(guī)劃和決策控制3 大關(guān)鍵模塊。停車場(chǎng)拓?fù)涞貓D為路徑規(guī)劃提供可充電車位的幾何參數(shù)、高精度道路節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)與節(jié)點(diǎn)之間的拓?fù)潢P(guān)系。路徑規(guī)劃模塊則基于地圖與自車定位信息，規(guī)劃出車輛當(dāng)前位置到指定車位的完整自主泊車路徑。自主泊車決策控制模塊通過分層調(diào)用相關(guān)子單元，計(jì)算當(dāng)前功能下的轉(zhuǎn)向、擋位、驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)控制指令，進(jìn)而由車輛的控制執(zhí)行單元接收并執(zhí)行，最終實(shí)現(xiàn)自主泊車。

為保證自動(dòng)充電裝置的精準(zhǔn)對(duì)接，本文中為自主泊車擴(kuò)展了精準(zhǔn)調(diào)節(jié)功能，如圖2 所示。車輛運(yùn)行模式被劃分為8 個(gè)階段，分別以S1 ～S8 表示。其中，常規(guī)的自主泊車流程為S1 ～S4 階段，精準(zhǔn)調(diào)節(jié)流程為S5～S8 階段。在泊車停止(S4)階段后，若車輛橫、縱向偏差滿足了自動(dòng)充電所需的精度要求，則系統(tǒng)終止；否則啟動(dòng)精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，通過前進(jìn)方向與倒車方向的車輛運(yùn)動(dòng)控制，利用有限次數(shù)的精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，保證自動(dòng)充電裝置的對(duì)接精度與對(duì)接成功率。

為擴(kuò)展精準(zhǔn)調(diào)節(jié)功能，本文中將圖1 中的自主泊車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)為分層共用的架構(gòu)形式。系統(tǒng)首先依據(jù)參考路徑與自車定位信息決策車輛運(yùn)行模式，進(jìn)而根據(jù)當(dāng)前車輛運(yùn)行模式(如S3)，分別調(diào)用并組合分層系統(tǒng)中預(yù)瞄單元、橫向控制單元、縱向控制單元的相關(guān)子單元(如圖 1 中的 Y1、H2、Z1、Z2 和Z3)，以實(shí)現(xiàn)當(dāng)前模式下的具體功能。

2 基于預(yù)瞄視角的單點(diǎn)預(yù)瞄方法

單點(diǎn)預(yù)瞄方法作為路徑跟蹤的基礎(chǔ)，應(yīng)用于自主泊車的S1 和S3 階段。雖然在小曲率路徑下，單點(diǎn)預(yù)瞄方法[15－16]能夠求得合理的預(yù)瞄參考點(diǎn)，但應(yīng)用于停車場(chǎng)內(nèi)的大曲率路徑時(shí)可能存在預(yù)瞄參考點(diǎn)求解不合理，甚至無法求解的特殊情況。因此本文在單點(diǎn)預(yù)瞄方法的基礎(chǔ)上引入了預(yù)瞄視角，確保在特殊情況下仍能求解合理的預(yù)瞄參考點(diǎn)，進(jìn)而得到橫向位置偏差與航向角偏差。

2.1 基于預(yù)瞄視角的單點(diǎn)預(yù)瞄模型

首先，對(duì)基于預(yù)瞄視角的單點(diǎn)預(yù)瞄模型做以下定義，如圖3 所示。

圖2 自主泊車與精準(zhǔn)調(diào)節(jié)流程

圖3 基于預(yù)瞄視角的單點(diǎn)預(yù)瞄模型

定義全局坐標(biāo)系為XOY，車輛坐標(biāo)系為xoy，將后軸中心o作為自車參考點(diǎn)。參考路徑的離散描述形式為(X，Y，Ψ，κ，S，N)，分別表示橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)、路徑航向角、路徑曲率、累積長(zhǎng)度(從路徑起始點(diǎn)至當(dāng)前點(diǎn))和路點(diǎn)序號(hào)，其中路徑航向角定義為沿當(dāng)前可行駛方向的路點(diǎn)切線方向與X軸正方向之間的夾角，范圍為[0，2π)。預(yù)瞄參考點(diǎn)P為(XP，YP，ΨP，κP，SP，NP)，點(diǎn)SP為參考路徑上距離點(diǎn)o最近的點(diǎn)，最小距離為dmin。LP為從點(diǎn)o沿x軸方向的預(yù)瞄距離，θP為預(yù)瞄視角，PV、PL與PR分別為預(yù)瞄前視點(diǎn)、預(yù)瞄左極限點(diǎn)和預(yù)瞄右極限點(diǎn)。Δy和Δψ分別為預(yù)瞄參考點(diǎn)相對(duì)自車參考點(diǎn)o的橫向位置偏差與航向角偏差。當(dāng)車輛倒車運(yùn)動(dòng)時(shí)，預(yù)瞄范圍與相關(guān)點(diǎn)沿車輛坐標(biāo)系x軸的負(fù)方向表示。

基于以上定義，可通過預(yù)瞄視角θP與預(yù)瞄距離LP限制預(yù)瞄的范圍，如圖3 中的陰影區(qū)域所示，即

式中:Lub為預(yù)瞄距離上界；Llb為預(yù)瞄距離下界；v為車速；tp為預(yù)瞄時(shí)間；LPL為點(diǎn) PV到 PL的長(zhǎng)度；LPR為點(diǎn)PV到PR的長(zhǎng)度。

然后通過路點(diǎn)檢索與插值求解得到預(yù)瞄參考點(diǎn)P，將全局坐標(biāo)系下的P點(diǎn)位姿[XP，YP，ΨP]，經(jīng)過旋轉(zhuǎn)與平移，轉(zhuǎn)化為車輛坐標(biāo)系xoy下的P點(diǎn)位姿[xP，yP，ψP]，即

式中:XV為全局坐標(biāo)系下自車參考點(diǎn)的X坐標(biāo)；YV為全局坐標(biāo)系下自車參考點(diǎn)的Y坐標(biāo)；ΨV為全局坐標(biāo)系下車輛的航向角，范圍為[0，2π)。

結(jié)合圖3 中的幾何關(guān)系，可知:

最后，可得到用于車輛橫向控制的Δy與Δψ，其解析式為

2.2 特殊情況分析

單點(diǎn)預(yù)瞄方法在大曲率路徑下，檢索預(yù)瞄參考點(diǎn)時(shí)可能存在檢索異常點(diǎn)與檢索失效的問題，如圖4 所示，圖中Pe點(diǎn)為檢索異常點(diǎn)。因此，提出基于預(yù)瞄視角的兩點(diǎn)匹配方法解決該問題。首先利用預(yù)瞄極限點(diǎn)PL與PR匹配距離路徑的最近點(diǎn)Prl與Prr，如式(8)所示；然后將兩者對(duì)應(yīng)的路點(diǎn)序號(hào)Nrl、Nrr與上一時(shí)刻的預(yù)瞄參考點(diǎn)的路點(diǎn)序號(hào)NP，k－1進(jìn)行比較，選取路點(diǎn)序列最大的點(diǎn)作為當(dāng)前時(shí)刻的預(yù)瞄參考點(diǎn)，如式(9)所示，以避免預(yù)瞄參考點(diǎn)前后跳變。

圖4 檢索時(shí)的異常點(diǎn)與失效情況

同時(shí)，以路點(diǎn)表示的參考路徑在預(yù)瞄參考點(diǎn)檢索時(shí)，現(xiàn)有算法通常從SP點(diǎn)開始檢索，直至找到預(yù)瞄參考點(diǎn)。但對(duì)于僅由兩點(diǎn)描述的直線路段，存在SP點(diǎn)在預(yù)瞄參考點(diǎn)P之前的情況，單一的前向檢索將導(dǎo)致檢索失效。而對(duì)于路點(diǎn)稠密的曲線路段，SP點(diǎn)至P點(diǎn)之間的檢索范圍較大，會(huì)產(chǎn)生過多的無效運(yùn)算。因此，針對(duì)該問題，本文中使用預(yù)瞄前視點(diǎn)PV匹配最近路點(diǎn)作為起始檢索點(diǎn)SCP，如圖5 所示，在比較車輛坐標(biāo)系下的SCP點(diǎn)橫坐標(biāo)xSCP與LP之間的數(shù)值大小后，再?zèng)Q定檢索方向。

圖5 基于SCP 點(diǎn)匹配的雙向檢索示意圖

最后，預(yù)瞄參考點(diǎn)的檢索求解流程如圖6 所示。首先在預(yù)瞄參考點(diǎn)檢索階段確定檢索方向，然后找到預(yù)瞄參考點(diǎn)所在的前后路點(diǎn)Pi與Pj，最后在滿足預(yù)瞄視角的情況下，通過線性插值求解的交點(diǎn)，獲得預(yù)瞄參考點(diǎn)P，否則利用基于預(yù)瞄視角的兩點(diǎn)匹配方法得到預(yù)瞄參考點(diǎn)P。圖中，xSCP為SCP點(diǎn)在車輛坐標(biāo)系下的橫坐標(biāo)；NSCP為SCP點(diǎn)的路點(diǎn)序號(hào)；Ne為參考路徑末點(diǎn)的路點(diǎn)序號(hào)；ncr為參考的檢索點(diǎn)數(shù)量；nc為實(shí)際的檢索點(diǎn)數(shù)量；(xi，yi)為路點(diǎn)Pi的坐標(biāo)；(xj，yj)為路點(diǎn)Pj的坐標(biāo)。

3 自主泊車精準(zhǔn)調(diào)節(jié)策略

車輛位姿的準(zhǔn)確測(cè)量與估計(jì)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的精準(zhǔn)響應(yīng)是實(shí)現(xiàn)自主泊車精準(zhǔn)調(diào)節(jié)的前提。傳統(tǒng)的自動(dòng)泊車因受到傳感器精度限制，需考慮車輛相對(duì)位姿的測(cè)量與估計(jì)方法；而自主泊車可以利用高精度地圖與定位獲得滿意的測(cè)量精度，因此本文對(duì)自主泊車的精準(zhǔn)調(diào)節(jié)方法進(jìn)行研究，以提高自動(dòng)充電系統(tǒng)的對(duì)接精度與對(duì)接成功率。

考慮車位空間對(duì)精準(zhǔn)調(diào)節(jié)的約束，將所提的FORLPD 精準(zhǔn)調(diào)節(jié)策略應(yīng)用于如圖2 所示的S5 ～S8階段。該策略利用前進(jìn)運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)、倒車運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)與精準(zhǔn)停車3 個(gè)主要環(huán)節(jié)，在車位寬度范圍內(nèi)，調(diào)整車輛泊車入位完成后的車輛停止位置偏差。

首先，前進(jìn)運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)僅對(duì)航向角偏差進(jìn)行控制，為倒車運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)提供較好的車輛初始姿態(tài)，如圖7(a)所示。然后，倒車運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)僅對(duì)橫向位置偏差進(jìn)行控制，保證車輛的橫向位置精度，如圖7(b)所示。橫向控制采用了基于單點(diǎn)追蹤的預(yù)瞄方法，將預(yù)瞄參考點(diǎn)固定為參考路徑的末點(diǎn)。根據(jù)車位坐標(biāo)系XPSOPSYPS下P點(diǎn)的位置和方向，將其轉(zhuǎn)換至全局坐標(biāo)系中，利用式(4)～式(7)求解Δy與Δψ，用于精準(zhǔn)調(diào)節(jié)的橫向控制。

圖6 基于預(yù)瞄視角的預(yù)瞄參考點(diǎn)求解流程圖

圖7 FORLPD 精準(zhǔn)調(diào)節(jié)策略示意圖

精準(zhǔn)停車控制根據(jù)制動(dòng)距離調(diào)整車輛的縱向位置偏差。其中停車距離的指標(biāo)選取尤為關(guān)鍵，如圖8 所示，o為自車參考點(diǎn)位置，xgogyg為參考路徑末點(diǎn)的坐標(biāo)系，(xpg，ypg)為路徑末點(diǎn)坐標(biāo)系下自車的坐標(biāo)，dpg為自車至路徑末點(diǎn)的歐式距離，Spg為自車至路徑末點(diǎn)的剩余里程，Rc為開始檢測(cè)制動(dòng)距離的半徑范圍。

圖8 停車距離判定指標(biāo)

若僅使用歐式距離dpg，在直線參考路徑下可能導(dǎo)致制動(dòng)時(shí)機(jī)滯后，而在曲線參考路徑下會(huì)使制動(dòng)時(shí)機(jī)提前；若僅使用剩余里程Spg，則在路點(diǎn)稀疏的參考路徑下會(huì)導(dǎo)致里程跳變；若僅使用xpg，在直線參考路徑下精確，但對(duì)曲線參考路徑不適用。因此，依據(jù)實(shí)際情況選擇合理的停車距離指標(biāo)才能獲得理想的制動(dòng)啟動(dòng)時(shí)機(jī)，實(shí)現(xiàn)縱向停車精度的有效調(diào)節(jié)，圖8 中的判定指標(biāo)通過式(10)～式(12)計(jì)算。本文中僅研究垂直泊車的情況，精準(zhǔn)停車階段的參考路徑為直線，因此選用xpg作為停車距離指標(biāo)。

式中:(Xg，Yg)為全局坐標(biāo)系下路徑末點(diǎn)坐標(biāo)；Ψg為全局坐標(biāo)系下路徑末點(diǎn)的航向角；NV為距離車輛參考點(diǎn)最近的路點(diǎn)序號(hào)；Ng為路徑末點(diǎn)的序號(hào)。

4 實(shí)車試驗(yàn)

4.1 軟硬件平臺(tái)

為驗(yàn)證自主泊車精準(zhǔn)調(diào)節(jié)策略的有效性，結(jié)合本文的理論方法設(shè)計(jì)了自主泊車控制系統(tǒng)，系統(tǒng)框圖如圖9 所示。該系統(tǒng)由車輛運(yùn)行模式?jīng)Q策模塊根據(jù)xpg、Spg和dpg判斷當(dāng)前車輛運(yùn)行模式；預(yù)瞄單元、橫向控制單元與縱向控制單元依據(jù)運(yùn)行模式激活對(duì)應(yīng)模塊；其中，不同模式下橫向控制器的轉(zhuǎn)向角速度約束不同，縱向控制單元需要的部分反饋信號(hào)是指與縱向控制相關(guān)的信號(hào)，如輪缸壓力。橫向位置偏差控制器與航向角偏差控制器均采用PD 控制，縱向車速采用基于規(guī)則的控制。

圖9 自主泊車控制系統(tǒng)框圖

首先基于圖9 所示的軟件系統(tǒng)框圖，在Matlab/Simulink 環(huán)境下搭建自主泊車系統(tǒng)的軟件模型，并將模型編譯下載至MicroAutoBox 作為自主泊車控制器，試驗(yàn)時(shí)通過ControlDesk 實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能。然后搭建如圖10 所示的實(shí)車驗(yàn)證平臺(tái)，該平臺(tái)在北汽新能源EU260 車型的基礎(chǔ)上，通過改造具備了線控轉(zhuǎn)向、驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)能力。采用具有厘米級(jí)定位精度的RTK 定位方式，車端配置聯(lián)適R60S－U 接收機(jī)與雙衛(wèi)星天線，地面搭建聯(lián)適R30S 基站與電臺(tái)。車輛同時(shí)配備了SICK 單線激光雷達(dá)、MicroAutoBox(ds1401)、CAN case 和監(jiān)控平臺(tái)。試驗(yàn)場(chǎng)地為GPS 信號(hào)良好的室外停車場(chǎng)，如圖11 所示。

圖10 實(shí)車試驗(yàn)平臺(tái)

圖11 室外停車場(chǎng)

EU260 電動(dòng)汽車相關(guān)參數(shù)如表1 所示，實(shí)車試驗(yàn)時(shí)的預(yù)瞄參數(shù)如表2 所示。

表1 車輛相關(guān)參數(shù)

表2 預(yù)瞄模型參數(shù)

4.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)

針對(duì)精準(zhǔn)停車階段的車輛停止位姿精度，設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)。首先，建立精準(zhǔn)調(diào)節(jié)參考路徑末點(diǎn)的坐標(biāo)系，評(píng)價(jià)指標(biāo)定義為Δxs、Δys，分別表示車輛停止位置的縱向、橫向偏差，如圖12(a)所示。然后，定義泊車入位、第1 次精準(zhǔn)調(diào)節(jié)、第2 次精準(zhǔn)調(diào)節(jié)之后的精準(zhǔn)停車評(píng)價(jià)指標(biāo)，分別為 Δxs1、Δys1、Δxs2、Δys2、Δxs3、Δys3，且將縱橫向偏差處于－0.15～0.15 m 范圍內(nèi)定義為精準(zhǔn)泊車。最后定義自主泊車過程中的評(píng)價(jià)指標(biāo)，如圖12(b)所示，通過匹配距離車輛后軸中心的最近路點(diǎn)，建立路點(diǎn)坐標(biāo)系xroryr，車輛后軸中心在路點(diǎn)坐標(biāo)系下的橫坐標(biāo)和航向角分別定義為泊車過程中的橫向偏差Δyr與航向角偏差Δψr。

圖12 評(píng)價(jià)指標(biāo)的定義

4.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

針對(duì)停車場(chǎng)內(nèi)的不同車位進(jìn)行了11 次自主泊車實(shí)車試驗(yàn)，整體的軌跡情況如圖13 所示，包含了C 型與人字型垂直泊車，以及左側(cè)與右側(cè)泊車的情況。

圖13 自主泊車實(shí)車試驗(yàn)結(jié)果

為驗(yàn)證系統(tǒng)架構(gòu)的合理性與系統(tǒng)工作流程的可行性，對(duì)5 號(hào)車位的自主泊車與精準(zhǔn)調(diào)節(jié)過程進(jìn)行分析。圖14 描述了車輛的位姿軌跡，可以看出所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能夠完整實(shí)現(xiàn)自主泊車與精準(zhǔn)調(diào)節(jié)過程，但由于初始時(shí)車輛的位姿偏差較大，因此在前進(jìn)路徑跟蹤階段車輛的跟蹤誤差較大。由圖中放大處可知，經(jīng)過一次精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，車輛的橫向位置偏差明顯減小。

圖14 5 號(hào)車位的自主泊車軌跡

圖15 描述了全局坐標(biāo)系下，車輛的縱橫向位置與車身姿態(tài)隨時(shí)間t的動(dòng)態(tài)變化情況。S1 ～S8分別對(duì)應(yīng)圖2 中的不同階段。圖16 描述了轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角控制指令δ與車速v隨時(shí)間的變化情況，可以看出在S1 階段，通過較大的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角調(diào)節(jié)車輛橫向位置偏差，并最終趨于穩(wěn)定；在精準(zhǔn)調(diào)節(jié)階段，結(jié)合圖15 可以看出，此時(shí)車輛的縱向坐標(biāo)和航向角變化較小，通過小角度的轉(zhuǎn)向控制，能夠使車輛在狹小的車位空間中調(diào)整位姿。速度控制方面，在S1 階段距終點(diǎn)15 m 范圍內(nèi)，車輛開始以1 m/s的參考車速降速運(yùn)行，但速度控制的波動(dòng)較大。在S3 ～S8 階段，車輛的行駛路徑長(zhǎng)度較短，以起步與制動(dòng)過程為主，不易保持勻速，因此穩(wěn)定的低速控制方法有待提高。

圖15 車輛動(dòng)態(tài)軌跡變化

圖16 轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角控制指令與車速控制變化

圖17 描述了車輛橫向位置偏差Δyr與航向角偏差Δψr的變化情況，在S1 階段，橫向位置偏差與航向偏差分別達(dá)到了－0.58 m 與0.325 rad，導(dǎo)致車輛的控制效果并不理想，但最終在S2 階段收斂。泊車入位階段橫向位置偏差從－0.27 收斂至0.16 m，并經(jīng)過精準(zhǔn)調(diào)節(jié)后達(dá)到0.10 m；航向偏差最大達(dá)－0.173 rad，并最終收斂至0.037 rad，表明泊車控制與精準(zhǔn)調(diào)節(jié)橫向控制效果良好。圖中S2 階段模式發(fā)生切換，使得偏差輸出跳變?yōu)?，同時(shí)因參考路徑發(fā)生切換，導(dǎo)致模式切換后的偏差值存在稍許差異；S4 過渡至S5 時(shí)也存在相同情況。

圖17 自車的橫向位置偏差與航向角偏差

4.4 統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析

為說明所提精準(zhǔn)調(diào)節(jié)策略應(yīng)用于不同車位的有效性，基于4.1 節(jié)中提出的評(píng)價(jià)指標(biāo)，將11 次不同車位的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了橫向?qū)Ρ?，不同車位試?yàn)時(shí)的精準(zhǔn)調(diào)節(jié)次數(shù)如表3 所示?？梢钥闯銎渲形从|發(fā)精準(zhǔn)調(diào)節(jié)模式，在泊車入位階段直接達(dá)到泊車精度的次數(shù)僅占55%，因此有必要加入精準(zhǔn)調(diào)節(jié)功能。

表3 精準(zhǔn)調(diào)節(jié)次數(shù)統(tǒng)計(jì)

圖18 描述了縱向位置偏差的變化情況，通過精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，縱向的精度均控制在0.15 m 的精準(zhǔn)范圍內(nèi)。但對(duì)于初始縱向精度較好的試驗(yàn)，存在縱向偏差稍許增大的情況，原因在于精準(zhǔn)停車在勻速的假設(shè)條件下依據(jù)距離判斷，但實(shí)際當(dāng)中難以實(shí)現(xiàn)極低速下的勻速控制，故進(jìn)入制動(dòng)的速度有所不同，導(dǎo)致高精度制動(dòng)距離不易保證。

圖18 精準(zhǔn)停車后的縱向位置偏差變化

圖19 描述了橫向位置偏差的變化情況，通過精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，該偏差均控制在0.15 m 范圍內(nèi)，且多次調(diào)節(jié)后的精度更高，說明FORLPD 精準(zhǔn)調(diào)節(jié)策略對(duì)橫向位置偏差具有良好的調(diào)節(jié)作用。

圖19 精準(zhǔn)停車后的橫向位置偏差變化

由圖18 和圖19 可以看出，通過精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，全部試驗(yàn)均實(shí)現(xiàn)了偏差在0.15 m 范圍內(nèi)的精準(zhǔn)泊車，有效保證了自動(dòng)充電裝置的對(duì)接精度與對(duì)接成功率。為量化試驗(yàn)指標(biāo)，對(duì)表3 中觸發(fā)了精準(zhǔn)調(diào)節(jié)的5 次試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)對(duì)比，如表4 所示。精準(zhǔn)調(diào)節(jié)后的縱橫向位置偏差值相比調(diào)節(jié)前的偏差值在最大數(shù)值MAX、最小數(shù)值MIN、均方根值RMS 和總體標(biāo)準(zhǔn)差σ4 個(gè)方面均有所降低。其中，縱向位置偏差的RMS 從0.13 降至0.09 m，減小了 30.8%；橫向位置偏差的 RMS 從0.18 降至0.11 m，減小了38.9%?？梢钥闯鱿啾瘸Ｒ?guī)自主泊車，在加入精準(zhǔn)調(diào)節(jié)功能后，車輛的泊車停止位置偏差能夠得到有效降低，使其達(dá)到精度要求。此外，縱向位置偏差的總體標(biāo)準(zhǔn)差σ從0.05 降至0.02 m；橫向位置偏差的總體標(biāo)準(zhǔn)差也從0.05 降至0.02 m，說明了偏差的離散程度均有所降低，精準(zhǔn)調(diào)節(jié)的效果穩(wěn)定。

表4 泊車入位與精準(zhǔn)調(diào)節(jié)的偏差對(duì)比

5 結(jié)論

針對(duì)自主泊車結(jié)合自動(dòng)充電時(shí)，面臨自動(dòng)充電裝置對(duì)對(duì)接裝置精度的高要求，本文中為自主泊車加入了精準(zhǔn)調(diào)節(jié)功能，并提出了FORLPD 精準(zhǔn)調(diào)節(jié)策略。相比常規(guī)自主泊車，在加入精準(zhǔn)調(diào)節(jié)功能后，車輛的泊車停止位置偏差得到有效且穩(wěn)定地降低。

在單點(diǎn)預(yù)瞄方法的基礎(chǔ)上，分析了大曲率路徑下，檢索預(yù)瞄參考點(diǎn)時(shí)可能出現(xiàn)的異常點(diǎn)與失效情況，通過基于預(yù)瞄視角的兩點(diǎn)匹配與基于預(yù)瞄前視點(diǎn)的雙向檢索解決了該問題，提高了預(yù)瞄算法的完備性。