TELKOM NIKA , Vol.13, No .2, June 20 15 , pp. 539 ~ 5 4 6   ISSN: 1693-6 930,  accredited  A  by DIKTI, De cree No: 58/DIK T I/Kep/2013   DOI :  10.12928/TELKOMNIKA.v13i2.1258        539     Re cei v ed  De cem ber 1, 20 14; Re vised  Ma rch 22, 20 15; Accepted  April 12, 201 Design and Simulation of Small Space Parallel Parking  Fuzzy Controller      Qiulin Sheng* 1 ,   Jie Min 2 , Xing  Zhang 3 , Zheng w e Z h ang 4 , Yi Li 5 , Guang y a Liu 6   Coll eg e of Elec trical an d Elect r onic En gin eer i ng, Hub e i U n iv ersit y  of T e chn o lo g y , W u h an,   430 06 8, Hube i Provinc e , Chin *Corres p o ndi n g  author, em ail :   sql103@ qq.c o m 1 , mj9048 20 557 @16 3 .com 2 ,   64537 151 9 @ qq.com 3 669 03 736 4@q q .com 4 , 1029 5 199 40@ qq.co m 5 , w h lt xz@a li yu n.com 6        A b st r a ct   Based  on the  nonlinearity and time-v ariation of autom atic  parking pat h tracking control system ,   w e  use fu zz y   control th eor ie s and  metho d s  to expl ore  th e  control r u l e s to i m pr ove fu zzy control l ers  a n d   desi gn a n  aut omob ile ste e ri ng contr o ll er. T hen w e  bu i l d  the si mu lati on exp e ri ment  platfor m  of an   auto m o b il e i n   Simuli nk to s i mu late t he r e versin settin g s  of par all e p a rkin g. T h is p aper  ad opts t he  Mamda n i co nt rol rul e s; the  me mbers h ip f unctio n  is  th e  Gauss functi on. T h is  pap e r  verifies th e f u zz y   control l er' s  kin e matic mod e and th e adv an tages of fu zz y  control rul e s. Simulati on res u lts show  that the   desi gn of  the control l er all o w s   t he auto m obil e  to st op  i n to the  park i n g  spac e s m all e r tha n  the  sp ace   obtai ne d by  pl ann ing  pat h, and  auto m atic  parki ng  bec o m es  poss i bl e i n  the  parki ng   plot. T he c ont rol   system is ch aracteri z e by sma ll trackin g   er ror, fast respon se and h i g h  reli abil i ty.    Ke y w ords : Pa ralle l Parki ng, Fu zz y  Co ntrol,  Matlab Si mulat i on       1. Introduc tion  The pu rpo s of this study is to improve t he co ntrol scheme of intell igent automo b iles  so  that in reversi ng the sma r t automobil e  can be more  close to the ideal reversin g trajecto ry and  it  can  stop  into  a sm all pa rki ng spa c e. Thi s  technol ogy  can  ea se traffic p r e s sure  a nd en han ce t h e   safety perfo rmance of vehicle s .Autom atic parkin g  techn o logy is currently on e of the most  popul ar sm art  technolo g y, whi c h ha s attracte d the  attention of man y  resea r che r s. There are two  the mo st  cla s sic ap proa ch es [1] - [2]: (1 By pat pl an ning method,  whi c h previously wa give a   geomet ric  pa th,  com b ined   with  th e car's dynami c  model and   p a rki ng re stri ctions gen erat ion   control st rate gies,thi s  is  a  resea r ch pa th trac king  control of the  vehicle  ba sed on th e visual   environ ment t hat ha bee n  more m a ture  [3]-[4]. (2 ) B a se d o n   skill   acq u isitio n m e thod s,whi c h  by  fuzzy logi c or  neural networks [5 ], learnin g  more  skill e d  peopl e parking tech nolo g y  transferred  to   the autom atic pa rking  co ntrolle r. Thi s  method  is  n o t desi gne referen c e p a th, whi c co n t rol  strategi es wa s impl emente d  to control  the po siti on  a nd o r ientatio n  angle  a c cord ing to the  ca r in  the  pa rki ng. This pap er studie s   fuzzy  lo gic cont ro l m e thod. On  the  basi s  of  prev ious  studi es,  we   will desi gn  a f u zzy controller that  wa opt imized its fuzzy control rul e to control  t he car so  that  it  can a c hi eve a more id eal  control pe rformance, incl udi ng the contro l pre c isio n an d the minimu m   size of parkin g  spa c e s  an d  parki ng time.       2. Kinematic Model of Car Parallel  Parking  2.1. Dete ctio n of Car Par k ing Spaces   Before the  car a u tomatically stoppi ng  into  the pa rking  sp aces,  it must be  detecte d   arou nd the  p a rki ng  spa c e s . The im age  sen s o r  or  ul traso n ic  se nsor is i n stall e d  arou nd  car t o   detect the p a rki ng spa c e s . For exam ple, t he image se nsor p hotograph ed  sce nery aro und,  combi ned  wit h   an  algo rith m, the car  ca n identif y pa rking  sp aces.  The i rre gula r   spa c e s  tuni n g  a s   a rule rectan gular  spa c e s   in Figure 1. If t he parki ng  spa c e i s  larg e enou gh, the parking  spa c e s   will be the parking  space of sm art car.T ables  and Figures are  presented center, as shown  bel o and cite d in the manu scri p t         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          ISSN: 16 93-6 930   TELKOM NIKA   Vol. 13, No. 2, June 20 15 :  539 – 54 6   540 2.2. The Esta blishing Rev e rsing Mode l of Car Esta blished   2.2.1. The Ac kerman angl e of motor tw o   w h eels i n  actu a l mo v e ment  In orde r to si mplify the reverse mod e l o f  the car, the  car  side -sli p  won't be  con s ide r ed  and the  parki ng spee d is  very low. Car whe e ls in  th e rotation foll ow the  prin ci ple of Acke rman   [13] angle a s  Figure 2.                  Two corne r s of car  two wh eel s computation e quation s  are sho w n in the  followin g   ta n ta n in in ou t ou t in o u t L R L R RB R                                                  (1)     Acco rdi ng to equatio n (1 ), followin g  equ ation will be  came abo ut  in an d   out   ta n + = ta n in in ou t i n RB R                                                                                                                                                          (2)     There i s  a  re lationship  of  formula  (2) o f  the two  wh eels rotation al an gle i n  th e a c tual    movement.   But in orde r t o  simplify the  model, a unif i ed Acke rman  angle  will be  defined a s   which   is  midpoint rotational an gl e of car fro n t axle following  Fig.3.  This     angle  will be u s e d  for the math ematical m o d e l behin d . Th e angle  of the two   whe e ls A c kerman an gle h a s a  ce rtain relation ship  wi th the  The e quation s  a r sho w n in th e   following:    ta n = 2 in L R B RR                                                                                (3)     Acco rdi ng to front equ ation s  (1 ), (2), ( 3 );     ta n ta n 2 = ta n ta n 2 in out LB LB                                                                                                                                              (4)       2.2.2. Car re v e rsing mod e l under the  simplified model   Two   wh eel s o f  car were  co ntrolled  with    two moto rs a nd two contro l chip re sp ectively in   the pap er, a nd wheel s ro tational angl e  were dete r mined by the  Acke rma n  a ngle. In build ing  model, Acke rman an gle  wa s re pre s e n ted with     i n  the pape r.  Automatic p a rallel p a rkin g   algorith m  i s  b a se d o n   kine matic m odel   of the  ca r.  In building  kine matic  m odel  of  the ca r,  first  of  all mod e l pa rameters  nee d to be  dete r mined. F o e x ample, the  coordi nate  of the  cente r  of t he  car i s (、 x y ), the symb ol of   represents  speed of ca r, the symb ol of  l rep r e s ent s sp eed of left  whe e l of ca r and the  symbol of  r rep r e s ents spee d o f  right whe e l of car. Th   r e pr es e n t Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  1693-6 930       De sign a nd Sim u lation of Sm all Space Parallel Pa rki n g Fuzzy Cont rolle r (Qiuli n Sheng 541 angle  betwee n  X-axis and  cent ral axi s   of ca r. The    repre s e n ts  sli p  of car th at is the  rate of   cha nge  of   . Every time the travel trajec to r y  o f   r e ar  has  impo r t an t re la tio n s h ip   w i th  d i s t an ce  o f   whe e ls  and  axle, and A c kerman  angl e of the  cent er of fro n t ax le. The  spe e d  of ca r h a ve no  influenc e  on t he travel trajec tory [2]-[3].  Kinematic   e q uation of ca r are sho w n in  the followin g   cos ( ) si n ( ) ii i d t xi xi i i yi yi i i    +1 = () + () +1 = () + +1 )( +1 +1 = () + +1 )( +1                                                                                                 (5 )     Speed eq uati on of ca r left and rig h t wh e e ls are sh own in the following:    () () () 2 () () 2 rl rl ii i ii i   = () =                                                                                                                                 (6)    In each  sam p le peri od, the ca r ca n o b tain the rot a tional sp ee d of the left  and rig h whe e ls by the  above equ ations.         Figure 1. Det e ction a n  det ermin a tion th e car  parking spa c es      Figure 2. The  model of Ackerma n  angl e           Figure 3. Ackerma n  angl e of car    Figure 4. The  reversing mo del of car    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          ISSN: 16 93-6 930   TELKOM NIKA   Vol. 13, No. 2, June 20 15 :  539 – 54 6   542 3. The Desig n  of  Controll er of Car  Fuzzy   co ntrol l er is th e core of Fuzzy co ntrol sy stem,  and the d e si g n  of Fuzzy co ntrolle r   dire ctly affects the accuracy of  final control out come. The de sign o f  the controll er sh ould ap ply     mode rate p r i n cipl es th at repre s e n t not  only hi gh a ccura cy, but al so  simplified  fuzzy infe ren c operation rel a tively. Because  compl e x control syst e m  will lead to delayed re spon se  of system  that can have an influence on real-tim e cont rol of  car that will decrease ac curacy of control in  turn [8].      3.1. The Blo ck Diagr a m of Fuzz y  Controller   The blu r  re prese n ts that the pre c i s e di gital variable  chan ge s into fuzzy vari a b le. The   pro c e s s of fu zzy i n ference  prese n ts that  acco rdin g to   the fuzzy  rule  ba se, a nd th e data b a s h a been  esta blished, the fu zzy inputsa re p r ocesse d to   gene rate the  corre s p ondin g  co ntrol in p u t s   and co ntrol strategy.  Anti-blur  process  rep r e s ent s th at the fu zzy  outputs chan ge into  preci s e   nume r ic vari a b les, which were u s ed to control outp u t obje c t.      3.2. Block Di agram of the  Fuzzy  Contr o ller  The main diff eren ce s bet ween fuzzy co ntrol  sy stem and o r dina ry comp uter n u m eri c al   control  syste m  is the  u s of a fu zzy co ntrolle r. Th perfo rman ce   of a fu zzy co ntrolle r i s  d e cided   these fa cto r s that are  the  stru ct ure of t he fuzzy  cont rolle r, synthet ic rea s oni ng  algorith m an   fuzzy control rule s.  The ba sic blo ck  di a g ram of  the fuzzy co ntrol  as Fig u re 6 shown, the fuzzy  controlle r is  the its co re  ,and fuzzy controlle cont rol rul e s i s  impleme n ted  by a comput er   prog ram. Im plementatio n  pro c e s of  fuzzy  co ntrol  algo rithm i s  de scribe d a s  follo ws:first l y,  comp uter obt ain the  p r e c i s e val u e  of  controlle d va ri able s  by  the  interrupt  sam p ling, the n  th is  value com pares with a giv en variabl e to obtain a  differen c e of si gnal E, as an  input; seco n d ly,  the  a c curate   differen c of sign al E chan ge into  blur,  a nd u s ing  app ropriate  lang u age  rep r e s en ts  the differe nce  E, then ba se d on th synthesi s  of  rule -based  rea s o n ing, co mbin e d  with  he fu zzy  r e lation  R  obtains  fuzzy c ontr o l volume. c o mputation equations  ar e s h ow n in the   following: ue R     3.3. The fuzzy  Controller  Design   Bec a us e   the  pro c e ss of re versin g is very complex,  we ne ed to d e sig n  a com p lex fuzzy  controlle r so t hat the car  can be  cont roll ed preci s el y.  The len g th of  the vehicle i s  defin ed in 4 m and  th e width   is 1.6m;  the  cente r  po sition  coo r dinat e   of the vehi cle  is  set  (x, y),  and th e o r din a te   rep r e s ent s th e dista n ce fro m  the  car to the pa rking  sp ace. F u zzy  controlle r h a three i nput s   x,  y, and    in th e p r ocess of  reve rsi ng; a nd a  outp u t     equal  to the   rotation  angl e of  whe e ls  approximatel y. This th re e-dimen s ion a l f u zzy contro ll er to  control   have a  total  of 18  rul e s.  The  variable s  me mbershi p  function are sh o w n in the Fig u re 7, Figu re  8, Figure 9, F i gure 1 0 . In this  pape r, Mamd ani co ntrol rul e s were u s e d ,  and membe r shi p  functio n s  use Gau s si an functio n [9].    The  co ntrol rules of fuzzy controlle r we re sho w n in T able 1:   On the pa rt of the fuzzy rul e s of pa rallel parking will  b e   explained a s   follows:   If x is S, a nd  y is S, it  mea n s th at the  car  ha s b een  reversed  into t he p a rking.   Whe n     is N, it mean s that angle o f  dire ction of the vehicl e at this time  is a negative valu e, the directio n   of the vehicle  need to be st raighte ned  ra pidly.  If x is S, and y is S, it means that the  ca r has b een re verse d  into the parking. When     is  Z, it mean s t hat angl e of  dire cti on  of th e vehicl e at t h is time  is  ze ro, then  reve rsing  the p r o c ess  of the car e n d s If x is B,  y is B,and  is P,  it means that  the car ha rea c he d the outsid e  of parkin g   spa c e s , an ready to i n to  the pa rki ng  spa c e s ; t hen  the directio n  of the a ngle  of the  car i s   positive, and i t  began to turn the steeri n g  wheel s to  the right  makin g  the car ba ck to the parking   spa c e.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  1693-6 930       De sign a nd Sim u lation of Sm all Space Parallel Pa rki n g Fuzzy Cont rolle r (Qiuli n Sheng 543     Figure 5. The  block diag ra m of Fuzzy  c ontroller      Figure 6. Block di agram of  the fuzzy co ntrolle           Figure 7. Membershi p  fun c tion of x coo r dinate  of the car      Figure 8. Membershi p  fun c tion of y coo r dinate  of the car          Figure 9. Membershi p  fun c tion of the di rectio angle       Figure 10. Membe r ship fu nction fu zzy  controlle r out put            Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          ISSN: 16 93-6 930   TELKOM NIKA   Vol. 13, No. 2, June 20 15 :  539 – 54 6   544 Table 1. The  control rul e of fuzzy co ntroller   x / y   VB    =N  VB  PB  PM  PB  PB    PB  PM    =Z  VB  PB      PB    =P  VB  NB  NM    PM  NB      4. Simulink  Simulation Module Stru cture s   The length of  the vehicle is set to 4m, the wi dth is set to 1.6m, a nd the vehicl e spee d is  set to 5m/ s  [1 0] in sim u lati on; there a r three fu z z y  c ontrolle r in put  u (1 ), u  (2 ), Contr o lle r, w h ich   are x co ordi n a te, y coordi n a te, and the dire ction   of the vehicle respectively; a fuzzy cont roll er  input re pre s e n ts ch ang ed rate of the an gle direct ion  of the vehicle .  S-function  module  of pa rkin g   are  use d  ha ndling  real -ti m e imag e di splay a nd  o b s tacl e avoid a nce i n  pa rkin g proce s s. truck   kinem atic mo dule s  is  sub r outine mo dul e for the ma t hematical mo del of the tru c k; other m o d u les  are  som e  of t he auxilia ry module i n  si mulation. Ne st ing of fu zzy  logic  co ntroll er : ba se d on  front   the fuzzy con t rol rul e s sp e c ify the form at FIS  files e m bedd ed int o  the fu zzy  controlle r in th ree   s t eps  [9],[11]:    (1). Usin g MATLAB comm a nd rea d fis in t he MATLAB main win d o w , type: new file name   = rea d fis ('file-nam e') Ente r.  (2).  Using th e mou s e  in t he FIS e d itor: Ty pe "fuzzy  file-na m e" i n  the MAT L AB main  wind ow, then  the file will be  s ent to the MATLAB work-spa ce.    (3).  Do uble - cl ick the  fuzzy  controlle r of  being  ne sted,  and  by m odi fying the p a ramete name, it was changed to  "new file name". Afte r nested  Control l er, we  will i n spect the fuzzy   controlle r to  verify  available. Rig h t key-fuzzy  co ntroll er, a nd  sel e ct "look un der ma sk",   if th e   fuzzy controll er sh ows FIS,  it represent s ne sting su cce ss;  if t he  displ a y is sffis,  it represe n ts  not nestin g  succe ss  whe n  the fuzzy con t roller  sho u ld  be re -ne s ted  until Show FI S.        Figure 11. Simulink  simul a tion module  structu r e s           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  1693-6 930       De sign a nd Sim u lation of Sm all Space Parallel Pa rki n g Fuzzy Cont rolle r (Qiuli n Sheng 545 5. Simulink  Simulation Results  1. In the  foll owin g three   Figure 1 2 , th e dy na mic proce s se s of  reversi ng  pa rking  were  simulate d in   different  starti ng p o ints tha t  are  co or din a tes (10.5, 3.5),  (10. 5,4.0),  and  (1 0.5, 4. 5)  respe c tively. From the th ree co ordinat es  We c an find that they have differe n c e y-coo r din a t es.    Based  on Fi gure  13, wh en the pit c is the b e st  d i stan ce, the l ongitudi nal di stan ce h a ve  no  influen ce on  automatic p a rking b u t maki ng the minim u m parkin g  space larg er [1 2].  2. On th e b a si s of the  b e st  starting   point, a c cord ing to the  re verse  path  g eometry   con s trai nt bet wee n  the car  and the p a rki ng sp ace  obt ains a m e tho d  of steeri ng  control strate gy,  who s e the  si mulation resu lts are  sho w n  in Figure 1 4 3. On th e ba sis of the  be st sta r ting  po int,  the sim u l a tion results  of the fu zzy  control   algorith m  wa s sh own in Figure 1 5                       Figure 12. Th e reversin g proce s s                                          Figure 13. Th e reversin g proce ss                                    Figure 14. The reve rsi n g  process on t he         Figure 15. The rev e rsi ng p r o c e s s on the ba si s                    basis of path plan ning                                                                                      of fuzzy Cont rol           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          ISSN: 16 93-6 930   TELKOM NIKA   Vol. 13, No. 2, June 20 15 :  539 – 54 6   546 6. Simulation Anal y s is   Acco rdi ng to the simulatio n  results in Fi gure  1 2 , it can be se e that the samlle r distan ce   betwe en the  car  and th obsta cle i s  m o re  stand ard  tr ajecto ry.so  the be st vertical di stan ce  is  0.5m.On the basi s  of the best sta r ting  point of  the reverse, the same 6m pa rking, Figure 1 4   sho w s the pa th-ba s ed  con t rol method cannot ma ke  the ca r safe stop into parki ng spa c e s , b u Figure  15 ba sed on  the   fu zzy cont rol si mulation re su lt s sh ow that  cars  ca n be  safe stop  into t h e   parking spa c e.      7. Conclusio n   This pa pe r studies the p a rki ng situ ation at  low sp eed s, analyze of several  step s in   parall e l pa rki ng,  simplify parking  ste p s of  the ve hicle mo del,  and ab stract  parking p r o c e ss  para m eters,a nd  re sea r ch  the theo ry of  fuzzy  cont ro l. Fuzzy  cont rol i s   appli e d  to the  pa rall el  automatic  pa rkin g sy stem.  The inp u t, output and th e fuzzy co ntrol rule s a r desi gne d in the   pro c e ss d e si gn of parking . we can d r a w  that t he co ntrolle r desi g ned in this pa per can ba si cally  meet the p a r kin g  d e man d . The p a rki ng spa c where  the  car can  be  parked  ha s be come   smalle r. The  trace h a s h i gher  cont rol  pre c isio n, which i s  bette r than that o f  path planni ng  method.  Ho wever, we  can  kn ow from  the  simulati o n  re sults that  the controll er de sign  is  a n   importa nt a s p e ct, but  sel e cting a  startin g  point i s  al so   essential  to succe s s pa rki ng, so that o n ly  two pa rt must coope rate t o  make ca r i n to parki ng  spaces  safely. But in the actual p r o c e s s of  reversin g the  situatio n wo uld n o t be  so ide a listic,  i n  orde r to m a ke  it control  real  vehi cle,  the   controlle r nee ds furth e r imp r oveme n t.      Ackn o w l e dg ements   The  re sea r ch is fund ed  by Wuha n  Fund ame n tal Applie Re sea r ch P r oje c t,  No.20 130 124 0101 0 84 5, BSQD Fu nd  Re sea r ch Project, No. BSQD12 023,  and  sci en ce  an d   technology support program of  Hubei Province, No.2014BAA135       Referen ces   [1]  Yana n Z ,  Emmanu el GC Jr . Robust  auto m atic par all e parki ng i n  tig h t  spaces vi a f u zz y lo gic.   Rob o tics an d Autono mous Sy stems.  20 05; 5 1 : 111-1 27.   [2]  Jian g H, Guo KH, Z hang JW . Design of aut omatic  par all e l  parkin g  steeri ng contro ller b a sed o n  pat h   pla n in g.  Journ a l of Jili n Univ e r sity (Engin eeri ng an d T e chn o l ogy Ed ition).  2 011; 41( 2): 293 -297.    [3]  Yueh ai W ,  Ning C. Path Plan nin g  Optimizatio n  for T eaching an d  Pla y back W e ldi ng R obot.   T E LKOMNIKA Indon esi an Jou r nal of Electric al Eng i ne eri ng.  2013; 1 1 (2): 9 60-9 68.   [4]  Yan  X, W u  Q,  Liu H. An Impr oved R o b o t Path  Plann in g Alg o rithm Base d o n  Genetic Alg o rithm.  T E LKOMNIKA Indon esi an Jou r nal of Electric al Eng i ne eri ng.  2012; 1 0 (8): 1 948- 195 5.   [5]  T i e W ,  Long  Q, Hong  C, Ji ng W .  Simu lat e  Stud of Au tomatic Parki n g S y stem.  TELKOMNIKA  Indon esi an Jou r nal of Electric al Eng i ne eri ng.  2013; 1 1 (12):  732 4-73 30.   [6] Gillesp ic  T D Fund atncnta l s of Vchicle  Dyn a tnics.  SAE  International. 1992.  [7]  W u  RH, Z h an g GR. D e rivati on  and  e x - peri m ental  veric a ti on  of the  veh i cle traj ector y  f o r b a ck w a r d   motion.  Mech a n ical  and In dus trial man age ment.  200 6; 274:  94-10 2.   [8] Liu  JK.  Intelli ge nt Control . Pu b lishi ng h ous e o f  electronics i n dustr y .  2 005.   [9]  Shi  X M , Hao ZQ.  F u zz y  co ntrol an d MAT L AB simu lati on . T s ing hua U n iv er sit y  Press. 20 0 8 [10]  W ang P. Study on Par a ll el  Parkin S y ste m  Based on  F u zz y  Lo gic  Contro l.  Journ a l of Jia m usi   Univers i ty ( Natural Scie nce E d itio n) . 201 2; 30(1): 28-3 7 .   [11]  Z hang JR, W ang L. F u zz y  co ntrol simul a tio n  s y stem base d  on MAT L AB.  Z i don ghu a Yu Yiqi Yib i a o 200 3; 150( 1).  [12] W u   B.  Rese ar ch o n  p a th si mu lati on  and   moti on c ontro l  for auto m atic  parki ng . He Fe i U n i v e r si ty  o f   T e chnolog y. 2 012.   [13]  Verón i ca S R F r ancisco  RM, Ishan i C, J o s é  MM HR. Esti mation  of Ack e rman  an gl es  for front-a xl e   steered ve hicl e s Artificial Intel ligence Resear ch . 2013; 2( 2): 18-2 7 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.