CN102069799A - 智能泊车系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能泊车系统，属于自动泊车控制领域。该泊车系统是由环境感知单元、中央决策单元、控制单元和电控执行单元依次连接组成，电控执行单元作用于车辆。其中环境感知单元用于获取车身的位置信息及环境中障碍物的距离信息；中央决策单元根据环境信息进行匹配，选择合适的泊车控制器；控制单元由一组模糊泊车控制器连接PID控制器组成，每一模糊泊车控制器均是学习优秀驾驶员泊车经验得到，并采用单片机NLX230实现；电控执行单元用于执行控制单元的输出结果，对转向盘执行控制。本发明提高了泊车的安全性和准确性，控制自适应能力强。

Description

智能泊车系统

技术领域

本发明涉及一种车辆控制系统，尤其涉及一种车辆智能泊车系统，属于自动泊车控制领域。

背景技术

近些年，随着车辆普及化的趋势越来越快，泊车已是驾车员不得不面对的问题。然而由于驾驶新手经验有限，尤其是方向感较差的女性驾驶员，泊车成为他们驾车遇到的最大困难之一。

自动泊车从上世纪90年代开始研究，目前自动泊车的方法主要是基于车辆动力学模型的轨迹跟踪方法，其核心思想是通过传感器的环境信息规划合适的路径，然后通过控制车辆的转向及速度跟踪轨迹，达到泊车目的。该方法的缺陷在于建模的复杂性和经典控制算法的鲁棒性较差。众所周知，汽车是一个复杂的非线性系统，建立其精确动力学模型是几乎不能完成的任务，简化的模型往往会带来控制性能的缺失。而泊车的过程需要较精确地控制，否则很可能和临近车辆或其他障碍物碰撞，这也是自动泊车系统一直难以实用化的原因之一。经典控制算法实现泊车控制往往存在精度低、鲁棒性差的问题。因为根据环境信息规划的路径一股来说曲率都比较大，这给跟踪带来了很高的难度，因此经典控制理论对于泊车这样的控制任务并非最好的选择。

发明内容

本发明针对现有自动泊车技术存在的缺陷，而提出一种控制效果好、实时性高的智能平行泊车系统。

该泊车系统是由环境感知单元、中央决策单元、控制单元和电控执行单元依次连接组成，电控执行单元作用于车辆。

所述环境感知单元包括图像采集系统及车载距离探测系统，优选地，图像采集系统为安装在车身四周的CCD传感器，车载距离探测系统为毫米波雷达。

所述中央决策单元采用微处理器实现。

所述控制单元由一组模糊泊车控制器连接PID控制器组成，优选地，模糊泊车控制器采用单片机NLX230实现。

所述电控执行单元包括电控AMT和电动转向机构，该单元执行控制单元的输出结果。

本发明具有如下技术效果：

(1)本发明采用模糊控制实现泊车，减轻了建模的负担，提高了控制的鲁棒性，且算法的可移植性强，不同的车辆只需更新输入变量隶属度函数即可完成车辆的泊车控制器设计。

(2)本发明采用瀑布式控制结构，减轻了图像处理实时性不高对整个系统控制的影响。

(3)本发明在模糊控制的基础上增加了一层决策层，模拟驾驶员的思维模式进行控制，符合人们处理问题的思路，使得控制自适应能力加强。

(4)系统带有一套友好的人机界面，可以实时监控车外环境信息，驾驶员可以根据自动泊车情况和个人习惯微调泊车方位。

(5)具有手动泊车和自动泊车两种工作模式。

附图说明

图1为本发明的结构原理图。

图2为本发明的概括结构示意图。

图3为本发明的系统控制流程图。

图4为平行泊车示意图，图中：标号1、3表示泊车环境中的其他车辆；标号2表示待泊车辆；标号2’表示泊车位置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1所示，本发明的结构是由环境感知单元、中央决策单元、控制单元和电控执行单元依次连接组成，电控执行单元作用于车辆。

概括来讲，如图2所示，本发明系统分为四大模块：环境信息采集模块、中央决策及控制模块(CPU)、人机接口模块以及汽车自带的电控执行模块。各个模块之间通过汽车内部CAN BUS总线相互通信。

下面分别对各模块做进一步说明。

环境信息采集模块，也就是所谓的环境感知层，包含两类数据采集任务：1)图像采集任务，其是通过安装在车身四周的CCD传感器来采集图像信息，采集的图像信息显示在人机界面上，供驾驶员实时监控泊车时车外的状况；2)距离采集任务，由于图像处理得到的距离信息可信度较低，所以我们利用安装在车身周围的毫米波雷达获得精确的距离信息，具体来说就是获得车身与侧面车身的距离x(如图4示，下同)以及距离其他障碍物的距离，供报警和紧急制动使用。

中央决策单元由微处理器实现，它接收环境信息采集模块传回来的数据，进行融合并计算出控制器需要的环境状态参数。具体的任务有：1)判断当前的行车状态是否危险，如果距离障碍物小于临界距离(0.1m)，立即发出紧急制动指令；2)根据计算出的环境参数，结合数据库中已存的模糊控制器，选择控制单元中最适合当前侧向距离x的泊车控制器，这一步是决定泊车成败的关键。

模糊控制系统是在中央决策单元之下的控制系统。下面阐述如何根据不同的侧向距离x设计相对应的模糊控制器。本发明的特点就在于所有模糊泊车控制器均是学习优秀驾驶员的泊车经验设计得到，将驾驶员的泊车经验转变成模糊隶属度函数，其采用如下思路：1)首先将车辆按照规范停放在车位的正确位置，请n个不同的驾驶员将车从泊车点开出去，要求是出去之后必须保证和侧面的车辆平行且车尾相切(图4示)。显而易见，由于不同驾驶员的习惯差异，侧向距离x肯定不尽相同。原因有两点，其一是每个驾驶员打方向的大小不同(这里假设有经验的优秀驾驶员都是一把打方向到位，期间不进行微调)，其二是回转方向盘的时刻不同(驾驶员必须先左打方向再右打方向，才可以保证和侧方的车平行)；2)根据汽车车身的刚性假设，将上述开车出库过程倒过来就是平行泊车。在上一步中记录下每个驾驶员打的方向角α₁、α₂和回方向时刻t，进行模糊规则提取，可以得到符合该侧向距离x的模糊规则，将学习得到的模糊规则写进模糊控制器的知识库，一个仿优秀驾驶员泊车经验的模糊控制器就设计完成了。重复上述步骤可以得到n个侧向距离的模糊泊车控制器，供中央决策单元匹配选用。模糊控制器算法我们采用单片机NLX230实现。

模糊控制系统通过PID控制器输出合适的转向角到电控执行单元(电控AMT和电动转向机构)对车辆进行控制，PID控制器可以保证准确地控制到输出的转向角。泊车的速度设定在5km/h左右，保证在泊车过程中不会出现由于速度太大导致的失控状态。

人机接口模块的显示器与中央处理器通过CAN BUS相连，其数据来源为车载摄像机系统。为了防止传感器误检带来的安全隐患，车载显示器可将车外的状态实时反映给驾驶员，以供驾驶员在必要的时候对行车做适当的干涉，加强泊车的安全性。同时CCD传感器获得车位边界线的位置，中央处理器据此进行判断是否已经停到合适的位置，如果没有，车辆将沿原轨迹倒回，重新匹配新的模糊泊车控制器。

如图3所示为本发明系统的控制流程图。当司机准备泊车时，首先将车开到图4所示的“2”位置，然后启动智能泊车系统。此时环境信息采集模块开始工作，首先毫米波雷达获得当前车辆距离侧方车辆距离x，中央决策单元将得到的距离与n种模糊控制设定的距离进行比对，根据最相近的距离进行匹配，确定该种侧向距离下选择何种模糊控制器来完成泊车任务。确定了合适的模糊控制器后，电控执行单元将根据控制单元输出的转向角度及转向时间完成执行动作。为了保证倒车时保持恒定的速度，设定怠速的车速为5km/h左右，因此在不加油门的条件下，倒车的速度是恒定的，省去了纵向控制的步骤，减轻了控制系统的复杂性。为了加强整车泊车的安全性，中央处理器会实时监测车身与周围障碍物的距离，控制器的控制周期为25ms左右，因此在一次控制周期内，车身的前进距离不超过4cm，安全性得到了保证。毫米波雷达工作周期肯定满足控制要求，由于图像处理的实时性只能达到24帧/秒左右，因此只能采用插值来满足控制要求。

Claims (6)

1.一种智能泊车系统，其特征在于：该泊车系统是由环境感知单元、中央决策单元、控制单元和电控执行单元依次连接组成，电控执行单元作用于车辆。

2.根据权利要求1所述的智能泊车系统，其特征在于：所述环境感知单元包括图像采集系统和车载距离探测系统，其中：图像采集系统为安装在车身四周的CCD传感器，车载距离探测系统为毫米波雷达。

3.根据权利要求1所述的智能泊车系统，其特征在于：所述中央决策单元采用微处理器实现。

4.根据权利要求1所述的智能泊车系统，其特征在于：所述控制单元由高层控制器连接低层控制器组成，其中：高层控制器为一组模糊泊车控制器，低层控制器为PID控制器。

5.根据权利要求1所述的智能泊车系统，其特征在于：所述电控执行单元包括电控AMT和电动转向机构。

6.根据权利要求4所述的智能泊车系统，其特征在于：所述模糊泊车控制器采用单片机NLX230实现。

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