CN102372000B - 获取泊车位参数的装置和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种获取泊车位参数的装置和系统，以解决现有技术中当车辆接近停车位时的运行轨迹不与泊车位边界平行时智能泊车辅助系统获取的泊车位长度存在较大误差的问题。该装置包括：第一计算模块，用于根据车速和方向盘转角得出车辆运行轨迹；第二计算模块，用于根据所述车辆运行轨迹以及所述车辆运动过程中从该车辆上的固定点探测到的一系列与泊车位附近障碍物的距离，得出所述障碍物边界的一系列点的位置；第三计算模块，用于根据所述障碍物边界的一系列点的位置得出所述泊车位的长度。采用本发明的装置和系统，有助于驾驶员更准确地泊车。

Description

获取泊车位参数的装置和系统

技术领域

本发明涉及驾驶员辅助系统技术领域，特别地涉及一种获取泊车位参数的装置和系统。

背景技术

驾驶员辅助系统作为现代汽车的智能装备已经越来越多的被广大人们所关注和使用，其中泊车过程中的倒车雷达就作为一种泊车辅助设备被广为安装和使用。但是，光有对障碍物的识别能力并不能帮助驾驶员轻松的将车辆泊入泊车位，尤其是在狭小的泊车位的时候，于是一种智能的泊车辅助系统应运而生，并越来越多的被关注。

已知的智能泊车转向系统利用超声波传感器探测泊车位的比较多，其对车位探测的计算方法主要是利用超声波传感器探测到车辆间的空隙，然后根据车辆行驶在该空隙过程中的车速或轮速和时间的乘积来计算这个空隙的距离有多长来判断是否是一个泊车位。

图1是现有技术中的获取泊车位长度的应用场景的示意图。如图1所示，车辆01沿直线04行进，其右侧有泊车位02。车辆01车身上的距离检测装置测量车辆附近物体的距离，图中该物体为泊车位前后车辆，车辆01配备的计算装置根据该距离确定线条03，并确定其中距离产生突变的位置，如图中的圆圈05和06所示。这样，泊车位的长度为L＝V×t，其中L表示泊车位长度，V表示车速，t表示距离检测装置分别检测到圆圈05和06所示位置的时间间隔。

在实现本发明过程中，发明人发现，当车辆在泊车位空隙行驶过程中车辆的运行是曲线时，或者车辆本身是直线运行但车身方向与泊车位边界本身存在一个夹角，在这两种情况下，仅使用车速或轮速计算泊车位的长度就存在比较大的误差。上述两种情况分别如图2和图3所示。图2是车辆沿曲线接近泊车位的场景的示意图，在图2中，车辆01沿轨迹44行进。图3是车身与泊车位边界存在夹角时车辆接近泊车位的场景的示意图，在图3中，车辆01沿轨迹55行进。

在现有技术中，当车辆接近停车位时的运行轨迹不与泊车位边界平行时智能泊车辅助系统获取的泊车位长度存在较大误差。对于该问题，目前尚未提出有效解决方案。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种获取泊车位参数的装置和系统，用以解决现有技术中当车辆接近停车位时的运行轨迹不与泊车位边界平行时智能泊车辅助系统获取的泊车位长度存在较大误差的问题。

为解决上述问题，根据本发明的一个方面，提出了一种获取泊车位参数的装置，包括：第一计算模块，用于根据车速和方向盘转角得出车辆运行轨迹；第二计算模块，用于根据所述车辆运行轨迹以及所述车辆运动过程中从该车辆上的固定点探测到的一系列与泊车位附近障碍物的距离，得出所述障碍物边界的一系列点的位置；第三计算模块，用于根据所述障碍物边界的一系列点的位置得出所述泊车位的长度。

进一步地，所述第一计算模块还用于按照如下公式计算车辆运行轨迹：其中，x表示车辆前进方向的位移，y表示垂直车辆前进方向并远离泊车位方向的位移，ψ表示横摆角，v表示车速，δ表示根据所述方向盘转角和所述车辆的传动比得出的前轮转角，b表示车辆的轴距。

进一步地，所述第一计算模块还用于根据检测得到的车辆横摆角速度确定车辆的横摆角，然后按照如下公式计算车辆运行轨迹：

其中ψ为车辆横摆角。

进一步地，所述第二计算模块还用于按照如下公式计算所述障碍物边界的一系列点的位置：x_i＝x+L·cosψ+(D+W)·sinψ，y_i＝y+L·sinψ-(D+W)·cosψ；其中x_i和y_i分别表示所述障碍物边界的序号为正整数i的点在车辆前进方向和垂直车辆前进方向并远离泊车位方向的位置，x和y分别表示所述车辆在运行中该车辆上的指定点在车辆前进方向和垂直车辆前进方向并远离泊车位方向的坐标，坐标原点为所述车辆开始进行泊车位探测时后轴中点所处的位置，D表示该指定点与车辆上的所述固定点在车长方向的距离，W表示该指定点与该固定点在车宽方向的距离，ψ表示横摆角。

进一步地，所述第二计算模块还用于使用统计学的方法，根据所述障碍物边界的一系列点确定泊车位边界直线。

进一步地，所述第二计算模块还用于根据所述障碍物边界的一系列点在坐标系中的位置确定该坐标系内的直线的表达式，该直线以的形式表达，并且

其中n表示所述一系列点的数目。

进一步地，还包括第四计算模块，根据所述泊车位边界直线和车辆运行轨迹中当前的位置坐标确定车辆后轴中点距离所述泊车位边界直线任一端点的垂直距离和平行距离，以及根据所述泊车位边界直线与X轴的夹角和车辆当前位置的横摆角ψ的差值确定车辆前后轴中点连线与所述泊车位边界直线的夹角。

为解决上述问题，根据本发明的一个方面，提出了一种获取泊车位参数的系统，包括距离传感器和计算装置，以及包括车速传感器或轮速传感器，还包括方向盘转角传感器或横摆角速度传感器，其中：距离传感器，用于检测自身与检测目标之间的距离；车速传感器，用于检测车辆的行驶速度；轮速传感器，用于检测车轮旋转的线速度；方向盘转角传感器，用于检测车辆方向盘转动的角度；横摆角速度传感器，用于检测车辆的横摆角速度；计算装置，包括本发明的获取泊车位参数的装置的第一计算模块、第二计算模块和第三计算模块。

进一步地，所述距离传感器为超声波传感器。

进一步地，所述轮速传感器的精度至少为0.01m/s。

根据本发明的技术方案，在泊车位参数计算中考虑了车辆的横摆角相关的参数，因此兼顾了泊车位探测过程中车辆的运行状况对泊车位长度计算带来的影响，将车辆运行轨迹和泊车位边界点放在同一坐标系下进行统计计算获得泊车位长度和车辆相对泊车位的位置关系和角度关系，所以可以提高计算泊车位长度和车辆与泊车位之间的位置关系、角度关系的精度，从而能够更准确的进行泊车。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是现有技术中的获取泊车位长度的应用场景的示意图；

图2是车辆沿曲线接近泊车位的场景的示意图；

图3是车身与泊车位边界存在夹角时车辆接近泊车位的场景的示意图；

图4是本发明实施例的获取泊车位参数的方法的示意图；

图5是本发明实施例中获取泊车位参数的主要步骤的示意图；

图6是本发明实施例的车辆运动的相关几何参数的示意图；

图7是本发明实施例中的泊车车辆在全局坐标系下的位置的示意图；

图8是本发明实施例的采集到的障碍物边界点在全局坐标系中分布的示意图；以及

图9是本发明实施例中的获取泊车位参数的系统的示意图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

图4是本发明实施例的获取泊车位参数的方法的示意图。在本发明实施例中，采用超声波探测器测量距离，并且通过各种传感器测量车速或轮速，以及测量方向盘转角或车辆横摆角速度，根据这些参数进行计算得出泊车位长度，并且计算车辆与泊车位边界的位置与角度关系，具体步骤如图5所示。

图5是本发明实施例中获取泊车位参数的主要步骤的示意图。本实施例中，获取泊车位参数的方法主要包括图5所示的如下步骤：

步骤S51：根据车速和方向盘转角得出车辆运行轨迹。

步骤S52：确定泊车位附近障碍物边界的一系列点的位置。

步骤S53：根据步骤S52中确定的一系列点的位置确定障碍物边界线。

步骤S54：根据步骤S53中确定的边界线得出泊车位的长度和当前车辆相对于泊车位的位置和角度关系。步骤S53中确定的障碍物边界线即为泊车位边界直线。当前车辆相对于泊车位的位置是车辆的后轴中点距离泊车位边界直线任一端点的垂直距离和平行距离，角度关系是车辆前后轴中点连线与泊车位边界直线的夹角。

步骤S51可以采用一个计算模块实现，步骤S52和步骤S53可以采用另一个计算模块实现，再由一个计算模块实现步骤S54。以下对上述步骤作出详细说明。以下描述中的车辆是指图1、图2或图3中的车辆01。

在步骤S51中，可以建立坐标系以表示车辆在运行中的位置。定义车辆开始进行泊车位探测时后轴中点所处的位置为坐标系的原点，车辆前进方向为x轴正方向，垂直x轴远离泊车位方向为y方向建立全局坐标系。根据车辆车速/轮速传感器和方向盘转角传感器/横摆角速度传感器或得的车速和方向盘转角信号/横摆角速度信号，计算车辆的运行轨迹。具体计算方法是根据已知的车辆动力学原理和汽车的转向运动中的几何关系如图6所示，图6是本发明实施例的车辆运动的相关几何参数的示意图。车辆的运行轨迹可式(1)计算得到。

$\left[\begin{array}{c}\stackrel{\·}{x}\\ \stackrel{\·}{y}\\ \stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\cos \mathrm{\ψ}\\ \sin \mathrm{\ψ}\\ \tan \mathrm{\δ}/b\end{array}\right]v---\left(1\right)$

式(1)中x表示车辆前进方向的位移，y表示垂直车辆前进方向并远离泊车位方向的坐标，ψ表示横摆角，v表示车速，δ表示根据所述方向盘转角和所述车辆的传动比得出的前轮转角，b表示车辆的轴距。如果采集的是车辆横摆角速度而不是方向盘转角，则式(1)中的第三项不需计算。如果采集的是轮速而不是车速，则将轮速换算为车速再根据式(1)进行计算。

在步骤S52中，障碍物边界的点的位置可以利用上述的全局坐标系来表示。在该步骤中，可以根据超声波传感器的信号和车辆在全局坐标系下的位置关系计算超声波探测到的障碍物边界的点在全局坐标系下的位置。图7是本发明实施例中的泊车车辆在全局坐标系下的位置的示意图。由于超声波传感器是固定在车上某一个固定位置的，假设超声波传感器的安装位置距离后轴中点车长方向上是L，车宽方向是W，由于车辆是运动的，所以还需要障碍物边界点的位置转换到全局坐标系中。应用坐标变换公式可以得到式(2)和式(3)：

x_i＝x+L·cosψ+(D+W)·sinψ    (2)

y_i＝y+L·sinψ-(D+W)·cosψ    (3)

其中x_i和y_i分别表示障碍物边界的序号为正整数i的点在全局坐标系下的位置，x和y分别表示车辆后轴中点在全局坐标系下的位置，D表示超声波传感器采集到的距离。

在车辆在泊车位附近运行的过程中，将采集到的障碍物一系列边界点的位置(x_i，y_i)存储下来，由于这些点可能存在一些测量上的误差，不可能是非常均匀的形成一条边界，如图8所示。图8是本发明实施例的采集到的障碍物边界点在全局坐标系中分布的示意图。可以使用统计学的方法，根据障碍物边界的一系列点确定在全局坐标系内直线分布的点，从而得到边界线。例如采用线性规划的方法得到式(4)所示的直线方程。

${\hat{y}}_i=a+b\·x_i---\left(4\right)$

其中a和b根据式(5)和式(6)计算，其中n表示一系列边界点的数目。

$b=\frac{\mathrm{\Σx}\·y-\mathrm{\Σx}\·\mathrm{\Σy}/n}{\mathrm{\Σ}{x}^2-{\left(\mathrm{\Σx}\right)}^2/n}---\left(5\right)$

$a=\frac{\mathrm{\Σy}}{n}-b\·\frac{\mathrm{\Σx}}{n}---\left(6\right)$

在步骤S54中，具体可以根据式(4)给出的直线，以及超声波距离发生突变的位置可以确定泊车位的长度。根据式(4)给出的直线方程，还可以确定车辆相对于泊车位边界的角度。确定了直线的方程和直线上任意两点x坐标可以计算出这两点的y坐标，从而计算出这两点之间的距离，同时也可以确定车辆所在位置，即车辆后轴中点距离泊车位边界即式(4)给出的直线的任一端点的垂直距离和平行距离；并且还可以根据泊车位边界直线与X轴的夹角和车辆当前位置的横摆角ψ的差值确定车辆前后轴中点连线与泊车位边界直线的夹角，由此确定了当前车辆相对于泊车位的角度关系。

图9是本发明实施例中的获取泊车位参数的系统的示意图。如图9所示，本实施例中，获取泊车位参数的系统可以由距离传感器90、计算装置91、车速传感器92、方向盘转角传感器93组成，其中距离传感器用于检测自身与检测目标之间的距离，车速传感器用于检测车辆的行驶速度，方向盘转角传感器用于检测车辆方向盘转动的角度。另外车速传感器92可以用轮速传感器代替，检测车轮旋转的线速度，该轮速传感器的精度最好是高于0.01m/s。方向盘转角传感器93也可以用横摆角速度传感器代替，检测车辆的横摆角速度。计算装置91的结构可以是包含实现步骤S51至步骤S54的三个计算模块。

从本发明实施例的技术方案可以看出，该技术方案充分考虑了泊车位探测过程中车辆的运行状况对泊车位长度计算带来的影响，将车辆运行轨迹和泊车位边界点放在同一坐标系下进行统计计算获得泊车位长度和车辆相对泊车位的位置关系和角度关系，所以可以提高计算泊车位长度和车辆与泊车位之间的位置关系、角度关系的精度，从而能够更准确的进行泊车。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种获取泊车位参数的装置，其特征在于，包括：

第一计算模块，用于根据车速和方向盘转角得出车辆运行轨迹；

第二计算模块，用于根据所述车辆运行轨迹以及所述车辆运动过程中从该车辆上的固定点探测到的一系列与泊车位附近障碍物的距离，得出所述障碍物边界的一系列点的位置；

第三计算模块，用于根据所述障碍物边界的一系列点的位置得出所述泊车位的长度。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一计算模块还用于按照如下公式计算车辆运行轨迹：

$\left[\begin{array}{c}\stackrel{\·}{x}\\ \stackrel{\·}{y}\\ \stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\cos \mathrm{\ψ}\\ \sin \mathrm{\ψ}\\ \tan \mathrm{\δ}/b\end{array}\right]v,$ 其中，

x表示车辆前进方向的位移，y表示垂直车辆前进方向并远离泊车位方向的位移，ψ表示横摆角，v表示车速，δ表示根据所述方向盘转角和所述车辆的传动比得出的前轮转角，b表示车辆的轴距。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一计算模块还用于根据检测得到的车辆横摆角速度确定车辆的横摆角，然后按照如下公式计算车辆运行轨迹：

$\left[\begin{array}{c}\stackrel{\·}{x}\\ \stackrel{\·}{y}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\cos \mathrm{\ψ}\\ \sin \mathrm{\ψ}\end{array}\right]v,$ 其中ψ为车辆横摆角。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二计算模块还用于按照如下公式计算所述障碍物边界的一系列点的位置：

x_i=x+L·cosψ+(D+W)·sinψ，y_i=y+L·sinψ-(D+W)·cosψ；

其中x_i和y_i分别表示所述障碍物边界的序号为正整数i的点在车辆前进方向和垂直车辆前进方向并远离泊车位方向的位置，x和y分别表示所述车辆在运行中该车辆上的指定点在车辆前进方向和垂直车辆前进方向并远离泊车位方向的坐标，坐标原点为所述车辆开始进行泊车位探测时后轴中点所处的位置，D表示该指定点与车辆上的所述固定点在车长方向的距离，W表示该指定点与该固定点在车宽方向的距离，ψ表示横摆角。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，

所述第二计算模块还用于使用统计学的方法，根据所述障碍物边界的一系列点确定泊车位边界直线；

所述第三计算模块还用于根据所述直线分布的点中发生坐标值突变的点确定所述泊车位的长度。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第二计算模块还用于根据所述障碍物边界的一系列点在坐标系中的位置确定该坐标系内的直线的表达式，该直线以

的形式表达，并且 $b=\frac{\mathrm{\Σx}\·y-\mathrm{\Σx}\·\mathrm{\Σy}/n}{{\mathrm{\Σx}}^2-{\left(\mathrm{\Σx}\right)}^2/n},$ $a=\frac{\mathrm{\Σy}}{n}-b\·\frac{\mathrm{\Σx}}{n};$ 其中n表示所述一系列点的数目。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括第四计算模块，用于：

根据所述泊车位边界直线和车辆运行轨迹中当前的位置坐标确定车辆后轴中点距离所述泊车位边界直线任一端点的垂直距离和平行距离，以及

根据所述泊车位边界直线与X轴的夹角和车辆当前位置的横摆角ψ的差值确定车辆前后轴中点连线与所述泊车位边界直线的夹角。

8.一种获取泊车位参数的系统，包括车速传感器，用于检测车辆的行驶速度，或轮速传感器，用于检测车轮旋转的线速度；还包括方向盘转角传感器，用于检测车辆方向盘转动的角度，或横摆角速度传感器，用于检测车辆的横摆角速度，其特征在于，还包括距离传感器和计算装置，其中：

所述距离传感器，用于检测自身与检测目标之间的距离；

所述计算装置，包括权利要求1所述的第一计算模块、第二计算模块和第三计算模块。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述距离传感器为超声波传感器。

10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述轮速传感器的精度至少为0.01m/s。

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