CN102416952A - 一种自主泊车的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自主泊车的方法，该方法以泊车车辆的前保险杠中点在地面上的投影为车辆位置，以泊车位前端横向边缘线的中点为泊车终点位置，通过计算实时参考路径，即连接车辆位置与泊车终点位置的一段圆弧，该实时参考路径需满足的条件是：圆弧的半径需大于或等于车辆的最小转弯半径，并且此圆弧在泊车终点位置处的切线为泊车位的纵向中线。通过计算，使实时参考路径成为最终参考路径，泊车车辆沿着最终参考路径实现自主泊车。最终求得的最终参考路径满足的条件是：1)所述最终参考路径满足实时参考路径的条件；2)所述最终参考路径在车辆行驶方向上与在车辆位置上的切线的夹角θ_r＝0。本发明可以实现车辆的自主泊车，其特点是方法简单，易于实现。

Description

一种自主泊车的方法

技术领域

本发明涉及汽车电子技术领域，特别是一种自主泊车的方法，用以实现车辆对垂直式停车泊位的自主泊车，有助于提升我国汽车电子技术的自主知识产权的研发能力。

背景技术

汽车电子产业是汽车产业和电子信息产业融合的新兴产业，汽车电子化的程度是衡量现代汽车水平的重要标志，是提高汽车行业市场竞争力的重要手段和提升汽车工业核心竞争力的关键。大力发展汽车电子产业，对提高我国汽车产业创新能力，实施节能与新能源汽车战略，实现汽车强国有着重要意义。同时，发展汽车电子产业有助于我国电子信息产业优化升级和培育新的产业增长点。

目前，汽车电子技术已广泛应用于汽车的发动机控制、底盘控制、车身控制、故障诊断以及音响、通信、导航等各个方面。国外平均每辆车的电子装置占整车成本的比例为20-25％，在豪华车上的比例更是高达40％，预计一些高档汽车中电子产品的价值含量很快将达50％，未来有可能达到60％以上。与国外相比，我国汽车电子产业的发展严重滞后于汽车工业整体发展水平，国内平均每辆新车的汽车电子支出为885美元，而全球平均每辆新车的汽车电子支出为2025美元，差距相当明显。但可喜的是，当前汽车电子已受到国内广泛的关注和重视，《汽车产业调整和振兴规划》中已提出了“关键零部件技术实现自主化，新能源汽车专用零部件技术达到国际先进水平”的目标和方向。然而我国汽车电子行业仍然面临很多问题。首先是中国汽车电子行业空心化问题严重，缺乏核心技术，如芯片、高端产品、开发工具与平台、标准；汽车电子企业规模小，研发投入不足，缺乏持续发展能力，缺少领军人物和领军企业；横向融合不够，纵向产业链发挥作用有限；产业链不健全，未形成产业集群；对国内外市场规律把握不足，缺乏前瞻性；未形成行之有效的国家汽车电子产业发展战略。

近年来，随着汽车产业的发展，车辆保有量的日益增加使得城市内的行车空间大幅下降，在城市驾驶越来越困难，并且为了平稳安全驾驶，驾驶员们比以往任何时候都需要付出更多的注意力。尤其是在高峰时段，车辆之间的刮蹭事故频频发生。许多汽车制造商将汽车电子技术越来越多地应用于车辆的研发中，例如自动或辅助车辆驾驶系统等，使得驾驶变得轻松、易操作。

除此之外，车辆保有量的增加，对泊车位的数量提出了更高的要求。由于停车场规划使用土地受到限制，与越来越多的车辆相比，城市内的泊车位的数量是非常有限的。在停车泊位施工的国标允许范围之内，每个停车泊位的区域呈现出减小的趋势，这对于驾驶经验不足的驾驶员来说，进行准确而快速地泊车是一个较大的难题。由于经验不足，新驾驶员在泊车的过程中，需要频繁地进行前进、后退、转向、加速、减速、刹车等操作，使得他们顾此失彼，很难准确地估计车辆与周围物体或停车边界之间的空间距离。因此，近几年来，泊车问题被给予格外的关注，许多研究人员和科研机构对辅助泊车系统和自主泊车技术的研究给予了更多的关注。

发明内容

为了克服上述缺陷，在本发明中，我们设计了一种自主泊车方法，通过选择圆弧作为参考路径，使得车辆泊车的行驶轨迹简单，易于跟踪参考路径，并且计算简单高效，便于实现。该方法的优点是，通过巧妙选择局部坐标系的位置，简化参考路径方程，从而简化计算步骤，节省计算时间。另外，把车辆初始位置和最终位置以及停车区域的几何约束等限制条件融入参考路径的计算当中，可以把约束问题简化为代数问题，这样就大大简化了计算方程。

本发明提出了一种自主泊车的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1，启动自主泊车模式；

步骤2，计算实时参考路径以及该实时参考路径在车辆位置上的切线与车辆的行驶方向之间的夹角θ_r，计算周期为Δτ；

步骤3，计算该实时参考路径的半径R；

步骤4，判断R≥R_min？其中，R_min为车辆的最小转弯半径，如果否，则转入步骤5，如果是，则转入步骤6；

步骤5，使车辆朝着远离泊车终点位置的方向行驶Δτ1的时间，回到步骤2，其中，Δτ1为周期Δτ的整数倍；

步骤6，判断0＜θ_r≤180？如果是，则转入步骤7，否则，则转入步骤8；

步骤7，使车辆在原地向右打轮，以最小转弯半径R_min行驶Δτ2的时间，然后回到步骤2，其中，Δτ2为周期Δτ的整数倍；

步骤8，判断180＜θ_r＜360？如果是，则转入步骤9，否则转入步骤10；

步骤9，使车辆在原地向左打轮，以最小转弯半径R_min行驶Δτ3的时间，然后回到步骤2，其中，Δτ3为周期Δτ的整数倍；

步骤10，当前的实时参考路径即为最终参考路径，车辆沿最终参考路径驶入泊车位，完成泊车，自主泊车模式自动关闭。

本发明的效果是：

1)通过使用圆弧作为参考路径，行驶轨迹简单，使得车辆易于跟踪，并且计算也简单高效。

2)通过巧妙选择局部坐标系的位置，简化参考路径方程，从而简化计算步骤，节省计算时间。

3)把车辆初始位置和最终位置以及停车区域的几何约束等限制条件融入参考路径的计算当中，可以使泊车时车辆不会碰到泊车位的两条侧边缘线和底端横向边缘线。

附图说明

图1是垂直式停车泊位示意图。

图2是Ackerman转向车辆运动模型示意图。

图3是参考路径规划示意图。

图4是本发明提出的泊车算法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

本发明可以实现图1所示的垂直式停车泊位的自主泊车，具体地，使车辆正向驶入垂直式泊车位，且停车泊位的设置符合《中华人民共和国公共安全行业标准GA/T 850-2009》。

考虑在泊车过程中车辆行驶速度相对缓慢(基本上在起步、刹车状态之间进行转换)，因此，采用Ackerman转向车辆运动模型来设计自主泊车方法。

Ackerman转向车辆运动模型如图2所示，在该模型中，我们给出如下定义：R为车辆的转弯半径，R_i为车辆以R为半径转弯时的内侧半径，R_o为车辆以R为半径转弯时的外侧半径，L₁为车辆前后轴之间的距离，d为左右车轮间距，α和β是左、右轮的转向角度，θ_steer为车辆的转向角度。

从图2中我们可以得到车辆转角与转弯半径之间的关系为：

$R=\frac{L_1}{\mathrm{tg}{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{steer}}},---\left(1\right)$

$\mathrm{ctg\β}-\mathrm{ctg\α}=\frac{d}{L_1},---\left(2\right)$

$\mathrm{ctg}{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{steer}}=\mathrm{ctg\α}+\frac{d}{2L_1},---\left(3\right)$

$\mathrm{ctg}{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{steer}}=\mathrm{ctg\β}-\frac{d}{2L_1},---\left(4\right)$

$\mathrm{ctg}{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{steer}}=\frac{\mathrm{ctg\α}+\mathrm{ctg\β}}{2}.---\left(5\right)$

由于泊车时车辆的行驶轨迹会受到车辆的初始位置、泊车终点位置以及泊车位的尺寸大小和方位的约束，本发明的自主泊车受到如下两个方面的约束：

1)泊车位的长度和宽度是不变的，泊车时车辆要避免碰到泊车位的两条侧边缘线和底端横向边缘线；

2)泊车时车辆的转弯半径需大于或等于它的最小转弯半径。

本发明可以在满足上述约束的条件下使得泊车过程更加简化。在本发明中，我们选择局部坐标系原点为车辆前保险杠中点在地面上的投影，坐标系的Y轴与车辆的行驶方向平行，X轴平行于车辆的前保险杠。也就是说，当车辆位置变化时，局部坐标系的位置也发生变化。这样的选择将使得计算参考路径的方程得到简化。

为了更好地说明本发明中的泊车方法，首先进行如下的定义：

实时参考路径：是车辆位置(即坐标系的原点)到泊车终点位置之间的一条圆弧。实时参考路径需满足的条件是：圆弧的半径需大于车辆的最小转弯半径，并且此圆弧在泊车终点位置处的切线为泊车位的纵向中线，如图3中所示的实线圆弧。

最终参考路径：该路径首先满足实时参考路径需要满足的条件；其次，当车辆位置(即坐标系的原点)与泊车终点位置，即泊车位前端横向边缘线的中点(当车辆到达泊车终点位置时，车辆的行驶方向与泊车位纵向中心重合)，构成的圆弧路径满足车辆的行驶方向(即坐标系的Y轴方向)与该圆弧路径在车辆位置上的切线的夹角θ_r＝0，即方向完全相吻合时，该圆弧为最终参考路径。理想状况下，车辆只需沿着该最终参考路径行驶，即可实现泊车，且泊车时车辆不会碰到泊车位的两条侧边缘线和底端横向边缘线。

在图3中，左下方为待泊车辆的初始位置，右上方为泊车位，A、B、D、E是泊车位的四个顶点，这四个顶点的位置信息由车载传感器获知，车载传感器可为视频传感器或GPS定位传感器或多种传感器的组合等，AB连接线的中点为停车泊位的终点，待泊车辆车头的方向与局部坐标系的Y轴方向平行，Lc和Wc分别是车辆的长和宽，Lp和Wp分别是泊车位的长和宽。

以图3中车辆与停车泊位的相对位置为例进行说明(0≤θ_r＜360)，如图4所示，本发明所提出的自主泊车的方法具体包括如下步骤：

1)首先，启动自主泊车模式。

2)计算实时参考路径(如图3中所示的实线圆弧)以及该实时参考路径在车辆位置上的切线与车辆的行驶方向之间的夹角θ_r，计算周期为Δτ。

3)计算该实时参考路径的半径R。

4)判断R≥R_min？其中，R_min为车辆的最小转弯半径，如果否，则转入5)；如果是，则转入6)。

5)使车辆朝着远离泊车终点位置的方向行驶Δτ1的时间，回到2)，其中，Δτ1为计算实时参考路径周期Δτ的整数倍，实际操作中根据经验进行选取，以秒为单位。

6)判断0＜θ_r≤180？如果是，则转入7)；否则，转入8)。

7)使车辆在原地向右打轮，以最小转弯半径R_min行驶Δτ2的时间，然后回到2)，其中，Δτ2为计算实时参考路径周期Δτ的整数倍，实际操作中根据经验进行选取，以秒为单位。

8)判断180＜θ_r＜360？如果是，就说明车头的朝向与实时参考路径在车辆位置的切线夹角大于180度，则转入9)，把车头调整过来，使车头的朝向与实时参考路径在车辆位置的切线夹角小于180度；否则转入10)。

9)使车辆在原地向左打轮，以最小转弯半径R_min行驶Δτ3的时间，然后回到2)，其中，Δτ3为计算实时参考路径周期Δτ的整数倍，实际操作中根据经验进行选取，以秒为单位。

10)当前的实时参考路径即为最终参考路径，车辆沿最终参考路径驶入泊车位，完成泊车，自主泊车模式自动关闭。

在本发明中，车辆必须属于国家《车辆生产企业及产品公告》目录所列、且应该是符合国标GB7258-2004规定的车辆类型，拖拉机、农用运输车、电瓶车、轮式专用机械车、全挂牵引车以及设计最高时速低于七十公里的机动车辆等车辆除外。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自主泊车的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1，启动自主泊车模式；

步骤2，计算实时参考路径以及该实时参考路径在车辆位置上的切线与车辆的行驶方向之间的夹角θ_r，计算周期为Δτ；

步骤3，计算该实时参考路径的半径R；

步骤4，判断R≥R_min？其中，R_min为车辆的最小转弯半径，如果否，则转入步骤5，如果是，则转入步骤6；

步骤5，使车辆朝着远离泊车终点位置的方向行驶Δτ1的时间，回到步骤2，其中，Δτ1为周期Δτ的整数倍；

步骤6，判断0＜θ_r≤180？如果是，则转入步骤7，否则，则转入步骤8；

步骤7，使车辆在原地向右打轮，以最小转弯半径R_min行驶Δτ2的时间，然后回到步骤2，其中，Δτ2为周期Δτ的整数倍；

步骤8，判断180＜θ_r＜360？如果是，则转入步骤9，否则转入步骤10；

步骤9，使车辆在原地向左打轮，以最小转弯半径R_min行驶Δτ3的时间，然后回到步骤2，其中，Δτ3为周期Δτ的整数倍；

步骤10，当前的实时参考路径即为最终参考路径，车辆沿最终参考路径驶入泊车位，完成泊车，自主泊车模式自动关闭。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述实时参考路径和最终参考路径均为连接车辆位置与泊车终点位置的一段圆弧。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述实时参考路径满足条件：圆弧的半径需大于或等于车辆的最小转弯半径，并且在泊车终点位置处，所述实时参考路径的切线即为泊车位的纵向中线。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述车辆位置为车辆前保险杠中点在地面上的投影。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述泊车终点位置为泊车位前端横向边缘线的中点。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述最终参考路径满足以下两个条件：

1)所述最终参考路径的半径需大于或等于车辆的最小转弯半径，并且在泊车终点位置处，所述实时参考路径的切线即为泊车位的纵向中线；2)所述最终参考路径在车辆行驶方向上与在车辆位置上的切线的夹角θ_r＝0。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述泊车位四个顶点的位置信息由车载传感器获知。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述车载传感器为视频传感器或GPS定位传感器或多种传感器的组合。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述自主泊车的方法基于Ackerman转向车辆运动模型来设计。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述Ackerman转向车辆运动模型中，车辆转角与转弯半径之间的关系为：

$R=\frac{L_1}{\mathrm{tg}{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{steer}}},$

$\mathrm{ctg\β}-\mathrm{ctg\α}=\frac{d}{L_1},$

$\mathrm{ctg}{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{steer}}=\mathrm{ctg\α}+\frac{d}{2L_1},$

$\mathrm{ctg}{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{steer}}=\mathrm{ctg\β}-\frac{d}{2L_1},$

$\mathrm{ctg}{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{steer}}=\frac{\mathrm{ctg\α}+\mathrm{ctg\β}}{2},$

其中，R为车辆的转弯半径，L₁为车辆前后轴之间的距离，d为左右车轮间距，α和β是左、右轮的转向角度，θ_steer为车辆的转向角度。

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