CN102975715A - 一种汽车及应用于该汽车的自动泊车系统、自动泊车方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种汽车，其包括转向轮、转向制动器、控制器、以及感测设备。感测设备远程地感测汽车分别与第一、第二物体的距离。控制器根据两个距离获取第一、第二物体之间的间距及汽车的车身姿态角，判断间距是否不小于一预定阀值，如果是，则间距足以使汽车平行停泊在第一、第二物体之间，根据间距形成30~50组由方向盘转角和后向后行驶距离的控制序列。转向制动器执行控制序列；转向轮依据控制序列将汽车自动地平行停泊在第一、第二物体之间的可泊车空间内。本发明的优点在于：使汽车在任意姿态下自动规划出泊车路径并输出控制序列，从而帮助泊车控制器实现泊车。本发明还涉及一种应用于所述汽车的自动泊车系统与自动泊车方法。
Description
技术领域
本发明涉及自动泊车系统技术领域，具体涉及一种汽车及应用于该汽车的自动泊车系统、自动泊车方法。
背景技术
泊车技术算是驾驶汽车中技术含量较高的，如何让菜鸟快速、便捷的泊车成为本领域技术人员的研发重点。如其中一个专利申请，其公开号为CN 101898559A介，绍了一种由两段圆弧相切的方式构成泊车路径的技术，该技术由于很多段圆弧构成泊车路径，存在着所需最小车位较长和只能以平行姿态开始泊车的问题，因此该泊车方式形同虚设。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种汽车及应用于该汽车的自动泊车系统、自动泊车方法，以使汽车在任意姿态下自动规划出泊车路径并输出控制序列，从而帮助泊车控制器实现泊车。
本发明是这样实现的，一种汽车，其包括：
转向轮；
转向制动器，其用于驱动所述转向轮；以及
控制器，其用于控制所述转向制动器；
其中，所述汽车还包括：
感测设备，其远程地感测所述汽车分别与第一物体、第二物体的距离；
所述控制器根据两个距离获取所述第一物体和所述第二物体之间的间距以及所述汽车的车身姿态角，所述控制器还判断所述间距是否不小于一预定阀值，如果是，则所述间距足以使所述汽车平行停泊在所述第一物体和所述第二物体之间，根据所述间距形成30~50组由方向盘转角和后向后行驶距离的控制序列；所述转向制动器执行所述控制序列；所述转向轮由所述转向制动器驱动依据所述控制序列将所述汽车自动地平行停泊在第一物体和第二物体之间的可泊车空间内。
作为上述方案的进一步改进，所述感测装置安装在所述汽车的车身的左侧面或后侧面上。
本发明还涉及一种自动泊车系统，其应用于上述汽车中，将所述汽车自动地平行停泊在第一物体和第二物体之间的可泊车空间内，所述自动泊车系统包括：
获取单元，其用于根据两个距离获取所述第一物体和所述第二物体之间的间距以及所述汽车的车身姿态角；
判断单元，其用于判断所述间距是否不小于一预定阀值，如果是，则所述间距足以使所述待泊汽车平行停泊在所述第一物体和所述第二物体之间；
控制序列形成单元，其用于根据所述间距形成30~50组由方向盘转角和后向后行驶距离的控制序列；以及
执行单元，其用于依据所述控制序列完成泊车。
其中，所述控制序列形成单元包括：
坐标点阵形成单元，其用于根据所述第一物体和所述第二物体之间间距形成坐标点阵，此坐标点阵中每个点表示为[第一个数，第二个数]的形式，所述第一个数的最小值是0，最大值为所述第一物体和所述第二物体之间的间距，所述第二个数的最小值是0，最大值为所述第一物体和所述第二物体之间的间距，所述第一个数和所述第二个数都是整数，所述坐标点阵包含满足以上条件的每一个点；
可行点阵序列形成单元，其用于形成从点[0,0]经过多次移动到达所述点[第一个数的最大值，第二个数的最大值]的一组满足预定移动规则的点的序列；
拟合单元，其用于对所述可行点阵序列进行样条曲线拟合，得到样条曲线；
序列初步构成单元，其用于将所述样条曲线离散化，分成30~50段小圆弧，求得每段小圆弧的半径和弧长，生成30~50组由圆弧半径和圆弧长度构成的序列；
剔除单元，其用于根据汽车的动力学参数以及障碍车的位置以及其他障碍，剔除无法实现的序列；
优化单元，其用于通过计算每一组序列的30~50段弧长的累加值，获得弧长最短的控制序列，即是最优化的序列；以及
序列最终构成单元，其用于将每段小圆弧的半径和弧长转化成汽车的方向盘转角和后向后行驶的距离，这样就可以构成30~50组的所述控制序列。
优选地，所述移动规则为：
起点为[0,0]点，从前一个点向后一个点移动，要求所述后一个点的第一个数必须大于所述前一个点的第一个数，所述后一个点的第二个数必须大于或等于所述前一个点第二个数；
如果点[0,0]经过多次移动到达所述点[第一个数的最大值，第二个数的最大值]成功，则为一组可行的点阵序列，程序回到上一层嵌套循环中继续运行，直到遍历完所有可行的点阵序列；以及
通过遍历嵌套算法，从上述坐标点阵中找出所有可行的点阵序形成所述可行点阵序列。
优选地，所述样条曲线的两端点的一阶导数值规定如下：所述点[0,0]处，一阶导数值为0，所述点[第一个数的最大值，第二个数的最大值]处，一阶导数值为所述车身姿态角的正切值。
本发明还涉及一种自动泊车方法，其应用于上述汽车中，将所述汽车自动地平行停泊在第一物体和第二物体之间的可泊车空间内，所述自动泊车方法包括以下步骤：
根据两个距离获取所述第一物体和所述第二物体之间的间距以及所述汽车的车身姿态角；
判断所述间距是否不小于一预定阀值，如果是，则所述间距足以使所述待泊汽车平行停泊在所述第一物体和所述第二物体之间；
根据所述间距形成30~50组由方向盘转角和后向后行驶距离的控制序列；以及
依据所述控制序列完成泊车。
其中，所述控制序列的形成步骤包括：
根据所述第一物体和所述第二物体之间间距形成坐标点阵，此坐标点阵中每个点表示为[第一个数，第二个数]的形式，所述第一个数的最小值是0，最大值为所述第一物体和所述第二物体之间的间距，所述第二个数的最小值是0，最大值为所述第一物体和所述第二物体之间的间距，所述第一个数和所述第二个数都是整数，所述坐标点阵包含满足以上条件的每一个点；
定义可行点阵序列，其为从点[0,0]经过多次移动到达所述点[第一个数的最大值，第二个数的最大值]的一组满足预定移动规则的点的序列；
对可行点阵序列进行样条曲线拟合，得到样条曲线；
将所述样条曲线离散化，分成30~50段小圆弧，求得每段小圆弧的半径和弧长，生成30~50组由圆弧半径和圆弧长度构成的序列；
根据汽车的动力学参数以及障碍车的位置以及其他障碍，剔除无法实现的序列；
通过计算每一组序列的30~50段弧长的累加值，获得弧长最短的控制序列，即是最优化的序列；以及
将每段小圆弧的半径和弧长转化成汽车的方向盘转角和后向后行驶的距离，这样就可以构成30~50组的所述控制序列。
优选地，所述移动规则为：
起点为[0,0]点，从前一个点向后一个点移动，要求所述后一个点的第一个数必须大于所述前一个点的第一个数，所述后一个点的第二个数必须大于或等于所述前一个点第二个数；
如果点[0,0]经过多次移动到达所述点[第一个数的最大值，第二个数的最大值]成功，则为一组可行的点阵序列，程序回到上一层嵌套循环中继续运行，直到遍历完所有可行的点阵序列;
通过遍历嵌套算法，从上述坐标点阵中找出所有可行的点阵序形成所述可行点阵序列。
优选地，所述样条曲线的两端点的一阶导数值规定如下：所述点[0,0]处，一阶导数值为0，所述点[第一个数的最大值，第二个数的最大值]处，一阶导数值为所述车身姿态角的正切值。
由于本发明在生成泊车路径过程中采用了对泊车空间进行网格离散化，形成坐标点阵，再形成可行样条曲线，产生多个方向盘操作的控制序列的方法，与现有的将自动泊车路径规划分为两段圆弧相切的方式相比，克服了泊车所需要的空间大的难题。
附图说明
图1为本发明较佳实施方式提供的汽车的结构框图，其应用有自动泊车系统；
图2为本发明的自动泊车系统的原理示意图；
图3为[4,5]点处车身姿态角为50度时所有可行的样条路径示意图；
图4为车身姿态角为50度并且符合汽车动力学参数并能避开障碍的样条路径示意图；
图5为汽车动力学参数模型；
图6为车身姿态角为50度时的最优化泊车过程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1给出了本发明较佳实施方式提供的汽车的结构框图，其应用有自动泊车系统。自动泊车系统将汽车20自动地平行停泊在第一物体25和第二物体26之间的可泊车空间内，如图2所示，在本实施方式中，第一物体25和第二物体26为其它已停泊的汽车。
汽车20包括转向轮24、转向制动器23、控制器22以及感测设备21。感测设备21远程地感测所述汽车20分别与第一物体25、第二物体26的距离；所述控制器22根据两个距离获取所述第一物体25和所述第二物体26之间的间距以及所述汽车20的车身姿态角，所述控制器22还判断所述距离间距是否不小于一预定阀值，如果是，则所述间距足以使所述汽车20平行停泊在所述第一物体25和所述第二物体26之间，根据所述间距形成30~50组由方向盘转角和后向后行驶距离的控制序列；所述转向制动器23执行所述控制序列；所述转向轮24由所述转向制动器23驱动依据所述控制序列将所述汽车20自动地平行停泊在第一物体25和第二物体26之间的可泊车空间内。
也就是说，感测设备21将检测到的间距信号传送给控制器22，控制器22做出判断并生成控制序列，控制器22控制转向制动器23，转向控制器23驱动转向轮转动；感测设备21包括基于超声波的感测装置和基于图像的感测装置，转向控制器23是在没有驾驶员操作转向盘的情况下可以使转向轮转动的24转动的装置。
应用于汽车20的自动泊车系统包括获取单元11、判断单元12、控制序列形成单元13、执行单元14。获取单元11用于获取所述第一物体25和所述第二物体26之间的间距，并获取所述汽车20的车身姿态角；判断单元12用于判断所述间距是否不小于一预定阀值，如果是，则所述间距足以使所述待泊汽车20平行停泊在所述第一物体25和所述第二物体26之间；控制序列形成单元13用于根据所述间距形成30~50组由方向盘转角和后向后行驶距离的控制序列；执行单元14用于依据所述控制序列完成泊车。
所述控制序列形成单元13包括坐标点阵形成单元31、可行点阵序列形成单元32、拟合单元33、序列初步构成单元34、剔除单元35、优化单元36、序列最终构成单元37。
坐标点阵形成单元31用于根据所述第一物体25和所述第二物体26之间间距形成坐标点阵，此坐标点阵中每个点表示为[第一个数，第二个数]的形式，所述第一个数的最小值是0，最大值为所述第一物体25和所述第二物体26之间的间距，所述第二个数的最小值是0，最大值为所述第一物体25和所述第二物体26之间的间距，所述第一个数和所述第二个数都是整数，所述坐标点阵包含满足以上条件的每一个点。
可行点阵序列形成单元32用于形成从点[0,0]经过多次移动到达所述点[第一个数的最大值，第二个数的最大值]的一组满足预定移动规则的点的序列。所述移动规则为：起点为[0,0]点，从前一个点向后一个点移动，要求所述后一个点的第一个数必须大于所述前一个点的第一个数，所述后一个点的第二个数必须大于或等于所述前一个点第二个数；如果点[0,0]经过多次移动到达所述点[第一个数的最大值，第二个数的最大值]成功，则为一组可行的点阵序列，程序回到上一层嵌套循环中继续运行，直到遍历完所有可行的点阵序列；以及通过遍历嵌套算法，从上述坐标点阵中找出所有可行的点阵序形成所述可行点阵序列。
拟合单元33用于对所述可行点阵序列进行样条曲线拟合，得到样条曲线，所述样条曲线的两端点的一阶导数值规定如下：所述点[0,0]处，一阶导数值为0，所述点[第一个数的最大值，第二个数的最大值]处，一阶导数值为所述车身姿态角的正切值。
序列初步构成单元34用于将所述样条曲线离散化，分成30~50段小圆弧，求得每段小圆弧的半径和弧长，生成30~50组由圆弧半径和圆弧长度构成的序列。
剔除单元35用于根据汽车的动力学参数以及障碍车的位置以及其他障碍，剔除无法实现的序列。优化单元36用于通过计算每一组序列的30~50段弧长的累加值，获得弧长最短的控制序列，即是最优化的序列。序列最终构成单元37用于将每段小圆弧的半径和弧长转化成汽车的方向盘转角和后向后行驶的距离，这样就可以构成30~50组的所述控制序列。
请结合图3、图4、图5及图6，具体实施步骤如下。
1、感测装置21不停的远程检测与被驱动汽车20接近的物体并将测得的距离信号传递给控制器22。根据各个地区的行驶规则，如中国是靠右行驶，因此，感测装置21优选的安装位置在汽车20的车身的右侧上，尽可能在汽车20的车尾，这样汽车20行驶过第一物体25和第二物体26过程中，感测装置21能够不停的远程检测第一物体25、第二物体26分别与汽车20的距离，并将测得的距离信号传递给控制器22。
2、控制器22不停地根据两个距离判断第一物体25和第二物体26之间的间距是否可组成泊车位，并计算车身姿态角。
3、控制器22判断出一组上述间距信号符合泊车位要求，感测装置远程地感测出第一物体25和第二物体26的间距。
4、控制器22基于阀值确定所述间距是否足以使车辆平行停泊在所述第一物体25和所述第二物体26之间。
5、控制器22形成坐标点阵，此坐标点阵中每个点表示为[第一个数，第二个数]的形式，所述第一个数的最小值是0，最大值根据第一物体和第二物体间的间距确定，所述第二个数的最小值是0，最大值根据第一物体和第二物体间的间距确定，所述第一个数和所述第二个数都是整数，所述坐标点阵包含满足以上条件的每一个点。
本实施例中根据所述第一物体25和所述第二物体26之间间距，将此坐标点阵表示成以下形式：
[0,0] [0,1] [0,2] [0,3] [0,4] [0,5]
[1,0] [1,1] [1,2] [1,3] [1,4] [1,5]
[2,0] [2,1] [2,2] [2,3] [2,4] [2,5]
[3,0] [3,1] [3,2] [3,3] [3,4] [3,5]
[4,0] [4,1] [4,2] [4,3] [4,4] [4,5]
6、定义可行点阵序列，此可行点阵序列为从点[0,0]经过多次移动到达所述点[第一个数的最大值，第二个数的最大值]的一组满足以下规则的点的序列，其移动规则为：
起点为[0,0]点，从前一个点向后一个点移动，要求所述后一个点的第一个数必须大于所述前一个点的第一个数，所述后一个点的第二个数必须大于或等于所述前一个点第二个数；
如果点[0,0]经过多次移动到达所述点[第一个数的最大值，第二个数的最大值]成功，则为一组可行的点阵序列，程序回到上一层嵌套循环中继续运行，直到遍历完所有可行的点阵序列；
通过遍历嵌套算法，从上述坐标点阵中找出所有可行的点阵序。
本实施例中根据上述点阵序列找出的所有可行点阵序列如下：
7、图3为[4，5]点处车身姿态角为50度时所有可行的样条路径示意图。如图3中所示：控制器22对所述可行点阵序列进行样条曲线拟合，其两端点的一阶导数值规定如下：所述点[0,0]处，一阶导数值为0，所述点[第一个数的最大值，第二个数的最大值]处，一阶导数值为所述车身姿态角的正切值，本实施例中，[0,0]处导数值为0，[4,5]处倒数值为1.19。
8、控制器22将所述样条曲线离散化，分成30到50段小圆弧，求得每段小圆弧的半径和弧长，生成30到50对由圆弧半径和圆弧长度构成的序列。
9、图4为车身姿态角为50度并且符合汽车动力学参数并能避开障碍的样条路径示意图。
如图4中所示：控制器22根据汽车的动力学参数以及障碍车的位置以及其他障碍，剔除无法实现的序列。
图5为汽车动力学参数模型。根据汽车动力学参数，如图5，每一段小圆弧的半径过小，无法达到最低值，则包含此段小圆弧的路径将无法实现。另外，假设前后障碍车占据了[4，1]、[4，2]、[5，1]、[5，2]四个点，这样，在所有路径中包含这四个点的样条路径均无法实现。通过以上两条判断准则，可最终获得满足动力学参数并能避开障碍的可行路径。
10、图6 为车身姿态角为50度时的最优化泊车过程示意图。
如图6中所示：控制器22计算每一组序列的30到50段弧长的累加值，获得弧长最短的控制序列，即是最优化的序列。
11、控制器22将每段小圆弧的半径和弧长转化成汽车20的方向盘转角和后向后行驶的的距离，这样就可以构成30到50对控制序列。
12、控制器22，将上述30到50对控制序列转换为转向控制器的可执行行动，转型控制器控制转向轮完成上述控制序列，完成泊车过程。
由于本发明在生成泊车路径过程中采用了对泊车空间进行网格离散化，形成坐标点阵，再形成可行样条曲线，产生多个方向盘操作的控制序列的方法，与现有的将自动泊车路径规划分为两段圆弧相切的方式相比，克服了泊车所需要的空间大的难题。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种汽车，其包括：
转向轮；
转向制动器，其用于驱动所述转向轮；以及
控制器，其用于控制所述转向制动器；
其特征在于，所述汽车还包括：
感测设备，其远程地感测所述汽车分别与第一物体、第二物体的距离；
其中，所述控制器根据两个距离获取所述第一物体和所述第二物体之间的间距以及所述汽车的车身姿态角，所述控制器还判断所述间距是否不小于一预定阀值，如果是，则所述间距足以使所述汽车平行停泊在所述第一物体和所述第二物体之间，根据所述间距形成30~50组由方向盘转角和后向后行驶距离的控制序列；所述转向制动器执行所述控制序列；所述转向轮由所述转向制动器驱动依据所述控制序列将所述汽车自动地平行停泊在第一物体和第二物体之间的可泊车空间内。
2.如权利要求1所述的汽车，其特征在于，所述感测装置安装在所述汽车的车身的左侧面或后侧面上。
3.一种自动泊车系统，其应用于如权利要求1或2所述的汽车中，将所述汽车自动地平行停泊在第一物体和第二物体之间的可泊车空间内，其特征在于，所述自动泊车系统包括：
获取单元，其用于根据两个距离获取所述第一物体和所述第二物体之间的间距以及所述汽车的车身姿态角；
判断单元，其用于判断所述间距是否不小于一预定阀值，如果是，则所述间距足以使所述待泊汽车平行停泊在所述第一物体和所述第二物体之间；
控制序列形成单元，其用于根据所述间距形成30~50组由方向盘转角和后向后行驶距离的控制序列；以及
执行单元，其用于依据所述控制序列完成泊车。
4.如权利要求3所述的自动泊车系统，其特征在于，所述控制序列形成单元包括：
坐标点阵形成单元，其用于根据所述第一物体和所述第二物体之间间距形成坐标点阵，此坐标点阵中每个点表示为[第一个数，第二个数]的形式，所述第一个数的最小值是0，最大值为所述第一物体和所述第二物体之间的间距，所述第二个数的最小值是0，最大值为所述第一物体和所述第二物体之间的间距，所述第一个数和所述第二个数都是整数，所述坐标点阵包含满足以上条件的每一个点；
可行点阵序列形成单元，其用于形成从点[0,0]经过多次移动到达所述点[第一个数的最大值，第二个数的最大值]的一组满足预定移动规则的点的序列；
拟合单元，其用于对所述可行点阵序列进行样条曲线拟合，得到样条曲线；
序列初步构成单元，其用于将所述样条曲线离散化，分成30~50段小圆弧，求得每段小圆弧的半径和弧长，生成30~50组由圆弧半径和圆弧长度构成的序列；
剔除单元，其用于根据汽车的动力学参数以及障碍车的位置以及其他障碍，剔除无法实现的序列；
优化单元，其用于通过计算每一组序列的30~50段弧长的累加值，获得弧长最短的控制序列，即是最优化的序列；以及
序列最终构成单元，其用于将每段小圆弧的半径和弧长转化成汽车的方向盘转角和后向后行驶的距离，这样就可以构成30~50组的所述控制序列。
5.如权利要求4所述的自动泊车系统，其特征在于，所述移动规则为：
起点为[0,0]点，从前一个点向后一个点移动，要求所述后一个点的第一个数必须大于所述前一个点的第一个数，所述后一个点的第二个数必须大于或等于所述前一个点第二个数；
如果点[0,0]经过多次移动到达所述点[第一个数的最大值，第二个数的最大值]成功，则为一组可行的点阵序列，程序回到上一层嵌套循环中继续运行，直到遍历完所有可行的点阵序列；以及
通过遍历嵌套算法，从上述坐标点阵中找出所有可行的点阵序形成所述可行点阵序列。
6.如权利要求4所述的自动泊车系统，其特征在于，所述样条曲线的两端点的一阶导数值规定如下：所述点[0,0]处，一阶导数值为0，所述点[第一个数的最大值，第二个数的最大值]处，一阶导数值为所述车身姿态角的正切值。
7.一种自动泊车方法，其应用于如权利要求1或2所述的汽车中，将所述汽车自动地平行停泊在第一物体和第二物体之间的可泊车空间内，其特征在于，所述自动泊车方法包括以下步骤：
根据两个距离获取所述第一物体和所述第二物体之间的间距以及所述汽车的车身姿态角；
判断所述间距是否不小于一预定阀值，如果是，则所述间距足以使所述待泊汽车平行停泊在所述第一物体和所述第二物体之间；
根据所述间距形成30~50组由方向盘转角和后向后行驶距离的控制序列；以及
依据所述控制序列完成泊车。
8.如权利要求7所述的自动泊车方法，其特征在于，所述控制序列的形成步骤包括：
根据所述第一物体和所述第二物体之间间距形成坐标点阵，此坐标点阵中每个点表示为[第一个数，第二个数]的形式，所述第一个数的最小值是0，最大值为所述第一物体和所述第二物体之间的间距，所述第二个数的最小值是0，最大值为所述第一物体和所述第二物体之间的间距，所述第一个数和所述第二个数都是整数，所述坐标点阵包含满足以上条件的每一个点；
定义可行点阵序列，其为从点[0,0]经过多次移动到达所述点[第一个数的最大值，第二个数的最大值]的一组满足预定移动规则的点的序列；
对可行点阵序列进行样条曲线拟合，得到样条曲线；
将所述样条曲线离散化，分成30~50段小圆弧，求得每段小圆弧的半径和弧长，生成30~50组由圆弧半径和圆弧长度构成的序列；
根据汽车的动力学参数以及障碍车的位置以及其他障碍，剔除无法实现的序列；
通过计算每一组序列的30~50段弧长的累加值，获得弧长最短的控制序列，即是最优化的序列；以及
将每段小圆弧的半径和弧长转化成汽车的方向盘转角和后向后行驶的距离，这样就可以构成30~50组的所述控制序列。
9.如权利要求8所述的自动泊车方法，其特征在于，所述移动规则为：
起点为[0,0]点，从前一个点向后一个点移动，要求所述后一个点的第一个数必须大于所述前一个点的第一个数，所述后一个点的第二个数必须大于或等于所述前一个点第二个数；
如果点[0,0]经过多次移动到达所述点[第一个数的最大值，第二个数的最大值]成功，则为一组可行的点阵序列，程序回到上一层嵌套循环中继续运行，直到遍历完所有可行的点阵序列;
通过遍历嵌套算法，从上述坐标点阵中找出所有可行的点阵序形成所述可行点阵序列。
10.如权利要求8所述的自动泊车方法，其特征在于，所述样条曲线的两端点的一阶导数值规定如下：所述点[0,0]处，一阶导数值为0，所述点[第一个数的最大值，第二个数的最大值]处，一阶导数值为所述车身姿态角的正切值。
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