CN103754219A

CN103754219A - 一种多传感器信息融合的自动泊车系统

Info

Publication number: CN103754219A
Application number: CN201410059286.0A
Authority: CN
Inventors: 朴昌浩; 黄显杭; 禄盛; 张艳
Original assignee: Chongqing University of Post and Telecommunications
Current assignee: Chongqing University of Post and Telecommunications
Priority date: 2014-02-21
Filing date: 2014-02-21
Publication date: 2014-04-30

Abstract

本发明涉及一种多传感器信息融合的自动泊车系统，所述自动泊车系统包括超声波控制模块、图像处理模块、电子助力转向控制模块、车速控制模块以及整车控制模块，所述的超声波控制模块，可采集泊车车位以及周围障碍物与车辆之间的距离，实现车位识别功能；所述的图像处理模块，可采集车辆周围的泊车环境信息，并可在图像中调节虚拟车位，实现车位匹配功能；所述的电子助力转向控制模块，可根据轨迹信息实现对车辆的转向控制，实现轨迹控制功能；所述的车速控制模块，可控制车辆的行驶速度，实现车辆的低速控制功能；所述的整车控制模块可根据图像处理系统获取的车辆与车位之间的位置关系生成泊车轨迹，并产生相应的控制信号控制车辆完成泊车操作。

Description

一种多传感器信息融合的自动泊车系统

技术领域

本文涉及智能汽车技术领域，尤其涉及一种多传感器信息融合的自动泊车系统，可应用于车辆自动泊车入位场合。

背景技术

随着经济的飞速发展，居民生活水平不断提高，对物质的追求也在不断发生改变，尤其体现在出行方式上。截至2011年8月16日，全球处于使用状态的各种汽车，包括轿车、卡车以及公共汽车等的总保有量已突破10亿辆。居民汽车保有量节节攀升，给大中小城市交通带来巨大压力，大街小巷也时常被堵得水泄不通，城市道路资源日益紧缺，停车空间越来越稀缺，为了能够建造更多的停车位，车位大小设计得非常苛刻，停车难问题成为百姓生活中不可避免的问题。

为了能够解决停车难问题并让车辆更快、更安全的驶入泊车位，国内外研究人员对自动泊车系统做了大量研究。其中大部分学者对自动泊车系统的研究都是基于超声波实现，虽然基于超声波的自动泊车系统技术较为成熟，但同样存在问题。首先，超声波传感器受其工作条件、障碍物类别、盲区和干扰问题的限制导致无法正常工作；其次，在泊车的过程中，超声波传感器不能实时的动态的反馈真实的环境信息，从而驾驶者在使用泊车系统过程中存在极大的顾虑。针对该问题，基于多传感器信息融合的自动泊车系统开始快速研究，其不但可以实现基于超声波传感器的自动泊车系统的所有功能，而且还可以解决泊车过程中车后视野盲区问题，同时还可以通过图像信息选择待泊车区域，让驾驶者能够更直观、更安全的完成整个泊车过程。

发明内容

本发明的目的主要是解决目前基于超声波传感器的自动泊车系统技术之不足，提供一种多传感器信息融合的自动泊车系统，该系统可通过调节虚拟车位来选择目标泊车车位，进而由整车控制系统生成泊车轨迹，并产生相应的控制信号控制车辆快速、安全完成泊车操作。

为达到上述目的，本发明采用了如下技术解决方案来实现：

一种多传感器信息融合的自动泊车系统，可以根据不同的泊车车位快速的实现车辆自动驶入泊车位，其特征在于：

所述自动泊车系统包括超声波控制模块、图像处理模块、电子助力转向控制模块、车速控制模块以及整车控制模块；

所述的超声波控制模块，可采集泊车车位以及周围障碍物与车辆之间的距离，实现车位识别功能；

所述的图像处理模块，可采集车辆周围的泊车环境信息，并可在图像中调节虚拟车位，实现车位匹配功能；

所述的电子助力转向控制模块，可根据轨迹信息实现对车辆的转向控制，实现轨迹控制功能；

所述的车速控制模块，可控制车辆的行驶速度，实现车辆的低速控制功能；

所述的整车控制模块可根据图像处理模块获取的车辆与车位之间的位置关系生成泊车轨迹，并产生相应的控制信号控制车辆完成泊车操作。

上述技术解决方案可以进一步改进为：

所述的超声波控制模块包括超声波传感器、超声波控制板，超声波控制板包括超声波驱动电路、CAN通信电路以及超声波控制器，超声波控制模块可对超声波发送和接收的回波信号进行处理并得到泊车车位以及周围障碍物与车辆之间的距离信息，并将距离信息以CAN信号发送到整车控制模块。

所述的图像处理模块包括广角摄像头、键盘、显示器以及图像处理器，图像处理模块可对摄像头采集的图像信息实现测距，并在具有测距功能的图像信息中建立与实际车位大小相同的虚拟车位，通过人机交互界面可实现对虚拟车位的调节以及虚拟车位与实际车位之间的匹配。

所述的电子助力转向控制模块包括方向盘、直流电机、角度传感器以及电子助力转向控制板，电子助力转向控制模块可对方向盘进行-540°到540°之间的角度控制，并将角度信息发送到整车控制模块；

所述的车速控制模块包括电动真空助力泵以及车速控制板，车速控制模块可对真空助力泵进行压力调节实现对车速在0～5km/h之间的速度控制，并将车速信息发送到整车控制模块。

所述的整车控制模块包括整车控制器以及CAN通信接口，整车控制模块可根据车辆与车位之间的位置关系生成泊车轨迹，并按照泊车轨迹发送CAN信号对车速控制系统以及电子助力转向控制系统进行实时控制实现泊车入位。

采用上述技术解决方案所带来的有益效果是：本发明采用超声波传感器以及图像传感器信息融合技术，不但可以快速识别泊车车位和障碍物而且还可以清晰的通过图像信息对车位进行调节，获取车辆与车位之间的位置关系并规划出相应的泊车轨迹，整车控制系统可以根据轨迹信息对电子助力转向系统以及车速控制系统实时调节，实现快速、安全的泊车入位。

附图说明

图1为本发明多传感器信息融合的自动泊车系统的系统原理图

图2为本发明多传感器信息融合的自动泊车系统的工作流程图

图3为本发明多传感器信息融合的自动泊车系统的车位识别图

图4为本发明多传感器信息融合的自动泊车系统的轨迹生成图

具体实施方式

如图1所示，本发明一种多传感器信息融合的自动泊车系统，该系统包括五部分，超声波控制模块，图像处理模块，电动助力转向控制模块，车速控制模块，整车控制模块，上述模块构成了自动泊车系统的控制模块，各个模块之间具有统一的CAN通信协议，整车控制模块可以采集各个模块的通信信息并协调模块之间互相协调工作，实现在泊车过程中对整车执行机构的控制，从而安全、快速的完成泊车操作。

超声波控制模块实现车位检测以及障碍物检测功能，其中，两个超声波探测器分别被安装与车辆左侧的前后端，在泊车的过程中，超声波探头发送和接收回波，通过计算超声波发送和接收回波的时间差值来确定车辆与障碍物之间的距离，从而实现车位识别功能。

图像处理模块实现车位匹配功能，其中，CMOS的广角摄像头被安装与车辆的尾部，广角摄像头的水平视角大于120度，广角摄像头采集环境信息并传送给图像处理模块，该图像处理模块能够实现图像测距，并能够在图像中建立一个与实际车位大小相同的虚拟车位，通过在图像中调节虚拟车位便可实现虚拟车位与实际车位之间的匹配。

电动助力转向控制模块实现方向盘转向控制功能，其中，将方向盘进行改装，在方向盘上安装一直流电机和角度传感器，形成一电机闭环控制系统，通过对角度传感器的CAN协议解析便可根据方向盘的实际角度，进行对电机的角度的PID控制进而实现方向盘转向目标角度。

车速控制模块实现车辆速度控制功能，其中，将刹车踏板进行改装，在刹车踏板上安装一真空助力泵系统，通过对真空助力泵系统的压力调节，可以改变其作用在刹车踏板上的作用力，采集当前的车速信息便可实时的根据车速需求，改变真空助力泵系统的压力值实现对目标速度的控制。

如图2所示，是本发明一种多传感器信息融合的自动泊车系统的工作流程图，驾驶员当要准备进行泊车操作时，开启该自动泊车系统，此时，系统会提示驾驶员选择泊车方式，泊车方式分为平行泊车和垂直泊车，当驾驶员选择泊车方式后，超声波传感器车位检测系统和图像传感器测距系统开始工作，超声波传感器发送和接收超声波回波数据并将数据传送给超声波控制系统进行相应的车位检测处理，当检测到合适的车位信息后，系统提示驾驶员停车并提示驾驶员进行泊车车位调节，驾驶员可以通过上、下、左、右、左旋、右旋按键对人机交互界面中的虚拟车位进行调节来满足驾驶员中意的泊车区域，当驾驶员确定泊车区域后，图像处理系统根据虚拟车位的位置确定车辆与实际车位之间的距离信息，整车系统根据距离信息生成合适的泊车轨迹，此时，提示驾驶员挂入倒挡开始泊车，在泊车过程中，整车控制系统，一方面，根据轨迹信息产生角度控制信号和车速控制信息并传送给电动助力转向控制系统和车速控制系统，电动助力转向控制系统和车速控制系统根据控制信号控制方向盘和车速，当方向盘角度和车辆形式距离达到目标轨迹要求时，整车控制系统发送指令停止车辆，从而实现泊车操作，另一方面，检测刹车踏板信号、油门踏板信号、触碰方向盘信号进行紧急的安全操作处理。

如图3所示，是本发明一种多传感器信息融合的自动泊车系统的车位识别图，在泊车过程中，车位识别过程主要包括五个步骤，第一启动超声波车位检测系统，第二泊车位边缘判断，第三泊车位的大小判断，第四泊车位车位信息融合，第五泊车位确定。

如图4所示，是本发明一种多传感器信息融合的自动泊车系统的轨迹生成图，泊车轨迹由三部分组成，直行向后的线段S₀S₁，弧S₁C和弧CS_d，泊车过程如下，当车辆完成车位匹配及相关数据采集后，开始进行泊车，初始位置在S₀，车辆自动倒车至S₁位置后开始左转向，倒至C点位置后开始右转向，进而倒至目标点S_d完成泊车，以S₀(x₀，y₀)=(0，0)为坐标原点，垂直向下为Y轴正方向，水平向右为X轴正方向，通过获得的车位尺寸以及车辆与车位之间的距离信息后，便可得知车辆后轴中心在停进泊车位后的坐标点S_d(x_d，y_d)，使车辆停在车位的中心位置，则可得S_d(x_d，y_d)：

由几何关系及最小半径方案可得S₁点坐标(x₁，y₁)以及C点坐标为(x_c，y_c)：

\{\begin{matrix} x_{1} = 0 \\ y_{1} = y_{d} - \sqrt{4 R_{\min} \cdot d_{x} - d_{x}^{2}} \end{matrix} - - - (2)

\{\begin{matrix} x_{c} = \frac{d_{x}}{2} \\ y_{c} = d_{y} - y_{1} \end{matrix} - - - (3)

由以上公式可得到泊车轨迹方程如公式(4)：

\{\begin{matrix} x = 0 (0 < y < y 1) \\ {(x - R_{\min})}^{2} + y^{2} = {R_{\min}}^{2} (y_{1} < y < y_{c}) \\ {(x - (d_{x} - R_{\min}))}^{2} + {(y - d_{y})}^{2} = {R_{\min}}^{2} (y_{c} < y < y_{d}) \end{matrix} - - - (4)

Claims

1.一种多传感器信息融合的自动泊车系统，可以根据不同的泊车车位快速的实现车辆自动驶入泊车位，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的一种多传感器信息融合的自动泊车系统，所述的超声波控制模块包括超声波传感器、超声波控制板，超声波控制板包括超声波驱动电路、CAN通信电路以及超声波控制器，超声波控制模块可对超声波发送和接收的回波信号进行处理并得到泊车车位以及周围障碍物与车辆之间的距离信息，并将距离信息以CAN信号发送到整车控制模块。

3.根据权利要求1所述的一种多传感器信息融合的自动泊车系统，所述的图像处理模块包括广角摄像头、键盘、显示器以及图像处理器，图像处理模块可对摄像头采集的图像信息实现测距，并在具有测距功能的图像信息中建立与实际车位大小相同的虚拟车位，通过人机交互界面可实现对虚拟车位的调节以及虚拟车位与实际车位之间的匹配。

4.根据权利要求1所述的一种多传感器信息融合的自动泊车系统，所述的电子助力转向控制模块包括方向盘、直流电机、角度传感器以及电子助力转向控制板，电子助力转向控制模块可对方向盘进行-540°到540°之间的角度控制，并将角度信息发送到整车控制模块。

5.根据权利要求1所述的一种多传感器信息融合的自动泊车系统，所述的车速控制模块包括电动真空助力泵以及车速控制板，车速控制模块可对真空助力泵进行压力调节实现对车速在0～5km/h之间的速度控制，并将车速信息发送到整车控制模块。

6.根据权利要求1所述的一种多传感器信息融合的自动泊车系统，所述的整车控制模块包括整车控制器以及CAN通信接口，整车控制模块可根据车辆与车位之间的位置关系生成泊车轨迹，并按照泊车轨迹发送CAN信号对车速控制系统以及电子助力转向控制系统进行实时控制实现泊车入位。