CN104627068A - 一种自动泊车过程中车身航向角的计算系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自动泊车技术领域，提供了一种自动泊车过程中车身航向角的计算系统及方法，包括传感器模块、数据处理模块、单片机MCU、电源模块以及显示屏；电源模块分别与传感器模块、数据处理模块、单片机MCU均相连，用于为其他各模块提供电源；传感器模块与数据处理模块连接，用于采集信息，并将距离信息传送给数据处理模块，数据处理模块连接单片机MCU，用于处理传感器模块传送的信息，并最终将有效信息传送给单片机MCU；单片机MCU计算得出汽车的实时车身航向角，并输出至显示屏。该计算处理过程简洁，实时性强，能够有效提高车身航向角的检测精度，可有效帮助驾驶员了解当前车身姿态情况，以更好的利于泊车，改善泊车效果。

Description

一种自动泊车过程中车身航向角的计算系统及方法

技术领域

本发明涉及自动泊车技术领域，尤其涉及一种自动泊车过程中车身航向角的计算系统及方法。

背景技术

随着汽车保有量的不断增加，泊车难题越来越受到人们关注，自动泊车系统的出现解决了日益困扰车主的泊车难题。车身航向角检测是自动泊车系统的一个重要环节，自动泊车系统中的智能算法都是依据汽车航向角来制定的，而现有自动泊车系统的路径规划都假定汽车初始航向角为0°，以此来制定泊车路径中每一步的行驶距离，使汽车最终泊车入位时车身平行于车位线，但在实际交通状况下，由于驾驶员操纵、实际路况以及其他不可预估因素均可能造成车身初始航向角不为0°，此时将对实际泊车效果产生较大影响。精确的车身航向角计算不仅有助于驾驶员实时了解当前的车身姿态情况，还能为自动泊车系统路径规划的库内调整阶段提供准确的车身航向角，改善泊车效果。

现有自动泊车系统中车身姿态检测方法大多是依靠超声波探测技术和机器视觉技术，其中机器视觉技术的应用更为广泛。超声波探测器的应用是在汽车尾部安装2～4个超声波传感器探测与后车距离，通过监测几个超声波传感器探测的探测距离是否相同来判断车身姿态，但超声波探测器在应用上存在着一些不足，尤其是超声波的散射、反射问题比较严重，在汽车的前后端圆角处存在接收不到回波的现象；机器视觉技术的应用是通过内置算法结合汽车尾部的摄像头来匹配车位线，以此调整车身姿态，但此方法只适用于垂直泊车。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种自动泊车过程中车身航向角的计算系统及方法，帮助驾驶员实时了解当前的车身姿态情况，为自动泊车系统路径规划的调整阶段提供准确的车身航向角，改善泊车效果。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种自动泊车过程中车身航向角的计算系统，包括传感器模块、数据处理模块、单片机MCU、电源模块以及显示屏；

所述电源模块分别与传感器模块、数据处理模块、单片机MCU均相连，用于为传感器模块、数据处理模块和单片机模块提供电源；

所述传感器模块包括超声波传感器、轮速传感器和方向盘转角传感器，与数据处理模块连接，所述超声波传感器用于采集汽车与侧方车位内已停放车辆的距离信息；所述轮速传感器用于采集车轮的轮速脉冲信号；所述方向盘转角传感器用于采集汽车的方向盘转角信息；

所述数据处理模块连接单片机MCU，用于接收传感器模块传送的信息，实现对超声波传感器所采集距离信息的筛选、轮速传感器所采集轮速脉冲信号的累加、方向盘转角传感器所采集的方向盘转角信息的转换，并最终将有效信息传送给单片机MCU；

所述单片机MCU连接显示屏，用于接受数据处理模块传送的有效信息，计算得出汽车的实时车身航向角，并输出至显示屏。

进一步的，所述超声波传感器为四个，且车身两侧各分布有两个；所述轮速传感器为两个，且安装在主减速器上；所述方向盘转角传感器为一个，且安装在方向盘下方的转向柱内。

进一步的，分布于车身同侧的所述两个超声波传感器为相互间隔且布置高度相同。

一种自动泊车过程中车身航向角的计算方法，包括如下步骤：

(1)寻库阶段，启动电源，汽车开始寻库，传感器模块中的超声波传感器在线采集汽车与侧方车位内已停放车辆的距离信息，并将信息传递给数据处理模块；

(2)数据处理模块对所采集到的距离信息进行筛选，并将信息传递给单片机MCU；单片机MCU计算后得到寻库过程中的车身航向角并输出在显示屏上；

(3)倒库阶段，轮速传感器采集左后轮和右后轮的轮速脉冲信号，方向盘转角传感器采集方向盘转角信息；数据处理模块对轮速传感器采集的轮速脉冲信息进行累加，对方向盘转角传感器采集的方向盘转角信息进行转换，并将信息传递给单片机MCU；单片机MCU计算后得到倒库过程中的车身航向变化角

(4)结合寻库阶段和倒库阶段车身航向角和可得出自动泊车过程中的车身航向角并将其输出显示在显示屏上。

进一步的，所述步骤(2)中数据处理模块对所采集到的距离信息进行筛选的过程为：

若|a_x-b_x|≥1m，则删除该组数值；其中，(a_x，b_x)为车身同侧的两个超声波传感器采集的本车与侧方车位内已停放车辆的一组距离信息。

进一步的，所述步骤(2)中寻库过程的车身航向角计算过程为：将单片机MCU接收数据处理模块所传送的距离信息(a_i，b_i)计算平均值后得到距离参数(a_v，b_v)，其中，则寻库过程中的车身航向角其中S为车身同侧的两个超声波传感器的相隔距离。

进一步的，所述步骤(3)中倒库阶段的车身航向角计算过程为：

设汽车倒库阶段每隔时间t汽车航向角变化汽车运动距离为l，数据处理模块利用汽车的固有转向比K将方向盘转角传感器测到的方向盘转角θ_j转换为车轮转角φ_j，其中，其中方向盘右转记为正角度，左转记为负角度；由Ackerman转向原理可知其中L为汽车轴距，R为转向半径，由此可得出t时刻的转向半径结合弧长公式可得t时间内车身航向角变化则车身航向角

进一步的，所述步骤(4)中自动泊车过程中的车身航向角

进一步的，所述单片机MCU采用英飞凌公司的增强型单片机XC866。

本发明的有益效果是：

(1)本发明通过传感器模块、数据处理模块、单片机MCU、电源模块以及显示屏等设备，实现了自动泊车过程中车身航向角的实时计算，该计算处理过程简洁，实时性强，能够有效提高车身航向角的检测精度，可有效帮助驾驶员了解当前车身姿态情况，以更好的利于泊车，改善泊车效果。

(2)本发明使用的设备简单，成本低，稳定性高，通用性强，可在汽车上广泛使用。

附图说明

图1为本发明所述自动泊车过程中车身航向角的计算系统的示意图。

图2为车身同侧的超声波传感器位置示意图。

图3为寻库过程超声波传感器信息采集示意图。

图4为倒库过程中车轮转角与车身航向变化角的关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1所示，本发明所述的自动泊车过程中车身航向角的计算系统，包括传感器模块、数据处理模块、单片机MCU、电源模块以及显示屏；所述传感器模块连接数据处理模块，所述数据处理模块连接单片机MCU，所述单片机MCU连接显示屏；所述电源模块与传感器模块、数据处理模块、单片机MCU均相连；

所述电源模块为整个系统提供电源；所述传感器模块包括四个超声波传感器、一个方向盘转角传感器和两个轮速传感器；所述超声波传感器分别用于采集汽车与侧方车位内已停放车辆的距离信息，并将采集到的距离信息传送给数据处理模块，如图2所示，超声波传感器在车身两侧各分布有两个，车身同侧的超声波传感器A和超声波传感器B相隔距离S且布置高度相同。所述两个轮速传感器安装在主减速器上，分别采集左后轮和右后轮的轮速脉冲信号，并将采集到的脉冲信号传送给数据处理模块；所述方向盘转角传感器安装在方向盘下方的转向柱内，用于采集方向盘转角信号并将采集到的方向盘转角信息传送给数据处理模块；所述数据处理模块接收传感器模块传送的信息，并分类对其进行处理，其中，对超声波传感器采集的距离信息进行筛选，对轮速传感器采集的轮速脉冲信号进行累加，对方向盘转角传感器采集的方向盘转角信息进行转换，并最终将有效信息传送给单片机MCU；单片机MCU接收数据处理模块传送的有效信息，计算得出汽车的实时车身航向角，并输出至显示屏；所述显示屏显示瞬时的车身航向角。其中，单片机MCU采用英飞凌公司的增强型单片机XC866。

为方便叙述自动泊车过程中车身航向角的计算方法，以汽车右侧停车为实施例进行说明。

(1)寻库阶段，启动电源，汽车开始寻库，如图3所示，传感器模块中位于车身同侧超声波传感器A和超声波传感器B在线采集汽车与侧方车位内已停放车辆的距离信息(a_x，b_x)，并将该距离信息传递给数据处理模块；数据处理模块对所采集到的距离信息进行筛选，若|a_x-b_x|≥1m，则删除该组数值；数据处理模块将筛选后的有效信息(a_i，b_i)传递给单片机MCU；单片机MCU计算后得到寻库过程中的车身航向角并输出在显示屏上。车身航向角的计算过程为：将单片机MCU接收数据处理模块所传送的距离信息(a_i，b_i)计算平均值后得到距离参数(a_v，b_v)，即则寻库过程中的车身航向角其中S为为车身同侧的两个超声波传感器的相隔距离。

(2)倒库阶段，轮速传感器采集左后轮和右后轮的轮速脉冲信号，方向盘转角传感器采集方向盘转角信号；数据处理模块对轮速传感器采集的轮速脉冲信号进行累加，对方向盘转角传感器采集的方向盘转角信息进行转换，并将信息传递给单片机MCU；单片机MCU计算后得到倒库过程中的车身航向变化角

车身航向角计算过程为：如图4所示，设汽车倒库阶段每隔时间t汽车航向角变化汽车运动距离为l，数据处理模块利用汽车的固有转向比K将方向盘转角传感器测到的方向盘转角θ_j转换为车轮转角φ_j即做如下变换：其中方向盘右转记为正角度，左转记为负角度；由Ackerman转向原理可知其中L为汽车轴距，R为转向半径，由此可得出t时刻的转向半径结合弧长公式可得t时间内车身航向角变化则车身航向角

(3)结合寻库阶段和倒库阶段车身航向角和可得出自动泊车过程中的车身航向角并将其输出显示在显示屏上。

本发明整个计算过程处理简洁，能够有效地提高车身航向角的检测精度，可有效帮助驾驶员了解当前车身姿态情况，使用的设备简单，成本低，稳定性高，通用性强，可在汽车上广泛使用。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种自动泊车过程中车身航向角的计算系统，其特征在于，包括传感器模块、数据处理模块、单片机MCU、电源模块以及显示屏；

所述电源模块分别与传感器模块、数据处理模块、单片机MCU均相连，用于为传感器模块、数据处理模块和单片机模块提供电源；

所述传感器模块包括超声波传感器、轮速传感器和方向盘转角传感器，与数据处理模块连接，所述超声波传感器用于采集汽车与侧方车位内已停放车辆的距离信息；所述轮速传感器用于采集车轮的轮速脉冲信号；所述方向盘转角传感器用于采集汽车的方向盘转角信息；

所述数据处理模块连接单片机MCU，用于接收传感器模块传送的信息，实现对超声波传感器所采集距离信息的筛选、轮速传感器所采集轮速脉冲信号的累加、方向盘转角传感器所采集的方向盘转角信息的转换，并最终将有效信息传送给单片机MCU；

所述单片机MCU连接显示屏，用于接受数据处理模块传送的有效信息，计算得出汽车的实时车身航向角，并输出至显示屏。

2.根据权利要求1所述的一种自动泊车过程中车身航向角的计算系统，其特征在于，所述超声波传感器为四个，且车身两侧各分布有两个；所述轮速传感器为两个，且安装在主减速器上；所述方向盘转角传感器为一个，且安装在方向盘下方的转向柱内。

3.根据权利要求1或2所述的一种自动泊车过程中车身航向角的计算系统，其特征在于，分布于车身同侧的所述两个超声波传感器为相互间隔且布置高度相同。

4.根据权利要求1所述的一种自动泊车过程中车身航向角的计算系统，其特征在于，所述单片机MCU采用英飞凌公司的增强型单片机XC866。

5.一种自动泊车过程中车身航向角的计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)寻库阶段，启动电源，汽车开始寻库，传感器模块中的超声波传感器在线采集汽车与侧方车位内已停放车辆的距离信息，并将信息传递给数据处理模块；

(2)数据处理模块对所采集到的距离信息进行筛选，并将信息传递给单片机MCU；单片机MCU计算后得到寻库过程中的车身航向角并输出在显示屏上；

(3)倒库阶段，轮速传感器采集左后轮和右后轮的轮速脉冲信号，方向盘转角传感器采集方向盘转角信息；数据处理模块对轮速传感器采集的轮速脉冲信息进行累加，对方向盘转角传感器采集的方向盘转角信息进行转换，并将信息传递给单片机MCU；单片机MCU计算后得到倒库过程中的车身航向变化角

(4)结合寻库阶段和倒库阶段车身航向角和可得出自动泊车过程中的车身航向角并将其输出显示在显示屏上。

6.根据权利要求5所述的一种自动泊车过程中车身航向角的计算方法，其特征在于，所述步骤(2)中数据处理模块对所采集到的距离信息进行筛选的过程为：

若|a_x-b_x|≥1m，则删除该组数值；其中，(a_x，b_x)为车身同侧的两个超声波传感器采集的本车与侧方车位内已停放车辆的一组距离信息。

7.根据权利要求5所述的一种自动泊车过程中车身航向角的计算方法，其特征在于，所述步骤(2)中寻库过程的车身航向角计算过程为：将单片机MCU接收数据处理模块所传送的距离信息(a_i，b_i)计算平均值后得到距离参数(a_v，b_v)，其中，则寻库过程中的车身航向角其中S为车身同侧的两个超声波传感器的相隔距离。

8.根据权利要求5所述的一种自动泊车过程中车身航向角的计算方法，其特征在于，所述步骤(3)中倒库阶段的车身航向角计算过程为：

设汽车倒库阶段每隔时间t汽车航向角变化汽车运动距离为l，数据处理模块利用汽车的固有转向比K将方向盘转角传感器测到的方向盘转角θ_j转换为车轮转角φ_j，其中，其中方向盘右转记为正角度，左转记为负角度；由Ackerman转向原理可知其中L为汽车轴距，R为转向半径，由此可得出t时刻的转向半径结合弧长公式可得t时间内车身航向角变化则车身航向角

9.根据权利要求5所述的一种自动泊车过程中车身航向角的计算方法，其特征在于，所述步骤(4)中自动泊车过程中的车身航向角