CN105035075A - 一种用于自主平行泊车的路径规划方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于自主平行泊车的路径规划方法，其特征在于：所述方法用于自主泊车系统检测到可用泊车空间而将车辆自动地平行停泊于所述泊车空间中，所述方法包含以下步骤：检测车位后方第一障碍物上边缘，以及车位前方第二障碍物下边缘，以及本车右边缘与第二障碍物左边缘间距；基于阈值确定车位大小是否足以泊车；确定平行泊车的第二阶段路径；确定平行泊车的第一阶段路径；控制车辆转向系统与动力系统遵循所述第一阶段路径与第二阶段路径。本发明设计合理、高效，能够精确控制车辆自主平行泊车，结构合理、安全系数高。

Description

一种用于自主平行泊车的路径规划方法

技术领域

本发明涉及车辆自主泊车技术领域，具体为一种用于自主平行泊车的路径规划方法。

背景技术

近年来，随着国内汽车保有量的迅速增长，城市内停车位日趋紧张和狭小。对于车位过于狭窄的情况，驾驶员往往难以很好地控制汽车进行快速准确的泊车，由泊车引发的事故几率大大升高。

自主泊车系统可以帮助驾驶员进行准确安全的泊车，这种系统使用测距传感器和车速传感器自动地检测车位大小，然后规划出一条的泊车路径，最后自动地控制车辆的转向系统同、制动系统和动力系统遵循规划出的路径完成泊车。

公开号为CN101898559A的发明专利申请中提供一种用于自动平行停泊系统确定车辆路径的方法，所述方法基于圆弧和回旋曲线平滑的停泊轨迹的轮廓，所述方法可以提供单循环转向操纵或两循环转向操纵的路径规划。其中不利的是，当车位长度较小时不能很好地实施路径规划。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种用于自主平行泊车的路径规划方法，以解决上述背景技术中的问题。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种用于自主平行泊车的路径规划方法，所述方法用于自主泊车系统检测到可用泊车空间而将车辆自动地平行停泊于所述泊车空间中，所述方法包含以下步骤：

检测车位后方第一障碍物上边缘，以及车位前方第二障碍物下边缘，以及本车右边缘与第二障碍物左边缘间距；

基于阈值确定车位大小是否足以泊车；

确定平行泊车的第二阶段路径；所述第二阶段路径包括3个路径段，分别为：圆弧段A004、圆弧段A005、直线段A006。所述的第二阶段路径为车辆在车位内调整朝向与位置并停泊在最终位置的路径；

确定平行泊车的第一阶段路径；所述第一阶段路径包括依次连接的3个路径段，分别为:直线段A001、圆弧段A002、圆弧段A003；所述第一阶段路径为车辆从泊车起始位置倒车进入车位的路径；

控制车辆转向系统与动力系统遵循所述第一阶段路径与第二阶段路径。

进一步地，车辆在所述的第一阶段路径行进方向为后退，车辆在所述的圆弧段A004行进方向为前进，车辆在所述的圆弧段A005行进方向为后退。

进一步地，车辆在所述的直线段A001方向盘转角初始地为零，车辆在所述的圆弧段A002、圆弧段A004具有恒定的向右的方向盘转角A_max，车辆在所述的圆弧段A003、圆弧段A005具有恒定的向左的方向盘转角A_max。

进一步地，所述的圆弧段A002、圆弧段A003、圆弧段A004、圆弧段A005的半径为车辆的最小转弯半径R_min；并且，车辆的方向盘转角为A_max时行驶路径具有最小右转半径R_min。

进一步地，所述的直线段A006的终点位置为车辆的最终位置。

进一步地，确定一个矩形的泊车区域，所述的泊车区域下边缘与第一障碍物上边缘具有一个安全间距D_s，所述的泊车区域上边缘与第二障碍物下边缘具有一个安全间距D_s，所述的泊车区域左边缘与所述的第二障碍物左边缘齐平。

进一步地，车辆在圆弧段A003的终点，亦即圆弧段A004的起点，车辆左后角恰好位于泊车区域下边缘；车辆在圆弧段A004的终点，亦即圆弧段A005的起点，车辆右前角恰好位于泊车区域上边缘；车辆在圆弧段A005的终点，亦即直线段A006的起点，车辆后边缘恰好位于泊车区域下边缘。

进一步地，车辆停泊在所述的最终位置时其左边缘与所述的泊车区域左边缘齐平，其上、下边缘分别至所述的泊车区域上下边缘具有相同间距。

本发明还涉及一种自主平行泊车系统，所述系统包括：

用于检测车辆周围障碍物的距离传感器；所述的距离传感器发送其与障碍物间距的信号；

控制器，所述的控制器接受距离传感器的信号，所述的控制器通过CAN总线接收车辆车速信号，所述的控制器处理所述的距离传感器的信号和所述的车速信号计算车位大小和车位前后障碍物与本车的相对距离，所述控制器确定平行泊车的第一阶段路径，所述的第一阶段路径为车辆从泊车起始位置倒车进入车位的路径，所述的控制器确定平行泊车的第二阶段路径，所述第二阶段路径为车辆在车位内调整朝向与位置的路径，所述的控制器通过CAN总线发送方向盘转角控制命令、发动机控制命令和制动命令，控制车辆遵循所述第一阶段路径与第二阶段路径。

进一步地，所述的距离传感器为基于超声波的传感器。

与已公开技术相比，本发明存在以下优点：本发明设计合理、高效，能够精确控制车辆自主平行泊车，结构合理、安全系数高。

附图说明

图1为本发明实施例的车辆几何示意图。

图2为本发明实施例的车位几何示意图。

图3为本发明实施例的车位长度大于阈值时路径示意图。

图4为本发明实施例的圆弧段A004示意图。

图5为本发明实施例的圆弧段A005示意图。

图6为本发明实施例的车位长度小于阈值时第一阶段路径示意图。

图7为本发明实施例的自主平行泊车系统的框图。

具体实施方式

为了使本发明的技术手段、创作特征、工作流程、使用方法达成目的与功效易于明白了解，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例的车辆几何示意图。将实际车辆简化为一个矩形的平面车辆模型，该平面车辆模型具有长度L₁和宽度H₁。平面车辆模型的位置以实际车辆后轴中心的位置P0来表示。后轴中心到车尾距离为L_r，后轴中心到车头距离为L_f。并且，车辆方向盘转角为A_max时具有最小转弯半径R_min。其中，以上的车辆几何参数是已知的，可以通过事先测量得到。

图2为本发明实施例的车位几何示意图。自主泊车系统使用测距传感器可以获取车位长度和车位前后障碍物信息。当准备开始自主泊车时，车辆Q004朝向初始地与车位方向平行。将第一障碍物Q001简化为具有左边缘E001和上边缘E003的矩形区域，将第二障碍物简化为具有左边缘E002和下边缘E004的矩形区域。车辆Q004右边缘初始地与第二障碍物左边缘E002间距为D₁，车辆后轴中心P0在平行于车位朝向的方向上与第二障碍物左下拐角距离初始地为D₂。车位长度为第一障碍物与第二障碍物的间距L_p。设定一个矩形的泊车区域Q003，泊车区域Q003与第一障碍物、第二障碍物具有一个安全间距D_s，泊车区域Q003长度为L_s。以上参数为通过自主泊车系统测量得到的已知值。

当泊车区域长度大于阈值L_s1时，车辆可经由一次倒车操作进入车位并且使得车身朝向与车位方向平行，如图3中所示，车辆初始地位于P001位置，然后自主泊车系统控制车辆倒车到达P002位置停车，行驶距离为s₁。然后控制方向盘右转至A_max位置，此时车辆行驶路径轨迹为圆弧，其半径为最小转弯半径R_min，继续倒车到达P003位置停车，行驶距离为s₂。然后控制方向盘左转至A_max位置此时车辆行驶路径轨迹为圆弧，其半径为最小转弯半径R_min，继续倒车到达P004位置停车，行驶距离为s₃；此时车尾与泊车区域下边缘齐平，车辆左边缘与泊车区域左边缘齐平。然后控制方向盘转至0度位置，控制车辆前进到达最终位置P007，行驶距离为s₆。为保证车辆行驶过程中不与第二障碍物碰撞并保持一定的安全间距，设定车辆沿圆弧段A002行驶时其右上角恰好经过泊车区域左上角。并且设定车辆在最终泊车位置时车辆左边缘与泊车区域左边缘对齐，由此可确定阈值L_s1以及各段路径长度。

如图5所示，假想当车辆初始地位于P006位置，此时车尾与泊车区域下边缘齐平，车辆左边缘与泊车区域左边缘齐平，当车辆以最小转弯半径R_min向前行驶使得其右上角恰好经过泊车区域左上角，此时泊车区域的长度即为阈值L_s1。由此可得L_s1公式为：

$L_{s1}=\sqrt{{(R_{min}+H_1/2)}^2+L_f^2-{(R_{min}-H_1/2)}^2}+L_r$

圆弧段A002与圆弧段A003具有对称关系，其弧度记为β，则：

${\mathrm{\β}}_2=acos(1-\frac{H_1+D_1}{2R_{min}})$

${\mathrm{\β}}_3={\mathrm{\β}}_2=acos(1-\frac{H_1+D_1}{2R_{min}})$

由几何关系易得各段路径长度为：

s₁＝D₂+D_s-[2R_minsin(β₂)-L_s1+L_r]

s₂＝R_minβ₂

s₃＝R_minβ₂

s₆＝L_s-(L_s1-L₁)/2

当泊车区域长度L_s小于L_s1时，车辆无法通过一次倒车操作进入车位并摆正车身，如图6所示。当车辆沿着路径A001、A002、A003运动，到达P004位置时其左下角恰好处于泊车区域下边缘。然后将方向盘往右转至A_max位置，沿着圆弧段A004前进到达P005位置，其行驶距离记为s₄，如图4所示。在P005位置，车辆右上角恰好位于泊车区域上边缘。然后将方向盘往左转至A_max位置，沿着圆弧段A005倒车到达P006位置，此时车尾与泊车区域下边缘齐平，车辆左边缘与泊车区域左边缘齐平，其形式距离记为s₅，如图5所示。最后将方向盘转至0度，使车辆前进到车位中间。由此可以计算出A006的长度s₆：

如图5所示，点P005到P006之间为圆弧段A005，其具有圆心O₅，通过几何关系可以计算得到A005的弧长s₅：

s₅＝R_min·β₅

其中：

${\mathrm{\α}}_f=atan\left(\frac{L_f}{R_{min}+H_1/2}\right)$

${\mathrm{\β}}_5=asin\left(\frac{L_s-L_r}{L_f/\sin \left({\mathrm{\α}}_f\right)}\right)$

如图4所示，点P004到P005之间为圆弧段A004，其具有圆心O₄，通过几何关系可以计算得到A004的弧长s₄：

s₄＝R_min·β₄

其中：

${\mathrm{\α}}_r=atan\left(\frac{L_r}{R_{min}+H_1/2}\right)$

${\mathrm{\β}}_4=a\sin \left(\frac{(R_{min}-H_1/2)\[tan\left({\mathrm{\α}}_r\right)-tan({\mathrm{\α}}_r-{\mathrm{\β}}_5)\]}{L_r/sin\left({\mathrm{\α}}_r\right)}\right)-{\mathrm{\α}}_r-{\mathrm{\β}}_5$

如图6所示，点P003到P004之间为圆弧段A003，其具有圆心O₃，其长度记为s₂；点P002到P003之间为圆弧段A002，其具有圆心O₂，其长度记为s₃；点P001到P002之间为直线段A001，其长度记为s₁。A001～A003长度可由以下公式计算得出:

s₁＝D₂+D_s-[2R_minsin(β)-L_s-2R_min[sin(β₅+β₄)-sin(β₅)]+L_r]

s₂＝R_minβ₂

s₃＝R_minβ₃

其中：

${\mathrm{\β}}_2=acos(1-\frac{H_1+D_1+2R_{min}\[cos({\mathrm{\β}}_5+{\mathrm{\β}}_4)-cos\left({\mathrm{\β}}_5\right)\]}{2R_{\min }})$

β₃＝β₂-β₄-β₅

图7为本发明实施例的自主平行泊车系统的框图。自主平行泊车系统包括测距传感器，控制器，和车辆的转向系统、制动系统、动力系统。测距传感器为基于超声波的传感器，其可以检测自身到障碍物的距离，其与控制器通过线束相连接并发送障碍物距离信息。自主平行泊车系统至少具有一个安装于侧面的测距传感器，用以探测车辆右侧障碍物信息；也可能具有多个测距传感器用以探测车辆四周障碍物信息。自主平行泊车系统还包括控制器，控制器通过线束连接测距传感器，并连接车上的CAN总线。控制器接收测距传感器的距离信息，接受CAN总线上的车速信息。自主平行泊车系统还包括转向系统、制动系统和动力系统，转向系统。转向系统、制动系统和动力系统可以接收和执行来自控制器的控制命令，例如，转向系统可以接收方向盘转角命令并执行相应的方向盘转角，制动系统可以接收制动百分比命令并执行相应的制动，动力系统可以接收扭矩/车速命令并执行相应的扭矩/车速。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明的要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种用于自主平行泊车的路径规划方法，其特征在于：所述方法用于自主泊车系统检测到可用泊车空间而将车辆自动地平行停泊于所述泊车空间中，所述方法包含以下步骤：

检测车位后方第一障碍物上边缘，以及车位前方第二障碍物下边缘，以及本车右边缘与第二障碍物左边缘间距；

基于阈值确定车位大小是否足以泊车；

确定平行泊车的第二阶段路径；所述第二阶段路径包括3个路径段，分别为：圆弧段A004、圆弧段A005、直线段A006；第二阶段路径为车辆在车位内调整朝向与位置并停泊在最终位置的路径；

确定平行泊车的第一阶段路径；所述第一阶段路径包括依次连接的3个路径段，分别为:直线段A001、圆弧段A002、圆弧段A003；所述第一阶段路径为车辆从泊车起始位置倒车进入车位的路径；

控制车辆转向系统与动力系统遵循所述第一阶段路径与第二阶段路径。

2.根据权利要求1所述的一种用于自主平行泊车的路径规划方法，其特征在于：车辆在所述的第一阶段路径行进方向为后退，车辆在所述的圆弧段A004行进方向为前进，车辆在所述的圆弧段A005行进方向为后退。

3.根据权利要求1所述的一种用于自主平行泊车的路径规划方法，其特征在于：车辆在所述的直线段A001方向盘转角初始地为零，车辆在所述的圆弧段A002、圆弧段A004具有恒定的向右的方向盘转角A_max，车辆在所述的圆弧段A003、圆弧段A005具有恒定的向左的方向盘转角A_max。

4.根据权利要求1所述的一种用于自主平行泊车的路径规划方法，其特征在于：所述的圆弧段A002、圆弧段A003、圆弧段A004、圆弧段A005的半径为车辆的最小转弯半径R_min；并且，车辆的方向盘转角为A_max时行驶路径具有最小右转半径R_min。

5.根据权利要求1所述的一种用于自主平行泊车的路径规划方法，其特征在于：所述的直线段A006的终点位置为车辆的最终位置。

6.根据权利要求1所述的一种用于自主平行泊车的路径规划方法，其特征在于：所述的泊车区域下边缘与第一障碍物上边缘具有一个安全间距D_s，所述的泊车区域上边缘与第二障碍物下边缘具有一个安全间距D_s，所述的泊车区域左边缘与所述的第二障碍物左边缘齐平。

7.根据权利要求1所述的一种用于自主平行泊车的路径规划方法，其特征在于：车辆在圆弧段A003的终点，亦即圆弧段A004的起点，车辆左后角恰好位于泊车区域下边缘；车辆在圆弧段A004的终点，亦即圆弧段A005的起点，车辆右前角恰好位于泊车区域上边缘；车辆在圆弧段A005的终点，亦即直线段A006的起点，车辆后边缘恰好位于泊车区域下边缘。

8.根据权利要求1所述的一种用于自主平行泊车的路径规划方法，其特征在于：车辆停泊在所述的最终位置时其左边缘与所述的泊车区域左边缘齐平，其上、下边缘分别至所述的泊车区域上下边缘具有相同间距。

9.一种自主平行泊车系统，所述系统包括：用于检测车辆周围障碍物的距离传感器；所述的距离传感器发送其与障碍物间距的信号；

控制器，所述的控制器接受距离传感器的信号，所述的控制器通过CAN总线接收车辆车速信号，所述的控制器处理所述的距离传感器的信号和所述的车速信号计算车位大小和车位前后障碍物与本车的相对距离，所述控制器确定平行泊车的第一阶段路径，所述的第一阶段路径为车辆从泊车起始位置倒车进入车位的路径，所述的控制器确定平行泊车的第二阶段路径，所述第二阶段路径为车辆在车位内调整朝向与位置的路径，所述的控制器通过CAN总线发送方向盘转角控制命令、发动机控制命令和制动命令，控制车辆遵循所述第一阶段路径与第二阶段路径。