CN106945662A - 一种垂直自动泊车路径规划方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种垂直自动泊车路径规划方法，利用传感器获取的待泊车辆周边环境信息建立全局坐标系，结合基于阿克曼转向机构的车辆转向特性，确定待泊车辆在当前全局坐标系下是否能够通过一次换挡完成自动泊车，并进行垂直泊车路径规划。本发明采用简单的几何作图方法进行垂直泊车路径进行规划，最多三次就可以成功泊车，提高了垂直泊车路径规划的效率，并具有较好的鲁棒性，在仅有障碍车库的干扰下，均能够快速实现路径规划。

Description

一种垂直自动泊车路径规划方法及系统

技术领域

本发明涉及泊车路径规划技术领域，特别涉及一种垂直自动泊车路径规划方法及系统。

背景技术

泊车操作难度大，经验要求高。许多驾驶新手由于经验不足而面临巨大的障碍，往往经验不足的驾驶员需要反复多次前进后退才能完成泊车，甚至在某些场景下还无法完成泊车。自动泊车系统为解决这些问题提供了有效解决方案，作为高级驾驶辅助系统中应用场景最频繁的一种，其技术发展也得到了各大车企以及供应商的广泛关注。在自动泊车系统中，路径规划作为控制环节中最为重要的一部分，为泊车控制系统提供了准确参考，然而在垂直泊车过程中车辆在不同的位置有时需要多次换挡才能准确泊车。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题之一在于提供一种垂直自动泊车路径规划方法，采用简单的几何作图方法规划出垂直泊车换挡次数少的理想路径，提高自动泊车的效率。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：

本发明提供了一种垂直自动泊车路径规划方法，具体包括以下步骤：

(1)、采用传感器获取待泊车辆环境信息，建立环境全局坐标系；

(2)、根据全局坐标系，确定待泊车辆与待停车库之间的位置；

(3)、利用阿克曼转向机构原理确定待泊车辆的最小转弯半径，确定待泊车辆泊入待停车库的车辆临界起始位置和车辆临界泊入位置；

(4)、根据车辆在不同的起始位置采用几何作图方法绘制待泊车辆垂直泊车路径。

进一步地，所述全局坐标系的坐标原点为待泊车辆后轴中心点o，水平方向为X轴，竖直方向为Y轴，逆时针旋转方向为正方向。

进一步地，所述步骤(3)中所述待泊车辆的最小转弯半径为其中，l为车辆轴距，w为车辆轮距，α_max为转向轮的最大转角。

进一步地，所述步骤(3)中车辆起始临界位置的计算方法：根据待泊车库的垂直方向的中轴线l₁为切线，以待泊车辆的最小转弯半径r_min为半径画圆1，所述待泊车辆的最小转弯半径r_min减去待泊车辆宽度W_K的一半的长度为半径绘制圆1的同心圆圆2，同时移动圆1、2，移动到圆2与待泊车库边缘相交，绘制圆1的水平切线l₂，所述圆1与水平切线l₂的切点A为临界起点，所述临界起点A和待泊车辆的后轴中心点o重合；所述步骤3中车辆临界泊入位置的计算方法：根据待泊车库的垂直方向的中轴线l₁为切线，所述中轴线l₁与圆1的切点B为临界终点，所述临界终点B与待泊车辆的后轴中心点o重合。

进一步地，所述步骤(4)中的几何作图方法：根据待泊车辆的初始位置，沿传动轴绘制直线L，最小转弯半径圆与直线L和中轴线l₁分别相切于第一点和第二点，依次连接待泊车辆的后轴中心点、第一点、第二点和临界终点，得到垂直泊车路径。

进一步地，所述l₁和l₂相交将停车区域分为4个区域，当待泊车辆的初始位置位于I区域，所述第一点位于待泊车辆后轴中心点o的左平面，可一次性泊入待泊车库，具体路径为依次连接待泊车辆的后轴中心点、第一点、第二点和临界终点，得到垂直泊车路径。

进一步地，所述l₁和l₂相交将停车区域分为4个区域，当待泊车辆的初始位置位于I区域，所述第一点位于待泊车辆后轴中心点o的右平面，可两次泊入待泊车库，具体路径为依次连接待泊车辆的后轴中心点、第一点、第二点和临界终点，得到垂直泊车路径。

进一步地，所述l₁和l₂相交将停车区域分为4个区域，当待泊车辆的初始位置位于I区域，所述第一点位于待泊车辆后轴中心点o的右平面，可两次泊入待泊车库，具体路径为依次连接待泊车辆的后轴中心点、第一点、第二点和临界终点，得到垂直泊车路径。

进一步地，所述步骤(4)中的几何作图方法：所述l₁和l₂相交将停车区域分为4个区域，当待泊车辆的初始位置位于IV区域，沿传动轴绘制直线L₁，以最小转弯半径为半径绘圆5分别相切于直线L₁和圆1于第三点和第四点，可三次泊入待泊车库，具体路径为依次连接待泊车辆的后轴中心点、第三点、第四点和临界终点，得到垂直泊车路径。

本发明还包括一种垂直自动泊车路径规划系统，包括上述任一项所述的垂直自动泊车路径规划方法。

本发明的有益效果：

本发明的垂直自动泊车路径规划方法，利用传感器获取的待泊车辆周边环境信息建立全局坐标系，结合基于阿克曼转向机构的车辆转向特性，确定待泊车辆在当前全局坐标系下是否能够通过一次换挡完成自动泊车，并进行垂直泊车路径规划。本发明采用简单的几何作图方法进行垂直泊车路径进行规划，最多三次就可以成功泊车，提高了垂直泊车路径规划的效率，并具有较好的鲁棒性，在仅有障碍车库的干扰下，均能够快速实现路径规划。本发明路径规划方法逻辑简单，换挡次数少，不同车辆起始状态均能完成路径规划，具有较高的工程实用价值。

本发明的垂直自动泊车路径规划系统包含了垂直自动泊车路径规划的方法，采用几何作图的方法提高了垂直泊车路径规划的效率，并具有较好的鲁棒性，在仅有障碍车库的干扰下，均能够快速实现路径规划。本发明路径规划方法逻辑简单，换挡次数少，不同车辆起始状态均能完成路径规划，具有较高的工程实用价值。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明建立全局坐标系的示意图；

图2为本发明起始临界位置和临界泊入位置的示意图；

图3为本发明实施例1的示意图；

图4为本发明实施例2的示意图；

图5为本发明实施例3的示意图；

图6为本发明实施例4的示意图；

图7为本发明实施例4的计算示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明进行详细说明。

本发明的垂直自动泊车路径规划方法，具体包括以下步骤：

(1)、采用传感器获取待泊车辆环境信息，建立环境全局坐标系；

(2)、根据全局坐标系，确定待泊车辆与待停车库之间的位置；

(3)、利用阿克曼转向机构原理确定待泊车辆的最小转弯半径，确定待泊车辆泊入待停车库的车辆临界起始位置和车辆临界泊入位置；

(4)、根据车辆在不同的起始位置采用几何作图方法绘制待泊车辆垂直泊车路径。

如图1所示，待泊车辆21欲停入2号车库，1号障碍车库和3号障碍车库分别已停有车辆11和31。待泊车辆21上的超声波雷达采集周围的环境信息，建立全局坐标系，坐标系的原点o为待泊车辆后轴中心点，水平方向为X轴，竖直方向为Y轴，逆时针旋转角度θ为正方向。雷达测得待泊车辆的后轴中心距1号障碍车库(待泊车库的左侧障碍车库)的右侧边界线的距离为h₂，待泊车辆的后轴中心距3号障碍车库(待泊车库的右侧障碍车库)的左侧边界线的距离为h₁，待泊车辆的后轴中心距障碍车库的上边界限距离为p₁，距障碍车库的下边界限距离为p₂，因此，可计算出待泊车库的尺寸，W_k＝h₂-h₁，L_k＝p₂-p₁，其中，W_k为待泊车库的宽度，L_k为待泊车库的长度，根据车库的大小可以判断待泊车辆是否能泊入车库中。

待泊车辆21的最小转弯半径r_min由转向机构参数所决定，大小为其中，l为车辆轴距，w为车辆轮距，α_max为转向轮的最大转角。如图2所示，以2号车库的中轴线泊入为最佳泊入位置。以中轴线为切线，r_min为半径画圆1，圆1的圆心O₁的坐标为再画圆1的同心圆圆2，圆2的半径r为待泊车辆21的最小转弯半径减去待泊车辆的半车宽，即其中，r_min为待泊车辆的最小转弯半径，W为待泊车辆整车宽度。沿y轴方向向下平移圆1与圆2，根据碰撞条件，圆2与3号障碍车库不能相交，取临界相交状态时圆1与圆2的位置作为临界位置，即两圆的圆心坐标为作圆1的水平切线水平切线l₂与圆1相切于点点A与待泊车辆21的后轴中心(全局坐标系原点o)重合，即得到待泊车辆21起始临界位置，中轴线l₁与圆1相切于点点B与待泊车辆21的后轴中心重合，得到待泊车辆临界泊入位置。

水平切线l₂与中轴线l₁将全局坐标系划分为四个区域I、II、III、IV，通常情况下，车辆都是在I、IV区域开始泊车，即使当待泊车辆在与I、IV区域对称的II、III区域时，算法相同，因此以I、IV区域为例。当车辆处于IV区域时，明显不能以最小转弯半径泊入2号车库，因此，当车辆处于IV区域时需要进行后退修正，其泊车次数为3次。当车辆处于I区域时，有两种情况：1)可以1次泊入车库；2)可以2次泊入车库。

实施例1

如图3所示，待泊车辆处于区域I中的任意位置，以待泊车辆的后轴中心点o为原点，原点o:(0,0,θ)建立全局坐标系，θ为车辆的航向角。判断车辆在I区域中能否一次泊入车库，沿待泊车辆的传动轴作延长线l₃，后轴中心点o位于l₃上，沿2号车库的中轴线l₁为切线向上平移圆1得到圆3，圆3与l₃相切于点圆3与l₁相切于点点C位于坐标原点o的左平面，具体的泊车路径为依次连接点o、C、D和B，车辆可以一次性泊入2号车库，本实施例一次性泊入车库的具体路径为分为3段，第一段是点o与点C的连接线段，第二段为点C与点D之间的圆弧段，第三段为点D与点B的直线段。

实施例2

如图4所示，与实施例1相同，不同的是切点C位于坐标原点o的右平面，则车辆必须两次泊入车库，待泊车辆需向前移动到C点，再根据实施例1的路径进行泊车。其中点点具体的泊车路径为依次连接点o、C、D和B。本实施例的垂直泊车路径分为3段，第一段为点o与点C的连接线段，第二段为点C与点D之间的圆弧段，第三段为点D与点B的直线段。

实施例3

若车辆位于区域IV，则需要三次换挡才能完成泊车。如图5所示，待泊车辆的初始位置位于区域IV中，以待泊车辆的后轴中心点o为原点建立全局坐标系，原点o在区域IV中，绘制待泊车辆传动轴所在直线l₄，原点o在直线l₄上，以待泊车辆的最小转弯半径为半径画圆4，圆4分别与l₄和l₁分别相切于点和泊车路径为依次连接o、E、F和B。此时，将待泊车辆泊入2号车库，需要3次换挡，本实施例具体的泊车路径为3段，第一段为点o与点E连接的直线段，第二段为点E和点F连接的圆弧段，第三段为点F与点B连接的直线段。

实施例4

当道路宽度有限时，待泊车辆若采用实施例3的方法进行泊车将会与道路边缘发生碰撞，则需要另行规划，如图6所示，待泊车辆初始位置依然位于区域IV中，同样地，以待泊车辆的后轴中心点为原点o建立全局坐标系，原点o区域IV中,沿原点o作水平线l₄，以l₄为切线，圆1为相切圆，半径为最小转弯半径r_min画圆5，圆5分别与l₄相切于点G，圆5与圆1相切于点H，泊车路径为依次连接点o、G、H和B。将待泊车辆泊入2号车库，需要3次换挡，本实施例的具体的泊车路径为3段，第一段为点o与点G连接的直线段，第二段为点G和点H接的圆弧段，第三段为点H和点B连接的圆弧段。

如图7所示，G点坐标与H点坐标的具体计算方法为：

H点为圆1与圆5的公切点，且水平线l₂、水平线l₄分别与圆1、圆5相切，则线段HM到直线l₂与l₄的距离相等，已知l₄:y＝0，则H点和M点的纵坐标均为

所以线段O₅M的长度为

在ΔHO₅M中，根据三角函数关系可以求得η，α为O₅H与O₅M的夹角，

因此，由以上结论可以分别求得G点和H点的坐标为

按照本发明的垂直自动泊车路径规划方法，采用几何作图的方法提高了垂直泊车路径规划的效率，并具有较好的鲁棒性，在仅有障碍车库的干扰下，均能够快速实现路径规划。本发明路径规划方法逻辑简单，换挡次数少，不同车辆起始状态均能完成路径规划，具有较高的工程实用价值。

本发明还提供一种垂直自动泊车路径规划的系统，包含了上述垂直自动泊车路径规划方法。本发明的垂直自动泊车路径规划系统包含了垂直自动泊车路径规划的方法，采用几何作图的方法提高了垂直泊车路径规划的效率，并具有较好的鲁棒性，在仅有障碍车库的干扰下，均能够快速实现路径规划。本发明路径规划方法逻辑简单，换挡次数少，不同车辆起始状态均能完成路径规划，具有较高的工程实用价值。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种垂直自动泊车路径规划方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

(1)、采用传感器获取待泊车辆环境信息，建立环境全局坐标系；

(2)、根据全局坐标系，确定待泊车辆与待停车库之间的位置；

(3)、利用阿克曼转向机构原理确定待泊车辆的最小转弯半径r_min，确定待泊车辆泊入待停车库的车辆临界起始位置和车辆临界泊入位置；

(4)、根据车辆在不同的起始位置采用几何作图方法绘制待泊车辆垂直泊车路径。

2.如权利要求1所述的垂直自动泊车路径规划方法，其特征在于：所述全局坐标系的坐标原点为待泊车辆后轴中心点o，水平方向为X轴，竖直方向为Y轴，逆时针旋转方向为正方向。

3.如权利要求1述的垂直自动泊车路径规划方法，其特征在于：所述步骤(3)中所述待泊车辆的最小转弯半径为其中，l为车辆轴距，w为车辆轮距，α_max为转向轮的最大转角。

4.如权利要求2所述的垂直自动泊车路径规划方法，其特征在于：所述步骤(3)中车辆起始临界位置的计算方法：根据待泊车库的垂直方向的中轴线l₁为切线，以待泊车辆的最小转弯半径r_min为半径画圆(1)，所述待泊车辆的最小转弯半径r_min减去待泊车辆宽度W_K的一半的长度为半径绘制圆(1)的同心圆圆(2)，同时移动圆(1)、(2)，移动到圆(2)与待泊车库边缘相交，绘制圆(1)的水平切线l₂，所述圆(1)与水平切线l₂的切点A为临界起点，所述临界起点A和待泊车辆的后轴中心点o重合；所述步骤(3)中车辆临界泊入位置的计算方法：根据待泊车库的垂直方向的中轴线l₁为切线，所述中轴线l₁与圆(1)的切点B为临界终点，所述临界终点B与待泊车辆的后轴中心点o重合。

5.如权利要求4所述的垂直自动泊车路径规划方法，其特征在于：所述步骤(4)中的几何作图方法：根据待泊车辆的初始位置，沿传动轴绘制直线L，最小转弯半径圆与直线L和中轴线l₁分别相切于第一点和第二点，依次连接待泊车辆的后轴中心点、第一点、第二点和临界终点，得到垂直泊车路径。

6.如权利要求5所述的垂直自动泊车路径规划方法，其特征在于：所述l₁和l₂相交将停车区域分为4个区域，当待泊车辆的初始位置位于I区域，所述第一点位于待泊车辆后轴中心点o的左平面，可一次性泊入待泊车库，具体路径为依次连接待泊车辆的后轴中心点、第一点、第二点和临界终点，得到垂直泊车路径。

7.如权利要求5所述的垂直自动泊车路径规划方法，其特征在于：所述l₁和l₂相交将停车区域分为4个区域，当待泊车辆的初始位置位于I区域，所述第一点位于待泊车辆后轴中心点o的右平面，可两次泊入待泊车库，具体路径为依次连接待泊车辆的后轴中心点、第一点、第二点和临界终点，得到垂直泊车路径。

8.如权利要求5所述的垂直自动泊车路径规划方法，其特征在于：所述l₁和l₂相交将停车区域分为4个区域，当待泊车辆的初始位置位于IV区域，可三次泊入待泊车库，具体路径为依次连接待泊车辆的后轴中心点、第一点、第二点和临界终点，得到垂直泊车路径。

9.如权利要求4所述的垂直自动泊车路径规划方法，其特征在于：所述步骤(4)中的几何作图方法：所述l₁和l₂相交将停车区域分为4个区域，当待泊车辆的初始位置位于IV区域，沿传动轴绘制直线L₁，以最小转弯半径为半径绘圆(5)分别相切于直线L₁和圆(1)于第三点和第四点，可三次泊入待泊车库，具体路径为依次连接待泊车辆的后轴中心点、第三点、第四点和临界终点，得到垂直泊车路径。

10.一种垂直自动泊车路径规划系统，其特征在于：包括权利要求1-9任一项所述的垂直自动泊车路径规划方法。