CN106950953A - 一种自动泊车路径跟踪及车辆控制系统和方法 - Google Patents
一种自动泊车路径跟踪及车辆控制系统和方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种自动泊车路径跟踪及车辆控制系统和方法，控制系统包括路径跟踪控制器、惯性导航模块、陀螺仪、传感器单元、电源模块。本发明通过对车辆实时状态量与参考点状态量进行比较，确定目标参考点，并通过算法控制车辆依次向目标参考点逼近，直至路径跟踪完成。本发明可根据规划好的路径对车辆进行较为精确的路径跟踪控制，跟踪过程中实时对车辆状态进行矫正，提高了泊车精度，降低了对泊车位要求和泊车失败率。
Description
技术领域
本发明属于自动泊车系统领域，具体涉及一种自动泊车路径跟踪及车辆控制系统和方法。
背景技术
随着车辆自动化和智能化的不断提高，自动泊车功能也逐渐成为大量中高端车型的标配。然而目前大部分研究只考虑了泊车的路径规划问题，但缺乏车辆入库过程中的路径跟踪及方向盘控制的研究。车辆在入库过程中容易偏离规划路径，泊车精度低，对泊车位有较高要求且泊车失败率较高。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提出一种自动泊车路径跟踪及车辆控制系统和方法，以实现精确的路径跟踪控制，提高泊车精度，降低对泊车位的要求和泊车失败率。
为了实现上述目的，本发明具体技术方案如下：一种自动泊车路径跟踪及车辆控制方法，包括如下步骤：
1)初始化系统变量，包括计数变量i，速度阈值v_limt，速度控制量v_control，单位时间内速度增量△v,单位时间内速度增量阈值△v_max，前轮转角阈值u_limt，前轮转角控制量u_control，单位时间内前轮转角增量△u，单位时间内前轮转角增量阈值△u_max；
2)初始化规划的泊车路径状态特征数组P[N+1][5]，初始化方法如下：
2.1)在规划的泊车路径上选择参考点，即在规划的泊车路径上每隔Δs距离取一个参考点，并将每一个参考点依次编号为0，1，…，N；
2.2)确定坐标原点，建立世界坐标系XOY，即以编号为N的参考点为坐标原点，建立世界坐标系XOY，其中X轴与泊车位前后两车中心线平行，且方向指向前车，Y轴与X轴垂直且符合右手法则；
2.3)确定参考点状态特征参数，建立泊车路径状态特征数组P[N+1][5]，其中，P[k][0]表示k点对应的参考点X坐标值，P[k][1]表示k点对应的参考点Y坐标值，P[k][2]表示k点对应的参考点航向角，顺时针方向为负，逆时针方向为正，P[k][3]表示k点对应的参考点参考速度，向前为正，向后为负，P[k][4]表示k点对应的参考点参考前轮转角，顺时针方向为负，逆时针方向为正，k＝0，1，2...N；
3)建立车辆当前状态数组P_real[5]，其中，P_real[0]表示车辆当前X坐标值，P_real[1]表示车辆当前Y坐标值，P_real[2]表示车辆当前航向角，顺时针方向为负，逆时针方向为正，P_real[3]表示当前车速，向前为正，向后为负，P_real[4]表示车辆当前前轮转角，顺时针方向为负，逆时针方向为正；
4)寻找目标点，如果P_real[0]＞P[i][0]时，目标点为Pi，转步骤6)，否则i＝i+1，转步骤5)；
5)比较i与N+1，若i＜N+1，转步骤4)，否则转步骤7)；
6)车辆向目标点Pi逼近，转步骤3)；
7)路径跟踪结束。
进一步的，上述步骤6)中，车辆向目标点Pi逼近的过程中，确定速度控制量的方法为：
v_control＝P_real[3]+Δv，|P_real[3]+Δv|≤v_limt
进一步的，上述步骤6)中，车辆向目标点Pi逼近的过程中，确定前轮转角控制量的方法为：
如果P_real[2]＞P[i][2]，
如果P_real[2]＜P[i][2]，
u_control＝P_re；al[4]+Δu,|P_real[4]+Δu|≤v_limt
进一步的，本发明还提供了一种自动泊车路径跟踪及车辆控制系统，其特征在于包括路径跟踪控制器、惯性导航模块、陀螺仪、传感器单元、电源模块；其中，电源模块分别与路径跟踪控制器、惯性导航模块、陀螺仪模块和传感器单元相连，用于给各模块供电；电源模块还包含电路保护单元，可在电源接反的情况下自动断开，可在系统电流过大的情况下自动切断电源；传感器单元包含轮速传感器和方向盘转角传感器，轮速传感器用于采集车辆行驶速度，方向盘转角传感器用于采集方向盘转角。传感器单元输出端与路径跟踪控制器相连；惯性导航模块用于获得车辆当前的坐标，输出端与路径跟踪控制器相连；陀螺仪用于获得车辆当前的车身角，输出端与路径跟踪控制器相连；路径跟踪控制器包括数据处理单元和微控制单元MCU，数据处理单元用于实时处理传感器单元传来的信息，并将处理后得到的车辆状态信息发送给MCU，MCU用于接收来自于数据处理单元、惯性导航模块和陀螺仪的信息，将得到的车辆状态信息与参考车辆状态信息相比较，利用跟踪算法算出当前的速度和方向盘转角的最佳增量。
本发明的有益效果在于：在自动泊车过程中，本发明可根据规划好的路径对车辆进行较为精确的路径跟踪控制，跟踪过程中实时对车辆状态进行矫正，提高了泊车精度，降低了对泊车位的要求和泊车失败率。
附图说明
图1为自动泊车路径跟踪及车辆控制系统。
图2为路径跟踪流程图。
图3为路径跟踪示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
如图1所示，本发明所述的自动泊车路径跟踪及车辆控制系统，包括路径跟踪控制器、惯性导航模块、陀螺仪、传感器单元、电源模块。其中：
电源模块分别与路径跟踪控制器、惯性导航模块、陀螺仪和传感器单元相连，用于给各模块供电；电源模块还包含电路保护单元，可在电源接反的情况下自动断开，可在系统电流过大的情况下自动切断电源。
传感器单元包含轮速传感器和方向盘转角传感器，轮速传感器用于采集车辆行驶速度，方向盘转角传感器用于采集方向盘转角。传感器单元输出端与路径跟踪控制器相连。
惯性导航模块用于获得车辆当前的坐标，输出端与路径跟踪控制器相连。
陀螺仪用于获得车辆当前的车身角，输出端与路径跟踪控制器相连。
路径跟踪控制器包括数据处理单元和微控制单元MCU，数据处理单元用于实时处理传感器单元传来的信息，并将处理后得到的车辆状态信息发送给MCU，MCU用于接收来自于数据处理单元、惯性导航模块和陀螺仪的信息，将得到的车辆状态信息与参考车辆状态信息相比较，利用跟踪算法算出当前的速度和方向盘转角的最佳增量；具体实施中，微控制单元MCU用32位单片机实现。
图2所示为发明所述的自动泊车路径跟踪及车辆控制方法的流程图，以平行泊车倒车入库为例进行说明，自动泊车路径跟踪及车辆控制方法的步骤如下：
1)初始化系统变量，包括计数变量i；速度阈值v_limt，速度控制量v_control，单位时间内速度增量△v,单位时间内速度增量阈值△v_max；前轮转角阈值u_limt，前轮转角控制量u_control，单位时间内前轮转角增量△u，单位时间内前轮转角增量阈值△u_max；本实施例中，计数变量i＝0，速度阈值v_limt＝10km/h，速度控制量v_control＝0，单位时间内速度增量Δv＝0,单位时间内速度增量阈值Δv_max＝0.35km/h，前轮转角阈值u_limt＝35°，前轮转角控制量u_control＝0，单位时间内前轮转角增量Δu＝0，单位时间内前轮转角增量阈值Δu_max＝1°；每过单位时间向车辆发送控制量v_control和u_control；本实施例中，单位时间为20ms。
2)初始化规划的泊车路径状态特征数组P[N+1][5]，初始化方法如下：
2.1)在规划的泊车路径上选择参考点，即在规划的泊车路径上每隔Δs距离取一个参考点，并将每一个参考点依次编号为0，1，…，N；本实施例中，Δs取值10厘米。
2.2)确定坐标原点，建立世界坐标系XOY，即以编号为N的参考点为坐标原点，建立世界坐标系XOY，如图3所示，其中X轴与泊车位前后两车中心线平行，且方向指向前车，Y轴与X轴垂直且符合右手法则，1表示参考泊车轨迹，2表示实际泊车轨迹，3表示前车，4表示后车。
2.3)确定参考点状态特征参数，建立泊车路径状态特征数组P[N+1][5]，其中，P[k][0]表示k点对应的参考点X坐标值，P[k][1]表示k点对应的参考点Y坐标值，P[k][2]表示k点对应的参考点航向角，顺时针方向为负，逆时针方向为正，P[k][3]表示k点对应的参考点参考速度，向前为正，向后为负，P[k][4]表示k点对应的参考点参考前轮转角，顺时针方向为负，逆时针方向为正，k＝0，1，2...N；
3)建立车辆当前状态数组P_real[5]，其中P_real[0]表示车辆当前X坐标值，P_real[1]表示车辆当前Y坐标值，P_real[2]表示车辆当前航向角，顺时针方向为负，逆时针方向为正，P_real[3]表示当前车速，向前为正，向后为负，P_real[4]表示车辆当前前轮转角，顺时针方向为负，逆时针方向为正；
4)寻找目标点，如果P_real[0]＞P[i][0]时，目标点为Pi，转步骤6)，否则i＝i+1，转步骤5)；
5)比较i与N+1，若i<N+1，转步骤4)，否则转步骤7)；
6)车辆向目标点Pi逼近，转步骤3)，其中，在逼近过程中，确定速度控制量的方法为：
v_control＝P_real[3]+Δv，|P_real[3]+Δv|≤v_limt
确定前轮转角控制量的方法为：
如果P_real[2]＞P[i][2]，
如果P_real[2]＜P[i][2]，
u_control＝P_real[4]+Δu，|P_real[4]+Δu|≤v_limt
7)路径跟踪结束。
Claims (4)
1.一种自动泊车路径跟踪及车辆控制方法，其特征在于包括如下步骤：
1)初始化系统变量，包括计数变量i，速度阈值v_limt，速度控制量v_control，单位时间内速度增量△v,单位时间内速度增量阈值△v_max，前轮转角阈值u_limt，前轮转角控制量u_control，单位时间内前轮转角增量△u，单位时间内前轮转角增量阈值△u_max；
2)初始化规划的泊车路径状态特征数组P[N+1][5]，初始化方法如下：
2.1)在规划的泊车路径上选择参考点，即在规划的泊车路径上每隔Δs距离取一个参考点，并将每一个参考点依次编号为0，1，…，N；
2.2)确定坐标原点，建立世界坐标系XOY，即以编号为N的参考点为坐标原点，建立世界坐标系XOY，其中X轴与泊车位前后两车中心线平行，且方向指向前车，Y轴与X轴垂直且符合右手法则；
2.3)确定参考点状态特征参数，建立泊车路径状态特征数组P[N+1][5]，其中，P[k][0]表示k点对应的参考点X坐标值，P[k][1]表示k点对应的参考点Y坐标值，P[k][2]表示k点对应的参考点航向角，顺时针方向为负，逆时针方向为正，P[k][3]表示k点对应的参考点参考速度，向前为正，向后为负，P[k][4]表示k点对应的参考点参考前轮转角，顺时针方向为负，逆时针方向为正，k＝0，1，2...N；
3)建立车辆当前状态数组P_real[5]，其中，P_real[0]表示车辆当前X坐标值，P_real[1]表示车辆当前Y坐标值，P_real[2]表示车辆当前航向角，顺时针方向为负，逆时针方向为正，P_real[3]表示当前车速，向前为正，向后为负，P_real[4]表示车辆当前前轮转角，顺时针方向为负，逆时针方向为正；
4)寻找目标点，如果P_real[0]＞P[i][0]时，目标点为Pi，转步骤6)，否则i＝i+1，转步骤5)；
5)比较i与N+1，若i<N+1，转步骤4)，否则转步骤7)；
6)车辆向目标点Pi逼近，转步骤3)；
7)路径跟踪结束。
2.如权利要求1所述的自动泊车路径跟踪及车辆控制方法，其特征在于所述步骤6)中，车辆向目标点Pi逼近的过程中，确定速度控制量的方法为：
v_control＝P_real[3]+Δv，|P_real[3]+Δv|≤v_hmt。
3.如权利要求1所述的自动泊车路径跟踪及车辆控制方法，其特征在于所述步骤6)中，车辆向目标点Pi逼近的过程中，确定前轮转角控制量的方法为：
如果P_real[2]＞P[i][2]，
如果P_real[2]＜P[i][2]，
u_control＝P_real[4]+Δu，|P_real[4]+Δu|≤v_limt。
4.一种自动泊车路径跟踪及车辆控制系统，其特征在于包括路径跟踪控制器、惯性导航模块、陀螺仪、传感器单元、电源模块；其中，所述电源模块分别与所述路径跟踪控制器、惯性导航模块、陀螺仪和传感器单元相连，用于给各模块供电；电源模块还包含电路保护单元，可在电源接反的情况下自动断开，可在系统电流过大的情况下自动切断电源；所述传感器单元包含轮速传感器和方向盘转角传感器，轮速传感器用于采集车辆行驶速度，方向盘转角传感器用于采集方向盘转角，传感器单元输出端与路径跟踪控制器相连；所述惯性导航模块用于获得车辆当前的坐标，输出端与路径跟踪控制器相连；所述陀螺仪用于获得车辆当前的车身角，输出端与路径跟踪控制器相连；所述路径跟踪控制器包括数据处理单元和微控制单元MCU，数据处理单元用于实时处理传感器单元传来的信息，并将处理后得到的车辆状态信息发送给MCU，MCU用于接收来自于数据处理单元、惯性导航模块和陀螺仪的信息，将得到的车辆状态信息与参考车辆状态信息相比较，利用跟踪算法算出当前的速度和方向盘转角的最佳增量。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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