CN106981215A - 一种多传感器组合式的自动泊车车位引导方法 - Google Patents

一种多传感器组合式的自动泊车车位引导方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种多传感器组合式的自动泊车车位引导方法，搭建自动泊车云台和上位机控制系统，在地面铺设磁导线，通过轨迹控制系统定位出可泊车的空车位，定位出通向泊车车位的磁导线，自动泊车云台获取多种传感器信息并通过获取的多种传感器信息对通向泊车车位的磁导线进行精确巡线，实现多传感器组合式的无人自动泊车车位引导，从而实现无人驾驶自动泊车。采用本发明的多传感器组合式的自动泊车车位引导方法进行无人自动泊车车位引导，可降低无人自动泊车停车场的建设成本。

Description

一种多传感器组合式的自动泊车车位引导方法
技术领域
本发明涉及无人驾驶技术领域，具体涉及一种多传感器组合式的自动泊车车位引导方法。
背景技术
随着经济的高速发展以及城市化速度的加快，城市的车辆饱有率越来越高，城市停车困难的问题已经日益严重，影响着城市的发展和人们的生活。
自动泊车停车场在国内一些一线城市已经有部署，如CN103247191A公开的一种停车场车位引导方法及其设备，包括与电脑系统相连的车位探测装置、电子显示屏、数据滤波单元、控制单元，电脑系统，停车场的每个车位设置有与停车场电脑系统相连的车位探测装置，每个车位探测装置向电脑系统传输该车位是否泊车的实时状态，与电脑系统相连的电子显示屏显示各个车位是否泊车的实时状态，提供给车主方便泊车，该方法解决了停车场车位引导问题。再如CN104732803A公开的一种泊车系统，该系统包括车位监测系统、车位协调系统、自助引导系统，车位监测系统实时监测停车场内的车位使用情况并将信息发送到车位协调系统中进行汇总分析，根据当前车位的使用情况向泊车者分配车位，利用自助引导系统引导泊车者到分配的车位泊车，当泊车者需要取车时，自助引导系统根据分配的车位引导泊车者取车，同时提供离场引导，在车辆到达出口后，自助引导系统根据车位使用时间计算费用，引导泊车者在出口付费；该系统可以使车辆驾驶者自助完成泊车、取车、付费一体化的服务。
自动泊车停车场缓解了停车困难的问题，提高了停车的效率，但是大部分自动泊车停车场进行的自动泊车，都是通过大型的升降牵拉设备进行的，成本高、占地大、维护费用高，不适合广泛、大量部署。其他的关于自动泊车停车场车位引导技术，如CN102810260B公开了一种停车场车位引导管理系统及方法，包括信息查询管理单元、数据处理单元、至少一个中央控制单元以及区域管理单元，信息查询管理单元与中央控制单元通过互联网连接，数据处理单元与中央控制单元连接，区域管理单元包括至少一个与中央控制单元相连的节点控制器，以及至少一个与节点控制器相连的车辆定位装置、泊车引导装置、车位指引装置和车位探测器，可以实现完全智能化的无人值守的停车场车位引导管理。另外，地下车库通常无GPS信号或GPS信号较弱，无法利用GPS导航实现无人自动泊车。
发明内容
为了解决自动泊车停车场在现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种多传感器组合式的自动泊车车位引导方法，解决停车场车位的精确定位和自动泊车平台的准确引导，提高自动泊车的准确性以及效率。采用本发明的多传感器组合式的自动泊车车位引导方法及装置进行无人自动泊车车位引导，可降低无人自动泊车停车场的建设成本。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
本发明公开了一种多传感器组合式自动泊车车位引导方法，该方法包括如下步骤：
步骤1，搭建自动泊车云台和上位机控制系统；
步骤2，在地面铺设磁导线，通过轨迹控制系统定位出可泊车的空车位，从而定位出通向泊车车位的磁导线；
步骤3，自动泊车云台获取多种传感器信息并通过获取的多种传感器信息对通向泊车车位的磁导线进行精确巡线，实现多传感器组合式的无人自动泊车车位引导，从而实现无人驾驶自动泊车。
优选的是，所述步骤1中的自动泊车云台包括MCU控制器及编码器、电磁传感器、陀螺仪、加速度计；所述MCU控制器通过电磁传感器采集当前的电磁信号，通过陀螺仪获取当前的角度信息，通过加速度计获取当前的加速度信息，通过编码器获取当前的速度信息，将控制信号发送至执行机构，还进行无线通信及人机交互的双向数据传输；所述自动泊车云台通过安装编码器、电磁传感器、陀螺仪、加速度计以获取速度、电磁输出、空间定位、加速度的多种传感器信息，对通向泊车车位的磁导线进行精确巡线。
在上述任一技术方案中优选的是，所述步骤1中的上位机控制系统包括PC机；所述上位机控制系统用于实现车位占用检测与相应继电器控制，以及与自动泊车云台上MCU控制器的通信。
在上述任一技术方案中优选的是，所述步骤2中的定位空车位和巡线的磁导线具体包括：将车位顺时针编号并进行磁导线铺设，磁导线中通有20KHz/100mA的交流电，轨迹控制系统检测车位占用情况，通过继电器控制每一个车位的磁导线的通断，由此实现相应编号的车位的选择，从而也定位出自动泊车云台要巡线的磁导线。
在上述任一技术方案中优选的是，所述步骤3具体包括：
S31、计算自动泊车云台偏离磁导线的相对位置；
S32、计算自动泊车云台偏移角度以及当前的偏移距离；
S33、计算偏移量；
S34、计算转角控制量，并发送给泊车云台的执行系统，以实现泊车云台无人驾驶自动纠偏，使之沿既定的电磁导线精确的自动循迹。
在上述任一技术方案中优选的是，所述S31的计算自动泊车云台偏离磁导线的相对位置包括：通过传感器支架将电磁传感器架设在平行于车体前端、距离泊车云台车体前端x米的位置，电磁传感器距离地面的高度为h，MCU控制器通过ADC模块采集各个电磁传感器的磁感应强度，对左右两边传感器的磁感应强度值进行加权，然后进行归一化处理为自动泊车云台偏离磁导线的相对位置，以此计算出当前自动泊车云台偏离磁导线的相对位置。
在上述任一技术方案中优选的是，所述对左右两边传感器的磁感应强度值进行加权具体包括：
分别为左侧各电磁传感器磁感应强度的加权系数；
分别为右侧各电磁传感器磁感应强度的加权系数；
分别为左侧各电磁传感器磁感应强度；
分别为右侧各电磁传感器磁感应强度；
为左侧电磁传感器磁感应强度加权计算值；
为右侧电磁传感器磁感应强度加权计算值。
在上述任一技术方案中优选的是，所述S32的计算自动泊车云台偏移角度以及当前的偏移距离包括：通过自动泊车云台上的陀螺仪和加速度计获取当前偏移磁导线的角度α，传感器支架的长度x为已知，计算出偏移距离d。
在上述任一技术方案中优选的是，所述S33的计算偏移量包括：Error为当前的偏移量，a、b、k为控制系数，Pos为当前偏离磁导线的位置，d为偏移距离，v为当前的速度。
在上述任一技术方案中优选的是，所述S34计算转角控制量并发送给泊车云台的执行机构来实现沿既定电磁导线精确自动循迹包括：使用PID算法得到自动泊车云台的转角控制量，发送给自动泊车云台的MCU控制器，以实现泊车云台无人驾驶自动纠偏，使之沿既定的电磁导线精确的自动循迹。
在上述任一技术方案中优选的是，所述转角控制量的计算如下：
θControl =Kp*（Error-Error_Last）+Ki*Error+Kd*(Error-2*Error_Last+Error_Pre)
θControl为最终的转角控制量；
Kp、Ki、Kd为控制参数；
Error为当前偏移量；
Error_Last为上一次的偏移量；
Error_Pre为上上次的偏移量。
本发明的多传感器组合式的自动泊车车位引导方法，解决停车场车位的精确定位和自动泊车平台的准确引导，提高自动泊车的准确性以及效率。在地面铺设磁导线，通过轨迹控制系统定位出可泊车的空车位，从而定位出通向泊车车位的磁导线，自动泊车云台上安装电磁传感器、陀螺仪、加速度计、编码器等多种传感器，通过泊车云台上获取的多传感器信息对通向泊车车位的磁导线进行精确巡线，实现多传感器组合式的无人自动泊车车位引导，从而实现无人驾驶自动泊车。
采用本发明的多传感器组合式的自动泊车车位引导方法进行无人自动泊车车位引导，可降低无人自动泊车停车场的建设成本。
与现有技术相比，本发明上述技术方案的创新点及有益效果主要在于：
1、通过泊车云台上获取的电磁传感器、陀螺仪、加速度计、编码器等多传感器的信息，对通向泊车车位的磁导线进行精确巡线，实现多传感器组合式的无人自动泊车车位引导，从而实现无人驾驶自动泊车。
2、基于多种低成本传感器组合式的信息进行自动泊车精确巡线，不依赖于GPS设备，成本低，易实现。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为按照本发明的多传感器组合式的自动泊车车位引导方法的一优选实施例的自动泊车车位引导方法的步骤示意图；
图2为按照本发明的多传感器组合式的自动泊车车位引导方法的自动泊车车位引导方法实现过程的一优选实施例的流程图；
图3为按照本发明的多传感器组合式的自动泊车车位引导方法的自动泊车云台结构的一优选实施例的示意图；
图4为按照本发明的多传感器组合式的自动泊车车位引导方法的上位机控制系统结构的一优选实施例的示意图；
图5为按照本发明的多传感器组合式的自动泊车车位引导方法的车位编号以及磁导线铺设的一优选实施例的示意图；
图6为按照本发明的多传感器组合式的自动泊车车位引导方法的电磁传感器的一优选实施例的安装示意图；
图7为按照本发明的多传感器组合式的自动泊车车位引导方法的自动泊车云台的一优选实施例的侧面示意图；
图8为按照本发明的多传感器组合式的自动泊车车位引导方法的自动泊车云台和磁导线偏移位置的一优选实施例的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。
为了克服自动泊车停车场在现有技术中所存在的问题，本发明实施例提出一种多传感器组合式的自动泊车车位引导方法，解决停车场车位的精确定位和自动泊车平台的准确引导，提高自动泊车的准确性以及效率，在地面铺设磁导线，通过轨迹控制系统定位出可泊车的空车位，从而定位出通向泊车车位的磁导线，自动泊车云台上安装电磁传感器、陀螺仪、加速度计、编码器等多种传感器，通过泊车云台上获取的多传感器信息对通向泊车车位的磁导线进行精确巡线，实现多传感器组合式的无人自动泊车车位引导，从而实现无人驾驶自动泊车。
采用本发明实施例所述的多传感器组合式的自动泊车车位引导方法进行无人自动泊车车位引导，可降低无人自动泊车停车场的建设成本。
如图1所示，本发明实施例所述的多传感器组合式自动泊车车位引导方法包括如下步骤：
步骤1，搭建自动泊车云台和上位机控制系统；
步骤2，在地面铺设磁导线，通过轨迹控制系统定位出可泊车的空车位，从而定位出通向泊车车位的磁导线；
步骤3，自动泊车云台获取多种传感器信息并通过获取的多种传感器信息对通向泊车车位的磁导线进行精确巡线，实现多传感器组合式的无人自动泊车车位引导，从而实现无人驾驶自动泊车。
所述步骤1中的自动泊车云台包括MCU控制器及编码器、电磁传感器、陀螺仪、加速度计。
所述步骤1中的上位机控制系统包括PC机。
所述步骤2中的定位空车位和巡线的磁导线是将车位顺时针编号并进行磁导线铺设，轨迹控制系统检测车位占用情况，通过继电器控制每一个车位的磁导线的通断，实现相应编号的车位的选择，从而也定位出自动泊车云台要巡线的磁导线。
所述步骤3进一步包括：
S31、计算自动泊车云台偏离磁导线的相对位置；
S32、计算自动泊车云台偏移角度以及当前的偏移距离；
S33、计算偏移量；
S34、计算转角控制量，并发送给泊车云台的执行系统，以实现泊车云台无人驾驶自动纠偏，使之沿既定的电磁导线精确的自动循迹。
本发明实施例的多传感器组合式自动泊车车位引导方法的流程图如图2所示。
本发明实施例中所述的自动泊车云台，其结构如图3所示，MCU控制器通过电磁传感器采集当前的电磁信号，通过陀螺仪获取当前的角度信息，通过加速度计获取当前的加速度信息，通过编码器获取当前的速度信息，将控制信号发送至执行机构，还进行无线通信及人机交互的双向数据传输。自动泊车云台通过安装编码器、电磁传感器、陀螺仪、加速度计以获取速度、电磁输出、空间定位、加速度的多种传感器信息，对通向泊车车位的磁导线进行精确巡线。
本发明实施例中所述的上位机控制系统，其结构如图4所示，上位机控制系统用于实现车位占用检测与相应继电器控制，以及与自动泊车云台上MCU控制器的通信。
本发明实施例中所述的定位空车位和巡线的磁导线是将车位顺时针编号，并按照如图5所示的方式进行磁导线铺设。磁导线中通有20KHz/100mA的交流电，轨迹控制系统检测车位占用情况，通过继电器控制每一个车位的磁导线的通断，由此实现相应编号的车位的选择，从而也定位出自动泊车云台要巡线的磁导线。
本发明实施例中所述S31的计算自动泊车云台偏离磁导线的相对位置，如图6和图7所示，通过传感器支架将电磁传感器架设在平行于车体前端、距离泊车云台车体前端x米的位置，电磁传感器距离地面的高度为h。MCU控制器通过ADC模块采集各个电磁传感器的磁感应强度，对左右两边传感器的磁感应强度值进行加权：
分别为左侧各电磁传感器磁感应强度的加权系数；
分别为右侧各电磁传感器磁感应强度的加权系数；
分别为左侧各电磁传感器磁感应强度；
分别为右侧各电磁传感器磁感应强度；
为左侧电磁传感器磁感应强度加权计算值；
为右侧电磁传感器磁感应强度加权计算值；
然后进行归一化处理为自动泊车云台偏离磁导线的相对位置，以此计算出当前自动泊车云台偏离磁导线的相对位置。
本发明实施例中所述S32的计算自动泊车云台偏移角度以及当前的偏移距离，如图8所示，通过自动泊车云台上的陀螺仪和加速度计获取当前偏移磁导线的角度α，因为传感器支架的长度x是已知的，可以计算出偏移距离d。
本发明实施例中所述的S33的计算偏移量，Error为当前的偏移量，a、b、k为控制系数，Pos为当前偏离磁导线的位置，d为偏移距离，v为当前的速度（通过编码器采集得到）。
本发明实施例中所述的S34的计算转角控制量并发送给泊车云台的执行机构来实现沿既定电磁导线精确自动循迹具体包括：使用PID算法得到自动泊车云台的转角控制量，发送给自动泊车云台的MCU控制器，以实现泊车云台无人驾驶自动纠偏，使之沿既定的电磁导线精确的自动循迹。
转角控制量的计算如下：
θControl =Kp*（Error-Error_Last）+Ki*Error+Kd*(Error-2*Error_Last+Error_Pre)
θControl为最终的转角控制量；
Kp、Ki、Kd为控制参数；
Error为当前偏移量；
Error_Last为上一次的偏移量；
Error_Pre为上上次的偏移量。
进一步地，本发明实施例的基于上述任一项所述的多传感器组合式自动泊车车位引导方法而制备的多传感器组合式自动泊车车位引导装置，该装置包括自动泊车云台、上位机控制系统、轨迹控制系统和设备搭载平台，所述自动泊车云台、上位机控制系统、轨迹控制系统安放于设备搭载平台上。
设备搭载平台设计为具有行走机构和转向机构的可推进式平台，设备搭载平台上还设置有电源装置，设备搭载平台的底部配置有减震缓冲装置。
自动泊车云台包括MCU控制器、多种传感器、无线通讯模块和人机交互模块，自动泊车云台通过获取多种传感器信息对通向泊车车位的磁导线进行精确巡线。多种传感器包括编码器、电磁传感器、陀螺仪、加速度计。电磁传感器与MCU控制器通过数据线连接，MCU控制器通过电磁传感器采集当前的电磁信号；陀螺仪与MCU控制器通过数据线连接，MCU控制器通过陀螺仪获取当前的角度信息；加速度计与MCU控制器通过数据线连接，MCU控制器通过加速度计获取当前的加速度信息；编码器与MCU控制器通过数据线连接，MCU控制器通过编码器获取当前的速度信息；MCU控制器还分别与无线通讯模块、人机交互模块无线连接并分别进行双向数据交互；MCU控制器还与执行机构连接，将控制信号发送至执行机构。
上位机控制系统包括PC机和车位占用检测模块，所述车位占用检测模块连接轨迹控制系统，所述PC机分别与车位占用检测模块、无线通讯模块、人机交互模块无线连接并分别进行双向数据交互；所述上位机控制系统用于实现车位占用检测与相应继电器控制，以及与自动泊车云台上MCU控制器的通信。
在本发明实施例所述的多传感器组合式自动泊车车位引导装置中，MCU控制器采用恩智浦公司的MC9S12XS128型单片机，电磁传感器为10mH的电感，陀螺仪采用FXA21002CQR1型三轴数字陀螺仪，加速度计采用FXOS8700型三轴数字加速度计，编码器采用欧姆龙E6B2-CWZ6C型编码器，无线通信模块采用ESP-12FWIFI模块，人机交互模块采用128*64OLED显示屏和4*4矩阵键盘。
以上所述仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非是对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种多传感器组合式自动泊车车位引导方法，包括如下步骤：
步骤1，搭建自动泊车云台和上位机控制系统；
步骤2，在地面铺设磁导线，通过轨迹控制系统定位出可泊车的空车位，从而定位出通向泊车车位的磁导线；
步骤3，自动泊车云台获取多种传感器信息并通过获取的多种传感器信息对通向泊车车位的磁导线进行精确巡线，实现多传感器组合式的无人自动泊车车位引导，从而实现无人驾驶自动泊车。
2.如权利要求1所述的多传感器组合式自动泊车车位引导方法，其特征在于：所述步骤1中的自动泊车云台包括MCU控制器及编码器、电磁传感器、陀螺仪、加速度计；所述MCU控制器通过电磁传感器采集当前的电磁信号，通过陀螺仪获取当前的角度信息，通过加速度计获取当前的加速度信息，通过编码器获取当前的速度信息，将控制信号发送至执行机构，还进行无线通信及人机交互的双向数据传输；所述自动泊车云台通过安装编码器、电磁传感器、陀螺仪、加速度计以获取速度、电磁输出、空间定位、加速度的多种传感器信息，对通向泊车车位的磁导线进行精确巡线。
3.如权利要求1所述的多传感器组合式自动泊车车位引导方法，其特征在于：所述步骤1中的上位机控制系统包括PC机；所述上位机控制系统用于实现车位占用检测与相应继电器控制，以及与自动泊车云台上MCU控制器的通信。
4.如权利要求1所述的多传感器组合式自动泊车车位引导方法，其特征在于：所述步骤2中的定位空车位和巡线的磁导线具体包括：将车位顺时针编号并进行磁导线铺设，磁导线中通有20KHz/100mA的交流电，轨迹控制系统检测车位占用情况，通过继电器控制每一个车位的磁导线的通断，由此实现相应编号的车位的选择，从而也定位出自动泊车云台要巡线的磁导线。
5.如权利要求1所述的多传感器组合式自动泊车车位引导方法，其特征在于：所述步骤3具体包括：
S31、计算自动泊车云台偏离磁导线的相对位置；
S32、计算自动泊车云台偏移角度以及当前的偏移距离；
S33、计算偏移量；
S34、计算转角控制量，并发送给泊车云台的执行系统，以实现泊车云台无人驾驶自动纠偏，使之沿既定的电磁导线精确的自动循迹。
6.如权利要求5所述的多传感器组合式自动泊车车位引导方法，其特征在于：所述S31的计算自动泊车云台偏离磁导线的相对位置包括：通过传感器支架将电磁传感器架设在平行于车体前端、距离泊车云台车体前端x米的位置，电磁传感器距离地面的高度为h，MCU控制器通过ADC模块采集各个电磁传感器的磁感应强度，对左右两边传感器的磁感应强度值进行加权，然后进行归一化处理为自动泊车云台偏离磁导线的相对位置，以此计算出当前自动泊车云台偏离磁导线的相对位置。
7.如权利要求6所述的多传感器组合式自动泊车车位引导方法，其特征在于：所述对左右两边传感器的磁感应强度值进行加权具体包括：
分别为左侧各电磁传感器磁感应强度的加权系数；
分别为右侧各电磁传感器磁感应强度的加权系数；
分别为左侧各电磁传感器磁感应强度；
分别为右侧各电磁传感器磁感应强度；
为左侧电磁传感器磁感应强度加权计算值；
为右侧电磁传感器磁感应强度加权计算值。
8.如权利要求5所述的多传感器组合式自动泊车车位引导方法，其特征在于：所述S32的计算自动泊车云台偏移角度以及当前的偏移距离包括：通过自动泊车云台上的陀螺仪和加速度计获取当前偏移磁导线的角度α，传感器支架的长度x为已知，计算出偏移距离d。
9.如权利要求5所述的多传感器组合式自动泊车车位引导方法，其特征在于：所述S33的计算偏移量包括：Error为当前的偏移量，a、b、k为控制系数，Pos为当前偏离磁导线的位置，d为偏移距离，v为当前的速度。
10.如权利要求5所述的多传感器组合式自动泊车车位引导方法，其特征在于：所述S34的计算转角控制量并发送给泊车云台的执行机构来实现沿既定电磁导线精确自动循迹包括：使用PID算法得到自动泊车云台的转角控制量，发送给自动泊车云台的MCU控制器，以实现泊车云台无人驾驶自动纠偏，使之沿既定的电磁导线精确的自动循迹。
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