CN107618503A - 一种自动泊车控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自动泊车控制方法及系统，该方法包括步骤：获取车辆自动泊车的规划路径；基于车辆的规划路径，根据车辆的连续转向模型，计算车辆的实时的方向盘转角并进行补偿后，输出对应的方向盘转角控制值；根据方向盘转角控制值对车辆进行实时自动控制。本发明基于车辆的连续转向模型进行运动规划，并根据车辆的实时方向盘转角进行补偿后获得方向盘转角控制值，从而控制车辆进行自动泊车，可以跟踪曲率不连续的路径，路径跟随精度高，可广泛应用于自动泊车控制领域中。
Description
技术领域
本发明涉及自动泊车控制领域，特别是涉及一种自动泊车控制方法及系统。
背景技术
名词解释：
PI控制：比例-积分调节控制，一种线性控制器，根据给定值与实际输出值构成控制偏差，将偏差的比例(P)和积分(I)通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。
近年来，随着国内汽车保有量的快速增长，城市内车位空间日趋紧张和狭小，停车场环境也日趋恶劣。一方面狭小的泊车环境很容易发生事故，另一方面闷热，尾气含量超标的停车场环境严重影响人们健康。自动泊车技术以及依靠地下停车场高精度地图的自动驾驶技术可以大大减轻以上问题，路径跟随技术是实现以上技术关键的一环。由于泊车是在小范围内实现的车辆运动，其精度误差超过10cm，就有可能无法成功泊车甚至发生车辆与障碍物碰撞的事故，因此对路径跟随的精度有较高要求。目前，也出现了一些自动跟随路径的方法，例如申请号为201610096685.3的专利中提出了一种用于AGV路径跟随方法，该方法会根据当前路径点的误差与目标点位置，修正执行路径，但是这种方法没有考虑修正后的路径与障碍物干涉的可能，无法保证安全性。而申请号为201510015917.3的专利中提供一种用于磁导航AGV的路径跟踪方法，该方法采用针对车辆与目标路径关系状态的不同采用不同控制策略进行路径跟随，但是其跟踪依赖磁导航线，不适用于一般车辆。总的来说，目前的路径跟随方法，通用性不好，局部精度不够等问题。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明的目的是提供一种自动泊车控制方法及系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种自动泊车控制方法，包括步骤：
获取车辆自动泊车的规划路径；
基于车辆的规划路径，根据车辆的连续转向模型，计算车辆的实时的方向盘转角并进行补偿后，输出对应的方向盘转角控制值；
根据方向盘转角控制值对车辆进行实时自动控制。
进一步，所述基于车辆的规划路径，根据车辆的连续转向模型，计算车辆的实时的方向盘转角并进行补偿后，输出对应的方向盘转角控制值的步骤，具体包括：
基于车辆的规划路径，根据车辆的连续转向模型，计算车辆的实时的方向盘转角规划值；
获取车辆的当前位姿以及车辆的运动参数，计算车辆下一时刻的预估位姿；
计算车辆的当前路径以及下一时刻的预估位姿之间的空间误差；
根据计算出的空间误差，对方向盘转角规划值进行PI控制补偿计算后，输出补偿后的值作为方向盘转角控制值。
进一步，所述基于车辆的规划路径，根据车辆的连续转向模型，计算车辆的实时的方向盘转角规划值的步骤，具体包括：
计算获得基于车辆的规划路径，根据车辆的连续转向模型，获取车辆的运动参数后，计算获得在规划路径的曲率突变处，车辆对应的空间变化参数；
将空间变化参数与规划路径进行匹配后，获得下一段路径终点的位姿误差最小时的曲率变化起点，将其作为车辆的转向起点；
针对自动泊车路径的每一点，判断该点是否已经经过转向起点，若是，则根据变化前的曲率计算车辆的实时的方向盘转角规划值，反之，根据变化后的曲率计算车辆的实时的方向盘转角规划值。
进一步，所述车辆的运动参数包括车辆的当前速度和方向盘转速，车辆的空间变化参数是通过下式计算的：
上式中，△x、△y、△θ依次表示车辆的x方向变化参数、y方向变化参数以及航向角变化参数，θ表示车辆的航向角，上式中，Vel表示车辆的当前速度，We表示车辆的方向盘转速，K为常数，K*We表示车辆运动轨迹的曲率的变化率，ρ表示规划路径的曲率，ρ1和ρ2分别表示曲率突变前后规划路径的曲率。
进一步，所述车辆的连续转向模型，是指车辆在行驶过程中的行驶曲率为方向盘转角的连续函数。
进一步，所述获取车辆的当前位姿以及车辆的运动参数，计算车辆下一时刻的预估位姿的步骤，其具体为：
获取车辆的当前位姿以及车辆的当前速度和转弯半径，根据下式，计算车辆下一时刻的预估位姿：
其中，(xn,yn,θn)表示车辆的当前位姿，(xn+1,yn+1,θn+1)表示车辆下一时刻的预估位姿，x、y分别表示横坐标和纵坐标，θ表示航向角，下标n和n+1分别表示当前时刻和下一时刻，ds表示路程变化量，dθ表示航向角变化量，且满足：
上式中，Rr表示车辆当前的转弯半径，Vel表示车辆的当前速度，dt表示时间差。
进一步，所述根据计算出的空间误差，对方向盘转角规划值进行PI控制补偿计算后，输出补偿后的值作为方向盘转角控制值的步骤，其具体为：
根据计算出的空间误差，采用下式，计算对方向盘转角规划值的PI控制补偿值：
EPS_angle_PI＝ke*de+ki*∑dei
根据该PI控制补偿值，对方向盘转角规划值进行补偿后，输出补偿后的值作为方向盘转角控制值；
其中，EPS_angle_PI表示PI控制补偿值，de表示空间误差，dei表示i时刻的空间误差，ke表示比例系数，ki表示积分系数。
本发明解决其技术问题所采用的另一技术方案是：
一种自动泊车控制系统，包括存储器、处理器、用于采集车辆位姿的车辆定位模块以及用于采集车辆运动参数的运动检测模块，所述处理器分别与存储器、车辆定位模块和运动检测模块连接，所述存储器存储有多条指令，所述指令由处理器加载并执行以下步骤：
获取车辆自动泊车的规划路径；
基于车辆的规划路径，根据车辆的连续转向模型，计算车辆的实时的方向盘转角并进行补偿后，输出对应的方向盘转角控制值；
根据方向盘转角控制值对车辆进行实时自动控制。
进一步，所述运动检测模块包括方向盘转角传感器和车速传感器。
进一步，所述基于车辆的规划路径，根据车辆的连续转向模型，计算车辆的实时的方向盘转角并进行补偿后，输出对应的方向盘转角控制值的步骤，具体包括：
基于车辆的规划路径，根据车辆的连续转向模型，计算车辆的实时的方向盘转角规划值；
获取车辆的当前位姿以及车辆的运动参数，计算车辆下一时刻的预估位姿；
计算车辆的当前路径以及下一时刻的预估位姿之间的空间误差；
根据计算出的空间误差，对方向盘转角规划值进行PI控制补偿计算后，输出补偿后的值作为方向盘转角控制值。
本发明的有益效果是：本发明的自动泊车控制方法，包括步骤：获取车辆自动泊车的规划路径；基于车辆的规划路径，根据车辆的连续转向模型，计算车辆的实时的方向盘转角并进行补偿后，输出对应的方向盘转角控制值；根据方向盘转角控制值对车辆进行实时自动控制。本方法基于车辆的连续转向模型进行运动规划，并根据车辆的实时方向盘转角进行补偿后获得方向盘转角控制值，从而控制车辆进行自动泊车，可以跟踪曲率不连续的路径，路径跟随精度高。
本发明的另一有益效果是：本发明的自动泊车控制系统，包括存储器、处理器、用于采集车辆位姿的车辆定位模块以及用于采集车辆运动参数的运动检测模块，所述处理器分别与存储器、车辆定位模块和运动检测模块连接，所述存储器存储有多条指令，所述指令由处理器加载并执行以下步骤：获取车辆自动泊车的规划路径；基于车辆的规划路径，根据车辆的连续转向模型，计算车辆的实时的方向盘转角并进行补偿后，输出对应的方向盘转角控制值；根据方向盘转角控制值对车辆进行实时自动控制。本系统基于车辆的连续转向模型进行运动规划，并根据车辆的实时方向盘转角进行补偿后获得方向盘转角控制值，从而控制车辆进行自动泊车，可以跟踪曲率不连续的路径，路径跟随精度高。
附图说明
图1是本发明的自动泊车控制方法的流程图；
图2是本发明的自动泊车控制方法中获得的模拟计算路径的示意图；
图3是本发明的自动泊车控制系统的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
参照图1，本发明提供了一种自动泊车控制方法，包括步骤：
获取车辆自动泊车的规划路径；
基于车辆的规划路径，根据车辆的连续转向模型，计算车辆的实时的方向盘转角并进行补偿后，输出对应的方向盘转角控制值；
根据方向盘转角控制值对车辆进行实时自动控制。
进一步作为优选的实施方式，所述基于车辆的规划路径，根据车辆的连续转向模型，计算车辆的实时的方向盘转角并进行补偿后，输出对应的方向盘转角控制值的步骤，具体包括：
基于车辆的规划路径，根据车辆的连续转向模型，计算车辆的实时的方向盘转角规划值；
获取车辆的当前位姿以及车辆的运动参数，计算车辆下一时刻的预估位姿；
计算车辆的当前路径以及下一时刻的预估位姿之间的空间误差；
根据计算出的空间误差，对方向盘转角规划值进行PI控制补偿计算后，输出补偿后的值作为方向盘转角控制值。根据空间误差对方向盘转角进行补偿，可以避免超调、振荡的情况。
进一步作为优选的实施方式，所述基于车辆的规划路径，根据车辆的连续转向模型，计算车辆的实时的方向盘转角规划值的步骤，具体包括：
计算获得基于车辆的规划路径，根据车辆的连续转向模型，获取车辆的运动参数后，计算获得在规划路径的曲率突变处，车辆对应的空间变化参数；
将空间变化参数与规划路径进行匹配后，获得下一段路径终点的位姿误差最小时的曲率变化起点，将其作为车辆的转向起点；
针对自动泊车路径的每一点，判断该点是否已经经过转向起点，若是，则根据变化前的曲率计算车辆的实时的方向盘转角规划值，反之，根据变化后的曲率计算车辆的实时的方向盘转角规划值。
方向盘转角与曲率关系为：EPS_angle＝fEPS_angle(ρ)，表示方向盘转角为路径曲率的连续函数，具体知道路径曲率后，可以通过插值方法之类的现有数值计算方法来计算方向盘转角。如果路径的一点已经经过转向起点，则方向盘转角规划值计算公式为：EPS_angle＝fEPS_angle(ρi)，反之，未经过转向起点，则方向盘转角规划值计算公式为：EPS_angle＝fEPS_angle(ρi+1)。ρi和ρi+1分别表示转向起点前后的路径曲率，即变化前后的曲率。
进一步作为优选的实施方式，所述车辆的连续转向模型，是指车辆在行驶过程中的行驶曲率ρ为方向盘转角EPS_angle的连续函数。具体定义如下：
方向盘转速为：
曲率随时间变化率为：
一些定义如下：
ds/dt＝Vel，表示车速，单位为m/s；
dρ/ds＝dρ/dt/Vel＝KWe/Vel，表示曲率对路程的变化率；
dθ/ds＝ρ，表示航向角对里程的变化率，即为路径的曲率。
因此，可以推导获得航向角基于曲率的变化为：因此，可以计算出当曲率由ρ1变为ρ2时，车辆的空间变化参数。
进一步作为优选的实施方式，所述车辆的运动参数包括车辆的当前速度和方向盘转速，车辆的空间变化参数是通过下式计算的：
上式中，△x、△y、△θ依次表示车辆的x方向变化参数、y方向变化参数以及航向角变化参数，θ表示车辆的航向角，Vel表示车辆的当前速度，We表示车辆的方向盘转速，K为常数，K*We表示车辆运动轨迹的曲率的变化率，ρ表示规划路径的曲率，ρ1和ρ2分别表示曲率突变前后规划路径的曲率。
空间变化参数表示的是以路程变化的一段螺旋线。以规划路径为直线+圆弧的情况为例，ρ1＝0，ρ2＝ρt，ρt为常数，则对应的空间变化参数为：
上式中，
根据该空间变化参数进行匹配计算的原理示意图如图2所示，规划路径为A到B0为直线路径，B0到D0为曲率为ρt的圆弧，但是由于车辆在实际行驶中具有一定的速度和转角，而且无法实现行驶曲率的突变，因此，需要通过一定路径后，才能以曲率ρt进行行驶。空间变化参数与规划路径进行匹配，使得曲率变化终点的位姿误差最小的曲率变化起点作为转向起点。具体匹配过程，是通过按照预设的步长，在A与B0中选择计算点Bx，然后进行匹配计算，从而获得符合条件的点作为转向起点。图2中展示了不同匹配方案得到的模型计算路径的转向起点的原理示意图，B1～B3分别代表模型计算路径1～3的转向起点，C1～C3分别代表模型计算路径1～3中，曲率达到ρt时的曲率变化终点，D1～D3分别表示路径终点。图2中展示了3中不同匹配条件所得到的转向起点，最后，获得B1作为最合适的转向起点。
当ρ1≠0时，计算、匹配过程与前述步骤类似，不再赘述。
进一步作为优选的实施方式，所述获取车辆的当前位姿以及车辆的运动参数，计算车辆下一时刻的预估位姿的步骤，其具体为：
获取车辆的当前位姿以及车辆的当前速度和转弯半径，根据下式，计算车辆下一时刻的预估位姿：
其中，(xn,yn,θn)表示车辆的当前位姿，(xn+1,yn+1,θn+1)表示车辆下一时刻的预估位姿，x、y分别表示横坐标和纵坐标，θ表示航向角，下标n和n+1分别表示当前时刻和下一时刻，ds表示路程变化量，dθ表示航向角变化量，且满足：
上式中，Rr表示车辆当前的转弯半径，为曲率ρ的倒数，即Rr＝1/ρ，Vel表示车辆的当前速度，dt表示时间差。
进一步作为优选的实施方式，所述根据计算出的空间误差，对方向盘转角规划值进行PI控制补偿计算后，输出补偿后的值作为方向盘转角控制值的步骤，其具体为：
根据计算出的空间误差，采用下式，计算对方向盘转角规划值的PI控制补偿值：
EPS_angle_PI＝ke*de+ki*∑dei
根据该PI控制补偿值，对方向盘转角规划值进行补偿后，输出补偿后的值作为方向盘转角控制值；
其中，EPS_angle_PI表示PI控制补偿值，de表示空间误差，dei表示i时刻的空间误差，ke表示比例系数，ki表示积分系数。ke和ki是通过预先标定获得的已知参数。
本方法基于车辆的连续转向模型进行运动规划，计算获得车辆的方向盘转角规划值，然后采用预估位姿方法修正其误差，采用补偿后的值作为方向盘转角控制值，控制车辆进行自动泊车，可以跟踪曲率不连续的路径，路径跟随精度高，易于在车辆嵌入式控制器内实现。
参照图3，本发明还提供了一种用于实施前述方法的自动泊车控制系统，包括存储器、处理器、用于采集车辆位姿的车辆定位模块以及用于采集车辆运动参数的运动检测模块，所述处理器分别与存储器、车辆定位模块和运动检测模块连接，所述存储器存储有多条指令，所述指令由处理器加载并执行以下步骤：
获取车辆自动泊车的规划路径；
基于车辆的规划路径，根据车辆的连续转向模型，计算车辆的实时的方向盘转角并进行补偿后，输出对应的方向盘转角控制值；
根据方向盘转角控制值对车辆进行实时自动控制。
进一步作为优选的实施方式，所述运动检测模块包括方向盘转角传感器和车速传感器。
进一步作为优选的实施方式，所述基于车辆的规划路径，根据车辆的连续转向模型，计算车辆的实时的方向盘转角并进行补偿后，输出对应的方向盘转角控制值的步骤，具体包括：
基于车辆的规划路径，根据车辆的连续转向模型，计算车辆的实时的方向盘转角规划值；
获取车辆的当前位姿以及车辆的运动参数，计算车辆下一时刻的预估位姿；
计算车辆的当前路径以及下一时刻的预估位姿之间的空间误差；
根据计算出的空间误差，对方向盘转角规划值进行PI控制补偿计算后，输出补偿后的值作为方向盘转角控制值。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (10)
1.一种自动泊车控制方法，其特征在于，包括步骤：
获取车辆自动泊车的规划路径；
基于车辆的规划路径，根据车辆的连续转向模型，计算车辆的实时的方向盘转角并进行补偿后，输出对应的方向盘转角控制值；
根据方向盘转角控制值对车辆进行实时自动控制。
2.根据权利要求1所述的自动泊车控制方法，其特征在于，所述基于车辆的规划路径，根据车辆的连续转向模型，计算车辆的实时的方向盘转角并进行补偿后，输出对应的方向盘转角控制值的步骤，具体包括：
基于车辆的规划路径，根据车辆的连续转向模型，计算车辆的实时的方向盘转角规划值；
获取车辆的当前位姿以及车辆的运动参数，计算车辆下一时刻的预估位姿；
计算车辆的当前路径以及下一时刻的预估位姿之间的空间误差；
根据计算出的空间误差，对方向盘转角规划值进行PI控制补偿计算后，输出补偿后的值作为方向盘转角控制值。
3.根据权利要求2所述的自动泊车控制方法，其特征在于，所述基于车辆的规划路径，根据车辆的连续转向模型，计算车辆的实时的方向盘转角规划值的步骤，具体包括：
计算获得基于车辆的规划路径，根据车辆的连续转向模型，获取车辆的运动参数后，计算获得在规划路径的曲率突变处，车辆对应的空间变化参数；
将空间变化参数与规划路径进行匹配后，获得下一段路径终点的位姿误差最小时的曲率变化起点，将其作为车辆的转向起点；
针对自动泊车路径的每一点，判断该点是否已经经过转向起点，若是，则根据变化前的曲率计算车辆的实时的方向盘转角规划值，反之，根据变化后的曲率计算车辆的实时的方向盘转角规划值。
4.根据权利要求3所述的自动泊车控制方法，其特征在于，所述车辆的运动参数包括车辆的当前速度和方向盘转速，车辆的空间变化参数是通过下式计算的：
<mfenced open = "{" close = "">
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</mtd>
</mtr>
</mtable>
</mfenced>
上式中，△x、△y、△θ依次表示车辆的x方向变化参数、y方向变化参数以及航向角变化参数，θ表示车辆的航向角，Vel表示车辆的当前速度，We表示车辆的方向盘转速，K为常数，K*We表示车辆运动轨迹的曲率的变化率，ρ表示规划路径的曲率，ρ1和ρ2分别表示曲率突变前后规划路径的曲率。
5.根据权利要求3所述的自动泊车控制方法，其特征在于，所述车辆的连续转向模型，是指车辆在行驶过程中的行驶曲率为方向盘转角的连续函数。
6.根据权利要求2所述的自动泊车控制方法，其特征在于，所述获取车辆的当前位姿以及车辆的运动参数，计算车辆下一时刻的预估位姿的步骤，其具体为：
获取车辆的当前位姿以及车辆的当前速度和转弯半径，根据下式，计算车辆下一时刻的预估位姿：
<mfenced open = "{" close = "">
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</mtable>
</mfenced>
其中，(xn,yn,θn)表示车辆的当前位姿，(xn+1,yn+1,θn+1)表示车辆下一时刻的预估位姿，x、y分别表示横坐标和纵坐标，θ表示航向角，下标n和n+1分别表示当前时刻和下一时刻，ds表示路程变化量，dθ表示航向角变化量，且满足：
<mfenced open = "{" close = "">
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</mtr>
</mtable>
</mfenced>
上式中，Rr表示车辆当前的转弯半径，Vel表示车辆的当前速度，dt表示时间差。
7.根据权利要求2所述的自动泊车控制方法，其特征在于，所述根据计算出的空间误差，对方向盘转角规划值进行PI控制补偿计算后，输出补偿后的值作为方向盘转角控制值的步骤，其具体为：
根据计算出的空间误差，采用下式，计算对方向盘转角规划值的PI控制补偿值：
EPS_angle_PI＝ke*de+ki*∑dei
根据该PI控制补偿值，对方向盘转角规划值进行补偿后，输出补偿后的值作为方向盘转角控制值；
其中，EPS_angle_PI表示PI控制补偿值，de表示空间误差，dei表示i时刻的空间误差，ke表示比例系数，ki表示积分系数。
8.一种自动泊车控制系统，其特征在于，包括存储器、处理器、用于采集车辆位姿的车辆定位模块以及用于采集车辆运动参数的运动检测模块，所述处理器分别与存储器、车辆定位模块和运动检测模块连接，所述存储器存储有多条指令，所述指令由处理器加载并执行以下步骤：
获取车辆自动泊车的规划路径；
基于车辆的规划路径，根据车辆的连续转向模型，计算车辆的实时的方向盘转角并进行补偿后，输出对应的方向盘转角控制值；
根据方向盘转角控制值对车辆进行实时自动控制。
9.根据权利要求8所述的自动泊车控制系统，其特征在于，所述运动检测模块包括方向盘转角传感器和车速传感器。
10.根据权利要求8所述的自动泊车控制系统，其特征在于，所述基于车辆的规划路径，根据车辆的连续转向模型，计算车辆的实时的方向盘转角并进行补偿后，输出对应的方向盘转角控制值的步骤，具体包括：
基于车辆的规划路径，根据车辆的连续转向模型，计算车辆的实时的方向盘转角规划值；
获取车辆的当前位姿以及车辆的运动参数，计算车辆下一时刻的预估位姿；
计算车辆的当前路径以及下一时刻的预估位姿之间的空间误差；
根据计算出的空间误差，对方向盘转角规划值进行PI控制补偿计算后，输出补偿后的值作为方向盘转角控制值。
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