CN108423068B - 一种自动泊车系统及车位识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动泊车系统及车位识别方法，传感器信号处理单元通过硬线连接方式实时控制并接收超声波传感器的反射波信号，并转换成为相应的距离信号，通过CAN通讯的方式发送给电动助力转向系统。本发明相比于传统的自动泊车控制器需要计算复杂的逻辑，传感器信号处理单元的处理工作更为简单，因此无需复杂的电气结构，成本更低；充分利用电动助力转向系统的硬件条件，接收功能按钮指令，超声波传感器的距离信号，可以实现泊车位置的寻找和自动泊车功能，不增加电动助力转向系统成本，降低了整体系统的成本，执行精度高，控制稳定，安全性高，适用于各种电动助力转向系统。

Description

一种自动泊车系统及车位识别方法

技术领域

本发明涉及自动泊车系统领域，具体涉及一种自动泊车系统及车位识别方法。

背景技术

随着消费者对驾驶辅助功能的要求越来越多，自动泊车系统逐渐变成很多车型必选的配置项，主机厂为了提升产品的竞争力，一般都会要求供应商提供高性价比的产品。

传统的自动泊车系统构成，如CN106608258A和CN106043282A专利中介绍，一般需要10～12个超声波传感器，并且通过泊车控制模块采集外界信号，通过计算出泊车轨迹及策略，发送指令给电动助力转向系统，实现泊车功能。

但是在配置传统泊车系统的车辆上，泊车控制器与电动助力转向系统均来自不同的供应商，出于各自不同的理解，往往泊车系统会对电动助力转向系统提出较高的要求，从而增加转向系统的硬件成本。

另外，随着整车电气安全要求的提高，自动泊车的功能安全也需要进一步提升，必然会带来泊车控制器硬件成本的上升；而电动助力转向系统作为核心安全零件，在硬件设计上已经充分考虑功能安全的需要，非常适合处理复杂和关键的自动泊车工作。

另外，泊车位的识别也是自动泊车的关键，专利CN 103241239 B中阐述了一种泊车系统车位识别的方法，根据超声波反射的回波判断车位的边缘、长度和宽度。

但是不同障碍物有不同的曲率以及超声波传感器的波束角，都会导致超声波传感器的测量值有误差，如果不对超声波传感器探测的距离进行修正，将导致无法有效识别泊车位置。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种自动泊车系统及车位识别方法，利用传感器信号处理单元收集传感器信号并发送给电动助力转向系统，电动助力转向系统完成自动泊车过程中的泊车位置探测、路径规划、泊车状态判断泊车控制，最终实现自动泊车，精准识别泊车车位，有效提高了产品的竞争力。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种自动泊车系统，包括电动助力转向系统，传感器信号处理单元，超声波传感器和CAN总线上的车身信号、发动机信号、车速信息、变速箱信息、功能按钮和车辆显示模块；所述传感器信号处理单元通过硬线连接方式实时控制并接收所述超声波传感器的反射波信号，并转换成为相应的距离信号，通过CAN通讯的方式发送给所述电动助力转向系统。

进一步的，所述超声波传感器包括左前超声波传感器、中前超声波传感器、右前超声波传感器、左侧超声波传感器、右侧超声波传感器、左后超声波传感器、中后超声波传感器和右后超声波传感器。

进一步的，所述电动助力转向系统包括控制器，平行泊车位置探测模块，垂直泊车位置探测模块，泊车驶出位置探测模块，路径规划模块，平行泊车控制模块，垂直泊车控制模块，泊车驶出控制模块，状态机和转向执行电机。

进一步的，所述电动助力转向系统还包括路径控制模块。

进一步的，所述控制器通过CAN总线或硬线的方式连接所述功能按钮。

一种所述自动泊车系统的车位识别方法，包括以下步骤：

1)驾驶员通过所述功能按钮和所述车身信号发送泊车指令；

2)所述电动助力转向系统通过与所述功能按钮连接的所述控制器接收所述泊车指令，通过CAN总线激活所述传感器信号处理单元；

3)所述传感器信号处理单元对所述超声波传感器进行控制，并通过硬线连接方式实时采集所述超声波传感器的模拟信号，最后转化成数字的距离信号通过私有CAN发送给所述电动助力转向系统；

4)所述平行泊车位置探测模块或所述垂直泊车位置探测模块或所述泊车驶出位置探测模块接收到所述距离信号，计算出对应的可用的平行泊车位置或垂直泊车位置或安全的泊车驶出位置；

5)所述路径规划模块根据所述电动助力转向系统的实时状态和能力，对泊车的轨迹进行规划，并且调用对应的所述平行泊车控制模块或所述垂直泊车控制模块或所述泊车驶出控制模块，经过所述状态机验证所述发动机信号、所述车速信息、所述变速箱信息后，由所述转向执行电机驱动所述电动助力转向系统实现转向动作；

6)以上泊车的动作及运行状态由所述电动助力转向系统发送给所述车辆显示模块。

进一步的，在步骤4)中，所述平行泊车位置探测模块或所述垂直泊车位置探测模块或所述泊车驶出位置探测模块根据所述距离信号对于车辆周边的障碍物进行识别，由于所述超声波传感器的波束角的影响，所述超声波传感器探测的泊车位置宽度存在偏差，矩形泊车位置实际被探测出的形状为梯形，必须要通过修正算法对泊车位置宽度进行补偿，根据所述车速信息V和泊车位置侧所述超声波传感器的测量距离L，建立障碍物曲率：

根据判断值的大小，通过测试标定确定车速临界系数c_k数值，并且定义补偿系数ε：

ε＝ρ×c_k；

路径补偿值Δx与所述超声波传感器的波束角θ大小相关，考虑补偿系数可以得出路径补偿值：

Δx＝ε×L×tanθ。

本发明的有益效果是：

1、本发明相比于传统的自动泊车控制器需要计算复杂的逻辑，传感器信号处理单元的处理工作更为简单，因此无需复杂的电气结构，成本更低；

2、本发明充分利用电动助力转向系统的硬件条件，接收功能按钮指令，超声波传感器的距离信号以及公共CAN网络上的车身信号、发动机信号、车速信息、变速箱信息，可以实现泊车位置的寻找和自动泊车功能，由于核心控制都由电动助力转向系统完成，不增加电动助力转向系统成本，降低了整体系统的成本，执行精度高，控制稳定，安全性高，适用于各种电动助力转向系统。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明自动泊车逻辑示意图；

图3为本发明泊车位置修正示意图；

图4为本发明超声波传感器波束角示意图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

参见图1所示，一种自动泊车系统，包括电动助力转向系统，传感器信号处理单元，超声波传感器和CAN总线上的车身信号、发动机信号、车速信息、变速箱信息、功能按钮和车辆显示模块；所述传感器信号处理单元通过硬线连接方式实时控制并接收所述超声波传感器的反射波信号，并转换成为相应的距离信号，通过CAN通讯的方式发送给所述电动助力转向系统。

进一步的，所述超声波传感器包括左前超声波传感器、中前超声波传感器、右前超声波传感器、左侧超声波传感器、右侧超声波传感器、左后超声波传感器、中后超声波传感器和右后超声波传感器。

进一步的，所述电动助力转向系统包括控制器，平行泊车位置探测模块，垂直泊车位置探测模块，泊车驶出位置探测模块，路径规划模块，平行泊车控制模块，垂直泊车控制模块，泊车驶出控制模块，状态机和转向执行电机。

进一步的，所述电动助力转向系统还包括路径控制模块。

进一步的，所述控制器通过CAN总线或硬线的方式连接所述功能按钮。

所述电动助力转向系统根据驾驶员对所述功能按钮的输入实现自动泊车的动作，包括：泊车开始，泊车终止，泊车驶出。

所述车身信号反应驾驶员对于车辆的其他操作，帮助所述电动助力转向系统判断泊车类型是平行泊车或是垂直泊车。

所述发动机信号作为所述电动助力转向系统工作的使能条件，同时也是泊车过程中所述状态机的判断条件。

所述车速信息是泊车过程中所述状态机的主要判断条件，大于车速临界值后，泊车中止，车速临界值为可标定量。

所述变速箱信息是泊车过程中所述状态机的判断条件。

所述路径规划模块根据车辆状态及所述电动助力转向系统的能力，规划最优的泊车路线，最优泊车路线需考虑尽量降低所述电动助力转向系统的负荷，考虑电动助力转向的现有工作能力。

所述路径控制模块根据实时的所述车速信息V和规划的路径，通过车辆动力学模型及整车的参数，实时计算泊车所需的车辆转向角度、制动及档位请求。

所述状态机根据CAN总线上的所述车身信号、所述发动机信号、所述车速信息、所述变速箱信息，对所述路径控制模块的转向角度、制动及档位请求和泊车状态进行校验，校验通过后，转向角度请求发送给所述转向执行电机进行转向操作，制动及档位请求发送给所述车辆显示模块以提醒驾驶员。

参见图2所示，一种使用所述自动泊车系统的车位识别方法，包括以下步骤：

1)驾驶员通过所述功能按钮和所述车身信号发送泊车指令；

2)所述电动助力转向系统通过与所述功能按钮连接的所述控制器接收所述泊车指令，通过CAN总线激活所述传感器信号处理单元；

3)所述传感器信号处理单元对所述超声波传感器进行控制，并通过硬线连接方式实时采集所述超声波传感器的模拟信号，最后转化成数字的距离信号通过私有CAN发送给所述电动助力转向系统；

4)所述平行泊车位置探测模块或所述垂直泊车位置探测模块或所述泊车驶出位置探测模块接收到所述距离信号，计算出对应的可用的平行泊车位置或垂直泊车位置或安全的泊车驶出位置；

5)所述路径规划模块根据所述电动助力转向系统的实时状态和能力，对泊车的轨迹进行规划，并且调用对应的所述平行泊车控制模块或所述垂直泊车控制模块或所述泊车驶出控制模块，经过所述状态机验证所述发动机信号、所述车速信息、所述变速箱信息后，由所述转向执行电机驱动所述电动助力转向系统实现转向动作；

6)以上泊车的动作及运行状态由所述电动助力转向系统发送给所述车辆显示模块。

参见图3所示，以右侧平行泊车为例，车辆按照箭头方向行驶时，所述平行泊车位置探测模块接收到所述超声波传感器发出的所述距离信号后，对车辆周边的障碍物进行识别，由于所述超声波传感器的波束角的影响，所述超声波传感器探测的泊车位置宽度存在偏差，矩形泊车位置实际被探测出的形状为梯形，必须要通过修正算法对泊车位置宽度进行补偿，根据所述车速信息V和右侧所述超声波传感器的测量距离L，得到泊车位置的区域为a-b-c-d，但是由于波束角的存在，此区域与实际的泊车位置有一定的误差，需要进行修正；通过所述车速信息V和所述测量距离L，计算泊车位置周围障碍物曲率ρ：

根据实车测试标定的车速临界系数c_k数值，定义出补偿系数ε的计算模型：

ε＝ρ×c_k；

参见图4所示，路径补偿值Δx与所述超声波传感器的波束角θ大小相关，考虑补偿系数可以得出路径补偿值：

Δx＝ε×L×tanθ；

将实时计算的路径补偿值Δx赋值为dX1和dX2，作为泊车位置的补偿值，得到修正后的泊车位置区域为A-B-C-D，并将此区域作为目标的泊车区域，并将此信息发送给所述电动助力转向系统中的所述路径规划模块，并通过所述车辆显示模块提醒驾驶员。

以上所述仅为发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种自动泊车系统，其特征在于：包括电动助力转向系统，传感器信号处理单元，超声波传感器和CAN总线上的车身信号、发动机信号、车速信息、变速箱信息、功能按钮和车辆显示模块；所述传感器信号处理单元通过硬线连接方式实时控制并接收所述超声波传感器的反射波信号，并转换成为相应的距离信号，通过CAN通讯的方式发送给所述电动助力转向系统；

所述电动助力转向系统包括控制器，平行泊车位置探测模块，垂直泊车位置探测模块，泊车驶出位置探测模块，路径规划模块，平行泊车控制模块，垂直泊车控制模块，泊车驶出控制模块，状态机和转向执行电机；

所述平行泊车位置探测模块、所述垂直泊车位置探测模块或所述泊车驶出位置探测模块接收到所述距离信号，计算出对应的可用的平行泊车位置或垂直泊车位置或安全的泊车驶出位置；

所述路径规划模块根据所述电动助力转向系统的实时状态和能力，对泊车的轨迹进行规划，并且调用对应的所述平行泊车控制模块、所述垂直泊车控制模块或所述泊车驶出控制模块，经过所述状态机验证所述发动机信号、所述车速信息和所述变速箱信息后，由所述转向执行电机驱动所述电动助力转向系统实现转向动作；

所述平行泊车位置探测模块、所述垂直泊车位置探测模块或所述泊车驶出位置探测模块根据所述距离信号对于车辆周边的障碍物进行识别，由于所述超声波传感器的波束角的影响，所述超声波传感器探测的泊车位置宽度存在偏差，矩形泊车位置实际被探测出的形状为梯形，必须要通过修正算法对泊车位置宽度进行补偿，根据所述车速信息V和泊车位置侧所述超声波传感器的测量距离L，建立障碍物曲率：

根据判断值的大小，通过测试标定确定车速临界系数c_k数值，并且定义补偿系数ε：

ε＝ρ×c_k；

路径补偿值Δx与所述超声波传感器的波束角θ大小相关，考虑补偿系数得到路径补偿值：

Δx＝ε×L×tanθ。

2.根据权利要求1所述的自动泊车系统，其特征在于：所述超声波传感器包括左前超声波传感器、中前超声波传感器、右前超声波传感器、左侧超声波传感器、右侧超声波传感器、左后超声波传感器、中后超声波传感器和右后超声波传感器。

3.根据权利要求2所述的自动泊车系统，其特征在于：所述电动助力转向系统还包括路径控制模块。

4.根据权利要求3所述的自动泊车系统，其特征在于：所述控制器通过CAN总线或硬线的方式连接所述功能按钮。

5.一种权利要求4所述的自动泊车系统的车位识别方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)驾驶员通过所述功能按钮和所述车身信号发送泊车指令；

2)所述电动助力转向系统通过与所述功能按钮连接的所述控制器接收所述泊车指令，通过CAN总线激活所述传感器信号处理单元；

3)所述传感器信号处理单元对所述超声波传感器进行控制，并通过硬线连接方式实时采集所述超声波传感器的模拟信号，最后转化成数字的距离信号通过私有CAN发送给所述电动助力转向系统；

4)所述平行泊车位置探测模块、所述垂直泊车位置探测模块或所述泊车驶出位置探测模块接收到所述距离信号，计算出对应的可用的平行泊车位置或垂直泊车位置或安全的泊车驶出位置；

5)所述路径规划模块根据所述电动助力转向系统的实时状态和能力，对泊车的轨迹进行规划，并且调用对应的所述平行泊车控制模块、所述垂直泊车控制模块或所述泊车驶出控制模块，经过所述状态机验证所述发动机信号、所述车速信息和所述变速箱信息后，由所述转向执行电机驱动所述电动助力转向系统实现转向动作；

6)以上泊车的动作及运行状态由所述电动助力转向系统发送给所述车辆显示模块；

在步骤4)中，所述平行泊车位置探测模块、所述垂直泊车位置探测模块或所述泊车驶出位置探测模块根据所述距离信号对于车辆周边的障碍物进行识别，由于所述超声波传感器的波束角的影响，所述超声波传感器探测的泊车位置宽度存在偏差，矩形泊车位置实际被探测出的形状为梯形，必须要通过修正算法对泊车位置宽度进行补偿，根据所述车速信息V和泊车位置侧所述超声波传感器的测量距离L，建立障碍物曲率：

根据判断值的大小，通过测试标定确定车速临界系数c_k数值，并且定义补偿系数ε：

ε＝ρ×c_k；

路径补偿值Δx与所述超声波传感器的波束角θ大小相关，考虑补偿系数得到路径补偿值：

Δx＝ε×L×tanθ。

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