CN109823334A - 减小自动泊车路径误差方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种减小自动泊车路径误差方法，应用于电子设备，包括：获取车辆的纵向加速度和侧向加速度；计算车辆每个轮胎当前的垂向载荷；通过弹性环模型以及所述垂向载荷计算每个轮胎的当前滚动半径；修正自动泊车路径计算步骤中的滚动半径信息，计算自动泊车行驶轨迹。本发明计算车辆垂向轴荷转移，根据轮胎垂向特性实时修正车辆轮胎的滚动半径，提高泊车过程中路径计算精度，减小泊车路径与车辆行驶路径的误差。采用该方法能够精确计算自动泊车过程中的规划的行驶轨迹，便于控制车辆沿着规划的轨迹行驶，最终提高泊车精度，改善泊车效果。

Description

减小自动泊车路径误差方法及系统

技术领域

本申请涉及自动泊车系统数据处理领域，特别涉及一种减小自动泊车路径误差方法及系统。

背景技术

自动泊车系统（APS，Autonomous Parking System）利用传感器探测可以泊车区域，待驾驶员确认后，APS计算泊车区域内的泊车路径，引导驾驶员操作，自动操作方向盘或挡位、加速和制动，辅助车辆在目标区域内泊车。APS利用轮速传感器信号计算车辆轮胎的移动距离，进而计算车辆的泊车路径实施自动泊车。现有的关于自动泊车系统计算泊车路径与实际车辆行驶路径误差的方案，考虑到车辆稳态条件下车轮的周长或半径，具体分析如下：

（1）通过胎压监测装置来检测轮胎气压信息，利用轮胎气压在一定范围内的车轮滚动半径，来计算泊车过程中的路径。但是，当轮胎气压变化超过范围后，计算出来的泊车路径会会与车辆实际行驶路径差别较大；同时，如果更换了尺寸不同的轮胎或辅助轮胎或雪地胎是，泊车系统检测的轮胎气压不变，但车辆轮胎的半径已经发生变化，按原来的半径计算泊车路径，并进行路径跟踪控制，会导致无法准确泊车或发生车辆擦碰的可能性。

（2）利用车高传感器和地面距离传感器，计算左侧后轮的半径和右侧后轮的半径，考虑半径改变后的计算得到车辆泊车路径，使得与车辆实际行驶路径误差最小化，提高泊车控制精度。但是该方案增加了泊车系统传感器，使得系统的复杂度提高、成本提高；同时，轮胎滚动半径检测的要求，地面距离传感器很难满足，主要受制于现阶段非接触式距离传感器的可靠性、精度和成本因素。

（3）利用GPS信号计算符合一定条件下的长距离位移信息，同时，根据轮速信号获得两侧车轮滚动过的圈数，对轮胎半径进行更新，提高泊车系统在滚动半径改变后的泊车路径计算精度。但是该方案需要一定很长的距离进行校正，且行驶中不能有明显的高度差，其适用条件苛刻，成功准确更新轮胎滚动半径信息的概率比较低。

（4）有公开专利使用以下方法，利用车辆横摆角速度积分计算车辆行驶过的角度，利用左右两侧车轮转动速度，按最初安装的轮胎周长计算车辆转过的角度，利用上述计算的横摆角估算出轮胎的周长。但该方案使用的横摆角速度信号，通常具有3%的相对误差，利用这样精度的信号再去计算轮胎周长或半径，不能够满足自动泊车系统对轮胎周长精度的要求，周长精度要达到约1%的数量级。

以上几种方案都是估算稳态的车轮滚动半径或周长，没有考虑车辆动力学特性对轮胎瞬时滚动的影响。例如，相同的方向盘转角情况下，在圆弧稳态转向，与圆弧加速或减速转向时，车辆实际行驶轨迹是不相同的。这就需要考虑车轮动力学特性，利用瞬态的滚动半径来修正计算泊车路径。

申请内容

本专利提供一种减小自动泊车路径误差方法及系统，可以精确第计算车辆轮胎在各种工况下的准确滚动半径，提高自动泊车路径的计算精度。

本专利提供一种减小自动泊车路径误差方法，应用于电子设备，包括：

获取车辆的纵向加速度和侧向加速度；

计算车辆每个轮胎当前的垂向载荷；

通过弹性环模型以及所述垂向载荷计算每个轮胎的当前滚动半径；

修正自动泊车路径计算步骤中的滚动半径信息，计算自动泊车行驶轨迹。

可选的，计算车辆每个轮胎当前的垂向载荷，包括：

对车辆建立七自由度动力学模型；

利用车辆的侧向加速度，纵向加速度，车辆质心高度，质心到前轴距离和质心到后轴距离计算每个轮胎的垂向载荷。

可选的，利用车辆的侧向加速度，纵向加速度，车辆质心高度，质心到前轴距离和质心到后轴距离计算每个轮胎的垂向载荷，采用如下公式：

其中，分别为四个轮胎的垂向载荷，为车辆轴距。

可选的，通过弹性环模型以及所述垂向载荷计算每个轮胎的当前滚动半径，包括：

获取轮胎的形变系数；

利用垂向载荷和形变系数计算每个轮胎垂向形变量；

利用垂向形变量对滚动半径进行补偿。

可选的，所述轮胎垂向形变量计算方法为垂向载荷与轮胎形变系数的乘积。

可选的，利用垂向形变量对滚动半径进行补偿，采用如下公式：

;

其中，R为轮胎的滚动半径，K为轮胎的形变系数，为轮胎在零垂向载荷情况下的滚动半径。

可选的，滚动半径的修正输出步骤包括：

以时钟周期为单位多次计算每个轮胎滚动半径并储存；

设定大于一个周期的第一时间段，并对所储存的轮胎滚动半径进行统计学处理，获得用于输出的轮胎滚动半径值并输出。

可选的，所述统计学处理包括：平均值处理、截尾平均处理或中位数处理。

可选的，还包括滚动半径校验步骤：

判断输出的滚动半径值是否在处于校验阈值范围内，若是则允许输出，否则终止滚动半径的输出。

本专利还提供一种减小自动泊车路径误差的自动泊车系统，包括路径计算模块以及与所述路径计算模块电连接的滚动半径计算模块，其中：

所述路径计算模块，用于根据轮速、转向角度和轮胎半径计算自动泊车的行径路线；

所述滚动半径计算模块，用于建立车辆的七自由度力学模型以及轮胎的弹性环模型，并通过七自由度力学模型计算每个轮胎的瞬态垂向载荷，利用弹性环模型计算经过补偿的轮胎滚动半径。

由上可知，本发明计算车辆垂向轴荷转移，根据轮胎垂向特性实时修正车辆轮胎的滚动半径，提高泊车过程中路径计算精度，减小泊车路径与车辆行驶路径的误差。采用该方法能够精确计算自动泊车过程中的规划的行驶轨迹，便于控制车辆沿着规划的轨迹行驶，最终提高泊车精度，改善泊车效果。

附图说明

图1为本申请实施例提供的减小自动泊车路径误差方法的实现流程图。

图2为本申请实施例提供的弹性环模型示意图。

图3为本申请实施例提供的垂向载荷计算方法的力学模型。

图4为本申请实施例提供的滚动半径的计算流程图。

图5为本申请实施例提供的滚动半径输出流程图。

图6为本申请实施例提供的减小自动泊车路径误差的自动泊车系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请的较佳实施例进行详细阐述，以使本申请的优点和特征更易被本领域技术人员理解，从而对本申请的保护范围作出更为清楚的界定。

请参阅图1，图中示出了本申请实施例提供的减小自动泊车路径误差方法的实现流程。

该减小自动泊车路径误差方法应用于电子设备，该电子设备可以为安装于汽车上的车载电子设备。该车载电子设备可以包括路径计算模块和滚动半径计算模块。

该路径计算模块可以是自动泊车系统中负责车辆移动路径预测的一个子模块，其主要根据获取的轮胎相关信息来进行汽车路径预测计算 。

该滚动半径计算模块为向路径计算模块提供准确的滚动半径信息，本实施例中，其计算方法是通过建立车辆的七自由度模型以及弹性环模型两个物理模型实现计算。

请参阅图1，图中示出了本申请实施例提供的减小自动泊车路径误差方法的实现流程。

如图1所示，一种减小自动泊车路径误差方法，应用于电子设备中，该电子设备可以为如上实施例所述的电子设备，该方法包括：

101、获取车辆的纵向加速度和侧向加速度。

该纵向加速度即沿汽车前进方向的加速度，而纵向加速度则是垂直于纵向加速度且平行于地面的加速度，纵向加速度与轴向加速度遵循右手定则，大拇指方向指向的是纵向加速度。基于该模型，本专利还涉及一个垂向加速度，即在竖直方向上的加速度，可以理解的，在静态下，该垂向加速度即是重力加速度。

在一些实施例中，而纵向加速度和侧向加速度的采集可以通过多种方式，其具体可以是通过利用IMU（Inertial measurement uni t，惯性测量单元）进行直接获取，其获取时间是实施获取的。在一些实施例中，也可以采用速度传感器、处理器通过采集先关速度信息进行计算等，具体实现方式可以根据实际情况以及不同的算法而定。

102、计算车辆每个轮胎当前的垂向载荷。

其中，垂向载荷是每个轮胎所受到的竖直方向上的压力，该压力的大小将决定轮胎的滚动半径，当垂向载荷大时，轮胎的滚动半径将减小，否则当垂向载荷小时，轮胎的滚动半径增大。因此可以通过计算每个轮胎的垂向载荷，从而精确地获得轮胎的滚动半径，进而提高自动泊车论路径的计算精度。

具体的，垂向载荷在计算过程中，其可以通过七自由度、十四自由度等的车辆物理模型，并利用相关公式进行计算。

103、通过弹性环模型以及所述垂向载荷计算每个轮胎的当前滚动半径。

其中弹性环模型如图2所示，图2示意出了弹性环模型。其将轮胎简化为径向弹簧和切向弹簧，从而实现对轮胎形变量的计算。由于在自动泊车的情况下，车速通常较低，其最高速度不会超过20km/s，因此轮胎的整体形变情况比较简单，且其形变量也相应较小，比较适合于弹性环模型，并且在计算过程中可以仅考虑径向弹簧，忽略切向弹簧。在获知轮胎垂向载荷的情况下，通过简单的运算即可以获得轮胎的滚动半径。

该滚动半径指的是车辆在一定垂向载荷下使轮胎发生形变，在形变后轮轴到地面的距离，该距离即滚动半径。滚动半径可以通常小轮胎的实际半径，但是在变速状态下，其垂向载荷也可能会减小，发生滚动半径增大的情况。

104、修正自动泊车路径计算步骤中的滚动半径信息，计算自动泊车行驶轨迹。

通常自动泊车路径计算步骤有很多种，但大多数计算方式是获取每个轮胎的滚动半径、轮速和车辆转向角度等。实际上轮速检测和车辆转向角的获取技术已经非常成熟，而且其在泊车过程中的获取相对直接且数据稳定。因此只要通过上述步骤进行滚动半径的修正，既可以获得更加准确的自动泊车路径。

同时本专利的核心技术并不在于车辆自动泊车路径的计算，而在于为自动泊车路径计算提供准确实时的轮胎滚动半径，因此本专利不赘述泊车路径的相关方法。

在一些实施例中，车辆每个轮胎的垂向载荷可以通过七自由度动力学模型进行计算。

请参见图3，该图示出了本申请实施例提供的垂向载荷计算方法的力学模型。

如图3所示，该图中将车辆简化为车的主体以及4个轮胎，其中前轮为转向轮，后轮为定向轮。由于在直线行驶过程中，侧向加速度为0，轮胎受力相对均衡，其滚动半径计算较为简单，因此该图示意较为复杂的转弯过程。

前轮偏转一定的角度，在采用七自由度的力学模型中。为了方便描述每一个车轮，在下文公式计算过程中，将左前轮的脚标定义为fl，右前轮的角标定义为fr，左后轮的脚标定义为rl，右后轮的脚标定义为rr，计算垂向载荷需要获得参数包括如下：车辆的侧向加速度，纵向加速度，车辆质心高度，质心到前轴距离和质心到后轴距离。

在静止或者匀速的状态下，认为其质心在车体的中心处，而在转弯的过程中车辆的质心会发生偏移，从而分配到每个轮胎的力矩均不相同，因此每个轮胎的垂向载荷也将发生变化。主要原理是根据力学模型中竖直方向上受力的变化，侧向力和纵向力在每个轮胎上产生的垂向分量，根据分析对基础垂向载荷进行加减，最终准确算出每个轮胎当前时刻的垂向载荷。

例如，在图3车辆转弯的过程中，其左轮的垂向荷载将减小，右轮垂向荷载将增大，侧向加速度使车辆质心外移，同时当其纵向加速度存在时，则会根据其方向使质心前移或者后移，根据其力矩的分配，本专利采用的如下公式进行计算：

。

上述公式中，分别为四个轮胎的垂向载荷，为车辆轴距。

请参阅图4，图中示出了本专利实施例提供的滚动半径的计算流程。

如图4所示，该基于弹性环模型的具体计算方法，包括：

201、获取轮胎的形变系数。

其中，轮胎的形变系数与其自身硬度以及轮胎自身气压相关，其可以是预设的参数，在一些实施例中，该系数可以是常量，也可以根据其自身气压变化，通常是气压越低时，其形变系数越大，即在相同的垂向载荷下形变系数与其自身气压成反相关。

在一些实施例中，可以对轮胎形变系数建立一个与气压相关映射关系表，在读取到轮胎气压后获得相应的准确的系数。

202、利用垂向载荷和形变系数计算每个轮胎垂向形变量。

其中，可选的，形变量可以是垂向载荷与轮胎形变系数的乘积。该计算方式较为简单直接地反映出，垂向载荷越大，轮胎形变量就越大的趋势。同时其也满足弹性环模型的计算要求。

203、利用垂向形变量对滚动半径进行补偿。

在现有技术当中，通常是采用轮胎半径在减去一个修正常量，即使其经过修正，由于修正值是常量，因此滚动半径最终也是个常量，不能随实际情况进行修正，达不到精度要求。

而本实施例提供的补偿的方式为动态负补偿，例如，可以通过如下公式进行计算补偿量：

；

其中，R为轮胎的滚动半径，K为轮胎的形变系数，为轮胎在零垂向载荷情况下的滚动半径。

即通过上述公式计算时，首先获取轮胎在零垂向载荷情况下的滚动半径，其反应出最大滚动半径。由于引入了垂向载荷的参数，并且计算过程中实施变化，因此补偿量也实时变化，从而可以获得实施准确的滚动半径。

请参阅图5，图中示出了本申请实施例提供的滚动半径输出流程。

一般情况下，滚动半径的输出在理论上实时输出供自动泊车路径自动算法进行计算时最为准确的，但是事实上由于信号存在波动和一定误差，为了减少车协波动和误差对输出结果的影响，本实施例提供如下滚动半径输出流程，包括：

301、以时钟周期为单位多次计算每个轮胎滚动半径并储存。

其中，可以系统时钟周围单位，不断进行垂向载荷的计算，从而计算得到关于每个轮胎的滚动半径的数据。即获得四组滚动半径数据，每组数据与每个轮胎对应。

302、设定大于一个周期的第一时间段，并对所储存的轮胎滚动半径进行统计学处理，获得用于输出的轮胎滚动半径值并输出。

该第一时间段的设定是为了将每组滚动半径中的数据进行合并，从而消除或者减少数据单元误差带来的影响。

其中，所述统计学处理是消除数据单元误差的处理方法，其可以但不仅限于是包括：平均值处理、截尾平均处理或中位数处理。合理的方式是通过截尾平均处理的方式，即将第一时间段内的数据中最大的几个或者最小的几个进行去除，取其余数据的平均值作为输出结果。

上述方式可以有效去除明显异常的噪点。从而输出更加准确的滚动半径。

在一些实施例中，还包括滚动半径校验步骤：

判断输出的滚动半径值是否在处于校验阈值范围内，若是则允许输出，否则终止滚动半径的输出。

其中，校验阈值范围通常不超过平均滚动半径的一定范围，如超过，说明该轮胎滚动半径出现明显异常或者是数据的获取出现异常，为了保证自动泊车的安全，需要阻止该类结果的输出。从而使自动泊车路径计算系统采用最后输出的正常值进行计算。

可以理解的，当长时间出现用于输出的滚动半径值超过了校验阈值范围，则可以向用户发出警告，例如：“轮胎异常，请停止自动泊车功能，并检查轮胎”等。也可以向自动泊车系统或者相关电子系统发出故障警示。以防止意外的发生。

请参阅图6，图中示出了本申请实施例提供的减小自动泊车路径误差的自动泊车系统。

如图6所示，该减小自动泊车路径误差的自动泊车系统6包括路径计算模块61以及滚动半径计算模块62，其中滚动半径极端模块62与所述路径计算模块61电连接。

具体的，路径计算模块61，用于根据轮速、转向角度和轮胎半径计算自动泊车的行径路线。该路径计算模块可以是自动泊车系统中负责车辆移动路径预测的一个子模块，其主要根据获取的轮胎相关信息来进行汽车路径预测计算 。

滚动半径计算模块62，用于建立车辆的七自由度力学模型以及轮胎的弹性环模型，并通过七自由度力学模型计算每个轮胎的瞬态垂向载荷，利用弹性环模型计算经过补偿的轮胎滚动半径。

由上可知，减小自动泊车路径误差的自动泊车系统计算车辆垂向轴荷转移，根据轮胎垂向特性实时修正车辆轮胎的滚动半径，提高泊车过程中路径计算精度，减小泊车路径与车辆行驶路径的误差。采用该方法能够精确计算自动泊车过程中的规划的行驶轨迹，便于控制车辆沿着规划的轨迹行驶，最终提高泊车精度，改善泊车效果。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器（ROM，Read Only Memory）、随机存取记忆体（RAM，RandomAccess Memory）、磁盘或光盘等。

本申请实施例中，所述减小自动泊车路径误差的自动泊车系统与上文实施例中的一种减小自动泊车路径误差方法属于同一构思，在所述减小自动泊车路径误差的自动泊车系统上可以运行所述减小自动泊车路径误差方法实施例中提供的任一方法步骤，其具体实现过程详见减小自动泊车路径误差方法实施例，并可以采用任意结合形成本申请的可选实施例，此处不再赘述。

上面结合附图对本申请的实施方式作了详细说明，但是本申请并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本申请宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种减小自动泊车路径误差方法，应用于电子设备，其特征在于，包括：

获取车辆的纵向加速度和侧向加速度；

计算车辆每个轮胎当前的垂向载荷；

通过弹性环模型以及所述垂向载荷计算每个轮胎的当前滚动半径；

修正自动泊车路径计算步骤中的滚动半径信息，计算自动泊车行驶轨迹。

2.如权利要求1所述的减小自动泊车路径误差方法，其特征在于，计算车辆每个轮胎当前的垂向载荷，包括：

对车辆建立七自由度动力学模型；

利用车辆的侧向加速度，纵向加速度，车辆质心高度，质心到前轴距离和质心 到后轴距离计算每个轮胎的垂向载荷。

3.如权利要求2所述的减小自动泊车路径误差方法，其特征在于，利用车辆的侧向加速 度，纵向加速度，车辆质心高度，质心到前轴距离和质心到后轴距离计算每个轮 胎的垂向载荷，采用如下公式：

其中，分别为四个轮胎的垂向载荷，为车辆轴距。

4.如权利要求1所述的减小自动泊车路径误差方法，其特征在于，通过弹性环模型以及所述垂向载荷计算每个轮胎的当前滚动半径，包括：

获取轮胎的形变系数；

利用垂向载荷和形变系数计算每个轮胎垂向形变量；

利用垂向形变量对滚动半径进行补偿。

5.如权利要求4所述的减小自动泊车路径误差方法，其特征在于，所述轮胎垂向形变量计算方法为垂向载荷与轮胎形变系数的乘积。

6.如权利要求5所述的减小自动泊车路径误差方法，其特征在于，利用垂向形变量对滚动半径进行补偿，采用如下公式：

;

其中，R为轮胎的滚动半径，K为轮胎的形变系数，为轮胎在零垂向载荷情况下的滚动 半径。

7.如权利要求1-6任意一项所述的减小自动泊车路径误差方法，其特征在于，

滚动半径的输出步骤包括：

以时钟周期为单位多次计算每个轮胎滚动半径并储存；

设定大于一个周期的第一时间段，并对所储存的轮胎滚动半径进行统计学处理，获得用于输出的轮胎滚动半径值并输出。

8.如权利要求7所述的减小自动泊车路径误差方法，其特征在于，所述统计学处理包括：平均值处理、截尾平均处理或中位数处理。

9.如权利要求1-6任意一项所述的减小自动泊车路径误差方法，其特征在于，

还包括滚动半径校验步骤：

判断输出的滚动半径值是否在处于校验阈值范围内，若是则允许输出，否则终止滚动半径的输出。

10.一种减小自动泊车路径误差的自动泊车系统，其特征在于，包括路径计算模块以及与所述路径计算模块电连接的滚动半径计算模块，其中：

所述路径计算模块，用于根据轮速、转向角度和轮胎半径计算自动泊车的行径路线；

所述滚动半径计算模块，用于建立车辆的七自由度力学模型以及轮胎的弹性环模型，并通过七自由度力学模型计算每个轮胎的瞬态垂向载荷，利用弹性环模型计算经过补偿的轮胎滚动半径。