CN110497913A - 一种提高半自动泊车系统适应性的档位变换方法 - Google Patents

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    • B60W2520/28—Wheel speed

Abstract

本发明适用于半自动泊车系统领域，提供了一种提高半自动泊车系统适应性的档位变换方法，所述档位变换方法包括以下步骤：步骤S1：设车辆初始时刻处于的初始位置及水平状态；步骤S2：车辆开始运动，设自动泊车阶段允许车辆的极限参数；步骤S3：对车辆参数进行采样并规划参考轨迹；解决变更档位后没有办法控制轨迹的技术问题。

Description

一种提高半自动泊车系统适应性的档位变换方法
技术领域
本发明属于半自动泊车系统领域，尤其涉及一种提高半自动泊车系统适应性的档位变换方法。
背景技术
在半自动泊车系统中，算法可以控制的只有方向盘转角，其他设备均由用户进行控制。用户可以进行档位变换，不应终止泊车过程；但用户变更档位后车辆运动方向改变，需要重新进行路径规划。用户变更档位最可能原因包括：车位实际宽度可能小于我们的标准车位，车辆有可能会与车位外边缘处的障碍物发生碰撞；泊车终止位置偏向一侧；水平泊车车位较小，难以直接泊入车库等。此时需要进行换挡，从而对车辆位置进行调整。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高半自动泊车系统适应性的档位变换方法，旨在解决变更档位后没有办法控制轨迹的技术问题。
本发明是这样实现的，一种提高半自动泊车系统适应性的档位变换方法，所述档位变换方法包括以下步骤：
步骤S1：设车辆初始时刻处于的初始位置及水平状态；
步骤S2：车辆开始运动，设自动泊车阶段允许车辆的极限参数；
步骤S3：对车辆参数进行采样并规划参考轨迹；
步骤S4：在倒车过程中变更档位时，根据当前位置处的车身偏角在参考轨迹上找到切向角与车身相同的点，取该点与从该点起沿当前档位方向前进所能到达的最近水平点之间的路径，记为曲线段e，将曲线段e拼接到当前位置点处，沿该段轨迹行驶，当变更档位并按照曲线段e行驶结束时，车辆应当处于与车位水平的状态，此时按照档位直线行驶，将车辆调整到前后距离合适的位置即可；
步骤S5：如果按照曲线段e行驶过程中再次变更档位，则再次按照当前位置处的车身偏角在圆周上选取新的曲线段，变更档位时刻车辆的位置已知，根据变更后曲线段e的起始点和终止点间的位置关系，计算变更档位后车辆行驶终点位置，进而判断在新轨迹上车辆是否会与障碍物发生碰撞，在原规划轨迹某一位置处判断变更档位行驶不会发生碰撞，在原规划轨迹上这一位置后的任意点变更档位，都不会发生碰撞，则车辆倒车驶过这一点后，可以任意变更档位；在该点之前，车辆变更档位则沿原规划轨迹反向行驶，直到再次变更为倒车档位，或退出泊车程序。
本发明的进一步技术方案是：所述初始位置及所述水平状态为后轴中心点的坐标(x,y)＝(0,0)；车辆与X轴垂直，车轴与Y轴垂直；方向盘转角为0；定此时的车辆航向角为0。
本发明的进一步技术方案是：所述极限参数为设至自动泊车阶段允许的最高行驶速度为Vm，允许的方向盘最快转动速度为Wm，所以允许的单位距离方向盘转动角度最大为Wm/Vm，设置方向盘最大转角为α，则在α*Vm/Wm距离后，车辆达到最大方向盘转角，在保持方向盘最大转角行驶，直到车辆航向角达到45°。
本发明的进一步技术方案是：所述规划参考轨迹为按照最小轮脉长度进行采样，存储车辆在采样点的位置、前轮转角和车身偏角，设车辆单个轮速脉冲信号间隔长度为d，单个轮脉长度车轮最大转角为δ0，则第n个周期内车轮转角为nδ0(达到最大转向角度前，达到最大转向角度后为确定值δmax)，
第n个周期内车辆转过的角度
n个周期后车身偏角
第n-1个周期结束后相比，
其中δn是第n个周期内车轮的转向半径，
车辆达到最大转角后，保持转角δmax不变，按同样方法计算轨迹，至车身偏角达到45度。
本发明的有益效果是：增强了半自动泊车系统的适用情况，而且产生的轨迹是连续的，利用轮速脉冲作为唯一输入，通过控制方向盘转角，能够较准确的完成泊车过程。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种提高半自动泊车系统适应性的档位变换方法的步骤流程框图；
图2是本发明实施例提供的利用一种提高半自动泊车系统适应性的档位变换方法的针对测试车辆产生的参考轨迹；
图3是本发明实施例提供的利用一种提高半自动泊车系统适应性的档位变换方法的参考轨迹方向盘转角、车身偏角与运动距离间的关系图；
图4是本发明实施例提供的利用一种提高半自动泊车系统适应性的档位变换方法的变更档位后选择新轨迹方法的示意图；
图5是本发明实施例提供的利用一种提高半自动泊车系统适应性的档位变换方法的MATLAB产生的水平泊车时变更档位的示意图。
具体实施方式
图1示出了本发明提供的一种提高半自动泊车系统适应性的档位变换方法，所述档位变换方法包括以下步骤：
步骤S1：设车辆初始时刻处于的初始位置及水平状态；所述初始位置及所述水平状态为后轴中心点的坐标(x,y)＝(0,0)；车辆与X轴垂直，车轴与Y轴垂直；方向盘转角为0；定此时的车辆航向角为0。
步骤S2：车辆开始运动，设自动泊车阶段允许车辆的极限参数；所述极限参数为设至自动泊车阶段允许的最高行驶速度为Vm，允许的方向盘最快转动速度为Wm，所以允许的单位距离方向盘转动角度最大为Wm/Vm，设置方向盘最大转角为α，则在α*Vm/Wm距离后，车辆达到最大方向盘转角，在保持方向盘最大转角行驶，直到车辆航向角达到45°。
步骤S3：对车辆参数进行采样并规划参考轨迹；所述规划参考轨迹为按照最小轮脉长度进行采样，存储车辆在采样点的位置、前轮转角和车身偏角，设车辆单个轮速脉冲信号间隔长度为d，单个轮脉长度车轮最大转角为δ0，则第n个周期内车轮转角为nδ0(达到最大转向角度前，达到最大转向角度后为确定值δmax)，
第n个周期内车辆转过的角度
n个周期后车身偏角
第n-1个周期结束后相比，
其中Rn是第n个周期内车轮的转向半径，
车辆达到最大转角后，保持转角δmax不变，按同样方法计算轨迹，至车身偏角达到45度。
步骤S4：在倒车过程中变更档位时，根据当前位置处的车身偏角在参考轨迹上找到切向角与车身相同的点，取该点与从该点起沿当前档位方向前进所能到达的最近水平点之间的路径，记为曲线段e，将曲线段e拼接到当前位置点处，沿该段轨迹行驶，由于变更档位时车辆必须停止，所以方向盘转动可以在车辆不移动的情况下完成，这一轨迹转换在实际中也是可以实现的，当变更档位并按照曲线段e行驶结束时，车辆应当处于与车位水平的状态，此时按照档位直线行驶，将车辆调整到前后距离合适的位置即可；
步骤S5：如果按照曲线段e行驶过程中再次变更档位，则再次按照当前位置处的车身偏角在圆周上选取新的曲线段，变更档位时刻车辆的位置已知，根据变更后曲线段e的起始点和终止点间的位置关系，计算变更档位后车辆行驶终点位置，进而判断在新轨迹上车辆是否会与障碍物发生碰撞，在原规划轨迹某一位置处判断变更档位行驶不会发生碰撞，在原规划轨迹上这一位置后的任意点变更档位，都不会发生碰撞，则车辆倒车驶过这一点后，可以任意变更档位；在该点之前，车辆变更档位则沿原规划轨迹反向行驶，直到再次变更为倒车档位，或退出泊车程序。
图1为针对测试车辆(参数：前后轴轴距2.73m，最大泊车速度8km/h，前轮最大转动速度10°/s，前轮最大转角33°)产生的参考轨迹，参考轨迹的产生方式为：设车辆初始时刻处于初始位置、水平状态。即后轴中心点的坐标(x,y)＝(0,0)；车辆与X轴垂直，车轴与Y轴垂直；方向盘转角为0；定此时的车辆航向角为0。开始运动，设自动泊车阶段允许的最高行驶速度为Vm，允许的方向盘最快转动速度为Wm，所以允许的单位距离方向盘转动角度最大为Wm/Vm。设方向盘最大转角为α，则在α*Vm/Wm距离后，车辆达到最大方向盘转角。再保持方向盘最大转角行驶，直到车辆航向角达到45°。
图3是参考轨迹方向盘转角、车身偏角与运动距离间的关系图。按照最小轮脉长度进行采样，存储车辆在采样点的位置、前轮转角和车身偏角。由于无法对车辆速度和运动距离进行实时而准确获取，因此没有使用积分的方法规划参考轨迹，而是设转向在每个轮速脉冲处发生瞬间变化。设车辆单个轮速脉冲信号间隔长度为d，单个轮脉长度车轮最大转角为δ0，则第n个周期内车轮转角为nδ0(达到最大转向角度前，达到最大转向角度后为确定值δmax)。
第n个周期内车辆转过的角度
n个周期后车身偏角
第n-1个周期结束后相比，
其中Rn是第n个周期内车轮的转向半径，
车辆达到最大转角后，保持转角δmax不变，按同样方法计算轨迹，至车身偏角达到45度。
图4是变更档位后选择新轨迹方法的示意图。当在倒车过程中变更档位时，根据当前位置处的车身偏角在参考轨迹上找到切向角与车身相同的点，取该点与从该点起沿当前档位方向前进所能到达的最近水平点之间的路径，记为曲线段e，将曲线段e拼接到当前位置点处，沿该段轨迹行驶。由于变更档位时车辆必须停止，所以方向盘转动可以在车辆不移动的情况下完成，这一轨迹转换在实际中也是可以实现的。当用户变更档位并按照曲线段e行驶结束时，车辆应当处于与车位水平的状态，此时按照档位直线行驶，将车辆调整到前后距离合适的位置即可。图5是MATLAB产生的水平泊车时变更档位的示意图。
如果用户按照曲线段e行驶过程中再次变更档位，则再次按照当前位置处的车身偏角在圆周上选取新的曲线段。变更档位时刻车辆的位置已知，根据变更后曲线段e的起始点和终止点间的位置关系，计算变更档位后车辆行驶终点位置，进而判断在新轨迹上车辆是否会与障碍物发生碰撞，推导可知：在原规划轨迹某一位置处判断变更档位行驶不会发生碰撞，在原规划轨迹上这一位置后的任意点变更档位，都不会发生碰撞，车辆倒车驶过这一点后，可以任意变更档位；在该点之前，车辆变更档位则沿原规划轨迹反向行驶，直到用户再次变更为倒车档位，或退出泊车程序。
增强了半自动泊车系统的适用情况，而且产生的轨迹是连续的，利用轮速脉冲作为唯一输入，通过控制方向盘转角，能够较准确的完成泊车过程。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种提高半自动泊车系统适应性的档位变换方法，其特征在于，所述档位变换方法包括以下步骤：
步骤S1：设车辆初始时刻处于的初始位置及水平状态；
步骤S2：车辆开始运动，设自动泊车阶段允许车辆的极限参数；
步骤S3：对车辆参数进行采样并规划参考轨迹；
步骤S4：在倒车过程中变更档位时，根据当前位置处的车身偏角在参考轨迹上找到切向角与车身相同的点，取该点与从该点起沿当前档位方向前进所能到达的最近水平点之间的路径，记为曲线段e，将曲线段e拼接到当前位置点处，沿该段轨迹行驶，当变更档位并按照曲线段e行驶结束时，车辆应当处于与车位水平的状态，此时按照档位直线行驶，将车辆调整到前后距离合适的位置即可；
步骤S5：如果按照曲线段e行驶过程中再次变更档位，则再次按照当前位置处的车身偏角在圆周上选取新的曲线段，变更档位时刻车辆的位置已知，根据变更后曲线段e的起始点和终止点间的位置关系，计算变更档位后车辆行驶终点位置，进而判断在新轨迹上车辆是否会与障碍物发生碰撞，在原规划轨迹某一位置处判断变更档位行驶不会发生碰撞，在原规划轨迹上这一位置后的任意点变更档位，都不会发生碰撞，则车辆倒车驶过这一点后，可以任意变更档位；在该点之前，车辆变更档位则沿原规划轨迹反向行驶，直到再次变更为倒车档位，或退出泊车程序。
2.根据权利要求1所述的档位变换方法，其特征在于，所述初始位置及所述水平状态为后轴中心点的坐标(x，y)＝(0，0)；车辆与X轴垂直，车轴与Y轴垂直；方向盘转角为0；定此时的车辆航向角为0。
3.根据权利要求2所述的档位变换方法，其特征在于，所述极限参数为设至自动泊车阶段允许的最高行驶速度为Vm，允许的方向盘最快转动速度为Wm，所以允许的单位距离方向盘转动角度最大为Wm/Vm，设置方向盘最大转角为α，则在α*Vm/Wm距离后，车辆达到最大方向盘转角，在保持方向盘最大转角行驶，直到车辆航向角达到45°。
4.根据权利要求3所述的档位变换方法，其特征在于，所述规划参考轨迹为按照最小轮脉长度进行采样，存储车辆在采样点的位置、前轮转角和车身偏角，设车辆单个轮速脉冲信号间隔长度为d，单个轮脉长度车轮最大转角为δ0，则第n个周期内车轮转角为nδ0(达到最大转向角度前，达到最大转向角度后为确定值δmax)，
第n个周期内车辆转过的角度
n个周期后车身偏角
第n-1个周期结束后相比，
其中Rn是第n个周期内车轮的转向半径，
车辆达到最大转角后，保持转角δmax不变，按同样方法计算轨迹，至车身偏角达到45度。
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