CN113276840A - 一种方向盘反向控制方法、自动泊车系统和车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种方向盘反向控制方法、自动泊车系统和车辆，属于汽车技术领域。本发明的方向盘反向控制方法，自动泊车时，在车辆运动过程中提前向相反的方向转方向盘，避免原地转方向盘，进而不会增加轮胎磨损，同时泊车用时减少，泊车效率更高，泊车过程更加流畅。本发明的自动泊车系统，在不增加任何新的传感器或控制器的基础上，通过现有算法优化，极大地降低了原地转方向盘造成的轮胎磨损。同时通过应用上述方向盘反向控制方法，减少泊车用时，提高了泊车效率。本发明的车辆，通过应用上述自动泊车系统，避免了原地转方向盘，降低了对轮胎的磨损，同时减少泊车用时，提高了泊车效率。
Description
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，尤其涉及一种方向盘反向控制方法、自动泊车系统和车辆。
背景技术
目前，随之自动驾驶技术的快速发展，自动泊车系统的应用也越来越广泛，人们对自动泊车系统的要求也越来越高。现有自动泊车跟踪算法往往只评价和考虑跟踪精度，造成在换挡点位置常常发生原地方向盘左右打死的情况，这引起轮胎磨损加剧和泊车用时延长。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种方向盘反向控制方法，避免了原地转方向盘，降低了对轮胎的磨损，同时减少泊车用时，提高了泊车效率。
本发明的第二个目的在于提供一种自动泊车系统，通过应用上述方向盘反向控制方法，避免了原地转方向盘，降低了对轮胎的磨损，同时减少泊车用时，提高了泊车效率。
本发明的第三个目的在于提供一种车辆，通过应用上述自动泊车系统，避免了原地转方向盘，降低了对轮胎的磨损，同时减少泊车用时，提高了泊车效率。
为实现上述目的，提供以下技术方案：
第一方面，提供了一种方向盘反向控制方法，包括方向盘反向控制方法，所述方向盘反向控制方法包括如下步骤：
S1：计算剩余距离；所述剩余距离为期望路径上距离车辆位姿点最近的点与换挡点之间的距离；
S2：计算障碍物最小距离；所述障碍物最小距离为车辆行驶方向上距离车辆最近的障碍物的距离；
S3：计算车辆跟踪的位置偏差和角度偏差；
S4：判断是否满足提前向相反方向转方向盘的激活条件，若是，则进入S5；
S5：计算向相反方向转方向盘的转角；
S6：控制车辆实际纵向位置不超过缓冲区域；所述缓冲区域为车辆在所述换挡点附近反向转方向盘时行驶的距离所形成的区域；
S7：计算期望车速。
作为所述方向盘反向控制方法的优选方案，在步骤S1中，所述换挡点为泊车过程中每一步的终点位置。
作为所述方向盘反向控制方法的优选方案，在步骤S4中，是否满足提前向相反方向转方向盘的激活条件的判断方法包括：
S41：判断所述位置偏差是否小于预设位置参数，且所述角度偏差是否小于预设角度参数，若是，则执行S42；
S42：判断所述剩余距离是否小于预设距离参数，且所述障碍物最小距离是否大于最小避撞距离与安全距离之和，若是，则执行S43；
S43：判断车速是否大于零，若是，则执行S44；
S44：判断当前步数是否不是泊车步数的最后一步，若是，则满足提前向相反方向转方向盘的激活条件。
作为所述方向盘反向控制方法的优选方案，在步骤S41、S42、S43或S44中，若否，则不满足提前向相反方向转方向盘的激活条件。
作为所述方向盘反向控制方法的优选方案，在步骤S5中，所述转角为假设车辆已进入下一段路径控制时方向盘的期望转角。
作为所述方向盘反向控制方法的优选方案，在步骤S7中，所述剩余距离与所述缓冲区域之和越小，所述期望车速越低。
第二方面，提供了一种自动泊车系统，基于如上任一项所述的方向盘反向控制方法，所述自动泊车系统包括：
输入单元，包括路径规划模块、位姿估算模块和障碍物感知模块，所述路径规划模块用于计算泊车的期望路径，所述位姿估算模块用于计算当前车辆实时位姿，所述障碍物感知模块用于感知并计算障碍物实时距离，所述障碍物实时距离为泊车过程中车辆距离障碍物的实时距离；
路径跟随单元，能接收所述输入单元发送的所述期望路径、所述车辆实时位姿和所述障碍物实时距离；所述路径跟随单元包括横向控制模块、纵向控制模块和剩余距离计算模块，所述横向控制模块用于计算方向盘的期望转角，所述纵向控制模块用于计算期望车速，所述剩余距离计算模块用于计算车辆距离泊车终点剩余的实时距离；
车辆底盘控制单元，能接收所述路径跟随单元发送的所述期望转角和所述期望车速，以控制车辆横向运动和纵向运动；所述车辆底盘控制单元能向所述路径跟随单元发送车辆的实时车速。
作为自动泊车系统的优选方案，所述车辆实时位姿包括车辆的平面坐标和航向角。
作为自动泊车系统的优选方案，所述障碍物感知模块包括超声波雷达、毫米波雷达、环视摄像头和激光雷达。
第三方面，提供了一种车辆，包括如上任一项所述的自动泊车系统。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明的方向盘反向控制方法，包括如下步骤：S1：计算剩余距离；所述剩余距离为期望路径上距离车辆位姿点最近的点与换挡点之间的距离；S2：计算障碍物最小距离；所述障碍物最小距离为车辆行驶方向上距离车辆最近的障碍物的距离；S3：计算车辆跟踪的位置偏差和角度偏差；S4：判断是否满足提前向相反方向转方向盘的激活条件，若是，则进入S5；S5：计算向相反方向转方向盘的转角；S6：控制车辆实际纵向位置不超过缓冲区域；所述缓冲区域为车辆在所述换挡点附近反向转方向盘时行驶的距离所形成的区域；S7：计算期望车速。自动泊车时，在车辆运动过程中提前向相反的方向转方向盘，避免原地转方向盘，进而不会增加轮胎磨损，同时泊车用时减少，泊车效率更高，泊车过程更加流畅。
本发明的自动泊车系统，在不增加任何新的传感器或控制器的基础上，通过现有算法优化，极大地降低了原地转方向盘造成的轮胎磨损。同时通过应用上述方向盘反向控制方法，减少泊车用时，提高了泊车效率。
本发明的车辆，通过应用上述自动泊车系统，避免了原地转方向盘，降低了对轮胎的磨损，同时减少泊车用时，提高了泊车效率。
附图说明
图1为本发明实施例中方向盘反向控制方法的流程图；
图2为本发明实施例中自动泊车系统示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1-2所示，本实施例在于提供一种方向盘反向控制方法，包括如下步骤：
S1：计算剩余距离；剩余距离为期望路径上距离车辆位姿点最近的点与换挡点之间的距离；
S2：计算障碍物最小距离；障碍物最小距离为车辆行驶方向上距离车辆最近的障碍物的距离；
S3：计算车辆跟踪的位置偏差和角度偏差；
S4：判断是否满足提前向相反方向转方向盘的激活条件，若是，则进入S5；
S5：计算向相反方向转方向盘的转角；
S6：控制车辆实际纵向位置不超过缓冲区域；缓冲区域为车辆在换挡点附近反向转方向盘时行驶的距离所形成的区域；
S7：计算期望车速。
需要说明的是，自动泊车时，在车辆运动过程中提前向相反的方向转方向盘，避免原地转方向盘，进而不会增加轮胎磨损，同时泊车用时减少，泊车效率更高，泊车过程更加流畅。
可选地，在步骤S1中，换挡点为泊车过程中每一步的终点位置。也可以理解为，换挡点位于期望路径上，理论上车辆在换挡点进行换挡。
可选地，在步骤S4中，是否满足提前向相反方向转方向盘的激活条件的判断方法包括：
S41：判断位置偏差是否小于预设位置参数，且角度偏差是否小于预设角度参数，若是，则执行S42；
S42：判断剩余距离是否小于预设距离参数，且障碍物最小距离是否大于最小避撞距离与安全距离之和，若是，则执行S43；
S43：判断车速是否大于零，若是，则执行S44；
S44：判断当前步数是否不是泊车步数的最后一步，若是，则满足提前向相反方向转方向盘的激活条件。
可选地，预设位置参数、预设距离参数、预设角度参数、最小避撞距离与安全距离可实际标定。
可选地，在步骤S41、S42、S43或S44中，若否，则不满足提前向相反方向转方向盘的激活条件。也可以理解为，提前向相反方向转方向盘需要综合考虑位置跟踪偏差、周围障碍物距离、车速及当前泊车步数。提前向相反方向转方向盘的激活条件包括步骤S41、S42、S43及S44中的四个条件，只有这四个条件同时满足时，才算满足提前向相反方向转方向盘的激活条件。
可选地，在步骤S4中，若否，则方向盘反向控制方法结束，即不会激活方向盘反向控制逻辑。
可选地，在步骤S5中，转角为假设车辆已进入下一段路径控制时方向盘的期望转角，期望转角可通过传统预瞄、Stanley(自动驾驶Stanley控制算法)、PID(即PID控制器或PID算法)等控制算法获得。
可选地，在步骤S6中，缓冲区域的范围可实际标定。
可选地，在步骤S7中，剩余距离与缓冲区域之和越小，期望车速越低。极端期望车速时，需要考虑剩余距离与缓冲区域之和的大小的影响，以便最终将车辆控制在缓冲区域范围内。
本实施例还提供了一种自动泊车系统，基于如上述的方向盘反向控制方法，自动泊车系统包括输入单元、路径跟随单元和车辆底盘控制单元，输入单元包括路径规划模块、位姿估算模块和障碍物感知模块，路径规划模块用于计算泊车的期望路径，位姿估算模块用于计算当前车辆实时位姿，障碍物感知模块用于感知并计算障碍物实时距离，障碍物实时距离为泊车过程中车辆距离障碍物的实时距离；路径跟随单元能接收输入单元发送的期望路径、车辆实时位姿和障碍物实时距离；路径跟随单元包括横向控制模块、纵向控制模块和剩余距离计算模块，横向控制模块用于计算方向盘的期望转角，纵向控制模块用于计算期望车速，剩余距离计算模块用于计算车辆距离泊车终点剩余的实时距离；车辆底盘控制单元能接收路径跟随单元发送的期望转角和期望车速，以控制车辆横向运动和纵向运动；车辆底盘控制单元能向路径跟随单元发送车辆的实时车速。
需要说明的是，本实施例的自动泊车系统不增加任何新的传感器或控制器，在保证跟踪精度的基础上，通过现有算法优化，极大地降低了原地转方向盘造成的轮胎磨损。同时通过应用上述方向盘反向控制方法，减少泊车用时，提高了泊车效率。
可选地，车辆实时位姿包括车辆的平面坐标和航向角。示例性地，在泊车车位附近建立平面直接坐标系，位姿估算模块可计算车辆当前的实时平面坐标(即X坐标和Y坐标)，还能计算车辆当前的航向角，航向角也可以理解为车辆与X轴或Y轴之间的夹角。
可选地，障碍物感知模块包括超声波雷达、毫米波雷达、环视摄像头和激光雷达。
可选地，车辆底盘控制单元主要包括ESP(车身电子稳定系统)、EPS(电动助力转向系统)和EMS(发动机管理系统)，用于在泊车过程中控制车辆横向运动和纵向运动。
本实施例还提供了一种车辆，包括如上述的自动泊车系统。通过应用上述自动泊车系统，避免了原地转方向盘，降低了对轮胎的磨损，同时减少泊车用时，提高了泊车效率。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种方向盘反向控制方法，包括如下步骤：
S1：计算剩余距离；所述剩余距离为期望路径上距离车辆位姿点最近的点与换挡点之间的距离；
S2：计算障碍物最小距离；所述障碍物最小距离为车辆行驶方向上距离车辆最近的障碍物的距离；
S3：计算车辆跟踪的位置偏差和角度偏差；
S4：判断是否满足提前向相反方向转方向盘的激活条件，若是，则进入S5；
S5：计算向相反方向转方向盘的转角；
S6：控制车辆实际纵向位置不超过缓冲区域；所述缓冲区域为车辆在所述换挡点附近反向转方向盘时行驶的距离所形成的区域；
S7：计算期望车速。
2.根据权利要求1所述的方向盘反向控制方法，其特征在于，在步骤S1中，所述换挡点为泊车过程中每一步的终点位置。
3.根据权利要求1所述的方向盘反向控制方法，其特征在于，在步骤S4中，是否满足提前向相反方向转方向盘的激活条件的判断方法包括：
S41：判断所述位置偏差是否小于预设位置参数，且所述角度偏差是否小于预设角度参数，若是，则执行S42；
S42：判断所述剩余距离是否小于预设距离参数，且所述障碍物最小距离是否大于最小避撞距离与安全距离之和，若是，则执行S43；
S43：判断车速是否大于零，若是，则执行S44；
S44：判断当前步数是否不是泊车步数的最后一步，若是，则满足提前向相反方向转方向盘的激活条件。
4.根据权利要求3所述的方向盘反向控制方法，其特征在于，在步骤S41、S42、S43或S44中，若否，则不满足提前向相反方向转方向盘的激活条件。
5.根据权利要求1所述的方向盘反向控制方法，其特征在于，在步骤S5中，所述转角为假设车辆已进入下一段路径控制时方向盘的期望转角。
6.根据权利要求1所述的方向盘反向控制方法，其特征在于，在步骤S7中，所述剩余距离与所述缓冲区域之和越小，所述期望车速越低。
7.一种自动泊车系统，其特征在于，基于如权利要求1-6任一项所述的方向盘反向控制方法，所述自动泊车系统包括：
输入单元，包括路径规划模块、位姿估算模块和障碍物感知模块，所述路径规划模块用于计算泊车的期望路径，所述位姿估算模块用于计算当前车辆实时位姿，所述障碍物感知模块用于感知并计算障碍物实时距离，所述障碍物实时距离为泊车过程中车辆距离障碍物的实时距离；
路径跟随单元，能接收所述输入单元发送的所述期望路径、所述车辆实时位姿和所述障碍物实时距离；所述路径跟随单元包括横向控制模块、纵向控制模块和剩余距离计算模块，所述横向控制模块用于计算方向盘的期望转角，所述纵向控制模块用于计算期望车速，所述剩余距离计算模块用于计算车辆距离泊车终点剩余的实时距离；
车辆底盘控制单元，能接收所述路径跟随单元发送的所述期望转角和所述期望车速，以控制车辆横向运动和纵向运动；所述车辆底盘控制单元能向所述路径跟随单元发送车辆的实时车速。
8.根据权利要求7所述的自动泊车系统，其特征在于，所述车辆实时位姿包括车辆的平面坐标和航向角。
9.根据权利要求7所述的自动泊车系统，其特征在于，所述障碍物感知模块包括超声波雷达、毫米波雷达、环视和激光雷达。
10.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求7-9任一项所述的自动泊车系统。
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