CN113320527A - 一种基于车头泊车的自动泊车方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自动泊车技术领域，提供一种基于车头泊车的自动泊车方法，基于实际狭窄泊车环境，局限了车辆车尾泊入的可能性，本发明设计了对应的车头泊入方案，先根据障碍物与目标车位的关系判断只能够选择车头泊入，若是则根据车辆特征先确定符合正常泊车要求(可驶入车位且车辆无碰撞损伤)的车辆的轨迹约束方程；随后根据车辆的当前位置和目标车位确定泊车轨迹，以轨迹约束方程为约束判断执行泊车轨迹的车辆是否符合正常泊车要求，若是则按照泊车轨迹泊车，若否则预设修正策略进行轨迹修正直至满足轨迹约束方程，最后执行车头泊车；通过增加泊车的多样性，兼容空间更为狭窄、泊车难度更高的车位泊车。

Description

一种基于车头泊车的自动泊车方法

技术领域

本发明涉及自动泊车技术领域，尤其涉及一种基于车头泊车的自动泊车方法。

背景技术

对于许多驾驶员而言，顺列式驻车是一种痛苦的经历，大城市停车空间有限，将汽车驶入狭小的空间已成为常见的停车问题。但是狭小的空间将影响车主的泊车效率，容易出现车辆刮伤或者无法泊车如果的情况。因此，自动泊车技术应运而生，用户只需轻轻启动按钮、坐定、放松，其他一切即可由自动泊车系统自动完成。

但，随着自动驾驶技术发展，自动泊车技术逐渐普及，对泊车的多样性要求越来越多。现有的自动泊车技术在泊车过程中通常选用车尾泊入，然而，由于车尾泊入需要的空间较大，因此在泊车空间较小的场合(例如靠近墙体的车位)无法进行有效的泊车路线规划，需要重新规划车头泊入路线。

因此，现有技术有待进一步改进。

发明内容

本发明提供一种基于车头泊车的自动泊车方法，解决了现有的自动泊车技术的无法适应狭小空间的泊车，导致泊车失败或者车辆刮伤的技术问题。

为解决以上技术问题，本发明提供一种基于车头泊车的自动泊车方法，包括步骤：

S1、识别获取到的车位图像，确定目标车位；

S2、当检测所述目标车位的前方存在障碍物时，并根据所述障碍物判断所述目标车位满足预设要求时，执行下一步；

S3、根据车辆特征确定车辆泊车的轨迹约束方程；

S4、根据所述车辆的当前位置和所述目标车位确定泊车轨迹；

S5、当判断到所述泊车轨迹不满足所述轨迹约束方程时，根据预设修正策略修正所述泊车轨迹并执行。

基于实际狭窄泊车环境，局限了车辆车尾泊入的可能性，本基础方案设计了对应的车头泊入方案，先根据障碍物与目标车位的关系判断只能够选择车头泊入，若是则根据车辆特征先确定符合正常泊车要求(可驶入车位且车辆无碰撞损伤)的车辆的轨迹约束方程；随后根据车辆的当前位置和目标车位确定泊车轨迹，以轨迹约束方程为约束判断执行泊车轨迹的车辆是否符合正常泊车要求，若是则按照泊车轨迹泊车，若否则预设修正策略进行轨迹修正直至满足轨迹约束方程，最后执行车头泊车；即通过增加泊车的多样性，兼容空间更为狭窄、泊车难度更高的车位泊车。

在进一步的实施方案中，所述步骤S1包括：

S11、采用斜向雷达探测周边空置车位，并采用摄像头获取车位图像；

S12、根据所述车位图像确定目标车位，并建立平面坐标系，获取所述目标车位上的4个顶点的坐标值。

在进一步的实施方案中，所述步骤S2包括：

S21、当检测所述目标车位的前方存在障碍物时，获取所述障碍物与车辆车头的第一距离；

S22、根据所述第一距离判断所述目标车位是否满足预设要求，若是则进入步骤S3，若否则进入车尾泊车，规划目标泊车轨迹并执行。

在进一步的实施方案中，在所述步骤S22中，所述预设要求为：

D≤d1+xQ2-xC3(0)；

其中，D为所述第一距离，d1为车尾泊车时、所述障碍物在横轴方向上与所述目标车位的最小预留距离，xQ2为所述目标车位中最接近所述原点的顶点的横轴坐标值，xC3(0)表示当前停止状态下车头外侧角点的横轴坐标值。

本方案根据车尾泊车时车辆的泊车起点，确定障碍物在横轴方向上与目标车位的最小预留距离的最小预留距离，结合此时车辆与障碍物的实际距离，将以上数据代入预设要求的公式即可判断出当前车辆是否仅使用于车头泊入。

在进一步的实施方案中，所述步骤S3包括：

S31、根据所述平面坐标系，确定所述车辆的后轮轴中心点的第一坐标；

S32、根据所述第一坐标和车辆特征，确定所述车辆车身上4个角点的第二坐标；

S33、根据预设安全距离、所述第一坐标和所述第二坐标，计算轨迹约束方程。

在进一步的实施方案中，所述预设安全距离包括第一安全距离、第二安全距离，所述第一安全距离为车头与车位线或障碍物的安全距离；所述第二安全距离为车身两侧与车位线或障碍物的安全距离；所述车辆特征为车身方位角。

本方案根据车辆泊车时，结合后轮轴中心点(第一坐标)、车辆车身上4个角点的位置关系，计算出4个角点对应的坐标(第二坐标)，先根据泊车安全确定车头与车位线或障碍物的安全距离、车身两侧与车位线或障碍物的安全距离，并预设安全距离为限制，代入预设安全距离、所述第一坐标和所述第二坐标，得到4个角点的坐标范围，即为轨迹约束方程。

在进一步的实施方案中，所述步骤S4包括：

S41、根据所述平面坐标系，计算所述后轮轴中心点在车辆的当前位置、所述目标车位上的起始坐标、终止坐标；

S42、根据所述当前位置、所述目标车位规划泊车路线，并根据所述起始坐标、所述终止坐标将所述泊车路线数据化为对应的泊车轨迹方程。

在进一步的实施方案中，所述步骤S42包括：

A、根据所述当前位置、所述目标车位规划初始泊车路线，在所述初始泊车路线选取多个拟合节点；

B、根据所述起始坐标、所述终止坐标计算各个所述拟合节点的第三坐标；

C、将所述起始坐标、所述终止坐标和所述第三坐标代入预设泊车轨迹方程，解算得到泊车轨迹方程。

在进一步的实施方案中，所述拟合节点包括但不限于，所述后轮轴中心点在初始泊车路线中弧形轨迹的起始点、中间点、终点，以及直线轨迹上的起点和终点。

本方案基于自动泊车技术，在根据当前位置、目标车位规划出泊车路线后，通过将泊车路线上多个拟合节点的坐标值代入多项式方程进行解算，即可将泊车路线转化为数据化的泊车轨迹方程。

在进一步的实施方案中，所述步骤S5包括：

S51、判断所述泊车轨迹方程上的所有节点坐标是否满足所述轨迹约束方程，若是则执行对应的泊车路线，若否在进入下一步；

S52、获取所述泊车轨迹方程上第一个不满足所述轨迹约束方程的点的坐标，作为修正停止点；

S53、根据车身尺寸和车位尺寸确定修正参数，结合所述修正停止点计算修正起点；

S54、根据所述修正起点和所述预设泊车轨迹方程，解算得到修正后的泊车轨迹方程，进入步骤S51。

本方案以轨迹约束方程为核心，通过将泊车轨迹方程中的点坐标代入轨迹约束方程，即可判断出此泊车轨迹是否符合正常泊车要求(可驶入车位且车辆无碰撞损伤)，从而根据修正参数及时更正修正起点，并重新规划泊车轨迹，使得车辆顺利进入车位；以车身尺寸和车位尺寸作为修正参数的参考数据，更为贴合实际的车辆泊车情景，通过更少的泊车修正以提高泊车效率。

在进一步的实施方案中，所述步骤S54包括：

a、根据所述修正参数控制所述车辆从所述修正停止点直线倒车到修正起点，并根据所述修正起点重新规划泊车路线；

b、根据所述修正参数重新确定重新规划的所述泊车路线上的拟合节点，并结合所述预设泊车轨迹方程重新确定所述泊车轨迹方程，进入步骤S51。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种基于车头泊车的自动泊车方法的工作流程图；

图2是本发明实施例提供的平面坐标系的参考图；

图3是本发明实施例提供的初始泊车路线的规划示意图；

图4是本发明实施例提供的泊车轨迹的修正示意图。

具体实施方式

下面结合附图具体阐明本发明的实施方式，实施例的给出仅仅是为了说明目的，并不能理解为对本发明的限定，包括附图仅供参考和说明使用，不构成对本发明专利保护范围的限制，因为在不脱离本发明精神和范围基础上，可以对本发明进行许多改变。

本发明实施例提供的一种基于车头泊车的自动泊车方法，如图1所示，在本实施例中，包括步骤：

S1、识别获取到的车位图像，确定目标车位，包括步骤S11～S12：

S11、采用斜向雷达探测周边空置车位，并采用摄像头获取车位图像；

S12、根据车位图像确定目标车位，并建立平面坐标系，获取目标车位上的4个顶点的坐标值。

例如，参见图2，以目标车位右侧为障碍物S(例如墙体)、车辆从左往右进入，此时，以目标车位的左上侧顶点为原点O，以目标车位长、宽方向为纵轴、横轴，建立平面坐标系XOY。此时，根据目标车位的长L、宽W即可确定车位4个顶点的Q1、Q2、Q3、Q4的坐标分别为：Q1(x_Q1,y_Q1)，Q2(x_Q2,y_Q2)，Q3(x_Q3,y_Q3)，Q4(x_Q4,y_Q4)，其中：x_Q1＝x_Q4＝0，y_Q1＝y_Q2＝0，x_Q2＝x_Q3＝W，y_Q3＝y_Q4＝L。

在本实施例中，仅需要确定Q1、Q2、Q3的坐标即可完成轨迹约束方程的计算。

S2、当检测目标车位的前方存在障碍物S时，并根据障碍物S判断目标车位满足预设要求时，执行下一步，包括步骤S21～S22：

S21、当检测目标车位的前方存在障碍物S时，获取障碍物S与车辆车头的第一距离；

S22、根据第一距离判断目标车位是否满足预设要求，若是则进入步骤S3，若否则进入车尾泊车，规划目标泊车轨迹并执行。

在本实施例中，以目标车位中最接近车辆的顶点为原点、以目标车位长、宽方向为纵轴、横轴为例，预设要求为：

D≤d1+x_Q2-x_C3 (0)；

其中，D为第一距离，d1为车尾泊车时、障碍物S在横轴方向上与目标车位的最小预留距离，x_Q2为目标车位中最接近原点的顶点的横轴坐标值，x_C3(0)表示当前停止状态下车头外侧角点的横轴坐标值。

本实施例根据车尾泊车时车辆的泊车起点，确定障碍物S在横轴方向上与目标车位的最小预留距离的最小预留距离，结合此时车辆与障碍物S的实际距离，将以上数据代入预设要求的公式即可判断出当前车辆是否仅使用于车头泊入。

S3、根据车辆特征确定车辆泊车的轨迹约束方程，包括步骤S31～S33：

S31、根据平面坐标系，确定车辆的后轮轴中心点P的第一坐标(x,y)；

S32、根据第一坐标和车辆特征，确定车辆车身上4个角点的第二坐标；其中，车辆特征为车身方位角θ。

参见图3，C1、C2、C3、C4这4个角点都是车身上固定不变的点，因此，可用含点P坐标的函数F(x,y,θ)、G(x,y,θ)、H(x,y,θ)、I(x,y,θ)来表示4个角点与后轮轴中心点P之间的关系；C1、C2、C3、C4的坐标(第二坐标)如下：

角点C1坐标表示为：

角点C2坐标表示为：

角点C3坐标表示为：

角点C4坐标表示为：

S33、根据预设安全距离、第一坐标和第二坐标，计算轨迹约束方程。

在本实施例中，预设安全距离包括第一安全距离d₂、第二安全距离d₃，第一安全距离d₂为车头与车位线或障碍物S的安全距离；第二安全距离d₃为车身两侧与车位线或障碍物S的安全距离。

在本实施例中，整合预设安全距离d₂和d₃、第一坐标和第二坐标，得到泊车轨迹的约束方程为：

本实施例根据车辆泊车时，结合后轮轴中心点P(第一坐标)、车辆车身上4个角点的位置关系，计算出4个角点对应的坐标(第二坐标)，先根据泊车安全确定车头与车位线或障碍物S的安全距离、车身两侧与车位线或障碍物S的安全距离，并预设安全距离为限制，代入预设安全距离、第一坐标和第二坐标，得到4个角点的坐标范围，即为轨迹约束方程。

S4、根据车辆的当前位置和目标车位确定泊车轨迹，包括步骤S41～S42：

S41、根据平面坐标系，计算后轮轴中心点P在车辆的当前位置、目标车位上的起始坐标P1、终止坐标P7；

S42、根据当前位置、目标车位规划泊车路线，并根据起始坐标P1、终止坐标P7将泊车路线数据化为对应的泊车轨迹方程，包括步骤A～C：

A、根据当前位置、目标车位规划初始泊车路线，在初始泊车路线选取多个拟合节点；

在本实施例中，拟合节点包括但不限于，后轮轴中心点P在初始泊车路线中弧形轨迹的起始点、中间点、终点，以及直线轨迹的起点和终点。

例如：选取车辆处于当前位置时的起始坐标P1，弧形轨迹的起始点P3、中间点P4、终点P5，和车辆处于目标车位上终止坐标P7，以及P1与P3的中间点P2、P5与P7的中间点P6，一共7个点作为拟合节点。

B、根据起始坐标、终止坐标计算各个拟合节点的第三坐标。

由于车辆的起始坐标P1、终止坐标P7是固定的，可通过平面坐标系XOY确定，从而作为已知条件：P1(x＝x_P1,y＝y_P1)、P7(x＝x_P7,y＝y_P7)，则点P2～点P6的坐标如下：

点P2坐标根据如下方程确定：

直线前行阶段的终点P3坐标根据如下方程确定：

点P4坐标根据如下方程确定：

点P5坐标根据如下方程确定：

点P6坐标根据如下方程确定：

其中，R为车辆的转向圆半径。

C、将起始坐标、终止坐标和第三坐标代入预设泊车轨迹方程，解算得到泊车轨迹方程。

在本实施例中，预设泊车轨迹方程如下：

f(x)＝a₆x⁶+a₅x⁵+a₄x⁴+a₃x³+a₂x²+a₁x¹+a₀

将P1～P7的坐标代入f(x)，即可求出多项系数a0～a6，将a0～a6代入f(x)即得到了泊车轨迹方程。

本实施例基于自动泊车技术，在根据当前位置、目标车位规划出泊车路线后，通过将泊车路线上多个拟合节点的坐标值代入多项式方程进行解算，即可将泊车路线转化为数据化的泊车轨迹方程。

S5、当判断到泊车轨迹不满足轨迹约束方程时，根据预设修正策略修正泊车轨迹并执行，参见图4，包括步骤S51～S52：

S51、判断泊车轨迹方程上的所有节点坐标是否满足轨迹约束方程，若是则执行对应的泊车路线，若否在进入下一步；

S52、获取泊车轨迹方程上第一个不满足轨迹约束方程的点的坐标，作为修正停止点W(i)；

S53、根据车身尺寸和车位尺寸确定修正参数，结合修正停止点W(i)计算修正起点R(i)；

S54、根据修正起点R(i)和预设泊车轨迹方程f(x)修正，解算得到修正后的泊车轨迹方程，进入步骤S51，包括步骤a～b：

a、根据修正参数控制车辆从修正停止点W(i)直线倒车到修正起点R(i)，并根据修正起点R(i)重新规划泊车路线。

其中，修正参数包括第一预设距离h和第二预设距离j，h、j为常数，两者的最优值可根据车身尺寸和车位尺寸标定确定。在到达车辆到达修正停止点W(i)时，控制车辆直线倒车第一预设距离h到修正起点R(i)。

b、根据修正参数重新确定重新规划的泊车路线上的拟合节点，并结合所述预设泊车轨迹方程重新确定所述泊车轨迹方程，进入步骤S51。

具体地，选取重新规划的泊车路线上距离修正起点第二预设距离j的节点T(i)，根据R(i)、T(i)点P6和点P7这4个点，计算修正泊车轨迹方程gi(x)。

g_i(x)＝b_3ix³+b_2ix²+b_1ix¹+b_0i…②

其中，i＝1,2，…n，表示修正的次数，b0i～b3i为该多项式的系数。

本实施例以轨迹约束方程为核心，通过将泊车轨迹方程中的点坐标代入轨迹约束方程，即可判断出此泊车轨迹是否符合正常泊车要求(可驶入车位且车辆无碰撞损伤)，从而根据修正参数及时更正修正起点，并重新规划泊车轨迹，使得车辆顺利进入车位；以车身尺寸和车位尺寸作为修正参数的参考数据，更为贴合实际的车辆泊车情景，通过更少的泊车修正以提高泊车效率。

在本实施例中，若存在多次修正的情况，则具体修正策略如下：

(1)当i＝1时，倒车开始点为W(1)，停止点为R(1)，与停止点R(1)距离为j的点为T(1)，W(1)为初始泊车轨迹方程f(x)上的点，可通过车辆倒车开始时车身的方位角θ1来确定W(1)的坐标(x_W(1),y_W(1))，即根据f′(x)＝tan(-θ₁)，解得x_W(1)，而y_W(1)＝f(x_W(1))；

R(1)的坐标为：

T(1)坐标为：

其中，θ₁为第一次倒车时车身方位角。

倒车后再重新规划的修正泊车轨迹方程为：

g₁(x)＝b₃₁x³+b₂₁x²+b₁₁x¹+b₀₁

把点R1、T1、P6、P7的坐标代入方程g₁(x)，解得系数b01～b31。

(2)当i＝2时，倒车开始点为W(2)，停止点为R(2)，距离倒车停止点j的点为T(2)，W(2)为第一次修正泊车轨迹方程g₁(x)上的点，可通过车辆第二次倒车开始时车身的方位角θ2来确定W(2)的坐标(x_W(2),y_W(2))，即根据g₁′(x)＝tan(-θ₂)，解得x_W(2)，而y_W(2)＝g₁(x_W(2))。

R(2)的坐标为：

T(2)的坐标为：

其中，θ₂为第2次倒车时车身方位角。

第2次倒车后的修正泊车轨迹方程为：

g₂(x)＝b₃₂x³+b₂₂x²+b₁₂x¹+b₀₂

把点R(2)、T(2)、P6、P7的坐标代入方程g₂(x)，解得系数b02～b32。

以此类推，不断调整泊车轨迹，使得车辆能顺利进入车位，完成泊车。

基于实际狭窄泊车环境，局限了车辆车尾泊入的可能性，本发明实施例设计了对应的车头泊入方案，先根据障碍物S与目标车位的关系判断只能够选择车头泊入，若是则根据车辆特征先确定符合正常泊车要求(可驶入车位且车辆无碰撞损伤)的车辆的轨迹约束方程；随后根据车辆的当前位置和目标车位确定泊车轨迹，以轨迹约束方程为约束判断执行泊车轨迹的车辆是否符合正常泊车要求，若是则按照泊车轨迹泊车，若否则预设修正策略进行轨迹修正直至满足轨迹约束方程，最后执行车头泊车；通过增加泊车的多样性，兼容空间更为狭窄、泊车难度更高的车位泊车。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于车头泊车的自动泊车方法，其特征在于，包括步骤：

S1、识别获取到的车位图像，确定目标车位；

S2、当检测所述目标车位的前方存在障碍物时，并根据所述障碍物判断所述目标车位满足预设要求时，执行下一步；

S3、根据车辆特征确定车辆泊车的轨迹约束方程；

S4、根据所述车辆的当前位置和所述目标车位确定泊车轨迹；

S5、当判断到所述泊车轨迹不满足所述轨迹约束方程时，根据预设修正策略修正所述泊车轨迹并执行。

2.如权利要求1所述的一种基于车头泊车的自动泊车方法，其特征在于，所述步骤S1包括：

S11、采用斜向雷达探测周边空置车位，并采用摄像头获取车位图像；

S12、根据所述车位图像确定目标车位，并建立平面坐标系，获取所述目标车位上的4个顶点的坐标值。

3.如权利要求1所述的一种基于车头泊车的自动泊车方法，其特征在于，所述步骤S2包括：

S21、当检测所述目标车位的前方存在障碍物时，获取所述障碍物与车辆车头的第一距离；

S22、根据所述第一距离判断所述目标车位是否满足预设要求，若是则进入步骤S3，若否则进入车尾泊车，规划目标泊车轨迹并执行。

4.如权利要求3所述的一种基于车头泊车的自动泊车方法，其特征在于，在所述步骤S22中，所述预设要求为：

D≤d1+xQ2-xC3(0)；

其中，D为所述第一距离，d1为车尾泊车时、所述障碍物在横轴方向上与所述目标车位的最小预留距离，xQ2为所述目标车位中最接近所述原点的顶点的横轴坐标值，xC3(0)表示当前停止状态下车头外侧角点的横轴坐标值。

5.如权利要求2所述的一种基于车头泊车的自动泊车方法，其特征在于，所述步骤S3包括：

S31、根据所述平面坐标系，确定所述车辆的后轮轴中心点的第一坐标；

S32、根据所述第一坐标和车辆特征，确定所述车辆车身上4个角点的第二坐标；

S33、根据预设安全距离、所述第一坐标和所述第二坐标，计算轨迹约束方程。

6.如权利要求5所述的一种基于车头泊车的自动泊车方法，其特征在于：所述预设安全距离包括第一安全距离、第二安全距离，所述第一安全距离为车头与车位线或障碍物的安全距离；所述第二安全距离为车身两侧与车位线或障碍物的安全距离；所述车辆特征为车身方位角。

7.如权利要求5所述的一种基于车头泊车的自动泊车方法，其特征在于，所述步骤S4包括：

S41、根据所述平面坐标系，计算所述后轮轴中心点在车辆的当前位置、所述目标车位上的起始坐标、终止坐标；

S42、根据所述当前位置、所述目标车位规划泊车路线，并根据所述起始坐标、所述终止坐标将所述泊车路线数据化为对应的泊车轨迹方程。

8.如权利要求7所述的一种基于车头泊车的自动泊车方法，其特征在于，所述步骤S42包括：

A、根据所述当前位置、所述目标车位规划初始泊车路线，在所述初始泊车路线选取多个拟合节点；

B、根据所述起始坐标、所述终止坐标计算各个所述拟合节点的第三坐标；

C、将所述起始坐标、所述终止坐标和所述第三坐标代入预设泊车轨迹方程，解算得到泊车轨迹方程。

9.如权利要求5所述的一种基于车头泊车的自动泊车方法，其特征在于，所述步骤S5包括：

S51、判断所述泊车轨迹方程上的所有节点坐标是否满足所述轨迹约束方程，若是则执行对应的泊车路线，若否在进入下一步；

S52、获取所述泊车轨迹方程上第一个不满足所述轨迹约束方程的点的坐标，作为修正停止点；

S53、根据车身尺寸和车位尺寸确定修正参数，结合所述修正停止点计算修正起点；

S54、根据所述修正起点和所述预设泊车轨迹方程，解算得到修正后的泊车轨迹方程，进入步骤S51。

10.如权利要求9所述的一种基于车头泊车的自动泊车方法，其特征在于，所述步骤S54包括：

a、根据所述修正参数控制所述车辆从所述修正停止点直线倒车到修正起点，并根据所述修正起点重新规划泊车路线；

b、根据所述修正参数重新确定重新规划的所述泊车路线上的拟合节点，并结合所述预设泊车轨迹方程重新确定所述泊车轨迹方程，进入步骤S51。

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