CN204383455U - 一种基于多目标优化的辅助泊车系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于多目标优化的辅助泊车系统，包括车速传感器、加速度传感器、多目标优化控制器、辅助泊车控制器、语音提示装置和开关总成，所述车速传感器安装在车轮上，加速度传感器安装在车身上，所述车速传感器、加速度传感器分别与所述多目标优化控制器连接，所述多目标优化控制器、辅助泊车控制器、语音提示装置、开关总成依次连接；优化泊车过程的车速，降低泊车低速高油耗阶段的时间，提高驾驶员在泊车过程中的舒适性，降低泊车最终车身姿态误差较大的问题。

Description

一种基于多目标优化的辅助泊车系统

技术领域

本实用新型涉及自动泊车技术领域，具体涉及一种基于多目标优化的辅助泊车系统。

背景技术

作为驾驶员辅助系统的重要组成部分，辅助泊车系统APS(Assisted Parking System)因具有降低驾驶员泊车工作量，缓解因长时间占道泊车而带来的城市道路交通拥堵，降低泊车过程中潜在安全风险，得到各研究机构和汽车厂商的广泛关注。现有APS多仅仅针对泊车最终车身姿态设计，但是，随着APS的逐渐普及和石油价格的增加，除必要的泊车最终车身姿态达到最优之外，由于泊车过程处于车辆低速行驶过程，油耗较高是该阶段的明显缺点，尽量控制整个泊车过程的完成时间也成为APS追求的重要目标。此外，为增强驾驶员对APS的信任度，降低泊车阶段由于刹车而产生的加速度，提高乘坐舒适性。这是新一代APS的功能要求，该功能的基本特点为，良好的泊车最终车身姿态，适当的泊车车速和驾驶员舒适性。实现新一代APS的关键在于，提出一种基于多目标优化的方法，即综合考虑泊车最终车身姿态，泊车车速和驾驶员感受。目前，国内外考虑单一目标的APS已经有初步的成果，但综合考虑三者之间的多目标优化的方法仍未见诸于报道。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种基于多目标优化的辅助泊车系统，使泊车最终车身姿态，泊车车速和驾驶员舒适性等三方面的性能达到综合最优，用以克服传统APS无法兼顾低泊车车速和驾驶员舒适性而存在的问题。

本实用新型提供一种基于多目标优化的辅助泊车系统，包括车速传感器、加速度传感器、多目标优化控制器、辅助泊车控制器、语音提示装置和开关总成，所述车速传感器安装在车轮上，所述加速度传感器安装在车身上，所述车速传感器、加速度传感器分别与所述多目标优化控制器连接，所述多目标优化控制器、辅助泊车控制器、语音提示装置、开关总成依次连接，所述多目标优化控制器里存储有通过多次试验统计得到的最终本车距前方障碍距离a、最终本车距后方障碍物距离b、最终本车左侧边缘相对车位左侧边界线的平均位移c和最终本车左侧边缘线与车库左侧边界线夹角θ。泊车时，打开所述开关总成，所述多目标优化控制器实时采集车速传感器获取泊车过程中实时的泊车车速v、车载加速度传感器采集的驾驶员在进行停车操作时产生加速度a_Y，并计算得出各参数的最优值，再传递给辅助泊车控制器，最后通过语音提示的方式提示驾驶员进行泊车操作。

基于多目标优化的辅助泊车系统的泊车方法，包括以下步骤：

1)根据辅助泊车系统泊车最终车身姿态，适当的泊车车速和驾驶员舒适性三个方面的需求，分别建立泊车最终车身姿态目标函数f₁(x)，泊车车速目标函数f₂(x)，驾驶员舒适性目标函数f₃(x)；

2)根据基于多目标优化的辅助泊车系统的性能指标设计参数约束条件；

3)将泊车最终车身姿态，泊车车速和驾驶员舒适性等三方面的性能指标转化成为单一指标，采用MATLAB优化工具箱中的fgoalattain函数进行多目标规划控制模型的求解，最后确定基于最终车身姿态，泊车车速和驾驶员舒适性等性能指标的最优值。

进一步的，以最终本车距前方障碍距离a、最终本车距后方障碍物距离b、最终本车左侧边缘相对车位左侧边界线的平均位移c和最终本车左侧边缘线与车库左侧边界线夹角θ的加权和作为泊车最终车身姿态目标函数f₁(x)，

$f_1\left(x\right)=w_a\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{a}_i+w_b\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{b}_i+w_c\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{c}_i+w_{\mathrm{\θ}}\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\θ}}_i$

其中M表示进行多次试验的采集次数，w_a为a_i的权系数，w_b为b_i的权系数，w_c为c_i的权系数，w_θ为θ_i的权系数，根据多次试验数据统计得50cm≤a≤95cm，110cm≤b≤95cm，-10cm≤c≤10cm，-5°≤θ≤5°。

进一步的，以实时车速平均值的加权和作为泊车车速目标函数f₂(x)，

$f_2\left(x\right)w_v\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{v}_i}{N}$

其中N表示泊车阶段实时采集到的车速个数，w_v为v_i的权系数，根据车速传感器获取泊车过程中实时的泊车车速v，以及考虑实际情况设计出实时车速平均值的约束条件4km/h≤v≤8km/h。

进一步的，以实时车辆纵向加速度的加权和作为驾驶员舒适性目标函数f₃(x)，

$f_3\left(x\right)={w_a}_Y\underset{i=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{a_Y}_i$

其中泊车过程中会产生三次停车操纵，因此进行车辆纵向加速度的三次累加表，为的权系数，根据车载加速度传感器采集驾驶员在进行停车操作时产生加速度a_Y，设计出舒适度所对应的纵向加速度的上下限，-1m/s²≤a_Y≤1m/s²。

本实用新型的有益效果：1、通过构建多目标优化问题，解决了最终车身姿态，泊车车速和驾驶员舒适性之间的矛盾。2、可在保持良好泊车最终车身姿态的同时，优化泊车整个过程的车速，降低泊车所处低速高油耗阶段的时间，提高驾驶员在泊车过程中的舒适性。3、降低由于泊车过程中车速过高而导致的泊车最终车身姿态误差较大的问题。

附图说明

图1是基于多目标优化的辅助泊车系统框图；

图2是基于多目标优化的辅助泊车具体方法流程图；

图3是泊车最终车身姿态指标中各参数示意图；

图4是多目标优化控制器工作原理流程图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本实用新型作进一步的说明，但本实用新型的保护范围并不限于此。

如图1、图3和图4所示，一种基于多目标优化的辅助泊车系统，包括车速传感器、加速度传感器、多目标优化控制器、辅助泊车控制器、语音提示装置和开关总成，所述车速传感器安装在车轮上，所述加速度传感器安装在车身上，所述车速传感器、加速度传感器分别与所述多目标优化控制器连接，所述多目标优化控制器、辅助泊车控制器、语音提示装置、开关总成依次连接，所述多目标优化控制器里存储有通过多次试验统计得到的最终本车距前方障碍距离a、最终本车距后方障碍物距离b、最终本车左侧边缘相对车位左侧边界线的平均位移c和最终本车左侧边缘线与车库左侧边界线夹角θ。泊车时，打开所述开关总成，所述多目标优化控制器实时采集车速传感器获取泊车过程中实时的泊车车速v、车载加速度传感器采集的驾驶员在进行停车操作时产生加速度a_Y，并计算得出各参数的最优值，再传递给辅助泊车控制器，最后通过语音提示的方式提示驾驶员进行泊车操作。

如图2所示，一种基于多目标优化的辅助泊车方法，包括下列步骤：

1)根据辅助泊车系统泊车最终车身姿态，适当的泊车车速和驾驶员舒适性三个方面的需求，分别建立以最终本车距前方障碍距离a、最终本车距后方障碍物距离b、最终本车左侧边缘相对车位左侧边界线的平均位移c和最终本车左侧边缘线与车库左侧边界线夹角θ的加权和作为泊车最终车身姿态目标函数f₁(x)，以实时车速平均值的加权和作为泊车车速目标函数f₂(x)，以实时车辆纵向加速度的加权和作为驾驶员舒适性目标函数f₃(x)，多目标优化模型，建立多目标优化控制模型。

2)根据基于多目标优化的辅助泊车系统的性能指标设计参数约束条件。

3)将泊车最终车身姿态，泊车车速和驾驶员舒适性等三方面的性能指标转化成为单一指标，采用MATLAB优化工具箱中的fgoalattain函数进行多目标规划控制模型的求解。

上述方案中，以最终本车距前方障碍距离a、最终本车距后方障碍物距离b、最终本车左侧边缘相对车位左侧边界线的平均位移c和最终本车左侧边缘线与车库左侧边界线夹角θ的加权和作为泊车最终车身姿态目标函数f₁(x)，

$f_1\left(x\right)=w_a\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{a}_i+w_b\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{b}_i+w_c\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{c}_i+w_{\mathrm{\θ}}\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\θ}}_i$

其中M表示进行多次试验的采集次数，w_a为a_i的权系数，w_b为b_i的权系数，w_c为c_i的权系数，w_θ为θ_i的权系数，根据多次试验数据统计得50cm≤a≤95cm，110cm≤b≤95cm，-10cm≤c≤10cm，-5°≤θ≤5°。

上述方案中，以实时车速平均值的加权和作为泊车车速目标函数f₂(x)，

$f_2\left(x\right)w_v\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{v}_i}{N}$

其中N表示泊车阶段实时采集到的车速个数，w_v为v_i的权系数，具体在实施过程中，当车速过低时，很容易引起停车和发动机熄火的现象，从而影响倒车过程的连续性。通过实地实验，发现试验车辆的倒档最低稳定车速为4km/h。但是以4km/h进行倒车实验时，整个倒车过程时间很短，出现偏差不容易调整。技术再熟练的驾驶员，在倒库的过程中也是结合离合器和刹车来调整车速，因此设定的约束条件为：4km/h≤v≤8km/h。

上述方案中，以实时车辆纵向加速度的加权和作为驾驶员舒适性目标函数f₃(x)，

$f_3\left(x\right)={w_a}_Y\underset{i=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{a_Y}_i$

其中泊车过程中会产生三次停车操纵，因此进行车辆纵向加速度的三次累加表，为的权系数，根据车载加速度传感器采集驾驶员在进行停车操作时产生加速度a_Y，设计出舒适度所对应的纵向加速度的上下限，-1m/s²≤a_Y≤1m/s²。

所述实施例为本实用新型优选的实施方式，但本实用新型并不限于上述实施方式，在不背离本实用新型的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本实用新型的保护范围。

Claims (1)

1.一种基于多目标优化的辅助泊车系统，其特征在于，包括车速传感器、加速度传感器、多目标优化控制器、辅助泊车控制器、语音提示装置和开关总成，所述车速传感器安装在车轮上，所述加速度传感器安装在车身上，所述车速传感器、加速度传感器分别与所述多目标优化控制器连接，所述多目标优化控制器、辅助泊车控制器、语音提示装置、开关总成依次连接，所述多目标优化控制器里存储有通过多次试验统计得到的最终本车距前方障碍距离a、最终本车距后方障碍物距离b、最终本车左侧边缘相对车位左侧边界线的平均位移c和最终本车左侧边缘线与车库左侧边界线夹角θ；

泊车时，打开所述开关总成，所述多目标优化控制器实时采集车速传感器获取泊车过程中实时的泊车车速v、车载加速度传感器采集的驾驶员在进行停车操作时产生加速度a_Y，并计算得出各参数的最优值，再传递给辅助泊车控制器，最后通过语音提示的方式提示驾驶员进行泊车操作。