陳禮光 歐陽(yáng)耀果 劉云

摘要：近年來(lái)，自動(dòng)駕駛技術(shù)發(fā)展迅速。美國(guó)谷歌公司已經(jīng)推出了自動(dòng)駕駛出租車服務(wù)，我國(guó)目前已有14個(gè)城市發(fā)布了101張自動(dòng)駕駛測(cè)試牌照，并且第4級(jí)別的自動(dòng)駕駛乘坐車、農(nóng)用車實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，同級(jí)別的自動(dòng)駕駛巴士、環(huán)衛(wèi)車和流動(dòng)售貨車也已投入使用。而自全自動(dòng)泊車解決的是低速停車或泊車需求，解決“最后一公里”問(wèn)題。自主泊車系統(tǒng)（Automated Parking System，APS）又稱自動(dòng)泊車入位，顧名思義就是汽車不用人為控制，通過(guò)超聲波雷達(dá)、高清攝像頭等車載傳感器進(jìn)行車身周圍環(huán)境數(shù)據(jù)采集，車載處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、行為決策、路徑規(guī)劃，最后車輛策略控制系統(tǒng)低速控制車輛準(zhǔn)確駛進(jìn)停車位。

Abstract： In recent years， autonomous driving technology has developed rapidly. The US Google company has launched an autonomous driving taxi service. China has issued 101 autonomous driving test licenses in 14 cities， and the fourth level of autonomous driving cars and agricultural vehicles has been mass-produced. The same level of autonomous driving buses， Sanitation vehicles and mobile vending trucks have also been put into use. Self-automatic parking solves the need for low-speed parking or parking， and solves the "last mile" problem. Automated Parking System （APS） is also known as automatic parking entry. As its name implies， the car does not need to be controlled by humans. It collects data on the surrounding environment of the car body through on-board sensors such as ultrasonic radar and high-definition cameras. The on-board processor performs data processing and behavior. Decision-making， path planning， and finally the vehicle strategy control system controls the vehicle to enter the parking space accurately at a low speed.

關(guān)鍵詞：全自主泊車;超聲波傳感器;高清攝像頭

Key words： fully autonomous parking;ultrasonic sensor;high-definition camera

中圖分類號(hào)：U463.6????????????????????????????????????? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A????????????????????????????????? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）28-0175-03

0? 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)汽車的需求量也逐漸增加，汽車保有量也隨之增加，城市的交通資源日益緊張，停車位空間日益減少，停車難度越來(lái)越大。為了減少停車?yán)щy的問(wèn)題，全自主泊車技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。本文提出了多傳感器融合全自主泊車技術(shù)，基于布置于車身周邊短距離超聲波傳感器、長(zhǎng)距離超聲波傳感器、高清攝像頭、自動(dòng)泊車控制單元及系統(tǒng)關(guān)聯(lián)硬件等部件，通過(guò)雷達(dá)和攝像頭對(duì)周邊障礙物和空間識(shí)別探測(cè)，以判斷垂直、水平泊車入庫(kù)空間大小是否合適，當(dāng)確定可以停進(jìn)所掃描的車位時(shí)，自動(dòng)泊車控制單元會(huì)自動(dòng)進(jìn)行泊車路徑規(guī)劃，并發(fā)出控制指令，控制車輛執(zhí)行泊車動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)全自主泊車功能。

1? 環(huán)境數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

成功自主泊車的前提是要能夠正確感知車身周圍的環(huán)境，正確識(shí)別到空車位并且判斷出此車位是否滿足自主泊車的條件。環(huán)境數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由布置于車身周邊的短距離超聲波傳感器、長(zhǎng)距離超聲波傳感器、高清攝像頭組成，通過(guò)雷達(dá)和高清攝像頭對(duì)周邊車輛等障礙物的距離檢測(cè)，并利用ABS輪速傳感器獲取車速信號(hào)從而判斷車輛行駛距離，利用兩項(xiàng)參數(shù)建立車位的環(huán)境模型，判斷泊車入庫(kù)空間大小是否合適。

基于超聲波的空間掃描技術(shù)，可以實(shí)時(shí)檢測(cè)車身與周邊障礙物的距離，再通過(guò)ABS輪速信號(hào)計(jì)算車輛行駛距離，通過(guò)算法解析出可用的停車空間。見(jiàn)圖1。

因超聲波波形呈一個(gè)扇形且單個(gè)超聲波探測(cè)無(wú)法識(shí)別探測(cè)物體的方位，故車速在前進(jìn)行駛過(guò)程中因車速的變化、橫向距離的不同，回波的時(shí)間會(huì)隨之而變化，APA在泊車過(guò)程中，會(huì)對(duì)軌跡進(jìn)行跟蹤并通過(guò)實(shí)時(shí)12個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)泊車。見(jiàn)圖2。

如圖3所示，基于影像特性的空間掃描技術(shù)，通過(guò)攝像頭建立視覺(jué)透視的測(cè)距模型，計(jì)算攝像頭與圖像特征點(diǎn)在現(xiàn)實(shí)空間所對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的距離，然后建立綜合測(cè)試模型計(jì)算出最終的泊車位長(zhǎng)度、寬度以及入位車輛與泊車位相對(duì)距離。

融合方案是基于超聲波雷達(dá)與AVM融合技術(shù)作為車位空間檢測(cè)及路徑規(guī)劃、車身定位、轉(zhuǎn)向控制追蹤等技術(shù)，自動(dòng)控制車輛將車泊入停車位。APA控制器集成在AVM全景控制器，方案布置參考見(jiàn)圖4所示。車身前面和車身尾部分別有六個(gè)超聲波傳感器和一個(gè)高清攝像頭，在左右后視鏡處各有一個(gè)高清攝像頭，總共十二個(gè)超聲波傳感器和四個(gè)高清攝像頭模塊。

2? 車載處理器系統(tǒng)

當(dāng)環(huán)境數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)分析出可用停車位的時(shí)候，那么就需要車載處理器系統(tǒng)進(jìn)行路徑規(guī)劃、車身定位。路徑規(guī)劃是指當(dāng)掃描到停車空間后，系統(tǒng)即進(jìn)入EPS電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)取得控制權(quán)，進(jìn)入計(jì)算停車軌跡階段，接著在停車過(guò)程中，使用軌跡追蹤的方式不斷確認(rèn)本車目前的位置。超聲波傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)車輛與周邊障礙物的距離，高清全景攝像頭對(duì)周邊物體、車位線等的識(shí)別，準(zhǔn)確反映周邊環(huán)境，利用車速、轉(zhuǎn)向和圖像信息融合實(shí)現(xiàn)車輛位置估計(jì)，計(jì)算出轉(zhuǎn)彎半徑及切點(diǎn)信息并輸出給超聲波雷達(dá)系統(tǒng)。車輛在泊入車位的過(guò)程中，系統(tǒng)需要時(shí)刻計(jì)算車輛的相對(duì)位置，從而對(duì)泊車軌跡進(jìn)行修正，這就是所謂的車身定位。車輛軌跡追蹤采用的是純追蹤算法，其主要作為分段控制自車的轉(zhuǎn)向曲率，讓自動(dòng)駕駛車輛行駛于規(guī)劃的路徑上，由于車輛的轉(zhuǎn)向使用阿克曼機(jī)構(gòu)，因此具有Non-Holonomic（非完整線性方式）限制，使用純追蹤算法的優(yōu)點(diǎn)是在控制上不會(huì)有過(guò)頭的現(xiàn)象，使倒車的轉(zhuǎn)向更加的穩(wěn)定平滑。自動(dòng)駕駛車輛的軌跡規(guī)劃通過(guò)預(yù)視點(diǎn)的坐標(biāo)曲率、弧線的計(jì)算，可以將車由目前的位置移動(dòng)到目標(biāo)位置上，其原理就好像追逐在車輛前方規(guī)劃的路徑上某一個(gè)點(diǎn)一樣，因此稱純追蹤方法。圖5為兩種泊車運(yùn)動(dòng)模式。

3? 車輛策略控制系統(tǒng)

在找到合適的停車空間與規(guī)劃出合理的泊車路徑之后，我們開始進(jìn)入泊車環(huán)節(jié)。通過(guò)自動(dòng)換擋、加速、減速、轉(zhuǎn)向、剎車控制等一系列操作，使車按照既定路徑進(jìn)入車位。在泊車的過(guò)程中不僅要考慮成功率，還要考慮舒適度和人性化，加減速、剎車都要舒緩。在進(jìn)行泊車操作前，ESP指示EPB實(shí)現(xiàn)自動(dòng)釋放功能。在泊車過(guò)程中，車輛可以根據(jù)障礙物的信息，自行進(jìn)行緩慢剎停避免碰撞;在泊車完成后，根據(jù)對(duì)后方障礙物的距離判斷，自動(dòng)緩慢剎停。泊車舒適剎停是舒適性自動(dòng)剎車，可以提前預(yù)知障礙物的位置進(jìn)行剎車干預(yù)。在泊車過(guò)程中系統(tǒng)對(duì)車輛周邊實(shí)施動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，當(dāng)出現(xiàn)突發(fā)情況時(shí)實(shí)施緊急制動(dòng)干預(yù)，進(jìn)一步減少了碰撞的風(fēng)險(xiǎn)相比舒適性剎車制動(dòng)減速度相對(duì)較大。在特定的停車環(huán)境（坡道停車、小臺(tái)階路等）通過(guò)ESP發(fā)送扭矩請(qǐng)求指令給電機(jī)控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)傳動(dòng)動(dòng)力的控制從而合理控制車輛速度，保證特定環(huán)境下泊車順利進(jìn)行。泊車操作過(guò)程，根據(jù)當(dāng)前擋位需要通過(guò)ESP驅(qū)動(dòng)TCU自動(dòng)切換P/R/N/D擋位，無(wú)需人為操作擋位。在泊車完成后，ESP驅(qū)動(dòng)EPB實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駐車。

4? 結(jié)論

本論文設(shè)計(jì)多傳感器融合全自主泊車系統(tǒng)，無(wú)需車主控制車輛駛?cè)胲囄?，?shí)現(xiàn)車輛系統(tǒng)判斷出合適的停車位后，系統(tǒng)完全自動(dòng)泊車并熄火。多傳感器的應(yīng)用對(duì)車位周圍環(huán)境識(shí)別趨于更加全面，使自主泊車成功率大大提高，很好的解決了停車難的問(wèn)題，給用戶帶來(lái)極大的便利。

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作者簡(jiǎn)介：陳禮光（1980-），男，廣東珠海人，現(xiàn)任珠海上富電技股份有限公司自動(dòng)駕駛產(chǎn)品經(jīng)理兼技術(shù)中心副經(jīng)理，本科，研究方向?yàn)闄C(jī)械電子。