基于嵌入式的自動泊車系統(tǒng)研究

熊能 孫梅

摘 要： 本文針對某品牌車型的自動泊車問題，進行了自動泊車系統(tǒng)的研究。通過對自動泊車過程的各個環(huán)節(jié)進行分析，設計了一種自動泊車系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)能實現(xiàn)停車輔助、自動泊車3個功能，對新手駕駛員、交通擁堵停車困難的路況都有很大幫助，并能提升駕駛員的駕乘感受。

關鍵詞： 自動泊車;嵌入式系統(tǒng);多路徑規(guī)劃

隨著小汽車在我國的逐漸普及，車位越來越緊缺，泊車愈發(fā)困難，新手駕駛員泊車難已經(jīng)成為普遍問題。自動泊車指車輛可自動搜索停車位并完成泊入和泊出，在車輛搜索到車位后，駕駛員只需要按自動泊車提示信息進行檔位切換，在泊車時駕駛員要注意控制車速，駕駛員不必操作方向盤[1]。該系統(tǒng)對新手駕駛員、交通擁堵停車困難的路況都有很大幫助，并能提升駕駛員的駕乘感受。郭劍鷹等人設計了基于多視覺傳感器的泊車輔助系統(tǒng)[2]，胡文等人進行了基于駕駛員經(jīng)驗的自動泊車規(guī)劃算法研究[3]，張持等人進行了基于兩段圓弧的倒推式平行泊車路徑規(guī)劃方法研究[4]，李艷紅等人進行了基于嵌入式的智能尋跡泊車系統(tǒng)研究[5]。本文基于嵌入式系統(tǒng)，設計了一種自動泊車系統(tǒng)，解決幫助新手駕駛員在擁堵環(huán)境下停車的問題，達到提升駕乘感受的目的。

1 系統(tǒng)總體設計

本文所設計自動泊車系統(tǒng)由三部分組成[6]，分別是測量模塊、控制器模塊和執(zhí)行顯示模塊。測量模塊通過車身四周的4個長距離超聲波雷達和8顆短距離超聲波雷達測量車輛周圍的環(huán)境參數(shù);控制器模塊即ECU單元，根據(jù)測量模塊獲得的相關參數(shù)進行泊車軌跡規(guī)劃，同時控制車輛的方向盤使車輛按照規(guī)劃軌跡行駛，并且當車輛偏離規(guī)劃路徑時，控制器能對車輛行駛路徑進行校正;執(zhí)行顯示模塊可以顯示車輛的控制狀態(tài)信息，當緊急情況出現(xiàn)時駕駛員能隨時介入，從而使泊車安全得到保障。自動泊車系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

車輛自動泊車之前需要規(guī)劃車輛從起點到目標點的路徑[7]，此路徑需滿足：（1）車輛按該路徑行駛不會與任何障礙發(fā)生觸碰;（2）該路徑是一條從起點到終點、符合車輛運動特性的軌跡線。通常的泊車路徑規(guī)劃方法是以兩圓弧相切式為代表的曲率不連續(xù)的路徑生成方法。此方法簡單可行，可應用于多種工況。本文所設計自動泊車系統(tǒng)采用多路徑規(guī)劃算法。車輛駛出泊車位時車輛后軸中心點的軌跡即為泊車路徑規(guī)劃所需的軌跡參數(shù)。

2 系統(tǒng)信號交互設計

本文所設計自動泊車系統(tǒng)中，與自動泊車系統(tǒng)（APA）發(fā)生信號交互的模塊包括：空調(diào)模塊（AC）、車身控制模塊（BCM）、檔位控制模塊（TCU）、車身穩(wěn)定模塊（ESP）、電子助力轉(zhuǎn)向模塊（EPS）、駐車輔助模塊（PAS）開關及指示燈、盲區(qū)檢測模塊（BSD）開關及指示燈、APA開關及指示燈、儀表控制模塊（ICU）。如圖2所示，其中箭頭方向表示信號走向，該信號交互圖的詳細介紹列如下表。

3 系統(tǒng)功能介紹

系統(tǒng)工作狀態(tài)包括：泊出功能和泊入功能。

3.1 泊出功能

當在R擋按下系統(tǒng)開關并選擇方向時，系統(tǒng)進入泊出環(huán)境檢測狀態(tài)，檢測車輛周邊環(huán)境需同時滿足以下條件，系統(tǒng)進入進入泊車引導狀態(tài)。

系統(tǒng)檢測車輛側(cè)邊障礙物間隙均大于3000mm、停車位大于車輛長度+750mm且距離前車小于1800mm。當系統(tǒng)檢測到車位不滿足條件時，需要發(fā)送對應狀態(tài)信號，用于HMI顯示：

（1）當車輛側(cè)邊障礙物間隙小于3000mm或者停車位小于車輛長度+750mm時：系統(tǒng)提示駕駛員停車位過小，退出自動泊車;

（2）距離前車大于1800mm時，系統(tǒng)提示駕駛員路徑順暢，請自行泊出。

3.2 泊入功能

在搜索到車位或檢測泊出環(huán)境滿足要求之后，系統(tǒng)會與EPS完成握手，并提示駕駛員操作擋位及剎車，直到泊車成功的過程?，F(xiàn)以平行泊車為例。平行泊車指引從找到車位開始，到停車完成結(jié)束，將泊車指引狀態(tài)劃分為多個過程，如圖3所示。

（1）泊車指引①：車輛搜索到平行車位后，繼續(xù)向前行駛到車位關鍵點時，系統(tǒng)會提示駕駛員停車，發(fā)送停車信號給HMI顯示，系統(tǒng)檢測到車輛靜止后，發(fā)送切換擋位至R擋信號給HMI顯示。若駕駛員未停車繼續(xù)前行，則在行駛16m后放棄該車位。

（2）泊車指引①→泊車指引②：當整車速度小于0.5的時長大于1000ms、倒檔時間大于500ms且EPS處于可控制狀態(tài)中時，PSC系統(tǒng)發(fā)送請求與EPS握手信號，同時系統(tǒng)發(fā)送“轉(zhuǎn)向干預開始，請注意周圍環(huán)境”提示信息給HMI顯示。

（3）泊車指引②→泊車指引③：從泊車指引②過程切換到泊車指引③過程的觸發(fā)條件主要有以下三個：

a.泊車姿態(tài)橫向姿態(tài)合格，即達到目標車身角度，如車身與路沿平行。

b.車輛到達系統(tǒng)內(nèi)部判定的換擋關鍵位置，如后輪要壓到馬路沿時。

c.后保任一雷達探頭檢測到障礙物距離小于30cm時。

在滿足泊車指引②過程結(jié)束條件后，系統(tǒng)發(fā)送“請停車”提示信息給HMI顯示。

系統(tǒng)檢測到車速為0、擋位切換到D擋后，系統(tǒng)發(fā)送“請向前行駛”提示信息，開始執(zhí)行泊車指引③過程。

（4）泊車指引③→泊車指引④：從泊車指引③過程切換到泊車指引④過程的觸發(fā)條件主要有以下三個：

a.泊車姿態(tài)橫向姿態(tài)合格，即達到目標車身角度，如車身與路沿平行。

b.車輛到達系統(tǒng)內(nèi)部判定的換擋關鍵位置。

c.前保任一雷達探頭檢測到障礙物距離小于30cm時。

在滿足泊車指引③過程結(jié)束條件后，系統(tǒng)發(fā)送“請停車”提示信息給HMI顯示。系統(tǒng)檢測到車速為0、擋位切換到R擋后，系統(tǒng)發(fā)送“請向后行駛”提示信息，開始執(zhí)行泊車指引④過程。之后重復此泊車過程，直到泊車完成為止。

4 結(jié)語

本文基于嵌入式系統(tǒng)，采用多路徑規(guī)劃算法，設計了一種自動泊車系統(tǒng)。該系統(tǒng)能自動搜索停車位，并輔助駕駛員完成泊入和泊出功能，對新手駕駛員、交通擁堵停車困難的路況都有很大幫助。未來將進行反復實驗，對系統(tǒng)進行修改，使其更加完善。

參考文獻：

[1]郭卜源.自動泊車決策控制系統(tǒng)研究[D].西安：西安科技大學，2019.

[2]郭劍鷹，周小兵，管西強.基于多視覺傳感器的泊車輔助系統(tǒng)設計[J].傳動技術，2019，33（3）：34-40.

[3]胡文，譚運生，等.基于駕駛員經(jīng)驗的自動泊車規(guī)劃算法研究[J].汽車工程，2019，41（12）：1394-1400，1415.

[4]張持，張永林.基于兩段圓弧的倒推式平行泊車路徑規(guī)劃方法[J].計算機與數(shù)字工程，2019，47（12）：3035-3040.

[5]李艷紅.基于嵌入式的智能尋跡泊車系統(tǒng)研究[J].電子元器件與信息技術，2019，3（9）：87-89.

[6]漆維正.智能泊車系統(tǒng)的路徑規(guī)劃算法研究及實現(xiàn)[D].西安：西安電子科技大學，2019.

[7]李攀.自動泊車系統(tǒng)路徑規(guī)劃與跟蹤算法研究[D].重慶：重慶理工大學，2018.