基于毫米波雷达及模糊控制的自动泊车系统及方法

本发明涉及自动泊车
技术领域：
，尤其是指基于毫米波雷达及模糊控制的自动泊车系统及方法。
背景技术：
：随着近几年自动驾驶技术的飞速发展，行业内的各企业正尝试着开发代客泊车系统,推进自动驾驶技术的商业化落地。目前市面上销售的代客泊车系统(或称自动泊车系统)，均为自动泊车，属于adas(高级驾驶辅助系统，advanceddrivingassistancesystem)领域。在自动泊车过程中，需要对车辆进行持续的跟踪,以使自动泊车系统根据跟踪的车位信息进行自动泊车。在自动泊车技术研发的各个阶段，随着技术的不断积累，人们的实验对象由模型小车逐步变成了实车，通过真实工况进行数据采集和算法的验证。对于汽车来说，常用的雷达传感器包括激光雷达、超声波雷达和毫米波雷达。其中毫米波雷达的应用正在逐渐变得越来越广泛。主要原因在于其相比于激光雷达成本更低，穿透力强，受天气影响更小；相比于超声波雷达其检测范围更大，检测精度高，因此毫米波雷达的抗干扰能力强、探测范围广、环境适应性强的特点在自动泊车功能开发中变得愈发重要，其基于fmcw技术，即发射出调频毫米波信号，可以根据首发毫米波之间的频率差来确定目标的位置及相对速度。此外，模糊控制是近代控制理论中建立在模糊集合论基础之上的一种基于语言规范和模糊推理的控制理论，它是智能控制的一个分支。以模仿人类人工控制特点而提出的模糊控制虽然带有一定的主观性和模糊性，但往往简单易行，而且行之有效。模糊控制的任务正是运用计算机来模拟人的思维和决策方式，对复杂的过程进行操作和控制。现有的自动泊车方法多为库位跟踪方法。库位跟踪方法多基于视觉进行库位检测，当需要跟踪的库位出现在画面之外时，则无法进行库位的检测，导致自动泊车无法进行；此外现有自动驾驶中的泊车难度大，不确定性因素的扰动多，对新手驾驶员不友好。技术实现要素：为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中在泊车时当需要跟踪的库位出现在画面之外时，则无法进行库位的检测，导致自动泊车无法进行的问题，提供一种基于毫米波雷达及模糊控制的自动泊车系统及方法，以实现在需要跟踪的库位不在环境图像信息中时，也可依据库位平面模型系统持续泊车的目的。为解决上述技术问题，本发明提供了基于毫米波雷达及模糊控制的自动泊车系统，包括数据采集模块，所述数据采集模块包括毫米波雷达，所述毫米波雷达用于获取车辆当前的状态信息，所述状态信息包括：车辆位置信息、车辆行驶速度；自动泊车启动模块，所述自动泊车启动模块包括闭环反馈控制模块，所述闭环反馈控制模块接收所述状态信息，以此来判断车辆是否运动到预设起始位置的阈值范围内，所述预设起始位置的阈值范围为可进行自动泊车的车辆位置范围；自动泊车模块，所述自动泊车模块包括执行模块、模糊控制模块，所述模糊控制模块接收所述状态信息，通过建立的模糊规则库和模糊控制逻辑来生成期望泊车路径，并将对应泊车路径的转向信号输出至执行模块；所述执行模块包括汽车电机、与电机连接的汽车转向盘，所述执行模块用于当车辆运动到预设起始位置的阈值范围之内时，所述执行模块接收所述转向信号，按照期望泊车路径，开启自动泊车，并对车辆进行运动调整，直至车辆运动到目标泊位的阈值范围之内，结束自动泊车。在本发明的一个实施例中，所述车辆位置信息包括：车辆的起始位置信息、车辆的倾角信息、车辆与目标泊位的相对距离信息、车辆与障碍物的相对距离信息。在本发明的一个实施例中，所述执行模块对汽车转向盘进行相应角度的转动，同时对汽车电机进行多次修正以减少电机执行负担。在本发明的一个实施例中，所述闭环反馈控制模块还用于设定异常模式时间阈值，所述异常模式包括遇到车辆遇到妨碍停车动作执行的障碍物、车辆故障。在本发明的一个实施例中，还包括提示模块，所述闭环反馈控制模块判断车辆是否运动到预设起始位置的阈值范围内后，将判断信息传输给提示模块。在本发明的一个实施例中，所述提示模块包括提示灯、喇叭。本发明还提供利用上述系统的方法，包括：步骤s10：利用毫米波雷达获取当前的状态信息，将车辆与障碍物的相对距离信息输出到闭环反馈控制模块，将汽车行驶过程中车辆的起始位置信息、车辆的倾角信息输出到模糊控制系统；闭环反馈控制模块判断车辆是否运动到预设起始位置的阈值范围内；步骤s20：当车辆是处于预设起始位置的阈值范围内时，模糊控制系统通过建立的模糊规则库和模糊控制逻辑来生成期望泊车路径，并将对应泊车路径的转向信号输出至执行模块；步骤s30：执行模块接收转向信号，并按照期望泊车路径，开启自动泊车，对转向盘进行相应角度的转动，同时进行多次修正减少电机执行负担，直至车辆运动到目标泊位的阈值范围之内，结束自动泊车。在本发明的一个实施例中，所述步骤s10中，通过提示模块主动提醒车主车辆是否运动到预设起始位置的阈值范围之内，若车辆运动到预设起始位置的阈值范围之外，提示模块发出提示，让车主通过进一步调整车辆位置使其运动到预设起始位置的阈值范围之内。在本发明的一个实施例中，所述步骤s30中，在车辆按照模糊控制集生成的规划路径进行泊位的同时，毫米波雷达实时探测车辆当前变化的状态信息，并实时反馈给闭环反馈控制模块，闭环反馈控制模块反馈给所述执行模块，若遇到妨碍停车动作执行的障碍物，通过执行模块，车辆立即执行刹停操作，并等待障碍物移除或通过模糊控制模块继续寻找新的泊车路径。在本发明的一个实施例中，所述步骤s30中，当在自动泊车状态下进入异常模式，通过执行模块使得车辆立即停止，如果异常模式持续时间超过了设定的异常时间阈值，则告知车主自动泊车失败；如果异常模式持续时间未超过设定的异常时间阈值，则车辆状态恢复正常，车辆继续按照期望泊车路径进行泊车或通过模糊控制模块规划新的路径进行泊车，直至车辆运动到目标泊位的阈值范围之内。本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：本发明所述的一种基于毫米波雷达及模糊控制的自动平行泊车系统及方法，适用于对于泊车入库驾驶技术不熟练的新手驾驶员的自动泊车方法，可以解决现有自动驾驶中的泊车难度大，不确定性因素的扰动多的问题，结合驾驶员的经验数据进行模糊控制，全面上作出相应的改进和提升，使自动泊车技术真正实现对用户友好。具体地：1.本发明中，将路径规划和模糊控制相结合，可以取得路径规划的精准入库和模糊控制的鲁棒性好，抗干扰能力强的效果。2.本发明中，利用毫米波雷达作为检测空闲停车位的传感器，抗干扰能力强、探测范围广、环境适应性强，特别适用于本发明的自动泊车功能中需要的对车位的准确判断和选择。3.本发明中，采用模糊控制以及多次修正小幅修正方向盘而不是传统的采用大幅转动方向盘实现车辆轨迹的控制，控制量没有采用阶跃突变，减少了执行电机的负担。本发明利用智能化技术实现自动泊车功能，使驾驶员拜托繁琐的驾驶操作，同时提升驾驶安全性，具有广泛的市场前景和现实意义。附图说明为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中图1是自动泊车的示意图；图2是本发明实施例中的一种基于毫米波雷达及模糊控制的自动平行泊车方法示意图；图3是本自动泊车方法各模块示意图；图4是输入变量x的隶属度函数图；图5是输入变量y的隶属度函数图；图6是输入变量的隶属度函数图；图7是输入变量θ的隶属度函数图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。实施例1如图1所示，一平行式泊位10，车辆首先处在位置a，然后，车辆自动沿着箭头所示方向进行泊位动作，最后自动泊车进入停车位10内。如图3所示，本实施例提供了一种基于毫米波雷达及模糊控制的自动泊车系统，包括：数据采集模块，所述数据采集模块包括毫米波雷达，所述毫米波雷达用于获取车辆当前的状态信息，所述状态信息包括：车辆位置信息、车辆行驶速度，所述车辆位置信息包括：车辆的起始位置信息、车辆的倾角信息、车辆与目标泊位的相对距离信息、车辆与障碍物的相对距离信息；自动泊车启动模块，所述自动泊车启动模块包括闭环反馈控制模块，所述闭环反馈控制模块接收所述状态信息，以此来判断车辆是否运动到预设起始位置的阈值范围内，所述预设起始位置的阈值范围为可进行自动泊车的车辆位置范围；如图1所示，理想情况下，期望车主将车辆停靠在a位置，但由于停车位置的随机性，车主很可能将车辆停靠在a’位置(偏离a的任一位置)，若a’位置与a位置的偏差处于预设起始位置的阈值范围，则能够正常泊车；若a’位置超出预设起始位置的阈值范围，则可能造成危险事故。自动泊车模块，所述自动泊车模块包括执行模块、模糊控制模块，所述模糊控制模块接收所述状态信息，通过建立模糊规则库和模糊控制逻辑来生成期望泊车路径，并将对应泊车路径的转向信号输出至执行模块；所述执行模块包括汽车电机、与电机连接的汽车转向盘，所述执行模块用于当车辆运动到预设起始位置的阈值范围之内时，所述执行模块接收所述转向信号，按照期望泊车路径，开启自动泊车，并对汽车转向盘进行相应角度的转动，同时对汽车电机进行多次修正以减少电机执行负担，直至车辆运动到目标泊位的阈值范围之内，结束自动泊车。所述目标泊位的阈值范围通过毫米波雷达传感来确定，考虑到直接大幅度转动电机至限幅位置会造成电机的执行负担，故采用多次小角度转动以解决直接大幅转动带来的问题。进一步地，在车辆按照模糊控制集生成的规划路径进行泊位的同时，毫米波雷达实时探测车辆当前变化的状态信息，并实时反馈给闭环反馈控制模块，闭环反馈控制模块反馈给所述执行模块，若遇到妨碍停车动作执行的障碍物，通过执行模块，车辆立即执行刹停操作，并等待障碍物移除或通过模糊控制模块继续寻找新的泊车路径。进一步地，所述闭环反馈控制模块还用于设定异常模式时间阈值，所述异常模式包括遇到车辆遇到妨碍停车动作执行的障碍物、车辆故障，当在自动泊车状态下进入异常模式，通过执行模块使得车辆立即停止，如果异常模式持续时间超过了设定的异常时间阈值，则告知车主自动泊车失败；如果异常模式持续时间未超过设定的异常时间阈值，则车辆状态恢复正常，车辆继续按照期望泊车路径进行泊车或通过模糊控制模块规划新的路径进行泊车，直至车辆运动到目标泊位的阈值范围之内。进一步地，还包括提示模块，所述闭环反馈控制模块判断车辆是否运动到预设起始位置的阈值范围内后，将判断信息传输给提示模块；所述提示模块包括提示灯、喇叭，通过提示模块主动提醒车主车辆是否运动到预设起始位置的阈值范围之内，若车辆运动到预设起始位置的阈值范围之外，提示模块发出提示，让车主通过进一步调整车辆位置使其运动到预设起始位置的阈值范围之内。进一步地，所述建立的模糊规则库和模糊控制逻辑来生成期望泊车路径，具体为：车辆在倒车的过程中是一定的低速运动，车辆的轨迹可用表示，(x，y)为车辆中心点坐标，为车身倾角)。此时车辆轨迹变化控制量即为直接输出量为θ(θ为车辆前轮转向角，停好后其值为0)。选取x、y作为模糊控制的输入变量，θ为输出变量。如表1～表4所示，设定输入变量x的模糊集合数为4，语言变量表示为lb、lm、ls、xce；输入变量y的模糊集合数为4，语言变量表示为far、md、cl、yce；输入变量的模糊集合数为5，语言变量表示为rbv、rbh、h、ruh、ruv；输出变量θ的模糊集合数为7，语言变量表示为pb、pm、ps、ze、ns、nm、nb。输入变量x的范围为[0,90]；输入变量y的范围为[0,80]；输入变量的范围为[-80,80]；输出变量θ的范围为[-45,45]。表1：输入变量x语言变量的意义lblmlsxce左大左中左小x误差变化量表2：输入变量y语言变量的意义farmdclyce远中间接近y误差变化量表3：输入变量语言变量的意义rbvrbhhruhruv竖直方向超前水平方向超前水平竖直方向滞后水平方向滞后表4：输入变量θ语言变量的意义pbpmpszensnmnb正大正中正小零负小负中负大采用三角形隶属度函数，输入变量的隶属度函数如图4～图7所示。模糊控制系统归纳总结熟练驾驶员的平行泊车驾驶经验，比如：车辆在垂直距离上还距离平行泊位很近时(y为cl)，若此时车身倾角为h，此时x为任一状态，由于车辆已经非常靠近目标泊位，此时在x的任一状态下，都无需再进行操作，只要平稳停入即可。类似以上过程，针对平行泊位泊车的过程，制定60条模糊控制规则，如下表5～表8所示；在表5～表8中，第一行为输入变量x的语言变量，第一列为输入变量的语言变量，x为不产生规则，其余输出为变量θ的语言变量。表5输入变量y的语言变量为farlblmlsxcerbvpbpbpbxrbhpmpbpbxhzepbpmxruhnspbpmxruvnmzezex表6输入变量y的语言变量为mdlblmlsxcerbvpbpbpbxrbhpspbpbxhzepmpmxruhnmpmpsxruvnbzezex表7输入变量y的语言变量为cllblmlsxcerbvxpbpbpbrbhxpbpbpbhxpmpmzeruhxpspsnsruvxzezenm表8输入变量y的语言变量为ycelblmlsxcerbvxpbpbpbrbhxpbpbpbhxzezezeruhxnbnsnbruvxnbnmnb实施例2如图2所示为本发明实施例中的一种基于毫米波雷达及模糊控制的自动平行泊车方法示意图，其包括如下步骤：步骤s10：利用毫米波雷达获取当前的状态信息，将车辆与障碍物的相对距离信息输出到闭环反馈控制模块，将汽车行驶过程中车辆的起始位置信息、车辆的倾角信息输出到模糊控制系统；闭环反馈控制模块判断车辆是否运动到预设起始位置的阈值范围内；步骤s20：当车辆是处于预设起始位置的阈值范围内时，模糊控制系统通过建立的模糊规则库和模糊控制逻辑来生成期望泊车路径，并将对应泊车路径的转向信号输出至执行模块；步骤s30：执行模块接收转向信号，并按照期望泊车路径，开启自动泊车，对转向盘进行相应角度的转动，同时进行多次修正减少电机执行负担，直至车辆运动到目标泊位的阈值范围之内，结束自动泊车。进一步地，所述步骤s10中，通过提示模块主动提醒车主车辆是否运动到预设起始位置的阈值范围之内，若车辆运动到预设起始位置的阈值范围之外，提示模块发出提示，让车主通过进一步调整车辆位置使其运动到预设起始位置的阈值范围之内。进一步地，所述步骤s30中，在车辆按照模糊控制集生成的规划路径进行泊位的同时，毫米波雷达实时探测车辆当前变化的状态信息，并实时反馈给闭环反馈控制模块，闭环反馈控制模块反馈给所述执行模块，若遇到妨碍停车动作执行的障碍物，通过执行模块，车辆立即执行刹停操作，并等待障碍物移除或通过模糊控制模块继续寻找新的泊车路径。进一步地，所述步骤s30中，当在自动泊车状态下进入异常模式，通过执行模块使得车辆立即停止，如果异常模式持续时间超过了设定的异常时间阈值，则告知车主自动泊车失败；如果异常模式持续时间未超过设定的异常时间阈值，则车辆状态恢复正常，车辆继续按照期望泊车路径进行泊车或通过模糊控制模块规划新的路径进行泊车，直至车辆运动到目标泊位的阈值范围之内。综上所述，本申请实施例提供了一种自动平行泊车方法，其中利用毫米波雷达可以直接获得物体的距离信息进而实现对停车位的识别，简单时效性好，并且毫米波不会受到光照天气等因素的影响；另外利用模糊控制算法进行自动泊车过程中的泊车路径规划，以实现精确高效的泊车过程。显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。当前第1页12