侧方位泊车控制系统及其控制方法与流程

本发明涉及一种机动车或挂车的转向控制的非电变量的控制或调节系统，特别是涉及一种侧方位泊车控制系统及其控制方法。

背景技术

当代社会，车辆驾驶已经成为大多数人都掌握的技能。在车辆驾驶中，泊车的操作难度大，而在泊车中，侧方位停车是难度最大的，经验要求高给许多驾驶新手带来了巨大的障碍，往往经验不足的驾驶员需要反复多次前进后退才能完成泊车，如果车位的空间较小，甚至无法完成泊车。

在现有技术中，存在许多辅助驾驶员进行泊车的技术，比如倒车影像，现有的大部分汽车都是通过倒车影像来指导驾驶员进行停车，但是由于倒车影像不能准确显示距离信息，而且存在许多图像死角。所以仍然需要驾驶员去判断车与车之间的距离，导致停车轨迹难以控制，泊车难度还是比较大。

技术实现要素：

为解决以上技术问题，本发明提供一种侧方位泊车控制系统及其控制方法，泊车控制器通过环境探测模块探测目标汽车周围环境信息，并通过环境信息规划停车路径，最后根据停车路径进行路径的自动跟踪控制目标汽车的泊车轨迹。

技术方案如下：

一种侧方位泊车控制系统，包括车辆电子控制系统，其关键在于：还包括泊车控制器，所述车辆电子控制系统通过can总线与泊车控制器进行通信，该泊车控制器连接有输入输出装置和环境探测系统，所述泊车控制器通过输入输出模块获取驾驶员输入的停车位要求信息a，并根据停车位要求信息a确定目标车位。

所述泊车控制器通过环境探测系统确定目标汽车与目标车位之间的障碍点，以及目标汽车的初始位置与障碍点的相对位置信息b，所述泊车控制器根据相对位置信息b生成泊车路径信息c，所述泊车控制器根据泊车路径信息c实时跟踪控制车辆电子控制系统进行泊车轨迹修正。

采用上述系统，不再需要驾驶员去控制车辆的倒车轨迹，方便驾驶员停车，并且现有的汽车都存在车辆电子控制系统，通过can总线方便对现有的车辆进行改造。

更进一步的，所述环境探测系统设置有用于探测空闲车位的车位探测模块，以及用于实时采集目标汽车与障碍物之间的距离的距离检测模块，该车位探测模块和距离检测模块均通过数据处理模块与所述泊车控制器连接。

一种侧方位泊车控制系统的控制方法，其关键在于，包括以下步骤：

步骤1、泊车控制器通过输入输出模块获取驾驶员输入的停车位要求信息a，该停车位要求信息a包括停车方位信息a1和车位尺寸信息a2；

步骤2、泊车控制器根据停车位要求信息a确定目标车位；

步骤3、泊车控制器通过环境探测系统确定目标汽车与目标车位之间的障碍点，以及目标汽车与障碍点的相对位置信息b，该相对位置信息b包括目标汽车后轴中心到障碍点的水平距离h1，以及目标汽车后轴中心到障碍点的垂直距离p1；

步骤4、泊车控制器根据相对位置信息b生成泊车路径信息c；

步骤5、泊车控制器判定是否开始启动泊车，若启动泊车，则进入步骤6，若不启动泊车，则继续判定；

步骤6、泊车控制器根据泊车路径信息c实时跟踪控制车辆电子控制系统对目标汽车的泊车轨迹进行控制。

采用以上方法，能自动控制规划侧方位停车的最佳倒车轨迹，并通过车辆控制系统自动控制目标汽车的姿态，从而自动控制目标汽车的倒车轨迹，不需要再认为控制汽车的倒车轨迹，方便驾驶员快速泊车。

更进一步的，步骤2中，所述泊车控制器采用以下步骤确定目标车位：

步骤2-1、根据停车方位信息a1控制车位探测模块探测目标汽车的行驶路径上的停车环境；

步骤2-2、判定是否存在空闲车位，若不存在，则返回步骤步骤2-1，若存在，则进入步骤2-3；

步骤2-3、根据车位尺寸信息a2判定空闲车位是否符合需求，若符合需求，则进入步骤2-4，若不符合需求，则返回步骤2-1；

步骤2-4、通过输入输出模块发出空闲车位存在信息；

步骤2-5、通过车辆电子控制系统判定目标汽车是否停车，若没有停车，则返回步骤2-1，若停车，确定该空闲车位为目标车位。

采用上述方法，能自动寻找合适的车位，辅助驾驶员寻找车位。

更进一步的，步骤4中，所述泊车控制器采用以下方法生成泊车路径信息c，该泊车路径信息c包括直线倒车路径信息c1、第一段转弯路径信息c2、第二段转弯路径信息c2以及直线修正信息c3：

步骤4中，所述泊车控制器采用以下方法生成泊车路径信息c，该泊车路径信息c包括直线倒车路径信息c1、第一段转弯路径信息c2、第二段转弯路径信息c2以及直线修正信息c3：

步骤4-1、根据目标汽车后轴中心到障碍点的垂直距离p1确定目标汽车的倒车距离l1；

步骤4-2、以障碍点为原点，根据相对位置信息b建立全局坐标系，所述目标汽车的初始点坐标为(h1,p1)；

步骤4-3、根据目标汽车的初始点坐标为(h1,p1)和倒车距离l1生成直线倒车路径信息c1，并确定第一段转弯圆弧的起始点的坐标(h1-l1,p1)；

步骤4-4、根据第一段转弯圆弧的起始点的坐标(h1-l1,p1)，确定第一段转弯圆弧的圆心坐标o1为(h1-l1,p1-rmin)，rmin为目标汽车的为最小转弯半径；

其中，l为车辆轴距，l为车辆轮距，αmax为转向轮的最大转角；

步骤4-5、根据第一段转弯圆弧的起始点的坐标(h1-l1,p1)和第一段转弯圆弧的圆心坐标o1生成第一段转弯圆弧信息c2；

步骤4-6、计算出目标汽车位于第二段转弯圆弧的起始点处时的最大航向角

其中，w为目标汽车的汽车宽度，β为泊车成功后目标汽车侧方位的距离余量；

步骤4-7、通过几何运算，得出第二段转弯圆弧的圆心坐标o2为(h1-l1-2rminsinθ,p1-rmin+2rmincosθ)；

步骤4-8、结合第二段转弯圆弧的起始点处时的最大航向角θ和第二段转弯圆弧的圆心坐标o2生成第二段转弯路径信息c2；

步骤4-9、根据第二段转弯圆弧的圆心坐标o2和泊车成功后，所述目标汽车的后轴中心与目标汽车的初始位置的垂直距离p2生成直线修正路径信息c3；

步骤4-10、结合直线倒车路径信息c1、第一段转弯路径信息c2、第二段转弯路径信息c2以及直线修正路径信息c3生成泊车路径信息c。

更进一步的，采上述方法，能精确规划出最佳的泊车路径，提高泊车精度。

更进一步的，步骤6中，所述泊车控制器采用以下方法实时跟踪控制车辆电子控制系统进行泊车轨迹修正：

步骤6-1、通过环境探测系统实时采集目标汽车的后端与后方障碍物的距离d1；

步骤6-2、判定目标汽车的后端与障碍物的距离d1是否小于安全距离，若小于安全距离，则进入步骤6-3，若大于安全距离，则进入步骤6-5；

步骤6-3、通过输入输出模块发出停止倒车提示信息和档位切换提示信息；

步骤6-4、判定目标汽车是否停止倒车并切换档位，若没有停止并切换档位，则返回步骤步骤6-3，若停止倒车并切换档位，则进入步骤6-5；

步骤6-5、通过车辆电子控制系统实时采集目标汽车的前轮偏角δf，轴距l，车辆后轴速度vr，并通过车辆运动学模型实时得出目标汽车的状态量，该状态量包括目标汽车的后轴中心的坐标(xr，yr)和车身航向角

其中，车辆运动学模型为

步骤6-6、通过线性时变模型预测控制算法生成泊车控制器的倒车控制信息e；

步骤6-7、根据倒车控制信息e控制电子控制系统对目标汽车的泊车轨迹进行控制；

步骤6-8、判定目标汽车后轴中心的纵坐标yr的值是否等于p2-p1，并且车身航向角为0，若不是，则返回步骤6-1，若是，则通过输入输出模块发出泊车成功信息。

采用上述方法，通过汽车自身的车辆电子控制系统，能精确控制目标汽车的泊车轨迹，使目标汽车沿最佳的泊车路径进行停车。精确度高，不需要驾驶员进行人工轨迹控制，辅助驾驶员泊车，降低停车难度。

有益效果：采用本发明的侧方位泊车控制系统及其控制方法，能快速地精确规划泊车路径，并准确地自动控制车辆泊车时的泊车轨迹，提高了泊车成功的成功率，并具有较好的鲁棒性，路径规划逻辑简单，且实用范围大，不同车辆起始状态均能完成路径规划于跟踪，具有很高的工程实用价值。

附图说明

图1为本发明的系统结构框图；

图2为本发明泊车控制器的控制流程图；

图3为本发泊车控制器明确定目标车位的流程图；

图4为本发明的目标车位与目标汽车的相对位置示意图；

图5为泊车控制器生成本发明的泊车路径信息c的流程图；

图6为直线倒车路径和第一段圆弧的路径规划图；

图7为泊车路径图；

图8为泊车控制器的跟踪控制流程图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种侧方位泊车控制系统，包括车辆电子控制系统，该车辆电子控制系统采用目标汽车自身的车辆电子控制系统，泊车控制器通过can总线与车辆电子控制系统连接。

通过该车辆电子控制系统中的陀螺仪和横摆角速度传感器，泊车控制器可以得出目标汽车的车身航向角前轮偏角δf、车辆后轴速度vr。并且通过车辆电子控制系统控制对应的执行机构对这些参数进行控制，从而控制目标汽车的泊车轨迹。

泊车控制器还可以从车辆电子控制系统中获取目标汽车的车辆轴距l，车辆轮距l，转向轮的最大转角αmax，这些参数均是车辆电子控制系统中存储的汽车参数。而且泊车控制器还可以通过车辆电子控制系统中的档位传感器检测汽车的档位，并通过车辆电子控制系统自动控制目标汽车的档位。

泊车控制器连接有输入输出模块和环境探测系统，该输入输出模块为触摸屏，泊车控制器通过数据传输电路与触摸屏连接，驾驶员通过触摸屏可以输入停车位要求信息a，并且泊车控制器可以通过触摸屏发出各种提示信息。

所述环境探测系统设置有12个超声波距离传感器，12个超声波距离传感器均通过数据处理模块与所述泊车控制器连接。其中4个超声波距离传感器作为车位探测模块，分别设置在目标汽车的车头左侧、车头右侧、车尾左侧以及车尾右侧。这4个超声波距离传感器的探测距离大于剩余的8个超声波距离传感器。

剩余的8个超声波距离传感器作为距离检测模块，设置在目标汽车的前后两端，这8个超声波距离传感器的探测角度大于另外的4个超声波距离传感器。

这8个超声波距离传感器中的4个超声波距离传感器设置在目标汽车的后端，其余4个超声波距离传感器设置在目标汽车的前端。目标汽车的前端的超声波距离传感器用于检测目标汽车前端与目标汽车前方的障碍物之间的距离，目标汽车的后端的超声波距离传感器用于检测目标汽车后端与目标汽车后方的障碍物之间的距离。

如图2所示，一种侧方位泊车控制系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤1、泊车控制器通过输入输出模块获取驾驶员输入的停车位要求信息a，该停车位要求信息a包括停车方位信息a1和车位尺寸信息a2。停车方位信息a1表示驾驶员是选择目标汽车的左侧停车或者右侧停车，左侧停车和右侧停车的控制方法相同，由于大多数驾驶员都习惯选择汽车的右侧方位停车，所以本实施例以右侧停车为例。

步骤2、泊车控制器根据停车位要求信息a确定目标车位，如图3所示，所述泊车控制器采用以下方法确定目标车位：

步骤2-1、根据停车方位信息a1控制车位探测模块探测目标汽车的行驶路径上的停车环境；即泊车控制器通过目标车辆右侧的车位探测模块探测目标汽车右侧的障碍物情况。

步骤2-2、判定是否存在空闲车位，若不存在，则返回步骤步骤2-1，若存在，则进入步骤2-3；在本步骤中，泊车控制器通过超声波距离传感器探测目标汽车右侧与障碍物之间的距离情况判定是否存在空闲车位。

其原理是：当目标汽车的超声波距离传感器扫过空车位时，超声波距离传感器探测到的距离会突然急剧增大，通过增大的距离可以确定空闲车位的宽度。并且通过距离增大的时间和目标汽车的速度，就可确定空闲车位的长度，从而得到停车位的尺寸信息，该尺寸信息用于步骤2-3中的判定。

步骤2-3、根据车位尺寸信息a2判定空闲车位是否符合需求，若符合需求，则进入步骤2-4，若不符合需求，则返回步骤2-1；

步骤2-4、通过输入输出模块发出空闲车位存在信息，泊车控制器还可以通过语音模块发出存在空闲车位的提示语音，该语音模块采用车辆电子控制系统中自带的语音模块；

步骤2-5、通过车辆电子控制系统中的速度传感器判定目标汽车是否停车，若没有停车，则返回步骤2-1，若停车，确定该空闲车位为目标车位。

步骤3、泊车控制器通过环境探测系统确定目标汽车与目标车位之间的障碍点，以及目标车位与障碍点的相对位置信息b，该相对位置信息b包括目标汽车后轴中心到障碍点的水平距离h1，以及目标汽车后轴中心到障碍点的垂直距离p1。

该目标汽车与目标汽车的相对位置如图4所示，图4中101为目标汽车，102、104分别为目标车位前方的障碍汽车和目标车位后方的障碍汽车，103和104均为停车位，106为目标车位，107为障碍点。

其中，泊车控制器通过设置在目标汽车后端的超声波距离传感器确定障碍点，其原理与检测空闲车位的原理相同。泊车控制器通过目标汽车后端的超声波距离传感器检测水平距离h1，并通过目标汽车右侧的超声波距离传感器检测垂直距离p1。

步骤4、如图5所示，所述泊车控制器采用以下方法生成泊车路径信息c，该泊车路径信息c包括直线倒车路径信息c1、第一段转弯路径信息c2、第二段转弯路径信息c2以及直线修正信息c3：

步骤4-1、根据目标汽车后轴中心到障碍点的垂直距离p1确定目标汽车的倒车距离l1，垂直距离p1所对应的倒车距离l1可以通过预先用不同的侧向距离试验得到。

步骤4-2、以障碍点为原点，根据相对位置信息b建立全局坐标系，所述目标汽车的初始点坐标为(h1,p1)；

步骤4-3、根据目标汽车的初始点坐标为(h1,p1)和倒车距离l1生成直线倒车路径信息c1，并确定第一段转弯圆弧的起始点的坐标(h1-l1,p1)；

步骤4-4、根据第一段转弯圆弧的起始点的坐标(h1-l1,p1)，确定第一段转弯圆弧的圆心坐标o1为(h1-l1,p1-rmin)，rmin为目标汽车的为最小转弯半径；

其中，l为车辆轴距，l为车辆轮距，αmax为转向轮的最大转角；

步骤4-5、根据第一段转弯圆弧的起始点的坐标(h1-l1,p1)和第一段转弯圆弧的圆心坐标o1生成第一段转弯圆弧信息c2；

直线倒车路径和第一段转弯圆弧的路径如图6所示，其中201为直线倒车路径，202为第一段圆弧路径。

步骤4-6、计算出目标汽车位于第二段转弯圆弧的起始点处时的最大航向角

其中，w为目标汽车的汽车宽度，β为泊车成功后目标汽车侧方位的距离余量；

步骤4-7、通过常规的几何运算，得出第二段转弯圆弧的圆心坐标o2为(h1-l1-2rminsinθ,p1-rmin+2rmincosθ)；

步骤4-8、结合第二段转弯圆弧的起始点处时的最大航向角θ和第二段转弯圆弧的圆心坐标o2生成第二段转弯路径信息c2；

步骤4-9、根据第二段转弯圆弧的圆心坐标o2和泊车成功后，所述目标汽车的后轴中心与目标汽车的初始位置的垂直距离p2生成直线修正路径信息c3；

步骤4-10、结合直线倒车路径信息c1、第一段转弯路径信息c2、第二段转弯路径信息c2以及直线修正路径信息c3生成泊车路径信息c。泊车路径如图7所示。

步骤5、泊车控制器通过档位传感器判定是否开始启动泊车，如果驾驶员将档位切换为倒车档，则表示启动泊车。若启动泊车，则进入步骤6，若不启动泊车，则继续判定。

步骤6、泊车控制器根据泊车路径信息c实时跟踪控制车辆电子控制系统对目标汽车的泊车轨迹进行控制。如图8所示，所述泊车控制器采用以下方法实时跟踪控制车辆电子控制系统对目标汽车的泊车轨迹进行控制：

步骤6-1、通过环境探测系统实时采集目标汽车的后端与后方障碍物的距离d1；

步骤6-2、判定目标汽车的后端与障碍物的距离d1是否小于安全距离，若小于安全距离，则进入步骤6-3，若大于安全距离，则进入步骤6-5；

步骤6-3、通过输入输出模块发出停止倒车提示信息和档位切换提示信息；

步骤6-4、泊车控制器通过车辆电子控制系统中的速度传感器检测目标汽车是否停止倒车，并通过车辆电子控制系统中的档位传感器检测档位是否切换，若没有停止并切换档位，则返回步骤步骤6-3，若停止倒车并切换档位，则进入步骤6-5。档位切换后，驾驶员控制车速向前行驶。

步骤6-5、通过车辆电子控制系统实时采集目标汽车的前轮偏角δf，轴距l，车辆后轴速度vr，并通过车辆运动学模型实时得出目标汽车的状态量，该状态量包括目标汽车的后轴中心的坐标(xr，yr)和车身航向角车辆运动学模型为

步骤6-6、通过线性时变模型预测控制算法，结合目标汽车的状态量生成泊车控制器的倒车控制信息e；

步骤6-7、根据倒车控制信息e控制车辆电子控制系统对目标汽车的泊车轨迹进行控制；

步骤6-8、判定目标汽车后轴中心的纵坐标yr的值是否等于p2-p1，并且车身航向角是否为0，若不是，则返回步骤6-1，若是，则通过输入输出模块发出泊车成功信息。

在步骤6-6中，所述线性时变模型预测控制算法包括以下步骤：

步骤6-5-1、设定控制系统的采样时间t、预测时域np和控制时域nc；

步骤6-5-2、对车辆运动模型进行线性化，得到车辆运动模型的线性时变模型为：

其中，k表示当前时刻，，表示k时刻的目标汽车的状态量，该状态量包括目标汽车的坐标位置和车身航向角，表示控制系统的控制输出量。

步骤6-5-3、对线性时变模型进行离散化，推导出预测输出y(t)。

y(t)＝ψtξ(k|t)+θtδu(t)

其中，

其中，n和m分别为状态量和控制量的维度，δu(t)为控制增量。

步骤6-5-4、将预测输出y(t)以及泊车路径规划信息c中规划的目标汽车的参考状态量代入目标函数中，并结合约束条件得到标准二次型：

j(ξ(t),u(t-1),δu(t))＝[δu(t)^t,ε]^tht[δu(t)^t,ε]+gt[δu(t)^t,ε]

s.t.δumin≤δut≤δumax

umin≤δut+ut≤δumax

其中，et为预测时域内的跟踪误差，ρ为权重系数，ε为松弛因子，r和q人为设置的权重矩阵，。

步骤6-5-5、对标准二次型进行最优求解，得到控制时域内的控制输入增量序列。

步骤6-5-6、将控制输入增量序列中的第一个元素作为前馈输入，结合目标汽车实时的状态量和参考状态量之间的误差e，得出实际输入量u(t)。

其中，k是系统设定的修正因子。

步骤6-5-7、根据实际输入量u(t)生成这一预测时域内的倒车控制信息e。

步骤6-6、根据倒车控制信息e控制电子控制系统对目标汽车的泊车轨迹进行控制；

步骤6-7、判定目标汽车后轴中心的纵坐标yr的值是否等于p2-p1，并且车身航向角为0，若不是，则返回步骤6-1，若是，则通过输入输出模块发出泊车成功信息。

整个泊车过程中，驾驶员只需要控制车速、刹车和切换档位，泊车控制器能自动控制目标汽车的泊车轨迹。

最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。