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本文轉(zhuǎn)自：3D視覺工坊

自主泊車系統(tǒng)

01 定義

自動(dòng)泊車系統(tǒng)主要是利用遍布車輛自身和周邊環(huán)境里的傳感器，測(cè)量車輛自身與周邊物體之間的相對(duì)距離、速度和角度，然后通過車載計(jì)算平臺(tái)或云計(jì)算平臺(tái)計(jì)算出操作流程，并控制車輛的轉(zhuǎn)向和加減速，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)泊入、泊出及部分行駛功能。

整個(gè)泊車過程大致可包含以下五大環(huán)節(jié)：

環(huán)境感知

停車位檢測(cè)與識(shí)別

泊車路徑規(guī)劃

泊車路徑跟隨控制

模擬顯示

按照泊車方式，分為三種模式，如圖1所示：

平行式泊車

垂直式泊車

斜列式泊車

圖1 平行泊車垂直泊車斜列式泊車

按照自動(dòng)化程度等級(jí)，自動(dòng)泊車可以分為：

半自動(dòng)泊車

全自動(dòng)泊車

半自動(dòng)泊車系統(tǒng)為駕駛員操控車速，計(jì)算平臺(tái)根據(jù)車速及周邊環(huán)境來(lái)確定并執(zhí)行轉(zhuǎn)向，對(duì)應(yīng)于SAE自動(dòng)駕駛級(jí)別中的L1；

全自動(dòng)泊車為計(jì)算平臺(tái)根據(jù)周邊環(huán)境來(lái)確定并執(zhí)行轉(zhuǎn)向和加減速等全部操作，駕駛員可在車內(nèi)或車外監(jiān)控，對(duì)應(yīng)于SAE L2級(jí)。

按照所采用傳感器的種類，半自動(dòng)/全自動(dòng)泊車可以分為：

超聲波自動(dòng)泊車

基于超聲波與攝像頭的融合式自動(dòng)泊車

兩種傳感器的對(duì)比如表1所示：

表1

02 原理方案

敲黑板！整個(gè)泊車過程是哪幾個(gè)環(huán)節(jié)？

環(huán)境感知、停車位檢測(cè)與識(shí)別、泊車路徑規(guī)劃、泊車路徑跟隨控制以及模擬顯示五大環(huán)節(jié)！

下面我們就以最常見的超聲波自動(dòng)泊車系統(tǒng)為例，從五大環(huán)節(jié)來(lái)介紹：

▲環(huán)境感知

如圖2所示，為一種典型的超聲波自動(dòng)泊車系統(tǒng)的環(huán)境感知方案，由12個(gè)超聲波雷達(dá)組成。

圖2

■8個(gè)超聲波雷達(dá)：泊車過程中檢測(cè)車身周邊的障礙物，避免剮蹭

■4個(gè)超聲波雷達(dá)：泊車開始前進(jìn)行車位的探測(cè)及在泊車過程中提供側(cè)向障礙物信息

▲停車位檢測(cè)與識(shí)別

自動(dòng)泊車超聲波車位探測(cè)系統(tǒng)主要是由布置在車身側(cè)面的超聲測(cè)距模塊構(gòu)成的，通過超聲傳感器對(duì)車輛側(cè)面的障礙物進(jìn)行探測(cè)，即可完成車位探測(cè)及定位。

超聲波車位探測(cè)的過程如圖3 所示。在探測(cè)車位時(shí)，車輛以某一恒定車速V平行駛向泊車位：

「1」當(dāng)車輛駛過 1 號(hào)車停放的位置時(shí)，裝在車身側(cè)面的超聲波傳感器開始測(cè)量車輛與 1 號(hào)車的橫向距離 D。

「2」當(dāng)車輛通過 1 號(hào)車的上邊緣時(shí)，超聲波傳感器測(cè)量的數(shù)值會(huì)有一個(gè)跳變，記錄此時(shí)時(shí)刻。

「3」車輛繼續(xù)勻速前進(jìn)，當(dāng)行駛在 1 號(hào)車與 2號(hào)車之間時(shí)，處理器可以求得車位的平均寬度W。

「4」當(dāng)通過 2 號(hào)車下邊緣時(shí)，超聲波傳感器測(cè)量的數(shù)值又發(fā)生跳變，處理器記錄當(dāng)前時(shí)刻，算得最終的車位長(zhǎng)度L。

「5」處理器對(duì)測(cè)量的車位長(zhǎng)度 L 和寬度 W 進(jìn)行分析，判斷車位是否符合泊車基本要求并判斷車位類型。

圖3

▲泊車路徑規(guī)劃

考慮到自動(dòng)泊車實(shí)現(xiàn)原理，泊車路徑規(guī)劃一般盡可能滿足以下要求：

a.完成泊車路徑所需要的動(dòng)作必須盡可能少。

因?yàn)槊總€(gè)動(dòng)作的精度誤差會(huì)傳遞到下一個(gè)動(dòng)作，動(dòng)作越多，精度越差。

b.在每個(gè)動(dòng)作的實(shí)施過程中，車輛的轉(zhuǎn)向輪（絕大部分為前輪）的角度需要保持一致。

因?yàn)橄到y(tǒng)是通過嵌入式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，而嵌入式系統(tǒng)的性能有限，轉(zhuǎn)向輪角度保持一致能夠?qū)⑦\(yùn)動(dòng)軌跡的計(jì)算歸結(jié)為幾何問題，

反之需要涉及復(fù)雜的積分問題，這對(duì)嵌入式系統(tǒng)的性能是一個(gè)挑戰(zhàn)。

一般平行泊車和垂直泊車采用如圖4和5所示路徑。

平行泊車分為單次和多次：

單次為如圖4所示路徑一次泊車完成；

多次則為當(dāng)車位長(zhǎng)度比較小時(shí)，可采用多次“揉庫(kù)”的方法泊車。

圖4

圖5

▲泊車路徑跟隨控制

該過程為通過車載傳感器不斷探測(cè)環(huán)境，實(shí)時(shí)估算車輛位置，實(shí)際運(yùn)行路徑與理想路徑對(duì)比，必要時(shí)做局部校正。

▲模擬顯示

由傳感器反饋構(gòu)建泊車模擬環(huán)境，具有提示與交互作用。提示用戶處理器意圖以及做必要的操作。

另外，路徑規(guī)劃后進(jìn)行泊車時(shí)為了知曉處理器定位和計(jì)算路徑運(yùn)行情況，需要將這些處理器信息反饋給用戶。

如果處理器獲取環(huán)境信息或者處理過程中出現(xiàn)重大錯(cuò)誤，用戶可以及時(shí)知曉與停止。

自主泊車系統(tǒng)

01 定義

隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)泊車逐漸往自主泊車方向演進(jìn)。

自主泊車又稱為代客泊車或一鍵泊車：

指駕駛員可以在指定地點(diǎn)處召喚停車位上的車輛，或讓當(dāng)前駕駛的車輛停入指定或隨機(jī)的停車位。

整個(gè)過程正常狀態(tài)下無(wú)需人員操作和監(jiān)管，對(duì)應(yīng)于SAE L3級(jí)別。

自主泊車系統(tǒng)包含兩個(gè)功能，即泊車與喚車：

>>>>

泊車功能

是指用戶通過車載中控大屏或手機(jī)APP選定在園區(qū)、住宅區(qū)等半封閉區(qū)域內(nèi)的停車位或者選定停車場(chǎng)（有高精地圖覆蓋）

然后車輛通過獲取園區(qū)、住宅區(qū)等半封閉道路上的車道線、道路交通標(biāo)志、周圍其他車輛等交通環(huán)境、參與者信息；

控制車輛的油門、轉(zhuǎn)向、制動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)安全自動(dòng)駕駛，并通過自動(dòng)尋找可用停車位或識(shí)別用戶選定停車位；

實(shí)現(xiàn)自動(dòng)泊入、自動(dòng)停車、掛P檔、熄火、鎖車門，同時(shí)防止?jié)撛?/strong>的碰撞危險(xiǎn)的功能。

>>>>

喚車功能

是指用戶通過手機(jī)APP選定園區(qū)、住宅區(qū)等半封閉區(qū)域內(nèi)的某一喚車點(diǎn)，

然后車輛從停車位自動(dòng)泊出、低速自動(dòng)駕駛到達(dá)喚車點(diǎn)，

從而實(shí)現(xiàn)喚車，同時(shí)防止?jié)撛?/strong>的碰撞危險(xiǎn)的功能。

02 原理方案

按主要技術(shù)路線，自主泊車系統(tǒng)可分為：

偏車端方案

偏場(chǎng)端方案

車端場(chǎng)端并重方案

偏車端和偏場(chǎng)端的自主泊車方案對(duì)比如圖6所示：

圖6

偏車端自主泊車系統(tǒng)方案：

典型的偏車端自主泊車系統(tǒng)的組成見以下圖7和表2：

圖7

表2主要傳感器信息

偏車端方案的系統(tǒng)邏輯流程圖見下圖8：

由圖可知，偏車端方案主要借助車載傳感器對(duì)周圍環(huán)境以及自身狀態(tài)的感知來(lái)決策并執(zhí)行車輛動(dòng)作，并在必要時(shí)提醒用戶進(jìn)行車內(nèi)或遠(yuǎn)程接管操控。

圖8

偏場(chǎng)端自主泊車系統(tǒng)方案：

圖9為一種偏場(chǎng)端方案的系統(tǒng)示意圖：

◤在停車場(chǎng)內(nèi)布置激光雷達(dá)或雙目攝像頭來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛狀態(tài)及周邊環(huán)境的監(jiān)控，通過預(yù)埋式停車場(chǎng)傳感器探測(cè)當(dāng)前占用狀態(tài)。

所有傳感器數(shù)據(jù)均在數(shù)據(jù)中心進(jìn)行匯總分析，根據(jù)儲(chǔ)存的元信息（如停車位尺寸、費(fèi)用、諸如殘疾人停車位等的特殊情況等）完成匹配。

數(shù)據(jù)中心根據(jù)這所有的信息實(shí)時(shí)生成停車地圖。

駕駛員通過智能手機(jī)APP接收所有的信息，從而始終能了解最近可用停車位的概況，以及所有相關(guān)詳情，如距離和價(jià)格。

而車輛只需要具備與停車場(chǎng)設(shè)施的通信能力和可控的底盤執(zhí)行系統(tǒng)，即可在場(chǎng)端的輔助下完成自主泊車。◢

圖9

典型的自動(dòng)/自主泊車系統(tǒng)

清華大學(xué)蘇州汽車研究院對(duì)自動(dòng)/自主泊車系統(tǒng)及其關(guān)鍵零部件進(jìn)行了深入的自主研發(fā)，部分成果如下：

01 遠(yuǎn)距超聲波傳感器

超聲波傳感器外形如圖10所示：

圖10

主要參數(shù)如下表所示：

表3

02 自動(dòng)泊車系統(tǒng)

自動(dòng)泊車系統(tǒng)組成及功能如表4所示：

表4

03 自主泊車系統(tǒng)

自主泊車系統(tǒng)方案如圖11所示，主要采用智能化車端+智能化場(chǎng)端的方式。

車端智能化主要依賴于融合式全自動(dòng)泊車的傳感器配置，外加前視攝像頭、V2X設(shè)備等實(shí)現(xiàn)特定區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)到點(diǎn)自動(dòng)駕駛、自動(dòng)車位掃描、自動(dòng)泊入泊出等功能。

車輛自身具備車輛、行人等動(dòng)態(tài)障礙物檢測(cè)和識(shí)別功能，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)緊急制動(dòng)、避障等決策規(guī)劃。

場(chǎng)端智能化主要依托攝像頭檢測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)停車場(chǎng)車位占用情況檢測(cè)，并上傳至停車場(chǎng)服務(wù)器，并實(shí)現(xiàn)為自主泊車車輛提前分配車位信息。

圖11

▲障礙物坐標(biāo)檢測(cè)及多目標(biāo)識(shí)別

超聲波傳感器單純的距離檢測(cè)能力在泊車預(yù)警輔助場(chǎng)景已可滿足使用要求，但是在智能化泊車應(yīng)用場(chǎng)景、及多傳感器融合應(yīng)用中還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

為此開發(fā)了障礙物坐標(biāo)檢測(cè)技術(shù)及多目標(biāo)識(shí)別技術(shù)，如圖12和圖13所示：

圖12

圖13

▲高精度車位檢測(cè)及車位融合

基于超聲波傳感器可實(shí)現(xiàn)空間車位的探測(cè)、360環(huán)視攝像頭可實(shí)現(xiàn)線車位的檢測(cè)。

同時(shí)結(jié)合超聲波傳感器及環(huán)視攝像頭的障礙物信息檢測(cè)，對(duì)車位進(jìn)行多層次的融合，實(shí)現(xiàn)泊車位的高精度檢測(cè)，大大提升了泊車場(chǎng)景的覆蓋范圍。如圖14所示：

圖14

▲軌跡動(dòng)態(tài)規(guī)劃技術(shù)

泊車過程中有諸多不可控因素，如轉(zhuǎn)向系統(tǒng)執(zhí)行速度與精度問題、參考障礙物位置變動(dòng)問題等，導(dǎo)致在泊車過程中出現(xiàn)泊車軌跡偏離路徑規(guī)劃軌跡現(xiàn)象。

為此開發(fā)了泊車軌跡動(dòng)態(tài)規(guī)劃技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)泊車過程中的軌跡實(shí)時(shí)修正甚至軌跡重規(guī)劃，如圖15所示：

圖15

▲室內(nèi)定位技術(shù)

如圖16所示，通過采用視覺SLAM+標(biāo)簽輔助定位方式，解決地下停車場(chǎng)無(wú)GPS的問題，同時(shí)通過多源信息融合，提升定位精度。

圖16

▲基于視覺的停車場(chǎng)車位狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)

如圖17所示，通過停車場(chǎng)安裝的監(jiān)控?cái)z像頭，基于深度學(xué)習(xí)算法，實(shí)現(xiàn)車位占用狀態(tài)的實(shí)時(shí)檢測(cè)，并將此信息上傳至停車場(chǎng)車位管理后臺(tái)服務(wù)器，為自主泊車車輛提供可泊車位信息。

圖17

▲全局與局部路徑規(guī)劃技術(shù)

如圖18所示，基于A*算法實(shí)現(xiàn)任意兩點(diǎn)間的全局路徑規(guī)劃，支持路徑規(guī)劃重置、選路以及速度規(guī)劃功能，同時(shí)結(jié)合實(shí)時(shí)環(huán)境感知狀態(tài)，進(jìn)行局部路徑規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)緊急制動(dòng)、跟車巡航以及換道避讓、換道超車等自主決策。

圖18

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