時(shí)間:2018-06-12 15:40:33來源:網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載
從停車位上的自動(dòng)駕駛到停車場(chǎng)的自動(dòng)駕駛,智能泊車系統(tǒng)將經(jīng)歷怎樣的發(fā)展過程?
智能泊車系統(tǒng)概述
自動(dòng)泊車系統(tǒng)是各自動(dòng)駕駛或者駕駛輔助功能中民眾需求呼聲最高的系統(tǒng)。如上圖(左),在德國、美國、法國、中國等等調(diào)研中都可以發(fā)現(xiàn),自動(dòng)泊車的功能是最受消費(fèi)者青睞的。
右圖是歐盟的道路交通研究咨詢委員會(huì)提出的一個(gè)自動(dòng)駕駛的路線圖:乘用車和商用車兩個(gè)路線圖。
從這個(gè)圖可以看出,自動(dòng)泊車包括更進(jìn)一步的代客泊車,這些自動(dòng)泊車的系統(tǒng)非常受政府重視,也是非常重要的自動(dòng)駕駛產(chǎn)品。
有機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè),在2020年左右,自動(dòng)泊車系統(tǒng)在中國市場(chǎng)的滲透率會(huì)達(dá)到30%左右,市場(chǎng)規(guī)??赡軙?huì)超過100億元。
智能泊車的定義
智能泊車分為兩部分:一是比較常見的自動(dòng)泊車,包括半自動(dòng)、全自動(dòng)等系統(tǒng)。另一個(gè)是代客泊車或自主泊車。
自動(dòng)泊車階段的三個(gè)等級(jí)
自動(dòng)泊車可以分成三個(gè)等級(jí):半自動(dòng)泊車,這是目前在產(chǎn)品級(jí)量產(chǎn)車上見到的功能,基本上只依靠10到12個(gè)超聲波雷達(dá),通過探測(cè)空間的車位、障礙物來決定一個(gè)停車的位置。它只控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng),檔位和車速由駕駛員控制。
全自動(dòng)泊車系統(tǒng)分成兩代:第一代只依靠超聲波探測(cè)空間車位,但是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以及車速控制都由自動(dòng)駕駛系統(tǒng)來完成;第二代全自動(dòng)泊車,不僅依賴超聲波雷達(dá),同時(shí)也用攝像頭:通過超聲波雷達(dá)識(shí)別空間的位置信息,攝像頭識(shí)別車位線。
自主泊車的三代產(chǎn)品
在自主泊車階段,我們把它簡(jiǎn)單分成了三代。
第一代自主泊車,針對(duì)室外停車場(chǎng),它的定位比較容易解決,不會(huì)出現(xiàn)室內(nèi)衛(wèi)星信號(hào)遮擋的情況。在室外停車場(chǎng)車位尋找,就是說從停車場(chǎng)門口開始怎么去找到這個(gè)車位。
這一過程有兩種方法:一種是通過系統(tǒng)自動(dòng)的分配,如果是智能化停車場(chǎng),系統(tǒng)通過超聲波探頭去感知哪個(gè)位置是空閑的,然后通過V2X發(fā)送給車輛,車輛自動(dòng)導(dǎo)航到停車位附近,再啟動(dòng)自動(dòng)泊車系統(tǒng)把車停進(jìn)去。第二種方式叫有限搜尋,它依靠超聲波進(jìn)行近距離的車位搜尋。
第二代自主泊車,它適合室內(nèi)停車場(chǎng)環(huán)境,而且可能有多層、上下層的停車場(chǎng)環(huán)境。它要解決室內(nèi)定位的問題,也需要有室內(nèi)的高精度地圖等等。同時(shí),它不僅適用于室內(nèi),還適用于小區(qū),可能在進(jìn)停車場(chǎng)大門之前還有一段類似于園區(qū)自動(dòng)駕駛的“封閉園區(qū)”環(huán)境。
第三代自動(dòng)泊車,我們認(rèn)為室內(nèi)、室外都要適用,適用小區(qū)環(huán)境同時(shí)也要適用開放道路環(huán)境:在城市開放道路上,它要能自動(dòng)駕駛(最后一公里),并兼容這些系統(tǒng)。車位搜尋方式可以是系統(tǒng)分配、有限搜尋和自主搜尋。
車位識(shí)別技術(shù)
兩種車位識(shí)別技術(shù)
關(guān)于車位識(shí)別技術(shù),包括兩種:一種是空間車位,利用超聲波檢測(cè);另一種是線車位,通過攝像頭檢測(cè)。
基于超聲波傳感器車位識(shí)別方面的技術(shù)
超聲波傳感器的功能需求,主要用于前后障礙物的感知和車位識(shí)別。這里我們講的是車位識(shí)別,對(duì)于車位識(shí)別傳感器的要求,一個(gè)遠(yuǎn)距離的(5米)。
現(xiàn)在博世、法雷奧的傳感器是4.5米,他們要求要有一個(gè)小的波束角。前后障礙物感知用的傳感器,普通倒車?yán)走_(dá)就能滿足,它的探測(cè)距離是2米,這就要求它有一個(gè)大的波束角。
在傳感器配置方面,現(xiàn)在關(guān)于前后倒車?yán)走_(dá)檢測(cè),一般是“前4后4”的配置,或者是降成本方案“前3后3”的配置。另外,在垂直泊車的時(shí)候,需要用到后兩個(gè)測(cè)向的傳感器。
基于超聲波傳感器的車位識(shí)別
當(dāng)車經(jīng)過一個(gè)空車位的時(shí)候,它會(huì)出現(xiàn)一個(gè)如上圖所示的波形。在這個(gè)過程中存在一個(gè)問題:傳感器波束角過大的時(shí),它途中的斜線范圍會(huì)很大,這會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)車位的誤差變大。
所以這要求傳感器在測(cè)距精度要高,在水平方向的波束角要盡量小。
左上圖是我們開發(fā)的超聲波傳感器,它可以達(dá)到5米的探測(cè)范圍,水平方向的波束角是85度。我們有自己獨(dú)特的算法:移動(dòng)XY算法。通過這個(gè)算法我們可以在移動(dòng)過程中檢測(cè)車位大小。就具體的效果,紅框中表示一個(gè)檢測(cè)出來的車位形狀。
上圖表格里的部分參數(shù),是上一次國內(nèi)APA會(huì)議提出來的。在平行車位搜索的時(shí)候,它的車速要求不高于30公里,垂直車位的要求是不高于20公里。
車的位置、找車位時(shí)車行駛的路徑、車最終停的位置、和停在周邊的車、目標(biāo)障礙物的角度也有要求,這些要求相對(duì)來說都是比較常規(guī)的,也是現(xiàn)在一些供應(yīng)商能夠做到的。
基于攝像頭的車位識(shí)別,目前主要是通過介入360全景系統(tǒng)中的四顆攝像頭,或者是采用一顆鷹眼攝像頭,只觀測(cè)前面那部分圖像。
這里最主要的技術(shù)難點(diǎn)在于圖像處理算法,如何把車位有效識(shí)別出來,包括白線、黃線,或者虛線、實(shí)線、以及不同路面的顏色。
如何把這些有效車位從復(fù)雜的圖像當(dāng)中識(shí)別出來,這是考驗(yàn)基于攝像頭的車位識(shí)別的技術(shù)難點(diǎn)。
上圖體現(xiàn)的就是基于攝像頭的車位識(shí)別的要求,它的搜尋車位時(shí)所需求的車速要比超聲波雷達(dá)低,平行車位要求低于12公里,垂直車位要低于10公里。
其他的參數(shù)要求與超聲波傳感器識(shí)別車位是一樣的。再補(bǔ)充一點(diǎn),標(biāo)準(zhǔn)里對(duì)于車位檢出的成功率有一個(gè)要求——就是要大于90%:10次去檢測(cè)一個(gè)車位,要求9次能夠檢測(cè)出來。
軌跡規(guī)劃和運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)
自動(dòng)泊車系統(tǒng)
上圖是自動(dòng)泊車系統(tǒng)的框圖,主要是分為三個(gè)部分:環(huán)境感知、車位識(shí)別、人機(jī)交互的控制。
這里要討論的軌跡規(guī)劃,如上圖(右),輸入車的位置、車位的位置,還有一些周邊障礙物,這些是約束條件,然后通過軌跡規(guī)劃的算法,輸出泊車的軌跡、泊車動(dòng)作指令。對(duì)半自動(dòng)泊車來說,主要是方向盤轉(zhuǎn)角的指令。
上圖是是關(guān)于垂直泊車和平行泊車的一個(gè)軌跡規(guī)劃的示例。垂直泊車通常采用C型泊車,也有采用人字型泊車,更高級(jí)的就是結(jié)合了這兩種軌跡規(guī)劃方法。
平行泊車軌跡規(guī)劃原理
泊車過程中的軌跡規(guī)劃原理現(xiàn)在主要用到的兩個(gè),一個(gè)是轉(zhuǎn)向的幾何學(xué),主要應(yīng)用的是阿克曼轉(zhuǎn)向的原理;另外一個(gè)是轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)學(xué)。
這里最基本的一個(gè)就是,車在泊車的過程中是繞著轉(zhuǎn)向中心做圓周運(yùn)動(dòng)的。以這個(gè)為基礎(chǔ),我們可以通過代數(shù)的方法,把車輛四個(gè)角周邊的坐標(biāo)在運(yùn)動(dòng)過程中的實(shí)時(shí)軌跡給畫出來。
垂直泊車軌跡規(guī)劃原理
垂直泊車,最主要的是車輛做圓周運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ),在軌跡規(guī)劃之前要先判斷一下車與障礙物的距離,就是hmin這個(gè)參數(shù)。它到底滿不滿足C型泊車或人字型泊車。最后根據(jù)計(jì)算可以得到一個(gè)軌跡在什么時(shí)候做轉(zhuǎn)向操作的軌跡算法。
平行泊車與垂直泊車類似:利用兩個(gè)最小半圓法還有圓弧切直線的方法,通過方向盤轉(zhuǎn)角折算到軌跡,再折算到所有關(guān)鍵點(diǎn)的轉(zhuǎn)向控制。
泊車的車輛運(yùn)動(dòng)控制
關(guān)于車輛運(yùn)動(dòng)控制,在泊車過程中對(duì)車速的要求在5到12公里,這主要考慮到EPS的負(fù)載還有行車安全、路徑跟蹤效果。
在運(yùn)動(dòng)控制里,它的輸入是一個(gè)車身位置、車身姿態(tài)、方向盤的轉(zhuǎn)角車速,通過路徑更多的算法可以得到轉(zhuǎn)向修正的指令。
如上圖,泊車控制器與車身周邊的一些控制器,通過CAN網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)交互,比如與BCM的交互,它要求溫度信息或者是方向轉(zhuǎn)向燈的信息;與EPS交互,它要求能夠接受APA控制器傳過來的方向盤轉(zhuǎn)角信號(hào),并把這個(gè)方向盤轉(zhuǎn)角信號(hào)反饋給APA。對(duì)ABS的要求,ABS發(fā)送車速信號(hào)、輪速信號(hào)給APA控制器。
這里再提一下對(duì)EPS方面的要求:必須具有轉(zhuǎn)角閉環(huán)。另一個(gè),轉(zhuǎn)角跟蹤的誤差要小于1度,轉(zhuǎn)角的跟蹤過程不能有超調(diào),對(duì)動(dòng)態(tài)最大轉(zhuǎn)向角度要求360度/秒。
上圖是平行泊車、垂直泊車在實(shí)車上得到的數(shù)據(jù)。
這里有車身坐標(biāo)點(diǎn)的軌跡,也有方向盤轉(zhuǎn)角的信號(hào),在右下角的圖里,還有包括車身姿態(tài)、航向角的車身信號(hào)。
自主泊車的關(guān)鍵技術(shù)
(注:以下內(nèi)容來自戴一凡)
關(guān)于做自動(dòng)泊車的過程中,我們需要解決的幾個(gè)關(guān)鍵問題。
1)如何獲取空車位的信息?
系統(tǒng)分配。停車場(chǎng)根據(jù)探測(cè)到的車位信息,自動(dòng)分配車位給車輛;
有限搜尋,依靠超聲波雷達(dá),在近距離、低車速狀態(tài)下搜尋車位;
自主搜尋,依靠毫米波雷達(dá)/激光雷達(dá),自主規(guī)劃路徑,搜尋車位。
2)如何實(shí)現(xiàn)低成本、高精度的定位?
差分GPS/北斗。室外工況,成本控制很關(guān)鍵;
視覺技術(shù)(SLAM、車道線、標(biāo)志識(shí)別等)。室內(nèi)室外工況,技術(shù)成熟度問題;
室內(nèi)定位方案(UWB、WiFi、磁釘),需要停車場(chǎng)智能化改造。
3)自動(dòng)泊車與自主泊車系統(tǒng)如何高效切換?
車輛停止位置。車輛停止位置與切入自動(dòng)泊車系統(tǒng)的時(shí)機(jī);
車位二次確認(rèn)。利用超聲波、攝像頭再次確認(rèn)車位信息。
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