專(zhuān)利名稱(chēng)：智能泊車(chē)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種車(chē)輛控制系統(tǒng)，尤其涉及一種車(chē)輛智能泊車(chē)系統(tǒng)，屬于自動(dòng)泊車(chē) 控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近些年，隨著車(chē)輛普及化的趨勢(shì)越來(lái)越快，泊車(chē)已是駕車(chē)員不得不面對(duì)的問(wèn)題。然 而由于駕駛新手經(jīng)驗(yàn)有限，尤其是方向感較差的女性駕駛員，泊車(chē)成為他們駕車(chē)遇到的最 大困難之一。自動(dòng)泊車(chē)從上世紀(jì)90年代開(kāi)始研究，目前自動(dòng)泊車(chē)的方法主要是基于車(chē)輛動(dòng)力 學(xué)模型的軌跡跟蹤方法，其核心思想是通過(guò)傳感器的環(huán)境信息規(guī)劃合適的路徑，然后通過(guò) 控制車(chē)輛的轉(zhuǎn)向及速度跟蹤軌跡，達(dá)到泊車(chē)目的。該方法的缺陷在于建模的復(fù)雜性和經(jīng)典 控制算法的魯棒性較差。眾所周知，汽車(chē)是一個(gè)復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，建立其精確動(dòng)力學(xué)模型 是幾乎不能完成的任務(wù)，簡(jiǎn)化的模型往往會(huì)帶來(lái)控制性能的缺失。而泊車(chē)的過(guò)程需要較精 確地控制，否則很可能和臨近車(chē)輛或其他障礙物碰撞，這也是自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)一直難以實(shí)用 化的原因之一。經(jīng)典控制算法實(shí)現(xiàn)泊車(chē)控制往往存在精度低、魯棒性差的問(wèn)題。因?yàn)楦鶕?jù) 環(huán)境信息規(guī)劃的路徑一股來(lái)說(shuō)曲率都比較大，這給跟蹤帶來(lái)了很高的難度，因此經(jīng)典控制 理論對(duì)于泊車(chē)這樣的控制任務(wù)并非最好的選擇。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有自動(dòng)泊車(chē)技術(shù)存在的缺陷，而提出一種控制效果好、實(shí)時(shí)性高的 智能平行泊車(chē)系統(tǒng)。該泊車(chē)系統(tǒng)是由環(huán)境感知單元、中央決策單元、控制單元和電控執(zhí)行單元依次連 接組成，電控執(zhí)行單元作用于車(chē)輛。所述環(huán)境感知單元包括圖像采集系統(tǒng)及車(chē)載距離探測(cè)系統(tǒng)，優(yōu)選地，圖像采集系 統(tǒng)為安裝在車(chē)身四周的CCD傳感器，車(chē)載距離探測(cè)系統(tǒng)為毫米波雷達(dá)。所述中央決策單元采用微處理器實(shí)現(xiàn)。所述控制單元由一組模糊泊車(chē)控制器連接PID控制器組成，優(yōu)選地，模糊泊車(chē)控 制器采用單片機(jī)NLX230實(shí)現(xiàn)。所述電控執(zhí)行單元包括電控AMT和電動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，該單元執(zhí)行控制單元的輸出結(jié)^ ο本發(fā)明具有如下技術(shù)效果(1)本發(fā)明采用模糊控制實(shí)現(xiàn)泊車(chē)，減輕了建模的負(fù)擔(dān)，提高了控制的魯棒性，且 算法的可移植性強(qiáng)，不同的車(chē)輛只需更新輸入變量隸屬度函數(shù)即可完成車(chē)輛的泊車(chē)控制器 設(shè)計(jì)。(2)本發(fā)明采用瀑布式控制結(jié)構(gòu)，減輕了圖像處理實(shí)時(shí)性不高對(duì)整個(gè)系統(tǒng)控制的影響。
(3)本發(fā)明在模糊控制的基礎(chǔ)上增加了一層決策層，模擬駕駛員的思維模式進(jìn)行 控制，符合人們處理問(wèn)題的思路，使得控制自適應(yīng)能力加強(qiáng)。(4)系統(tǒng)帶有一套友好的人機(jī)界面，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控車(chē)外環(huán)境信息，駕駛員可以根據(jù) 自動(dòng)泊車(chē)情況和個(gè)人習(xí)慣微調(diào)泊車(chē)方位。(5)具有手動(dòng)泊車(chē)和自動(dòng)泊車(chē)兩種工作模式。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理圖。圖2為本發(fā)明的概括結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明的系統(tǒng)控制流程圖。圖4為平行泊車(chē)示意圖，圖中標(biāo)號(hào)1、3表示泊車(chē)環(huán)境中的其他車(chē)輛；標(biāo)號(hào)2表示 待泊車(chē)輛；標(biāo)號(hào)2’表示泊車(chē)位置。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。如圖1所示，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)是由環(huán)境感知單元、中央決策單元、控制單元和電控執(zhí) 行單元依次連接組成，電控執(zhí)行單元作用于車(chē)輛。概括來(lái)講，如圖2所示，本發(fā)明系統(tǒng)分為四大模塊環(huán)境信息采集模塊、中央決策 及控制模塊(CPU)、人機(jī)接口模塊以及汽車(chē)自帶的電控執(zhí)行模塊。各個(gè)模塊之間通過(guò)汽車(chē)內(nèi) 部CAN BUS總線相互通信。下面分別對(duì)各模塊做進(jìn)一步說(shuō)明。環(huán)境信息采集模塊，也就是所謂的環(huán)境感知層，包含兩類(lèi)數(shù)據(jù)采集任務(wù)1)圖像 采集任務(wù)，其是通過(guò)安裝在車(chē)身四周的CCD傳感器來(lái)采集圖像信息，采集的圖像信息顯示 在人機(jī)界面上，供駕駛員實(shí)時(shí)監(jiān)控泊車(chē)時(shí)車(chē)外的狀況；2)距離采集任務(wù)，由于圖像處理得 到的距離信息可信度較低，所以我們利用安裝在車(chē)身周?chē)暮撩撞ɡ走_(dá)獲得精確的距離信 息，具體來(lái)說(shuō)就是獲得車(chē)身與側(cè)面車(chē)身的距離x(如圖4示，下同)以及距離其他障礙物的 距離，供報(bào)警和緊急制動(dòng)使用。中央決策單元由微處理器實(shí)現(xiàn)，它接收環(huán)境信息采集模塊傳回來(lái)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行融 合并計(jì)算出控制器需要的環(huán)境狀態(tài)參數(shù)。具體的任務(wù)有1)判斷當(dāng)前的行車(chē)狀態(tài)是否危 險(xiǎn)，如果距離障礙物小于臨界距離(0. Im)，立即發(fā)出緊急制動(dòng)指令；2)根據(jù)計(jì)算出的環(huán)境 參數(shù)，結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)中已存的模糊控制器，選擇控制單元中最適合當(dāng)前側(cè)向距離χ的泊車(chē)控 制器，這一步是決定泊車(chē)成敗的關(guān)鍵。模糊控制系統(tǒng)是在中央決策單元之下的控制系統(tǒng)。下面闡述如何根據(jù)不同的側(cè)向 距離X設(shè)計(jì)相對(duì)應(yīng)的模糊控制器。本發(fā)明的特點(diǎn)就在于所有模糊泊車(chē)控制器均是學(xué)習(xí)優(yōu)秀 駕駛員的泊車(chē)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)得到，將駕駛員的泊車(chē)經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)變成模糊隸屬度函數(shù)，其采用如下思 路1)首先將車(chē)輛按照規(guī)范停放在車(chē)位的正確位置，請(qǐng)η個(gè)不同的駕駛員將車(chē)從泊車(chē)點(diǎn)開(kāi) 出去，要求是出去之后必須保證和側(cè)面的車(chē)輛平行且車(chē)尾相切(圖4示)。顯而易見(jiàn)，由于 不同駕駛員的習(xí)慣差異，側(cè)向距離χ肯定不盡相同。原因有兩點(diǎn)，其一是每個(gè)駕駛員打方向 的大小不同(這里假設(shè)有經(jīng)驗(yàn)的優(yōu)秀駕駛員都是一把打方向到位，期間不進(jìn)行微調(diào))，其二是回轉(zhuǎn)方向盤(pán)的時(shí)刻不同(駕駛員必須先左打方向再右打方向，才可以保證和側(cè)方的車(chē)平 行)；幻根據(jù)汽車(chē)車(chē)身的剛性假設(shè)，將上述開(kāi)車(chē)出庫(kù)過(guò)程倒過(guò)來(lái)就是平行泊車(chē)。在上一步中 記錄下每個(gè)駕駛員打的方向角h、Ci2和回方向時(shí)刻t，進(jìn)行模糊規(guī)則提取，可以得到符合 該側(cè)向距離X的模糊規(guī)則，將學(xué)習(xí)得到的模糊規(guī)則寫(xiě)進(jìn)模糊控制器的知識(shí)庫(kù)，一個(gè)仿優(yōu)秀 駕駛員泊車(chē)經(jīng)驗(yàn)的模糊控制器就設(shè)計(jì)完成了。重復(fù)上述步驟可以得到η個(gè)側(cè)向距離的模糊 泊車(chē)控制器，供中央決策單元匹配選用。模糊控制器算法我們采用單片機(jī)NLX230實(shí)現(xiàn)。模糊控制系統(tǒng)通過(guò)PID控制器輸出合適的轉(zhuǎn)向角到電控執(zhí)行單元(電控AMT和電 動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu))對(duì)車(chē)輛進(jìn)行控制，PID控制器可以保證準(zhǔn)確地控制到輸出的轉(zhuǎn)向角。泊車(chē)的 速度設(shè)定在5km/h左右，保證在泊車(chē)過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)由于速度太大導(dǎo)致的失控狀態(tài)。人機(jī)接口模塊的顯示器與中央處理器通過(guò)CAN BUS相連，其數(shù)據(jù)來(lái)源為車(chē)載攝像 機(jī)系統(tǒng)。為了防止傳感器誤檢帶來(lái)的安全隱患，車(chē)載顯示器可將車(chē)外的狀態(tài)實(shí)時(shí)反映給駕 駛員，以供駕駛員在必要的時(shí)候?qū)π熊?chē)做適當(dāng)?shù)母缮妫訌?qiáng)泊車(chē)的安全性。同時(shí)CCD傳感器 獲得車(chē)位邊界線的位置，中央處理器據(jù)此進(jìn)行判斷是否已經(jīng)停到合適的位置，如果沒(méi)有，車(chē) 輛將沿原軌跡倒回，重新匹配新的模糊泊車(chē)控制器。如圖3所示為本發(fā)明系統(tǒng)的控制流程圖。當(dāng)司機(jī)準(zhǔn)備泊車(chē)時(shí)，首先將車(chē)開(kāi)到圖4 所示的“2”位置，然后啟動(dòng)智能泊車(chē)系統(tǒng)。此時(shí)環(huán)境信息采集模塊開(kāi)始工作，首先毫米波 雷達(dá)獲得當(dāng)前車(chē)輛距離側(cè)方車(chē)輛距離X，中央決策單元將得到的距離與η種模糊控制設(shè)定 的距離進(jìn)行比對(duì)，根據(jù)最相近的距離進(jìn)行匹配，確定該種側(cè)向距離下選擇何種模糊控制器 來(lái)完成泊車(chē)任務(wù)。確定了合適的模糊控制器后，電控執(zhí)行單元將根據(jù)控制單元輸出的轉(zhuǎn)向 角度及轉(zhuǎn)向時(shí)間完成執(zhí)行動(dòng)作。為了保證倒車(chē)時(shí)保持恒定的速度，設(shè)定怠速的車(chē)速為5km/ h左右，因此在不加油門(mén)的條件下，倒車(chē)的速度是恒定的，省去了縱向控制的步驟，減輕了控 制系統(tǒng)的復(fù)雜性。為了加強(qiáng)整車(chē)泊車(chē)的安全性，中央處理器會(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車(chē)身與周?chē)系K物 的距離，控制器的控制周期為25ms左右，因此在一次控制周期內(nèi)，車(chē)身的前進(jìn)距離不超過(guò) 4cm，安全性得到了保證。毫米波雷達(dá)工作周期肯定滿足控制要求，由于圖像處理的實(shí)時(shí)性 只能達(dá)到M幀/秒左右，因此只能采用插值來(lái)滿足控制要求。
權(quán)利要求
1.一種智能泊車(chē)系統(tǒng)，其特征在于該泊車(chē)系統(tǒng)是由環(huán)境感知單元、中央決策單元、控 制單元和電控執(zhí)行單元依次連接組成，電控執(zhí)行單元作用于車(chē)輛。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能泊車(chē)系統(tǒng)，其特征在于所述環(huán)境感知單元包括圖像采 集系統(tǒng)和車(chē)載距離探測(cè)系統(tǒng)，其中圖像采集系統(tǒng)為安裝在車(chē)身四周的CCD傳感器，車(chē)載距 離探測(cè)系統(tǒng)為毫米波雷達(dá)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能泊車(chē)系統(tǒng)，其特征在于所述中央決策單元采用微處理 器實(shí)現(xiàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能泊車(chē)系統(tǒng)，其特征在于所述控制單元由高層控制器連 接低層控制器組成，其中高層控制器為一組模糊泊車(chē)控制器，低層控制器為PID控制器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能泊車(chē)系統(tǒng)，其特征在于所述電控執(zhí)行單元包括電控AMT 和電動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的智能泊車(chē)系統(tǒng)，其特征在于所述模糊泊車(chē)控制器采用單片 機(jī)NLX230實(shí)現(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種智能泊車(chē)系統(tǒng)，屬于自動(dòng)泊車(chē)控制領(lǐng)域。該泊車(chē)系統(tǒng)是由環(huán)境感知單元、中央決策單元、控制單元和電控執(zhí)行單元依次連接組成，電控執(zhí)行單元作用于車(chē)輛。其中環(huán)境感知單元用于獲取車(chē)身的位置信息及環(huán)境中障礙物的距離信息；中央決策單元根據(jù)環(huán)境信息進(jìn)行匹配，選擇合適的泊車(chē)控制器；控制單元由一組模糊泊車(chē)控制器連接PID控制器組成，每一模糊泊車(chē)控制器均是學(xué)習(xí)優(yōu)秀駕駛員泊車(chē)經(jīng)驗(yàn)得到，并采用單片機(jī)NLX230實(shí)現(xiàn)；電控執(zhí)行單元用于執(zhí)行控制單元的輸出結(jié)果，對(duì)轉(zhuǎn)向盤(pán)執(zhí)行控制。本發(fā)明提高了泊車(chē)的安全性和準(zhǔn)確性，控制自適應(yīng)能力強(qiáng)。
文檔編號(hào)B60W30/06GK102069799SQ20111004419
公開(kāi)日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2011年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月24日
發(fā)明者凌銳, 張延召, 張慧玉, 毛建國(guó), 沈峘 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)