自动泊车系统关键技术的智能化发展

自动泊车系统关键技术的智能化发展

〔摘要〕：自动泊车技术是目前智能车辆技术研究的一个热点问题。通过介绍自动泊车系统的基本概念,结合自动泊车系统国内外相关研究进展。进而研究分析了自动泊车系统关键技术，提出了目前技术缺陷，并展望了未来发展。

〔关键词〕：自动泊车；系统；技术；展望

1 自动泊车系统概述

随着科技的不断进步，汽车逐渐向智能化发展，声音提示及影像已经满足不了安全泊车的需求，更具智能化的自动泊车系统（Automatic Parking System，APS）应运而生。

自动泊车系统主要由人机交互系统、环境数据采集系统、中央处理器和控制策略执行系统四部分组成。人机交互系统显示车辆的环境情况，通过驾驶者是否启动泊车的操作，来决定是否启动自动泊车系统，并且实时显示车辆的泊车过程。环境数据采集系统用来确定车辆处于环境中的位置，对于自动泊车系统而言，是非常重要的。为了使车辆可以准确泊车，需要如超声波传感器、陀螺仪、CCD摄像头等传感器。中央处理器将采集到的环境信息数据分析处理后，得出汽车的当前位置、目标位置以及周围的环境参数，依据以上参数计算判断车辆能否入该车位所提供的空间，作出自动泊车策略，生成相应的控制命令（包括车速命令和转向盘转角命令）。执行系统接收到由控制命令产生的信号，依据指令控制电动助力转向系统（Electric Power Steering，EPS），进而控制车辆转向盘转动，与此同时，控制车辆的行驶速度，完成泊车操作。

自动泊车的实际工况主要有两种形式，分别为平行泊车（俗称路边停车）和垂直泊车（俗称倒库）。

图1 平行泊车简图

图2 垂直泊车简图

2 自动泊车系统的技术发展概况

目前普遍对自动泊车技术理解为：车辆在低速行驶的情况下（约为3-15km/h），通过车身的环境感知系统检测出泊车位信息，通过自动驾驶系统将车辆自动停泊入位，整个过程驾驶员可以随时干预。

2.1国外自动泊车技术研究现状

由于汽车产业的快速发展，自动泊车系统的市场应用前景广阔，国外辅助泊车技术的研究开展的较早，许多汽车厂商和研究机构都对其进行了大量的研究，现在已经有自动泊车产品装配在高档轿车上，其研究过程主要可以划分为三个阶段：

（1）泊车过程中驾驶员视觉增强

利用超声波传感器，视觉传感器等增强驾驶员对泊车过程中的环境感知能力，并在检测到碰撞危险时提醒驾驶员。这一方面市场上已经有大量的产品面试，目前已经得到广泛应用，就是我们所熟知的倒车雷达、倒车摄像头等商业产品。

（2）基于超声传感器的简单自动泊车系统

利用超声传感器实现侧向停车位的检测，并控制车辆完成停车动作。这方面有代表性的研究成果是：

雪铁龙C3 City Park 自动泊车系统

C3 City Park 自动泊车系统工作过程是：当需要进行路边平行停车操作时，驾驶员只需按下中控台上的泊车辅助控制按钮，使系统开始工作。系统通过安装在汽车前后保险杠上的超声传感器，测量出路边停车位的信息（这个功能只能在时速低于 25km/h 的时候才能够起作用）。如果有足够的空间可以进行泊车，系统会发出声音信号提示驾驶员，驾驶员可在停车后启动泊车辅助系统。在泊车辅助系统工作的时候，驾驶员不需要转动方向盘。自动控制系统能够控制车辆转向行进的全过程，如果驾驶员需要对车辆进行控制的话，只需转动方向盘，泊车系统就会自动退出。

法雷奥集团自动泊车系统

这套简化泊车的电子系统被命名为“Park4U”，依靠车身侧方的超声传感器来扫描道路两侧，测量车位的长度。当系统确认有足够的泊车空间，将通过指示器告知驾驶者。驾驶者继续向前行驶直至系统提示“开始位置”时，放开方向盘，只需控制速度和刹车即可泊车入位。

（3）多传感器融合的自动泊车系统

利用多种传感器实现多种工况下泊车位的监测，并控制车辆完成泊车动作。这方面有代表性的研究成果是：

大众的PA V系统（Park Assist Vision）

此系统目前处于商业演示阶段。该自动泊车系统通过配备在左右车门镜上的摄像头来识别泊车位置；防撞检测是通过车辆前后配备的摄像头和超声波传感器信息融合来完成，使用一个2GHz的高性能计算机来处理传感器信息。在这个改造后的驾驶系统里，方向盘的操作、油门、刹车、发动机停止及门锁等操作均可自动控制。大众新途安，已经成为第一款使用大众自动泊车系统的演示车型。

图3途安的泊车系统

Lexus LS460L 的自动泊车系统

该系统目前已经产品化，丰田在Lexus LS 460 L 上推出的的自动泊车助手/高级泊车引导系统（APGS）不仅对汽车设计技术，更是智能汽车发展演进过程中的一个历程碑。该系统具备侧位泊车和平行泊车两种功能，传感器采用摄像头与超声相融合的方式。如下图所示，平行泊车的工作过程为：

图4 Lexus LS460L 的自动泊车系统

首先，将车辆驾驶到泊车空间旁边。通过车保险杆上安装的超声波传感器探测出与前车和后车之间的距离。然后选择倒挡，后视摄像机就可以把车子后面的影象通过导航仪显示屏显示出来。触摸屏幕可以选择 LS460 的泊车位置是否正确，如果正确，那么，一个绿色的框子就会显示在屏幕上，显示了车子将要停靠的位置。如果 LS460 的位置选择有些许出入的话，那么，红色的框子会显示在屏幕上面。那么，驾驶者可以通过触摸屏来调整这个框子直到显示绿色。这样，就意味着停靠路径上是没有问题的。如果在停靠路径上显示了一个小旗子的话，那么说明在路径上有某种障碍物。比如，如果有别的车保险杠的一角挡在路径上，那么框子就不会变绿。这时调整一下框子的方位，在找到了没有障碍物的路径以后，框子就会变绿，驾驶员触摸屏幕上的OK钮，然后松开方向盘，自动泊车就可以开始。如果泊车过程中驾驶者转动方向盘或者踩下油门、刹车的话，自动泊车系统就会自行解除工作，交由驾驶者完成。

2.2国内自动泊车技术研究现状

目前，我们国内的汽车厂商目前还没有具备自动知识产权的自动泊车系统，也没有见到相关的产品研发报道。这方面的研究主要集中在高校、科研所进行一些理论仿真研究，多采用神经网络、模糊控制等进行泊车控制研究，其中有一些主要是在对模糊算法等算法本身的改进上。例如清华大学的于伟等人提出的模糊化控制方案，利用 Kosko 提出的模糊控制方案为出发点，然后再利用遗传算法对输入和输出变量的隶属度函数进行优化。北京师范大学杨昔阳等提出的自适应