CN103158703B

CN103158703B - 一种平行泊车的控制方法

Info

Publication number: CN103158703B
Application number: CN201310099932.1A
Authority: CN
Inventors: 颜波; 潘浩; 王勇萍
Original assignee: Beijing Jingwei Hirain Tech Co Ltd
Current assignee: Beijing Jingwei Hirain Tech Co Ltd
Priority date: 2013-03-26
Filing date: 2013-03-26
Publication date: 2016-04-06
Anticipated expiration: 2033-03-26
Also published as: CN103158703A

Abstract

本发明公开了一种平行泊车的控制方法，包括：获取泊车初始位置和泊车目标位置；根据所述泊车初始位置和泊车目标位置，获取第一控制点和第二控制点；根据所述泊车初始位置、泊车目标位置、第一控制点和第二控制点生成基于三阶贝塞尔曲线的规划泊车轨迹；基于规划泊车轨迹，采用轨迹跟踪法控制车辆泊车。本发明中构成泊车规划轨迹的三阶贝塞尔曲线生成简便、计算资源占用少，且解决了曲率突变的问题，因此本发明能够使得泊车过程更加流畅。同时采用轨迹跟踪法，实时获取实际运行轨迹与规划轨迹的误差、车速和车辆趋近障碍物侧和障碍物之间的距离，利用模糊控制方法实时修正车轮转角，因此本方法还能够降低泊车过程的误差和提高泊车安全性。

Description

一种平行泊车的控制方法

技术领域

本发明涉及自动泊车控制技术领域，更具体地说，涉及一种平行泊车的控制方法。

背景技术

目前，自动泊车辅助系统成为汽车最受欢迎的电子配备。目前普遍采用，根据通过泊车初始位置和泊车目标位置，确定的两段圆弧或辅以平滑曲线所构成的泊车轨迹路径进行泊车。

如图1所示，为两段圆弧法所构成的轨迹路径示意图，整个泊车轨迹由两段相切圆弧AC和圆弧CB组成，切点为C点。即当车辆位于平行泊车有效初始位置区域内时，控制车辆由A点（泊车初始位置）方向盘右打到指定角度行驶至C点，在C点控制方向盘左打到指定角度行驶至B点（泊车目标位置），到达B点后方向盘回正，完成泊车。

上述的基于两段圆弧所构成的泊车轨迹的泊车方法，存在的缺陷是，由于在泊车轨迹的C点位置存在曲率突变的问题，因此泊车过程中无法实现方向盘转角的突变，并且按照两段圆弧所构成的泊车轨迹进行泊车，要求车辆移动到C点时车速为零，方向盘由反向打到后车辆继续按照规划路径移动，但对于驾驶员来说，很难实现对车速的精确控制。因此，车速的影响必然导致车辆实际泊车轨迹和规划的理想轨迹存在一定误差，容易造成泊入车位后车身倾斜，甚至无法安全避障。

目前，另一种泊车方法是通过采用两圆弧段和至少两条平滑曲线段协同构成曲率连续的整个泊车路径轨迹，避免了泊车过程中方向盘转角的曲率突变问题，减小了泊车控制时车辆实际运行轨迹与规划的理想轨迹之间的误差，但是由两圆弧段和至少两条平滑曲线段协同构成曲率连续的整个泊车路径轨迹的控制方法对系统计算能力要求较高，且泊车过程不够流畅。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种平行泊车的控制方法，能够使得泊车轨迹生成简便、计算资源占用少和泊车过程流畅。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种平行泊车的控制方法，包括：

获取泊车初始位置和泊车目标位置；

根据所述泊车初始位置和泊车目标位置，获取第一控制点和第二控制点；

根据所述泊车初始位置、泊车目标位置、第一控制点和第二控制点生成基于三阶贝塞尔曲线的规划泊车轨迹；

基于所述规划泊车轨迹，采用轨迹跟踪法控制车辆泊车。

优选地，所述获取泊车初始位置和泊车目标位置具体为：

通过信息采集模块实时获取车辆与车位的相对位置关系和车辆周边环境信息；

通过数据处理模块根据所述车辆与车位的相对位置关系和车辆周边环境信息，以车辆后轴中点为参考点生成泊车的初始位置和泊车的目标位置。

优选地，所述根据所述泊车初始位置和泊车目标位置，获取第一控制点和第二控制点具体为：

获取由所述泊车初始位置和泊车目标位置构成的两相切圆的两圆半径；

设置远离障碍物方向的偏移距离；

根据所述泊车初始位置、泊车目标位置、两圆半径和偏移距离计算出第一控制点和第二控制点。

优选地，所述第一控制点和第二控制点的坐标表示为：

\{\begin{matrix} x_{kp 1} = (\frac{R_{1} + 0.5 \cdot W}{R_{1} + R_{2} + W}) \cdot (x_{start} + D) \\ y_{kp 1} = (1 - \frac{R_{1} + 0.5 \cdot W}{10 \cdot (R_{1} + R_{2} + W)}) \cdot y_{start} \end{matrix}

\{\begin{matrix} x_{kp 2} = (\frac{R_{2} + 0.5 \cdot W}{R_{1} + R_{2} + W}) \cdot (x_{end} + D) \\ y_{kp 2} = (1 - \frac{R_{2} + 0.5 \cdot W}{10 \cdot (R_{1} + R_{2} + W)}) \cdot y_{end} \end{matrix}

其中，Xkp1为第一控制点的横坐标，Ykp1为第一控制点的纵坐标，Xkp2为第二控制点的横坐标，Ykp2为第二控制点的纵坐标，R1为第一半径，R2为第二半径，Xstart为泊车初始位置横坐标，Ystart为泊车初始位置纵坐标，Xend为泊车目标位置横坐标，Yend为泊车目标位置纵坐标，D为远离障碍物方向的偏移距离，W为车身宽度。

优选地，所述根据所述初始位置、泊车目标位置、第一控制点和第二控制点生成基于三阶贝塞尔曲线的规划泊车轨迹为：

x (i) = x_{start} \cdot {(1 - \frac{i}{N})}^{3} + 3 \cdot x_{kp 1} \cdot \frac{i}{N} \cdot {(1 - \frac{i}{N})}^{2} + 3 \cdot x_{kp 2} \cdot {(\frac{i}{N})}^{2} \cdot (1 - \frac{i}{N}) + x_{end} \cdot {(\frac{i}{N})}^{3}

y (i) = y_{start} \cdot {(1 - \frac{i}{N})}^{3} + 3 \cdot y_{kp 1} \cdot \frac{i}{N} \cdot {(1 - \frac{i}{N})}^{2} + 3 \cdot y_{kp 2} \cdot {(\frac{i}{N})}^{2} \cdot (1 - \frac{i}{N}) + y_{end} \cdot {(\frac{i}{N})}^{3}

其中，Xkp1为第一控制点的横坐标，Ykp1为第一控制点的纵坐标，Xkp2为第二控制点的横坐标，Ykp2为第二控制点的纵坐标，Xstart为泊车初始位置横坐标，Ystart为泊车初始位置纵坐标，Xend为泊车目标位置横坐标，Yend为泊车目标位置纵坐标，N为构造点数。

优选地，基于所述规划泊车轨迹，采用轨迹跟踪法控制车辆泊车具体为：

通过轨迹跟踪模块获取车辆实际泊车轨迹与规划轨迹的位置误差和车辆实际航向角与规划航向角的误差；

根据所述车辆实际泊车轨迹与规划轨迹的位置误差和车辆实际航向角与规划航向角的误差，基于经验泊车知识库，采用模糊控制调整车辆的第一车轮转角；

车辆根据所述第一车轮转角泊车。

优选地，所述车辆根据所述第一车轮转角泊车后还包括：

通过轨迹跟踪模块获取车辆的车速；

根据获取的车辆的车速和预设的输出比例因子与车速的线性关系，输出调整车辆的车轮转角的比例因子；

根据所述车辆实际泊车轨迹与规划轨迹的位置误差、车辆实际航向角与规划航向角的误差和比例因子，采用模糊控制调整车辆的第二车轮转角；

车辆根据所述第二车轮转角泊车。

优选地，所述车辆根据所述第二车轮转角泊车后还包括：

通过轨迹跟踪模块获取车辆趋近障碍物侧和障碍物之间的距离；

根据所述车辆实际泊车轨迹与规划轨迹的位置误差、车辆实际航向角与规划航向角的误差、比例因子和车辆趋近障碍物侧和障碍物之间的距离，采用模糊控制调整车辆的第三车轮转角；

车辆根据所述第三车轮转角泊车。

优选地，所述经验泊车知识库为：用于调整车轮转角，且预先存储于轨迹跟踪模块中，预先经过泊车操作试验得到的库。

从上述的技术方案可以看出，本发明公开的一种平行泊车的控制方法，首先通过获取车辆泊车初始位置和泊车目标位置，根据泊车初始位置和泊车目标位置获取到第一控制点和第二控制点，然后根据泊车初始位置、泊车目标位置、第一控制点和第二控制点生成基于三阶贝塞尔曲线的规划泊车轨迹，最后基于生成的泊车规划轨迹，采用轨迹跟踪法控制车辆进行泊车。由于构成泊车规划轨迹的三阶贝塞尔曲线生成简便、计算资源占用少，且解决了传统理想相切圆法泊车路径曲率突变的问题，因此本方法能够使得泊车过程更加流畅，同时由于在泊车的控制过程中，通过所设计的轨迹跟踪法实时修正车轮转角，因此本方法还能够降低泊车过程的误差和提高泊车安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术的两段圆弧法构成的轨迹路径示意图；

图2为本发明实施例公开的一种平行泊车的控制方法的流程图；

图3为三阶贝塞尔曲线示意图；

图4为理想两相切圆泊车轨迹与三阶贝塞尔曲线构造的轨迹曲线图；

图5为本发明公开的一种基于规划泊车轨迹采用轨迹跟踪法控制车辆泊车的方法流程图；

图6为本发明公开的另一种基于规划泊车轨迹采用轨迹跟踪法控制车辆泊车的方法流程图；

图7为本发明公开的另一种基于规划泊车轨迹采用轨迹跟踪法控制车辆泊车的方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种平行泊车的控制方法，能够使得泊车轨迹生成简便、计算资源占用少和泊车过程流畅。

如图2所示，一种平行泊车的控制方法，包括：

S101、获取泊车初始位置和泊车目标位置；

S102、根据所述泊车初始位置和泊车目标位置，获取第一控制点和第二控制点；

S103、根据所述泊车初始位置、泊车目标位置、第一控制点和第二控制点生成基于三阶贝塞尔曲线的规划泊车轨迹；

S104、基于所述规划泊车轨迹，采用轨迹跟踪法控制车辆泊车。

在上述实施例公开的平行泊车的控制方法中，首先通过获取车辆泊车初始位置和泊车目标位置，根据泊车初始位置和泊车目标位置获取到第一控制点和第二控制点，然后根据泊车初始位置、泊车目标位置、第一控制点和第二控制点生成基于三阶贝塞尔曲线的规划泊车轨迹，最后基于生成的泊车规划轨迹，采用轨迹跟踪法控制车辆进行泊车。由于泊车规划轨迹的三阶贝塞尔曲线生成简便、计算资源占用少，且解决了传统理想相切圆法泊车路径曲率突变的问题，因此本方法能够使得泊车过程更加流畅，同时由于在泊车的控制过程中，通过轨迹跟踪法实时修正车轮转角，因此本方法还能够降低泊车过程的误差和提高泊车安全性。

具体的，上述获取泊车初始位置和泊车目标位置具体为：

具体的，上述根据所述泊车初始位置和泊车目标位置，获取第一控制点和第二控制点具体为：

设置远离障碍物方向的偏移距离；

具体的，如图3所示，为三阶贝塞尔曲线示意图，即规划泊车轨迹，曲线由泊车初始位置SP（Xstart，Ystart），泊车目标位置EP（Xend，Yend）、第一控制点KP1（Xkp1，Ykp1）和第二控制点KP2（Xkp2，Ykp2）定义。从泊车初始位置SP到第一控制点KP1之间的连线就是控制矢量KV1；从泊车目标位置EP到第二控制点KP2之间的连线就是控制矢量KV2。

其中，第一控制点和第二控制点的设计，采用基于两圆模式并结合避障约束的设计方法，当泊车初始位置和泊车目标位置确定后，根据理想两相切圆泊车轨迹的两圆半径和起点和终点坐标，确定第一控制点KP1和第二控制点KP2的位置，考虑到壁障安全，设置偏移距离D，两控制点坐标可表示为：

\{\begin{matrix} x_{kp 1} = (\frac{R_{1} + 0.5 \cdot W}{R_{1} + R_{2} + W}) \cdot (x_{start} + D) \\ y_{kp 1} = (1 - \frac{R_{1} + 0.5 \cdot W}{10 \cdot (R_{1} + R_{2} + W)}) \cdot y_{start} \end{matrix}

\{\begin{matrix} x_{kp 2} = (\frac{R_{2} + 0.5 \cdot W}{R_{1} + R_{2} + W}) \cdot (x_{end} + D) \\ y_{kp 2} = (1 - \frac{R_{2} + 0.5 \cdot W}{10 \cdot (R_{1} + R_{2} + W)}) \cdot y_{end} \end{matrix}

其中，R1，R2分别为两相切圆半径，Xkp1为第一控制点的横坐标，Ykp1为第一控制点的纵坐标，Xkp2为第二控制点的横坐标，Ykp2为第二控制点的纵坐标，Xstart为泊车初始位置横坐标，Ystart为泊车初始位置纵坐标，Xend为泊车目标位置横坐标，Yend为泊车目标位置纵坐标，D为偏移距离，W为车身宽度。

因此，根据泊车初始位置、泊车目标位置、第一控制点和第二控制点生成基于三阶贝塞尔曲线的规划泊车轨迹为：

x (i) = x_{start} \cdot {(1 - \frac{i}{N})}^{3} + 3 \cdot x_{kp 1} \cdot \frac{i}{N} \cdot {(1 - \frac{i}{N})}^{2} + 3 \cdot x_{kp 2} \cdot {(\frac{i}{N})}^{2} \cdot (1 - \frac{i}{N}) + x_{end} \cdot {(\frac{i}{N})}^{3}

y (i) = y_{start} \cdot {(1 - \frac{i}{N})}^{3} + 3 \cdot y_{kp 1} \cdot \frac{i}{N} \cdot {(1 - \frac{i}{N})}^{2} + 3 \cdot y_{kp 2} \cdot {(\frac{i}{N})}^{2} \cdot (1 - \frac{i}{N}) + y_{end} \cdot {(\frac{i}{N})}^{3}

其中，Xkp1为第一控制点的横坐标，Ykp1为第一控制点的纵坐标，Xkp2为第二控制点的横坐标，Ykp2为第二控制点的纵坐标，Xstart为泊车初始位置横坐标，Ystart为泊车初始位置纵坐标，Xend为泊车目标位置横坐标，Yend为泊车目标位置纵坐标，N为构造点数，N取值可在100～1000之间；可以根据计算资源情况，即处理器的处理能力，获得合适的曲线。

如图4所示，为理想两相切圆泊车轨迹与三阶贝塞尔曲线构造的轨迹曲线图，图中虚线为理想两相切圆轨迹，实线为三阶贝塞尔曲线，通过设置偏移距离D，使构造泊车轨迹线相对于理想曲线左移，即向远离障碍物方向偏移，提高了壁障安全性。

具体的，如图5所示，基于规划泊车轨迹采用轨迹跟踪法控制车辆泊车的一种实现方式为：

S201、通过轨迹跟踪模块获取车辆实际泊车轨迹与规划轨迹的位置误差和车辆实际航向角与规划航向角的误差；

S202、根据车辆实际泊车轨迹与规划轨迹的位置误差和车辆实际航向角与规划航向角的误差，采用模糊控制调整车辆的第一车轮转角；

S203、车辆根据第一车轮转角泊车。

上述的根据泊车轨迹的三阶贝塞尔曲线控制车辆泊车中，轨迹跟踪模块采用模糊控制方法，以实际泊车轨迹与规划轨迹在车辆侧向的位置误差（泊车路径误差ey）和车辆实际航向角与规划航向角的误差（姿态误差ea）作为输入，基于在轨迹跟踪模块中建立的经验泊车知识库，根据泊车路径误差ey和姿态误差ea程度及时调整车轮转角，保证车辆实际泊车路径与规划路径尽量接近，误差控制在可接受范围内。其中，经验泊车知识库是指预先经过大量经验丰富的驾驶员泊车操作试验得到的库，且预先存储于轨迹跟踪模块中，用于根据车辆位置误差和航向角误差调整车轮转角。

具体的，如图6所示，基于规划泊车轨迹采用轨迹跟踪法控制车辆泊车的另一种实现方式为：

S301、通过轨迹跟踪模块获取车辆实际泊车轨迹与规划轨迹的位置误差和车辆实际航向角与规划航向角的误差；

S302、通过轨迹跟踪模块获取车辆的车速；

S303、根据获取的车辆的车速和预设的输出比例因子与车速的线性关系，输出调整车辆的车轮转角的比例因子；

S304、根据所述车辆实际泊车轨迹与规划轨迹的位置误差、车辆实际航向角与规划航向角的误差和比例因子，采用模糊控制调整车辆的第二车轮转角；

S305、车辆根据第二车轮转角泊车。

上述的根据泊车轨迹的三阶贝塞尔曲线控制车辆泊车中，在上一控制车辆基于经验泊车知识库泊车的基础上，由于实际泊车过程中，车速对泊车轨迹误差的影响较大，因此轨迹跟踪模块必须能够有效控制车速对泊车轨迹误差的影响。本发明通过建立模糊系统输出比例因子Kv与车速的线性关系，当车速较高时，增大系统输出比例因子Kv，通过放大目标车轮转角的方式提高误差补偿的灵敏度，使车辆能够及时修正轨迹误差，减小因车速过快引起的泊车路径拟合误差，使泊车轨迹误差控制在可接受范围内。

具体的，如图7所示，基于规划泊车轨迹采用轨迹跟踪法控制车辆泊车的另一种实现方式为：

S401、通过轨迹跟踪模块获取车辆实际泊车轨迹与规划轨迹的位置误差和车辆实际航向角与规划航向角的误差；

S402、通过轨迹跟踪模块获取车辆的车速；

S403、根据获取的车辆的车速和预设的输出比例因子与车速的线性关系，输出调整车辆的车轮转角的比例因子；

S404、通过轨迹跟踪模块获取车辆趋近障碍物侧和障碍物之间的距离；

S405、根据车辆实际泊车轨迹与规划轨迹的位置误差、车辆实际航向角与规划航向角的误差、比例因子和车辆趋近障碍物侧和障碍物之间的距离，采用模糊控制调整车辆的第三车轮转角；

S406、车辆根据第三车轮转角泊车。

上述的根据泊车轨迹的三阶贝塞尔曲线控制车辆泊车中，在上一控制车辆基于经验泊车知识库泊车的基础上，考虑到泊车避障的安全性，采用了增大车辆趋近障碍物的侧向位置误差权重系数Kd的方法设计模糊逻辑规则，在车辆实际泊车过程中，一旦车辆侧向位移超出规划路径轨迹，通过所设计的模糊控制规则及时调整车轮转角，限制了泊车过程中车辆的侧向位移，使车辆实际路径位于规划路径的远离障碍物一侧，保证了泊车避障的安全性。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种平行泊车的控制方法，其特征在于，包括：

获取泊车初始位置和泊车目标位置；

基于所述规划泊车轨迹，采用轨迹跟踪法控制车辆泊车，具体为：

车辆根据所述第一车轮转角泊车。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取泊车初始位置和泊车目标位置具体为：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述泊车初始位置和泊车目标位置，获取第一控制点和第二控制点具体为：

设置远离障碍物方向的偏移距离；

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一控制点和第二控制点的坐标表示为：

\{\begin{matrix} x_{k p 1} = (\frac{R_{1} + 0.5 \cdot W}{R_{1} + R_{2} + W}) \cdot (x_{s t a r t} + D) \\ y_{k p 1} = (1 - \frac{R_{1} + 0.5 \cdot W}{10 \cdot (R_{1} + R_{2} + W)}) \cdot y_{s t a r t} \end{matrix}

\{\begin{matrix} x_{k p 2} = (\frac{R_{2} + 0.5 \cdot W}{R_{1} + R_{2} + W}) \cdot (x_{e n d} + D) \\ y_{k p 2} = (1 - \frac{R_{2} + 0.5 \cdot W}{10 \cdot (R_{1} + R_{2} + W)}) \cdot y_{e n d} \end{matrix}

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述泊车初始位置、泊车目标位置、第一控制点和第二控制点生成基于三阶贝塞尔曲线的规划泊车轨迹为：

x (i) = x_{s t a r t} \cdot {(1 - \frac{i}{N})}^{3} + 3 \cdot x_{k p 1} \cdot \frac{i}{N} \cdot {(1 - \frac{i}{N})}^{2} + 3 \cdot x_{k p 2} \cdot {(\frac{i}{N})}^{2} \cdot (1 - \frac{i}{N}) + x_{e n d} \cdot {(\frac{i}{N})}^{3}

y (i) = y_{s t a r t} \cdot {(1 - \frac{i}{N})}^{3} + 3 \cdot y_{k p 1} \cdot \frac{i}{N} \cdot {(1 - \frac{i}{N})}^{2} + 3 \cdot y_{k p 2} \cdot {(\frac{i}{N})}^{2} \cdot (1 - \frac{i}{N}) + y_{e n d} \cdot {(\frac{i}{N})}^{3}

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述车辆根据所述第一车轮转角泊车后还包括：

通过轨迹跟踪模块获取车辆的车速；

车辆根据所述第二车轮转角泊车。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述车辆根据所述第二车轮转角泊车后还包括：

车辆根据所述第三车轮转角泊车。

8.根据权利要求1、权利要求6和权利要求7中任意一项所述的方法，其特征在于，所述经验泊车知识库为：用于调整车轮转角，且预先存储于轨迹跟踪模块中，预先经过泊车操作试验得到的库。