專利名稱：智能泊車系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種車輛控制系統，尤其涉及一種車輛智能泊車系統，屬于自動 泊車控制領域。
背景技術：
近些年，隨著車輛普及化的趨勢越來越快，泊車已是駕車員不得不面對的問題。然而由于駕駛新手經驗有限，尤其是方向感較差的女性駕駛員，泊車成為他們駕車遇到的最大困難之一。自動泊車從上世紀90年代開始研究，目前自動泊車的方法主要是基于車輛動力學模型的軌跡跟蹤方法，其核心思想是通過傳感器的環(huán)境信息規(guī)劃合適的路徑，然后通過控制車輛的轉向及速度跟蹤軌跡，達到泊車目的。該方法的缺陷在于建模的復雜性和經典控制算法的魯棒性較差。眾所周知，汽車是一個復雜的非線性系統，建立其精確動力學模型是幾乎不能完成的任務，簡化的模型往往會帶來控制性能的缺失。而泊車的過程需要較精確地控制，否則很可能和臨近車輛或其他障礙物碰撞，這也是自動泊車系統一直難以實用化的原因之一。經典控制算法實現泊車控制往往存在精度低、魯棒性差的問題。因為根據環(huán)境信息規(guī)劃的路徑一般來說曲率都比較大，這給跟蹤帶來了很高的難度，因此經典控制理論對于泊車這樣的控制任務并非最好的選擇。

實用新型內容本實用新型針對現有自動泊車技術存在的缺陷，而提出一種控制效果好、實時性高的智能平行泊車系統。該泊車系統是由環(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)行單元作用于車輛。所述環(huán)境感知單元包括圖像采集系統及車載距離探測系統，優(yōu)選地，圖像采集系統為安裝在車身四周的CCD傳感器，車載距離探測系統為毫米波雷達。所述中央決策單元采用微處理器實現。所述控制單元由一組模糊泊車控制器連接PID控制器組成，優(yōu)選地，模糊泊車控制器采用單片機NLX230實現。所述電控執(zhí)行單元包括電控AMT和電動轉向機構，該單元執(zhí)行控制單元的輸出結
^ ο本實用新型具有如下技術效果(1)本實用新型采用模糊控制實現泊車，減輕了建模的負擔，提高了控制的魯棒性，且算法的可移植性強，不同的車輛只需更新輸入變量隸屬度函數即可完成車輛的泊車控制器設計。(2)本實用新型采用瀑布式控制結構，減輕了圖像處理實時性不高對整個系統控制的影響。[0013](3)本實用新型在模糊控制的基礎上增加了一層決策層，模擬駕駛員的思維模式進行控制，符合人們處理問題的思路，使得控制自適應能力加強。(4)系統帶有 一套友好的人機界面，可以實時監(jiān)控車外環(huán)境信息，駕駛員可以根據自動泊車情況和個人習慣微調泊車方位。(5)具有手動泊車和自動泊車兩種工作模式。

圖1為本實用新型的結構原理圖。圖2為本實用新型的概括結構示意圖。圖3為本實用新型的系統控制流程圖。圖4為平行泊車示意圖，圖中標號1、3表示泊車環(huán)境中的其他車輛；標號2表示待泊車輛；標號2’表示泊車位置。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型做進一步說明。如圖1所示，本實用新型的結構是由環(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)行單元作用于車輛。概括來講，如圖2所示，本實用新型系統分為四大模塊環(huán)境信息采集模塊、中央決策及控制模塊(CPU)、人機接口模塊以及汽車自帶的電控執(zhí)行模塊。各個模塊之間通過汽車內部CAN BUS總線相互通信。下面分別對各模塊做進一步說明。環(huán)境信息采集模塊，也就是所謂的環(huán)境感知層，包含兩類數據采集任務1)圖像采集任務，其是通過安裝在車身四周的CCD傳感器來采集圖像信息，采集的圖像信息顯示在人機界面上，供駕駛員實時監(jiān)控泊車時車外的狀況；2)距離采集任務，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身周圍的毫米波雷達獲得精確的距離信息，具體來說就是獲得車身與側面車身的距離x(如圖4示，下同)以及距離其他障礙物的距離，供報警和緊急制動使用。中央決策單元由微處理器實現，它接收環(huán)境信息采集模塊傳回來的數據，進行融合并計算出控制器需要的環(huán)境狀態(tài)參數。具體的任務有1)判斷當前的行車狀態(tài)是否危險，如果距離障礙物小于臨界距離(0. Im)，立即發(fā)出緊急制動指令；2)根據計算出的環(huán)境參數，結合數據庫中已存的模糊控制器，選擇控制單元中最適合當前側向距離χ的泊車控制器，這一步是決定泊車成敗的關鍵。模糊控制系統是在中央決策單元之下的控制系統。下面闡述如何根據不同的側向距離X設計相對應的模糊控制器。本實用新型的特點就在于所有模糊泊車控制器均是學習優(yōu)秀駕駛員的泊車經驗設計得到，將駕駛員的泊車經驗轉變成模糊隸屬度函數，其采用如下思路1)首先將車輛按照規(guī)范停放在車位的正確位置，請η個不同的駕駛員將車從泊車點開出去，要求是出去之后必須保證和側面的車輛平行且車尾相切(圖4示)。顯而易見， 由于不同駕駛員的習慣差異，側向距離χ肯定不盡相同。原因有兩點，其一是每個駕駛員打方向的大小不同(這里假設有經驗的優(yōu)秀駕駛員都是一把打方向到位，期間不進行微調)，其二是回轉方向盤的時刻不同(駕駛員必須先左打方向再右打方向，才可以保證和側方的車平行)；2)根據汽車車身的剛性假設，將上述開車出庫過程倒過來就是平行泊車。在上一步中記錄下每個駕駛員打的方向角h、Ci2和回方向時刻t，進行模糊規(guī)則提取，可以得到符合該側向距離χ的模糊規(guī)則，將學習得到的模糊規(guī)則寫進模糊控制器的知識庫，一個仿優(yōu)秀駕駛員泊車經驗的模糊控制器就設計完成了。重復上述步驟可以得到η個側向距離的模糊泊車控制器，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NLX230實現。模糊控制系統通過PID控制器輸出合適的轉向角到電控執(zhí)行單元(電控AMT和電動轉向機構)對車輛進行控制，PID控制器可以保證準確地控制到輸出的轉向角。泊車的速度設定在5km/h左右，保證在泊車過程中不會出現由于速度太大導致的失控狀態(tài)。人機接口模塊的顯示器與中央處理器通過CAN BUS相連，其數據來源為車載攝像機系統。為了防止傳感器誤檢帶來的安全隱患，車載顯示器可將車外的狀態(tài)實時反映給駕駛員，以供駕駛員在必要的時候對行車做適當的干涉，加強泊車的安全性。同時CCD傳感器獲得車位邊界線的位置，中央處理器據此進行判斷是否已經停到合適的位置，如果沒有，車輛將沿原軌跡倒回，重新匹配新的模糊泊車控制器。如圖3所示為本實用新型系統的控制流 程圖。當司機準備泊車時，首先將車開到圖4所示的“2”位置，然后啟動智能泊車系統。此時環(huán)境信息采集模塊開始工作，首先毫米波雷達獲得當前車輛距離側方車輛距離X，中央決策單元將得到的距離與η種模糊控制設定的距離進行比對，根據最相近的距離進行匹配，確定該種側向距離下選擇何種模糊控制器來完成泊車任務。確定了合適的模糊控制器后，電控執(zhí)行單元將根據控制單元輸出的轉向角度及轉向時間完成執(zhí)行動作。為了保證倒車時保持恒定的速度，設定怠速的車速為 5km/h左右，因此在不加油門的條件下，倒車的速度是恒定的，省去了縱向控制的步驟，減輕了控制系統的復雜性。為了加強整車泊車的安全性，中央處理器會實時監(jiān)測車身與周圍障礙物的距離，控制器的控制周期為25ms左右，因此在一次控制周期內，車身的前進距離不超過4cm，安全性得到了保證。毫米波雷達工作周期肯定滿足控制要求，由于圖像處理的實時性只能達到24幀/秒左右，因此只能采用插值來滿足控制要求。
權利要求1.一種智能泊車系統，其特征在于該泊車系統是由環(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)行單元作用于車輛。
2.根據權利要求1所述的智能泊車系統，其特征在于所述環(huán)境感知單元包括圖像采集系統和車載距離探測系統，其中圖像采集系統為安裝在車身四周的CCD傳感器，車載距離探測系統為毫米波雷達。
3.根據權利要求1所述的智能泊車系統，其特征在于所述中央決策單元采用微處理器實現。
4.根據權利要求1所述的智能泊車系統，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控制器，低層控制器為PID控制器。
5.根據權利要求1所述的智能泊車系統，其特征在于所述電控執(zhí)行單元包括電控AMT 和電動轉向機構。
6.根據權利要求4所述的智能泊車系統，其特征在于所述模糊泊車控制器采用單片機NLX230實現。
專利摘要本實用新型公開了一種智能泊車系統，屬于自動泊車控制領域。該泊車系統是由環(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)行單元作用于車輛。其中環(huán)境感知單元用于獲取車身的位置信息及環(huán)境中障礙物的距離信息；中央決策單元根據環(huán)境信息進行匹配，選擇合適的泊車控制器；控制單元由一組模糊泊車控制器連接PID控制器組成，每一模糊泊車控制器均是學習優(yōu)秀駕駛員泊車經驗得到，并采用單片機NLX230實現；電控執(zhí)行單元用于執(zhí)行控制單元的輸出結果，對轉向盤執(zhí)行控制。本實用新型提高了泊車的安全性和準確性，控制自適應能力強。
文檔編號B60W30/06GK201941763SQ20112004655
公開日2011年8月24日 申請日期2011年2月24日 優(yōu)先權日2011年2月24日
發(fā)明者凌銳, 張延召, 張慧玉, 毛建國, 沈峘 申請人:南京航空航天大學