CN102407848A - 具有自动泊车与智能驾驶功能的控制器*** - Google Patents

具有自动泊车与智能驾驶功能的控制器*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有自动泊车与智能驾驶功能的控制器***，包括：传感器模块，用于探测环境信息，确定车位并实时反馈车辆位置信息；车载导航模块，用于实时确定车辆移动的位置；控制模块，用于根据所述传感器模块提供的信息，在线实时计算目标车位参数和车辆相对位置，判断可行性并确定自动泊车策略，或者用于根据所述车载导航模块提供的位置信息，在线实时计算车辆目前位置和目标位置的路径；及执行模块，用于根据所述控制模块提供的策略信息，控制方向盘和动力***以使所述车辆自动行驶到泊车位，或者用于根据所述控制模块提供的路径信息，控制方向盘和动力***以使所述车辆自动行驶。本发明能够在不需要驾驶者干预的情况下控制车辆自动完成泊车全过程以及在道路上自动行驶。

Description

具有自动泊车与智能驾驶功能的控制器***
技术领域
本发明涉及汽车控制技术领域，特别是涉及一种具有自动泊车与智能驾驶功能的控制器***。
背景技术
目前，由于汽车产业的飞速发展，越来越多的家庭开始拥有汽车。然而，对于很多新手而言，停车是个很大的难题。虽然现在很多汽车都开始使用倒车雷达作为倒车的辅助工具，但是因为驾驶者的技术不够熟练以及倒车雷达自身的盲区，因此仍然无法完全避免事故的发生，从而造成人员的伤亡以及车辆的损毁。
自动泊车***是一种通过探测车辆周围环境信息来找到合适的泊车位，从而控制车辆的转向、速度，使得车辆能够自主驶入泊车位的***。自动泊车提高了车辆的智能化水平和安全性，为实现车辆的自动驾驶打下基础。自动驾驶则是通过对车辆在路面位置的确定，通过导航信息实现汽车自主的驾驶。因此，自动泊车和智能驾驶具有相似的控制器设计要求，是智能化所涵盖的各种车辆操控中最具挑战性的课题之一。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种具有自动泊车与智能驾驶功能的控制器***，能够在不需要驾驶者干预的情况下控制车辆自动完成泊车全过程以及在道路上自动行驶。
为解决上述技术问题，本发明提供了以下技术方案：
一种具有自动泊车功能的控制器***，包括：
传感器模块，用于探测环境信息，确定车位并实时反馈车辆位置信息；
控制模块，用于根据所述传感器模块提供的信息，在线实时计算目标车位参数和车辆相对位置，判断可行性并确定自动泊车策略；及
执行模块，用于根据所述策略信息，控制方向盘和动力***以使所述车辆自动行驶到泊车位。
优选的，所述传感器模块包括摄像头和或超声波传感器组件。其中，所述超声波传感器组件包括8至12个超声波传感器，所述超声波传感器按照预定的规则分布在车辆的四周，每个超声波传感器通过CAN总线与所述车辆的主控制板通信。
优选的，所述超声波传感器包括：倒车雷达、车速传感器、角度传感器及矩阵传感器。
优选的，所述控制模块集成设置在所述车辆的主控制板上。
其中，所述控制模块包括：
运算单元，用于根据所述传感器模块提供的信息，在线实时计算目标车位参数和车辆相对位置，生成相应的地图信息；
确定单元，用于根据所述地图信息，判断所述车辆能否泊入目标车位所提供的空间，并生成泊车参考路径和相应的控制命令给所述执行模块。
其中，所述控制命令包括：车速命令和/转角命令。
优选的，所述执行模块包括：
制动控制单元，通过CAN总线与所述车辆的主控制板通信，用于根据主控制板发送到指令执行刹车操作，并将执行情况反馈给主控制板；
电子油门单元，通过CAN总线与所述车辆的主控制板通信，用于根据主控制板发送的指令执行操作，实现速度和牵引力控制；
电动转向单元，通过CAN总线与所述车辆的主控制板通信，用于根据传感器模块提供的信息，驱动转向电机实现包括自动回正和助力转向的各种转向控制。
优选的，所述执行模块还包括：
预测控制单元，用于纠正实际执行的路线偏差，以使所述车辆精确地按照参考路径泊车。
此外，本发明还提供一种具有自动泊车与智能驾驶功能的控制器***，包括：
传感器模块，用于探测环境信息，确定车位并实时反馈车辆位置信息；
车载导航模块，用于实时确定车辆移动的位置；
控制模块，用于根据所述传感器模块提供的信息，在线实时计算目标车位参数和车辆相对位置，判断可行性并确定自动泊车策略，或者用于根据所述车载导航模块提供的位置信息，在线实时计算车辆目前位置和目标位置的路径；及
执行模块，用于根据所述控制模块提供的策略信息，控制方向盘和动力***以使所述车辆自动行驶到泊车位，或者用于根据所述控制模块提供的路径信息，控制方向盘和动力***以使所述车辆自动行驶。
优选的，所述车载导航模块为全球定位***GPS与航位推算***DR的组合。
优选的，所述传感器模块包括摄像头和或超声波传感器组件，其中，所述超声波传感器组件包括8至12个超声波传感器，所述超声波传感器按照预定的规则分布在车辆的四周，每个超声波传感器通过CAN总线与所述车辆的主控制板通信。
优选的，所述控制模块包括：
运算单元，用于根据所述传感器模块提供的信息，在线实时计算目标车位参数和车辆相对位置，生成相应的地图信息；
确定单元，用于根据所述地图信息，判断所述车辆能否泊入目标车位所提供的空间，并生成泊车参考路径和相应的控制命令给所述执行模块。
优选的，所述执行模块包括：
制动控制单元，通过CAN总线与所述车辆的主控制板通信，用于根据主控制板发送到指令执行刹车操作，并将执行情况反馈给主控制板；
电子油门单元，通过CAN总线与所述车辆的主控制板通信，用于根据主控制板发送的指令执行操作，实现速度和牵引力控制；
电动转向单元，通过CAN总线与所述车辆的主控制板通信，用于根据传感器模块提供的信息，驱动转向电机实现包括自动回正和助力转向的各种转向控制。
此外，所述执行模块还可以包括：预测控制单元，用于纠正实际执行的路线偏差，以使所述车辆精确地按照参考路径泊车。
与现有技术相比，本发明提供的具有自动泊车与智能驾驶功能的控制器***，能够在不需要驾驶者干预的情况下控制车辆自动完成泊车全过程以及在道路上自动行驶。这样，可以有效解决驾驶者的泊车烦恼，更能确保驾驶者的人身安全以及避免车辆的损毁，还提高了车辆的智能化水平，使车辆泊车和行驶可以在更安全、更方便的情况下实现。
以下结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行详细的说明，以使本发明的特性和优点更为明显。
附图说明
图1所示为根据本发明实施例提供的具有自动泊车功能的控制器***的框架示意图；
图2所示为根据本发明实施例提供的传感器模块的分布示意图；
图3所示为根据本发明实施例提供的通过传感器模块进行信息采样点流程图；
图4所示为根据本发明实施例提供的控制模块结构示意图；
图5所示为根据本发明实施例提供的执行模块结构示意图；
图6所示为根据本发明实施例提供的制动控制单元结构框图；
图7所示为根据本发明实施例提供的电子油门单元结构框图；
图8所示为根据本发明实施例提供的电动转向单元结构框图；
图9所示为根据本发明实施例提供的预测控制方法的流程图；
图10所示为根据本发明实施例提供的自动泊车示意图；
图11所示为根据本发明实施例提供的具有自动泊车与智能驾驶功能的控制器***的框架示意图；
图12所示为根据本发明实施例提供的具有自动泊车与智能驾驶功能的控制器***的一种具体实现结构示意图。
具体实施方式
以下将对本发明的实施例给出详细的说明。尽管本发明将结合一些具体实施方式进行阐述和说明，但需要注意的是本发明并不仅仅只局限于这些实施方式。相反，对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员将理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。在另外一些实例中，对于大家熟知的方法、流程、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
本发明基于汽车的运动学模型和自动泊车与驾驶的各个过程，从车身位置识别，路径规划及电动转向控制等多方面设计控制器***的实现原理和方式。通过安装摄像头和超声波传感器组群，实现对车身周边环境的自动感知；通过对方向盘进行电动转向控制，可以根据智能控制器的输出自动控制车辆运动轨迹，实现车辆泊车入位和智能驾驶。
下面将通过多个实施例对本发明的具体实现进行详细阐述。
图1所示为本发明实施例提供的具有自动泊车功能的控制器***的框架示意图。其中，所述具有自动泊车功能的控制器***包括：传感器模块101、控制模块102、及执行模块103；具体而言，通过所述传感器模块101探测环境信息，确定车位并实时反馈车辆位置信息，并将信息提供给所述控制模块102；所述控制模块102根据所述传感器模块101提供的信息，在线实时计算目标车位参数和车辆相对位置，判断可行性并确定自动泊车策略，并将策略信息提供给所述执行模块103；所述执行模块103根据所述策略信息，控制方向盘和动力***以使所述车辆自动行驶到泊车位。
在一个实施例中，所述传感器模块包括摄像头和或超声波传感器组件。其中，所述超声波传感器组件包括多个超声波传感器，例如该超声波传感器的具体数量可以介于8至12个之间。所述多个超声波传感器可以按照预定的规则分布在车辆的四周。图2所示为本发明实施例提供的传感器模块的分布示意图。在图2中，以所述传感器模块101包括12个超声波传感器为例进行说明。其中，在车头和车尾各安装一个超声波传感器，在车左前方、右前方、左后方、及右后方各安装一个超声波传感器，在车左侧中部和右侧中部分别安装一个超声波传感器。这样，每个超声波传感器都通过CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)总线与所述车辆的主控制板通信。因此，超声波传感器整体也可以建立一个环境地图，并且与单个摄像头所建立的场景信息相融合，以便实现最大定位可靠性和安全性。如图3所示，为本发明实施例提供的通过传感器模块进行信息采样点流程图。其中，在步骤301中，超声波传感器通过超声波测距并传给微处理器定位，与此同时，在步骤302中，摄像头成像，然后进行帧图像同步提取，最后，在步骤303中，超声波传感器整体建立的环境地图与通过摄像头建立的场景信息进行有效的融合，最终显示出合成图像。此外，所述多个超声波传感器可以有很多种，例如可以包括：倒车雷达、车速传感器、角度传感器及矩阵传感器等，本发明对此不作限制。
如图4所示，为本发明实施例提供的控制模块结构示意图。所述控制模块102包括：运算单元410和确定单元420；其中：所述运算单元410根据所述传感器模块101提供的信息，在线实时计算目标车位参数和车辆相对位置，生成相应的地图信息并将该信息提供给所述确定单元；所述确定单元420根据所述地图信息，判断所述车辆能否泊入目标车位所提供的空间，并生成泊车参考路径和相应的控制命令给所述执行模块103。其中，所述控制命令包括：车速命令和/转角命令。
此外，在一个实施例中，所述控制模块102可以集成设置在所述车辆的主控制板上。另外，在实际应用中，可以通过对实际停车场调研，结合对自动泊车的设计要求，建立低速下倒车的运动学模型，并且在仿真软件，如Simulink，中搭建相应的模型。从仿真分析入手，得到可行区域的规划路径，通过对自动泊车***的仿真确保控制算法的正确，并在此基础上通过模糊控制算法对路径进行优化。
如图5所示，为本发明实施例提供的执行模块结构示意图。所述执行模块103包括：制动控制单元510、电子油门单元520及电动转向单元530。其中，所述制动控制单元510通过CAN总线与所述车辆的主控制板通信，根据主控制板发送的指令执行刹车操作，并将执行情况反馈给主控制板，如图6所示。所述电子油门单元520通过CAN总线与所述车辆的主控制板通信，根据主控制板发送的指令执行操作，实现速度和牵引力控制，如图7所示。所述电动转向单元530CAN总线与所述车辆的主控制板通信，根据传感器模块提供的信息，驱动转向电机实现包括自动回正和助力转向的各种转向控制，如图8所示。
此外，所述执行模块103还可以进一步包括预测控制单元，其内部设置用于纠正实际执行的路线偏差的预测控制方法，以使执行过程形成闭环控制，从而确保所述车辆能够精确地按照参考路径泊车。如图9所示，为本发明实施例提供的预测控制方法的流程图。结合图10所示的自动泊车示意图，对预测控制方法的具体实现过程简单说明如下：
在步骤901中，寻找泊车空间；这里所述的泊车空间依据实际环境的不同而不同。
在步骤902中，判断泊车位是否合适，如果不合适，则转入步骤901中继续寻找泊车空间，直到寻找到合适的泊车位为止。否则，进入步骤903；
在步骤903中，车辆移动到预备倒车位置；
在步骤904中，判断预备倒车位置是否到达，如果没有到达，则转入步骤903车辆继续移动，直到到达预备倒车位置为止。否则，进入步骤905；
在步骤905中，倒车进入泊车位；
在步骤906中，判断车辆距离边界是否过近，如果没有过近，则转入步骤905中车辆继续倒车进入泊车位，直到到达泊车位为止。否则，进入步骤907；
在步骤907中，车辆在泊车位内微调；
在步骤908中，判断车辆是否达到预计泊车位置，如果没有，则转入步骤907中车辆继续在泊车位内微调，直到到达预计泊车位置为止。
如图11所示，为本发明实施例提供的具有自动泊车与智能驾驶功能的控制器***的框架示意图。其中，所述具有自动泊车与智能驾驶功能的控制器***包括：传感器模块1101、车载导航模块1100、控制模块1102、及执行模块1103。具体而言，通过所述传感器模块1101探测环境信息，确定车位并实时反馈车辆位置信息；和/或通过所述车载导航模块1100实时确定车辆移动的位置；所述控制模块1102根据所述传感器模块1101提供的信息，在线实时计算目标车位参数和车辆相对位置，判断可行性并确定自动泊车策略，或者根据所述车载导航模块1100提供的位置信息，在线实时计算车辆目前位置和目标位置的路径；所述执行模块1103根据所述控制模块1102提供的策略信息，控制方向盘和动力***以使所述车辆自动行驶到泊车位，或者用于根据所述控制模块1102提供的路径信息，控制方向盘和动力***以使所述车辆自动行驶。对于各个模块的具体结构及功能可以参照前述各个实施例的说明，相同或类似的部分此处就不再赘述。
在一个实施例中，所述车载导航模块1100为全球定位***GPS与航位推算***DR的组合。这是由于全球定位***(Global Positioning System，GPS)是一种广泛使用的最新卫星定位***，在地球上空分布有24颗卫星，用户通过GPS接收机接收卫星的信号，就可以实时地获得高精度的三维位置/速度和时间信息。但就目前陆地车辆导航***而言，无论是在城市还是在郊区，GPS卫星信号都有可能会受到高楼或者隧道等障碍物的遮挡，因此仅用现有GPS导航定位***来实现连续不间断的定位是很困难的甚至是不可能的；而车辆航位推算***(DeadReckoning，DR)是一种自主式的车辆导航***，它能利用陀螺及里程仪的传感信息来实时地记录和推算出当前的位置，具有短时间内精度高，然而其导航误差会随时间积累。因此，本发明将现有的GPS***和DR***组合起来构成车载导航***，既可以很好的解决车辆短时间内会丢失GPS卫星信号的问题，又可以避免DR***的误差随时间积累性，从而能够更加有效的确定车辆移动的位置。
图12所示为根据本发明实施例提供的具有自动泊车与智能驾驶功能的控制器***的一种具体实现结构示意图。从图12中可以看到，由激光雷达和超声波传感器组构成的传感器模块，以及由制动控制***、电子油门及电动转向***构成的执行模块都可以通过CAN总线与车辆的主控制板通信。其中，首先通过激光雷达和超声波传感器组探测环境信息，确定车位并实时反馈车辆位置信息；和/或通过GPS/DR实时确定车辆移动的位置；然后集成在主控制板上的控制模块根据所述激光雷达和超声波传感器组提供的信息，在线实时计算目标车位参数和车辆相对位置，判断可行性并确定自动泊车策略，或者根据GPS/DR提供的位置信息，在线实时计算车辆目前位置和目标位置的路径；最后通过制动控制***根据主控制板发送的指令执行刹车操作，并将执行情况反馈给主控制板，和/或通过电子油门根据主控制板发送的指令执行操作，实现速度和牵引力控制，和/或通过电动转向***根据传感器模块提供的信息，驱动转向电机实现包括自动回正和助力转向的各种转向控制。从而，实现车辆自动泊车以及在道路上自主行驶的功能。
综上所述，本发明提供的具有自动泊车与智能驾驶功能的控制器***，能够在不需要驾驶者干预的情况下控制车辆自动完成泊车全过程以及在道路上自动行驶。这样，可以有效解决驾驶者的泊车烦恼，更能确保驾驶者的人身安全以及避免车辆的损毁，还提高了车辆的智能化水平，使车辆泊车和行驶可以在更安全、更方便的情况下实现。
上文具体实施方式和附图仅为本发明的常用实施例。显然，在不脱离权利要求书所界定的本发明精神和发明范围的前提下可以有各种增补、修改和替换。本领域技术人员应该理解，本发明在实际应用中可根据具体的环境和工作要求在不背离发明准则的前提下在形式、结构、布局、比例、材料、元素、组件及其它方面有所变化。因此，在此披露的实施例仅用于说明而非限制，本发明的范围由所附权利要求及其合法等同物界定，而不限于此前的描述。

Claims (15)

1.一种具有自动泊车功能的控制器***，其特征在于，包括：
传感器模块，用于探测环境信息，确定车位并实时反馈车辆位置信息；
控制模块，用于根据所述传感器模块提供的信息，在线实时计算目标车位参数和车辆相对位置，判断可行性并确定自动泊车策略；及
执行模块，用于根据所述策略信息，控制方向盘和动力***以使所述车辆自动行驶到泊车位。
2.根据权利要求1所述的具有自动泊车功能的控制器***，其特征在于，所述传感器模块包括摄像头和或超声波传感器组件。
3.根据权利要求2所述的具有自动泊车功能的控制器***，其特征在于，所述超声波传感器组件包括8至12个超声波传感器，所述超声波传感器按照预定的规则分布在车辆的四周，每个超声波传感器通过CAN总线与所述车辆的主控制板通信。
4.根据权利要求3所述的具有自动泊车功能的控制器***，其特征在于，所述超声波传感器包括：倒车雷达、车速传感器、角度传感器及矩阵传感器。
5.根据权利要求1所述的具有自动泊车功能的控制器***，其特征在于，所述控制模块集成设置在所述车辆的主控制板上。
6.根据权利要求1所述的具有自动泊车功能的控制器***，其特征在于，所述控制模块包括：
运算单元，用于根据所述传感器模块提供的信息，在线实时计算目标车位参数和车辆相对位置，生成相应的地图信息；
确定单元，用于根据所述地图信息，判断所述车辆能否泊入目标车位所提供的空间，并生成泊车参考路径和相应的控制命令给所述执行模块。
7.根据权利要求6所述的具有自动泊车功能的控制器***，其特征在于，所述控制命令包括：车速命令和/转角命令。
8.根据权利要求1所述的具有自动泊车功能的控制器***，其特征在于，所述执行模块包括：
制动控制单元，通过CAN总线与所述车辆的主控制板通信，用于根据主控制板发送到指令执行刹车操作，并将执行情况反馈给主控制板；
电子油门单元，通过CAN总线与所述车辆的主控制板通信，用于根据主控制板发送的指令执行操作，实现速度和牵引力控制；
电动转向单元，通过CAN总线与所述车辆的主控制板通信，用于根据传感器模块提供的信息，驱动转向电机实现包括自动回正和助力转向的各种转向控制。
9.根据权利要求8所述的具有自动泊车功能的控制器***，其特征在于，所述执行模块还包括：
预测控制单元，用于纠正实际执行的路线偏差，以使所述车辆精确地按照参考路径泊车。
10.一种具有自动泊车与智能驾驶功能的控制器***，其特征在于，包括：
传感器模块，用于探测环境信息，确定车位并实时反馈车辆位置信息；
车载导航模块，用于实时确定车辆移动的位置；
控制模块，用于根据所述传感器模块提供的信息，在线实时计算目标车位参数和车辆相对位置，判断可行性并确定自动泊车策略，或者用于根据所述车载导航模块提供的位置信息，在线实时计算车辆目前位置和目标位置的路径；及
执行模块，用于根据所述控制模块提供的策略信息，控制方向盘和动力***以使所述车辆自动行驶到泊车位，或者用于根据所述控制模块提供的路径信息，控制方向盘和动力***以使所述车辆自动行驶。
11.根据权利要求10所述的具有自动泊车与智能驾驶功能的控制器***，其特征在于，所述车载导航模块为全球定位***GPS与航位推算***DR的组合。
12.根据权利要求10所述的具有自动泊车与智能驾驶功能的控制器***，其特征在于，所述传感器模块包括摄像头和或超声波传感器组件，其中，所述超声波传感器组件包括8至12个超声波传感器，所述超声波传感器按照预定的规则分布在车辆的四周，每个超声波传感器通过CAN总线与所述车辆的主控制板通信。
13.根据权利要求10所述的具有自动泊车与智能驾驶功能的控制器***，其特征在于，所述控制模块包括：
运算单元，用于根据所述传感器模块提供的信息，在线实时计算目标车位参数和车辆相对位置，生成相应的地图信息；
确定单元，用于根据所述地图信息，判断所述车辆能否泊入目标车位所提供的空间，并生成泊车参考路径和相应的控制命令给所述执行模块。
14.根据权利要求10所述的具有自动泊车与智能驾驶功能的控制器***，其特征在于，所述执行模块包括：
制动控制单元，通过CAN总线与所述车辆的主控制板通信，用于根据主控制板发送到指令执行刹车操作，并将执行情况反馈给主控制板；
电子油门单元，通过CAN总线与所述车辆的主控制板通信，用于根据主控制板发送的指令执行操作，实现速度和牵引力控制；
电动转向单元，通过CAN总线与所述车辆的主控制板通信，用于根据传感器模块提供的信息，驱动转向电机实现包括自动回正和助力转向的各种转向控制。
15.根据权利要求14所述的具有自动泊车与智能驾驶功能的控制器***，其特征在于，所述执行模块还包括：
预测控制单元，用于纠正实际执行的路线偏差，以使所述车辆精确地按照参考路径泊车。
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