CN111547045A - 一种垂直车位自动泊车方法及装置 - Google Patents

一种垂直车位自动泊车方法及装置 Download PDF

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CN111547045A CN202010366025.9A CN202010366025A CN111547045A CN 111547045 A CN111547045 A CN 111547045A CN 202010366025 A CN202010366025 A CN 202010366025A CN 111547045 A CN111547045 A CN 111547045A
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Abstract

本发明提供垂直车位自动泊车方法及装置，方法包括：步骤1、接收泊车指令，控制本车以预设车速前行；步骤2、识别合适空车位；步骤3、当检测到合适空车位后，控制本车预占车位，所述预占车位包括规划和执行直线前进、左转向前进；步骤4、倒车入库，包括规划和执行右转向倒车、入库。本发明提高了自动泊车成功率。

Description

一种垂直车位自动泊车方法及装置
技术领域
本发明涉及自动泊车技术领域，尤其涉及一种垂直车位自动泊车方法及装置。
背景技术
随着汽车自动泊车传感器技术的发展和自动泊车软件算法的提升，自动泊车技术已越来越成熟。在现有的自动泊车技术中，当车辆检测到车库后，需要本车完全驶离已检测到的车位，直至与下一车位平行的位置为止后，再执行自动泊车。在本车驶离已检测到的车位后，可能被后方跟随车辆抢占车位，导致目标泊车路线被后方跟随车辆挡住，无法执行自动泊车。
因此，现有技术有待进一步改进。
发明内容
本发明提供一种垂直车位自动泊车方法及装置，旨在解决现有技术中的缺陷，提高自动泊车成功率。
为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：
本发明一方面提供一种垂直车位自动泊车方法，包括：
步骤1、接收泊车指令，控制本车以预设车速前行；
步骤2、识别合适空车位；
步骤3、当检测到合适空车位后，控制本车预占车位，所述预占车位包括规划和执行直线前进、左转向前进；
步骤4、倒车入库，包括规划和执行右转向倒车、入库。
具体地，所述步骤2包括：
步骤201、识别当前待定车位后方车位内车辆的车头右角点f；
步骤202、识别当前待定车位的近端左角点Q1；
步骤203、以所述当前待定车位的近端左角点Q1点为原点O，建立车位平面坐标系XOY；
步骤204、检测所述当前待定车位大小；
步骤205、判断所述当前待定车位是否为合适空车位。
具体地，所述步骤205包括：
步骤2051、判断所述当前待定车位长度与本车长度之差是否大于预设安全长度，判断当前所述待定车位的宽度与本车宽度之差是否大于预设安全宽度，是则进入下一步，否则判断所述当前待定车位为不合适车位；
步骤2052、判断所述当前待定车位内是否存在障碍物，是则判断所述当前待定车位为不合适车位，否则判断所述当前待定车位为合适空车位。
具体地，所述规划和执行直线前进的步骤包括：
步骤31a、获取所述第一标记点C1的起始坐标；
步骤31b、计算所述第一标记点C1的直线前进轨迹方程；
步骤31c、根据所述直线前进轨迹方程，确定所述第一标记点C1直线前进行驶到轨迹终点E1的第一距离l1；
步骤31d、根据本车的行驶速度v，计算本车的第一行驶距离s1；
步骤31e、检测本车运动轨迹上是否存在障碍物，是则控制本车停止行驶，进入下一步，否则执行步骤31g；
步骤31f、判断是否接收到取消本次泊车的信息，是则结束本次泊车，否则返回步骤31e；
步骤31g、判断所述第一行驶距离s1是否等于所述第一距离l1，是则判断直线前进已完成，否则返回步骤31e。
具体地，所述直线前进轨迹方程为：
(y11-y10)(x-x10)＝(x11-x10)(y-y10)
其中，x11、y11为所述第一标记点C1直线前进轨迹终点E1的坐标值。
具体地，所述规划和执行左转向前进的步骤包括：
步骤32a、以所述第一标记点C1直线前进轨迹终点E1为所述第一标记点C1在左转向前进阶段的起始坐标；
步骤32b、计算本车左转向前进轨迹的边界约束方程组；
步骤32c、计算所述第一标记点C1的左转向前进轨迹方程；
步骤32d、根据所述左转向前进轨迹方程和左转向前进轨迹的边界约束方程组，计算所述第一标记点C1左转向前进行驶到轨迹终点M1的第一转向摆角θ1；
步骤32e、根据本车的行驶速度v，计算本车的第一行驶偏航角
Figure BDA0002476773420000032
步骤32f、检测本车运动轨迹上是否存在障碍物，是则控制本车停止行驶，进入下一步，否则执行步骤32h；
步骤32g、判断是否接收到取消本次泊车的信息，是则结束本次泊车，否则返回步骤32f；
步骤32h、判断所述第一行驶偏航角
Figure BDA0002476773420000033
是否等于所述第一转向摆角θ1，是则判断左转向前进已完成，否则返回步骤32f。
具体地，所述左转向前进轨迹的边界约束方程组为：
Figure BDA0002476773420000031
其中，K表示本车车身宽度；R1表示本车左转向前进轨迹的转向圆半径；xo1、yo1表示本车左转向前进轨迹圆心坐标值；θ1表示本车左转向前进轨迹的第一转向摆角；D0表示车位前边界线与本车右边侧向车体的垂直距离；D4表示本车左边侧向车体与最近障碍物的垂直距离；d1表示本车左转向前进过程中所述第四标记点C4点到左侧障碍物的安全间距离；x11、y11表示所述第一标记点C1直线前进轨迹终点E1的坐标值；x12、y12表示所述第一标记点C1左转向前进轨迹终点M1的坐标值；x22表示所述第二标记点C2左转向前进轨迹终点M2的横坐标值；y42表示所述第四标记点C4左转向前进轨迹终点M4的纵坐标值；x2、y2表示空车位远端左角点Q2点的坐标值。
具体地，所述左转向前进轨迹方程为：
(x-xo1)2+(y-yo1)2＝(x11-xo1)2+(y11-yo1)2
其中，xo1、yo1表示本车左转向前进轨迹的转向圆心坐标值；x11、y11表示所述第一标记点C1直线前进轨迹终点E1的坐标值。
具体地，所述规划和执行右转向倒车的步骤包括：
步骤41a、以所述第一标记点C1左转向前进轨迹终点M1为所述第一标记点C1在右转向倒车阶段的起始坐标；
步骤41b、确定本车右转向倒车轨迹的边界约束方程组；
步骤41c、计算所述第一标记点C1的右转向倒车轨迹方程；
步骤41d、根据所述右转向倒车轨迹方程和右转向倒车轨迹的边界约束方程组，确定所述第一标记点C1右转向倒车行驶到轨迹终点N1的第二转向摆角θ2；
步骤41e、根据本车的行驶速度v，计算本车的第二行驶偏航角
Figure BDA0002476773420000041
步骤41f、检测本车运动轨迹上是否存在障碍物，是则控制本车停止行驶，进入下一步，否则执行步骤41h；
步骤41g、判断是否接收到取消本次泊车的信息，是则结束本次泊车，否则返回步骤41f；
步骤41h、判断所述第二行驶偏航角
Figure BDA0002476773420000042
是否等于所述第二行驶偏航角θ2，是则判断右转向倒车已完成，否则执行步骤41f。
具体地，所述右转向倒车轨迹的边界约束方程组为：
Figure BDA0002476773420000051
其中，K表示本车车身宽度；R1表示本车左转向前进轨迹的转向圆半径；R2表示本车右转向倒车轨迹的转向圆半径；d2表示本车右转向倒车过程中第三标记点C3点到空车位近端左角点Q1点的安全间距；d3表示本车右转向倒车过程中第一标记点C1点到空车位远端左角点Q2点的安全间距；xo1、yo1表示本车左转向前进轨迹的转向圆心坐标值；xo2、yo2表示本车右转向倒车轨迹的转向圆心坐标值；θ1表示本车左转向前进轨迹的第一转向摆角；θ2表示本车右转向倒车轨迹的第二转向摆角；x12、y12表示所述第一标记点C1左转向前进轨迹终点M1的坐标值；x13、y13表示所述第一标记点C1右转向倒车轨迹终点N1的坐标值；θN1表示本车车辆相对初始起点位置的转向摆角；x1、y1表示点空车位近端左角点Q1的坐标值；x33、y33表示所述第三标记点C3右转向倒车轨迹终点N3的坐标值。
具体地，所述右转向倒车轨迹方程为：
(x-xo2)2+(y-yo2)2＝(x12-xo2)2+(y12-yo2)2
式中，xo2、yo2表示本车右转向倒车轨迹的转向圆心坐标值。
具体地，所述规划和执行入库的步骤包括：
步骤42a、以所述第一标记点C1右转向倒车轨迹终点N1为所述第一标记点C1在入库阶段的起始坐标；
步骤42b、确定本车入库轨迹的边界约束方程组；
步骤42c、计算所述第一标记点C1的入库轨迹方程；
步骤42d、根据所述入库轨迹方程和入库轨迹的边界约束方程组，确定所述第一标记点C1入库行驶到轨迹终点P1的第二距离l2；
步骤42e、根据本车的行驶速度v，计算本车入库的第二行驶距离s2；
步骤42f、检测本车运动轨迹上是否存在障碍物，是则控制本车停止行驶，进入下一步，否则执行步骤42h；
步骤42g、判断是否接收到取消本次泊车的信息，是则结束本次泊车，否则返回步骤42f；
步骤42h、判断所述第二行驶距离s2是否等于所述第二距离l2，是则判断入库已完成，否则返回步骤42f。
具体地，所述入库轨迹的边界约束方程组为：
Figure BDA0002476773420000061
其中，x14、y14表示第一标记点C1入库轨迹终点P1的坐标值；θp1表示本车相对初始起点位置的转向摆角；y3表示空车位远端右角点Q3的纵坐标值；y24表示第二标记点C2入库轨迹终点P2的纵坐标值；y34表示第三标记点C3入库轨迹终点P3的纵坐标值；d4表示完成泊车时第二标记点C2点到车位后边界线Q3Q4的安全间距；d5表示停车时第三标记点C3点到车位后边界线Q3Q4的安全间距。
具体地，所述入库轨迹方程为：
(y13-y14)(x-x13)＝(x13-x14)(y-y13)
其中，x13、y13表示第一标记点C1右转向倒车轨迹终点N1的坐标值；x14、y14表示第一标记点C1入库轨迹终点P1的坐标值。
本发明另一方面提供一种垂直车位自动泊车装置，包括：
处理模块，以及与所述处理模块模块连接的侧向摄像头、侧向远距离雷达、前部短距离雷达阵列、后部短距离雷达阵列以及人机交互模块；
所述侧向摄像头用于采集车身周边的环境图像；
所述侧向远距离雷达用于检测车位深度；
所述前部短距离雷达阵列、后部短距离雷达阵列用于采集障碍物距离信息；
所述处理模块用于处理摄像头和雷达数据，进行车位识别、障碍物识别、规划泊车路线，执行泊车控制；
所述人机交互模块用于输入自动泊车指令。
具体地，所述处理模块包括车位识别单元、轨迹计算单元、障碍物检测单元、轨迹判断单元、泊车取消单元；所述车位识别单元、轨迹计算单元、轨迹判断单元依次连接，所述障碍物检测单元还与所述轨迹判断单元、泊车取消单元连接；
所述车位识别单元用于根据所述侧向摄像头、侧向远距离雷达发送的数据完成车位识别检测；
所述轨迹计算单元用于计算自动泊车各阶段的边界约束方程组和轨迹方程；
所述障碍物检测单元用于检测本车运动轨迹上是否存在障碍物；
所述轨迹判断单元用于平判断当前运动轨迹是否完成；
所述泊车取消单元用于取消当前自动泊车。
进一步地，所述垂直车位自动泊车装置还包括与所述处理模块连接并用于显示泊车的路线和人机交互界面的显示模块。
具体地，所述侧向摄像头为左摄像头或/和右摄像头；所述侧向远距离雷达为左前远距离雷达或/和右前远距离雷达；所述侧向摄像头安装在车辆靠近驾驶位或副驾驶位一侧的车身部位；所述侧向远距离雷达安装在车头与车辆左边或右边侧向车体结合部。
具体地，所述前部短距离雷达阵列安装位置为：在车头与车辆左边侧向车体结合部、车头与车辆右边侧向车体结合部各安装一个短距离雷达，在这两个短距离雷达之间的车头再等间距安装两个短距离雷达；所述后部短距离雷达阵列安装位置为：在车尾与车辆左边侧向车体结合部、车尾与车辆右边侧向车体结合部个安装一个短距离雷达，在这两个短距离雷达之间的车尾再等间距安装两个短距离雷达。
本发明的有益效果在于：本发明通过通过接收泊车指令，识别合适空车位，当检测到合适空车位后预占车位，再倒车入库，实现了提前预占车位，提高自动泊车成功率。
附图说明
图1是本发明的垂直车位自动泊车方法的流程示意图；
图2是本发明的车位及车位平面坐标系的示意图；
图3是本发明的各标记点及目标泊车点的示意图；
图4是本发明的执行直线前行的轨迹图；
图5是本发明的执行左转向前进的轨迹图；
图6是本发明的执行右转向倒车的轨迹图；
图7是本发明的执行入库的轨迹图；
图8是本发明的垂直车位自动泊车装置的结构示意图；
图9是本发明的处理模块的结构示意图；
图10是本发明的各摄像头、雷达的安装位置示意图。
具体实施方式
下面结合附图具体阐明本发明的实施方式，附图仅供参考和说明使用，不构成对本发明专利保护范围的限制。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种垂直车位自动泊车方法，包括：
步骤1、接收泊车指令，控制本车以预设车速前行。
所述预设车速低于20km/h。
步骤2、识别合适空车位。
如图2所示，记当前待定车位的4个垂直角点为近端左角点Q1、远端左角点Q2、远端右角点Q3、近端右角点Q4；e点为当前待定车位前方车位内车辆的车头左角点，f点为当前待定车位后车位内车辆的车头右角点；Q1Q2为车位前边界线，Q3Q4为车位后边界线，Q2Q3为车位右边界线，Q1Q4为车位左边界线。
在本实施例中，所述步骤2包括：
步骤201、识别当前待定车位后方车位内车辆的车头右角点f。
在本实施例中，可以通过雷达或图像识别的方式来检测识别当前待定车位后方车位内车辆的车头右角点f，本发明对此不做限定。
步骤202、识别当前待定车位的近端左角点Q1。
在本实施例中，通过图像识别的方式来检测识别当前待定车位的近端左角点Q1。
步骤203、以所述当前待定车位的近端左角点Q1点为原点O，建立车位平面坐标系XOY。
所述Q1、Q2、Q3、Q4、e、f点在车位平面坐标系XOY中的分别表示为：Q1(x1，y1)，Q4(x4，y4)，Q3(x3，y3)，Q2(x2，y2)，e(x5，y5)，f(x6，y6)。
步骤204、检测所述当前待定车位大小。
在本实施例中，所述步骤204包括：
若识别到所述近端左角点Q1、远端左角点Q2、远端右角点Q3、近端右角点Q4，且当前待定车位前方车位内车辆的车尾左角点e的横坐标x5大于所述远端左角点Q2的横坐标x2，则当前待定车位长度为远端左角点Q2横坐标x2与近端左角点Q1横坐标x1之差，当前待定车位宽度为远端左角点Q2纵坐标y2与远端右角点Q3纵坐标之差y3；
若识别出近端左角点Q1、远端左角点Q2、近端右角点Q4、当前待定车位前方车位内车辆的车头左角点e，且当前待定车位前方车位内车辆的车头左角点e的横坐标x5小于所述远端左角点Q2的横坐标x2，当前待定车位后方车位内车辆的车头右角点f的横坐标x6为负，则当前待定车位长度为当前待定车位前方车位内车辆的车尾左角点e的横坐标x5与近端左角点Q1横坐标之差x1，车位宽度为近端左角点Q1纵坐标y1与近端右角点Q4纵坐标之差y4；
若识别出近端左角点Q1、远端左角点Q2、远端右角点Q3，且当前待定车位前方车位内车辆的车头左角点e的横坐标x5大于远端左角点Q2横坐标x2，当前待定车位后方车位内车辆的车头右角点f的横坐标x6为正，则当前待定车位长度为远端左角点Q2横坐标x2与当前待定车位后方车位内车辆的车头右角点f的横坐标x6之差，车位宽度为远端左角点Q2纵坐标y2与远端右角点Q3纵坐标y3之差；
若识别出近端左角点Q1、远端左角点Q2、当前待定车位前方车位内车辆的车头左角点e，且当前待定车位前方车位内车辆的车头左角点e的横坐标x5小于远端左角点Q2的横坐标x2，当前待定车位后方车位内车辆的车头右角点f的横坐标x6为正，则车位长度为当前待定车位前方车位内车辆的车头左角点e的横坐标x5与当前待定车位后方车位内车辆的车头右角点f的横坐标x6之差；检测到车位垂直深度D3、车位左边界线Q1Q2与本车右边侧向车体的垂直距离D0，车位宽度为所述车位垂直深度D3与所述垂直距离D0之差。
步骤205、判断所述当前待定车位是否为合适空车位。
在本实施例中，所述步骤205包括：
步骤2051、判断所述当前待定车位长度与本车长度之差是否大于预设安全长度，判断当前所述待定车位的宽度与本车宽度之差是否大于预设安全宽度，是则进入下一步，否则判断所述当前待定车位为不合适车位；
步骤2052、判断所述当前待定车位内是否存在障碍物，是则判断所述当前待定车位为不合适车位，否则判断所述当前待定车位为合适空车位。
步骤3、当检测到合适空车位后，控制本车预占车位，所述预占车位包括规划和执行直线前进、左转向前进。
如图3所示，第一标记点C1为本车后右轮中心点在XOY坐标系的投影点，表示为C1(x10，y10)；第二标记点C2为本车车尾与本车右边侧向车体结合部最突出点在XOY坐标系的投影点，表示为C2(x20，y20)；第三标记点C3为本车车尾与本车左边侧向车体结合部最突出点在XOY坐标系的投影点，表示为C3(x30，y30)；第四标记点C4为本车车头与本车左边侧向车体结合部最突出点在XOY坐标系的投影点，表示为C4(x40，y40)；P1表示所述第一标记点C1的目标泊车点，表示为P1(x14，y14)；P2表示所述第二标记点C2的目标泊车点，表示为P2(x24，y24)；P3表示第三标记点C3的目标泊车点，表示为P3(x34，y34)；P4表示第四标记点C4的目标泊车点，表示为P4(x44，y44)。
由于所述第一标记点C1、第二标记点C2、第三标记点C3、第四标记点C4都是车身上固定不变的点，因此所述第二标记点C2、第三标记点C3、第四标记点C4可以用包含所述第一标记点C1参数的函数F(x，y，θ)，G(x，y，θ)，H(x，y，θ)来表示它们之间的关系。同样，所述第二标记点C2的目标泊车点P2、第三标记点C3的目标泊车点P3、第四标记点C4的目标泊车点P4可以用所述第一标记点C1的目标泊车点P1参数的函数F(x，y，θ)，G(x，y，θ)，H(x，y，θ)表示，即：
所述第二标记点C2坐标表示为：
Figure BDA0002476773420000114
其中，θc1表示本车初始起点位置的转向摆角。
所述第三标记点C3坐标表示为：
Figure BDA0002476773420000115
其中，θc1表示车辆初始起点位置的转向摆角。
所述第四标记点C4坐标表示为：
Figure BDA0002476773420000111
其中，θc1表示本车初始起点位置的转向摆角。
所述第二标记点C2的目标泊车点P2坐标表示为：
Figure BDA0002476773420000112
其中，θp1表示本车最终泊车位置相对初始起点位置的转向摆角。
所述第三标记点C3的目标泊车点P3坐标表示为：
Figure BDA0002476773420000113
其中，θp1表示本车最终泊车位置相对初始起点位置的转向摆角。
所述第四标记点C4的目标泊车点P4坐标表示为：
Figure BDA0002476773420000121
其中，θp1表示本车最终泊车位置相对初始起点位置的转向摆角。
图4示出了本车执行直线前行的轨迹图，图中E1表示所述第一标记点C1的直线前进轨迹终点。
在本实施例中，所述规划和执行直线前进的步骤包括：
步骤31a、获取所述第一标记点C1的起始坐标。
在本实施例中，所述所述第一标记点C1的横坐标x10满足如下关系：
x1-δ≤x10＜x1，其中δ为本车右外后视镜到所述第一标记点C1点的水平距离。
步骤31b、计算所述第一标记点C1的直线前进轨迹方程。
在本实施例中，所述直线前进轨迹方程为：
(y11-y10)(x-x10)＝(x11-x10)(y-y10)
其中，x11、y11为所述第一标记点C1直线前进轨迹终点E1的坐标值。
步骤31c、根据所述直线前进轨迹方程，确定所述第一标记点C1直线前进行驶到轨迹终点E1的第一距离l1。
在本实施例中，所述第一距离
Figure BDA0002476773420000122
步骤31d、根据本车的行驶速度v，计算本车的第一行驶距离s1。
在本实施例中，所述第一行驶距离
Figure BDA0002476773420000123
其中，t1为本车的第一行驶时间。
步骤31e、检测本车运动轨迹上是否存在障碍物，是则控制本车停止行驶，进入下一步，否则执行步骤31g。
步骤31f、判断是否接收到取消本次泊车的信息，是则结束本次泊车，否则返回步骤31e。
步骤31g、判断所述第一行驶距离s1是否等于所述第一距离l1，是则判断直线前进已完成，否则返回步骤31e。
图5示出了本车执行左转向前进的轨迹图，图中M1、M2、M3、M4分别表示第一标记点C1、第二标记点C2、第三标记点C3、第四标记点C4的左转向前进轨迹终点。
在本实施例中，所述规划和执行左转向前进的步骤包括：
步骤32a、以所述第一标记点C1直线前进轨迹终点E1为所述第一标记点C1在左转向前进阶段的起始坐标。
步骤32b、计算本车左转向前进轨迹的边界约束方程组。
在本实施例中，所述左转向前进轨迹的边界约束方程组为：
Figure BDA0002476773420000131
其中，K表示本车车身宽度；R1表示本车左转向前进轨迹的转向圆半径；xo1、yo1表示本车左转向前进轨迹圆心坐标值；θ1表示本车左转向前进轨迹的第一转向摆角；D0表示车位前边界线与本车右边侧向车体的垂直距离；D4表示本车左边侧向车体与最近障碍物的垂直距离；d1表示本车左转向前进过程中所述第四标记点C4点到左侧障碍物的安全间距离；x11、y11表示所述第一标记点C1直线前进轨迹终点E1的坐标值；x12、y12表示所述第一标记点C1左转向前进轨迹终点M1的坐标值；x22表示所述第二标记点C2左转向前进轨迹终点M2的横坐标值；y42表示所述第四标记点C4左转向前进轨迹终点M4的纵坐标值；x2、y2表示空车位远端左角点Q2点的坐标值。
步骤32c、计算所述第一标记点C1的左转向前进轨迹方程。
在本实施例中，所述左转向前进轨迹方程为：
(x-xo1)2+(y-yo1)2＝(x11-xo1)2+(y11-yo1)2
其中，xo1、yo1表示本车左转向前进轨迹的转向圆心坐标值；x11、y11表示所述第一标记点C1直线前进轨迹终点E1的坐标值。
步骤32d、根据所述左转向前进轨迹方程和左转向前进轨迹的边界约束方程组，计算所述第一标记点C1左转向前进行驶到轨迹终点M1的第一转向摆角θ1。
步骤32e、根据本车的行驶速度v，计算本车的第一行驶偏航角
Figure BDA0002476773420000141
在本实施例中，所述第一行驶偏航角
Figure BDA0002476773420000142
其中，t2为本车的第二行驶时间。
步骤32f、检测本车运动轨迹上是否存在障碍物，是则控制本车停止行驶，进入下一步，否则执行步骤32h。
步骤32g、判断是否接收到取消本次泊车的信息，是则结束本次泊车，否则返回步骤32f。
步骤32h、判断所述第一行驶偏航角
Figure BDA0002476773420000143
是否等于所述第一转向摆角θ1，是则判断左转向前进已完成，否则返回步骤32f。
步骤4、倒车入库，包括规划和执行右转向倒车、入库。
图6示出了本车执行右转向倒车的轨迹图，图中N1、N2、N3、N4分别表示第一标记点C1、第二标记点C2、第三标记点C3、第四标记点C4的右转向倒车轨迹终点。
在本实施例中，所述规划和执行右转向倒车的步骤包括：
步骤41a、以所述第一标记点C1左转向前进轨迹终点M1为所述第一标记点C1在右转向倒车阶段的起始坐标。
步骤41b、确定本车右转向倒车轨迹的边界约束方程组。
在本实施例中，所述右转向倒车轨迹的边界约束方程组为：
Figure BDA0002476773420000151
其中，K表示本车车身宽度；R1表示本车左转向前进轨迹的转向圆半径；R2表示本车右转向倒车轨迹的转向圆半径；d2表示本车右转向倒车过程中第三标记点C3点到空车位近端左角点Q1点的安全间距；d3表示本车右转向倒车过程中第一标记点C1点到空车位远端左角点Q2点的安全间距；xo1、yo1表示本车左转向前进轨迹的转向圆心坐标值；xo2、yo2表示本车右转向倒车轨迹的转向圆心坐标值；θ1表示本车左转向前进轨迹的第一转向摆角；θ2表示本车右转向倒车轨迹的第二转向摆角；x12、y12表示所述第一标记点C1左转向前进轨迹终点M1的坐标值；x13、y13表示所述第一标记点C1右转向倒车轨迹终点N1的坐标值；θN1表示本车车辆相对初始起点位置的转向摆角；x1、y1表示点空车位近端左角点Q1的坐标值；x33、y33表示所述第三标记点C3右转向倒车轨迹终点N3的坐标值。
步骤41c、计算所述第一标记点C1的右转向倒车轨迹方程。
在本实施例中，所述右转向倒车轨迹方程为：
(x-xo2)2+(y-yo2)2＝(x12-xo2)2+(y12-yo2)2
式中，xo2、yo2表示本车右转向倒车轨迹的转向圆心坐标值。
步骤41d、根据所述右转向倒车轨迹方程和右转向倒车轨迹的边界约束方程组，确定所述第一标记点C1右转向倒车行驶到轨迹终点N1的第二转向摆角θ2。
步骤41e、根据本车的行驶速度v，计算本车的第二行驶偏航角
Figure BDA0002476773420000152
在本实施例中，所述第二行驶偏航角
Figure BDA0002476773420000153
其中，t3为本车的第三行驶时间。
步骤41f、检测本车运动轨迹上是否存在障碍物，是则控制本车停止行驶，进入下一步，否则执行步骤41h。
步骤41g、判断是否接收到取消本次泊车的信息，是则结束本次泊车，否则返回步骤41f。
步骤41h、判断所述第二行驶偏航角
Figure BDA0002476773420000161
是否等于所述第二行驶偏航角θ2，是则判断右转向倒车已完成，否则执行步骤41f。
图7示出了本车执行入库的轨迹图，图中P1、P2、P3、P4分别表示第一标记点C1、第二标记点C2、第三标记点C3、第四标记点C4的入库轨迹终点。
在本实施例中，所述规划和执行入库的步骤包括：
步骤42a、以所述第一标记点C1右转向倒车轨迹终点N1为所述第一标记点C1在入库阶段的起始坐标。
步骤42b、确定本车入库轨迹的边界约束方程组。
在本实施例中，所述入库轨迹的边界约束方程组为：
Figure BDA0002476773420000162
其中，x14、y14表示第一标记点C1入库轨迹终点P1的坐标值；θp1表示本车相对初始起点位置的转向摆角；y3表示空车位远端右角点Q3的纵坐标值；y24表示第二标记点C2入库轨迹终点P2的纵坐标值；y34表示第三标记点C3入库轨迹终点P3的纵坐标值；d4表示完成泊车时第二标记点C2点到车位后边界线Q3Q4的安全间距；d5表示停车时第三标记点C3点到车位后边界线Q3Q4的安全间距。
步骤42c、计算所述第一标记点C1的入库轨迹方程。
在本实施例中，所述入库轨迹方程为：
(y13-y14)(x-x13)＝(x13-x14)(y-y13)
其中，x13、y13表示第一标记点C1右转向倒车轨迹终点N1的坐标值；x14、y14表示第一标记点C1入库轨迹终点P1的坐标值。
步骤42d、根据所述入库轨迹方程和入库轨迹的边界约束方程组，确定所述第一标记点C1入库行驶到轨迹终点P1的第二距离l2。
在本实施例中，所述第二距离
Figure BDA0002476773420000171
步骤42e、根据本车的行驶速度v，计算本车入库的第二行驶距离s2。
在本实施例中，所述第二行驶距离
Figure BDA0002476773420000172
其中，t4为本车的第三行驶时间。
步骤42f、检测本车运动轨迹上是否存在障碍物，是则控制本车停止行驶，进入下一步，否则执行步骤42h。
步骤42g、判断是否接收到取消本次泊车的信息，是则结束本次泊车，否则返回步骤42f。
步骤42h、判断所述第二行驶距离s2是否等于所述第二距离l2，是则判断入库已完成，否则返回步骤42f。
实施例2
如图8所示，本实施例提供一种垂直车位自动泊车装置，包括：
处理模块，以及与所述处理模块模块连接的侧向摄像头、侧向远距离雷达、前部短距离雷达阵列、后部短距离雷达阵列以及人机交互模块；
所述侧向摄像头用于采集车身周边的环境图像；
所述侧向远距离雷达用于检测车位深度；
所述前部短距离雷达阵列、后部短距离雷达阵列用于采集障碍物距离信息；
所述处理模块用于处理摄像头和雷达数据，进行车位识别、障碍物识别、规划泊车路线，执行泊车控制；
所述人机交互模块用于输入自动泊车指令。
如图9所示，所述处理模块包括车位识别单元、轨迹计算单元、障碍物检测单元、轨迹判断单元、泊车取消单元；所述车位识别单元、轨迹计算单元、轨迹判断单元依次连接，所述障碍物检测单元还与所述轨迹判断单元、泊车取消单元连接；
所述车位识别单元用于根据所述侧向摄像头、侧向远距离雷达发送的数据完成车位识别检测；
所述轨迹计算单元用于计算自动泊车各阶段的边界约束方程组和轨迹方程；
所述障碍物检测单元用于检测本车运动轨迹上是否存在障碍物；
所述轨迹判断单元用于平判断当前运动轨迹是否完成；
所述泊车取消单元用于取消当前自动泊车。
在本发明的另一个实施例中，还包括与所述处理模块连接并用于显示泊车的路线和人机交互界面的显示模块。
所述侧向摄像头为左摄像头或/和右摄像头；所述侧向远距离雷达为左前远距离雷达或/和右前远距离雷达。
容易理解的是，当侧向摄像头为左摄像头时，与其匹配的所述侧向远距离雷达为左前远距离雷达；当侧向摄像头为右摄像头时，与其匹配的所述侧向远距离雷达为右前远距离雷达。当然，为了同时监测车道左右两侧的车位，可以同时安装左摄像头、右摄像头，以及与其匹配的左前远距离雷达、右前远距离雷达。
图10所示出了本发明各摄像头、雷达的安装位置。
在本实施例中，所述侧向摄像头可被识别像素的覆盖距离为至少10m。
所述侧摄像头的数量和具体安装位置需根据摄像头的水平FOV(Field of view，视场角)能够覆盖停车位的4个角点来确定。
在本实施例中，所述侧向摄像头为全景摄像头。全景摄像头的水平FOV大于等于180°，能确保在泊车过程中侧向摄像头拍摄的图像能覆盖停车位的4个角点。
所述侧向摄像头安装在车辆靠近驾驶位或副驾驶位一侧的车身部位(例如左右外后视镜上)。
在本实施例中，所述前部短距离雷达阵列、后部短距离雷达阵列组成的水平FOV需大于120°。
所述短距离雷达的数量可根据雷达水平FOV与实际需要覆盖的车头及车尾区域确定。
在本实施例中，前部短距离雷达阵列、后部短距离雷达阵列各由4个短距离雷达组成。
所述前部短距离雷达阵列安装位置为：在车头与车辆左边侧向车体结合部、车头与车辆右边侧向车体结合部各安装一个短距离雷达，在这两个短距离雷达之间的车头再等间距安装两个短距离雷达。
所述后部短距离雷达阵列安装位置为：在车尾与车辆左边侧向车体结合部、车尾与车辆右边侧向车体结合部个安装一个短距离雷达，在这两个短距离雷达之间的车尾再等间距安装两个短距离雷达。
在本实施例中，侧向远距离雷达的水平FOV不低于30°。
在本实施例中，所述侧向远距离雷达安装在车头与车辆左边或右边侧向车体结合部。
本装置的工作过程如上述自动泊车方法所述，在此不再赘述。
以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例，不能以此来限定本发明的权利保护范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (19)

1.一种垂直车位自动泊车方法，其特征在于，包括：
步骤1、接收泊车指令，控制本车以预设车速前行；
步骤2、识别合适空车位；
步骤3、当检测到合适空车位后，控制本车预占车位，所述预占车位包括规划和执行直线前进、左转向前进；
步骤4、倒车入库，包括规划和执行右转向倒车、入库。
2.根据权利要求1所述的垂直车位自动泊车方法，其特征在于，所述步骤2包括：
步骤201、识别当前待定车位后方车位内车辆的车头右角点f；
步骤202、识别当前待定车位的近端左角点Q1；
步骤203、以所述当前待定车位的近端左角点Q1点为原点O，建立车位平面坐标系XOY；
步骤204、检测所述当前待定车位大小；
步骤205、判断所述当前待定车位是否为合适空车位。
3.根据权利要求2所述的垂直车位自动泊车方法，其特征在于，所述步骤205包括：
步骤2051、判断所述当前待定车位长度与本车长度之差是否大于预设安全长度，判断当前所述待定车位的宽度与本车宽度之差是否大于预设安全宽度，是则进入下一步，否则判断所述当前待定车位为不合适车位；
步骤2052、判断所述当前待定车位内是否存在障碍物，是则判断所述当前待定车位为不合适车位，否则判断所述当前待定车位为合适空车位。
4.根据权利要求1所述的垂直车位自动泊车方法，其特征在于，所述规划和执行直线前进的步骤包括：
步骤31a、获取所述第一标记点C1的起始坐标；
步骤31b、计算所述第一标记点C1的直线前进轨迹方程；
步骤31c、根据所述直线前进轨迹方程，确定所述第一标记点C1直线前进行驶到轨迹终点E1的第一距离l1；
步骤31d、根据本车的行驶速度v，计算本车的第一行驶距离s1；
步骤31e、检测本车运动轨迹上是否存在障碍物，是则控制本车停止行驶，进入下一步，否则执行步骤31g；
步骤31f、判断是否接收到取消本次泊车的信息，是则结束本次泊车，否则返回步骤31e；
步骤31g、判断所述第一行驶距离s1是否等于所述第一距离l1，是则判断直线前进已完成，否则返回步骤31e。
5.根据权利要求4所述的垂直车位自动泊车方法，其特征在于，所述直线前进轨迹方程为：
(y11-y10)(x-x10)＝(x11-x10)(y-y10)
其中，x11、y11为所述第一标记点C1直线前进轨迹终点E1的坐标值。
6.根据权利要求5所述的垂直车位自动泊车方法，其特征在于，所述规划和执行左转向前进的步骤包括：
步骤32a、以所述第一标记点C1直线前进轨迹终点E1为所述第一标记点C1在左转向前进阶段的起始坐标；
步骤32b、计算本车左转向前进轨迹的边界约束方程组；
步骤32c、计算所述第一标记点C1的左转向前进轨迹方程；
步骤32d、根据所述左转向前进轨迹方程和左转向前进轨迹的边界约束方程组，计算所述第一标记点C1左转向前进行驶到轨迹终点M1的第一转向摆角θ1；
步骤32e、根据本车的行驶速度v，计算本车的第一行驶偏航角
Figure FDA0002476773410000021
步骤32f、检测本车运动轨迹上是否存在障碍物，是则控制本车停止行驶，进入下一步，否则执行步骤32h；
步骤32g、判断是否接收到取消本次泊车的信息，是则结束本次泊车，否则返回步骤32f；
步骤32h、判断所述第一行驶偏航角
Figure FDA0002476773410000032
是否等于所述第一转向摆角θ1，是则判断左转向前进已完成，否则返回步骤32f。
7.根据权利要求6所述的垂直车位自动泊车方法，其特征在于，所述左转向前进轨迹的边界约束方程组为：
Figure FDA0002476773410000031
其中，K表示本车车身宽度；R1表示本车左转向前进轨迹的转向圆半径；xo1、yo1表示本车左转向前进轨迹圆心坐标值；θ1表示本车左转向前进轨迹的第一转向摆角；D0表示车位前边界线与本车右边侧向车体的垂直距离；D4表示本车左边侧向车体与最近障碍物的垂直距离；d1表示本车左转向前进过程中所述第四标记点C4点到左侧障碍物的安全间距离；x11、y11表示所述第一标记点C1直线前进轨迹终点E1的坐标值；x12、y12表示所述第一标记点C1左转向前进轨迹终点M1的坐标值；x22表示所述第二标记点C2左转向前进轨迹终点M2的横坐标值；y42表示所述第四标记点C4左转向前进轨迹终点M4的纵坐标值；x2、y2表示空车位远端左角点Q2点的坐标值。
8.根据权利要求7所述的垂直车位自动泊车方法，其特征在于，所述左转向前进轨迹方程为：
(x-xo1)2+(y-yo1)2＝(x11-xo1)2+(y11-yo1)2
其中，xo1、yo1表示本车左转向前进轨迹的转向圆心坐标值；x11、y11表示所述第一标记点C1直线前进轨迹终点E1的坐标值。
9.根据权利要求8所述的垂直车位自动泊车方法，其特征在于，所述规划和执行右转向倒车的步骤包括：
步骤41a、以所述第一标记点C1左转向前进轨迹终点M1为所述第一标记点C1在右转向倒车阶段的起始坐标：
步骤41b、确定本车右转向倒车轨迹的边界约束方程组；
步骤41c、计算所述第一标记点C1的右转向倒车轨迹方程；
步骤41d、根据所述右转向倒车轨迹方程和右转向倒车轨迹的边界约束方程组，确定所述第一标记点C1右转向倒车行驶到轨迹终点N1的第二转向摆角θ2；
步骤41e、根据本车的行驶速度v，计算本车的第二行驶偏航角
Figure FDA0002476773410000042
步骤41f、检测本车运动轨迹上是否存在障碍物，是则控制本车停止行驶，进入下一步，否则执行步骤41h；
步骤41g、判断是否接收到取消本次泊车的信息，是则结束本次泊车，否则返回步骤41f；
步骤41h、判断所述第二行驶偏航角
Figure FDA0002476773410000043
是否等于所述第二行驶偏航角θ2，是则判断右转向倒车已完成，否则执行步骤41f。
10.根据权利要求9所述的垂直车位自动泊车方法，其特征在于，所述右转向倒车轨迹的边界约束方程组为：
Figure FDA0002476773410000041
其中，K表示本车车身宽度；R1表示本车左转向前进轨迹的转向圆半径；R2表示本车右转向倒车轨迹的转向圆半径；d2表示本车右转向倒车过程中第三标记点C3点到空车位近端左角点Q1点的安全间距；d3表示本车右转向倒车过程中第一标记点C1点到空车位远端左角点Q2点的安全间距；xo1、yo1表示本车左转向前进轨迹的转向圆心坐标值；xo2、yo2表示本车右转向倒车轨迹的转向圆心坐标值；θ1表示本车左转向前进轨迹的第一转向摆角；θ2表示本车右转向倒车轨迹的第二转向摆角；x12、y12表示所述第一标记点C1左转向前进轨迹终点M1的坐标值；x13、y13表示所述第一标记点C1右转向倒车轨迹终点N1的坐标值；θN1表示本车车辆相对初始起点位置的转向摆角；x1、y1表示点空车位近端左角点Q1的坐标值；x33、y33表示所述第三标记点C3右转向倒车轨迹终点N3的坐标值。
11.根据权利要求10所述的垂直车位自动泊车方法，其特征在于，所述右转向倒车轨迹方程为：
(x-xo2)2+(y-yo2)2＝(x12-xo2)2+(y12-yo2)2
式中，xo2、yo2表示本车右转向倒车轨迹的转向圆心坐标值。
12.根据权利要求11所述的垂直车位自动泊车方法，其特征在于，所述规划和执行入库的步骤包括：
步骤42a、以所述第一标记点C1右转向倒车轨迹终点N1为所述第一标记点C1在入库阶段的起始坐标；
步骤42b、确定本车入库轨迹的边界约束方程组；
步骤42c、计算所述第一标记点C1的入库轨迹方程；
步骤42d、根据所述入库轨迹方程和入库轨迹的边界约束方程组，确定所述第一标记点C1入库行驶到轨迹终点P1的第二距离l2；
步骤42e、根据本车的行驶速度v，计算本车入库的第二行驶距离s2；
步骤42f、检测本车运动轨迹上是否存在障碍物，是则控制本车停止行驶，进入下一步，否则执行步骤42h；
步骤42g、判断是否接收到取消本次泊车的信息，是则结束本次泊车，否则返回步骤42f；
步骤42h、判断所述第二行驶距离s2是否等于所述第二距离l2，是则判断入库已完成，否则返回步骤42f。
13.根据权利要求12所述的垂直车位自动泊车方法，其特征在于，所述入库轨迹的边界约束方程组为：
Figure FDA0002476773410000061
其中，x14、y14表示第一标记点C1入库轨迹终点P1的坐标值；θp1表示本车相对初始起点位置的转向摆角；y3表示空车位远端右角点Q3的纵坐标值；y24表示第二标记点C2入库轨迹终点P2的纵坐标值；y34表示第三标记点C3入库轨迹终点P3的纵坐标值；d4表示完成泊车时第二标记点C2点到车位后边界线Q3Q4的安全间距；d5表示停车时第三标记点C3点到车位后边界线Q3Q4的安全间距。
14.根据权利要求13所述的垂直车位自动泊车方法，其特征在于，所述入库轨迹方程为：
(y13-y14)(x-x13)＝(x13-x14)(y-y13)
其中，x13、y13表示第一标记点C1右转向倒车轨迹终点N1的坐标值；x14、y14表示第一标记点C1入库轨迹终点P1的坐标值。
15.一种垂直车位自动泊车装置，其特征在于，包括：
处理模块，以及与所述处理模块模块连接的侧向摄像头、侧向远距离雷达、前部短距离雷达阵列、后部短距离雷达阵列以及人机交互模块；
所述侧向摄像头用于采集车身周边的环境图像；
所述侧向远距离雷达用于检测车位深度；
所述前部短距离雷达阵列、后部短距离雷达阵列用于采集障碍物距离信息；
所述处理模块用于处理摄像头和雷达数据，进行车位识别、障碍物识别、规划泊车路线，执行泊车控制；
所述人机交互模块用于输入自动泊车指令。
16.根据权利要求15所述的垂直车位自动泊车装置，其特征在于，所述处理模块包括车位识别单元、轨迹计算单元、障碍物检测单元、轨迹判断单元、泊车取消单元；所述车位识别单元、轨迹计算单元、轨迹判断单元依次连接，所述障碍物检测单元还与所述轨迹判断单元、泊车取消单元连接；
所述车位识别单元用于根据所述侧向摄像头、侧向远距离雷达发送的数据完成车位识别检测；
所述轨迹计算单元用于计算自动泊车各阶段的边界约束方程组和轨迹方程；
所述障碍物检测单元用于检测本车运动轨迹上是否存在障碍物；
所述轨迹判断单元用于平判断当前运动轨迹是否完成；
所述泊车取消单元用于取消当前自动泊车。
17.根据权利要求15所述的垂直车位自动泊车装置，其特征在于，还包括与所述处理模块连接并用于显示泊车的路线和人机交互界面的显示模块。
18.根据权利要求15所述的垂直车位自动泊车装置，其特征在于，所述侧向摄像头为左摄像头或/和右摄像头；所述侧向远距离雷达为左前远距离雷达或/和右前远距离雷达；所述侧向摄像头安装在车辆靠近驾驶位或副驾驶位一侧的车身部位；所述侧向远距离雷达安装在车头与车辆左边或右边侧向车体结合部。
19.根据权利要求15所述的垂直车位自动泊车装置，其特征在于，所述前部短距离雷达阵列安装位置为：在车头与车辆左边侧向车体结合部、车头与车辆右边侧向车体结合部各安装一个短距离雷达，在这两个短距离雷达之间的车头再等间距安装两个短距离雷达；所述后部短距离雷达阵列安装位置为：在车尾与车辆左边侧向车体结合部、车尾与车辆右边侧向车体结合部个安装一个短距离雷达，在这两个短距离雷达之间的车尾再等间距安装两个短距离雷达。
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