CN111152782A - 一种自动泊车控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动泊车控制系统及控制方法。系统包括远程控制系统、车辆定位系统和整车控制系统，远程控制系统包括车载终端T‑Box，获取泊车任务信息及目标泊车位的位置信息；车辆定位系统用于获取车辆的位置信息；整车控制系统包括自动驾驶控制器和整车控制器，自动驾驶控制器分别连接车载终端T‑Box、车辆定位系统和整车控制器，根据获取的车辆信息及目标泊车位的信息计算车辆将要运行的状态参数及泊车轨迹，将计算结果信息传输至所述整车控制器；整车控制器将执行信息传输至车辆的执行机构，以控制车辆运行至目标泊车位。本发明使车辆能够根据获取的目标泊车位信息及车辆位置信息自动泊车，实现了高度自动化。

Description

一种自动泊车控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及无人驾驶技术领域，尤其是一种自动泊车控制系统及控制方法。

背景技术

矿用车是在矿区作业的主要车型，主要用于土方、砂石、散料的装卸运输工作。近年来因为矿区作业环境恶劣，劳动强度大，生活条件差，对矿用车驾驶员造成极大的不便。市场上对无人驾驶矿用车需求的呼声也越来越高。无人驾驶矿用车可以降低用工技术门槛，甚至完全解决现有用工难的问题，方便矿区车辆运营管理，提高矿区作业效率和作业安全。在实际矿区环境下，如何准确的完成倒车入位，以便进行装料运作是无人驾驶矿用车的一个技术难点。

因此，有必要提出一种新的自动泊车控制技术，使得车辆尤其矿业领域的车辆能够实现自动化泊车操作，提高作业效率和作业的安全性，方便车辆运营管理。

发明内容

本发明旨在提供一种自动泊车控制系统及控制方法，以实现车辆的自动泊车，提高自动化运营管理。

本发明的自动泊车控制系统，所述系统包括远程控制系统、车辆定位系统和整车控制系统，其中，所述远程控制系统包括车载终端T-Box，用于获取泊车任务信息及目标泊车位的位置信息；所述车辆定位系统用于获取车辆的位置信息；所述整车控制系统包括自动驾驶控制器和整车控制器，所述自动驾驶控制器设有自动驾驶算法程序，所述自动驾驶控制器分别连接所述车载终端T-Box、车辆定位系统和整车控制器，用于根据获取的车辆信息及目标泊车位的信息计算车辆将要运行的状态参数及泊车轨迹，并将计算结果信息传输至所述整车控制器；所述整车控制器用于接收所述自动驾驶控制器的信息并将执行信息传输至车辆的执行机构，以控制车辆运行至目标泊车位。

上述的系统，所述远程控制系统还包括车辆调度平台，用于给所述车载终端T-Box发送泊车任务信息、目标泊车位的位置信息及对车辆进行监测；所述执行机构包括转向执行机构、驱动执行机构、刹车执行机构及档位执行机构。

上述的系统，所述车辆定位系统为差分GPS定位系统，其设置于车辆驾驶室的顶部；所述位置信息为经纬度信息；所述车辆调度平台与所述车载终端T-Box通过无线连接。

上述的系统，所述系统还包括环境感知系统，所述环境感知系统包括雷达探测系统和图像采集系统，用于感知车辆周围的环境，获取车辆的道路信息、车辆位置及障碍物信息，所述环境感知系统与所述自动驾驶控制器连接。

上述的系统，所述雷达探测系统包括激光雷达探测器、毫米波雷达探测器和超声波雷达探测器，所述激光雷达探测器和毫米波雷达探测器设置于车辆驾驶室的前部，用于车辆前向远距离物体的探测；所述超声波雷达探测器设置于车辆的车体四周，用于近距离物体的探测。

上述的系统，所述图像采集系统设置于车辆驾驶室挡风玻璃下端，用于车辆前向的物体探测和车道线的识别。

上述的系统，所述自动驾驶控制器分别通过CAN总线连接所述车载终端T-Box、环境感知系统、车辆定位系统和整车控制器。

本发明还提供一种利用上述系统进行自动泊车的控制方法，所述方法包括：

车载终端T-Box将目标泊车位的位置信息传送至整车控制系统；

车辆定位系统将本车位置信息发送至整车控制系统；

整车控制系统通过自动泊车算法程序计算车辆将要运行的泊车轨迹及运行状态参数，并将计算的信息通过整车控制器分别发送至车辆的执行机构，以控制汽车的运动，实现泊车。

上述的方法，所述运行状态参数包括车辆的方向盘转角大小、驱动力、制动力大小以及档位信息；所述整车控制系统还接收环境感知系统传输的车辆环境感知信息。

上述的方法，计算及控制车辆运动时所述方法包括：

A.将车辆的位置用后轴的中点来表示，把车辆当前所在位置的经纬度与泊车位四个顶点的经纬度转化为局部坐标系；泊车轨迹线是连接车辆当前位置和泊车目标点的曲线；

B.如果车辆与所述曲线的切向角与车辆在局部坐标系下的横摆角相同，则以固定的方向盘转角进行倒车即可以行驶到泊车目标点；车辆行驶到泊车目标点之后，整车控制系统控制方向盘回正，倒车入位；

C.如果车辆与所述曲线的切向角与车辆在局部坐标系下的横摆角不相同，则以方向盘最大转动角进行前进或后退，直到车辆与泊车轨迹线曲线的切向角和车辆在局部坐标系下的横摆角相同，然后重复步骤B。

本发明的自动泊车控制系统及控制方法，可以利用本车的位置信息和停车位的位置信息，规划倒车入位路线，计算出合理的方向盘转角，准确地完成倒车入位。本发明解决了无人驾驶车尤其是矿用车自动作业中的技术难点。

附图说明

图1是本发明实施例的无人驾驶车的系统结构示意框图；

图2是本发明实施例的无人驾驶车的泊车原理框图；

图3是本发明实施例的无人驾驶车的自动泊车算法逻辑框图。

具体实施方式

为了便于本领域一般技术人员理解和实现本发明，现结合附图描绘本发明的实施例。

本发明提出的自动泊车控制系统及控制方法，主要是根据远程下达的泊车任务指令及目标泊车位的位置信息，通过检测车辆的自身位置及车辆其他信息，自动计算车辆的泊车轨迹及将要运行的状态参数，控制车辆执行机构运动，使车辆实现自动泊车操作。

本发明的自动泊车控制系统，主要包括远程控制系统、车辆定位系统和整车控制系统。

其中，所述远程控制系统包括车载终端T-Box(人车交互智能信息终端)，该模块可设置在车辆上，用于获取泊车任务信息及目标泊车位的位置信息。车辆定位系统用于获取车辆的实时位置信息，以掌握车辆当前的位置。整车控制系统包括自动驾驶控制器和整车控制器，其中自动驾驶控制器设有自动驾驶算法程序，该自动驾驶控制器分别连接车载终端T-Box、车辆定位系统和整车控制器，用于根据获取的车辆实时信息及目标泊车位的信息计算车辆将要运行的状态参数及泊车轨迹，并将计算结果信息传输至整车控制器，以便进一步对车辆进行执行控制。整车控制器用于接收自动驾驶控制器的信息并将执行信息传输至车辆的执行机构，以控制车辆运行至目标泊车位，实现自动泊车。

在下达泊车任务及目标泊车位时，所述远程控制系统还可包括车辆调度平台，用于给所述车载终端T-Box发送泊车任务信息、目标泊车位的位置信息及对车辆进行监测。车辆调度平台与车载终端T-Box可通过无线连接。如此可实现远程对车辆的泊车操作，无需到现场作业，尤其对矿用车领域来说，解决了现场作业艰辛且操作困难、不安全的问题。

整车控制器控制执行机构时，该执行机构包括车辆的转向执行机构、驱动执行机构、刹车执行机构及档位执行机构。如此便可使车辆运行自如，实现精确泊车。

具体地，车辆定位系统可为差分GPS定位系统。差分GPS(differentialGPS-DGPS，DGPS)是首先利用已知精确三维坐标的差分GPS基准台，求得伪距修正量或位置修正量，再将这个修正量实时或事后发送给用户(GPS导航仪)，对用户的测量数据进行修正，以提高GPS定位精度。因此本发明采用该定位系统，可以提高泊车的精准度。为了接收的准确性，差分GPS定位系统可设置于车辆驾驶室的外侧顶部。

进一步地，目标泊车位的位置信息及车辆的实时位置信息中，所述位置信息为车辆的经纬度信息。

为了适应环境的复杂性要求，本发明的自动泊车系统还可包括环境感知系统。环境感知系统包括雷达探测系统和图像采集系统，用于感知车辆周围的环境，获取车辆的道路信息、车辆位置及障碍物信息。环境感知系统与自动驾驶控制器连接，用于将采集到的信息传至自动驾驶控制器上，以便自动驾驶控制器根据各种信息来综合确定泊车轨迹及车辆的运动参数。

具体地，雷达探测系统可包括激光雷达探测器、毫米波雷达探测器和超声波雷达探测器。激光雷达探测器和毫米波雷达探测器可设置于车辆驾驶室的前部，用于车辆前向远距离物体的探测。超声波雷达探测器可设置于车辆的车体四周，用于近距离物体的探测。

图像采集系统可设置于车辆驾驶室挡风玻璃下端，用于车辆前向的物体探测和车道线的识别。

上述的系统，自动驾驶控制器可分别通过CAN总线或以太网连接车载终端T-Box、环境感知系统、车辆定位系统和整车控制器。

本发明还提供一种利用上述系统进行自动泊车的控制方法，该方法主要包括：

利用车载终端T-Box将目标泊车位的位置信息传送至整车控制系统；

车辆定位系统将本车位置信息发送至整车控制系统；

整车控制系统通过自动泊车算法程序计算车辆将要运行的泊车轨迹及运行状态参数，并将计算的信息通过整车控制器分别发送至车辆的执行机构，以控制汽车的运动，实现泊车。

上述的方法中，车辆运行状态参数可包括车辆的方向盘转角大小、驱动力、制动力大小以及档位信息。

进一步地，为了综合考虑环境的影响因素，整车控制系统还接收环境感知系统传输的车辆环境感知信息。整车控制系统考虑路况信息的情况下，根据获知的车辆位置信息及泊车位信息综合计算车辆泊车轨迹及车辆运动参数，以控制执行机构运动泊车。

具体地，计算及控制车辆运动时上述的控制方法主要包括：

A.将车辆的位置用后轴的中点来表示，把车辆当前所在位置的经纬度与泊车位四个顶点的经纬度转化为局部坐标系；泊车轨迹线是连接车辆当前位置和泊车目标点的曲线；

B.如果车辆与所述曲线的切向角与车辆在局部坐标系下的横摆角相同，则以固定的方向盘转角进行倒车即可以行驶到泊车目标点；车辆行驶到泊车目标点之后，整车控制系统控制方向盘回正，倒车入位；

C.如果车辆与所述曲线的切向角与车辆在局部坐标系下的横摆角不相同，则以方向盘最大转动角进行前进或后退，直到车辆与泊车轨迹线曲线的切向角和车辆在局部坐标系下的横摆角相同，然后重复步骤B。

上述方法中，泊车轨迹线可以是连接车辆当前位置和泊车目标点的圆弧，圆弧的半径大小和方向盘转角大小根据下面的公式确定。其中，x，y代表车辆在局部坐标系下的坐标。

R＝|(x²+y²)/(2×x)|

θ＝-sin^-1(-y/R)+π/2

本发明的自动泊车控制系统及控制方法，可以利用本车的位置信息和停车位的位置信息，及周边环境信息，规划倒车入位路线，计算出合理的方向盘转角等参数，准确地完成倒车入位。本发明解决了无人驾驶车尤其是矿用车自动作业中的技术难点，可以实现远程车辆运营管理，提高了工程作业的自动化水平。

实施例

如图1所示，本发明实施例的无人驾驶矿用车总体结构包括远程控制系统、环境感知系统、车辆定位系统、整车控制系统。

所述远程控制系统包括车辆调度平台、车载终端T-Box。车辆调度平台安装于调度室，用于给无人驾驶矿用车下发任务信息、停车位的经纬度信息，监控每台车的运行状态。车载终端T-Box(人车交互智能信息终端)安装于驾驶室，用于接收车辆调度平台发布的车辆调度信息和停车位的经纬度信息。车辆调度平台与车载终端T-Box通过无线连接。

环境感知系统包括激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达、摄像头，用于感知车辆周围的环境，得到道路信息、车辆位置和障碍物信息。激光雷达和毫米波雷达布置于驾驶室前部，用于车辆前向的远距离物体探测。超声波雷达安装在车体四周，用于近距离的物体探测。摄像头作为图像采集系统安装于驾驶室挡风玻璃下端，用于车辆前向的物体探测和车道线的识别。环境感知系统通过CAN总线与整车控制系统的自动驾驶控制器连接。

车辆定位系统布置于驾驶室顶部，用于实时接收车辆经纬度信息。差分GPS定位系统与整车控制系统的自动驾驶控制器通过CAN总线相连。

整车控制系统包括自动驾驶控制器和整车控制器。自动驾驶控制器内嵌有自动驾驶算法程序代码，通过CAN总线连接有车载终端T-Box、环境感知系统、车辆定位系统、整车控制器。整车控制器连接档位执行机构、举升执行机构、转向执行机构、驱动执行机构、制动执行机构以及紧急停车机构。自动驾驶控制器通过自动驾驶算法程序对环境感知系统识别的车辆、行人以及道路信息进行处理，结合车载终端T-Box发送的车辆调度信息和停车位的经纬度信息，以及车辆定位系统发送的车辆定位信息，计算跟车、避障以及自动泊车等各种工况下的车辆转角大小、驱动力大小、制动力大小以及档位信息。

如图2所示，本发明实施例无人驾驶矿用车的自动泊车基本原理为：无人驾驶矿用车行驶到装料点附近，进入自动泊车模式，车辆调度平台通过车载终端T-Box将停车位的四个顶点的经纬度信息下发给整车控制系统。车辆定位系统将本车位置的经纬度发送给整车控制系统。整车控制系统通过自动泊车算法程序计算方向盘转角大小、驱动力、制动力大小以及档位信息，并将这些信号通过整车控制器分别发送给转向执行机构、驱动执行机构、制动执行机构、换挡执行机构等来控制汽车的运动，实现准确的倒车入位。

如图3所示，本发明实施例自动泊车算法的逻辑为：(1)假设车辆的位置用后轴的中点来表示，把车辆当前所在位置经纬度与泊车位四个顶点的经纬度转化为局部坐标系。(2)泊车曲线是连接车辆当前位置和泊车目标点的圆弧。如果车辆与该圆弧的切向角与车辆在局部坐标系下的横摆角相同，则以固定的方向盘转角进行倒车即可以行驶到泊车目标点。车辆行驶到泊车目标点之后，方向盘回正，倒车入位。(3)如果车辆与该圆弧的切向角与车辆在局部坐标系下的横摆角不相同，则以方向盘最大转动角进行前进或后退，直到车辆与泊车圆弧的切向角和车辆在局部坐标系下的横摆角相同，然后重复步骤(2)。

虽然通过实施例描绘了本发明，但本领域普通技术人员知道，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，就可使本发明有许多变形和变化，都应在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种自动泊车控制系统，其特征在于，所述系统包括远程控制系统、车辆定位系统和整车控制系统，其中，

所述远程控制系统包括车载终端T-Box，用于获取泊车任务信息及目标泊车位的位置信息；

所述车辆定位系统用于获取车辆的位置信息；

所述整车控制系统包括自动驾驶控制器和整车控制器，

所述自动驾驶控制器设有自动驾驶算法程序，所述自动驾驶控制器分别连接所述车载终端T-Box、车辆定位系统和整车控制器，用于根据获取的车辆信息及目标泊车位的信息计算车辆将要运行的状态参数及泊车轨迹，并将计算结果信息传输至所述整车控制器；

所述整车控制器用于接收所述自动驾驶控制器的信息并将执行信息传输至车辆的执行机构，以控制车辆运行至目标泊车位。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述远程控制系统还包括车辆调度平台，用于给所述车载终端T-Box发送泊车任务信息、目标泊车位的位置信息及对车辆进行监测；所述执行机构包括转向执行机构、驱动执行机构、刹车执行机构及档位执行机构。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述车辆定位系统为差分GPS定位系统，其设置于车辆驾驶室的顶部；所述位置信息为经纬度信息；所述车辆调度平台与所述车载终端T-Box通过无线连接。

4.根据权利要求1或2或3所述的系统，其特征在于，所述系统还包括环境感知系统，所述环境感知系统包括雷达探测系统和图像采集系统，用于感知车辆周围的环境，获取车辆的道路信息、车辆位置及障碍物信息，所述环境感知系统与所述自动驾驶控制器连接。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述雷达探测系统包括激光雷达探测器、毫米波雷达探测器和超声波雷达探测器，所述激光雷达探测器和毫米波雷达探测器设置于车辆驾驶室的前部，用于车辆前向远距离物体的探测；所述超声波雷达探测器设置于车辆的车体四周，用于近距离物体的探测。

6.根据权利要求4或5所述的系统，其特征在于，所述图像采集系统设置于车辆驾驶室挡风玻璃下端，用于车辆前向的物体探测和车道线的识别。

7.根据权利要求4或5所述的系统，其特征在于，所述自动驾驶控制器分别通过CAN总线连接所述车载终端T-Box、环境感知系统、车辆定位系统和整车控制器。

8.一种利用权利要求1557任一项所述系统进行自动泊车的控制方法，其特征在于，所述方法包括：

车载终端T-Box将目标泊车位的位置信息传送至整车控制系统；

车辆定位系统将本车位置信息发送至整车控制系统；

整车控制系统通过自动泊车算法程序计算车辆将要运行的泊车轨迹及运行状态参数，并将计算的信息通过整车控制器分别发送至车辆的执行机构，以控制汽车的运动，实现泊车。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述运行状态参数包括车辆的方向盘转角大小、驱动力、制动力大小以及档位信息；所述整车控制系统还接收环境感知系统传输的车辆环境感知信息。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，计算及控制车辆运动时所述方法包括：

A.将车辆的位置用后轴的中点来表示，把车辆当前所在位置的经纬度与泊车位四个顶点的经纬度转化为局部坐标系；泊车轨迹线是连接车辆当前位置和泊车目标点的曲线；

B.如果车辆与所述圆弧的切向角与车辆在局部坐标系下的横摆角相同，则以固定的方向盘转角进行倒车即可以行驶到泊车目标点；车辆行驶到泊车目标点之后，整车控制系统控制方向盘回正，倒车入位；

C.如果车辆与所述曲线的切向角与车辆在局部坐标系下的横摆角不相同，则以方向盘最大转动角进行前进或后退，直到车辆与泊车轨迹线曲线的切向角和车辆在局部坐标系下的横摆角相同，然后重复步骤B。

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