智能泊車系統(tǒng)概述

自動(dòng)泊車系統(tǒng)是各自動(dòng)駕駛或者駕駛輔助功能中民眾需求呼聲最高的系統(tǒng)。如上圖，在德國、美國、法國、中國等等調(diào)研中都可以發(fā)現(xiàn)，自動(dòng)泊車的功能是最受消費(fèi)者親睞的。

圖是歐盟的道路交通研究咨詢委員會(huì)提出的一個(gè)自動(dòng)駕駛的路線圖：乘用車和商用車兩個(gè)路線圖。

從這個(gè)圖可以看出，自動(dòng)泊車包括更進(jìn)一步的代客泊車，這些自動(dòng)泊車的系統(tǒng)非常受政府重視，也是非常重要的自動(dòng)駕駛產(chǎn)品。

有機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，在2020年左右，自動(dòng)泊車系統(tǒng)在中國市場(chǎng)的滲透率會(huì)達(dá)到30%左右，市場(chǎng)規(guī)?？赡軙?huì)超過100億元。

智能泊車的定義

智能泊車分為兩部分：一是比較常見的自動(dòng)泊車，包括半自動(dòng)、全自動(dòng)等系統(tǒng)。另一個(gè)是代客泊車或自主泊車。

自動(dòng)泊車階段的三個(gè)等級(jí)

自動(dòng)泊車可以分成三個(gè)等級(jí)：半自動(dòng)泊車，這是目前在產(chǎn)品級(jí)量產(chǎn)車上見到的功能，基本上只依靠 10 到 12 個(gè)超聲波雷達(dá)，通過探測(cè)空間的車位、障礙物來決定一個(gè)停車的位置。它只控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，檔位和車速由駕駛員控制。

全自動(dòng)泊車系統(tǒng)分成兩代：第一代只依靠超聲波探測(cè)空間車位，但是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以及車速控制都由自動(dòng)駕駛系統(tǒng)來完成；第二代全自動(dòng)泊車，不僅依賴超聲波雷達(dá)，同時(shí)也用攝像頭：通過超聲波雷達(dá)識(shí)別空間的位置信息，攝像頭識(shí)別車位線。

自主泊車的三代產(chǎn)品

在自主泊車階段，我們把它簡單分成了三代。

第一代自主泊車，針對(duì)室外停車場(chǎng)，它的定位比較容易解決，不會(huì)出現(xiàn)室內(nèi)衛(wèi)星信號(hào)遮擋的情況。在室外停車場(chǎng)車位尋找，就是說從停車場(chǎng)門口開始怎么去找到這個(gè)車位。

這一過程有兩種方法：一種是通過系統(tǒng)自動(dòng)的分配，如果是智能化停車場(chǎng)，系統(tǒng)通過超聲波探頭去感知哪個(gè)位置是空閑的，然后通過V2X發(fā)送給車輛，車輛自動(dòng)導(dǎo)航到停車位附近，再啟動(dòng)自動(dòng)泊車系統(tǒng)把車停進(jìn)去。第二種方式叫有限搜尋，它依靠超聲波進(jìn)行近距離的車位搜尋。

第二代自主泊車，它適合室內(nèi)停車場(chǎng)環(huán)境，而且可能有多層、上下層的停車場(chǎng)環(huán)境。它要解決室內(nèi)定位的問題，也需要有室內(nèi)的高精度地圖等等。同時(shí)，它不僅適用于室內(nèi)，還適用于小區(qū)，可能在進(jìn)停車場(chǎng)大門之前還有一段類似于園區(qū)自動(dòng)駕駛的“封閉園區(qū)”環(huán)境。

第三代自動(dòng)泊車，我們認(rèn)為室內(nèi)、室外都要適用，適用小區(qū)環(huán)境同時(shí)也要適用開放道路環(huán)境：在城市開放道路上，它要能自動(dòng)駕駛（最后一公里），并兼容這些系統(tǒng)。車位搜尋方式可以是系統(tǒng)分配、有限搜尋和自主搜尋。

車位識(shí)別技術(shù)

兩種車位識(shí)別技術(shù)

關(guān)于車位識(shí)別技術(shù)，包括兩種：一種是空間車位，利用超聲波檢測(cè)；另一種是線車位，通過攝像頭檢測(cè)。

基于超聲波傳感器車位識(shí)別方面的技術(shù)

超聲波傳感器的功能需求，主要用于前后障礙物的感知和車位識(shí)別。這里我們講的是車位識(shí)別，對(duì)于車位識(shí)別傳感器的要求，一個(gè)遠(yuǎn)距離的（5米）。

現(xiàn)在博世、法雷奧的傳感器是4.5米，他們要求要有一個(gè)小的波束角。前后障礙物感知用的傳感器，普通倒車?yán)走_(dá)就能滿足，它的探測(cè)距離是2米，這就要求它有一個(gè)大的波束角。

在傳感器配置方面，現(xiàn)在關(guān)于前后倒車?yán)走_(dá)檢測(cè)，一般是“前4后4”的配置，或者是降成本方案“前3后3”的配置。另外，在垂直泊車的時(shí)候，需要用到后兩個(gè)測(cè)向的傳感器。

基于超聲波傳感器的車位識(shí)別

當(dāng)車經(jīng)過一個(gè)空車位的時(shí)候，它會(huì)出現(xiàn)一個(gè)如上圖所示的波形。在這個(gè)過程中存在一個(gè)問題：傳感器波束角過大的時(shí)，它途中的斜線范圍會(huì)很大，這會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)車位的誤差變大。

所以這要求傳感器在測(cè)距精度要高，在水平方向的波束角要盡量小。

上圖是我們開發(fā)的超聲波傳感器，它可以達(dá)到5米的探測(cè)范圍，水平方向的波束角是85度。我們有自己獨(dú)特的算法：移動(dòng)XY算法。通過這個(gè)算法我們可以在移動(dòng)過程中檢測(cè)車位大小。就具體的效果，紅框中表示一個(gè)檢測(cè)出來的車位形狀。

上圖表格里的部分參數(shù)，是上一次國內(nèi)APA會(huì)議提出來的。在平行車位搜索的時(shí)候，它的車速要求不高于30公里，垂直車位的要求是不高于20公里。

車的位置、找車位時(shí)車行駛的路徑、車最終停的位置、和停在周邊的車、目標(biāo)障礙物的角度也有要求，這些要求相對(duì)來說都是比較常規(guī)的，也是現(xiàn)在一些供應(yīng)商能夠做到的。

基于攝像頭的車位識(shí)別，目前主要是通過介入360全景系統(tǒng)中的四顆攝像頭，或者是采用一顆鷹眼攝像頭，只觀測(cè)前面那部分圖像。

這里最主要的技術(shù)難點(diǎn)在于圖像處理算法，如何把車位有效識(shí)別出來，包括白線、黃線，或者虛線、實(shí)線、以及不同路面的顏色。

如何把這些有效車位從復(fù)雜的圖像當(dāng)中識(shí)別出來，這是考驗(yàn)基于攝像頭的車位識(shí)別的技術(shù)難點(diǎn)。

上圖體現(xiàn)的就是基于攝像頭的車位識(shí)別的要求，它的搜尋車位時(shí)所需求的車速要比超聲波雷達(dá)低，平行車位要求低于12公里，垂直車位要低于10公里。

其他的參數(shù)要求與超聲波傳感器識(shí)別車位是一樣的。再補(bǔ)充一點(diǎn)，標(biāo)準(zhǔn)里對(duì)于車位檢出的成功率有一個(gè)要求——就是要大于90%：10次去檢測(cè)一個(gè)車位，要求9次能夠檢測(cè)出來。

軌跡規(guī)劃和運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)

自動(dòng)泊車系統(tǒng)

上圖是自動(dòng)泊車系統(tǒng)的框圖，主要是分為三個(gè)部分：環(huán)境感知、車位識(shí)別、人機(jī)交互的控制。

這里要討論的軌跡規(guī)劃，如上圖（右），輸入車的位置、車位的位置，還有一些周邊障礙物，這些是約束條件，然后通過軌跡規(guī)劃的算法，輸出泊車的軌跡、泊車動(dòng)作指令。對(duì)半自動(dòng)泊車來說，主要是方向盤轉(zhuǎn)角的指令。

上圖是是關(guān)于垂直泊車和平行泊車的一個(gè)軌跡規(guī)劃的示例。垂直泊車通常采用C型泊車，也有采用人字型泊車，更高級(jí)的就是結(jié)合了這兩種軌跡規(guī)劃方法。

平行泊車軌跡規(guī)劃原理

泊車過程中的軌跡規(guī)劃原理現(xiàn)在主要用到的兩個(gè)，一個(gè)是轉(zhuǎn)向的幾何學(xué)，主要應(yīng)用的是阿克曼轉(zhuǎn)向的原理；另外一個(gè)是轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)學(xué)。

這里最基本的一個(gè)就是，車在泊車的過程中是繞著轉(zhuǎn)向中心做圓周運(yùn)動(dòng)的。以這個(gè)為基礎(chǔ)，我們可以通過代數(shù)的方法，把車輛四個(gè)角周邊的坐標(biāo)在運(yùn)動(dòng)過程中的實(shí)時(shí)軌跡給畫出來。

垂直泊車軌跡規(guī)劃原理

垂直泊車，最主要的是車輛做圓周運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)，在軌跡規(guī)劃之前要先判斷一下車與障礙物的距離，就是hmin這個(gè)參數(shù)。它到底滿不滿足C型泊車或人字型泊車。最后根據(jù)計(jì)算可以得到一個(gè)軌跡在什么時(shí)候做轉(zhuǎn)向操作的軌跡算法。

平行泊車與垂直泊車類似：利用兩個(gè)最小半圓法還有圓弧切直線的方法，通過方向盤轉(zhuǎn)角折算到軌跡，再折算到所有關(guān)鍵點(diǎn)的轉(zhuǎn)向控制。

泊車的車輛運(yùn)動(dòng)控制

關(guān)于車輛運(yùn)動(dòng)控制，在泊車過程中對(duì)車速的要求在5到12公里，這主要考慮到EPS的負(fù)載還有行車安全、路徑跟蹤效果。

在運(yùn)動(dòng)控制里，它的輸入是一個(gè)車身位置、車身姿態(tài)、方向盤的轉(zhuǎn)角車速，通過路徑更多的算法可以得到轉(zhuǎn)向修正的指令。

如上圖，泊車控制器與車身周邊的一些控制器，通過CAN網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)交互，比如與BCM的交互，它要求溫度信息或者是方向轉(zhuǎn)向燈的信息；與EPS交互，它要求能夠接受APA控制器傳過來的方向盤轉(zhuǎn)角信號(hào)，并把這個(gè)方向盤轉(zhuǎn)角信號(hào)反饋給APA。對(duì)ABS的要求，ABS發(fā)送車速信號(hào)、輪速信號(hào)給APA控制器。

這里再提一下對(duì)EPS方面的要求：必須具有轉(zhuǎn)角閉環(huán)。另一個(gè)，轉(zhuǎn)角跟蹤的誤差要小于1度，轉(zhuǎn)角的跟蹤過程不能有超調(diào)，對(duì)動(dòng)態(tài)最大轉(zhuǎn)向角度要求360度/秒。

上圖是平行泊車、垂直泊車在實(shí)車上得到的數(shù)據(jù)。

這里有車身坐標(biāo)點(diǎn)的軌跡，也有方向盤轉(zhuǎn)角的信號(hào)，在右下角的圖里，還有包括車身姿態(tài)、航向角的車身信號(hào)。

自主泊車的關(guān)鍵技術(shù)

關(guān)于做自動(dòng)泊車的過程中，我們需要解決的幾個(gè)關(guān)鍵問題。

1）如何獲取空車位的信息？

系統(tǒng)分配。停車場(chǎng)根據(jù)探測(cè)到的車位信息，自動(dòng)分配車位給車輛；

有限搜尋，依靠超聲波雷達(dá)，在近距離、低車速狀態(tài)下搜尋車位；

自主搜尋，依靠毫米波雷達(dá)/激光雷達(dá)，自主規(guī)劃路徑，搜尋車位。

2）如何實(shí)現(xiàn)低成本、高精度的定位？

差分GPS/北斗。室外工況，成本控制很關(guān)鍵；

視覺技術(shù)（SLAM、車道線、標(biāo)志識(shí)別等）。室內(nèi)室外工況，技術(shù)成熟度問題；

室內(nèi)定位方案（UWB、WiFi、磁釘），需要停車場(chǎng)智能化改造。

3）自動(dòng)泊車與自主泊車系統(tǒng)如何高效切換？

車輛停止位置。車輛停止位置與切入自動(dòng)泊車系統(tǒng)的時(shí)機(jī)；

車位二次確認(rèn)。利用超聲波、攝像頭再次確認(rèn)車位信息。

清華泊車系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化路徑

我們已經(jīng)是國內(nèi)自主零部件品牌中是規(guī)模最大的供應(yīng)商。其中3D立體的全景泊車也是國內(nèi)首先進(jìn)行量產(chǎn)的，現(xiàn)在在國內(nèi)跟多個(gè)主流整車廠都是前裝。另外移動(dòng)物體檢測(cè)、開門提醒、行車影像記錄等等附加的功能，為我們以后做全自動(dòng)泊車?yán)锏能囄痪€識(shí)別提供了非常好的基礎(chǔ)。

第二方面，我們自主研發(fā)的超聲波雷達(dá)（探測(cè)距離 5 米到 6 米），它搭載我們自己的超聲波雷達(dá)泊車輔助系統(tǒng)，現(xiàn)在已經(jīng)也是前裝量產(chǎn)。

我們擁有一些獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，比如我們不是通過單個(gè)探頭單獨(dú)去識(shí)別障礙物的距離和位置，而是通過多探頭之間的一個(gè)協(xié)作配合，配對(duì)檢測(cè)，這樣距離測(cè)量誤差能夠控制在非常小的水平。

智能泊車的產(chǎn)業(yè)化路徑

智能泊車系統(tǒng)一個(gè)產(chǎn)業(yè)化的路徑，全景泊車、倒車輔助我們都是已有的產(chǎn)品級(jí)系統(tǒng)。今年我們會(huì)推出半自動(dòng)泊車，以及融合攝像頭跟超聲波雷達(dá)的倒車輔助。

2018年、2019年我們會(huì)推出融合攝像頭的半自動(dòng)泊車以及全自動(dòng)泊車，預(yù)計(jì)在2019到2020年，我們會(huì)推出產(chǎn)品級(jí)的自主泊車系統(tǒng)。