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| 本文作者： 新智駕 | 2017-06-02 11:58 |
雷鋒網(wǎng)按：本文來自清華大學(xué)蘇州汽車研究院智能汽車技術(shù)研究所所長戴一凡及清華大學(xué)蘇州汽車研究院智能汽車技術(shù)研究所副所長呂英超在汽車創(chuàng)新港的微課堂分享，雷鋒網(wǎng)已獲授權(quán)編輯與發(fā)布。
自動泊車系統(tǒng)是各自動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（左），在德國、美國、法國、中國等等調(diào)研中都可以發(fā)現(xiàn)，自動泊車的功能是最受消費者親睞的。
右圖是歐盟的道路交通研究咨詢委員會提出的一個自動駕駛的路線圖：乘用車和商用車兩個路線圖。
從這個圖可以看出，自動泊車包括更進一步的代客泊車，這些自動泊車的系統(tǒng)非常受政府重視，也是非常重要的自動駕駛產(chǎn)品。
有機構(gòu)預(yù)測，在2020年左右，自動泊車系統(tǒng)在中國市場的滲透率會達到30%左右，市場規(guī)?？赡軙^100億元。
智能泊車分為兩部分：一是比較常見的自動泊車，包括半自動、全自動等系統(tǒng)。另一個是代客泊車或自主泊車。
自動泊車階段的三個等級
自動泊車可以分成三個等級：半自動泊車，這是目前在產(chǎn)品級量產(chǎn)車上見到的功能，基本上只依靠 10 到 12 個超聲波雷達，通過探測空間的車位、障礙物來決定一個停車的位置。它只控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，檔位和車速由駕駛員控制。
全自動泊車系統(tǒng)分成兩代：第一代只依靠超聲波探測空間車位，但是轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以及車速控制都由自動駕駛系統(tǒng)來完成；第二代全自動泊車，不僅依賴超聲波雷達，同時也用攝像頭：通過超聲波雷達識別空間的位置信息，攝像頭識別車位線。
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，針對室外停車場，它的定位比較容易解決，不會出現(xiàn)室內(nèi)衛(wèi)星信號遮擋的情況。在室外停車場車位尋找，就是說從停車場門口開始怎么去找到這個車位。
這一過程有兩種方法：一種是通過系統(tǒng)自動的分配，如果是智能化停車場，系統(tǒng)通過超聲波探頭去感知哪個位置是空閑的，然后通過V2X發(fā)送給車輛，車輛自動導(dǎo)航到停車位附近，再啟動自動泊車系統(tǒng)把車停進去。第二種方式叫有限搜尋，它依靠超聲波進行近距離的車位搜尋。
第二代自主泊車，它適合室內(nèi)停車場環(huán)境，而且可能有多層、上下層的停車場環(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，它不僅適用于室內(nèi)，還適用于小區(qū)，可能在進停車場大門之前還有一段類似于園區(qū)自動駕駛的“封閉園區(qū)”環(huán)境。
第三代自動泊車，我們認為室內(nèi)、室外都要適用，適用小區(qū)環(huán)境同時也要適用開放道路環(huán)境：在城市開放道路上，它要能自動駕駛（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。
兩種車位識別技術(shù)
（雷鋒網(wǎng)注：以下內(nèi)容來自呂英超的分享）
關(guān)于車位識別技術(shù)，包括兩種：一種是空間車位，利用超聲波檢測；另一種是線車位，通過攝像頭檢測。
基于超聲波傳感器車位識別方面的技術(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別。這里我們講的是車位識別，對于車位識別傳感器的要求，一個遠距離的（5米）。
現(xiàn)在博世、法雷奧的傳感器是4.5米，他們要求要有一個小的波束角。前后障礙物感知用的傳感器，普通倒車雷達就能滿足，它的探測距離是2米，這就要求它有一個大的波束角。
在傳感器配置方面，現(xiàn)在關(guān)于前后倒車雷達檢測，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，在垂直泊車的時候，需要用到后兩個測向的傳感器。
基于超聲波傳感器的車位識別
當(dāng)車經(jīng)過一個空車位的時候，它會出現(xiàn)一個如上圖所示的波形。在這個過程中存在一個問題：傳感器波束角過大的時，它途中的斜線范圍會很大，這會導(dǎo)致檢測車位的誤差變大。
所以這要求傳感器在測距精度要高，在水平方向的波束角要盡量小。
左上圖是我們開發(fā)的超聲波傳感器，它可以達到5米的探測范圍，水平方向的波束角是85度。我們有自己獨特的算法：移動XY算法。通過這個算法我們可以在移動過程中檢測車位大小。就具體的效果，紅框中表示一個檢測出來的車位形狀。
上圖表格里的部分參數(shù)，是上一次國內(nèi)APA會議提出來的。在平行車位搜索的時候，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、找車位時車行駛的路徑、車最終停的位置、和停在周邊的車、目標障礙物的角度也有要求，這些要求相對來說都是比較常規(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，只觀測前面那部分圖像。
這里最主要的技術(shù)難點在于圖像處理算法，如何把車位有效識別出來，包括白線、黃線，或者虛線、實線、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)中識別出來，這是考驗基于攝像頭的車位識別的技術(shù)難點。
上圖體現(xiàn)的就是基于攝像頭的車位識別的要求，它的搜尋車位時所需求的車速要比超聲波雷達低，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別車位是一樣的。再補充一點，標準里對于車位檢出的成功率有一個要求——就是要大于90%：10次去檢測一個車位，要求9次能夠檢測出來。
自動泊車系統(tǒng)
上圖是自動泊車系統(tǒng)的框圖，主要是分為三個部分：環(huán)境感知、車位識別、人機交互的控制。
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、泊車動作指令。對半自動泊車來說，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，一個是轉(zhuǎn)向的幾何學(xué)，主要應(yīng)用的是阿克曼轉(zhuǎn)向的原理；另外一個是轉(zhuǎn)向運動學(xué)。
這里最基本的一個就是，車在泊車的過程中是繞著轉(zhuǎn)向中心做圓周運動的。以這個為基礎(chǔ)，我們可以通過代數(shù)的方法，把車輛四個角周邊的坐標在運動過程中的實時軌跡給畫出來。
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動的基礎(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)計算可以得到一個軌跡在什么時候做轉(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)鍵點的轉(zhuǎn)向控制。
泊車的車輛運動控制
關(guān)于車輛運動控制，在泊車過程中對車速的要求在5到12公里，這主要考慮到EPS的負載還有行車安全、路徑跟蹤效果。
在運動控制里，它的輸入是一個車身位置、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，并把這個方向盤轉(zhuǎn)角信號反饋給APA。對ABS的要求，ABS發(fā)送車速信號、輪速信號給APA控制器。
這里再提一下對EPS方面的要求：必須具有轉(zhuǎn)角閉環(huán)。另一個，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)，對動態(tài)最大轉(zhuǎn)向角度要求360度/秒。
上圖是平行泊車、垂直泊車在實車上得到的數(shù)據(jù)。
這里有車身坐標點的軌跡，也有方向盤轉(zhuǎn)角的信號，在右下角的圖里，還有包括車身姿態(tài)、航向角的車身信號。
（雷鋒網(wǎng)注：以下內(nèi)容來自戴一凡）
關(guān)于做自動泊車的過程中，我們需要解決的幾個關(guān)鍵問題。
1）如何獲取空車位的信息？
系統(tǒng)分配。停車場根據(jù)探測到的車位信息，自動分配車位給車輛；
有限搜尋，依靠超聲波雷達，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/激光雷達，自主規(guī)劃路徑，搜尋車位。
2）如何實現(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、標志識別等）。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），需要停車場智能化改造。
3）自動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泊車系統(tǒng)的時機；
車位二次確認。利用超聲波、攝像頭再次確認車位信息。
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)首先進行量產(chǎn)的，現(xiàn)在在國內(nèi)跟多個主流整車廠都是前裝。另外移動物體檢測、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泊車里的車位線識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（探測距離 5 米到 6 米），它搭載我們自己的超聲波雷達泊車輔助系統(tǒng)，現(xiàn)在已經(jīng)也是前裝量產(chǎn)。
我們擁有一些獨特的技術(shù)優(yōu)勢，比如我們不是通過單個探頭單獨去識別障礙物的距離和位置，而是通過多探頭之間的一個協(xié)作配合，配對檢測，這樣距離測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)品級系統(tǒng)。今年我們會推出半自動泊車，以及融合攝像頭跟超聲波雷達的倒車輔助。
2018年、2019年我們會推出融合攝像頭的半自動泊車以及全自動泊車，預(yù)計在2019到2020年，我們會推出產(chǎn)品級的自主泊車系統(tǒng)。
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