08/9/2023 |
发布日期
本文展示了一种自动泊车辅助系统的系统级架构，旨在帮助驾驶员将车辆驶入预先设定的停车位。该研究包括但不限于超声波和摄像头目标数据融合、泊车轨迹规划以及用于引导车辆在停车位内行驶的运动控制。作为一套自动化系统，该泊车系统对安全至关重要，并且在高速公路或交通拥堵等场景下相对简单。然而，考虑到使用低成本的传感设备进行感知和情境评估，要精确定位自身车辆并使其方向与停车位及相邻已停车辆保持一致，仍然极具挑战性。该泊车系统的自动化功能包括精确的免手动泊车入库，以及根据驾驶员通过人机界面（HMI）、平板电脑或外部接口发出的指令，自动完成临时停放车辆的免手动驶出操作。.
泊车进出系统包括感知、模式和状态管理、规划以及车辆运动控制。在现有的大多数泊车系统解决方案中，研究人员通常侧重于路径规划几何的复杂性或泊车辅助系统精确控制系统的开发，因此往往忽略了系统层面的数据流转换，即从感知系统到执行系统的数据转换，从而无法有效地辅助车辆完成传统的泊车操作。本文探讨了一种端到端的泊车辅助解决方案，旨在帮助车辆在停车位内完成泊车操作。停车位的限制通常需要多执行器泊车系统，这无疑增加了路径规划和决策控制的复杂性。横向和纵向辅助的复合运动控制机制有助于泊车操作，并且相比传统的匀速转向方法更具优势。.
泊车辅助系统的开发方法包括：
这些步骤之后是组件设计、模型开发和系统验证。.
泊车入库和泊车出库系统的架构从根本上决定了自动驾驶系统的系统级流程。概念和设计是系统架构在组件层面的进一步衍生，以辅助开发和模型实现。所设计的系统已在仿真层面进行了原型评估，并采用现成的车辆动力学模型进行在环仿真，以确保集成泊车入库和泊车出库功能的鲁棒性和性能。.
本文介绍了一种辅助驾驶员将车辆停入已评估停车位的自动化系统架构。该自动泊车功能通常利用低成本传感设备（例如超声波传感器、摄像头传感器）来确定平行和垂直停车位的可用性，并根据相邻已停车辆的方向将车辆定位到停车位中。该泊车进出系统的系统级架构如图 1 所示：
图 1. 集成式停车进出系统的系统级架构
现有技术的显著特点要么侧重于泊车操作的路径规划复杂性，要么侧重于车辆运动控制，但未能全面考虑包含驶出功能的泊车辅助系统。本文提出了一种集成平行和垂直入库的综合架构，作为现有技术，该架构包括：在成功确定可用空间后，先向前移动车辆以对准入库位置；然后向后移动车辆以将其定位到已评估的停车位。此外，入库功能与驶出功能相关联；用户只能在成功入库后经过预定时间后，通过平板电脑或人机界面 (HMI) 发起驶出操作。.
系统架构开发仍然是开发生命周期中不可或缺的一部分，并为自动化功能开发提供了一种系统化的方法。辅助泊车和泊车功能包含以下主要功能：感知和目标融合、情境评估、模式管理、轨迹规划以及横向和纵向运动控制。在企业架构工具中设计的逻辑架构（如图 2 所示）在设计阶段通过软件组件级别的模块化设计，优于传统方法，同时促进了从感知输入模块到输出执行系统的顺序数据流。.
图 2. 泊车辅助系统的逻辑架构
感知功能基于摄像头和超声波传感器接收的信息，辅助进行自身运动估计和融合交通属性；而情境评估模块则执行空闲车位确定、路径内动态交通车辆或行人评估以及碰撞预测。空闲停车位评估模块随后评估动态威胁和停车可能性，并将其与停车轨迹规划和运动控制相结合。轨迹规划功能根据空间约束，为单次或多次停车操作生成最佳无碰撞路径；此外，运动控制器确保车辆在规划的停车轨迹中以最小的位置误差行驶。模式管理器控制已定义的自动泊车模式之间的转换，并进一步辅助确定功能模块在模式切换期间的运行情况。感知和情境评估模块将监视并访问所需的停车位：一旦成功确定自动泊车所需的停车位或辅助泊车所需的无碰撞路径，泊车轨迹规划和运动控制功能将保持激活状态。.
车辆在用户启动自动泊车辅助功能后，能够按照预定轨迹从停车通道自动前进并倒车至停车位，这是该功能的核心组成部分。该功能开发涵盖感知和传感器融合属性、模式管理和决策控制，旨在辅助模式下同时引导车辆的纵向和横向运动。泊车辅助系统的架构通过基于模型的开发方法转化为一个特征模型。该特征模型的模块化设计使其在设计和适配方面具有灵活性，能够处理不同的操作属性和传感拓扑结构。以下阐述了该特征开发过程在为辅助泊车用例场景提供端到端解决方案时的主要特性：
图 3. 泊车辅助功能开发方法
转向执行控制机制基于复合跟踪单元的概念，其中纵向运动控制辅助横向运动跟踪功能。纵向和横向运动耦合，构成泊车系统的关键单元。它允许车辆在倒车入库过程中精确地跟踪预定轨迹，从而帮助将车辆准确定位在停车位中，并保持与相邻已停车辆的航向一致。复合运动控制方法对轨迹航点进行时间采样跟踪，同时兼顾泊车过程中涉及的系统动力学约束。自动泊车功能的关键性能指标通常会与现成的车辆动力学模型进行循环验证，以确保系统的鲁棒性。该架构的模块化设计允许自由地使用倒车入库功能的预定轨迹组件，以实现辅助且无碰撞的驶出操作，前提是环境保持不变，或者相邻物体的移动没有影响驶出操作的路线。对于停车入库和停车出库操作，情况评估、模式管理器和驾驶员超控确定也以类似的方式保持功能，因此，这种软件组件设计的模块化比传统的功能设计和开发方法更具优势。.
解决方案架构师 - 自动驾驶实践
KPIT 科技
推荐
点赞
推荐
点赞
