基于多段式規(guī)劃與機(jī)器學(xué)習(xí)的自動垂直泊車系統(tǒng)及方法技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種基于多段式規(guī)劃與機(jī)器學(xué)習(xí)的自動垂直泊車系統(tǒng)及泊車方法，通過環(huán)視攝像頭采集圖像，超聲波傳感器檢測障礙物信息判斷相對庫位的位置、航向信息和庫位的有效性信息。當(dāng)識別到合適大小和無車輛占用的庫位時，開始進(jìn)入自動泊車過程。自動泊車系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前自車位姿和庫位信息進(jìn)行泊車路徑的規(guī)劃，如有需要利用多段R?S曲線調(diào)整自車位姿至合適位置，再根據(jù)學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)生成二次螺旋線泊車軌跡。通過電控裝置控制方向盤、油門和制動踏板進(jìn)行泊車入庫。本發(fā)明專利技術(shù)利用二次螺旋線訓(xùn)練集和學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)，改善泊車過程的效率和對路徑偏移的適應(yīng)能力，結(jié)合R?S曲線進(jìn)行多段式規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)極小范圍內(nèi)的泊車規(guī)劃高成功率，適用范圍更廣，泊車過程更加可靠。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
基于多段式規(guī)劃與機(jī)器學(xué)習(xí)的自動垂直泊車系統(tǒng)及方法
本專利技術(shù)涉及智能汽車的自動泊車規(guī)劃領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于多段式規(guī)劃與機(jī)器學(xué)習(xí)的自動垂直泊車系統(tǒng)及方法。
技術(shù)介紹
近些年國內(nèi)汽車保有量和交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不平衡發(fā)展，使得泊車空間日益狹小，泊車技術(shù)要求越來越高。泊車空間的限制，要求車輛應(yīng)依照車位線規(guī)范停車，能使泊車空間資源得到最大化的合理利用，也有利于停車場和市容的統(tǒng)籌規(guī)劃。另一方面，泊車空間的限制，同樣是對駕駛員技術(shù)的極大挑戰(zhàn)，泊車問題耗費(fèi)人們極大的時間和精力，嚴(yán)重時產(chǎn)生刮擦、碰撞等事故。因而，自動泊車技術(shù)備受市場的擁躉和期待。傳統(tǒng)的自動泊車系統(tǒng)，其軌跡規(guī)劃方法一般考慮使用R-S曲線、螺旋線、樣條曲線等中的一種進(jìn)行全局規(guī)劃，并且僅考慮理論上的車輛運(yùn)動學(xué)約束。基于R-S曲線的規(guī)劃方法，軌跡生成思路清晰，計(jì)算簡單，對環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，需要的泊車空間小。但是，R-S曲線存在曲率不連續(xù)的問題，使得車輛需多次停下后調(diào)整方向盤轉(zhuǎn)角，對輪胎磨耗嚴(yán)重。與之相反，使用螺旋線、樣條曲線等曲線作為泊車軌跡，不存在曲率不連續(xù)的問題，但是需要的泊車空間較大，且對泊車初始位姿要求高，不適合直接應(yīng)用于現(xiàn)在的泊車環(huán)境中。此外，雖然泊車時車速較低，車輪側(cè)偏角小，車輛側(cè)向滑移少。但是，可能存在路邊車位路面傾斜、轉(zhuǎn)向電機(jī)跟蹤延遲等狀況，單純控制車輛跟蹤規(guī)劃的軌跡，時常出現(xiàn)非常大的跟蹤誤差。因此，如何提供一種解決上述問題的泊車策略和系統(tǒng)是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種基于多段式規(guī)劃與機(jī)器學(xué)習(xí)的自動垂直泊車系統(tǒng)及方法。本專利技術(shù)的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：一種基于多段式規(guī)劃與機(jī)器學(xué)習(xí)的自動垂直泊車系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：傳感模塊：包括環(huán)視攝像頭和超聲波雷達(dá)，所述的環(huán)視攝像頭用于采集圖像，識別庫位線并采用雙目匹配方法判斷相對庫位位姿信息，所述的超聲波雷達(dá)用于檢測障礙物信息，判斷庫位是否被占用；決策模塊：根據(jù)傳感模塊的融合信息和指令記錄，判斷庫位的有效性以及當(dāng)前所處的泊車階段，并為規(guī)劃模塊提供位姿信息用于規(guī)劃泊車路徑；規(guī)劃模塊：根據(jù)庫位信息和自車相對庫位的位姿，規(guī)劃R-S軌跡或者將位姿信息發(fā)送給機(jī)器學(xué)習(xí)模塊，得到規(guī)劃路徑后，發(fā)送到運(yùn)動控制模塊進(jìn)行跟蹤；機(jī)器學(xué)習(xí)模塊：為工業(yè)用計(jì)算機(jī)，通過機(jī)器學(xué)習(xí)方法確定垂直泊車起始點(diǎn)位姿輸入與二次螺旋線參數(shù)的關(guān)系，并將規(guī)劃好的螺旋線泊車軌跡發(fā)送給規(guī)劃模塊；運(yùn)動控制模塊：包含ECU和線控系統(tǒng)，接收規(guī)劃模塊傳來的軌跡散點(diǎn)，通過控制器控制方向盤、檔位、油門與制動踏板，并控制車輛跟蹤規(guī)劃路徑。所述的環(huán)視攝像頭為CMOS攝像頭，其屏幕像素尺寸為640:480。所述的環(huán)視攝像頭和超聲波傳感器均設(shè)有多個，包括設(shè)置在車身前后左右的四個攝像頭和以及車身周圍的12個超聲波傳感器，左右側(cè)環(huán)視攝像頭安裝在后視鏡下方，車身前方后方各設(shè)置4個超聲波雷達(dá)，左右兩側(cè)各設(shè)置2個超聲波雷達(dá)。一種基于多段式規(guī)劃與機(jī)器學(xué)習(xí)的自動垂直泊車方法，包括以下步驟：1)當(dāng)駕駛員控制待泊車車輛至泊車庫位周邊后，開啟自動泊車模式；2)運(yùn)動控制模塊控制車輛緩速直線行駛；3)通過車身周圍的環(huán)視攝像頭和超聲波雷達(dá)進(jìn)行庫位角點(diǎn)坐標(biāo)和限位塊位置的檢測，獲取庫位區(qū)域位置與大小，判斷該庫位是否符合停車位的要求，確定停車位，并進(jìn)行步驟4)，否則，返回步驟2)；4)根據(jù)自車相對庫位的坐標(biāo)和當(dāng)前姿態(tài)，規(guī)劃泊車路徑；5)由第一段泊車曲線是否能實(shí)現(xiàn)無碰撞入庫，判斷是否需要多段路徑規(guī)劃，若是，則進(jìn)行步驟6)，若否，則進(jìn)行步驟7)；6)多段路徑規(guī)劃采用多段R-S曲線調(diào)整得到，具體包括以下步驟：61)以車輛后軸右側(cè)不碰到庫位角點(diǎn)為前提，確定第一段R-S曲線的第一段直線軌跡；62)車輛向右打方向盤至極限位置，并向右后方倒車，當(dāng)車輛左后方點(diǎn)位于庫位左側(cè)線或其延長線上時停止；63)車輛向左打方向盤至極限位置，并向左前方前進(jìn)，直到車輛位姿調(diào)整到能夠通過二次螺旋線軌跡實(shí)現(xiàn)一次泊車入庫的角度或者與前方障礙物的距離位于安全距離內(nèi)；64)根據(jù)環(huán)視攝像頭和超聲波傳感器重新檢測庫位坐標(biāo)，結(jié)合航位重新確定庫位信息和自車位姿，消除航位的誤差，并返回步驟4)；7)根據(jù)當(dāng)前車輛位置坐標(biāo)和航向角信息，采用基于二次螺旋線的機(jī)器學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算求取入庫軌跡；8)運(yùn)動控制模塊根據(jù)入庫軌跡，控制車輛入庫，泊車結(jié)束，并退出泊車模式。所述的步驟3)中，當(dāng)檢測到多個庫位時，優(yōu)先選擇距離本車最近的庫位，并判斷是否符合要求，若不符合，則選擇并判斷下一庫位。所述的步驟3)中，庫位符合停車位的要求同時滿足以下條件：庫位類型匹配、庫位大小適當(dāng)且?guī)煳粌?nèi)不存在障礙物。所述的步驟7)具體包括以下步驟：71)根據(jù)設(shè)定的坐標(biāo)范圍和航向角范圍，獲取各起始狀態(tài)下的二次螺旋線軌跡參數(shù)；72)利用初始坐標(biāo)值和航向角以及對應(yīng)的二次螺旋線參數(shù)，訓(xùn)練學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)；73)將當(dāng)前車輛的坐標(biāo)信息和航向角作為輸入，輸入訓(xùn)練后的學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)，獲取入庫的軌跡信息，發(fā)送至運(yùn)動控制模塊。當(dāng)駕駛?cè)藢④囕v停泊到庫位位置時，開啟自動駕駛模式：當(dāng)決策模塊未獲取到傳感模塊發(fā)來的庫位融合信息時，規(guī)劃模塊發(fā)送直線規(guī)劃路徑給運(yùn)動控制模塊，控制車輛低速前行，傳感模塊繼續(xù)進(jìn)行檢測；當(dāng)檢測到可用庫位后，由決策模塊判斷庫位是否可用并獲取庫位類型，判斷當(dāng)前車輛處于何種泊車階段，規(guī)劃模塊根據(jù)庫位信息規(guī)劃此階段路徑，并發(fā)送路徑散點(diǎn)至運(yùn)動控制模塊進(jìn)行跟蹤；當(dāng)自動泊車模式終止時，決策模塊通過控制制動踏板完成停車后退出自動駕駛模式。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：一、適應(yīng)性強(qiáng)、穩(wěn)定可靠：本專利技術(shù)提供了一種結(jié)合R-S曲線和二次螺旋線的泊車規(guī)劃方法，減少泊車過程原地調(diào)整方向次數(shù)，適用于城市內(nèi)的狹小泊車環(huán)境，對環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，計(jì)算時間短，且能夠在出現(xiàn)跟蹤偏移時進(jìn)行調(diào)整，泊車過程穩(wěn)定可靠。二、自動泊車：本專利技術(shù)中駕駛員僅需要在合適位置打開泊車系統(tǒng)開關(guān)，系統(tǒng)能夠自動識別庫位邊線并判斷庫位類型、相對位置和有效性等信息，規(guī)劃此后動作，無需人類參與判斷；三、提高效率：本專利技術(shù)中泊車系統(tǒng)獲取庫位信息后，能夠完全自動地進(jìn)行泊車規(guī)劃和運(yùn)動控制，將泊車過程程序化和自動化，提高人們工作生活效率。四、規(guī)劃簡便：本專利技術(shù)使用機(jī)器學(xué)習(xí)的方法生成螺旋線軌跡，提高軌跡生成速度和成功率，使規(guī)劃過程更為簡便。附圖說明圖1為本專利技術(shù)的自動泊車方法過程的流程圖。圖2為本專利技術(shù)多段式R-S路徑示意圖。圖3為本專利技術(shù)使用的組合組合定位方法的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本專利技術(shù)的自動泊車系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本專利技術(shù)機(jī)器學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本專利技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)說明。實(shí)施例圖1為本專利技術(shù)的自動泊車方法過程的流程圖，該方法具體步驟包括：步驟1：由駕駛員控制至泊車庫位周邊后，開啟自動泊車模式，泊車系統(tǒng)接管車輛控制；步驟2：泊車模塊控制車輛緩速直線行駛；步驟3：通過車身周圍的環(huán)視攝像頭和超聲波傳感器進(jìn)行庫位角點(diǎn)坐標(biāo)和限位塊位置的檢測，推算庫位區(qū)域位置與大小，并檢測庫位區(qū)域以內(nèi)障礙物存在與否；若庫位區(qū)域形狀大小符合要求，且不存在障礙物，確定停車位，進(jìn)入步驟4；否則，回到步驟2；作為優(yōu)選，步驟3中若檢測到多個庫位，選擇距離本車最近的庫位，判斷是否符合標(biāo)準(zhǔn)；若不符合，再選擇判斷下一庫位。步驟3中判斷庫位合適與否的本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于多段式規(guī)劃與機(jī)器學(xué)習(xí)的自動垂直泊車系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括：傳感模塊：包括環(huán)視攝像頭和超聲波雷達(dá)，所述的環(huán)視攝像頭用于采集圖像，識別庫位線并采用雙目匹配方法判斷相對庫位位姿信息，所述的超聲波雷達(dá)用于檢測障礙物信息，判斷庫位是否被占用；決策模塊：根據(jù)傳感模塊的融合信息和指令記錄，判斷庫位的有效性以及當(dāng)前所處的泊車階段，并為規(guī)劃模塊提供位姿信息用于規(guī)劃泊車路徑；規(guī)劃模塊：根據(jù)庫位信息和自車相對庫位的位姿，規(guī)劃R?S軌跡或者將位姿信息發(fā)送給機(jī)器學(xué)習(xí)模塊，得到規(guī)劃路徑后，發(fā)送到運(yùn)動控制模塊進(jìn)行跟蹤；機(jī)器學(xué)習(xí)模塊：為工業(yè)用計(jì)算機(jī)，通過機(jī)器學(xué)習(xí)方法確定垂直泊車起始點(diǎn)位姿輸入與二次螺旋線參數(shù)的關(guān)系，并將規(guī)劃好的螺旋線泊車軌跡發(fā)送給規(guī)劃模塊；運(yùn)動控制模塊：包含ECU和線控系統(tǒng)，接收規(guī)劃模塊傳來的軌跡散點(diǎn)，通過控制器控制方向盤、檔位、油門與制動踏板，并控制車輛跟蹤規(guī)劃路徑。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于多段式規(guī)劃與機(jī)器學(xué)習(xí)的自動垂直泊車系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括：傳感模塊：包括環(huán)視攝像頭和超聲波雷達(dá)，所述的環(huán)視攝像頭用于采集圖像，識別庫位線并采用雙目匹配方法判斷相對庫位位姿信息，所述的超聲波雷達(dá)用于檢測障礙物信息，判斷庫位是否被占用；決策模塊：根據(jù)傳感模塊的融合信息和指令記錄，判斷庫位的有效性以及當(dāng)前所處的泊車階段，并為規(guī)劃模塊提供位姿信息用于規(guī)劃泊車路徑；規(guī)劃模塊：根據(jù)庫位信息和自車相對庫位的位姿，規(guī)劃R-S軌跡或者將位姿信息發(fā)送給機(jī)器學(xué)習(xí)模塊，得到規(guī)劃路徑后，發(fā)送到運(yùn)動控制模塊進(jìn)行跟蹤；機(jī)器學(xué)習(xí)模塊：為工業(yè)用計(jì)算機(jī)，通過機(jī)器學(xué)習(xí)方法確定垂直泊車起始點(diǎn)位姿輸入與二次螺旋線參數(shù)的關(guān)系，并將規(guī)劃好的螺旋線泊車軌跡發(fā)送給規(guī)劃模塊；運(yùn)動控制模塊：包含ECU和線控系統(tǒng)，接收規(guī)劃模塊傳來的軌跡散點(diǎn)，通過控制器控制方向盤、檔位、油門與制動踏板，并控制車輛跟蹤規(guī)劃路徑。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多段式規(guī)劃與機(jī)器學(xué)習(xí)的自動垂直泊車系統(tǒng)，其特征在于，所述的環(huán)視攝像頭為CMOS攝像頭，其屏幕像素尺寸為640:480。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多段式規(guī)劃與機(jī)器學(xué)習(xí)的自動垂直泊車系統(tǒng)，其特征在于，所述的環(huán)視攝像頭和超聲波傳感器均設(shè)有多個，包括設(shè)置在車身前后左右的四個攝像頭和以及車身周圍的12個超聲波傳感器，左右側(cè)環(huán)視攝像頭安裝在后視鏡下方，車身前方后方各設(shè)置4個超聲波雷達(dá)，左右兩側(cè)各設(shè)置2個超聲波雷達(dá)。4.一種應(yīng)用如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的基于多段式規(guī)劃與機(jī)器學(xué)習(xí)的自動垂直泊車系統(tǒng)的泊車方法，其特征在于，包括以下步驟：1)當(dāng)駕駛員控制待泊車車輛至泊車庫位周邊后，開啟自動泊車模式；2)運(yùn)動控制模塊控制車輛緩速直線行駛；3)通過車身周圍的環(huán)視攝像頭和超聲波雷達(dá)進(jìn)行庫位角點(diǎn)坐標(biāo)和限位塊位置的檢測，獲取庫位區(qū)域位置與大小，判斷該庫位是否符合停車位的要求，確定停車位，并進(jìn)行步驟4)，否則，返回步驟2)；4)根據(jù)自車相對庫位的坐標(biāo)和當(dāng)前姿態(tài)，規(guī)劃泊車路徑；5)由第一段泊車曲線是否能實(shí)現(xiàn)無碰撞入庫，判斷是否需要多段路徑規(guī)劃，若是，則進(jìn)行步驟6)，若否，則進(jìn)行步驟7)；6)多段...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李志強(qiáng)，熊璐，張培志，嚴(yán)森煒，黃禹堯，康戎，
申請(專利權(quán))人：同濟(jì)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：上海,31