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CN110775053B - 一种基于碰撞情况分析的自动泊车起始区域确定方法 - Google Patents

一种基于碰撞情况分析的自动泊车起始区域确定方法 Download PDF

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CN110775053B
CN110775053B CN201911060286.1A CN201911060286A CN110775053B CN 110775053 B CN110775053 B CN 110775053B CN 201911060286 A CN201911060286 A CN 201911060286A CN 110775053 B CN110775053 B CN 110775053B
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vehicle
point
arc
obstacle
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Abstract

本发明公开了一种基于碰撞情况分析的自动泊车起始区域确定方法。所述基于碰撞情况分析的自动泊车起始区域确定方法通过车辆自身尺寸、车辆自身运动学约束条件、目标空置车位和车位周边环境，基于碰撞情况分析确定平行泊车与垂直泊车的起始区域。

Description

一种基于碰撞情况分析的自动泊车起始区域确定方法
技术领域
本发明涉及智能网联汽车技术领域，具体涉及一种基于碰撞情况分析的自动泊车起始区域确定方法。
背景技术
汽车智能化的迅速发展使得人们对车辆的要求不仅仅局限于代步工具，更希望车辆摆脱传统车辆性能的限制，不断朝着更舒适、更智能和更安全的方向发展。在此浪潮的推动下，自动泊车辅助系统(Automated Parking Assist,APA)应运而生，降低了泊车难度和驾驶员在狭小泊车空间的紧张感。然而，现有的自动泊车辅助系统仍在存在着各种缺陷，如泊车起始点选取不当，导致泊车困难甚至无法成功泊入车位。对于自动泊车辅助系统而言，无论是平行泊车或是垂直泊车，泊车起始点的选取对整个泊车过程至关重要。选择一个合适的泊车起始点可以有效降低泊车难度，提升泊车成功率。
发明内容
基于现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种基于碰撞情况分析的自动泊车起始区域确定方法，着力于解决在平行泊车场景和垂直泊车场景下，自动泊车辅助系统(Automated Parking Assist,APA)泊车起始点选取不当问题。主要涉及圆弧切圆弧自动平行泊车路径规划方法、圆弧切直线自动平行泊车路径规划方法、单向多次自动平行泊车路径规划方法、双向多次自动平行泊车路径规划方法、C型自动垂直泊车路径规划方法和人型自动垂直泊车路径规划方法的碰撞情况分析。
平行泊车场景是指对于泊车起始位置和泊车目标位置，车辆方向是互相平行的。垂直泊车场景是指对于泊车起始位置和泊车目标位置，车辆方向是互相垂直的。
本发明解决以上技术问题所采取的技术方案如下：一种基于碰撞情况分析的自动泊车起始区域确定方法，该方法用于分析圆弧切圆弧自动平行泊车路径规划方法、圆弧切直线自动平行泊车路径规划方法、单向多次自动平行泊车路径规划方法、双向多次自动平行泊车路径规划方法、C型自动垂直泊车路径规划方法和人型自动垂直泊车路径规划方法的碰撞情况，确定对应的泊车起始区域。具体如下：
根据避障约束条件确定泊车过程中路径参数的取值范围，再以泊车目标点为起始点进行逆过程分析，以路径参数为变量，求出起始点坐标的表达式。最后通过路径参数的取值范围，确定泊车起始点坐标的取值范围，获得泊车起始区域。
包含如下步骤：
⑴对圆弧切圆弧自动平行泊车路径规划方法可能存在的碰撞情况进行分析,结合车辆最小转弯半径约束，确定圆弧切圆弧自动平行泊车路径规划方法起始区域。车辆转向过程中，转向轮转至极限位置时，此时的转向半径为最小转向半径Rmin。
圆弧切圆弧自动平行泊车路径规划方法过程如图1所示。车辆以后轴中心为路径参考点，起始点为D点，目标点为B点。车辆以R1为转弯半径行驶圆弧DC后，再以R2为转弯半径行驶与之相切的圆弧CB，最终停至B点。
泊车目标点的确定方法为：车辆后侧车身与后方障碍物距离为d、左侧车身与停车位外边界线平行时，以此位置处车辆后轴中心为泊车目标点和坐标原点，建立坐标系，其中车辆前向为X方向，车辆左侧为Y方向。坐标原点如图2中O点所示。
由车辆运动学约束可知，车辆在行驶过程中，转弯半径R1和R2大于或等于最小转弯半径Rmin。
其中，可能发生的碰撞情况为：
1)车辆行驶圆弧DC时，车身左前点A4可能与左侧障碍物发生碰撞，如图所示。进行碰撞分析得到约束条件:
Figure GDA0002669910430000021
式中，W为泊车起始点的纵坐标，R1为车辆行驶第一段圆弧DC的转弯半径，Wc为车身宽度，Lx为车辆轴距长度，Lf为车辆前悬长度，H为左侧障碍物与泊车起始点之间的距离。
2)车辆行驶圆弧DC时，车身右后轮外侧点可能与右侧障碍物发生碰撞，如图所示。进行碰撞分析得到约束条件:
Figure GDA0002669910430000022
式中，L为泊车起始点的横坐标，Lo为停车位的长度，Lb为车辆后悬长度。
3)车辆行驶圆弧CB时，车身右前点A3可能与右侧障碍物发生碰撞，如图5所示。进行碰撞分析得到约束条件:
Figure GDA0002669910430000023
式中，R2为车辆行驶圆弧CB时的转弯半径。
4)车辆行驶圆弧CB时，车身右后点A2可能与停车位内边界发生碰撞，如图所示。进行碰撞分析得到约束条件:
Figure GDA0002669910430000024
式中，Wo为停车位的宽度。
根据约束条件，得到泊车路径参数的约束如下:
Figure GDA0002669910430000031
根据上述约束，可求出未知量R1、R2和α的取值范围。由图可知，泊车起始点的坐标可由R1、R2和α表示如下：
W＝R1(1-cosα)+R2(1-cosα)
L＝R1sinα+R2sinα
将求出的R1、R2和α的取值范围代入上式，即可求得L和W的取值范围，得到泊车起始区域。
⑵对圆弧切直线自动平行泊车路径规划方法可能存在的碰撞情况进行分析,结合车辆最小转弯半径约束，最短直线段长度确定圆弧切圆弧自动平行泊车路径规划方法的起始区域。
圆弧切直线自动平行泊车路径规划方法过程如图所示，车辆以后轴中心为路径参考点，起始点为D点，目标点为A点。车辆行驶圆弧DC后，再行驶与之相切的直线CB，最后行驶与直线相切的圆弧BA，停至A点。
泊车目标点的确定方法为：车辆后侧车身与后方障碍物距离为d、左侧车身与停车位外边界线平行时，以此位置处车辆后轴中心为泊车目标点和坐标原点，建立坐标系，其中车辆前向为X方向，车辆左侧为Y方向。坐标原点如图2中O点所示。
由车辆运动学约束可知，车辆在行驶过程中，转弯半径R1和R2大于或等于最小转弯半径Rmin。
由图可知，圆弧切直线泊车路径中，直线段的长度应大于或等于0。
其中，可能发生的碰撞情况为：
1)车辆行驶圆弧DC时，车身左前点A4可能与左侧障碍物发生碰撞，如图所示。进行碰撞分析得到约束条件:
Figure GDA0002669910430000041
2)车辆行驶圆弧DC时，车身右后轮外侧点可能与右侧障碍物发生碰撞，如图所示。进行碰撞分析得到约束条件:
Figure GDA0002669910430000042
3)车辆行驶圆弧BA时，车身右前点A3可能与右侧障碍物发生碰撞，如图所示。进行碰撞分析得到约束条件：
Figure GDA0002669910430000043
4)车辆行驶圆弧BA时，车身右后点A2可能与停车位内边界发生碰撞，如图所示。进行碰撞分析得到约束条件：
Figure GDA0002669910430000044
得到泊车路径参数的约束如下：
Figure GDA0002669910430000045
根据上述约束，可求出未知量R1、R2、L1和α的取值范围。由图可知，泊车起始点的坐标可由R1、R2、L1和α表示如下：
W＝R1(1-cosα)+R2(1-cosα)+L1sinα
L＝R1sinα+R2sinα+L1cosα
将求出的R1、R2、L1和α的取值范围代入上式，即可求得L和W的取值范围，得到泊车起始区域。
⑶对单向多次自动平行泊车路径规划方法可能存在的碰撞情况进行分析,结合车辆最小转弯半径约束、圆弧角度约束确定单向多次自动平行泊车路径规划方法的起始区域。
单向多次自动平行泊车路径规划方法过程如图所示，车辆以后轴中心为路径参考点，D点为起始点，以R1为转弯半径倒车行驶角度为α的圆弧DC后，再以R2为转弯半径，倒车行驶角度为α-β的圆弧CB至B点时，车辆左后点A1即将和后方障碍物发生碰撞，无法再以R2为转弯半径倒车行驶角度为β的圆弧BA段。车辆在B点停车后，以R2为转弯半径，前进行驶角度为2β的圆弧BE，再以R2为转弯半径，前进行驶角度为β的圆弧EF至F点，F点与A点的横坐标相同。最后通过直线倒车，调整与两侧障碍物之间的距离。
泊车目标点的确定方法为：车辆后侧车身与后方障碍物距离为d、左侧车身与停车位外边界线平行时，以此位置处车辆后轴中心为泊车目标点和坐标原点，建立坐标系，其中车辆前向为X方向，车辆左侧为Y方向。坐标原点如图2中O点所示。
由车辆运动学约束可知，车辆在行驶过程中，转弯半径R1和R2大于或等于最小转弯半径Rmin。
由图可知圆弧AC的角度α大于或等于圆弧AB的角度β。
其中，可能发生的碰撞情况为：
1)车辆行驶圆弧DC时，车身左前点A4可能与左侧障碍物发生碰撞，如图所示。进行碰撞分析得到约束条件：
Figure GDA0002669910430000051
2)车辆行驶圆弧DC时，如图所示。进行碰撞分析得到约束条件：
Figure GDA0002669910430000052
3)车辆行驶圆弧CB时，车身右前点A3点可能与右前方障碍物发生碰撞，如图所示。进行碰撞分析得到约束条件：
Figure GDA0002669910430000053
4)车辆行驶圆弧CB时，车身左后点A1点可能与左后方障碍物发生碰撞，如图所示。进行碰撞分析得到约束条件：
Figure GDA0002669910430000054
5)车辆行驶圆弧CB时，车身右后点A2点可能与停车位下边界发生碰撞，如图所示。进行碰撞分析得到约束条件：
Figure GDA0002669910430000061
6)车辆行驶圆弧EF时，车身右前点A3点可能与停车位下边界发生碰撞，如图所示。进行碰撞分析得到约束条件：
Figure GDA0002669910430000062
7)车辆行驶圆弧EF时，车身前侧可能与右前方障碍物发生碰撞，如图所示。进行碰撞分析得到约束条件：
L-(R1+R2)sinα+4R2sinβ+Lx+Lf≤Lo-Lb-d
得到泊车路径参数的约束如下：
Figure GDA0002669910430000063
根据上述约束，可求出未知量R1、R2、α和β的取值范围。由图可知，泊车起始点的坐标可由R1、R2、α和β表示如下：
W＝(R1+R2)(1-cosα)
Figure GDA0002669910430000071
将求出的R1、R2、α和β的取值范围代入上式，即可求得L和W的取值范围，得到泊车起始区域。
⑷对双向多次自动平行泊车路径规划方法可能存在的碰撞情况进行分析,结合车辆最小转弯半径约束、圆弧角度约束、终点坐标约束确定双向多次自动平行泊车路径规划方法起始区域。
双向多次自动平行泊车路径规划方法过程如图所示，车辆以后轴中心为路径参考点，D点为起始点，以R1为转弯半径倒车行驶角度为α的圆弧DC后，再以R2为转弯半径，倒车行驶角度为α-β的圆弧CB至B点时，车辆左后点A1即将和后方障碍物发生碰撞，无法再以R2为转弯半径倒车行驶角度为β的圆弧BA段。车辆在B点停车后，以R2为转弯半径，前进行驶角度为2β的圆弧BE，再以Rmin为转弯半径，前进行驶角度为β的圆弧EF至F1点。车辆在F1点停车后，以R2为转弯半径，倒车行驶角度为Φ的圆弧F1F2，再以R2为转弯半径，倒车行驶角度为Φ的圆弧F2F3，其中F3点与A点的横坐标相同。最后通过直线倒车，调整与两侧障碍物之间的距离。
泊车目标点的确定方法为：车辆后侧车身与后方障碍物距离为d、左侧车身与停车位外边界线平行时，以此位置处车辆后轴中心为泊车目标点和坐标原点，建立坐标系，其中车辆前向为X方向，车辆左侧为Y方向。坐标原点如图2中O点所示。
由车辆运动学约束可知，车辆在行驶过程中，转弯半径R1和R2大于或等于最小转弯半径Rmin。
由图可知圆弧AC的角度α大于或等于圆弧AB的角度β。
由图可知，B点与A点的纵坐标之差等于E点与F3点的纵坐标之差相同，可得约束条件：
R2(1-cosβ)＝Rmin(1-cosβ)+2R2(1-cosΦ)
其中，可能发生的碰撞情况为：
1)车辆行驶圆弧DC时，车身左前点A4可能与左侧障碍物发生碰撞，如图所示。进行碰撞分析得到约束条件：
Figure GDA0002669910430000072
2)车辆行驶圆弧DC时，车身右后轮外侧点可能与右前方障碍物发生碰撞，如图所示。进行碰撞分析得到约束条件：
Figure GDA0002669910430000073
3)车辆行驶圆弧CB时，车身右前点A3点可能与右前方障碍物发生碰撞，如图所示。进行碰撞分析得到约束条件：
Figure GDA0002669910430000081
4)车辆行驶圆弧CB时，车身左后点A1点可能与左后方障碍物发生碰撞，如图所示。进行碰撞分析得到约束条件：
Figure GDA0002669910430000082
5)车辆行驶圆弧EF1时，车身右前点A3点可能与停车位下边界发生碰撞，如图所示。进行碰撞分析得到约束条件：
Figure GDA0002669910430000083
6)车辆行驶圆弧EF1时，车身前侧可能与右前方障碍物发生碰撞，如图所示。进行碰撞分析得到约束条件：
L-(R1+R2)sinα+(3R2+Rmin)sinβ+Lf+Lf≤Lo-Lb-d
7)车辆行驶圆弧F2F3时，车身右后点A2点可能与停车位下边界发生碰撞，如图所示。进行碰撞分析得到约束条件：
Figure GDA0002669910430000084
得到泊车路径参数的约束如下：
Figure GDA0002669910430000091
根据上述约束，可求出未知量R1、R2、α和β的取值范围。由图可知，泊车起始点的坐标可由R1、R2、α和β表示如下：
W＝(R1+R2)(1-cosα)
Figure GDA0002669910430000092
将求出的R1、R2、α和β的取值范围代入上式，即可求得L和W的取值范围，得到泊车起始区域。
⑸对C型自动垂直泊车路径规划方法可能存在的碰撞情况进行分析,结合车辆最小转弯半径约束和最小直线倒车段长度约束确定C型自动垂直泊车路径规划方法的起始区域。
C型过程如图所示，车辆以后轴中心为路径参考点，C点为起始点，以R为转弯半径倒车行驶角度为
Figure GDA0002669910430000093
的圆弧CB至B点后，通过直线倒车，调整与停车位下边界线之间的距离。
泊车目标点的确定方法为：车辆后侧车身与停车位下边界距离为d、左侧车身与两侧障碍物平行时，以车辆在此位置处的后轴中心为泊车目标点和坐标原点，建立坐标系，其中车辆前向为X方向，车辆左侧为Y方向。坐标原点如图中O点所示。
由车辆运动学约束可知，车辆在行驶过程中，转弯半径R大于或等于最小转弯半径Rmin。
由图可知，直线倒车段L1长度大于或等于0。
其中，可能发生的碰撞情况为：
1)车辆行驶圆弧CB时，车身左前点A4可能与左侧障碍物发生碰撞，如图所示。进行碰撞分析得到约束条件：
Figure GDA0002669910430000101
2)车辆行驶圆弧CB时，车身右后轮点I可能与右前方障碍物发生碰撞，如图所示。进行碰撞分析得到约束条件：
Figure GDA0002669910430000102
式中，Wo为停车位的宽度。
3)车辆行驶圆弧CB时，车身左后点A1可能与右后方障碍物发生碰撞，如图所示。进行碰撞分析得到约束条件：
Figure GDA0002669910430000103
得到泊车路径参数的约束如下
Figure GDA0002669910430000104
根据上述约束，可求出未知量R的取值范围。由图可知，泊车起始点的坐标可由R表示如下：
W＝Lb+L1+R
L＝R
将求出的R的取值范围代入上式，即可求得L和W的取值范围，得到泊车起始区域。
⑹对人型自动垂直泊车路径规划方法可能存在的碰撞情况进行分析,结合车辆最小转弯半径约束和圆弧角度约束确定人型自动垂直泊车路径规划方法的起始区域。
人型自动垂直泊车路径规划方法的过程如图所示，车辆以后轴中心为路径参考点，D点为起始点，以R1为转弯半径前进行驶角度为ε1的圆弧DC至C点后，再倒车行驶角度为ε2的圆弧CB至B点，最后通过直线倒车，调整与停车位下边界线之间的距离。
泊车目标点的确定方法为：车辆后侧车身与停车位下边界距离为d、左侧车身与两侧障碍物平行时，以车辆在此位置处的后轴中心为泊车目标点和坐标原点，建立坐标系，其中车辆前向为X方向，车辆左侧为Y方向。坐标原点如图中O点所示。
由车辆运动学约束可知，车辆在行驶过程中，转弯半径R大于或等于最小转弯半径Rmin。
由图可知，直线倒车段L1长度大于或等于0。
由图可知，角度ε1与角度ε2之和为
Figure GDA0002669910430000111
其中，可能发生的碰撞情况为：
1)车辆行驶圆弧DC时，车身右后点A2可能与右后方障碍物发生碰撞，如图所示。进行碰撞分析得到约束条件：
Figure GDA0002669910430000112
式中，Lo为停车位的长度。
2)车辆行驶圆弧DC时，车身左前点A3可能与左侧障碍物发生碰撞，如图所示。进行碰撞分析得到约束条件：
Figure GDA0002669910430000113
3)车辆行驶圆弧CB时，车身右后轮点I可能与右前方障碍物发生碰撞，如图所示。进行碰撞分析得到约束条件：
Figure GDA0002669910430000114
4)车辆行驶圆弧CB时，车身左后点A1可能与右后方障碍物发生碰撞，如图所示。进行碰撞分析得到约束条件：
Figure GDA0002669910430000121
得到泊车路径参数的约束如下：
Figure GDA0002669910430000122
根据上述约束，可求出未知量R1、R2、ε1和ε2的取值范围。由图可知，泊车起始点的坐标可由R1、R2、ε1和ε2表示如下：
W＝L1+R2sinε2+R1(1-cosε1)
L＝R2(1-cosε2)-R1sinε1
将求出的R1、R2、ε1和ε2的取值范围代入上式，即可求得L和W的取值范围，得到泊车起始区域。
与现有技术相比，本发明的显著有益效果体现在：
提出了基于碰撞情况分析的自动泊车起始区域确定方法，该方法可用于分析圆弧切圆弧自动平行泊车路径规划方法、圆弧切直线自动平行泊车路径规划方法、单向多次自动平行泊车路径规划方法、双向多次自动平行泊车路径规划方法、C型自动垂直泊车路径规划方法、人型自动垂直泊车路径规划方法和其他潜在规划方法可能存在的碰撞情况，根据分析得到的避障约束确定可行的泊车起始区域，使车辆泊车起始点的选取更加合理，进而有效提升泊车的效率和成功率。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制。
图1是圆弧切圆弧自动平行泊车路径规划方法的路径示意图。
图2是平行泊车场景坐标原点选取示意图。
图3-6是圆弧切圆弧自动平行泊车路径规划方法中可能出现的碰撞情况示意图。
图7是圆弧切直线自动平行泊车路径规划方法的路径示意图。
图3、图4、图8和图6是圆弧切直线自动平行泊车路径规划方法中可能出现的碰撞情况示意图。
图9是单向多次自动平行泊车路径规划方法的路径示意图。
图3、图4和图10-14是单向多次自动平行泊车路径规划方法中可能出现的碰撞情况示意图。
图15是双向多次自动平行泊车路径规划方法的路径示意图。
图3、图4、图10-11、图16和图17-18是双向多次自动平行泊车路径规划方法中可能出现的碰撞情况示意图。
图19是C型自动垂直泊车路径规划方法的路径示意图。
图20是垂直泊车场景坐标原点选取示意图。
图21-23是C型自动垂直泊车路径规划方法中可能出现的碰撞情况示意图。
图24是人型自动垂直泊车路径规划方法的路径示意图
图23、图25-27是人型自动垂直泊车路径规划方法中可能出现的碰撞情况示意图。
图28是本发明的基于碰撞情况分析的自动泊车起始区域确定方法的示意性框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明。但本领域的技术人员应该知道，以下实施例并不是对本发明技术方案作的唯一限定，凡是在本发明技术方案精神实质下所做的任何等同变换或改动，均应视为属于本发明的保护范围。
本发明提出的一种基于碰撞情况分析的自动泊车起始区域确定方法，使用了车身尺寸和车位信息。对于不同的泊车路径规划方法，分析每段路径可能发生的碰撞情况，确定避障约束，根据避障约束确定可行的泊车起始区域。
如图所示，驾驶员驾驶车辆到达车位附近，提出自动泊车需求。车载传感器扫描车位周围环境，将左右两侧障碍物之间的距离、停车位的长度和停车位的宽度传递至自动泊车辅助系统。自动泊车辅助系统根据检测到的车位环境确定泊车目标点，根据避障约束条件确定泊车过程中路径参数的取值范围，再以泊车目标点为起始点进行逆过程分析，以路径参数为变量，求出起始点坐标的表达式。最后通过路径参数的取值范围，确定泊车起始点坐标的取值范围，获得泊车起始区域。
因此，方案实施主要包含如下过程：
一、确定泊车目标点
二、根据可能发生的碰撞情况建立避障约束
三、根据避障约束条件确定泊车过程中路径参数的取值范围，再以泊车目标点为起始点进行逆过程分析，以路径参数为变量，求出起始点坐标的表达式。最后通过路径参数的取值范围，确定泊车起始点坐标的取值范围，获得泊车起始区域。
下面一一予以细述
⑴使用圆弧切圆弧自动平行泊车路径规划方法进行平行泊车
一、确定目标点
泊车目标点的确定方法为：车辆后侧车身与后方障碍物距离为d、左侧车身与停车位外边界线平行时，以此位置处车辆后轴中心为泊车目标点和坐标原点，建立坐标系，其中车辆前向为X方向，车辆左侧为Y方向。坐标原点如图2中O点所示。
二、根据可能发生的碰撞情况建立避障约束
1)车辆行驶圆弧DC时，车身左前点A4可能与左侧障碍物发生碰撞，如图所示。进行碰撞分析得到约束条件:
Figure GDA0002669910430000141
式中，W为泊车起始点的纵坐标，R1为车辆行驶第一段圆弧DC的转弯半径，Wc为车身宽度，Lx为车辆轴距长度，Lf为车辆前悬长度，H为左侧障碍物与泊车起始点之间的距离。
2)车辆行驶圆弧DC时，车身右后轮外侧点可能与右前方障碍物发生碰撞，如图所示。进行碰撞分析得到约束条件:
Figure GDA0002669910430000142
式中，L为泊车起始点的横坐标，Lo为停车位的长度，Lb为车辆后悬长度。
3)车辆行驶圆弧CB时，车身右前点A3可能与右前方障碍物发生碰撞，如图5所示。进行碰撞分析得到约束条件:
Figure GDA0002669910430000143
式中，R2为车辆行驶圆弧CB时的转弯半径。
4)车辆行驶圆弧CB时，车身右后点A2可能与停车位内边界发生碰撞，如图所示。进行碰撞分析得到约束条件:
Figure GDA0002669910430000151
式中，Wo为停车位的宽度。
三、根据避障约束条件确定泊车过程中路径参数的取值范围，再以泊车目标点为起始点进行逆过程分析，以路径参数为变量，求出起始点坐标的表达式。最后通过路径参数的取值范围，确定泊车起始点坐标的取值范围，获得泊车起始区域。
得到泊车路径参数的约束如下:
Figure GDA0002669910430000152
根据上述约束，可求出未知量R1、R2和α的取值范围。由图可知，泊车起始点的坐标可由R1、R2和α表示如下：
W＝R1(1-cosα)+R2(1-cosα)
L＝R1sinα+R2sinα
将求出的R1、R2和α的取值范围代入上式，即可求得L和W的取值范围，得到泊车起始区域。
⑵使用圆弧切直线自动平行泊车路径规划方法进行平行泊车
一、确定目标点
泊车目标点的确定方法为：车辆后侧车身与后方障碍物距离为d、左侧车身与停车位外边界线平行时，以此位置处车辆后轴中心为泊车目标点和坐标原点，建立坐标系，其中车辆前向为X方向，车辆左侧为Y方向。坐标原点如图2中O点所示。
二、根据可能发生的碰撞情况建立避障约束
1)车辆行驶圆弧DC时，车身左前点A4可能与左侧障碍物发生碰撞，如图所示。进行碰撞分析得到约束条件:
Figure GDA0002669910430000161
2)车辆行驶圆弧DC时，车身右后轮外侧点可能与右前方障碍物发生碰撞，如图所示。进行碰撞分析得到约束条件:
Figure GDA0002669910430000162
3)车辆行驶圆弧BA时，车身右前点A3可能与右前方障碍物发生碰撞，如图所示。进行碰撞分析得到约束条件：
Figure GDA0002669910430000163
4)车辆行驶圆弧BA时，车身右后点A2可能与停车位内边界发生碰撞，如图所示。进行碰撞分析得到约束条件：
Figure GDA0002669910430000164
三、根据避障约束条件确定泊车过程中路径参数的取值范围，再以泊车目标点为起始点进行逆过程分析，以路径参数为变量，求出起始点坐标的表达式。最后通过路径参数的取值范围，确定泊车起始点坐标的取值范围，获得泊车起始区域。
得到泊车路径参数的约束如下:
Figure GDA0002669910430000165
根据上述约束，可求出未知量R1、R2、L1和α的取值范围。由图可知，泊车起始点的坐标可由R1、R2、L1和α表示如下：
W＝R1(1-cosα)+R2(1-cosα)+L1sinα
L＝R1sinα+R2sinα+L1cosα
将求出的R1、R2和α的取值范围代入上式，即可求得L和W的取值范围，得到泊车起始区域。
⑶使用单向多次自动平行泊车路径规划方法进行平行泊车
一、确定目标点
泊车目标点的确定方法为：车辆后侧车身与后方障碍物距离为d、左侧车身与停车位外边界线平行时，以此位置处车辆后轴中心为泊车目标点和坐标原点，建立坐标系，其中车辆前向为X方向，车辆左侧为Y方向。坐标原点如图2中O点所示。
二、根据可能发生的碰撞情况建立避障约束
1)车辆行驶圆弧DC时，车身左前点A4可能与左侧障碍物发生碰撞，如图所示。进行碰撞分析得到约束条件：
Figure GDA0002669910430000171
2)车辆行驶圆弧DC时，车身右后轮外侧点可能与右前方障碍物发生碰撞，如图所示。进行碰撞分析得到约束条件：
Figure GDA0002669910430000172
3)车辆行驶圆弧CB时，车身右前点A3点可能与右前方障碍物发生碰撞，如图所示。进行碰撞分析得到约束条件：
Figure GDA0002669910430000173
4)车辆行驶圆弧CB时，车身左后点A1点可能与左后方障碍物发生碰撞，如图所示。进行碰撞分析得到约束条件：
Figure GDA0002669910430000174
5)车辆行驶圆弧CB时，车身右后点A2点可能与停车位下边界发生碰撞，如图所示。进行碰撞分析得到约束条件：
Figure GDA0002669910430000175
6)车辆行驶圆弧EF时，车身右前点A3点可能与停车位下边界发生碰撞，如图所示。进行碰撞分析得到约束条件：
Figure GDA0002669910430000181
7)车辆行驶圆弧EF时，车身前侧可能与右前方障碍物发生碰撞，如图所示。进行碰撞分析得到约束条件：
L-(R1+R2)sinα+4R2sinβ+Lx+Lf≤Lo-Lb-d
三、根据避障约束条件确定泊车过程中路径参数的取值范围，再以泊车目标点为起始点进行逆过程分析，以路径参数为变量，求出起始点坐标的表达式。最后通过路径参数的取值范围，确定泊车起始点坐标的取值范围，获得泊车起始区域。
得到泊车路径参数的约束如下：
Figure GDA0002669910430000182
根据上述约束，可求出未知量R1、R2、α和β的取值范围。由图可知，泊车起始点的坐标可由R1、R2、α和β表示如下：
W＝(R1+R2)(1-cosα)
Figure GDA0002669910430000183
将求出的R1、R2、α和β的取值范围代入上式，即可求得L和W的取值范围，得到泊车起始区域。
⑷使用双向多次自动平行泊车路径规划方法进行平行泊车
一、确定泊车目标点
泊车目标点的确定方法为：车辆后侧车身与后方障碍物距离为d、左侧车身与停车位外边界线平行时，以此位置处车辆后轴中心为泊车目标点和坐标原点，建立坐标系，其中车辆前向为X方向，车辆左侧为Y方向。坐标原点如图2中O点所示。
二、根据可能发生的碰撞情况建立避障约束
1)车辆行驶圆弧DC时，车身左前点A4可能与左侧障碍物发生碰撞，如图所示。进行碰撞分析得到约束条件：
Figure GDA0002669910430000191
2)车辆行驶圆弧DC时，车身右后轮外侧点可能与右前方障碍物发生碰撞，如图所示。进行碰撞分析得到约束条件：
Figure GDA0002669910430000192
3)车辆行驶圆弧CB时，车身右前点A3点可能与右前方障碍物发生碰撞，如图所示。进行碰撞分析得到约束条件：
Figure GDA0002669910430000193
4)车辆行驶圆弧CB时，车身左后点A1点可能与左后方障碍物发生碰撞，如图所示。进行碰撞分析得到约束条件：
Figure GDA0002669910430000194
5)车辆行驶圆弧EF1时，车身右前点A3点可能与停车位下边界发生碰撞，如图所示。进行碰撞分析得到约束条件：
Figure GDA0002669910430000195
6)车辆行驶圆弧EF1时，车身前侧可能与右前方障碍物发生碰撞，如图所示。进行碰撞分析得到约束条件：
L-(R1+R2)sinα+(3R2+Rmin)sinβ+Lf+Lf≤Lo-Lb-d
7)车辆行驶圆弧F2F3时，车身右后点A2点可能与停车位下边界发生碰撞，如图所示。进行碰撞分析得到约束条件：
Figure GDA0002669910430000201
三、根据避障约束条件确定泊车过程中路径参数的取值范围，再以泊车目标点为起始点进行逆过程分析，以路径参数为变量，求出起始点坐标的表达式。最后通过路径参数的取值范围，确定泊车起始点坐标的取值范围，获得泊车起始区域。
得到泊车路径参数的约束如下：
Figure GDA0002669910430000202
W＝(R1+R2)(1-cosα)
Figure GDA0002669910430000203
将求出的R1、R2、α和β的取值范围代入上式，即可求得L和W的取值范围，得到泊车起始区域。
⑸使用C型自动垂直泊车路径规划方法进行垂直泊车
一、确定泊车目标点
泊车目标点的确定方法为：车辆后侧车身与停车位下边界距离为d、左侧车身与两侧障碍物平行时，以车辆在此位置处的后轴中心为泊车目标点和坐标原点，建立坐标系，其中车辆前向为X方向，车辆左侧为Y方向。坐标原点如图中O点所示。
二、根据可能发生的碰撞情况建立避障约束
1)车辆行驶圆弧CB时，车身左前点A4可能与左侧障碍物发生碰撞，如图所示。进行碰撞分析得到约束条件：
Figure GDA0002669910430000211
2)车辆行驶圆弧CB时，车身右后轮点I可能与右前方障碍物发生碰撞，如图所示。进行碰撞分析得到约束条件：
Figure GDA0002669910430000212
式中，Wo为停车位的宽度。
3)车辆行驶圆弧CB时，车身左后点A1可能与右后方障碍物发生碰撞，如图所示。进行碰撞分析得到约束条件：
Figure GDA0002669910430000213
三、根据避障约束条件确定泊车过程中路径参数的取值范围，再以泊车目标点为起始点进行逆过程分析，以路径参数为变量，求出起始点坐标的表达式。最后通过路径参数的取值范围，确定泊车起始点坐标的取值范围，获得泊车起始区域。
得到泊车路径参数的约束如下：
Figure GDA0002669910430000214
根据上述约束，可求出未知量R的取值范围。由图可知，泊车起始点的坐标可由R表示如下：
W＝Lb+L1+R
L＝R
将求出的R的取值范围代入上式，即可求得L和W的取值范围，得到泊车起始区域。
⑹使用人型自动垂直泊车路径规划方法进行垂直泊车
一、确定泊车目标点
泊车目标点的确定方法为：车辆后侧车身与停车位下边界距离为d、左侧车身与两侧障碍物平行时，以车辆在此位置处的后轴中心为泊车目标点和坐标原点，建立坐标系，其中车辆前向为X方向，车辆左侧为Y方向。坐标原点如图中O点所示。
二、根据可能发生的碰撞情况建立避障约束
1)车辆行驶圆弧DC时，车身右后点A2可能与右后方障碍物发生碰撞，如图所示。进行碰撞分析得到约束条件：
Figure GDA0002669910430000221
式中，Lo为停车位的长度。
2)车辆行驶圆弧DC时，车身左前点A3可能与左侧障碍物发生碰撞，如图所示。进行碰撞分析得到约束条件：
Figure GDA0002669910430000222
3)车辆行驶圆弧CB时，车身右后轮点I可能与右前方障碍物发生碰撞，如图所示。进行碰撞分析得到约束条件：
Figure GDA0002669910430000223
4)车辆行驶圆弧CB时，车身左后点A1可能与右后方障碍物发生碰撞，如图所示。进行碰撞分析得到约束条件：
Figure GDA0002669910430000224
三、根据避障约束条件确定泊车过程中路径参数的取值范围，再以泊车目标点为起始点进行逆过程分析，以路径参数为变量，求出起始点坐标的表达式。最后通过路径参数的取值范围，确定泊车起始点坐标的取值范围，获得泊车起始区域。
得到泊车路径参数的约束如下：
Figure GDA0002669910430000231
根据上述约束，可求出未知量R1、R2、ε1和ε2的取值范围。由图可知，泊车起始点的坐标可由R1、R2、ε1和ε2表示如下：
W＝L1+R2sinε2+R1(1-cosε1)
L＝R2(1-cosε2)-R1sinε1
将求出的R1、R2、ε1和ε2的取值范围代入上式，即可求得L和W的取值范围，得到泊车起始区域。

Claims (1)

1.一种基于碰撞情况分析的自动泊车起始区域确定方法，其特征在于，通过车辆自身尺寸、车辆自身运动学约束条件、目标空置车位和车位周边环境，基于碰撞情况分析确定双向多次自动平行泊车路径规划方法的起始区域，
基于碰撞情况分析的自动泊车起始区域确定方法包括如下步骤：
步骤S1，根据车位周边环境，建立自动泊车过程的坐标系，确定泊车目标点；
步骤S2，分析泊车过程中可能发生的碰撞情况，确定各种避障约束条件；
步骤S3，根据避障约束条件确定泊车过程中路径参数的取值范围，再以泊车目标点为起始点进行逆过程分析，以路径参数为变量，求出起始点坐标的表达式，然后通过路径参数的取值范围，确定泊车起始点坐标的取值范围，获得泊车起始区域，
具体地，对于双向多次自动平行泊车路径规划方法，通过车辆最小转弯半径约束、圆弧角度约束、终点坐标约束和七种可能发生的碰撞情况确定双向多次自动平行泊车路径规划方法的起始区域，
双向多次自动平行泊车路径规划方法：车辆以后轴中心为路径参考点，D点为起始点，以R1为转弯半径倒车行驶角度为α的第一圆弧DC后，再以R2为转弯半径，倒车行驶角度为α-β的第二圆弧CB至B点时，车辆左后点A1即将和后方障碍物发生碰撞，无法再以R2为转弯半径倒车行驶角度为β的圆弧BA段，车辆在B点停车后，以R2为转弯半径，前进行驶角度为2β的第三圆弧BE，再以Rmin为转弯半径，前进行驶角度为β的第四圆弧EF1至F1点，车辆在F1点停车后，以R2为转弯半径，倒车行驶角度为Φ的第五圆弧F1F2，再以R2为转弯半径，倒车行驶角度为Φ的第六圆弧F2F3，其中F3点与A点的纵坐标相同，最后通过直线倒车，调整与前后两侧障碍物之间的距离，其中，第一圆弧DC和第二圆弧CB的凸出方向相反，第三圆弧BE和第四圆弧EF1的凸出方向相反，第五圆弧F1F2和第六圆弧F2F3的凸出方向相反，
泊车目标点的确定方法为：车辆后侧车身与后方障碍物距离为d、左侧车身与停车位外边界线平行时，以此位置处车辆后轴中心为泊车目标点和坐标原点，建立坐标系，其中车辆前向为X方向，车辆左侧为Y方向，
1)由车辆运动学约束可知，车辆在行驶过程中，转弯半径R1和R2大于或等于最小转弯半径Rmin，
2)第一圆弧DC的角度α大于或等于圆弧AB的角度β，
3)B点与A点的纵坐标之差等于E点与F3点的纵坐标之差，
4)车辆行驶第一圆弧DC时，车身左前点A4可能与左侧障碍物发生碰撞，
5)车辆行驶第一圆弧DC时，车身右后轮外侧点可能与右侧障碍物发生碰撞，
6)车辆行驶第二圆弧CB时，车身右前点A3点可能与右侧障碍物发生碰撞，
7)车辆行驶第二圆弧CB时，车身左后点A1点可能与后方障碍物发生碰撞，
8)车辆行驶第四圆弧EF1时，车身右前点A3点可能与停车位内边界发生碰撞，
9)车辆行驶第四圆弧EF1时，车身前侧可能与前方障碍物发生碰撞，
10)车辆行驶第六圆弧F2F3时，车身右后点A2点可能与停车位内边界发生碰撞，
根据避障约束条件确定泊车过程中路径参数的取值范围，再以泊车目标点为起始点进行逆过程分析，以路径参数为变量，求出起始点坐标的表达式，最后通过路径参数的取值范围，确定泊车起始点坐标的取值范围，获得泊车起始区域，
基于下述约束条件，求解泊车起始区域：
Figure FDA0002968431170000021
其中，
W为泊车起始点的纵坐标，
R1为车辆行驶第一圆弧DC的转弯半径，Wc为车身宽度，Lx为车辆轴距长度，Lf为车辆前悬长度，H为车辆在起始位置时的左侧障碍物与泊车目标点之间的距离；
L为泊车起始点的横坐标，
Lo为停车位的长度，Lb为车辆后悬长度；
R2为车辆行驶第二圆弧CB时的转弯半径；
Wo为停车位的宽度，
根据上述约束，求出未知量R1、R2、α和β的取值范围，
泊车起始点的坐标由R1、R2、α和β表示如下：
W＝(R1+R2)(1-cosα)
Figure FDA0002968431170000031
将求出的R1、R2、α和β的取值范围代入上式，求得L和W的取值范围，得到泊车起始区域。
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