淺析自動(dòng)駕駛—自動(dòng)泊車(chē)

下班駕車(chē)回到小區(qū)停車(chē)場(chǎng)，在密密麻麻的停泊車(chē)輛中忽然發(fā)現(xiàn)了一個(gè)停車(chē)位，帶著驚奇與慶幸，你將汽車(chē)開(kāi)到停車(chē)位旁。但在這時(shí)你卻忽然發(fā)現(xiàn)，旁邊兩個(gè)汽車(chē)停得與空置的車(chē)位靠較近，憑借你一（la）流（ji）的車(chē)技，根本無(wú)法將汽車(chē)停進(jìn)去，只能眼看車(chē)位空瞪眼，只悔科二忘天邊。

汽車(chē)的出現(xiàn)，滿足了人們的出行需求，但現(xiàn)階段，汽車(chē)的行駛永遠(yuǎn)離不開(kāi)駕駛員對(duì)汽車(chē)的操作，到達(dá)目的地后，停車(chē)成為每個(gè)駕駛員需要面對(duì)的問(wèn)題。無(wú)論是側(cè)方位停車(chē)，還是倒車(chē)入庫(kù)，都是需要每個(gè)駕駛員熟練掌握的技巧，而實(shí)際情況卻遠(yuǎn)不是想象的那么美好，“停車(chē)”這一簡(jiǎn)單操作，卻成為了很多駕駛員的難題。

隨著高級(jí)輔助駕駛系統(tǒng)的出現(xiàn)，汽車(chē)的駕駛體驗(yàn)越發(fā)豐富，駕駛員在駕駛汽車(chē)的過(guò)程中也越來(lái)越輕松，駕駛安全性也由于高級(jí)輔助駕駛的搭載獲得了巨大的提升，作為在駕駛汽車(chē)過(guò)程中不可避免的動(dòng)作——停/泊車(chē)，也被汽車(chē)設(shè)計(jì)師考慮到，設(shè)計(jì)并研發(fā)了相關(guān)的高級(jí)輔助駕駛系統(tǒng)，它就是——自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)。

自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)的發(fā)展

自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)最早可以追溯到1992年，大眾在其IRVW（Integrated Research Volkswagen）Futura概念車(chē)上采用了自動(dòng)泊車(chē)技術(shù)。IRVW是一款具有全自動(dòng)泊車(chē)功能的汽車(chē)，駕駛員可以下車(chē)觀看汽車(chē)自動(dòng)泊車(chē)的全過(guò)程。行李箱中安裝了如同個(gè)人電腦大小的計(jì)算機(jī)來(lái)控制整個(gè)自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)。大眾當(dāng)時(shí)估計(jì)這一功能會(huì)使汽車(chē)售價(jià)提高約3000美元，所以后來(lái)并沒(méi)有將這套系統(tǒng)投入生產(chǎn)。

自動(dòng)泊車(chē)功能真正實(shí)現(xiàn)商用化，是2003年豐田在日式普銳斯混合動(dòng)力汽車(chē)上提供了可選的自動(dòng)泊車(chē)功能，三年后，英國(guó)駕駛員花上700美元就可以在他們的普銳斯上增加自動(dòng)泊車(chē)功能了。

2004年，瑞典Linkopeng大學(xué)的一群學(xué)生與沃爾沃（Volvo）合作開(kāi)發(fā)了一個(gè)名為Evolve的項(xiàng)目。Evolve汽車(chē)可以自動(dòng)順列式駐車(chē)。這群學(xué)生在沃爾沃S60上裝上感應(yīng)器，并在行李箱里裝上用來(lái)控制方向盤(pán)和加速及剎車(chē)踏板的計(jì)算機(jī)。西門(mén)子VDO正在開(kāi)發(fā)一種名為ParkMate的獨(dú)立駕駛員輔助系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以幫助駕駛員找到車(chē)位并停好車(chē)。

自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)的定義

自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)主要是利用遍布車(chē)輛自身和周邊環(huán)境里的傳感器，測(cè)量車(chē)輛自身與周邊物體之間的相對(duì)距離、速度和角度，然后通過(guò)車(chē)載計(jì)算機(jī)平臺(tái)或云計(jì)算平臺(tái)計(jì)算出操作流程，并控制車(chē)輛的轉(zhuǎn)向和加減速，使車(chē)輛實(shí)現(xiàn)自動(dòng)泊入、泊出及部分行駛功能。

按照自動(dòng)化程度等級(jí)，自動(dòng)泊車(chē)可以分為：半自動(dòng)泊車(chē)和全自動(dòng)泊車(chē)。半自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)為駕駛員操控車(chē)速，計(jì)算平臺(tái)根據(jù)車(chē)速及周邊環(huán)境來(lái)確定并執(zhí)行轉(zhuǎn)向，對(duì)應(yīng)于SAE自動(dòng)駕駛級(jí)別中的L1級(jí)；全自動(dòng)泊車(chē)為計(jì)算平臺(tái)根據(jù)周邊環(huán)境來(lái)確定并執(zhí)行轉(zhuǎn)向和加減速等全部操作，駕駛員可在車(chē)內(nèi)或車(chē)外監(jiān)控，對(duì)應(yīng)于SAE自動(dòng)駕駛級(jí)別中的L2級(jí)。目前市場(chǎng)上的自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)仍為半自動(dòng)泊車(chē)，車(chē)輛的泊車(chē)過(guò)程還是需要駕駛員的介入，如通過(guò)對(duì)油門(mén)和剎車(chē)控制來(lái)控制車(chē)速。

自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)的技術(shù)要求

自動(dòng)泊車(chē)過(guò)程大致可包含以下五大環(huán)節(jié)：環(huán)境感知、停車(chē)位檢測(cè)與識(shí)別、泊車(chē)路徑規(guī)劃、泊車(chē)路徑跟隨、控制模擬顯示。按照泊車(chē)方式，分為三種模式：平行式泊車(chē)、垂直式泊車(chē)、斜列式泊車(chē)。

環(huán)境感知是自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)中比較重要的一個(gè)功能，通過(guò)對(duì)停車(chē)場(chǎng)環(huán)境的探測(cè)，如尋找可用的停車(chē)位、自動(dòng)泊車(chē)過(guò)程中兩側(cè)車(chē)輛的監(jiān)測(cè)、確認(rèn)車(chē)輛的位置信息和車(chē)輛的車(chē)身狀態(tài)信息等，從而確保車(chē)輛自動(dòng)泊車(chē)過(guò)程中的安全可靠。自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)環(huán)境感知主要通過(guò)超聲波雷達(dá)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在車(chē)輛四周安裝超聲波雷達(dá)，讓車(chē)輛在自動(dòng)泊車(chē)過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)周邊環(huán)境，讓車(chē)輛避免剮蹭。

在使用超聲波傳感器探測(cè)車(chē)位時(shí)，車(chē)輛以一定的恒定車(chē)速V平行行駛向泊車(chē)位：

當(dāng)車(chē)輛駛過(guò)1號(hào)車(chē)停放的位置時(shí)，裝在車(chē)身側(cè)面的超聲波傳感器開(kāi)始測(cè)量車(chē)輛與1號(hào)車(chē)的橫向距離D。

當(dāng)車(chē)輛通過(guò)1號(hào)車(chē)的上邊緣時(shí)，超聲波傳感器測(cè)量的數(shù)值會(huì)有一個(gè)跳變，記錄此時(shí)時(shí)刻。

車(chē)輛繼續(xù)勻速前進(jìn)，當(dāng)行駛在1號(hào)車(chē)與2號(hào)車(chē)之間時(shí)，處理器可以求得車(chē)位的平均寬度W。

當(dāng)通過(guò)2號(hào)車(chē)下邊緣時(shí)，超聲波傳感器測(cè)量的數(shù)值又發(fā)生跳變，處理器記錄當(dāng)前時(shí)刻，算得最終的車(chē)位長(zhǎng)度L。

處理器對(duì)測(cè)量的車(chē)位長(zhǎng)度L和寬度W進(jìn)行分析，判斷車(chē)位是否符合泊車(chē)基本要求并判斷車(chē)位類(lèi)型。

考慮到自動(dòng)泊車(chē)實(shí)現(xiàn)原理，泊車(chē)路徑規(guī)劃一般盡可能滿足以下要求：

完成泊車(chē)路徑所需要的動(dòng)作必須盡可能少。因?yàn)槊總€(gè)動(dòng)作的精度誤差會(huì)傳遞到下一個(gè)動(dòng)作，動(dòng)作越多，精度越差。

在每個(gè)動(dòng)作的實(shí)施過(guò)程中，車(chē)輛的轉(zhuǎn)向輪（絕大部分為前輪）的角度需要保持一致。因?yàn)橄到y(tǒng)是通過(guò)嵌入式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，而嵌入式系統(tǒng)的性能有限，轉(zhuǎn)向輪角度保持一致能夠?qū)⑦\(yùn)動(dòng)軌跡的計(jì)算歸結(jié)為幾何問(wèn)題，反之需要涉及復(fù)雜的積分問(wèn)題，這對(duì)嵌入式系統(tǒng)的性能是一個(gè)挑戰(zhàn)。

在自動(dòng)泊車(chē)過(guò)程中，還會(huì)由傳感器反饋構(gòu)建泊車(chē)環(huán)境模擬，給駕駛員進(jìn)行提示與交互，讓駕駛員在車(chē)輛自動(dòng)泊車(chē)過(guò)程中可以進(jìn)行必要的操作，并可以在車(chē)輛自動(dòng)泊車(chē)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)立刻介入自動(dòng)泊車(chē)過(guò)程，從而避免危險(xiǎn)的發(fā)生。

自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)

現(xiàn)階段，自動(dòng)泊車(chē)技術(shù)主要應(yīng)用在高端車(chē)輛上，但由于硬件設(shè)備與軟件系統(tǒng)的局限，自動(dòng)泊車(chē)技術(shù)并不能在任何場(chǎng)景下實(shí)現(xiàn)駕駛員泊車(chē)需求，由于主車(chē)廠設(shè)計(jì)的不同，有的車(chē)輛搭載的自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多種車(chē)位的停泊，但有個(gè)車(chē)輛搭載的自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)僅可以實(shí)現(xiàn)側(cè)方位或倒車(chē)入庫(kù)下的自動(dòng)泊車(chē)，對(duì)于不常見(jiàn)的斜方車(chē)位的停泊就可能無(wú)法實(shí)現(xiàn)了。

現(xiàn)階段的自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)對(duì)于停車(chē)場(chǎng)景也有特殊要求，如果停車(chē)位過(guò)小或兩側(cè)車(chē)輛空置的空間達(dá)不到自動(dòng)泊車(chē)要求，自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)將無(wú)法工作。另外，如果遇到極端天氣或傳感器臟污時(shí)，自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)也將出現(xiàn)異?；蚴ъ`。

自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

隨著汽車(chē)技術(shù)的不斷提升，自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)將朝著自主泊車(chē)的技術(shù)突破和演進(jìn)。自主泊車(chē)又被稱(chēng)為代客泊車(chē)或一鍵泊車(chē)，駕駛員可以在指定地點(diǎn)召喚停車(chē)位上的車(chē)輛，或讓當(dāng)前駕駛的車(chē)輛停入指定或隨機(jī)的停車(chē)位。整個(gè)過(guò)程正常狀態(tài)下無(wú)需人員操作和監(jiān)管，對(duì)應(yīng)于SAE自動(dòng)駕駛級(jí)別中的L3級(jí)。自主泊車(chē)系統(tǒng)包含兩個(gè)功能，即泊車(chē)與喚車(chē)。

泊車(chē)功能：是指用戶通過(guò)車(chē)載中控大屏或手機(jī)APP選定在園區(qū)、住宅區(qū)等半封閉區(qū)域內(nèi)的停車(chē)位或者選定停車(chē)場(chǎng)（有高精地圖覆蓋），然后車(chē)輛通過(guò)獲取園區(qū)、住宅區(qū)等半封閉道路上的車(chē)道線、道路交通標(biāo)志、周?chē)渌?chē)輛等交通環(huán)境、參與者信息；控制車(chē)輛的油門(mén)、轉(zhuǎn)向、制動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)安全自動(dòng)駕駛，并通過(guò)自動(dòng)尋找可用停車(chē)位或識(shí)別用戶選定停車(chē)位；實(shí)現(xiàn)自動(dòng)泊入、自動(dòng)停車(chē)、掛P檔、熄火、鎖車(chē)門(mén)，同時(shí)防止?jié)撛诘呐鲎参ｋU(xiǎn)的功能。

喚車(chē)功能：是指用戶通過(guò)手機(jī)APP選定園區(qū)、住宅區(qū)等半封閉區(qū)域內(nèi)的某一喚車(chē)點(diǎn)，然后車(chē)輛從停車(chē)位自動(dòng)泊出、低速自動(dòng)駕駛到達(dá)喚車(chē)點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)喚車(chē)，同時(shí)防止?jié)撛诘呐鲎参ｋU(xiǎn)的功能。

隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)的普及，當(dāng)達(dá)到SAE自動(dòng)駕駛級(jí)別中的L5級(jí)時(shí)，駕駛員的角色將消失，汽車(chē)的使用場(chǎng)景將進(jìn)一步改變，當(dāng)乘坐自動(dòng)駕駛汽車(chē)到達(dá)目的地后，車(chē)輛將實(shí)現(xiàn)自動(dòng)尋找停泊車(chē)位的需求。屆時(shí)停車(chē)場(chǎng)景將進(jìn)一步改變，如相鄰車(chē)位同時(shí)有自動(dòng)駕駛車(chē)輛進(jìn)行停泊動(dòng)作時(shí)，車(chē)輛應(yīng)該如何處理？停泊時(shí)如果遇到加塞行為應(yīng)該如何反應(yīng)？沒(méi)有駕駛員/安全員的輔助，自動(dòng)駕駛汽車(chē)是否可以安全完成需求動(dòng)作？停泊車(chē)輛過(guò)程中不可預(yù)見(jiàn)的可能性太多，但自動(dòng)駕駛的普及一定也繞不開(kāi)自動(dòng)泊車(chē)技術(shù)，只有讓車(chē)輛做好駛出車(chē)位—駕駛汽車(chē)—停泊汽車(chē)這一完全連貫的最基本的行車(chē)需求時(shí)，自動(dòng)駕駛技術(shù)才有可能真正地實(shí)現(xiàn)。智駕最前沿將繼續(xù)深耕自動(dòng)駕駛領(lǐng)域技術(shù)，與大家聊聊關(guān)于自動(dòng)駕駛發(fā)展的技術(shù)與趨勢(shì)，歡迎大家關(guān)注支持！