智能网联汽车仿真与测试课件：APA系统仿真与测试

APA系统仿真与测试SimulationandTestingofIntelligentNetworkedVehicle智能网联汽车仿真与测试目录Contents什么是APA01APA自动泊车功能发展历史02自动泊车系统分类03APA系统架构04APA平行泊车控制过程案例05什么是APA01定义

APA(AutomaticParkingAssist)自动泊车功能指的是汽车不需要人工干预，通过车身周遭搭载的传感器测量车身与周围环境的距离和角度，来自动识别停车位，并利用传感器数据通过车载处理器进行分析、计算，规划出泊车路径，通过控制车辆的转向、制动、加速，自动地完成停车入位的动作。一、什么是APAAPA自动泊车功能发展历史02二、APA自动泊车功能发展历史APA主要发展历史：1933年，美国加利福尼亚发明家布鲁克斯·沃克首次提出了当时看来很先进的自动泊车系统。在20世纪50年代，布鲁克斯·沃克设计了一个原理类似的五轮汽车，并命名为泊车汽车(ParkCar)。这种系统增加了汽车的机械结构负担，造价昂贵，且压缩了后备箱空间。二、APA自动泊车功能发展历史APA主要发展历史：1956年在Motorama车展上，别克汽车公开了1956款的Centurion概念车。除了流线型外观和透明车非常前卫以外，第一次在汽车上安装了后置广角摄像头。二、APA自动泊车功能发展历史APA主要发展历史：1972年，沃尔沃也曾在VESC概念车(VolvoExperimentalSafetyCar)上搭载过车载后视摄像头，但最终还是停留在了试验阶段，没能走向量产。二、APA自动泊车功能发展历史APA主要发展历史：1991年，丰田发布了带有后视摄像头的Soarer车型，这是世界上第款量产的带有后视摄像头的车型。二、APA自动泊车功能发展历史APA主要发展历史：2007年，日本日产汽车第一个发布了摄像头环视系统Around

ViewMonitor。该系统在车身四周安装了四个摄像头，并进行画面拼接，得到鸟瞰视图。二、APA自动泊车功能发展历史APA主要发展历史：奔驰发布了W140型S级汽车。该车在车尾安装倒车标杆，用于帮助司机泊车。当档位切换到倒挡的时，车尾会自动升起两个金属标杆，用于帮助司机确定车辆的位置。二、APA自动泊车功能发展历史APA主要发展历史：1982年，丰田在Corona车型上安装倒车雷达。安装在车尾的倒车雷达可以探测车辆与后方障碍物之间的间距，并在距离小于一定阙值的时候发出警告。这是倒车雷达首次得到批量应用。二、APA自动泊车功能发展历史APA主要发展历史：现代自动泊车技术的开始,应当是1992年在法兰克福IAA车展上大众展出的IRVW(IntegratedResearchVolkswagen)Futura概念车。IRVWFutura车身圆润紧凑，有两个造型夸张的鸥翼门，前挡风至尾窗均为玻璃材质，这在当时引发了汽车设计方面的轰动。二、APA自动泊车功能发展历史APA主要发展历史：第一个实现自动泊车系统量产的是日本丰田。2003年,丰田普锐斯搭载了基于视觉的泊车系统直接将该系统的价格降低到了几百美金，从而实现量产。丰田的混动普锐斯配备了可实现自动侧方停车的智能泊车系统(IntelligentParkingAssist)。二、APA自动泊车功能发展历史APA主要发展历史：2006年，丰田旗下的高端品牌雷克萨斯在LS旗舰轿车上也配备了自动泊车系统。该系统可以实现自动侧方车位和斜车位泊车。紧接着，其他汽车厂商推出了自己的自动泊车系统。自动泊车系统分类03半自动泊车阶段：在进行泊车的时候，什么时候回方向是一个很重要的问题，半自动泊车系统的目的就是解决这个问题。在半自动泊车系统中，驾驶员不需要控制，只需要换挡和踩油门即可。智能泊车阶段：智能泊车系统的特点是驾驶员不需要控制方向盘油门和刹车，仅需启动停车功能即可完成泊车。为了实现智能泊车，最核心的问题之一是要解决线控变速箱。遥控泊车：对于紧凑型车位，开车门可能比较困难。因此需要驾驶员在车外激活泊车功能，让车辆在无人情况下进入或开出。此外，由于停车位周围可能存在坑洞，仅采用超声波雷达难以发现这个问题。此时需要车辆具备全景影像，从而更好地感知周围环境。根据智能化程度不同，泊车系统发展可以分为六个阶段:三、自动泊车系统分类记忆式泊车：又称停车场记忆泊车。车辆根据此前学习的路线进行停车。在进行记忆式泊车以前，需要驾驶员驾驶车辆在停车场自动行驶并停入制定车位。从而让汽车学习线路环境知识。学习完成之后，车辆可以根据此前行驶的路线进行泊车。驾驶在泊车过程中，车辆会自动进行转向灯切换和障碍物躲避等等操作。有条件的自动泊车：有条件的自动泊车可实现停车库入口可以把车停下来，接下来通过智能手表或者智能终端启动泊车系统，车辆会自动完成泊车。在需要再次使用车辆时，在停车场门口远程点击按钮，车辆自动驶出停车场。因此，有条件的自动泊车也被称为自动代客泊车系统，目的是解决“最后一公里”的泊车问题。全自动泊车根据智能化程度不同，泊车系统发展可以分为六个阶段:三、自动泊车系统分类APA系统架构041.APA主要涉及的技术感知基于计算机视觉识别障碍物和可用车位，基于超声波雷达检测车位周围障碍物。融合将视觉识别到的信息与超声波雷达识别到的信息进行融合，获得更可信的结果。四、APA系统架构定位用以确定车辆实时位置，判断车辆是否停到位等。1.APA主要涉及的技术路径规划进行全局和局部路径规划，常用A*算法。全局规划的目的是从当前位置到达可用车位周围。局部规划的目的是找到合适的局部路径，让车辆安全泊入车位中。控制控制方向盘、油门、刹车、挡位到达目标位置，让车辆跟随路径规划得到的路径行驶，常见的路径规划算法包括Stanly算法，纯跟踪算法等。四、APA系统架构2.APA系统的三个子系统路径规划主要任务是探测车辆周围环境，如障碍物和可使用的车位。在泊车过程中也需要实时检测车辆与停车位之间的位置关系。在车位探测阶段，需要采集车位几何参数，如长度、宽度、斜角。在泊车阶段，需要计算汽车与目标停车位之间的相对位置坐标，进而计算车身角度和车辆转角，从而让汽车成功进入停车位。四、APA系统架构2.APA系统的三个子系统中央控制系统主要任务包括两个方面。首先，接受传感器感知的数据，计算车位相关参数并判断其是否为可用车位。进行全局规划，找到可用车位的位置，然后进行局部规划，计算得到泊车路径。其次，控制执行系统，从而使车辆按照规划的路径行驶。四、APA系统架构2.APA系统的三个子系统执行系统主要涉及电动助力转向系统和汽车发动机电控系统。在中央控制系统控制下，电动助力转向系统将数字控制量转化为方向盘的角度，控制汽车的转向。汽车发动机电控系统控制汽车油门开度等从而控制汽车泊车速度。电动助力转向系统与汽车发动机电控系统协调配合，控制汽车按照指定命令完成泊车过程。四、APA系统架构APA平行泊车控制过程案例05五、APA平行泊车控制过程案例1.车位识别模块主要根据传感器获取的车位信息(包括车位尺寸和车位与周围车辆之间的相对位置)计算车辆安全泊车入库的最小车位尺寸并将其与真实车位比较。当可获取车位符合安全泊车条件时，即可使用路径规划算法进行路径规划。1.车位识别模块车辆无碰撞轨迹连续的最短泊车空间为:五、APA平行泊车控制过程案例1.车位识别模块平行泊车采用的算法是在两相切圆弧算法的基础上采用B样条曲线拟合的方法实现泊车路径规划。泊车初始位置范围确定模块的主要功能是根据车辆当前与车位的相对位置关系，基于两相切圆理论，进行两相切圆弧的规划，如图所示。2.泊车初始位置范围确定模块圆弧通常设置为固定半径值，通过车辆位置关系计算出泊车初始位置范围

和五、APA平行泊车控制过程案例1.车位识别模块系统根据泊车初始位置范围控制车辆制动，当车辆稳定后，系统根据车辆当前位置信息，确定两泊车相切圆弧的尺寸，生成从泊车起始位置至泊车目标点的圆弧泊车路径，如图所示。3.泊车路径规划模块五、APA平行泊车控制过程案例1.车位识别模块在两圆弧的相切点存在曲率突变问题，对于连续泊车过程，此方法存在严重缺陷，对此也可采用贝泽尔样条曲线拟合的生成泊车轨迹，如图所示。此外，对于复杂场景，需要使用A*算进行局部路径规划。五、APA平行泊车控制过程案例轨迹跟踪控制模块轨迹跟踪控制模块基于泊车路径，生成车辆横向控制及纵向控制的目标值，同时根据车辆实时反馈的状态信号进行修正控