自動(dòng)泊車系統(tǒng)（APS）詳細(xì)介紹

自動(dòng)泊車系統(tǒng)（Automated Parking System，APS）又稱為自動(dòng)泊車入位，顧名思義就是汽車不用人工干預(yù)，通過車載傳感器（泊車?yán)走_(dá)）和車載處理器，來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識別可用車位，并自動(dòng)正確地完成停車入車位動(dòng)作的系統(tǒng)。APS系統(tǒng)一般包括一個(gè)環(huán)境數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、一個(gè)中央處理器和一個(gè)車輛策略控制系統(tǒng)。

在不同的國家，落實(shí)不同場景的自動(dòng)駕駛的意愿也不相同，唯一確定的是，大家都不愛停車，確切的說是不愛找車位和停車。這是整個(gè)汽車智能化和自動(dòng)駕駛里面最迫切的需求，也是一個(gè)比較容易切入的環(huán)節(jié)。

目前很多車企推出的新車都有自動(dòng)泊車功能。

自動(dòng)泊車系統(tǒng)（Automated Parking System，APS）又稱為自動(dòng)泊車入位，顧名思義就是汽車不用人工干預(yù)，通過車載傳感器（泊車?yán)走_(dá)）和車載處理器，來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識別可用車位，并自動(dòng)正確地完成停車入車位動(dòng)作的系統(tǒng)。它對于新手來說是一項(xiàng)相當(dāng)便捷的配置，對于老手來說也省了些力氣。當(dāng)您找到了一個(gè)理想的停車地點(diǎn)，不必再來回折騰，而只需輕輕啟動(dòng)按鈕、坐定、放松，其他一切即可自動(dòng)完成，徹底消除你在停車中遇到的麻煩。

APS系統(tǒng)一般包括一個(gè)環(huán)境數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、一個(gè)中央處理器和一個(gè)車輛策略控制系統(tǒng)。上述的環(huán)境數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般包括圖像采集系統(tǒng)和車載距離探測系統(tǒng)（通過超聲波雷達(dá)或者毫米波雷達(dá)系統(tǒng)）。

日常生活中側(cè)方向泊車（順列式駐車）較常見，停車時(shí)大多無人指導(dǎo)和幫助，泊車空間相對狹小，難度較大。為了順利的停車入位，我們先對順列式駐車情況做一下分析。順列式駐車要求汽車沿路邊平行停放，與其他停好的汽車排成一條直線。大多數(shù)汽車用戶需要比車身長出約1.2米的停車位，才能順利完成順列式駐車。通常情況下，駕駛員必須遵循以下五個(gè)基本步驟：

1、將汽車開到停車位的前面，停在前面一輛車的旁邊。

2、向路邊轉(zhuǎn)動(dòng)車輪，以大約45°將車向后切入停車位。

3、當(dāng)汽車前輪與前車的后輪平行時(shí)，駕駛員撥直前輪，然后繼續(xù)倒車。

4、當(dāng)通過后視境確保與后面車輛保持一定距離后，駕駛員從路邊向外打車輪，將汽車前端回轉(zhuǎn)到停車位中。

5、最后，駕駛員在停車位前后移動(dòng)汽車，直到汽車距離路邊約0.3米為止。

要實(shí)現(xiàn)正確的自動(dòng)泊車，那么車輛就必須自動(dòng)完成兩項(xiàng)重要工作。第一，就是能夠準(zhǔn)確識別出可用車位。這里包括車位識別的速度以及準(zhǔn)確性。第二，也是最為重要的，就是把車輛順利駛?cè)胲囄恢?。自?dòng)泊車過程可以分為3個(gè)部分，分別是車位探測、路徑規(guī)劃和路徑追蹤：

車位探測就是利用超聲波傳感器等監(jiān)測本車與路邊車輛的距離信息，判斷車位的長度是否滿足停車要求；

路徑規(guī)劃是中央處理器根據(jù)汽車與目標(biāo)停車位的相對位置等數(shù)據(jù)，得出汽車的當(dāng)前位置、目標(biāo)位置及周圍的環(huán)境參數(shù)，據(jù)此規(guī)劃計(jì)算出最佳泊車路徑和策略；

路徑追蹤主要是執(zhí)行路徑規(guī)劃，將相關(guān)策略轉(zhuǎn)化為電信號傳達(dá)給執(zhí)行器，依據(jù)指令引導(dǎo)汽車按照規(guī)劃好的路徑泊車。

早期的自動(dòng)泊車系統(tǒng)并不是全自動(dòng)的，但這種系統(tǒng)的確使順列式駐車更加容易。駕駛員仍然必須踩著制動(dòng)踏板控制車速（汽車的怠速足以將車駛?cè)胪＼囄?，無需踩加速踏板）。然后，車上的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)將接管方向盤。

當(dāng)駕駛車輛沿道路行駛時(shí)，只要車速低于36公里/小時(shí)（每款車型時(shí)速的設(shè)定值會有不同），系統(tǒng)就會認(rèn)為駕駛者有停車意圖，車輛便開始利用雷達(dá)探頭自動(dòng)檢測周圍是否有合適的停車位置。一般車型自動(dòng)泊車系統(tǒng)所設(shè)定的可用停車區(qū)域長度要大于車身1.2米以上 （最小長度是車身長度的1.2倍，約車長+0.8 m到1.2m），才可確認(rèn)該區(qū)域?qū)儆诳赏７秶?/p>

當(dāng)自動(dòng)泊車系統(tǒng)找到合適的停車位置后，汽車移動(dòng)到前車旁邊時(shí)，系統(tǒng)會給駕駛員一個(gè)信號，告訴他應(yīng)該停車的位置。此時(shí)掛入倒檔，系統(tǒng)會提示駕駛者是否啟動(dòng)主動(dòng)停車輔助功能，確認(rèn)啟動(dòng)后，現(xiàn)在駕駛者就可以雙手離開方向盤了，車上的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)將接管方向盤，計(jì)算機(jī)通過動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)車輪。其方向盤將自動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)整車輛倒車方向，駕駛者只需要控制油門及剎車掌握車速（當(dāng)駕駛者手握住方向盤，系統(tǒng)就會暫停工作）。

在倒車過程中，駕駛者需要適當(dāng)控制車速和注意倒車?yán)走_(dá)的提示音。當(dāng)汽車向后倒得足夠遠(yuǎn)時(shí)，系統(tǒng)會給駕駛員另一個(gè)信號，告訴他應(yīng)該停車并換為前進(jìn)擋。如果是報(bào)警音，則說明已于后車非常接近了。此時(shí)需要掛入前進(jìn)擋，車子在前進(jìn)的同時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)回輪，把車子的位置擺正。當(dāng)將汽車完全倒入停車位時(shí)，屏幕提示信息更新為停車已完成，掛入空擋，輕松完成停車任務(wù)。

自動(dòng)泊車系統(tǒng)通過傳感器系統(tǒng)感知環(huán)境信息，包括視頻傳感器（攝像頭），毫米波雷達(dá)，超聲波雷達(dá)等。根據(jù)傳感器系統(tǒng)的信息得出有效車位信息、車輛相對位置，從而決策泊車初始位置。電子控制單元（Electronic ControlUnit，簡稱ECU）根據(jù)傳感器信息，實(shí)時(shí)進(jìn)行環(huán)境建模，生成車輛運(yùn)動(dòng)路徑，控制車輛無碰撞地自動(dòng)運(yùn)動(dòng)到泊車位。早期的自動(dòng)泊車系統(tǒng)通常由以下部件組成：

1、傳感器系統(tǒng)：通常選用性價(jià)比比較高的超聲波傳感器，以及360度環(huán)視視頻系統(tǒng)。超聲波傳感器一般有12個(gè)，位于前后保險(xiǎn)杠上，它們發(fā)射超聲波信號，然后接收從障礙物反射回來的信號，并根據(jù)從發(fā)射到接收信號的時(shí)間長短來評估與障礙物的距離。車輛保險(xiǎn)杠正前方前雷達(dá)監(jiān)測距離為100cm，后方監(jiān)測的距離為120cm，其中左前和右前外側(cè)距離傳感器用于探測停車位的長度和寬度?，F(xiàn)在比較先進(jìn)的全自動(dòng)泊車系統(tǒng)，會結(jié)合選用毫米波雷達(dá)系統(tǒng)，距離檢測和抗干擾能力更強(qiáng)。比如，為了支持功能強(qiáng)大的自動(dòng)泊車技術(shù)，奔馳S級提供了多達(dá)12枚泊車?yán)走_(dá)。同時(shí)，360°攝像頭也能讓駕駛者在車內(nèi)知曉車輛周圍的情況，必要時(shí)也可以親自介入停車動(dòng)作。

2、駐車定位系統(tǒng)（PTS）控制單元：位于行李箱中左側(cè)，主要有以下作用，讀取各種電子元件輸入信號，如車速、擋位狀態(tài)、點(diǎn)火開關(guān)狀態(tài)、電動(dòng)方向機(jī)的狀態(tài)等信號，促動(dòng)車距傳感器和警告元件，通過Flex Ray總線與CAN網(wǎng)絡(luò)通信。

3、警告元件：前部警告元件集成于儀表中，當(dāng)車速低于16km/h時(shí)，駐車系統(tǒng)切換至測量模式。后部警告元件位于后風(fēng)擋玻璃上方，在車速低于16km/h時(shí)，警告部分亮起向駕駛員發(fā)出視覺警告。

4、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)：由齒輪齒條式轉(zhuǎn)向機(jī)、扭矩傳感器（A91b1）、電動(dòng)電動(dòng)機(jī)（A91m1）和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)控制單元（N68）組成，N68讀取A91b1的信號和來自ESP的輪速信號，據(jù)此促動(dòng)A91 m1，從而帶動(dòng)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向功能。

5、轉(zhuǎn)向管柱模塊控制單元：讀取方向盤轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)向角速度，并通過Flex Ray總線與CAN R絡(luò)通信。

6、車輛穩(wěn)定系統(tǒng)控制單元：具有控制自適應(yīng)制動(dòng)、制動(dòng)力分配（EBD）、防抱死制動(dòng)（ABS）、起步加速防滑控制（ASR）、電子牽引輔助（ETS）、制動(dòng)輔助（BAS）等功能疤通過分析各傳感器（如輪速傳感器）傳來的信號，然后向ABS、ASR發(fā)出糾偏指令（正確的控制指令），來幫助車輛維持動(dòng)態(tài)平衡使車輛可以在各種狀況下保持最佳的穩(wěn)定性。在轉(zhuǎn)向過度或轉(zhuǎn)向不足的情形下，穩(wěn)定效果更加明顯。后輪驅(qū)動(dòng)汽車常出現(xiàn)的轉(zhuǎn)向過度情況，后輪失控而甩尾，ESP便會迅速輕微制動(dòng)外側(cè)的前輪來穩(wěn)定車子（注意：此時(shí)制動(dòng)，不會使車輪抱死，旨在降低輪速）。在轉(zhuǎn)向不足時(shí)，ESP則會迅速輕微制動(dòng)內(nèi)后輪，從而校正車輛行駛方向。

遍布車輛周圍的雷達(dá)探頭測量自身與周圍物體之間的距離和角度，然后通過車載電腦計(jì)算出操作流程配合車速調(diào)整方向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)。

該系統(tǒng)包括環(huán)境數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、中央處理器和車輛策略控制系統(tǒng)，環(huán)境數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括圖像采集系統(tǒng)和車載距離探測系統(tǒng)，可采集圖像數(shù)據(jù)及周圍物體距車身的距離數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)線傳輸給中央處理器。中央處理器可將采集到的數(shù)據(jù)分析處理后，得出汽車的當(dāng)前位置、目標(biāo)位置以及周圍的環(huán)境參數(shù)，依據(jù)上述參數(shù)作出自動(dòng)泊車策略，并將其轉(zhuǎn)換成電信號。車輛策略控制系統(tǒng)接受電信號后，依據(jù)指令作出汽車的行駛?cè)缃嵌取⒎较虻确矫娴牟倏?，直至停車入位?/p>

不同的自動(dòng)泊車系統(tǒng)采用不同的方法來檢測汽車周圍的物體。有些在汽車前后保險(xiǎn)杠四周裝上了感應(yīng)器，它們既可以充當(dāng)發(fā)送器，也可以充當(dāng)接收器。這些感應(yīng)器會發(fā)送信號，當(dāng)信號碰到車身周邊的障礙物時(shí)會反射回來。然后，車上的計(jì)算機(jī)會利用其接收信號所需的時(shí)間來確定障礙物的位置。其他一些系統(tǒng)則使用安裝在保險(xiǎn)杠上的攝像頭或雷達(dá)來檢測障礙物。但最終結(jié)果都是一樣的：汽車會檢測到已停好的車輛、停車位的大小以及與路邊的距離，然后將車子駛?cè)胪＼囄弧?/p>

通過上面順列式自動(dòng)泊車的例子， 我們可以總結(jié)一下，一個(gè)好的自動(dòng)泊車系統(tǒng)必須包含以下三個(gè)部分：

（1）傳感器系統(tǒng)：該系統(tǒng)主要任務(wù)是探測環(huán)境信息，如尋找可用車位，在泊車過程中實(shí)時(shí)探測車輛的位置信息和車身狀態(tài)信息。在車位探測階段，采集車位的長度和寬度。在泊車階段，監(jiān)測汽車相對于目標(biāo)停車位的位置坐標(biāo)，進(jìn)而用于計(jì)算車身的角度和轉(zhuǎn)角等信息，確保泊車過程的安全可靠。

（2）中央控制系統(tǒng)：該系統(tǒng)為APS的核心部分，主要任務(wù)包括以下方面：

首先，接收車位監(jiān)測傳感器采集到的信息，計(jì)算車位的有效長度和寬度，判斷該車位是否可用；其次，規(guī)劃泊車路徑，根據(jù)停車位和汽車的相對位置，計(jì)算出最優(yōu)泊車路徑；再次，在泊車過程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測。

（3）執(zhí)行系統(tǒng)：主要包括電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)。根據(jù)中央控制系統(tǒng)的決策信息，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)將數(shù)字控制量轉(zhuǎn)化為方向盤的角度，控制汽車的轉(zhuǎn)向。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)控制汽車油門開度等，從而控制汽車泊車速度。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合，控制汽車按照指定命令完成泊車過程。

自動(dòng)停車系統(tǒng)APS的啟用需要滿足一定速度條件。APS對于車輛行駛速度有限制，一般在車速低于30km/h才可以啟用，從而進(jìn)行車位探測。除了上述的側(cè)方向泊車（順列式駐車）外，一般也必須支持垂直方向泊車。自動(dòng)泊車功能模式包括側(cè)方向泊車、垂直方向泊車，還可附帶自動(dòng)駛出功能。有的車型具備側(cè)方向泊車或垂直方向泊車中的一種，以側(cè)方向泊車居多，有的車型同時(shí)具備這兩種模式。

車位識別時(shí)對所需車位的長度或?qū)挾扔凶钚∫?。在車輛進(jìn)行車位識別時(shí)，會根據(jù)執(zhí)行自動(dòng)泊車所需車位的最小長度或?qū)挾葋砼袛嘬囄皇欠窨捎?。?cè)方向泊車的情況下，一般要求車位最小長度是車身長度的1.2倍（約車長+0.8 m到1.2m）；垂直方向泊車的情況下，一般要求車位最小寬度是車身寬度的1.5倍（約車寬+0.8 m）。

如果在泊車過程中，車輛制動(dòng)、加速需要駕駛員控制，稱之為半自動(dòng)泊車，之前大部分車型裝備的都是這類?，F(xiàn)在很多車企正在開發(fā)不需要駕駛員控制的全自動(dòng)泊車，一般會和無人駕駛技術(shù)結(jié)合起來。

對于傳感器系統(tǒng)， 以前， 從成本考慮，大多使用超聲波傳感器。超聲波傳感器探測距離為5～8 m，但無法識別車位線。如要識別車位線，需要增加攝像頭?，F(xiàn)在，結(jié)合無人駕駛的傳感器技術(shù)， 包括毫米波雷達(dá)和激光雷達(dá)的使用， 探測距離和探測精度可以得到很大提升。360度環(huán)繞視頻系統(tǒng)的使用， 也對自動(dòng)泊車系統(tǒng)的車位線的識別，駕駛員實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)有了質(zhì)的提高。

自動(dòng)泊車系統(tǒng)APS的技術(shù)難點(diǎn)，主要有以下一些：

（1）車位探測與識別的精準(zhǔn)度

超聲波傳感器近距范圍內(nèi)不受光線影響，數(shù)據(jù)處理簡單快速，易于做到實(shí)時(shí)控制，在測量距離、精度方面能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的要求，但是存在波束角太大、方向性差、分辨率低、作用距離短等缺點(diǎn)。而攝像頭具有數(shù)據(jù)獲取量大、圖像信息量大、可探斜側(cè)面物體的優(yōu)點(diǎn)，但受環(huán)境因素影響較大、運(yùn)算量大。

總之，當(dāng)前的車位探測和識別手段各有優(yōu)缺點(diǎn)，如何進(jìn)一步提升探測與識別的精準(zhǔn)度是APS推廣的主要技術(shù)難點(diǎn)之一。

（2）路徑規(guī)劃

路徑規(guī)劃是APS的重要內(nèi)容，主要通過控制算法來實(shí)現(xiàn)。該過程分為3個(gè)階段，分別是車位外起始位置調(diào)整、泊車入位和車位內(nèi)姿態(tài)調(diào)整。

?車位外起始位置要在控制算法中設(shè)定相應(yīng)的距離、位置等條件，使得車輛位置滿足泊車條件；

?泊車入位階段要建立模型，進(jìn)行合理的路徑規(guī)劃；

?在調(diào)整階段，應(yīng)該針對車身相對于車位的位置和姿態(tài)進(jìn)行系統(tǒng)分析，制定車輛在車位內(nèi)調(diào)整的方案，確保車輛符合條件。

以上控制策略的實(shí)現(xiàn)，均需要大量的實(shí)際停車數(shù)據(jù)分析，并結(jié)合系統(tǒng)采集到的具體車位條件，將理論和實(shí)際結(jié)合，才能順利實(shí)現(xiàn)路徑規(guī)劃。

（3）泊車入位過程控制

泊車入位是APS執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照路徑規(guī)劃控制車輛進(jìn)入車位，是APS的重要環(huán)節(jié)。路徑規(guī)劃是在傳感器測量的距離信息的基礎(chǔ)上制定的，但是其測量結(jié)果受環(huán)境影響較大，容易形成誤差。因此，在泊車入位的過程中，應(yīng)該注重對車輛入位過程的實(shí)時(shí)控制和調(diào)整，確保對環(huán)境數(shù)據(jù)的及時(shí)更新和對路徑的及時(shí)調(diào)整。

下面簡單闡述一下自動(dòng)泊車系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展趨勢：

向全自動(dòng)泊車發(fā)展

目前的APS還需要駕駛員的介入，未來將向更加智能化發(fā)展，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)泊車，即在系統(tǒng)判定出合適的停車位后，駕駛員無需停留車內(nèi)，系統(tǒng)完全自動(dòng)泊車并熄火。

環(huán)境識別更加全面

對車位周圍環(huán)境識別趨于更加全面，如增加對車位線的識別，保證車輛停入車位線之內(nèi)，可識別低矮的障礙物等，這需要在超聲波傳感器的基礎(chǔ)上增加攝像頭，或者使用攝像頭和毫米波雷達(dá)作為傳感器。

實(shí)現(xiàn)車庫自主泊車

在智能化車庫的配合下，由車庫與車輛之間的信息交互進(jìn)行引導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)車輛在車庫中的自主泊車。