自動泊車系統（APS）詳細介紹

自動泊車系統（Automated Parking System，APS）又稱為自動泊車入位，顧名思義就是汽車不用人工干預，通過車載傳感器（泊車雷達）和車載處理器，來實現自動識別可用車位，并自動正確地完成停車入車位動作的系統。APS系統一般包括一個環(huán)境數據采集系統、一個中央處理器和一個車輛策略控制系統。

在不同的國家，落實不同場景的自動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。這是整個汽車智能化和自動駕駛里面最迫切的需求，也是一個比較容易切入的環(huán)節(jié)。

目前很多車企推出的新車都有自動泊車功能。

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

APS系統一般包括一個環(huán)境數據采集系統、一個中央處理器和一個車輛策略控制系統。上述的環(huán)境數據采集系統一般包括圖像采集系統和車載距離探測系統（通過超聲波雷達或者毫米波雷達系統）。

日常生活中側方向泊車（順列式駐車）較常見，停車時大多無人指導和幫助，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、向路邊轉動車輪，以大約45°將車向后切入停車位。

3、當汽車前輪與前車的后輪平行時，駕駛員撥直前輪，然后繼續(xù)倒車。

4、當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，將汽車前端回轉到停車位中。

5、最后，駕駛員在停車位前后移動汽車，直到汽車距離路邊約0.3米為止。

要實現正確的自動泊車，那么車輛就必須自動完成兩項重要工作。第一，就是能夠準確識別出可用車位。這里包括車位識別的速度以及準確性。第二，也是最為重要的，就是把車輛順利駛入車位中。自動泊車過程可以分為3個部分，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汽車與目標停車位的相對位置等數據，得出汽車的當前位置、目標位置及周圍的環(huán)境參數，據此規(guī)劃計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，將相關策略轉化為電信號傳達給執(zhí)行器，依據指令引導汽車按照規(guī)劃好的路徑泊車。

早期的自動泊車系統并不是全自動的，但這種系統的確使順列式駐車更加容易。駕駛員仍然必須踩著制動踏板控制車速（汽車的怠速足以將車駛入停車位，無需踩加速踏板）。然后，車上的計算機系統將接管方向盤。

當駕駛車輛沿道路行駛時，只要車速低于36公里/小時（每款車型時速的設定值會有不同），系統就會認為駕駛者有停車意圖，車輛便開始利用雷達探頭自動檢測周圍是否有合適的停車位置。一般車型自動泊車系統所設定的可用停車區(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），才可確認該區(qū)域屬于可停范圍。

當自動泊車系統找到合適的停車位置后，汽車移動到前車旁邊時，系統會給駕駛員一個信號，告訴他應該停車的位置。此時掛入倒檔，系統會提示駕駛者是否啟動主動停車輔助功能，確認啟動后，現在駕駛者就可以雙手離開方向盤了，車上的計算機系統將接管方向盤，計算機通過動力轉向系統轉動車輪。其方向盤將自動轉動調整車輛倒車方向，駕駛者只需要控制油門及剎車掌握車速（當駕駛者手握住方向盤，系統就會暫停工作）。

在倒車過程中，駕駛者需要適當控制車速和注意倒車雷達的提示音。當汽車向后倒得足夠遠時，系統會給駕駛員另一個信號，告訴他應該停車并換為前進擋。如果是報警音，則說明已于后車非常接近了。此時需要掛入前進擋，車子在前進的同時，系統將自動回輪，把車子的位置擺正。當將汽車完全倒入停車位時，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。

自動泊車系統通過傳感器系統感知環(huán)境信息，包括視頻傳感器（攝像頭），毫米波雷達，超聲波雷達等。根據傳感器系統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）根據傳感器信息，實時進行環(huán)境建模，生成車輛運動路徑，控制車輛無碰撞地自動運動到泊車位。早期的自動泊車系統通常由以下部件組成：

1、傳感器系統：通常選用性價比比較高的超聲波傳感器，以及360度環(huán)視視頻系統。超聲波傳感器一般有12個，位于前后保險杠上，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，并根據從發(fā)射到接收信號的時間長短來評估與障礙物的距離。車輛保險杠正前方前雷達監(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距離傳感器用于探測停車位的長度和寬度。現在比較先進的全自動泊車系統，會結合選用毫米波雷達系統，距離檢測和抗干擾能力更強。比如，為了支持功能強大的自動泊車技術，奔馳S級提供了多達12枚泊車雷達。同時，360°攝像頭也能讓駕駛者在車內知曉車輛周圍的情況，必要時也可以親自介入停車動作。

2、駐車定位系統（PTS）控制單元：位于行李箱中左側，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)、點火開關狀態(tài)、電動方向機的狀態(tài)等信號，促動車距傳感器和警告元件，通過Flex Ray總線與CAN網絡通信。

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

4、電動助力轉向機構：由齒輪齒條式轉向機、扭矩傳感器（A91b1）、電動電動機（A91m1）和轉向機構控制單元（N68）組成，N68讀取A91b1的信號和來自ESP的輪速信號，據此促動A91 m1，從而帶動齒輪齒條式轉向機運轉，實現轉向功能。

5、轉向管柱模塊控制單元：讀取方向盤轉角和轉向角速度，并通過Flex Ray總線與CAN R絡通信。

6、車輛穩(wěn)定系統控制單元：具有控制自適應制動、制動力分配（EBD）、防抱死制動（ABS）、起步加速防滑控制（ASR）、電子牽引輔助（ETS）、制動輔助（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。在轉向過度或轉向不足的情形下，穩(wěn)定效果更加明顯。后輪驅動汽車常出現的轉向過度情況，后輪失控而甩尾，ESP便會迅速輕微制動外側的前輪來穩(wěn)定車子（注意：此時制動，不會使車輪抱死，旨在降低輪速）。在轉向不足時，ESP則會迅速輕微制動內后輪，從而校正車輛行駛方向。

遍布車輛周圍的雷達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算出操作流程配合車速調整方向盤的轉動。

該系統包括環(huán)境數據采集系統、中央處理器和車輛策略控制系統，環(huán)境數據采集系統包括圖像采集系統和車載距離探測系統，可采集圖像數據及周圍物體距車身的距離數據，并通過數據線傳輸給中央處理器。中央處理器可將采集到的數據分析處理后，得出汽車的當前位置、目標位置以及周圍的環(huán)境參數，依據上述參數作出自動泊車策略，并將其轉換成電信號。車輛策略控制系統接受電信號后，依據指令作出汽車的行駛如角度、方向等方面的操控，直至停車入位。

不同的自動泊車系統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杠四周裝上了感應器，它們既可以充當發(fā)送器，也可以充當接收器。這些感應器會發(fā)送信號，當信號碰到車身周邊的障礙物時會反射回來。然后，車上的計算機會利用其接收信號所需的時間來確定障礙物的位置。其他一些系統則使用安裝在保險杠上的攝像頭或雷達來檢測障礙物。但最終結果都是一樣的：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，然后將車子駛入停車位。

通過上面順列式自動泊車的例子， 我們可以總結一下，一個好的自動泊車系統必須包含以下三個部分：

（1）傳感器系統：該系統主要任務是探測環(huán)境信息，如尋找可用車位，在泊車過程中實時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)測汽車相對于目標停車位的位置坐標，進而用于計算車身的角度和轉角等信息，確保泊車過程的安全可靠。

（2）中央控制系統：該系統為APS的核心部分，主要任務包括以下方面：

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，根據停車位和汽車的相對位置，計算出最優(yōu)泊車路徑；再次，在泊車過程中，實時監(jiān)測。

（3）執(zhí)行系統：主要包括電動助力轉向系統和汽車發(fā)動機電控系統。根據中央控制系統的決策信息，電動助力轉向系統將數字控制量轉化為方向盤的角度，控制汽車的轉向。汽車發(fā)動機電控系統控制汽車油門開度等，從而控制汽車泊車速度。電動助力轉向系統與汽車發(fā)動機電控系統協調配合，控制汽車按照指定命令完成泊車過程。

自動停車系統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，從而進行車位探測。除了上述的側方向泊車（順列式駐車）外，一般也必須支持垂直方向泊車。自動泊車功能模式包括側方向泊車、垂直方向泊車，還可附帶自動駛出功能。有的車型具備側方向泊車或垂直方向泊車中的一種，以側方向泊車居多，有的車型同時具備這兩種模式。

車位識別時對所需車位的長度或寬度有最小要求。在車輛進行車位識別時，會根據執(zhí)行自動泊車所需車位的最小長度或寬度來判斷車位是否可用。側方向泊車的情況下，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、加速需要駕駛員控制，稱之為半自動泊車，之前大部分車型裝備的都是這類?，F在很多車企正在開發(fā)不需要駕駛員控制的全自動泊車，一般會和無人駕駛技術結合起來。

對于傳感器系統， 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在，結合無人駕駛的傳感器技術， 包括毫米波雷達和激光雷達的使用， 探測距離和探測精度可以得到很大提升。360度環(huán)繞視頻系統的使用， 也對自動泊車系統的車位線的識別，駕駛員實時監(jiān)測系統有了質的提高。

自動泊車系統APS的技術難點，主要有以下一些：

（1）車位探測與識別的精準度

超聲波傳感器近距范圍內不受光線影響，數據處理簡單快速，易于做到實時控制，在測量距離、精度方面能達到工業(yè)實用的要求，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。而攝像頭具有數據獲取量大、圖像信息量大、可探斜側面物體的優(yōu)點，但受環(huán)境因素影響較大、運算量大。

總之，當前的車位探測和識別手段各有優(yōu)缺點，如何進一步提升探測與識別的精準度是APS推廣的主要技術難點之一。

（2）路徑規(guī)劃

路徑規(guī)劃是APS的重要內容，主要通過控制算法來實現。該過程分為3個階段，分別是車位外起始位置調整、泊車入位和車位內姿態(tài)調整。

?車位外起始位置要在控制算法中設定相應的距離、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，進行合理的路徑規(guī)劃；

?在調整階段，應該針對車身相對于車位的位置和姿態(tài)進行系統分析，制定車輛在車位內調整的方案，確保車輛符合條件。

以上控制策略的實現，均需要大量的實際停車數據分析，并結合系統采集到的具體車位條件，將理論和實際結合，才能順利實現路徑規(guī)劃。

（3）泊車入位過程控制

泊車入位是APS執(zhí)行機構按照路徑規(guī)劃控制車輛進入車位，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上制定的，但是其測量結果受環(huán)境影響較大，容易形成誤差。因此，在泊車入位的過程中，應該注重對車輛入位過程的實時控制和調整，確保對環(huán)境數據的及時更新和對路徑的及時調整。

下面簡單闡述一下自動泊車系統的技術發(fā)展趨勢：

向全自動泊車發(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，實現全自動泊車，即在系統判定出合適的停車位后，駕駛員無需停留車內，系統完全自動泊車并熄火。

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，可識別低矮的障礙物等，這需要在超聲波傳感器的基礎上增加攝像頭，或者使用攝像頭和毫米波雷達作為傳感器。

實現車庫自主泊車

在智能化車庫的配合下，由車庫與車輛之間的信息交互進行引導，實現車輛在車庫中的自主泊車。