自动泊车系统（Automated Parking Assist，APA）通过车载传感器感知车辆周围环境，扫描可满足当前车辆停放需求的障碍物空间车位或地面标线车位。系统通过人机交互界面（Human Machine Interface，HMI）获取驾驶员对目标车位的选择，或自动确定目标车位，随后规划泊车路径，并通过控制器向车辆执行机构发送横向与纵向运动控制指令，最终实现车辆安全、准确、高效地泊入目标车位，如图1所示。

为实现上述功能，APA系统通常分为车位扫描、路径规划和决策控制三个模块，各模块功能如下：

（1）车位扫描模块

利用车辆搭载的传感器识别和扫描由障碍物边界（如车辆、路沿）形成的车位以及带有车位线标记的车位，输出车位地图信息与车辆定位信息。同时，根据车位类型将其划分为平行车位、垂直车位和倾斜车位三种。

目前主流APA系统主要依靠超声波雷达和摄像头传感器完成车位扫描，两类系统的对比如表1所示。由表1可知，超声波雷达只能测量障碍物边界距离，无法识别车位线；而360°全景摄像头弥补了识别线车位的不足，通过图像分析处理还可提供更丰富的障碍物信息。因此，在超声波雷达与摄像头融合的APA系统中，线车位的识别率显著提高，即车位检出率提升。此外，将360°全景影像系统（Around View Monitor，AVM）与APA在人机交互方面融合设计，可在泊车过程中为用户提供全景视角，用户能直接在全景影像界面上选择目标车位（如空旷区域自选车位、系统扫描出的多个可泊车位等），提升了用户体验与参与感。

（2）路径规划模块

根据车位扫描模块输出的地图信息，结合车辆运动学模型，规划车辆泊入目标车位的路径。

（3）决策控制模块

依据车位扫描模块提供的地图信息和路径规划模块输出的路径信息，对车辆进行运动控制，使其按规划轨迹行驶，实现安全、准确的泊入。该模块需同时控制车辆的横向运动和纵向运动。

当前市场上典型的APA硬件架构如图2所示，主要包括传感器、集成控制器、人机交互界面（HMI）及执行机构。

APA系统通常配置12个超声波雷达，其中包括4个长距离超声波雷达（用于探测车身两侧障碍物距离）和8个短距离超声波雷达（用于探测车前和车后障碍物距离），如图3所示。

同时，APA系统与AVM系统共用4个高清鱼眼摄像头，用于采集车辆前后左右四个方向的图像并生成360°全景影像，如图4所示。

3.1 APA算法功能需求分析

APA系统启动后，利用超声波雷达和360°环视摄像头自动搜索周边可停车位。驾驶员确认目标车位后，系统自动规划路径，并通过决策控制模块控制车辆横向与纵向运动（包括方向盘转角、挡位、车速等），完成自动泊入。结合使用场景与功能控制过程，对APA算法的功能需求分析如下：

（1）系统适用于较低车速（通常在5km/h以下）的工况。（2）车辆能够实现平行车位、垂直车位和倾斜车位三种类型车位的泊入。（3）泊车过程中，APA系统通过对EPS、ESP、EMS、TCU、EPB、VCU的控制，实现对车辆横纵向运动的控制。（4）驾驶员可通过HMI控制APA功能的开启与关闭。（5）整个泊车过程中，涉及用户操作的部分由HMI给出明确提示，形成良好的人机交互。

3.2 APA控制系统接口确定

根据APA算法功能需求与硬件架构，确定APA控制系统的输入/输出接口及信号，如图5所示。

3.3 APA平行泊车控制算法设计

3.3.1 扫描车位校验模块

该模块对环境感知模块识别并输出的车位进行校验。结合传感器输出的车位信息（B点坐标）和车身参数，以泊入过程安全无碰撞为约束条件，实时计算车辆能够成功泊入的最短泊车空间距离（L）。将该值与实际可泊入车位尺寸进行比较：若满足可泊入条件，则输出当前识别出的车位；否则继续寻找可泊车位。以平行泊车为例，泊车过程如图6所示。

车辆无碰撞且轨迹连续的最短泊车空间计算公式为：

式中：

经校验后的可泊车位信息经坐标转换传输给控制决策模块，一方面用于AVM显示，通过HMI提示驾驶员选择可泊车位；另一方面用于路径规划，为后续算法处理和车辆运动控制提供依据。

3.3.2 泊车初始位置校验模块

该模块对扫描车位校验模块输出的车位进行二次校验。基于车辆当前位置与目标车位位置，以两圆相切理论为规划约束，校验当前车位是否可泊入，如图7所示。

R2 圆弧通常设置为车辆最小转弯半径，以两圆相切及车辆参数为约束，计算出允许泊车的初始位置范围 (Px,PyPx,Py)。将当前车辆位置与该范围比较：若在范围内，则当前车位满足可泊入条件；否则继续寻找可泊车位。

3.3.3 泊车路径规划模块

通过HMI接口选定最终泊车车位后，车辆在控制决策系统控制下逐渐停稳。基于两圆相切原理，该模块完成从车辆当前位置（预备倒车起始位置）到泊车终点目标位置的局部路径规划，生成圆弧-圆弧组合形式的泊车路径，如图8所示。

3.3.4 轨迹跟踪控制模块

基于路径规划模块输出的拟合泊车路径，该模块生成车辆横向与纵向控制的目标值（如方向盘转角、挡位、车速、加速度等输出信号），并根据车辆实时反馈的状态信号进行修正控制，确保车辆准确跟踪规划轨迹。

3.3.5 泊车状态控制模块

该模块主要控制泊车状态的逻辑，需根据HMI、车辆与车位的相对位置、驾驶员操作等信息动态调整与反馈。

泊车主要状态包括：

（1）OFF：泊车功能关闭（2）Standby：泊车功能开启准备（3）ParkingSpaceSearch：寻找车位（4）ParkingSpaceAppear：车位有效（5）AssistParking：辅助泊车（6）ParkingFinish：泊车完成（7）Fail：泊车失败

3.3.6 HMI交互显示模块

该模块根据APA系统的运行状态与驾驶员进行交互，包括显示车位扫描结果、供驾驶员选择目标泊车位等。

本文结合主流自动泊车硬件平台，对自动泊车控制系统进行了设计。根据车辆配置确定控制算法接口，结合实际泊车过程确定控制算法流程。环境感知模块利用超声波雷达和摄像头进行车位扫描，路径规划模块主要采用圆弧-圆弧方式进行局部路径规划，控制决策模块负责轨迹跟踪与执行器控制。整个控制算法设计合理有效，为自动驾驶研究奠定了初步基础。

来源：CSDN博主「scott198512」

https://blog.csdn.net/scott198510/article/details/132567892