自動泊車的超聲波車位探測系統分析

摘 要：自動泊車是一個十分復雜的系統，由多個子系統組合而成，其中超聲波車位探測系統就是非常重要的子系統之一，主要是以自動泊車作為根本的泊車目標，并在超聲波傳感器以及其他技術方式的作用之下進行了系統方案的制定和控制程序的編寫。該系統可以對車位的尺寸是否符合自動泊車的需求以及車位的類型進行判別，最終完成自動泊車工作。經過實驗證明，自動泊車的超聲波車位探測系統可以很好地探測車位，并對車位周圍的數據以及環境參數進行分析，保證自動泊車工作的順利完成。

關鍵詞：自動泊車;超聲波傳感器;車位探測系統

中圖分類號：TP242 文獻標識碼：A

0 引言

近年來我國汽車行業迅速發展，汽車的保有量持續地提升，汽車已經普及到了千家萬戶。也正是由于這些因素停車場越來越緊張，車位的設計也變得越發苛刻，車位狹窄、泊車環境差已經是非常常見的問題了，基于這一背景，自動泊車市場需求不斷地增多，汽車的智能化功能越來越受關注。

自動泊車超聲波車位探測系統的應用，主要是為汽車的駕駛系統提供豐富和精準的環境信息，其中距離信息最為重要。超聲波傳感器在國內外的很多移動機器人上都得到了十分廣泛性地應用。但是在汽車的自動泊車系統當中，超聲波傳感器通常被應用在測距方面，其他的應用研究是非常少的。因此，本文是從這一背景出發，對超聲波車位探測系統在自動泊車領域內的應用進行了十分詳細地探析，主要目的在于構建起倒車環境模型，將車輛周圍的環境信息獲取更加精準，提高泊車的精準性以及可靠性。

1 自動泊車系統

自動泊車系統在通常情況是由數據采集系統、車輛的控制系統和中央處理系統等組合而成的。周圍數據環境的采集系統主要是對停車空間進行探測，目的是探測倒車的起點，之后將這些采集到的數據信息直接傳輸到中央處理器系統當中去;中央處理器系統會接收到這些數據信息，而后對它們進行分析和處理，對車輛所處的位置、泊車的位置、車輛周圍的環境參數等等進行確定，在獲取到非常精準和全面的數據信息之后會自動性地生成泊車控制策略，后將倒車的控制策略轉換成為電信號，發送到車輛的控制系統當中去。控制系統在接受到信號之后會自動地識別，之后再利用中央處理系統發射出來的關于倒車控制的角度、方向以及動力等最終做出最合理的操作控制。

在自動泊車技術的應用過程中，最常見的控制策略包括以路線為基礎的自動泊車控制、以適應神經網絡為基礎的自動泊車控制和以模糊控制為基礎的自動泊車控制。

2 自動泊車的超聲波車位探測系統

（1）超聲波車位測距的原理分析。超聲波探測系統中核心技術是超聲波傳感器，是由發射端和接收端兩個部分組成的，對障礙物進行探測。在發射端向外部發射出超聲波之后，會經過障礙物進行反射，之后接收端將其檢測到。如果將這個過程所需要的時間設為t，超聲波的傳播速度設為C，傳感器與障礙物之間的距離設為S，則有公式S=Ct/2。

（2）如何探測車位。自動泊車超聲波車位探測系統在應用過程中，其主要是利用車身側面的超聲測距模塊組合合成的，利用超聲傳感器探測車輛側面障礙物存在情況，以此來對車輛進行探測與定位。

自動泊車技術的研究與應用最主要的目的就是在狹窄的車位空間當中，引導與幫助駕駛員快速且安全地完成泊車，所以本文關于超聲波車位探測系統的研究都是在前后都有車的前提下進行的。在對車輛的泊位進行探測的過程中，車輛是一個定速運行并平行駕駛到泊車位當中的，可以將這個速度設為v。在車輛行駛到后車停放位置時，車內的超聲波傳感器就會對本車與該車之間的橫向距離進行測量，這個距離設為D，假設此時超聲波的傳播速度C，td是超聲波傳感器從發射超聲波到接收到反射回波之間的時間間隔。它們之間的關系可以用公式來表示：D=Ctd/2。

在車輛經過后方車輛的前邊緣之后，超聲傳感器傳輸出來的數據會產生變化，所測量到的數據有一個跳變，所以這個階段DSP處理器所記錄的當前時間可以設為t1。

如果車輛持續地勻速行駛，在行駛到前后兩個車中間位置之后，DPS會對泊位的寬度進行計算，可以將寬度設為W。泊車位的寬度有兩種不同的類型，一種泊車位的橫向位置處是不存在障礙物的，這樣在車經過這個車位時超聲波傳感器就會對橫向距離進行測量，這個測量值會始終保持最大化，此時W的結果為傳感器最大的測量值;另一種是泊車位橫向位置上存在著障礙物，墻、樹木以及車輛等，所以此時會應用到超聲的測距原理，車輛和障礙物之間的距離設為S，之后對泊車位的寬度W進行計算：W=S-D。

在車輛經過前方車輛的后邊緣時，超聲波傳感器測量出的數據值會再一次產生調動，此時DPS處理器會對當前的時間進行記錄設為t2。再將第二次的跳動時間記錄完成之后，DPS處理器會對測速的模塊進行調用，之后對車位的長度L進行計算，公式為：L=v（t2-t1）。

超聲波車位探測系統的處理器裝置在對車位的長度L和寬度W進行分析之后，對車位是否滿足泊車要求以及泊車的類型進行判斷。本文研究采取的判斷方法是借助實驗車的實際規格，對實驗車在自動泊車過程中各個類型車位的長度與寬度范圍進行確定。之后利用處理器對檢測到的車位進行分析，判斷其是否滿足自動泊車的要求，同時對泊車的類型進行判斷。

3 超聲波車位探測系統的設計

（1）總體性構想。在本文的研究當中超聲波傳感器利用的是一體式的集成芯片，所以整體構造設計是非常簡單的。超聲波探測系統主要由三個部分組合而成：超聲波傳感器、外圍電路、信號處理單元。其中，利用外圍電路對傳感器的信號進行降壓處理;利用信號處理單元對整個系統的運行情況進行控制，做好信號的接收與處理工作。

（2）硬件設施的構建。首先，超聲波處理器。本文研究中采用的是德國公司生產的超聲波傳感器，檢測的范圍控制在合理范圍之內。其次，外圍電路。本系統的設計當中的外圍電路設計主要是對超聲波傳感器發射出來的信號進行處理，保證其電壓值的范圍在9.6 V之內，系統在進行A/D轉換之前，需要利用外圍電路對輸入的信號進行降壓化的處理。最后，信號處理單元。在該系統中所用到的主芯片最高頻率可以高達150 MHz，并擁有32位低功耗定點處理器，所以在操作能力、反應速度以及中斷響應處理能力方面有很大的優勢。該系統的DSP芯片中具有大量可以在工業領域內應用的外部接線口，對電路設計進行了很好地優化，也有很好的處理能力，可以將其認為是一款高性能的DSP處理器。

（3）軟件技術的實現。超聲波探測系統的軟件功能主要包括幾個方面的內容，其中在系統硬件功能完善的基礎之上，可以實現數據的顯示控制、數據處理、信號控制、計時等，也可以與上位機實現通信。本文在研究過程中所采用的是TI公司為DSP專門設計的應用軟件，運用的是C語言，具體操作流程如下：系統進行初始化——定時器配置——開總中斷——定時器啟動——子程序的開啟中斷——數值讀取——對是否進入子程序模進行判。

（4）系統與上位機通訊。想要對車位的類型以及長度進行精準地計算，做好后續泊車的準備工作，就需要將系統和上位機聯系到一起，做好數據的傳輸和總控工作。在系統的運行過程中，CAN通信的性能與可靠性很高，所以在汽車領域內實現了較為廣泛的應用。因此，需要利用CAN建立起DSP和上位機之間的聯系，并利用測控的軟件對探測的結果進行觀察。

（5）實車試驗。實車試驗的開展是按照真實的停車場布局實施的，用車輛將不同規格和類型的車位擺放出來。試驗中利用的是電動實驗車，以7 km/h的時速開過車位，在行車過程中試驗電動車側面的超聲波傳感器會對車位進行測量，接收器接收傳感器發出的各項數據，之后對這些數據進行分析和處理，并利用上位機對車位的基本信息情況進行記錄。在試驗過程中，車位前后都會有車輛停放，所以車位的寬度是可以滿足要求的，系統只需要對長度進行測量即可，此時系統的車位判斷子程序會結合車的長度自動判斷。試驗表明，本系統對于車位類型的判斷是非常精準的，但是長度方面還有待提升，特別是在平行車位長度進行判斷時，誤差相對明顯。

4 結束語

綜上所述，自動泊車技術是伴隨著汽車工業以及智能化技術興起而發展起來的，為駕駛人員提供了極大的便利性，也是汽車產業智能化發展的重要標志，受到了人們的廣泛性關注。超聲波車位探測系統是自動泊車系統的子系統，由超聲波傳感器、外圍電路和信號處理單元構成，可以對車位的類型、長度和寬度等進行精準地判斷，準確地獲取泊車位外部環境參數。因此，對超聲波車位探測系統技術進行深入地研究，對自動泊車技術領域的發展以及汽車智能化的進步等都具有重要意義。

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作者簡介：范夢陽（1991-），女，重慶人，碩士研究生，研究方向：汽車智能技術。

課題名稱：基于多傳感器融合的車輛自動泊車停車位檢測方法研究;編號：XJZK202002。