自動泊車系統(tǒng)發(fā)展現狀及前景分析

自動泊車系統(tǒng)(Automated Parking System，APS)可以通過車輛周身搭載的傳感器測量車身與周圍環(huán)境之間的距離和角度，收集傳感器數據計算出操作流程，同時調整方向盤的轉動實現停車入位。該技術為停車帶來的便利性受到消費者的廣泛關注。

1、功能概述

日常生活中側方向泊車較常見，停車時大多無人指導和幫助，泊車空間相對狹小，難度較大。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。

2、國內外發(fā)展

APS 最早在 1992 年由大眾在其概念車 IRVW Futura 上搭載，該車型在行李箱中安裝了如同個人電腦大小般的計算機來控制整個 APS，由于成本較高，后來并沒有將該系統(tǒng)量產。

2003 年，豐田開始在普銳斯上提供選裝 APS 功能;

2005 年，雪鐵龍開發(fā)出 City Park 系統(tǒng)，可以完成側方停車、正面停車、倒車停車等幾個動作;

2006 年，英國版普銳斯加裝 APS 功能約為 700 美元。

隨著該技術成本的降低和技術水平的進一步提升，現在已經有大眾、寶馬、奔馳等多個企業(yè)的車型裝備了該系統(tǒng)。

對于國內產品而言，APS 從高檔轎車搭載逐漸擴展到了向中檔轎車搭載，10 萬～15 萬元的緊湊型轎車的高配版已經開始搭載 APS，如科魯茲、?？怂沟?。日系品牌方面，在凱美瑞、銳志、奇駿等產品的高配車型上搭載了 APS。從自主品牌來看，東南 DX7 和吉利博瑞的部分車型也開始搭載 APS。

3、技術特點與難點

3.1 系統(tǒng)架構

(1)傳感器系統(tǒng)：該系統(tǒng)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(tǒng)：該系統(tǒng)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(tǒng)：主要包括電動助力轉向系統(tǒng)和汽車發(fā)動機電控系統(tǒng)。根據中央控制系統(tǒng)的決策信息，電動助力轉向系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)與汽車發(fā)動機電控系統(tǒng)協(xié)調配合，控制汽車按照指定命令完成泊車過程。

3.2 技術特點

(1)APS 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。

(2)具備側方向泊車、垂直方向泊車功能模式中的一種或兩種。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。

(3)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);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)。

(4)半自動泊車和全自動泊車。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，目前大部分車型裝備的都是這類。也有企業(yè)在開發(fā)不需要駕駛員控制的全自動泊車。

(5)大多使用超聲波傳感器。APS 使用超聲波傳感器是主流的技術方案，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。

3.3 技術難點

(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。

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(tǒng)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(tǒng)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。

4、技術市場應用

近幾年來，越來越多的企業(yè)開始在乘用車上搭載 APS，從國內市場來看，裝備 APS 的主要車型如表 1 所示。

表 1 裝備 APS 的主要車型

根據 2013～2015 年的市場裝備情況可知，目前裝備 APS 的車輛迅猛增長，2015 年全年 APS 的裝備量達到 41.77 萬套。從增長率來看，2014 年市場競爭的加劇促使主流企業(yè)通過增加科技配置的投入來提振銷量，因此APS的裝備量增長較快，與 2013 年相比增幅為 36.56%。進入 2015 年，APS 裝備量繼續(xù)攀升，增速高達 56.32%，如圖 1 所示。

圖 1 2013～2015 年 APS 裝備量

圖 2 2013~2015 年 APS 裝備率

根據市場裝備率來看，APS 的裝備率逐年攀升，但目前僅有 2.77%，如圖 2 所示。隨著 APS 精度的提高和成本的下探，其市場空間將進一步打開。

圖 3 2013～2015 年 APS 裝備量各車型級別占比

從車型級別來看，APS 裝備的主要市場是中型車，但是近年來中型車裝備量占比逐年下滑，從 2013 年的 73.23 %下降到 57.81%;中大型車的裝備量占比逐年上升，由 2013 年的 0.11%上升至 2015 年的 13.79%;緊湊型車的裝備量占比較為穩(wěn)定，3 年來均維持在 26%～30% 的范圍內，如圖 3 所示。

5、技術發(fā)展前景

5.1 技術發(fā)展趨勢

(1)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(tǒng)判定出合適的停車位后，駕駛員無需停留車內，系統(tǒng)完全自動泊車并熄火。

(2)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，或者單獨使用攝像頭作為傳感器。

(3)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。

5.2 市場預判

結合行業(yè)發(fā)展現狀和市場分析，可以預見 APS 的普及率將進一步提高。隨著 APS 使用頻率和用戶體驗的提升，市場需求有望進一步打開。預計 2020 年，APS 在狹義乘用車市場的新車裝備率將達到 20%，年市場銷量達到 400 萬輛。