自動泊車系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)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(shù)據(jù)計算出操作流程,同時調(diào)整方向盤的轉(zhuǎn)動實現(xiàn)停車入位。該技術(shù)為停車帶來的便利性受到消費者的廣泛關(guān)注。
1、功能概述
日常生活中側(cè)方向泊車較常見,停車時大多無人指導(dǎo)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(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。
2、國內(nèi)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(jī)來控制整個 APS,由于成本較高,后來并沒有將該系統(tǒng)量產(chǎn)。
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(cè)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(shù)成本的降低和技術(shù)水平的進(jìn)一步提升,現(xiàn)在已經(jīng)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(nèi)產(chǎn)品而言,APS 從高檔轎車搭載逐漸擴(kuò)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(jīng)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(chǎn)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(shù)特點與難點
3.1 系統(tǒng)架構(gòu)
(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(biāo)停車位的位置坐標(biāo),進(jìn)而用于計算車身的角度和轉(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(zhuǎn)向系統(tǒng)和汽車發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)。根據(jù)中央控制系統(tǒng)的決策信息,電動助力轉(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。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與汽車發(fā)動機(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。
3.2 技術(shù)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(jìn)行車位探測。
(2)具備側(cè)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(cè)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(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,有的車型同時具備這兩種模式。
(3)車位識別時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,會根據(jù)執(zhí)行自動泊車所需車位的最小長度或?qū)挾葋砼袛嘬囄皇欠窨捎谩?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);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(shù)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(shù)難點
(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,易于做到實時控制,在測量距離、精度方面能達(dá)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(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,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,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現(xiàn)。該過程分為 3 個階段,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。
以上控制策略的實現(xiàn),均需要大量的實際停車數(shù)據(jù)分析,并結(jié)合系統(tǒng)采集到的具體車位條件,將理論和實際結(jié)合,才能順利實現(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時控制和調(diào)整,確保對環(huán)境數(shù)據(jù)的及時更新和對路徑的及時調(diào)整。
4、技術(shù)市場應(yīng)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(nèi)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(jù) 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(dá)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(jìn)入 2015 年,APS 裝備量繼續(xù)攀升,增速高達(dá) 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(jù)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(jìn)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(nèi),如圖 3 所示。
5、技術(shù)發(fā)展前景
5.1 技術(shù)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(xiàn)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(nèi),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(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,或者單獨使用攝像頭作為傳感器。
(3)實現(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),實現(xiàn)車輛在車庫中的自主泊車。
5.2 市場預(yù)判
結(jié)合行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和市場分析,可以預(yù)見 APS 的普及率將進(jìn)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(jìn)一步打開。預(yù)計 2020 年,APS 在狹義乘用車市場的新車裝備率將達(dá)到 20%,年市場銷量達(dá)到 400 萬輛。