一種車輛入庫自動循跡停車系統的方案設計

吳曉蝶 于金麗 李勝楠

摘要：汽車在現代社會生活中的普及程度越來越高，對停車環境和效率的要求也越來越高，先進的自動停車系統可以大大縮短停車的時間，提高停車位的利用率。本設計是一種在車庫中應用的能夠實現停車路線自動規劃的系統，車輛進入車庫就自動循跡并引導停車。該系統主要由環境數據采集子系統，中央控制子系統和車輛行駛姿態控制子系統組成。其中車輛行駛姿態控制子系統主要涵蓋路線生成與自動循跡等;環境數據收集子系統包括信號接收和傳輸以及環境數據處理計算。設計的功能和應用場景使車主告別停車時煩瑣的操作。車輛將準確地進入車庫，而不是簡單的執行自動停車指令，也可以成為未來實現完全的車輛自動駕駛的基石，使駕駛和對接更容易，更方便。

關鍵詞：自動循跡停車;傳感器;單片機;超聲波

中圖分類號：TP29 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）31-0236-03

1概述

1.1目的與意義

自動循跡停車系統是通過檢測周圍的道路狀況和車輛的路徑來調整車輛以找到最合適的停車位的方式。通過改變轉彎半徑，車輛速度，停車方向以及前后位置運動使車輛能夠在系統的控制下自動進入停車系統。與手動停車相比，難以準確掌握角度，以前的倒車雷達機械智能低，可操作性低等。本設計的系統不僅提高了停車時車輛的自動化水平，可靠性和準確性。此外，大大減少了駕駛員因駕駛時間短在操作車輛時的困難，并且駕駛員基本完全擺脫了復雜的停車操作。

隨著車輛，街道，社區，高速公路，停車場等的日益普及和數量的增加，人們對車輛的可操作性和智能性提出了更多的要求。然而，與許多司機和朋友，尤其是女司機相比，停車相當困難。隨著中國國力的發展，城市規模越來越大，人口與停車位之間的緊張關系日益突出，即使在三四線城市也是如此。由于城市的規劃和發展不能滿足日益增長的居住空間需求，停車位的數量和停車位之間的距離相對較小。對于新手駕駛員來說，安全且準確地將車輛停放在正確位置是一件非常困難的事情。地上，地下停車場的出現緩解了一些停車問題，但要找到一個方便的停車位來輕松停車仍然不容易。如果操作不當，很容易在事故發生前后造成保險杠損壞。因此，研發智能自動循跡停車系統勢在必行。幸運的是，科學技術的進步使我們有可能解決這個問題，即自動停車系統。系統應包括環境數據采集系統，中央處理單元和車輛策略控制系統。環境數據采集系統包括圖像采集系統和車輛距離檢測系統，其可以從車身收集周圍物體的圖像數據和距離數據，并通過數據線將數據傳輸到中央處理器;中央處理器可以分析和處理收集的數據以獲得汽車的當前位置，目標位置和周圍環境參數。根據上述參數制定自動停車策略并將其轉換為電信號;車輛策略控制系統在接收到電信號后，根據命令進行角度，方向和動力支持等車輛的驅動。

1.2國內外研究現狀

20世紀90年代以來，國外學者就開始研究了汽車的自動循跡停車問題。2003年，豐田首次在普銳斯混合動力汽車上部署智能停車系統;2007年，新款LS460轎車采用了自動停車系統;2006年，法國汽車零部件供應商法雷奧發布了第一代停車系統，該系統已用于大眾途安系列。

由于完成自動停車所需要達成的困難條件。由駕駛員選擇的停車位的長度必須大于車的長度超過1.5米，并且自動停車系統可以自動檢測停車位的存在。如果停車位太短，自動循跡停車系統無法檢測到停車位的存在。自動循跡停車系統是一個復雜的停車輔助系統。它需要安裝在車輛制造過程中。在倒車過程中，有很多步驟，順序不受干擾，否則很容易引發事故，需要參考對象。如果其旁邊沒有其他車輛停放，則自動循跡停車輔助系統難以實施。如果空位旁邊有一個小障礙物，雖然它不妨礙停車，但停車系統可能無法識別有效停車位。

2車輛入庫自動循跡停車系統的功能設計

車輛入庫自動循跡停車系統設計的功能模塊包括三個子系統，即環境數據采集子系統、中央控制子系統和車輛行駛姿態控制子系統，如圖1所示。

環境數據采集子系統的任務是對環境各種參數：剩余空車位，車輛周圍是否有障礙物，收集停車路線擁擠狀態等，將其發送到計算機，并將數據由計算機存儲到數據庫服務器。

中央控制子系統包括了駕駛員自主控制和各個子系統之間的通信，各個系統之間的通信采用NRF24 L01無線傳感網絡進行，NRF24 L01是一款新型單片RF收發器，工作在2.4GHz552.5 GHz ISM頻段。內置頻率合成器，功率放大器，晶體振蕩器，調制器等功能模塊，結合增強型ShockBurst技術，可通過程序配置輸出功率和通信通道。NRF24L01功耗低，工作在-6dBm時，工作電流僅為9mA;接收時，工作電流僅為12.3mA，各種低功耗工作模式，工作在100 mw時電流為160 mA。在數據傳輸方面距離WiFi距離較遠，但傳輸的數據量不如WiFi（掉電模式和空閑模式），使節能設計更加方便。該無線傳感器網絡用于實現無線啟動功能。

車輛行駛姿態控制子系統安置在車輛系統內并與停車場中央控制器連接，在接收到計算機或者駕駛員的指令后進行路線生成與自動循跡功能：計算機根據環境數據將傳人計算機的數據收集到計算機中，超聲波和攝像頭探測裝置共同檢測車輛周圍數據自動規劃出幾條泊車路線（系統認定的最優路線和其他可供選擇路線），生成路線包括了以下幾方面：目的車位，前方行進道路車況，安裝在車位上方的環境監測裝置自動探測是否合適停車。

3車輛入庫自動循跡停車系統的設計方案

3.1車輛位置、姿態以及周圍環境的監測

（1）超聲波測距裝置：如圖2所示，超聲波發射器在一定方向上發射超聲波，同時，定時同時開始，超聲波在空中傳播。當障礙物在途中被擊中時，它將立即返回，超聲波接收器在接收到反射波時將停止計時。超聲波以340m/s的速度在空氣中傳播。即s=340*t/2，這稱為時間差測距法。該系統使用三個以上的超聲波傳感器組成一個線陣檢測裝置，可以測量汽車前部，汽車前部以及前部和前部。為保證系統的可靠性，采用超聲波測距的工作原理收集停車場的實時車號。收集的信息通過RS-485通信反饋到停車位顯示燈和節點控制器。在車位上方安裝環境探測裝置，監測該車位當前情況f有無遮擋物阻礙停車，車距是否能夠方便的停車等）。

（2）輔助探測裝置：如圖3所示的轉臺，轉臺是超聲波雷達重要組成部分之一，通過轉臺旋轉，實現超聲波對周圍環境掃描測量。轉臺動力部分由步進電機進行，實現對角度精確控制，超聲波雷達通過轉臺旋轉，不斷測量周圍距離信息，可精確反饋當前小車周圍環境。

（3）指示燈：如圖4所示，它安裝在每個停車位的前面，以顯示當前的停車位狀態。當指示燈為綠色時，表示停車位為空;當指示燈為紅色時，表示有車輛停放在該停車位上。

3.2將探測器信息進行收集整合

連接到檢測器的節點控制器根據輪詢方法收集連接的檢測器信息，并根據一定的規則壓縮和編碼數據并反饋給中央控制器。

（1）節點控制器：節點控制器是超聲波停車位檢測系統的中間層，用于超聲波檢測器的組管理。循環檢測探測器的信息并將信息傳遞給中央控制器。每個節點控制器可以控制40-64個停車檢測器。

（2）中央控制器：中央控制器是整個系統的核心，主要用于收集和處理整個停車場信息的數據。處理結果反饋到室內和室外LED引導屏幕以顯示停車位信息。中央控制器最多可以控制64個節點控制器。

3.3信息處理及反饋

經處理的停車位數據被發送到停車場的每個LED指示器屏幕以顯示空的停車位信息，從而實現向車主提供各種方案以將車輛引導到空的停車位的功能。車主在選擇好要停的車位后，在系統配套的軟件中選擇好車位，以免后續車主重復選擇車位，提高停車效率。

系統同時將數據傳輸到計算機，計算機將數據存儲到數據庫服務器，用戶可以通過計算機終端查詢停車場的實時停車位信息以及停車場的年月日統計數據。

（1）室內LED引導屏：接收中央控制器的停車位信息，通過數字和文本實時顯示當前連接區域的免費停車位數量，可全天24小時使用。內部程序也可以根據用戶要求隨時修改，以顯示用戶需要的其他信息。

（2）戶外LED引導屏：室外LED顯示屏由高亮度戶外LED模塊，驅動電路，控制電路和支架組成。它接收中央控制器的停車位統計數據，并以數字和文本形式實時顯示當前停車場內可停車位數量，可全天24小時使用。內部程序也可以根據用戶要求隨時修改，以顯示用戶需要的其他信息。

3.4用戶實時查詢車位系統

停車引導系統管理軟件：參見圖5，停車位的電子地圖嵌入在軟件中，可以直觀地實時反映停車位的使用情況。對于停車位錯誤的車輛，支持手動重寫停車位以調整停車位的實際占用率。用戶在停車前通過控制系統在停車場人口處為用戶分配最佳停車位，控制系統智能控制LED燈，引導用戶到達最佳停車位。或者車主根據實際自行手動選擇預停車位。在車輛進入停車場的人口處，用戶將發現道路上的LED燈將點亮并且存在到用戶將停放的最佳位置的最佳路徑。使用紅外線感應來獲取停車位以查看是否有停放的車輛，觸發指示燈關閉，停車場人口處停車場的顯示更新。當用戶經過交叉路口時，用戶可以清楚地看到停放的停車位，這便于用戶停放車輛。

（1）上位機軟件結構：上位機軟件由2大部分構成，下位機數據采集和圖形界面的操作。

（2）下位機數據采集：在下位機中，每臺車的信息首先由計算機的終端節點收集。并通過NRF24 L01網絡傳遞給協調員。它被打包成數據幀并通過串行電纜傳輸到計算機。

（3）圖形界面的操作和統計，軟件的運行圖。

（4）所示停車場未進入車時的狀態。

（5）當車輛進入停車場時，系統軟件的路徑引導。

（6）預定車輛結束選擇車位后，后下一輛車再入場導引系統會分配下一個車位。

4結論

本研究中設計的系統不僅提高了停車時車輛的自動化水平，可靠性和準確性。此外，大大減少了駕駛時間短的車輛的駕駛困難，并且駕駛員完全擺脫了笨重的停車操作。也可以成為未來實現車輛自動駕駛的基石，使駕駛和對接更容易，更方便。