自动泊车的超声波车位探测系统分析

摘 要：自动泊车是一个十分复杂的系统，由多个子系统组合而成，其中超声波车位探测系统就是非常重要的子系统之一，主要是以自动泊车作为根本的泊车目标，并在超声波传感器以及其他技术方式的作用之下进行了系统方案的制定和控制程序的编写。该系统可以对车位的尺寸是否符合自动泊车的需求以及车位的类型进行判别，最终完成自动泊车工作。经过实验证明，自动泊车的超声波车位探测系统可以很好地探测车位，并对车位周围的数据以及环境参数进行分析，保证自动泊车工作的顺利完成。

关键词：自动泊车;超声波传感器;车位探测系统

中图分类号：TP242 文献标识码：A

0 引言

近年来我国汽车行业迅速发展，汽车的保有量持续地提升，汽车已经普及到了千家万户。也正是由于这些因素停车场越来越紧张，车位的设计也变得越发苛刻，车位狭窄、泊车环境差已经是非常常见的问题了，基于这一背景，自动泊车市场需求不断地增多，汽车的智能化功能越来越受关注。

自动泊车超声波车位探测系统的应用，主要是为汽车的驾驶系统提供丰富和精准的环境信息，其中距离信息最为重要。超声波传感器在国内外的很多移动机器人上都得到了十分广泛性地应用。但是在汽车的自动泊车系统当中，超声波传感器通常被应用在测距方面，其他的应用研究是非常少的。因此，本文是从这一背景出发，对超声波车位探测系统在自动泊车领域内的应用进行了十分详细地探析，主要目的在于构建起倒车环境模型，将车辆周围的环境信息获取更加精准，提高泊车的精准性以及可靠性。

1 自动泊车系统

自动泊车系统在通常情况是由数据采集系统、车辆的控制系统和中央处理系统等组合而成的。周围数据环境的采集系统主要是对停车空间进行探测，目的是探测倒车的起点，之后将这些采集到的数据信息直接传输到中央处理器系统当中去;中央处理器系统会接收到这些数据信息，而后对它们进行分析和处理，对车辆所处的位置、泊车的位置、车辆周围的环境参数等等进行确定，在获取到非常精准和全面的数据信息之后会自动性地生成泊车控制策略，后将倒车的控制策略转换成为电信号，发送到车辆的控制系统当中去。控制系统在接受到信号之后会自动地识别，之后再利用中央处理系统发射出来的关于倒车控制的角度、方向以及动力等最终做出最合理的操作控制。

在自动泊车技术的应用过程中，最常见的控制策略包括以路线为基础的自动泊车控制、以适应神经网络为基础的自动泊车控制和以模糊控制为基础的自动泊车控制。

2 自动泊车的超声波车位探测系统

（1）超声波车位测距的原理分析。超声波探测系统中核心技术是超声波传感器，是由发射端和接收端两个部分组成的，对障碍物进行探测。在发射端向外部发射出超声波之后，会经过障碍物进行反射，之后接收端将其检测到。如果将这个过程所需要的时间设为t，超声波的传播速度设为C，传感器与障碍物之间的距离设为S，则有公式S=Ct/2。

（2）如何探测车位。自动泊车超声波车位探测系统在应用过程中，其主要是利用车身侧面的超声测距模块组合合成的，利用超声传感器探测车辆侧面障碍物存在情况，以此来对车辆进行探测与定位。

自动泊车技术的研究与应用最主要的目的就是在狭窄的车位空间当中，引导与帮助驾驶员快速且安全地完成泊车，所以本文关于超声波车位探测系统的研究都是在前后都有车的前提下进行的。在对车辆的泊位进行探测的过程中，车辆是一个定速运行并平行驾驶到泊车位当中的，可以将这个速度设为v。在车辆行驶到后车停放位置时，车内的超声波传感器就会对本车与该车之间的横向距离进行测量，这个距离设为D，假设此时超声波的传播速度C，td是超声波传感器从发射超声波到接收到反射回波之间的时间间隔。它们之间的关系可以用公式来表示：D=Ctd/2。

在车辆经过后方车辆的前边缘之后，超声传感器传输出来的数据会产生变化，所测量到的数据有一个跳变，所以这个阶段DSP处理器所记录的当前时间可以设为t1。

如果车辆持续地匀速行驶，在行驶到前后两个车中间位置之后，DPS会对泊位的宽度进行计算，可以将宽度设为W。泊车位的宽度有两种不同的类型，一种泊车位的横向位置处是不存在障碍物的，这样在车经过这个车位时超声波传感器就会对横向距离进行测量，这个测量值会始终保持最大化，此时W的结果为传感器最大的测量值;另一种是泊车位横向位置上存在着障碍物，墙、树木以及车辆等，所以此时会应用到超声的测距原理，车辆和障碍物之间的距离设为S，之后对泊车位的宽度W进行计算：W=S-D。

在车辆经过前方车辆的后边缘时，超声波传感器测量出的数据值会再一次产生调动，此时DPS处理器会对当前的时间进行记录设为t2。再将第二次的跳动时间记录完成之后，DPS处理器会对测速的模块进行调用，之后对车位的长度L进行计算，公式为：L=v（t2-t1）。

超声波车位探测系统的处理器装置在对车位的长度L和宽度W进行分析之后，对车位是否满足泊车要求以及泊车的类型进行判断。本文研究采取的判断方法是借助实验车的实际规格，对实验车在自动泊车过程中各个类型车位的长度与宽度范围进行确定。之后利用处理器对检测到的车位进行分析，判断其是否满足自动泊车的要求，同时对泊车的类型进行判断。

3 超声波车位探测系统的设计

（1）总体性构想。在本文的研究当中超声波传感器利用的是一体式的集成芯片，所以整体构造设计是非常简单的。超声波探测系统主要由三个部分组合而成：超声波传感器、外围电路、信号处理单元。其中，利用外围电路对传感器的信号进行降压处理;利用信号处理单元对整个系统的运行情况进行控制，做好信号的接收与处理工作。

（2）硬件设施的构建。首先，超声波处理器。本文研究中采用的是德国公司生产的超声波传感器，检测的范围控制在合理范围之内。其次，外圍电路。本系统的设计当中的外围电路设计主要是对超声波传感器发射出来的信号进行处理，保证其电压值的范围在9.6 V之内，系统在进行A/D转换之前，需要利用外围电路对输入的信号进行降压化的处理。最后，信号处理单元。在该系统中所用到的主芯片最高频率可以高达150 MHz，并拥有32位低功耗定点处理器，所以在操作能力、反应速度以及中断响应处理能力方面有很大的优势。该系统的DSP芯片中具有大量可以在工业领域内应用的外部接线口，对电路设计进行了很好地优化，也有很好的处理能力，可以将其认为是一款高性能的DSP处理器。

（3）软件技术的实现。超声波探测系统的软件功能主要包括几个方面的内容，其中在系统硬件功能完善的基础之上，可以实现数据的显示控制、数据处理、信号控制、计时等，也可以与上位机实现通信。本文在研究过程中所采用的是TI公司为DSP专门设计的应用软件，运用的是C语言，具体操作流程如下：系统进行初始化——定时器配置——开总中断——定时器启动——子程序的开启中断——数值读取——对是否进入子程序模进行判。

（4）系统与上位机通讯。想要对车位的类型以及长度进行精准地计算，做好后续泊车的准备工作，就需要将系统和上位机联系到一起，做好数据的传输和总控工作。在系统的运行过程中，CAN通信的性能与可靠性很高，所以在汽车领域内实现了较为广泛的应用。因此，需要利用CAN建立起DSP和上位机之间的联系，并利用测控的软件对探测的结果进行观察。

（5）实车试验。实车试验的开展是按照真实的停车场布局实施的，用车辆将不同规格和类型的车位摆放出来。试验中利用的是电动实验车，以7 km/h的时速开过车位，在行车过程中试验电动车侧面的超声波传感器会对车位进行测量，接收器接收传感器发出的各项数据，之后对这些数据进行分析和处理，并利用上位机对车位的基本信息情况进行记录。在试验过程中，车位前后都会有车辆停放，所以车位的宽度是可以满足要求的，系统只需要对长度进行测量即可，此时系统的车位判断子程序会结合车的长度自动判断。试验表明，本系统对于车位类型的判断是非常精准的，但是长度方面还有待提升，特别是在平行车位长度进行判断时，误差相对明显。

4 结束语

综上所述，自动泊车技术是伴随着汽车工业以及智能化技术兴起而发展起来的，为驾驶人员提供了极大的便利性，也是汽车产业智能化发展的重要标志，受到了人们的广泛性关注。超声波车位探测系统是自动泊车系统的子系统，由超声波传感器、外围电路和信号处理單元构成，可以对车位的类型、长度和宽度等进行精准地判断，准确地获取泊车位外部环境参数。因此，对超声波车位探测系统技术进行深入地研究，对自动泊车技术领域的发展以及汽车智能化的进步等都具有重要意义。

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作者简介：范梦阳（1991-），女，重庆人，硕士研究生，研究方向：汽车智能技术。

课题名称：基于多传感器融合的车辆自动泊车停车位检测方法研究;编号：XJZK202002。