第四代自動(dòng)泊車從APA到AVP技術(shù)

前言

自動(dòng)泊車是指汽車自動(dòng)泊車入位不需要人工控制，系統(tǒng)能夠自動(dòng)幫你將車輛停入車位，在倒車入庫中可謂是駕駛者的一項(xiàng)利器。當(dāng)我們找到一個(gè)理想的停車地點(diǎn)，只需輕輕啟動(dòng)按鈕、坐定、放松，其他一切即可自動(dòng)完成。自動(dòng)泊車技術(shù)同樣適用于主動(dòng)避撞系統(tǒng)，并最終實(shí)現(xiàn)汽車的自動(dòng)駕駛。

不同的自動(dòng)泊車系統(tǒng)采用不同的方法來檢測(cè)汽車周圍的物體。 有些在汽車前后保險(xiǎn)杠四周裝上了感應(yīng)器，它們既可以充當(dāng)發(fā)送器，也可以充當(dāng)接收器。這些感應(yīng)器會(huì)發(fā)送信號(hào)，當(dāng)信號(hào)碰到車身周邊的障礙物時(shí)會(huì)反射回來。
然后，車上的計(jì)算機(jī)會(huì)利用其接收信號(hào)所需的時(shí)間來確定障礙物的位置。

他一些系統(tǒng)則使用安裝在保險(xiǎn)杠上的攝像頭或雷達(dá)來檢測(cè)障礙物。 但最終結(jié)果都是一樣的，汽車會(huì)檢測(cè)到已停好的車輛、停車位的大小以及與路邊的距離，然后將車子駛?cè)胪＼囄弧２贿^環(huán)境條件對(duì)車位測(cè)量和停車入位過程有一定的影響，例如樹葉、廢棄物或者冰雪蓋住路沿時(shí)，駐車轉(zhuǎn)向輔助系統(tǒng)可能很難識(shí)別路沿。

在汽車智能化的浪潮中，車載傳感器發(fā)展迅速，越來越多搭載了先進(jìn)傳感器的汽車進(jìn)入了我們的視野。比如能夠在高速公路上實(shí)現(xiàn)單車道巡航的凱迪拉克CT6，以及交通嚴(yán)重?fù)矶聲r(shí)解放駕駛員時(shí)間的奧迪A8，以及能夠輕松實(shí)現(xiàn)高速公路自動(dòng)駕駛、上下匝道的特斯拉Model系列的車型。

公眾對(duì)自動(dòng)駕駛的認(rèn)識(shí)主要集中在高速、環(huán)路，解決的是“開車”的問題。其實(shí)自動(dòng)駕駛技術(shù)除了能開得一手好車外，還可以幫助解決新老司機(jī)都比較頭痛的停車問題。泊車輔助系統(tǒng)目前已經(jīng)發(fā)展至第三代，從最開始的駕駛員必須在車內(nèi)配合掛擋完成泊車，發(fā)展到駕駛員可以站在車外5米使用手機(jī)控制泊車，最后到汽車自己學(xué)習(xí)泊車路線，完成固定停車位或自家車庫的泊車。

下面，我就來盤點(diǎn)一下已經(jīng)成熟的這三代泊車輔助系統(tǒng)的傳感器配置以及典型的應(yīng)用場(chǎng)景，隨后我會(huì)對(duì)將在一兩年內(nèi)量產(chǎn)的第四代泊車輔助系統(tǒng)做一個(gè)技術(shù)分析。

目前市面上已量產(chǎn)的泊車輔助系統(tǒng)主要有三類。最早普及也是最為常見的第一代叫做APA自動(dòng)泊車，隨后出現(xiàn)的是將泊車與手機(jī)結(jié)合的第二代RPA遠(yuǎn)程遙控泊車，最后是最先進(jìn)的第三代叫做自學(xué)習(xí)泊車。在未來一到兩年內(nèi)將會(huì)出現(xiàn)更為先進(jìn)的泊車解決方案——AVP代客泊車，也就是暫未量產(chǎn)的第四代泊車輔助系統(tǒng)。

泊車輔助一代：APA自動(dòng)泊車

APA（Auto Parking Asist）自動(dòng)泊車是生活中最常見的泊車輔助系統(tǒng)。泊車輔助系統(tǒng)在汽車低速巡航時(shí)，使用超聲波雷達(dá)感知周圍環(huán)境，幫助駕駛員找到尺寸合適的空車位，并在駕駛員發(fā)送泊車指令后，將汽車泊入車位。

APA自動(dòng)泊車所以依賴的傳感器并不復(fù)雜，包括8個(gè)安裝于汽車前、后的UPA超聲波雷達(dá)，也就是大家常說的“倒車?yán)走_(dá)”，和4個(gè)安裝于汽車兩側(cè)的APA超聲波雷達(dá)，雷達(dá)的感知范圍如下圖所示。

APA超聲波雷達(dá)的探測(cè)范圍遠(yuǎn)而窄，常見APA最遠(yuǎn)探測(cè)距離為5米；UPA超聲波雷達(dá)的探測(cè)范圍近而寬，常見的UPA探測(cè)距離為3米。不同的探測(cè)范圍決定了他們不同的分工。

APA超聲波雷達(dá)的作用是在汽車低速巡航時(shí)，完成空庫位的尋找和校驗(yàn)工作。如下所示，隨著汽車低速行駛過空庫位，安裝在前側(cè)方的APA超聲波雷達(dá)的探測(cè)距離有一個(gè)先變小，再變大，再變小的過程。一旦汽車控制器探測(cè)到這個(gè)過程，可以根據(jù)車速等信息得到庫位的寬度以及是否是空庫位的信息。后側(cè)方的APA在汽車低速巡航時(shí)也會(huì)探測(cè)到類似的信息，可根據(jù)這些信息對(duì)空庫位進(jìn)行校驗(yàn)，避免誤檢。

使用APA超聲波雷達(dá)檢測(cè)到空庫位后，汽車控制器會(huì)根據(jù)自車的尺寸和庫位的大小，規(guī)劃出一條合理的泊車軌跡，控制方向盤、變速箱和油門踏板進(jìn)行自動(dòng)泊車。在泊車過程中，安裝在汽車前后的8個(gè)UPA會(huì)實(shí)時(shí)感知環(huán)境信息，實(shí)時(shí)修正泊車軌跡，避免碰撞。

APA自動(dòng)泊車輔助需要駕駛員在車內(nèi)實(shí)時(shí)監(jiān)控，以保證泊車順利完成，屬于SAE Level 2級(jí)別的自動(dòng)駕駛技術(shù)。對(duì)泊車輔助一代做一個(gè)簡(jiǎn)單的技術(shù)盤點(diǎn)，如下圖所示。

泊車輔助二代：RPA遠(yuǎn)程遙控泊車

RPA（Remote Parking Asist）遠(yuǎn)程遙控泊車輔助系統(tǒng)是在APA自動(dòng)泊車技術(shù)的基礎(chǔ)之上發(fā)展而來的，車載傳感器的配置方案與第一代類似。它的誕生解決了停車后難以打開自車車門的尷尬場(chǎng)景，比如在兩邊都停了車的車位，或在比較狹窄的停車房。RPA遠(yuǎn)程遙控泊車輔助系統(tǒng)常見于特斯拉、寶馬7系、奧迪A8等高端車型中。

在汽車低速巡航并找到空車位后，駕駛員將車輛掛入停車擋，就可以離開汽車了。在車外，使用手機(jī)發(fā)送泊車指令，控制汽車完成泊車操作。遙控泊車涉及汽車與手機(jī)的通信，目前汽車與手機(jī)最廣泛且穩(wěn)定的通訊方式是藍(lán)牙，雖然沒有4G傳輸?shù)木嚯x遠(yuǎn)，但4G信號(hào)并不能保證所有地方都能做到穩(wěn)定通訊。

RPA遠(yuǎn)程遙控泊車輔助系統(tǒng)相比于第一代加入了與駕駛員通訊的車載藍(lán)牙模塊，不再需要駕駛員坐在車內(nèi)監(jiān)控汽車的泊車過程，僅需要在車外觀察即可。泊車輔助二代的技術(shù)盤點(diǎn)如下圖所示。

泊車輔助三代：自學(xué)習(xí)泊車

在汽車變得越來越聰明后，駕駛員的期望也越來越高。他們希望在大雨天下班時(shí)，不用自己冒雨取車，而是用手機(jī)發(fā)送指令后，汽車能自己?jiǎn)?dòng)，泊出車位，并行駛到他們面前。

為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，給駕乘人員帶來更好的體驗(yàn)，工程師們?cè)谄嚿霞尤肓唆~眼相機(jī)。魚眼相機(jī)的鏡頭就像魚眼一樣，能夠看到超過180°范圍內(nèi)的東西，在汽車四周各裝一個(gè)魚眼相機(jī)，將他們的圖像進(jìn)行畸變矯正后再拼接，即可實(shí)現(xiàn)360°的環(huán)境感知。

市面上的很多高端車型上配備的360°全景影像功能，就是基于以上原理拼接而成的“鳥瞰圖”。為了給駕駛員提供更好地泊車體驗(yàn)，工程師在鳥瞰圖的基礎(chǔ)上做了更多文章，做出了“上帝視角”，我們可以稱之為“真·360°高清全景影像系統(tǒng)”，配合車上的大屏使用，效果更佳。如下圖所示：

這個(gè)時(shí)候熱心觀眾就要問了：這個(gè)功能看起來確實(shí)很高端，但是并沒有解決汽車行駛到我面前的問題。

好問題，接下來要說的就是自學(xué)習(xí)泊車輔助系統(tǒng)的核心技術(shù)——SLAM（Simultaneous
Localization And Mapping，即時(shí)定位與地圖構(gòu)建）。SLAM最早應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，隨后是機(jī)器人領(lǐng)域，近兩年才被廣泛應(yīng)用到汽車領(lǐng)域。我將用一個(gè)非常簡(jiǎn)單的例子讓大家了解SLAM技術(shù)。

當(dāng)我們走進(jìn)一個(gè)陌生的大房子時(shí)，我們每走一步都會(huì)在腦海中記錄一些信息，比如這個(gè)房子有幾層樓，臥室和洗手間在哪，家具的擺放等，這些被記錄的所有信息就是我們?cè)谀X海中建立的地圖（Map），房間的布局，家具的大小、位置關(guān)系等信息被稱作這個(gè)圖的特征（Feature）。每走一步都會(huì)看到新的特征，腦海中的地圖會(huì)越來越大、越來越豐富。一旦房子在腦海中建圖完成后，即使把我們放到房子里的任一位置，我們都能根據(jù)我們看到的特征，立刻判斷出自己位于哪一層、哪個(gè)房間。這就是建圖和定位的簡(jiǎn)單描述。

基于相機(jī)實(shí)現(xiàn)的SLAM技術(shù)，被稱為視覺SLAM。視覺SLAM需要從圖像中提取特征信息，再配合視覺里程計(jì)的技術(shù)建立地圖，但基本原理與上述例子大同小異。

自學(xué)習(xí)泊車的學(xué)習(xí)過程

駕駛員在準(zhǔn)備停車前，可以在庫位不遠(yuǎn)處，開啟“路線學(xué)習(xí)”功能，隨后慢慢將汽車泊入固定車位，系統(tǒng)就會(huì)自學(xué)習(xí)該段行駛和泊車路線。泊車路線一旦學(xué)習(xí)成功，車輛便可達(dá)到“過目不忘”。

自學(xué)習(xí)泊車的模仿過程

完成路線的學(xué)習(xí)后，在錄制時(shí)的相同起點(diǎn)下車，用手機(jī)藍(lán)牙連接汽車，啟動(dòng)自學(xué)習(xí)泊車輔助系統(tǒng)，汽車就能夠模仿先前錄制的泊車路線，完成自動(dòng)泊車了。駕駛員除了讓汽車學(xué)習(xí)泊入車庫的過程外，還能夠?qū)W習(xí)汽車泊出，并行駛到辦公樓的過程。聰明的汽車能夠自動(dòng)駕駛到我們面前，即使在大雨天也不用害怕冒雨取車了。

自學(xué)習(xí)泊車輔助系統(tǒng)相比于前兩代加入了360°環(huán)視相機(jī)，而且泊車的控制距離從5米內(nèi)擴(kuò)大到了50米內(nèi)，有了明顯提升。自學(xué)習(xí)泊車輔助系統(tǒng)的技術(shù)盤點(diǎn)如下。

泊車輔助四代：AVP自動(dòng)代客泊車

最理想的泊車輔助場(chǎng)景應(yīng)該是，我們把車開到辦公樓下后，直接去辦正事，把找停車位和停車的工作交給汽車，汽車停好后，發(fā)條信息給駕駛員，告知自己停在哪。在我們下班時(shí)，給汽車發(fā)條信息，汽車即可遠(yuǎn)程啟動(dòng)、泊出庫位，并行駛到駕駛員設(shè)定的接駁點(diǎn)。

AVP（Automated Valet Parking）自動(dòng)代客泊車的研發(fā)就是為了解決日常工作、生活中停車難的痛點(diǎn)，其主要的應(yīng)用地點(diǎn)通常是辦公樓或者大型商場(chǎng)的地上或地下停車場(chǎng)。

相比于更為成熟的前三代泊車輔助產(chǎn)品，VP除了要實(shí)現(xiàn)泊入車庫的功能外，還需要解決從駕駛員下車點(diǎn)低速（小于20km/h）行駛至庫位旁的問題。為了能盡可能地安全行駛到庫位旁，必須提升汽車遠(yuǎn)距離感知的能力，前視攝像頭成為了最優(yōu)的傳感器方案。地上/地下停車場(chǎng)不像開放道路，場(chǎng)景相對(duì)單一，高速運(yùn)動(dòng)的汽車較少，對(duì)于保持低速運(yùn)動(dòng)的自車來說，更容易避免突發(fā)狀況的發(fā)生。

常用的激光雷達(dá)和毫米波雷達(dá)沒被選用的原因是，激光雷達(dá)的成本較高，在成本降下來之前，不在大部分車企的量產(chǎn)考慮范圍內(nèi)；毫米波雷達(dá)由于感知原理的限制，在低速下的表現(xiàn)并不好，而且在地庫中使用時(shí)信噪比不高，也不做考慮。

綜合以上幾點(diǎn)，最基本的AVP自動(dòng)代客泊車的技術(shù)方案如下：

除了以上提到的傳感器外，實(shí)現(xiàn)VP還需要引入停車場(chǎng)的高精度地圖，再配合SLAM或視覺匹配定位的方法，才能夠讓汽車知道它現(xiàn)在在哪，應(yīng)該去哪里尋找停車位。

除了自行尋找停車位外，具備VP功能的汽車還可以配合智能停車場(chǎng)更好地完成自動(dòng)代客泊車的功能。智能停車場(chǎng)需要在停車場(chǎng)內(nèi)安裝一些必要的基礎(chǔ)設(shè)施，比如攝像頭、地鎖等。這些傳感器不僅能夠獲取停車位是否被占用，還能夠知道停車場(chǎng)的道路上是否有車等信息。將這些信息建模后發(fā)送給汽車，汽車就能夠規(guī)劃出一條更為合理的路徑，行駛到空車位處了。

目前VP的技術(shù)已經(jīng)比較成熟了，很多車企也跟Tier1（博世、安波福等）或者互聯(lián)網(wǎng)公司（百度，歐菲、縱目等）做了概念驗(yàn)證項(xiàng)目。

總結(jié)

泊車輔助系統(tǒng)的發(fā)展并不是一蹴而就，而是逐步發(fā)展而來的。從最初簡(jiǎn)單的超聲波雷達(dá)的應(yīng)用，到引入手機(jī)和車載藍(lán)牙提供更為豐富的泊車功能，再到SLAM技術(shù)的引入，最后到各種車載傳感器的融合與通信技術(shù)的應(yīng)用。每一次的功能迭代都離不開車載傳感器技術(shù)、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、算法以及通信技術(shù)的成熟。

在5G、傳感器技術(shù)、基礎(chǔ)設(shè)施愈發(fā)成熟的未來，汽車將會(huì)更加智能。在不遠(yuǎn)的未來，汽車也許不再只是一個(gè)簡(jiǎn)單的出行的伴侶，更是一個(gè)在我們工作時(shí)，將自己共享出去的賺錢工具。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的第四代自动泊车从APA到AVP技术的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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