自动泊车系统

自动泊车系统

摘要：现在城市发展迅速，汽车保有量快速增长，泊车环境日益复杂，所以自动泊车系统将成为汽车安全辅助系统之一。自动泊车系统使用传感器实现自动定位，使用电动转向实现方向盘自动控制。

关键词：自动泊车，超声波传感器，电动转向

一、引言：自动泊车系统是通过传感器系统和电动转向系统密切配合实现的。合理的安装超声波传感器群组实现对车身周边环境自动感知，再通过方向盘进行电动转向控制，根据智能控制器的输出来实现车辆动作的自动控制，但是档位与刹车还是需要人为控制，现在还达不到全智能化。

二、超声波传感器的基本结构与工作原理

1、超声波传感器的基本结构

超声波传感器主要材料有压电晶体（电致伸缩）及镍铁铝合金（磁致伸缩）两类。电致伸缩的材料有锆钛酸铅（PZT）等。压电晶体组成的超声波传感器是一种可逆传感器，它可以将电能转变成机械振荡而产生超声波，同时它接收到超声波时，也能转变成电能，所以它可以分成发送器或接收器。有的超声波传感器既作发送，也能作接收。

图1 超声波传感器的结构图

2、超声波传感器测距原理

超声波传感器发出的超声波是一种传递信息的媒体，它与机械振动密切相关，可以由物体的撞击、运动所产生的机械振动以波的形式向外传播。超声波的物理特性：

（1）传播类似于光线，遵循几何光学的规律，速度与声波相同；

（2）波长很短，方向性强：

（3）能够产生窄脉冲:

（4）功率大，超声波能够产生并传递强大的能量。

因为声波在介质中以纵波传播，所以当声波遇到尺寸大于他的波长时的目标物体阻挡时就会发生反射，而反射波就是我们通常称的回声。回声在空气介质中传播的速度是已知的，通过测量声波从声源到达目标然后返回声源的时间，就可以计算出声波到目标的距离。

图2 超声波传感器工作原理图

3 、自动定位的实现原理

由超声波的物理特性可以得出要实现准确的自动定位有效的测量出车辆周

围环境信息，必须要多个传感器联合使用。为实现平行泊车及泊车位的位置预测一共需要安装16个超声波传感器，车身两侧各需装6个，3个为一组，分别装在车身的前后部；车头车尾各安装2个。车身两侧的传感器为找车位倒车提供准确的环境信息；车头车尾的传感器为车辆进入泊车位时提示前进方向，调整车辆姿态。

图3 超声波传感器布局

三、超声波传感测量误差的分析

1、数据分析

表1 部分测量误差表（CM）

实际距0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

测量距离0 12.7 22.6 32.6 42.3 52.3 61.4 71.6 81.4 91.2 误差0 2.7 2.6 2.2 2.3 2.3 1.4 1.6 1.4 1.2 实际距离100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 测量距离100.6 110.5 120.9 130.6 139.7 150.4 160.2 170.4 181.1 190.6 误差0.6 0.5 0.9 0.6 —0.3 0.4 0.2 0.4 1.1 0.6

通过上表可以知道超声波传感器所测量的距离与实际的距离存在一定的误差，距离越小误差越大。

2、影响超声波测量主要因素

（1）空气密度

声速受密度的影响较大，空气密度主要受压强、温度、湿度等因素的影响。所以，在不同的环境中测量出来的距离会出现误差。

（2）声波的反射问题

当被测物体与传感器成一定角度的时候，所探测的距离和实际距离有个三角误差；在特定的角度下，发出的声波被光滑的物体镜面反射出去，因此无法产生回波，也就无法产生距离读数，这时超声波传感器会忽视这个物体的存在；在探测墙角或者类似结构的物体时会出现多次反射现象，声波经过多次反弹才被传感器接收到，因此实际的探测值并不是真实的距离值。

（3）时间测量的误差

超声波传感器接收到由物体反射回来的时间脉冲由于各种原因接收到的

时间脉冲并不是实际的时间脉冲；超声波传感器内部电路的电阻电容存在热噪声，导致电路延迟引起测量时间误差；超声波传感器所接收到的超声波可能是被被测量物体侧面或侧面旁其他物体漫反射，所以，测量的距离并不是实际距离。

图4 超声波传感器接收电路图

3、使用注意事项

由于超声波传感器在实际测量中存在一定的误差，为了能够减小测量误差，在平时的使用要注意以下事项：

(1)安装高度：一般离地：50~65cm。

(2)经常清洗探头，防止积土。

(3)不要用坚硬的东西将探头表面遮住，会产生误报或测距不准，如泥浆把探头表面覆盖。

(4)冬天避免结冰。

(5)注意探头安装朝向，要按UP朝上安装。

(6)探头不建议安装在金属板材上，因为金属板材振动时会引起探头共振，产生误报。

四、目前的自动泊车辅助系统主要功能

自动倒车辅助系统会运用超声波传感器扫描道路两侧，通过比较停车空间和车身长度来寻找合适的停车位。发现适合的位置后，声音的紧密程度会自动提示，系统会自动引导车辆进入驻停区域，挂上倒车档，自动倒车辅助系统即会自动控制转向操作，此时您只需控制油门和制动，即可将车停进停车位。此外，中文导航系统的液晶显示屏，会直接显示障碍物与车辆之间位置关系的图像，使驾驶者更从容实现对车辆的控制。

五、结束语

自动泊车辅助系统作为汽车智能发展的代表系统，在今后的汽车中将会更好的改善汽车的舒适性与安全性。目前的泊车辅助系统，并未真正意义实现自动泊车，未来这将是主要的研究方向，希望这套系统在今后的车上能够做到自动防撞功能。

参考资料

1苏炜、龚辟建、潘笑.超声波测距误差分析.武汉：传感器技术，2004年06期

2孙传铮、蔡玉良.单片微机超声波汽车倒车测距仪.上海：微机与应用，1996年07期3吴妍.汽车倒车雷达预警系统研究.武汉：武汉理工大学，2007

4吴谐.智能自动泊车系统研究.南京：南京理工大学，2008