安徽文达信息工程学院 231201
摘要：本篇论文是针对自动驾驶系统中的自动停泊功能进行研究、讨论与实现。从基础的问题出发，首先对车辆的停车环境进行分类，试图得到一个简化而统一的停车位模型。然后对单个车辆对环境及停车位所应该具备的感知能力进行讨论，从一开始的超声波配合辅助定位装置的方案，由于难以被大众消费者所接受而舍弃；到后来用视觉传感器配合超声波传感器的方案，又因为设计成本高、设计难度大，辨识能力有限等原因再次被舍弃。而最终采取了超声波传感器配合红外遥控器的方案来实现车辆对停车环境的感知。最后对车身运动控制的方案讨论中，摆脱了转向器的束缚，直接对车轮转速控制实现车身方向与运动轨迹的控制。
综上，本设计是用基于Arduino的控制，借助两个超声波传感器和一个红外遥控器，配合实验停车位，这样就能以相对较低的成本，完成自动控制实验小车停泊入库。
关键词：Arduino控制；超声波传感器；测量定位；自动停泊控制
1 设计任务的准备阶段
1.1 为课题研究定位
本次课题是完成《基于Arduino的自动停泊小车的设计》，是从实验程度出发研究现实中的车辆的自动停泊方案，本着低成本、高效率的设计目的，以期能够找出更加经济、实用的自动停泊车方案。不苛求采用多么高级、复杂的技术运用，不妄想采用高成本改造的物联网停车场，这个未来自动停泊车系统的必然发展趋势。
1.2 为实现目标划分任务
根据我们要达到的目标，列出过程中会遇到的问题：
①车辆如何识别可用停车位？
②车辆如何判定自身与停车位之间的位置关系？
③车辆如何控制车轮驶入停车位？
④车辆如何停泊于停车位适当的位置？
2 任务一：各种停车环境的研究
提取现实环境中停车位的关键因素，依据行车方向定义前后，抽取停车位的环境因素如下列：
①车位后方有无车辆，2种情况；
②车位前方有无车辆，2种情况；
③是否有车位框线，2种情况；
④停车位方向是横向还是纵向（斜向停车位属特殊车位设置不予考虑，这里只研究最常见的停车位形式），2种情况；
⑤停车位内是否有障碍物，2种情况；
⑥行车过道内是否有障碍物，2种情况；
综合上述③④⑤共有2×2×2=8种标准停车位条件，综合上述①②⑥共有2×2×2=8种标准停车环境。
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图2-1：可勘测的最理想停车位示意图
3 任务二：停车位定位方案
3.1 方案一：简化环境模型——四柱车位定位法
因要同时识别四个定位柱，可能会产生相互干扰，这样不仅增加设计成本，还会增大数据处理的复杂程度，违背了高效性与低成本的原则。
3.2 方案二：简化四柱车位定位法——双柱车位定位法
要想实现定位，就必须有人给空车位放置定位柱。可谓是本末倒置，失去了原本设计的自动停泊功能的初心。且在露天停车场或临时停车位设立固定杆，危险系数更高。此方案不可取。
3.3 方案三：优化双柱车位定位法——自动双柱车位定位法
因要加入辅助装置而引入辅助定位杆的概念，抛开设计成本和使用成本先不说，单单对比与以往的自动停泊车设计的便捷性就显得很多余。在现实中能否被消费者所接受又是另一个需要解决问题。
4 任务三：关于视觉传感器的研究与讨论
4.1 工作原理
视觉传感器利用光学元件和成像装置获取外部的环境图像，对其捕获的图像与其内存中存储的基准图像进行比较，分析两图像有关颜色、形状、特征数量等相似度，判断图像是否匹配。视觉传感器的工业应用包括检验、计量、测量、定向、瑕疵检测和分检。
4.2 视觉传感器的运用——辨别停车位方向
对停车位方向的判别主要运用视觉传感器对环境采集图像与基准图像关于特定形状与地面位置关系来确定。
若车辆泊入水平停车位，在图像中，视觉传感器分析图像时匹配到一个大圆形与一条水平直线（车身底盘的车型流线）相交，那么就可以判定车辆的车身朝外，停车位为水平停车位；
4.3 视觉传感器应用的限制
由于有一定的限制，所以在选购视觉传感器时，没有找到能与Arduino UNO板数据口直接连接的电子连接线，且视觉传感器价格较高，超出了本人经济能力所能承受的范围。所以实验小车未能配置视觉传感器。
4.4 视觉传感器的取代——红外遥控器
本章任务介绍的视觉传感器，可以获取环境信息判定后，只会返回一个信息：要么是平行停车位，要么是垂直停车位，程序中用整型数据表示。跟人眼的识别和人脑的判断过程相同，甚至由人识别会更加准确。
在这方面设计，我们完全可以人为操作，人为来告诉车辆的自动停泊系统，它将要面对的是平行停车位还是垂直停车位，将要完成倒车入库动作还是侧方停车动作。
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图4-2：红外遥控器实物图
5 任务四：停泊过程的方案讨论
5.1 采用常规模拟停车方案——侧方停车与倒车入库
实现过程：仿照驾驶员控制转向器，通过传感器获取周边空间信息，调整车身方向，控制速度，实现侧方停车或者倒车入库。垂直停车位（与行车过道垂直）采用倒车入库停车方式；平行停车位（与行车过道平行）采用侧方停车方式。
5.2 采用机械变形停车方案——四轮转向全驱动入库
实现过程：驾驶员告诉车辆需要停车，检测到可用停车位，然后判定是车位属垂直停车位还是平行停车位。
若车位宽度I，满足W<I<L，深度D>L，则判定为垂直停车位。前后双轮向相反方向转动，使车身旋转1/4圆周，车身对向停车位入口，再次调整车轮与车身平行，行驶通过传感器计算得到的预计能够入库的距离，完成入库。
5.3 采用简化测算停车方案——双轮差速调整入库
为了达到普通股车辆效果，但对于Arduino实验小车，跳过了转向装置的约束，用万向轮代替。直接通过后轮左右差速实现车身方向调整，就可以控制一侧轮不转动（车身回转中心轴在固定轮与地面接触的不动点的竖直轴线上）或反向转动（当反向等速时，回转中心在后两轮连线中点处），实现快速调整车身方向，进而实现自动停泊。
总结
本文从问题出发，制定了用于解决各阶段问题的任务。对每一阶段的任务都进行严格的讨论与分析，过程中逐步淘汰不合理的想法用优越性更好的点子取代，最终确定为不需要成本高的传感器、不需要很复杂的控制过程的自动停泊实现方案。达到了预期中对自动停泊系统低成本、高效率的设计目的。
参考文献：
[1]陈天殷.自主泊车系统APS的现状与发展[J].汽车电器，2018（09）：27-32.
[2]禅翔，郭焕萍.基于Arduino系统控制的物体定位[J].电子世界，2019，02：198-199.