[首發(fā)于智駕最前沿微信公眾號(hào)]要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)泊車，背后需要哪些技術(shù)作為支撐？自動(dòng)泊車作為現(xiàn)在很多車主應(yīng)用非常多的一項(xiàng)功能，看似只是簡(jiǎn)單的入庫(kù)操作，但想要完美入庫(kù)，其實(shí)需要非常多的技術(shù)支持。

感知是基礎(chǔ)：看得清、分得明、跟得牢

想實(shí)現(xiàn)自動(dòng)泊車，車輛首先得“感知”周圍環(huán)境，這不只是拍一張照片那么簡(jiǎn)單，而是要準(zhǔn)確識(shí)別出車庫(kù)周邊障礙物的位置、形狀、速度及類別。常用的傳感器包括超聲波雷達(dá)、攝像頭、毫米波雷達(dá)和激光雷達(dá)等。超聲波成本低，在短距離測(cè)距中表現(xiàn)穩(wěn)定，常用于側(cè)向和近距離障礙物檢測(cè)；攝像頭能識(shí)別車位線、行人、車牌等，信息量豐富，但容易受光線影響；毫米波雷達(dá)抗干擾強(qiáng)，還能測(cè)速，適合在有移動(dòng)物體的場(chǎng)景中輔助判斷；激光雷達(dá)則能生成高精度三維點(diǎn)云，距離和角度信息準(zhǔn)確，利于環(huán)境建模，但成本和數(shù)據(jù)量較大。

這些傳感器采集的數(shù)據(jù)需要融合使用，才能在各種環(huán)境下穩(wěn)定工作。傳感器融合不僅僅是數(shù)據(jù)疊加，還涉及時(shí)間同步、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和置信度管理，系統(tǒng)需要根據(jù)每個(gè)傳感器在當(dāng)前場(chǎng)景下的可靠性，動(dòng)態(tài)加權(quán)使用它們的信息。在停車場(chǎng)這類場(chǎng)景中，通常由超聲波進(jìn)行車位盲探測(cè)，攝像頭識(shí)別車位線和類型，雷達(dá)或激光雷達(dá)則負(fù)責(zé)障礙物的精確定位與跟蹤，多種傳感器配合，才能兼顧發(fā)現(xiàn)車位與安全避障。

目標(biāo)檢測(cè)與多目標(biāo)跟蹤也是感知中的重要環(huán)節(jié)。系統(tǒng)需要能識(shí)別靜態(tài)的車位、停放的車輛，以及行人、自行車等動(dòng)態(tài)目標(biāo)，并在車輛移動(dòng)過(guò)程中持續(xù)追蹤。在泊車過(guò)程中，周圍還可能有目標(biāo)突然出現(xiàn)或移動(dòng)，系統(tǒng)必須快速判斷其運(yùn)動(dòng)意圖并實(shí)時(shí)調(diào)整規(guī)劃。這其中就需要應(yīng)用到包括基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)檢測(cè)、基于卡爾曼濾波或更復(fù)雜濾波算法的目標(biāo)跟蹤，以及結(jié)合點(diǎn)云與圖像特征的識(shí)別等方法。感知模塊的輸出不僅是“有障礙物”，還要提供具體的物理坐標(biāo)、速度向量和分類置信度，這些信息將直接用于后續(xù)的路徑規(guī)劃與控制。

定位與地圖：明確自身與車位的位置

自動(dòng)泊車對(duì)定位精度的要求遠(yuǎn)高于一般城市道路駕駛，尤其是在地下停車場(chǎng)這類GPS信號(hào)弱的環(huán)境。實(shí)現(xiàn)高精度定位通常需要多種技術(shù)組合。視覺(jué)SLAM是常用方案之一，通過(guò)攝像頭或雙目視覺(jué)可以構(gòu)建局部地圖并估計(jì)車輛位置，其優(yōu)點(diǎn)是不依賴外部基站，但對(duì)環(huán)境光照和紋理有一定要求。結(jié)合標(biāo)簽、二維碼或已知特征點(diǎn)進(jìn)行輔助定位，能進(jìn)一步提高系統(tǒng)的魯棒性。還有一些廠商會(huì)在停車場(chǎng)部署定位信標(biāo)或利用場(chǎng)內(nèi)現(xiàn)有攝像頭，以場(chǎng)端輔助的方式增強(qiáng)車輛定位能力。這類偏場(chǎng)端的方案可以將部分感知與定位任務(wù)從車端轉(zhuǎn)移至場(chǎng)端，減輕車輛自身的傳感器負(fù)擔(dān)，但這一方案需要停車場(chǎng)進(jìn)行配套升級(jí)，僅適用于社區(qū)、園區(qū)或商業(yè)中心等封閉場(chǎng)景中。

基于車端的自動(dòng)泊車示意圖，圖片源自網(wǎng)絡(luò)

地圖在自動(dòng)泊車中也扮演著重要角色。系統(tǒng)不僅需要全局導(dǎo)航用的道路級(jí)地圖，還需要包含車位尺寸、車道線位置、出入口、坡度、盲區(qū)等詳細(xì)信息的“車位級(jí)”地圖。高精地圖能幫助系統(tǒng)提前了解目標(biāo)車位的準(zhǔn)確位置與環(huán)境約束，從而降低規(guī)劃階段的不確定性。但是高精地圖需要持續(xù)更新，對(duì)于那些車位經(jīng)常變動(dòng)的停車場(chǎng)，地圖的同步與維護(hù)機(jī)制一定要跟上。為解決地下車庫(kù)GPS不可用的問(wèn)題，系統(tǒng)還會(huì)將視覺(jué)定位、慣性測(cè)量單元（IMU）和車輪里程計(jì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行緊耦合處理，從而在復(fù)雜環(huán)境中實(shí)現(xiàn)連續(xù)且準(zhǔn)確的位姿估計(jì)。

規(guī)劃與控制：規(guī)劃路徑并精準(zhǔn)執(zhí)行

在獲取感知與定位信息后，下一步是將車輛從當(dāng)前位置安全、準(zhǔn)確地移動(dòng)至目標(biāo)車位，其核心技術(shù)涉及到路徑規(guī)劃與跟蹤控制。路徑規(guī)劃可以分為全局規(guī)劃和局部規(guī)劃兩個(gè)層面。全局規(guī)劃負(fù)責(zé)生成從起點(diǎn)到目標(biāo)車位附近的可行駛路徑，常用算法包括網(wǎng)格搜索、A*等，需考慮通行規(guī)則與場(chǎng)景約束。局部規(guī)劃會(huì)更為細(xì)節(jié)，它要根據(jù)實(shí)時(shí)感知到的動(dòng)態(tài)障礙或傳感器誤差，及時(shí)調(diào)整行駛軌跡，在避障的同時(shí)完成倒庫(kù)、對(duì)位等復(fù)雜操作。對(duì)此常用的方法有采樣法、優(yōu)化法，或帶約束的軌跡優(yōu)化算法，以生成平滑且可執(zhí)行的軌跡。

車輛的實(shí)際運(yùn)動(dòng)還受到底盤(pán)幾何與動(dòng)力學(xué)約束。大多數(shù)乘用車采用阿克曼轉(zhuǎn)向模型，具有最小轉(zhuǎn)彎半徑、轉(zhuǎn)向延遲和與速度相關(guān)的橫向動(dòng)態(tài)特性?？刂茖迂?fù)責(zé)將規(guī)劃好的軌跡轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)向角與加減速指令，常用的控制方法包括PID控制、橫向的純追蹤算法以及模型預(yù)測(cè)控制（MPC）。MPC在處理復(fù)雜約束時(shí)表現(xiàn)優(yōu)異，因其能在生成控制指令時(shí)綜合考慮車輛動(dòng)力學(xué)和輸入飽和等問(wèn)題，但計(jì)算量較大，對(duì)硬件算力要求較高。為保證控制精度，系統(tǒng)還需對(duì)轉(zhuǎn)向、制動(dòng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的響應(yīng)進(jìn)行建模與補(bǔ)償，并在運(yùn)行過(guò)程中實(shí)時(shí)估計(jì)執(zhí)行誤差，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)修正。

泊車過(guò)程中，無(wú)論是單次入庫(kù)還是多次“揉庫(kù)”，都對(duì)控制器的魯棒性與定位精度提出不同要求,單次入庫(kù)更依賴高精度的路徑計(jì)算與執(zhí)行，多次調(diào)整入庫(kù)則更需要系統(tǒng)具備持續(xù)的閉環(huán)反饋與糾偏能力。

確保安全：軟硬結(jié)合，嚴(yán)控風(fēng)險(xiǎn)

將上述模塊整合為一套能夠在真實(shí)場(chǎng)景中長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的自動(dòng)泊車系統(tǒng)，離不開(kāi)大量的前期工作。自動(dòng)泊車系統(tǒng)通常運(yùn)行在車載SoC上，依賴實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)或符合車規(guī)的中間件進(jìn)行任務(wù)調(diào)度與通信。車載總線從傳統(tǒng)CAN向以太網(wǎng)延伸，以支持?jǐn)z像頭視頻、雷達(dá)點(diǎn)云等高帶寬數(shù)據(jù)的傳輸。自動(dòng)泊車的軟件設(shè)計(jì)也需遵循AUTOSAR等車規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，或基于ROS等框架進(jìn)行輕量化實(shí)現(xiàn)，并滿足實(shí)時(shí)性與安全性要求。因此算力平臺(tái)和軟件架構(gòu)是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)泊車必不可少的一部分。

雖然自動(dòng)泊車屬于低速場(chǎng)景，但如果操作失誤仍可能引發(fā)碰撞或人身傷害，因此自動(dòng)泊車設(shè)計(jì)必須遵循《道路車輛功能安全》ISO 26262等功能安全標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)具備故障檢測(cè)、冗余策略與安全降級(jí)機(jī)制。比如當(dāng)視覺(jué)傳感器失效時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)能切換至超聲波與雷達(dá)的感知結(jié)果，或提示用戶盡快接管。當(dāng)然，網(wǎng)絡(luò)安全對(duì)于自動(dòng)泊車也不容忽視，遠(yuǎn)程喚車與控制接口需實(shí)施嚴(yán)格的身份驗(yàn)證與數(shù)據(jù)加密，防范未授權(quán)訪問(wèn)與惡意攻擊，從而避免未知風(fēng)險(xiǎn)。

自動(dòng)泊車想真正應(yīng)用到實(shí)際場(chǎng)景，一定需要經(jīng)過(guò)充足的測(cè)試。仿真平臺(tái)能覆蓋大量邊界場(chǎng)景，加速算法迭代，但無(wú)法完全替代實(shí)車測(cè)試。想測(cè)試真實(shí)停車場(chǎng)中的標(biāo)線磨損、泥沙覆蓋、光線變化等復(fù)雜因素，仍需通過(guò)封閉場(chǎng)地與開(kāi)放路測(cè)進(jìn)行驗(yàn)證。因此可以將仿真、封閉場(chǎng)地測(cè)試和公開(kāi)道路試駕結(jié)合起來(lái)，形成閉環(huán)驗(yàn)證流程。像是定位精度、泊入成功率、平均作業(yè)時(shí)間、異常處置耗時(shí)等系統(tǒng)的性能指標(biāo)也應(yīng)明確，這些量化結(jié)果是判斷系統(tǒng)是否具備上線條件的重要依據(jù)。

用戶想使用自動(dòng)泊車功能，一般會(huì)通過(guò)中控屏或手機(jī)APP發(fā)起泊車或喚車指令，此時(shí)系統(tǒng)應(yīng)提供直觀的狀態(tài)反饋與必要的接管提示。可視化界面能夠?qū)④囕v的定位與規(guī)劃路徑實(shí)時(shí)展示給用戶，幫助理解系統(tǒng)決策與行為。良好的人機(jī)交互能有效增強(qiáng)用戶信任，減少不必要的干預(yù)。

最后的話

自動(dòng)泊車這一簡(jiǎn)單的操作，并非依賴某一項(xiàng)傳感器或算法就能實(shí)現(xiàn)，而是需要感知、定位、地圖、規(guī)劃、控制、系統(tǒng)工程、功能安全、網(wǎng)絡(luò)安全、場(chǎng)端支持、測(cè)試驗(yàn)證以及法規(guī)合規(guī)等多方面的支持，每一環(huán)節(jié)都至關(guān)重要。作為現(xiàn)階段用戶體驗(yàn)非常多的一個(gè)功能，自動(dòng)泊車的大規(guī)模應(yīng)用也反應(yīng)出自動(dòng)駕駛技術(shù)的提升。

審核編輯 黃宇