一种无线自动泊车系统及方法与流程

本发明属于自动泊车系统领域，具体涉及一种无线自动泊车系统及方法。

背景技术：

随着汽车技术的发展，自动泊车技术逐渐受到人们的重视。自动泊车过程中环境感知最复杂，包含泊车位的探测以及对泊车过程中遇到的各种危险的探测，还要为路径规划提供依据。目前环境感知部分大量采用超声波雷达，但其探测误差较大，且存在死角；也有的采用激光雷达，但其成本太高，不适于批量生产。无论采用超声波雷达还是激光雷达，都是将环境感知器件安装在车上，所有的数据处理以及车辆的控制都必须在车载控制器里完成，一般车载控制器运算能力有限，而自动泊车的实时性要求极高，这就导致复杂的算法无法实现，简单的算法泊车效果不理想，安全性也无法保证。

技术实现要素：

针对超声波雷达和激光雷达在环境感知过程中存在的不足，一般车载控制器运算能力有限，导致复杂的算法无法实现，简单的算法泊车效果不理想，安全性也无法保证的问题，本发明提出一种无线自动泊车系统及方法，以实现对泊车过程进行全局的精确监控。

为了实现上述目的，本发明具体技术方案如下：一种无线自动泊车系统，包括环境感知系统、基站和车辆控制系统；所述环境感知系统安装在停车场内，包括摄像头、图像处理模块、信息处理模块、路径规划模块和存储模块；其中，摄像头用于拍摄车库图像，输出端与图像处理模块相连；图像处理模块输入端与摄像头相连，输出端与路径规划模块和存储模块相连，用于从停车区域图像中提取待泊车辆的第一部分状态信息并发送给路径规划单元和存储模块，同时将整个泊车过程中摄像头拍摄的图像发送到存储模块；信息处理模块与基站双向相连，输出端与路径规划模块和存储模块相连，用于接收基站发来的待泊车辆第二部分状态信息，制定控制策略，并将车辆第二部分状态信息及控制策略发送到存储模块；路径规划模块与存储模块双向连接，输出端与基站相连，用于根据车辆安全外框、车辆第一部分状态信息、车辆第二部分状态信息和停车区域环境信息进行路径规划，根据规划的路径得出最佳泊车方案并发送存储模块，同时通过基站和无线通信模块发送给车辆控制器；存储模块用于存储停车区域环境信息、泊车过程中图像处理模块发送过来的信息、路径规划模块发送过来的信息和信息处理模块发送过来的信息；所述基站安装在停车场内，用于环境感知系统和车辆控制系统之间的通信，基站与环境感知系统通过数据线连接，基站与车辆控制系统无线连接；所述车辆控制系统安装在汽车上，包括车辆控制器、传感器模块、无线通信模块和显示屏；其中，无线通信模块用于实现车辆控制器和基站之间的无线通信；显示屏用于显示泊车过程中的提示信息；传感器模块包含轮速传感器和方向盘转角传感器，轮速传感器用于采集车速，方向盘转角传感器用于采集方向盘转角；车辆控制器包含数据处理单元和控制单元，数据处理单元用于处理来自于传感器模块的轮速和前轮转角信息，并通过无线通信模块发送给基站，控制单元用于根据环境感知系统发来的轮速和前轮转角控制信息，控制车辆完成泊车。

进一步的，上述待泊车辆的第一部分状态信息包括车身上的二维码、位置和航向角；所述待泊车辆的第二部分状态信息包括轮速、前轮转角、轴距、车身外框几何尺寸、车身上的二维码和驾驶员的命令；所述控制策略包括是否允许泊车、是否允许路径规划模块规划路径和是否允许路径规划模块对车辆进行接管；所述车辆安全外框是在车身外框几何尺寸的基础上，向外扩大一个安全距离建立的区域；所述停车区域环境信息是预先设定的停车区域的障碍物和停车位对应的坐标范围。

进一步的，上述显示屏显示的提示信息包括等待环境感知系统接管的提示信息、同意环境感知系统接管的提示信息、已被环境感知系统接管的提示信息和泊车结束的提示信息。

进一步的，上述环境感知系统可以与多个车辆控制系统通信，同时控制多个车辆完成自动泊车。

进一步的，上述车身二维码有2个，第一个二维码在汽车前轴中心正上方，第二个二维码在汽车后轴中心正上方，用于图像处理模块识别汽车并确定汽车的位置和航向角；所述驾驶员的命令包括请求泊车、同意环境感知系统接管车辆和确认泊车结束。

进一步的，本发明还提供了一种无线自动泊车方法，包括如下步骤：

1)初始化无线自动泊车系统，包括如下步骤：

1.1)标定停车区域，安装摄像头，其中摄像头的拍摄范围要覆盖停车区域；

1.2)在停车区域内以停车区域中心为坐标原点建立世界坐标系，标定摄像机拍摄到的图像的每一个像素点对应的实际坐标；

1.3)标定停车区域环境信息，采集停车区域内的所有障碍物及停车位对应的实际坐标范围，并保存在存储模块中；

1.4)在车身上画两个二维码，第一个二维码在汽车前轴中心正上方，第二个二维码在汽车后轴中心正上方，用于图像处理模块识别汽车并确定汽车的位置和航向角；

2)准备泊车，驾驶员将车开到停车区域，按下车内自动泊车开关，车辆控制系统将车辆状态信息发送给环境感知系统并向环境感知系统发送泊车请求信号；

3)环境感知系统判断是否有空的停车位，如有空的停车位转步骤4)，否则，拒绝泊车请求；

4)识别待泊车辆，利用信息处理模块接收的待泊车辆二维码与图像处理模块提取的待泊车辆二维码进行匹配，若匹配成功转步骤5)，否则拒绝泊车请求；

5)路径规划，包括如下步骤：

5.1)环境感知系统在车身外框几何尺寸的基础上，向外扩大一个安全距离建立车辆安全外框；安全外框用于限制车辆在行驶过程中与障碍物距离；

5.2)环境感知系统根据车身安全外框范围对应的坐标、车辆航向角、停车区域内的障碍物和其他待泊车辆信息为车辆寻找最佳泊车位，进行路径规划，并进一步制定泊车方案；

6)接管车辆，环境感知系统向汽车向车辆发送接管请求；

7)驾驶员同意接管，转下一步，否则转步骤9)。

8)环境感知系统控制车辆进行泊车，在泊车过程中，车辆实时向环境感知系统发送轮速和前轮转角，以便于环境感知系统实时修正控制误差。

9)泊车结束，车辆停入车位后，环境感知系统向汽车发送泊车完成信号。驾驶员确认泊车完成，车辆切断与中央处理系统的通信。

本发明的有益效果在于：用摄像头取代超声波雷达和激光雷达，将泊车系统的环境感知、路径规划及车辆的控制全部交给停车区域的环境感知系统，环境感知系统计算能力强，对信息的处理速度快，在保证实时性的基础上可以运用十分复杂的算法，可以对泊车过程进行全局的精确监控。车辆控制器只需处理极少的数据，软硬件都得到简化，可有效降低成本。

附图说明

图1无线自动泊车系统结构示意图。

图2无线自动泊车方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

如图1所示为本发明的无线自动泊车系统结构示意图，无线自动泊车系统包括环境感知系统、基站和车辆控制系统。环境感知系统包括摄像头、图像处理模块、信息处理模块、路径规划模块和存储模块，车辆控制系统包括车辆控制器、传感器模块、无线通信模块和显示屏；环境感知系统和基站安装在停车场内，车辆控制系统安装在汽车上；基站用于环境感知系统和车辆控制系统之间的通信，基站与环境感知系统通过数据线连接，基站与车辆控制系统无线连接。环境感知系统可以与多个车辆控制系统通信，同时控制多个车辆完成自动泊车。

摄像头用于拍摄停车区域图像，输出端与图像处理模块相连。

图像处理模块输入端与摄像头相连，输出端与路径规划模块和存储模块相连，用于从摄像头拍摄到的停车区域图像中提取待泊车辆的第一部分状态信息并发送给路径规划单元和存储模块，同时将整个泊车过程中摄像头拍摄的图像发送到存储模块。其中，待泊车辆的第一部分状态信息包括车身上的二维码、位置和航向角。

信息处理模块与基站双向相连，输出端与路径规划模块和存储模块相连，用于接收基站发来的待泊车辆第二部分状态信息、制定控制策略，并将车辆第二部分状态信息及控制策略发送到存储模块；其中，待泊车辆的第二部分状态信息包括轮速、前轮转角、轴距、车身外框几何尺寸、车身上的二维码和驾驶员的命令；控制策略包括是否允许泊车、是否允许路径规划模块规划路径和是否允许路径规划模块对车辆进行接管，驾驶员的命令包括请求泊车、同意环境感知系统接管车辆和确认泊车结束。

路径规划模块与存储模块双向连接，输出端与基站相连，用于根据车辆安全外框、车辆第一部分状态信息、车辆第二部分状态信息和停车区域环境信息进行路径规划，根据规划的路径得出最佳泊车方案并发送存储模块，同时通过基站和无线通信模块发送给车辆控制器。其中，车辆安全外框是在车身外框几何尺寸的基础上，向外扩大一个安全距离建立的区域，停车区域环境信息是预先设定的停车区域的障碍物和停车位对应的坐标范围。

存储模块用于存储停车区域的环境信息、泊车过程中图像处理模块、路径规划模块和信息处理模块发送过来的信息。

无线通信模块用于实现车辆控制器和基站之间的无线通信。

显示屏用于显示泊车过程中的各种提示信息，包括等待环境感知系统接管、同意环境感知系统接管、已被环境感知系统接管、泊车结束等。

传感器模块包含轮速传感器和方向盘转角传感器，轮速传感器用于采集车速，方向盘转角传感器用于采集方向盘转角。

车辆控制器与无线通信模块双向连接，输入端与传感器模块相连，输出端与显示屏相连，包含数据处理单元和控制单元，数据处理单元用于对来自于传感器模块的轮速和前轮转角信息进行滤波处理，并通过无线通信模块发送给基站，控制单元用于根据环境感知系统发来的轮速和前轮转角控制信息，控制车辆泊车。

一种无线自动泊车方法，如图2所示，包括以下步骤：

1)初始化无线自动泊车系统，包括：

1.1)标定停车区域，安装摄像头，其中摄像头的拍摄范围要覆盖停车区域；

1.2)在停车区域内以停车区域中心为坐标原点建立世界坐标系，标定摄像机拍摄到的图像的每一个像素点对应的实际坐标；

1.3)标定停车区域环境信息，采集停车区域内的所有障碍物及停车位对应的实际坐标范围，并保存在存储模块中；

1.4)在车身上画两个二维码，第一个二维码在汽车前轴中心正上方，第二个二维码在汽车后轴中心正上方，用于图像处理模块识别汽车并确定汽车的位置和航向角。

2)准备泊车，驾驶员将车开到停车区域，按下车内自动泊车开关，车辆控制系统将车辆状态信息发送给环境感知系统并向环境感知系统发送泊车请求信号。

3)环境感知系统判断是否有空的停车位，如有空的停车位转下一步，否则，拒绝泊车请求；

4)识别待泊车辆，利用信息处理模块接收的待泊车辆二维码与图像处理模块提取的待泊车辆二维码进行匹配，若匹配成功转步骤5)，否则拒绝泊车请求；

5)路径规划，包括如下步骤：

5.1)环境感知系统在车身外框几何尺寸的基础上，向外扩大一个安全距离建立车辆安全外框；安全外框用于限制车辆在行驶过程中与障碍物距离，具体实施中，扩大的安全距离为0.5米；

5.2)环境感知系统根据车身安全外框范围对应的坐标、车辆航向角、停车区域内的障碍物和其他待泊车辆信息为车辆寻找最佳泊车位，进行路径规划，并进一步制定泊车方案。

6)接管车辆，环境感知系统向汽车向车辆发送接管请求；

7)驾驶员同意接管，转下一步，否则转步骤9)。

8)环境感知系统控制车辆进行泊车，在泊车过程中，车辆实时向环境感知系统发送轮速和前轮转角，以便于环境感知系统实时修正控制误差。

9)泊车结束，车辆停入车位后，环境感知系统向汽车发送泊车完成信号。驾驶员确认泊车完成，车辆切断与中央处理系统的通信。