一种自动泊车方法及用于车辆的自动泊车系统与流程

本发明涉及汽车领域，尤其是一种自动泊车方法及用于车辆的自动泊车系统。

背景技术：

电动汽车的续航里程是消费者十分关心并关注的部分，市面上的电动汽车的满电续航里程标准工况200km～500km不等，相比于油车有较大的劣势。换电站是解决这一问题的可行方案之一，可以较好地解决里程续航问题。换电站布置紧凑，只占地表3个车位大小的面积，在换电站内设置有车辆的支撑台架、换电小车、举升机构等大量的设备。用于换电时支撑车辆的支撑台架的尺寸很小，仅为车宽+30cm左右，因而对于换电站内泊车的准确度有很高的要求。一般需要驾驶者具有高超的泊车技术，才能准确的将车辆准确的停放，如果驾驶者泊车不准确，可能造成停放不当，不便于换电操作；或者需要驾驶者多次泊车才能准确停放。停放的次数过多或停放不当，会浪费驾驶者的时间，导致换电的效率低。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种自动泊车方法及用于车辆的自动泊车系统，能够解决现有技术中在换电站内泊车难度大的技术问题，采用自动泊车方法及用于车辆的自动泊车系统，能够提高在换电站内泊车的准确度。

为解决上述问题，本发明的第一方面提供了一种自动泊车方法，包括：车辆与换电站建立通信连接；换电站根据预设的条件判断是否能够接纳车辆；若能够接纳车辆，则布置在换电站处的激光雷达检测车辆的形状，基于车辆的形状计算得到车辆的定位信息，并反馈至车辆；车辆基于定位信息获得泊车路径。

进一步地，换电站根据预设的条件，判断是否能够接纳车辆的步骤包括：当车辆与换电站的距离低于第一预设值时，车辆向换电站发出泊车请求；换电站接收到泊车请求后，若换电站无故障或换电站没有被占用，则确定换电站内能够接纳车辆；或者，车辆的电量低于第二预设值，且车辆与换电站的距离低于第三预设值，车辆向所述换电站发出泊车请求；换电站接收到泊车请求后，若换电站无故障或换电站没有被占用，则确定换电站内能够接纳所述车辆。

进一步地，基于车辆的形状计算得到车辆的定位信息步骤包括：基于所述车辆同一长边的两个边缘点a、b的位置计算得到车辆在预设坐标系下的坐标以及车辆的航向角。

进一步地，以泊车换电站为坐标原点o，以该换电站的宽度和长度方向分别为x、y轴方向建立预设坐标系，车辆的位置设置为所述车辆的后轴中心p的坐标，车辆的位置计算步骤包括：计算得到车辆同一长边的边缘点a、b的坐标；计算得到后轴中心p与坐标原点o的距离po；计算得到后轴中心p、坐标原点o与坐标轴y方向的角度∠poy；后轴中心p的坐标为(xp,yp)，xp＝po*sin(∠poy),yp＝po*cos(∠poy)。

进一步地，以泊车换电站为坐标原点o，以该换电站的宽度和长度方向分别为x、y轴方向建立预设坐标系，车辆的位置设置为车辆的后轴中心p的坐标，航向角yaw的计算步骤包括：计算得到与坐标原点距离相对远的边缘点b、后轴中心p与车辆的长边对称轴k的夹角∠bpk；直线pb与穿过p点平行于x方向的直线x1的夹角∠bpx1；计算后轴中心p的航向角yaw＝∠bpk-∠bpx1。

进一步地，车辆基于定位信息获得泊车路径的步骤包括：基于车辆的定位信息判断车辆是否位于泊入启动区域内；若车辆位于泊入启动区域内，则确定车辆相对于换电站内预设地面标识的位置；基于地面标识的位置，确定泊入换电站的路径。

进一步地，若车辆位于泊入启动区域外，则调整车辆的位置，直至车辆位于泊入启动区域内。

进一步地，若位于同一地点的换电站为多个，车辆分别计算与每个换电站的距离，依次和与其最近的换电站发出通信请求，直至与某一换电站建立通信连接。

进一步地，多个换电站成排、成列或队列设置。

进一步地，车辆与换电站建立通信连接步骤包括：当车辆与换电站的距离低于第四预设值时，车辆自动连接所述换电站处设置的wifi，车辆通过wifi向换电站发出泊车请求，第四预设值不小于第一预设值以及第三预设值。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于车辆的自动泊车系统，包括设置在换电站处的激光雷达、第一通信模块、第一计算模块和判断模块；以及设置在车辆上的第二通讯模块、第二计算模块、驾驶模块；其中，第二通讯模块与第一通信模块建立通信连接；判断模块根据预设的条件判断是否能够接纳车辆，若能够接纳车辆，则将第一判断结果发送至激光雷达；激光雷达检测车辆的形状并将其发送至第一计算模块；第一计算模块基于车辆的形状计算得到车辆的定位信息，并反馈至车辆的第二计算模块；第二计算模块基于定位信息获得泊车路径。

进一步地，判断模块根据预设的条件判断是否能够接纳车辆包括：当车辆与换电站的距离低于第一预设值时，第二通信模块向第一通信模块发出泊车请求；第一通信模块接收到所述泊车请求后，若换电站无故障或换电站没有被占用，则确定换电站内能够接纳车辆；或者，车辆的电量低于第二预设值，且车辆与换电站的距离低于第三预设值，第二通信模块向第一通信模块发出泊车请求；第一通信模块接收到泊车请求后，若换电站无故障或换电站没有被占用，则确定换电站内能够接纳车辆。

进一步地，第一计算模块基于车辆的形状计算得到车辆的定位信息步骤包括：基于所述车辆同一长边的两个边缘点a、b的位置计算得到所述车辆的位置及航向角。

进一步地，以泊车换电站为坐标原点o，以该换电站的宽度和长度方向分别为x、y轴方向建立预设坐标系，车辆的位置设置为所述车辆的后轴中心p的坐标，第一计算模块计算车辆的位置的步骤包括：计算得到后轴中心p与坐标原点o的距离po；计算得到后轴中心p、坐标原点o与坐标轴y方向的角度∠poy；后轴中心p的坐标为(xp,yp)，xp＝po*sin(∠poy),yp＝po*cos(∠poy)。

进一步地，以泊车换电站为坐标原点(o)，以该换电站的宽度和长度方向分别为x、y轴方向建立预设坐标系，所述车辆的位置设置为所述车辆的后轴中心(p)的坐标，第一计算模块计算航向角的步骤包括：计算与坐标原点距离相对远的边缘点b、后轴中心p与车辆的长边对称轴k的夹角∠bpk；计算直线pb与穿过p点平行于x方向的直线x1的夹角∠bpx1；计算后轴中心p的航向角yaw＝∠bpk-∠bpx1。

进一步地，第二计算模块基于定位信息获得泊车路径的步骤包括：基于车辆的定位信息判断车辆是否位于泊入启动区域内；若车辆位于泊入启动区域内，则确定车辆相对于所述换电站内预设地面标识的位置；基于地面标识的位置，确定泊入换电站的路径。

进一步地，若车辆位于泊入启动区域外；所述第二计算模块计算车辆与泊入启动区域的直线距离并生成路径图发送至驾驶模块；驾驶模块基于路径图调整车辆的位置，直至车辆位于泊入启动区域内。

进一步地，若位于同一地点的换电站为多个，第二计算模块分别计算与每个换电站的距离，依次和与其最近的换电站发出通信请求，直至与某一换电站建立通信连接。

进一步地，第二通信模块与第一通信模块建立通信连接步骤包括：当车辆与换电站的距离低于第四预设值时，车辆自动连接换电站内的wifi，所述车辆通过wifi向换电站发出泊车请求，第四预设值不小于第一预设值以及第三预设值。

本发明提供的一种自动泊车方法及用于车辆的自动泊车系统，具有如下的有益效果：

(1)通过安装在换电站端的激光雷达探测车辆来对车辆进定位并将定位信息通过无线传输给车辆，车辆利用定位信息完成泊入换电站的功能，解决了换电站泊车困难的问题。

(2)激光雷达的纵向检测精度可以达到mm级别，因而通过检测距离值换算得出车辆的定位信息也可以达到cm级别。通过激光雷达能够使得车辆在换电站内自动泊车的定位精度显著提高。

(3)将激光雷达安装在换电站端，一坐换电站可以服务多辆车辆，不需要在每台车辆上安装很多的传感器，节省了对车辆安装传感器的费用，方便了对换电站端内激光雷达维护和迭代。

附图说明

图1是根据本发明第一实施方式的自动泊车方法流程示意图；

图2是根据本发明第一实施方式的计算泊车路径的场景示意图；

图3是根据本发明第一实施方式的自动泊车方法的应用场景图；

图4是根据本发明第二实施方式的用于车辆的自动泊车系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

图1是根据本发明第一实施方式的自动泊车方法流程示意图。

如图1所示，该方法包括步骤s101-步骤s104。

步骤s101，车辆与换电站建立通信连接。

优选的，当车辆与换电站之间的距离低于第四预设值时，车辆自动连接换电站处设置的wifi后，车辆通过wifi向换电站发出泊车请求。可选的，第四预设值可以是20m。

优选的，在车辆内预先存储全部换电站的wifi密码，当车辆与换电站的距离低于第四预设值时，车辆内的驾驶员可通过预设设置的“无线连接按钮”，自动连接换电站内的wifi。

在一个优选的实施例中，预先将车辆的特征信息存储至全部换电站内，当换电站的激光雷达通过对预设距离的车辆特征进行扫描，识别出某一汽车为预先存储的汽车的特征，则与车辆建立无线网络连接(wifi连接)。其中，汽车的特征信息可以为：车牌号、车的发动机编号、车的类型和某品牌的汽车中的一种或多种。

步骤s102,换电站根据预设的条件判断是否能够接纳车辆。

在一个实施例中，换电站根据预设的条件判断是否能够接纳车辆包括：车辆与换电站的距离低于第一预设值，车辆向换电站发出泊车请求；换电站接收到泊车请求，若换电站无故障或换电站没有被占用，则确定换电站内能够接纳车辆。若换电站内出现故障，或者换电站内无泊车位，则换电站发出拒绝车辆进入换电站的信号给车辆。

可选的，第一预设值为20m。

优选的，上述第四预设值不小于第一预设值。

在一个实施例中，换电站根据预设的条件判断是否能够接纳车辆包括：车辆的电量低于第二预设值，且车辆与换电站的距离低于第三预设值，车辆向换电站发出泊车请求；换电站接收到泊车请求，若换电站无故障或换电站没有被占用，则确定换电站内能够接纳车辆。若换电站内出现故障，或者换电站内无泊车位，则换电站发出拒绝车辆进入换电站的信号给车辆。

可选的，第二预设值为30％，第三预设值为20m。

优选的，上述第四预设值不小于第三预设值。

步骤s103，若能够接纳所述车辆，则布置在换电站处的激光雷达检测车辆的形状，基于车辆的形状计算得到车辆的定位信息，并反馈至车辆。

在一个实施例中，基于车辆的形状计算得到车辆的定位信息步骤包括：基于车辆同一长边的两个边缘点a、b的位置计算得到车辆的位置以及车辆的航向角yaw。

其中，航向角为车身轴线k、车辆的参考点和沿着车辆参考点的预设坐标系x轴的平行线x1的夹角。在图2所示的例子中，航向角为∠kpx1。具体地，以泊车换电站为坐标原点o，以该换电站的宽度和长度方向分别为x、y轴方向建立预设坐标系，车辆的位置设置为车辆的后轴中心p的坐标。

需要说明的是，车辆在预设坐标系下的坐标本发明是以后轴中心p的坐标代表车辆，主要是考虑到用车辆的后轴中心作为车辆的参考点，车辆的部分参数可以简化为0，因此在做车辆控制时候选用后轴中心来作为参考点，以方便计算。还可以选用其他的点的坐标代表车辆，例如前轴中心q。

进一步具体地，车辆的位置(后轴中心p)的计算步骤包括：计算得到车辆同一长边的边缘点a和b的坐标；计算得到后轴中心p与坐标原点o的距离po；计算得到后轴中心p、坐标原点o与坐标轴y方向的角度∠poy；后轴中心p的坐标为(xp,yp)，xp＝po*sin(∠poy),yp＝po*cos(∠poy)。

进一步具体地，以泊车换电站为坐标原点o，以该换电站的宽度和长度方向分别为x、y轴方向建立预设坐标系，车辆的位置设置为车辆的后轴中心p的坐标，航向角yaw的计算步骤包括：计算得到与坐标原点距离稍远的边缘点b、所述后轴中心p与车辆的长边对称轴k的夹角∠bpk；计算直线pb与穿过p点平行于x方向的直线x1的夹角∠bpx1；计算后轴中心p的航向角yaw＝∠bpk-∠bpx1。

步骤s104,车辆基于定位信息获得泊车路径，并基于泊车路径进行泊车。

在一个实施例中，车辆基于定位信息计算泊车路径的步骤包括：基于车辆的定位信息判断车辆是否位于泊入启动区域内；若车辆位于泊入启动区域内，则确定车辆相对于换电站内预设地面标识的位置；基于地面标识的位置，确定泊入换电站的路径。地面标识可以是换电站的坐标原点、换电站内台架的中心等等。

在一个实施例中，若车辆位于泊入启动区域外，则调整车辆的位置，直至车辆位于泊入启动区域内。

参阅图2，图2所示的例子中，pt1表示车辆的后轴中心，该泊入启动区域可以用pt1的横纵坐标的取值范围来表征，即，在将换电车位(图2右下方的pt5点所在的车辆位置)的宽度方向作为x轴方向并且将换电车位的长度方向作为y轴方向的情况下，只要车辆处于x1min～x1max且y1min～y1max(其中x1min、x1max、y1min、y1max为常数)这样的区域内，即可判定车辆位于泊入启动区域内。关于x1min、x1max、y1min、y1max的取值，当换电站内台架的长度和宽度均确定下来之后，沿x轴延伸的地面标志也随之确定，x1min、x1max、y1min、y1max也相应地被确定。

在图2所示的例子中，假设车辆停在pt1点的位置，此时基于该当前位置确定出车辆以当前位置为起始点沿着x轴正方向直行至pt2(x2,y2)点、然后从pt2点沿x轴负方向直行至pt3(x3,y3)点、进而沿弧线轨迹行驶至位置pt4(x4,y4)、最后直行进入换电车位(图2右下方的pt5点所在的车辆位置)的泊入路线。

需要说明的是，本申请以同一地点设置有一个换电站为例，但是并不以此为限，还可以在一个地点设置有多个换电站，多个换电站成排或成列或者队列设置。按照这种方式排列的换电站，车辆计算与每个换电站的距离，依次与与其最近的换电站发出通信请求，直到与某一换电站建立通信连接后，就不再向其他换电站发出通信请求，以方便进行换电。

图3为根据本发明第一实施方式提供的自动泊车方法的应用场景图。

图3所示的应用场景中，以换电站左上角的点为坐标原点o，其宽度方向为x轴，长度方向为y轴。激光雷达lidar设置在换电站的中心，车辆与换电站已建立了通信连接。

激光雷达检测车辆的形状，得到有关于车辆的点云数据。将点云数据换算到靠近换电站的车辆的长边的边缘点a、边缘点b的坐标，以及车辆的长边对称轴k。其中，边缘点a为靠近坐标原点的长边的一个边缘点，后轴中心p的坐标为(x,y)。

基于上述边缘点a和边缘点b的坐标能够计算得到距离ao、bo、ab、ap、bp、∠aoy、∠boy、∠bpk。

则

∠pao＝∠oab+∠pab

∠poy＝∠aop+∠aoy

则可计算得到后轴中心p的坐标(xp,yp)中xp＝po×sin(∠poy)，yp＝po×cos(∠poy)。

则

在p点做与坐标轴的x方向的平行线x1；

则∠bpx1＝∠opx1-∠opb＝pi/2+∠poy-∠opb。

则点p的航向角yaw＝∠bpk-∠bpx1。

换电站将计算后的后轴中心p以及p点的航向角。

本发明提供的一种自动泊车方法具有如下的有益效果：

(1)通过安装在换电站端的激光雷达探测车辆来对车辆进定位并将定位信息通过无线传输给车辆，车辆利用定位信息完成泊入换电站的功能，解决了换电站泊车困难的问题。

(2)激光雷达的纵向检测精度可以达到mm级别，因而通过检测距离值换算得出车辆的定位信息也可以达到cm级别。通过激光雷达能够使得车辆在换电站内自动泊车的定位精度显著提高。

(3)将激光雷达安装在换电站端，一坐换电站可以服务多辆车辆，不需要在每台车辆上安装很多的传感器，节省了对车辆安装传感器的费用，方便了对换电站端内激光雷达维护和迭代。

图4是根据本发明第二实施方式的用于车辆的自动泊车系统的结构示意图。

如图4所示，上述系统包括：设置在换电站内的激光雷达10、第一通信模块11、第一计算模块12和判断模块13，以及设置在车辆上的第二通讯模块20、第二计算模块21和驾驶模块22。其中，

第二通信模块20与第一通信模块11建立通信连接。

在一个优选的实施例中，第二通信模块20与第一通信模块11建立通信连接包括：换电站之间的距离低于第四预设值时，车辆自动连接换电站内的wifi后，车辆通过wifi向换电站发出泊车请求。可选的，第四预设值可以是20m。

优选的，在车辆内预先存储全部换电站的wifi密码，当车辆与换电站的距离低于第四预设值时，车辆自动连接换电站内的wifi。

判断模块13根据预设的条件判断是否能够接纳车辆，若能够接纳车辆，则将第一判断结果发送至激光雷达10。

在一个实施例中，判断模块13根据预设的条件判断是否能够接纳车辆包括：车辆与换电站的距离低于第一预设值时，第二通信模块20向第一通信模块11发出泊车请求；第一通信模块11接收到泊车请求，若换电站无故障或换电站没有被占用，则确定换电站内能够接纳车辆，则产生第一判断结果，将该第一判断结果对应的第一信号通过第一通信模块发送至第二通信模块。若换电站内有故障或被占用，则确定换电站不能接纳车辆，则产生第二判断结果，将该第二判断结果对应的第二信号通过第一通信模块发送至第二通信模块，拒绝车辆进入该换电站。

可选的，第一预设值为20m。

优选的，第一预设值小于等于上述第四预设值。

在一个实施例中，判断模块13根据预设的条件判断是否能够接纳车辆包括：车辆的电量低于第二预设值，且车辆与换电站的距离低于第三预设值，第二通信模块20向第一通信模块11发出泊车请求；第一通信模块11接收到泊车请求，若换电站无故障或换电站没有被占用，则确定换电站内能够接纳车辆,并产生第一判断结果，将该第一判断结果对应的第一信号通过第一通信模块发送至第二通信模块。若换电站内有故障或被占用，则确定换电站不能接纳车辆，则产生第二判断结果，将该第二判断结果对应的第二信号通过第一通信模块发送至第二通信模块，拒绝车辆进入该换电站。

可选的，第二预设值为30％，第三预设值为20m。

优选的，第一预设值小于等于上述第四预设值。

激光雷达10检测车辆的形状，并将其发送至第一计算模块12。

第一计算模块12，基于车辆的形状计算得到车辆的定位信息，并反馈至车辆的第二计算模块21。

具体地，第一计算模块12基于车辆的形状计算得到车辆的定位信息包括：基于车辆同一长边的两个边缘点a、b的位置计算得到车辆的位置及航向角。

具体地，以泊车换电站为坐标原点o，以该换电站的宽度和长度方向分别为x、y轴方向建立预设坐标系，车辆的位置设置为所述车辆的后轴中心p的坐标。进一步具体地，第一计算模块12计算车辆的位置的步骤包括：计算得到后轴中心p与坐标原点o的距离po；计算得到后轴中心p、坐标原点o与坐标轴y方向的角度∠poy；后轴中心p的坐标为(xp,yp)，xp＝po*sin(∠poy),yp＝po*cos(∠poy)。

进一步具体地，第一计算模块12计算航向角yaw的步骤包括：计算与坐标原点距离相对远的边缘点b、后轴中心p与车辆的长边对称轴k的夹角∠bpk；计算直线pb与穿过p点平行于x方向的直线x1的夹角∠bpx1；后轴中心p的航向角yaw＝∠bpk-∠bpx1。

需要说明的是，车辆在预设坐标系下的坐标本发明是以后轴中心p的坐标代表车辆，主要是考虑到用车辆的后轴中心作为车辆的参考点，一些车辆的参数可以近似看为0，能够简化计算，因此在做车辆控制时候选用后轴中心来作为参考点。当然，还可以选用其他的点的坐标代表车辆，例如前轴中心q。

第二计算模块21基于定位信息计算泊车路径。

在一个实施例中，第二计算模块21基于定位信息计算泊车路径的步骤包括：基于车辆的定位信息判断车辆是否位于泊入启动区域内；若车辆位于泊入启动区域内，则确定车辆相对于换电站内预设地面标识的位置；基于地面标识的位置，确定泊入换电站的路径。

在一个实施例中，若车辆位于泊入启动区域外；第二计算模块21计算车辆与泊入启动区域的直线距离并生成路径图发送至驾驶模块22；驾驶模块22基于路径图调整车辆的位置，直至车辆位于泊入启动区域内。

驾驶模块22基于泊车路径进行泊车。

需要说明的是，本申请以同一地点设置有一个换电站为例，但是并不以此为限，还可以在一个地点设置有多个换电站，多个换电站成排或成列或者队列设置。按照这种方式排列的换电站，车辆计算与每个换电站的距离，依次与与其最近的换电站发出通信请求，直到与某一换电站建立通信连接后，就不再向其他换电站发出通信请求，以方便进行换电。

本发明提供的一种用于车辆的自动泊车系统具有如下的有益效果：

(1)通过安装在换电站端的激光雷达探测车辆来对车辆进定位并将定位信息通过无线传输给车辆，车辆利用定位信息完成泊入换电站的功能，解决了换电站泊车困难的问题。

(2)激光雷达的纵向检测精度可以达到mm级别，因而通过检测距离值换算得出车辆的定位信息也可以达到cm级别。通过激光雷达能够使得车辆在换电站内自动泊车的定位精度显著提高。

(3)将激光雷达安装在换电站端，一坐换电站可以服务多辆车辆，不需要在每台车辆上安装很多的传感器，节省了对车辆安装传感器的费用，方便了对换电站端内激光雷达维护和迭代。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。