CN104061936A - 创建和使用车辆行驶路径的本地地图的系统 - Google Patents

Abstract

本发明披露了一种机动车辆地图绘制系统。该地图绘制系统包括车载电子存储装置、GPS接收器和电子控制器。电子控制器配置为从GPS接收器接收表明车辆当前位置的GPS数据。电子控制器也配置为，如果车辆位置处在位置包迹之外，将GPS数据存储在电子存储装置上。

Description

创建和使用车辆行驶路径的本地地图的系统

技术领域

本发明涉及一种车辆系统，尤其是创建和使用车辆行驶路径的本地地图的系统。

背景技术

基于GPS（全球定位系统）的机动车辆导航系统是众所周知的，其提供从出发位置到目的地位置的行驶路线指示。进一步地，基于GPS的系统使得司机可以预览关于拟行驶路径的信息，例如速度限制、弯道、山路，以及地图上的其它道路特征，这也是众所周知的。这些系统典型地存储或者下载一组与最常被普通公众成员行驶的已知道路相关的预先确定的数据。这些数据或者“地图”典型地由第三方运营商所产生和提供。这些系统是数据密集型的，因为它们是为普通消费者所大量产生的，并且典型地包括横跨很大地理区域——例如整个美国——的大量道路的地图数据，即便任何司机个体都不可能用到该系统的大部分数据。

一旦从运营商处下载或者购买，已知的系统典型地为“静态的”，即，它们提供给司机的是运营商获取地图数据时所知的道路的预览。它们不适应已知道路的改变，也无法得知运营商之前没有获取的新的道路。为了应对新的以及变化的道路，运营商们通常提供可以定期下载的地图数据的“更新”供系统使用者购买。然而，这种更新可能是昂贵、不方便和不及时的。进一步地，已知的系统对于司机个体的特定的驾驶习惯和模式来说不是个性化的。相应地，在预先确定的地图无法得到（例如，在拟行驶的路径远离通常的公路的情况下）或者在地图运营商尚未获取或者发布新的道路的更新数据的情况下，已知的系统就没有用处了。进一步地，已知的系统不与机动车辆交互，从而无法随着时间的推移响应于司机个体的特定的驾驶习惯和模式来调整车辆的行驶特性。

发明内容

本发明披露了一种机动车辆地图绘制系统。该地图绘制系统包括车载电子存储装置、GPS接收器和电子控制器。电子控制器设置用于从所述的GPS接收器接收表明车辆当前位置的GPS数据。电子控制器也设置用于，如果车辆位置在位置包迹（envelope）之外，在电子存储装置上存储GPS数据。

附图说明

图1是车辆地图绘制系统元件以及这样的地图绘制系统可以在其中被应用的示例性机动车辆环境的概念性图示。

图2是示出了有选择地存储位置数据以建立行驶过的路线的地图的方法中的示例性步骤的流程图。

图3是图2的流程图中示出的步骤的概念性图示。

图4是示出了有选择地存储海拔高度数据以加强所行驶路线的地图的方法中的示例性步骤的流程图。

图5是图4的流程图中示出的步骤的概念性图示。

图6是示出了在有选择地存储与所行驶路线有关的关注变量所关联的数据的方法中的示例性步骤的流程图。

图7是图6流程图中示出的步骤的概念性图示。

图8是示出了将车辆当前的行驶路线与之前存储的路线进行匹配以及利用与之前存储的路线有关的数据的方法中的示例性步骤的流程图。

具体实施方式

本发明披露了创建并且利用车辆行驶路径的本地化和自适应的地图的方法。该系统位于机动车辆自身上，周期性地为车辆从GPS卫星接收位置数据，并且基于某些标准有选择地存储一些位置数据。关于物理路线的其它特征，以及随着车辆沿着路线行驶，与车辆性能有关的数据，也可以在本地存储于系统中。这样，与车辆行驶的特定路线有关的地图数据和车辆性能数据，就能用相对较小量的电子存储空间存储于本地。本地存储的地图和性能数据可能特定于记录该数据的车辆，或者可能特定于所挑选的驾驶该车辆的司机。本地存储的地图数据供同一辆车在以后的旅行中使用，以对车辆拟行驶的路径进行预览。本地存储的性能数据可以被用于以后的旅行，以根据沿着该路线在相关位置与该车辆有关的历史驾驶习惯，对该车辆的性能进行调整。所披露的方法不依赖于预先限定的地图，不要求与车辆外的数据的通信连接（尽管不排除使用这种预先限定的地图及/或通信连接或者与之交互的可能性）。相反，本发明所披露的系统获取车辆实际驾驶路径所特定的位置数据和车辆性能数据，并且在同一驾驶路径上在后来的旅行中使用这种个性化的数据。

图1示出了本发明所描述类型的系统10可以在其中应用的示例性机动车辆。机动车辆可以包括评定和控制车辆性能的、现有技术中已知的各种传感器（未示出）。进一步地，机动车辆包括后面将要描述的本地化的地图绘制系统10。本地化的地图绘制系统10至少包括可以至少与存储器110、存储装置120和GPS接收器130通信耦合连接的电子控制器（EC）100。控制器100从GPS接收器130和各种车辆传感器接收数据。控制器使用那些数据以产生车辆所行驶过的路线的习得的地图，并且应用下面描述的方法和算法将所习得的路线与各种数据相关联。

图2示出了展示存储在存储器110中并由控制器100所实施的算法的基本功能步骤的流程图，该算法获取位置数据并建立机动车辆实时行驶的新路线的“地图”。图3概念性地及图形化地示出了图2的流程图所示出的方法。参见图3，地球表面的连续的地理位置被描述为经度/纬度曲线图（海拔高度未示出）上示出的圆。较大的实心圆310a-310e和较小的圆320a-320k均描述当车辆的地理位置已被周期性采样（即，车辆位置的经度和纬度数据从GPS卫星上被获取）时的点。与较大的实心圆310a-320e有关的经度/纬度数据被系统存储在存储装置120上，用于当车辆将来在同一路径上行驶时由系统进行后续提取和使用。与较小的圆320a-320k有关的数据被弃用。大圆310a-310e被视为“位置节点”，其稍后将通过将位置节点310a-310e“连接”起来，被用于识别并且定义之前行驶过的路线。

位置节点310a代表车辆在新的路线上的第一个采样的位置数据。相应地，系统存储与位置节点310有关的位置数据作为路线的“头”或者起始点。然后，系统周期性地通过GPS接收器130从GPS卫星获取或者采样与车辆当时的位置有关的经度和纬度数据。当采样的位置数据落在平行阈（parallel threshold）和正交阈（perpendicular threshold）的结合所定义的“包迹”之外时，系统做出决定，以存储当前采样的位置数据作为位置节点（例如，位置节点310b-310e）。

平行阈330是以车辆为中心的、车辆相对侧两条虚拟的平行线之间的距离。在任意给定时刻平行线的方向由该时刻车辆的行驶方向所限定。例如，图3中示出的平行阈330示出为定向在垂直方向上，因为车辆的行驶方向是在垂直方向上。平行阈330的值（虚线之间的距离）可以是预先确定的值，或者可以是可编程的变量值。平行阈330可以实质上是任何值（例如，平行阈可以是4英尺、6英尺、10英尺等等）。正交阈340被定义为沿车辆行驶方向的距离（预先确定的或者是可变的）。对于在向前的方向上行驶的车辆来说，正交阈340典型地在存储的位置节点起始，并且沿着车辆的行驶方向在车辆的前面延伸。对于向后行驶的车辆来说，正交阈340可以在存储的位置节点起始，向车辆的后面延伸。正交阈的值实质上可以为任何距离，例如10英尺、15英尺、20英尺等。平行和正交的阈共同定义围绕行驶中的车辆的“包迹”。当车辆在包迹内（在平行和正交阈之内）时所获取的位置数据被弃用，这些位置在图3中示出为320a-k的小圆。然而，当车辆出了包迹（车辆出了平行阈或者正交阈）时，那么，系统将当前的位置数据存储在存储装置120上作为位置节点310。这样，每次车辆从其当前行驶方向改变一定距离时，这通过车辆位置超出平行阈330得以检测出来，车辆的位置数据就作为位置节点310被存储。每次车辆沿着同样的行驶方向行驶所限定的距离（在平行阈之内）时，这通过车辆的位置超过正交阈340而被检测出来，车辆的位置数据也作为位置节点310被存储。所存储的位置节点310a-310e稍后将用于定义这一具体车辆之前行驶的路径，该路径可以在以后在同一路线旅行的过程中在显示屏上显示给司机。包迹越小（即，平行阈及/或正交阈越大），将要存储的位置节点310越多，将要产生的地图的粒度或者分辨率就越精细。包迹越大，粒度或者分辨率越粗糙。当然，更精细的粒度或者分辨率要求在存储装置120上有更大的存储量。

图2示出了可以由控制器100执行以获取位置数据并且建立如以上关于图3所描述的地图的步骤。参见图2，包迹的大小是确定的，即平行阈和正交阈在步骤210被确定了。然后，在步骤220，系统从GPS卫星采样车辆位置数据。然后，在步骤230，控制器根据所采样的车辆位置数据确定车辆是否在包迹内。即，控制器100确定车辆是否在平行阈330和正交阈340之内。如上面所表明的，正交和平行的阈值可以是预先确定的或者是可变的。如果车辆在包迹内，则算法循环回到步骤220，并且再周期性地采样车辆位置。如果相反，车辆不在包迹内（即，在平行或者正交阈之外），则（在步骤240），系统将当前车辆位置数据（经度和纬度数据）作为位置节点310存储在存储装置120上。在存储了位置节点之后，算法循环回到步骤220并且再周期性地采样车辆位置。采样的频率可以是预先确定的或者是可变的。这样，一组位置节点310就存储起来用于稍后提取，这组位置节点可以连接起来以定义并且显示所存储的、车辆行驶过的路线。

上面关于图2和3描述的方法示出了实时创建车辆行驶过的路线地图并将其存储在车辆本地的方法，该方法无需从运营商处获取预先定义的地图，也无需与车辆外的数据源的通信连接。

以上关于图2和3描述的、车辆行驶路线的二维地图可以通过映射所行驶路线的其它特征而予以增强。例如，图4和5示出了一种方法，与关于图2和3所描述的方法相一致，该图4和5示出的方法存储与所行驶路径的海拔高度有关的数据，该数据可以稍后由系统提取，以向司机和车辆的控制系统提供对沿着路线的山路以及表面海拔高度上的其它变化的预览。图5概念化并且图形化地示出了记录与所行驶路线有关的海拔高度的方法。与之前描述的方法类似，该系统周期性地从GPS卫星采样车辆当前位置的海拔高度数据。所采样的海拔高度数据在图5中被描述为大的实心圆510a-510d和较小的圆520a-520w。与上面一样，车辆周围的包迹由平行阈530和正交阈540所定义，这两者均可以为预先确定的或者为可变的。正交阈540来自于沿着车辆行驶方向的之前数据的样本。平行阈530是沿着车辆行驶方向在车辆上下延伸的两条虚拟的平行线之间的距离。当系统确定车辆已经出了包迹（超出平行阈或者正交阈）时，系统将海拔高度数据连同车辆地理位置数据一起作为“海拔高度节点”510a-510d存储在存储装置上以供后续提取。所存储的海拔高度节点510a-510d可以被连接起来以创造海拔高度地图，以将之前所行驶的路线上的海拔高度变化显示给司机。

图4是示出了可以由控制器100所实施以建立关于图5描述的海拔高度地图的方法的步骤的流程图。在步骤410，系统确定由海拔高度平行阈530和海拔高度正交阈540所限定的海拔高度包迹。平行和正交海拔高度阈可以是预先确定的或者为可变的，并且实际上可以是任何值。在步骤420，车辆的海拔高度数据从GPS卫星采样。在步骤430，控制器100确定车辆是否在海拔高度包迹内，即，车辆是否在海拔高度平行阈530内并且在海拔高度正交阈540内。如果在，则算法循环回到步骤420，再周期性地采样车辆海拔高度数据。海拔高度数据采样的频率可以是预先确定的也可以是可变的。如果车辆在海拔高度包迹之外（即，在海拔高度平行阈530或者海拔高度正交阈540之外），则（在步骤440）系统从GPS卫星为车辆获取地理数据，该数据与车辆已经驶出海拔高度包迹之外的点相关。然后，在步骤450，系统将海拔高度数据和地理数据一起作为新的“海拔高度节点”510a-510d存储在存储装置120上。然后，算法循环回到步骤420，再次周期性地采样海拔高度数据。这些存储的海拔高度节点可以稍后被提取，并且连接起来，以产生沿所行驶路线的海拔高度变化（例如，山路），并当车辆将来行驶在同一路线时提供给司机预览。

图2和3中的方法所产生的地图，无论是否根据图4和5中示出的方法用海拔高度数据进行加强，均可以通过关联并存储车辆在路线上行驶期间所得到的其它数据得以进一步加强。例如，从车辆得到的性能数据，比如车辆速度、偏航率、加速水平、车道跟踪等等，均可以进行关联和存储，以便稍后当车辆被驾驶在之前已经“习得”的路线上时，该数据可以用于根据历史驾驶模式来控制或者调整各种车辆系统。其它与路线相关的数据也可以获取。共同地，所获取的并且与所习得的地图关联的数据，被称之为与“关注变量”关联的数据。这些数据根据已知的方法从各种被并入车辆内的已知的传感器和系统获取。图6和7示出了与任何期望的关注变量关联的任何数据可以如何进行获取、存储并与地图关联。

如图7中所示出的，对与关注变量关联的数据进行周期性地采样。大的实心圆710a-710d和较小的圆720a-720w共同代表关注变量的数据样本。如同在上面关于图2和3以及图4和5描述的一样，系统根据关注变量是否已经驶出包迹，来确定是否存储关注变量的特定的数据样本，关注变量是否已经驶出包迹通过与该关注变量关联的平行阈和正交阈来定义。平行阈和正交阈可以是预先确定的或者为可变的。当关注变量是车辆的性能特征时，平行阈代表特定的性能特征的范围，正交阈代表车辆沿该路线已经行驶的距离。例如，如果性能特征或者关注变量是车辆速度，则平行阈可以设定为10mph，正交阈可以设定为300英尺。如果所采样的车辆速度在任何方向（上或下）的变化超过5mph，则车辆速度（关注变量）将超过平行阈。在其它情况下，当车辆对于超过300英尺的距离保持相对不变的速度——在任何方向上的变化均不超过5mph——则车辆将超出正交阈。在两种情况中任何一种情况下，车辆均会超出包迹，所采样的关注变量的数据将会作为节点存储在存储装置120上。

每一个所存储的关注变量节点710必须与地图上习得的路线上的一个点相关联。关联使得所存储的关注变量节点在稍后当车辆行驶在同一路线上时，得以向车辆司机显示为地图上的一个特定的点。产生该关联的一个可能的方法是获取并且存储与每一个关注变量节点710相关的GPS位置数据，基本上以如关于图4和5描述的、与海拔高度节点被存储并且与GPS位置数据相关联同样的方式。尽管，作为使得在存储装置120上所要求的存储空间最小化的方式，可以使用将关注变量节点与所习得的地图上的位置相关联的替代方法。不用为每一个关注变量节点存储一组新的GPS位置数据，每一个关注变量节点均可以与所习得的地图上的现有位置节点以及一个“偏移（offset）”相关联，这在存储空间使用上可能是有效率的。例如，如果车辆速度在路线上的一点处驶出速度包迹，该点处在路线上第一现有位置节点和第二现有位置节点之间的距离的75%处，则新的速度节点可以被存储并且关联至所存储路线上第一位置节点和第二位置节点之间的距离的75%处的点。

这样，与车辆范围广泛的性能特征有关的数据及/或与物理路线本身有关的其它数据也能被获取，有选择地予以存储，并且以有存储效率的方式与之前习得的路线相关联，使得它们可以稍后被提取并且当车辆将来行驶在同一路线上的时候，被展示及/或用于控制车辆系统。

图6是示出了可以由控制器100采用的、用于实施上面关于图7描述的方法的步骤的流程图。在步骤610，系统确定关注变量的包迹。诚如之前所描述的，包迹由平行阈和正交阈所构成，其可以为预先确定的或者是可变的。在步骤620，对关注变量进行采样。采样通过现有技术中已知的各种传感器和其它装置进行，以获取与车辆性能及/或环境情况有关的数据。在步骤630，控制器100确定采样的关注变量是否在包迹内。如果在，则算法循环回到步骤620以对关注变量进行周期性采样。如果采样的关注变量在包迹之外，则在步骤640，将采样的关注变量与习得的地图上的位置节点相关联。关联可以通过从GPS卫星获取当关注变量驶出包迹之外时的车辆的位置而做出，并且将关注变量和位置一起作为新的节点存储起来。备选地，关注变量可以用“偏移”值与习得的地图上的现有的位置节点相关联。在步骤650，对关注变量采样的数据与其与习得的地图上的特定位置的关联一起被存储起来。然后，算法循环回到步骤620，以周期性地对关注变量进行采样。

一旦位置节点已经被习得并被存储，通过将节点连接起来，地图就可以产生了。一般来说，当车辆后来在之前习得的路线上行驶时，系统在显示屏幕上在视觉上提供对于该路线的预览。如果其它数据（例如海拔高度数据、性能数据等等）已经被存储并且与所习得的地图上的点相关联，则，那些其它的数据就可以被展示给司机了，并提供在所习得路线上的过程中有关历史驾驶模式的信息。进一步地，额外的数据，例如车辆的历史性能数据，当车辆随后被驾驶在之前习得的路线上时，可以被用于控制或者调整车辆的性能。

图8是示出了使用并且显示所存储的与之前习得的路线相关的数据的方法的流程图。在步骤810，确定了车辆位置匹配包迹，在本情形下，包迹包含可以是预先确定的也可以是可变的的经度阈和纬度阈。位置匹配包迹的尺寸独立于之前描述的、用于习得路线的位置包迹的尺寸（关于图2和3描述的）。为本方法之目的，位置匹配包迹被用于确定车辆当前的位置是否足够接近现有的已存储的位置节点。即，如果车辆当前位置的经度和纬度数据在之前习得的位置节点的经度和纬度阈（即，位置包迹）之内，则系统将当前位置与之前习得的位置节点进行匹配。为此目的，在步骤820，系统通过从GPS卫星接收位置数据来采样车辆位置。在步骤830，控制器100确定采样的当前车辆位置是否在位置包迹内，即，在之前习得的位置节点的经度阈和纬度阈之内。如果是，则在步骤840，系统显示当前习得的路线或者匹配的位置节点与之前习得的路线的下一个位置节点之间的连接。进一步地，其它习得的数据，例如与位置节点有关的海拔高度数据和车辆性能数据可以显示给司机。进一步地，在步骤850，与路线上当前位置节点有关的、之前习得的车辆性能数据，可以被用于控制或者调整车辆系统。算法然后循环回到步骤820，以周期性地从GPS卫星采样车辆当前位置。如果当前车辆位置驶出包迹之外（即超过经度阈或者纬度阈），则确定车辆已经偏离了之前习得的路线，系统使用关于图2和3描述的方法和步骤开始学习新的路线。

关于本发明所描述的过程、系统、方法、试探法等，应当理解，尽管该过程等的步骤已经如同按照某种有序顺序发生那样进行了描述，该过程可以按照与本发明所描述的不一样的其它顺序以所描述的步骤进行实施。还应进一步理解，某些步骤可以同时实施，其它步骤可以加进来，或者本发明所描述的某些步骤可以省略。换句话说，本发明对于过程的描述，其目的是为了示出某些实施例，绝不应当被解释为是对要求保护的发明的限制。

相应地，应当理解，上述描述的意图是示例性的而非限制性的。在阅读了上述说明书之后，除了所提供的示例之外的许多实施例和应用将是显而易见的。本发明的范围不应参考上述说明书进行确定，而应参考本发明所附的权利要求书，并结合权利要求所享有的等同的范围进行确定。可以预见并期望，在本发明所讨论的技术中将会出现未来的发展，本发明所披露的系统和方法将被并入这些未来的实施例中。总之，应当理解，本发明可以被修改和改变。

权利要求书中所使用的所有术语旨在被赋予其最广泛、合理的解释，以及通晓本发明所描述的技术的那些人士所理解的通常的含义，除非权利要求书中有明确相反的意思表示。尤其是，单复数量词应当被解读为包含一个或多个所表明的元素，除非权利要求进行了明确相反的限定。

Claims (13)

1.一种机动车辆地图绘制系统，其特征在于，包含：

车载电子存储装置；

GPS接收器；以及

电子控制器，其与电子存储装置和GPS接收器可通信地耦合连接，所述的控制器配置为：

从所述的GPS接收器接收表明车辆当前位置的GPS数据；并且

如果车辆位置处在位置包迹之外，将GPS数据存储到电子存储装置上。

2.如权利要求1所述的机动车辆地图绘制系统，其特征在于，所述的位置包迹包含：

平行阈，其为定义以车辆为中心、处在车辆相对侧并且对准车辆行驶方向的两条虚拟平行线之间的距离的值；以及

正交阈，其为定义沿车辆行驶方向的距离的值。

3.如权利要求1所述的机动车辆地图绘制系统，其特征在于，所述的平行阈和所述的正交阈是预先确定的。

4.如权利要求1所述的机动车辆地图绘制系统，其特征在于，所述的平行阈和所述的正交阈是可变的。

5.如权利要求1所述的机动车辆地图绘制系统，其特征在于，所述的控制器进一步配置为，通过将之前存储的GPS数据与之前行驶的路线相关联，以产生之前行驶过的路线的路线地图。

6.如权利要求5所述的机动车辆地图绘制系统，其特征在于，所述的控制器进一步配置为将车辆当前行驶路线与车辆之前行驶路线进行匹配。

7.如权利要求6所述的机动车辆地图绘制系统，其特征在于，所述的控制器配置为通过以下步骤将车辆当前行驶路线与车辆之前行驶路线进行匹配：

（i）接收表示车辆当前位置的GPS位置数据；并且

（ii）确定车辆当前位置是否相对于之前存储的GPS位置数据处于位置匹配包迹内。

8.如权利要求7所述的机动车辆地图绘制系统，其特征在于，所述的位置匹配包迹包含经度阈和纬度阈。

9.如权利要求8所述的机动车辆地图绘制系统，其特征在于，所述的控制器进一步配置为，如果所述的当前行驶路线与之前行驶的路线相匹配，显示之前存储的路线数据。

10.如权利要求1所述的机动车辆地图绘制系统，其特征在于，所述的控制器进一步配置为：

从所述的GPS接收器接收表明与车辆当前位置有关的海拔高度的GPS数据；并且

如果车辆的海拔高度在海拔高度包迹之外，将GPS海拔高度数据存储在电子存储装置上。

11.如权利要求10所述的机动车辆地图绘制系统，其特征在于，所述的控制器进一步配置为：

接收与车辆性能变量有关的性能数据；并且

将性能数据与所存储的、对应于沿之前行驶路线上的点的GPS位置数据相关联，并且，如果所述的性能数据在性能数据包迹之外，将该性能数据存储下来。

12.如权利要求10所述的机动车辆地图绘制系统，其特征在于，所述的海拔高度包迹包含：

平行阈，其为定义从上方和下方以车辆为中心并且与车辆行驶方向对准的两条虚拟的平行线之间的距离的值；以及

正交阈，其为定义沿车辆行驶方向的距离的值。

13.如权利要求11所述的机动车辆地图绘制系统，其特征在于，所述的车辆被配置为，根据与匹配于车辆当前行驶路线的之前存储的路线关联的、之前存储的性能数据，调整车辆系统性能。