CN108674416A - 一种基于车辆总线播发与重建前方弯道信息的方法 - Google Patents

Abstract

一种基于车辆总线播发前方弯道信息的方法，包括：向同一CAN总线上的ECU播发包括前方弯道信息的报文；所述前方弯道信息包括GPS偏移值、弯道起点偏移值、弯道模式和形态特征参数；所述GPS偏移为车辆当前行驶位置相对于道路起点的偏移值；所述弯道起点偏移值为弯道起点与道路起点的距离；所述弯道模式包括折线型弯道、抛物线型弯道和平顶抛物线型弯道；所述形态特征参数用于表示所述折线型弯道、抛物线型弯道或平顶抛物线型弯道。本发明能以比较小的数据量构建前方弯道信息，并通过CAN报文帧在总线上发送；ECU接收到报文后，能够重建出前方弯道信息，实现前方弯道的有效预见和利用，以达到安全和节油的效果。

Description

一种基于车辆总线播发与重建前方弯道信息的方法

技术领域

本发明涉及前方弯道信息预见及CAN总线技术领域，特别是一种基于车辆总线播发与重建前方弯道信息的方法。

背景技术

电子地平线技术是指依靠高精度地图数据和GPS信号，为车辆提供前方道路准确的信息，使得车辆具有预测前方道路状况的能力。电子地平线技术能为车辆动力和其他电子控制提供可预见性的道路信息，帮助车辆实现预见性控制，实现安全和节油的效果。

弯道是道路的最主要信息，根据前方弯道情况，可以控制车辆提前减速以减少进弯制动的能耗，可提示司机在合适的出弯点加速以避免速度降的过低而产生能量损耗或过早加速引起安全问题，还可以根据前方弯道情况进行安全性的驾驶提示或预开启车身稳定等安全控制。

目前，由于与前方弯道信息有关的ECU(电子控制单元)数量众多，因此不太可能在每一个ECU上都单独安装一套庞大的地图数据。较为理想的方式，是由一个有较大存储空间，专门的带电子地图的车载设备来产生前方弯道数据，然后把数据播发给其它需要根据弯道来进行节油或安全优化控制的ECU使用。由于车辆上，各ECU之间都是通过CAN总线来通信的，因此前方弯道数据只有通过CAN总线以广播的方式发送给各ECU。

然而电子地图数据是十分庞大的，而CAN总线的负载是有限的，一般商用车的CAN总线容量仅为250kbps。在电子地图数据中道路是以点集方式存在的，如果将前方道路每一个点，及该点对应的曲率都从总线播发出来，将大大超过总线的负载能力，导致总线的拥堵信号的延迟，甚至整车总线网络瘫痪。因此，必须要有一种优化的数据格式组织方法，保证前方弯道信息能够以比较小的数据量在车辆总线上播发，同时接收到数据的ECU能较为准确的重建出前方地理弯道信息。

发明内容

本发明的主要目的在于提出一种基于车辆总线播发与重建前方弯道信息的方法，能以比较小的数据量构建前方弯道信息，并通过CAN报文帧在总线上发送；ECU接收到报文后，能够重建出前方弯道信息，实现前方弯道的有效预见和利用。

本发明采用如下技术方案：

一种基于车辆总线播发前方弯道信息的方法，包括：

向同一CAN总线上的ECU播发包括前方弯道信息的报文；所述前方弯道信息包括GPS偏移值、弯道起点偏移值、弯道模式和形态特征参数；所述GPS偏移为车辆当前行驶位置相对于道路起点的偏移值；所述弯道起点偏移值为弯道起点与道路起点的距离；所述弯道模式包括折线型弯道、抛物线型弯道和平顶抛物线型弯道；所述形态特征参数用于表示所述折线型弯道、抛物线型弯道或平顶抛物线型弯道。

优选的，所述基于车辆总线播发前方弯道信息的方法，具体包括：

a1、获取车辆当前行驶位置的GPS数据和道路信息；所述道路信息包括道路ID和GPS偏移值；

a2、根据GPS数据的方向数据，获得前方预设公里内要经过道路的地图数据点集合；

a3、将所述地图数据点集合转换为相对转角数据集合，根据所述相对转角数据集合获取弯道起点偏移值及起终点内弯道相对转角数据集合；

a4、根据起终点内弯道相对转角数据集合判断出弯道模式，并提取弯道模式对应的形态特征参数；

a5、将前方弯道信息组帧成CAN报文，并通过CAN总线将所述报文播发给ECU；所述前方弯道信息包括GPS偏移值、弯道起点偏移值、弯道模式和形态特征参数。

优选的，车辆当前行驶位置的道路信息获取方法，包括：

实时获取当前GPS数据；

将GPS数据与路网文件中的道路进行匹配，将GPS位置准确的映射到道路中，得到车辆当前行驶位置的道路信息。

优选的，将所述地图数据点集合转换为相对转角数据集合的方法如下：

其中，p_i-1表示第i-1个地图数据点，p_i表示第i个地图数据点，p_i+1表示第θ_i为第i+1个地图数据点；θ_i表示p_i的相对转角，由相对转角θ_i组成的集合为即为相对转角数据集合；i为正整数。

优选的，根据所述相对转角数据集合获取起终点内弯道相对转角数据集合，包括：

搜索所述相对转角数据集合里第一个不为零的点，作为第一个弯道的起点；从弯道起点开始，在相对转角数据集合继续向前搜索第一个为零的点，作为第一个弯道的终点；

提取出起点与终点内的相对转角数据集合作为起终点内弯道相对转角数据集合。

优选的，根据起终点内弯道相对转角数据集合判断出弯道模式，包括：

如果弯道相对转角数据集合内只有两个数据，且第一个数据不为0，第二个数据为0，则弯道模式为折线型弯道；如果弯道相对转角数据集合内数据大于两个，且存在多个相同的最大值点，则弯道模式为平顶抛物线型弯道；否则，弯道模式为抛物线型弯道。

优选的，如果弯道模式为折线型弯道，所述形态特征参数包括弯道相对转角数据集合内不为0的数据。

优选的，如果弯道模式为抛物线型弯道，提取弯道模式对应的形态特征参数的方法，包括：

根据所述弯道相对转角数据，拟合出一条二次曲线θ＝ax²+bx+c；其中，θ表示弯道相对转角数据集合内某一点的弯道相对转角，x表示这一弯道点相对于弯道起点的距离，a、b和c为拟合系数；

提取拟合参数a、b和c至形态特征参数。

优选的，如果弯道模式为平顶抛物线型弯道，提取弯道模式对应的形态特征参数的方法，包括：

将弯道相对转角数据集合中存在的多个相同最大值点提取出来作为抛物线平顶部分；其余部分拟合出一条二次曲线θ＝ax²+bx+c；其中，θ表示弯道相对转角数据集合内某一点的弯道相对转角，x表示这一弯道点相对于弯道起点的距离，a、b和c为拟合系数；

提取控制点偏移、拟合参数a、b和c至形态特征参数；其中，控制点偏移表示弯道相对转角数据集合中第一个最大值点相对于弯道起点的距离。

一种基于车辆总线重建前方弯道信息的方法，基于所述的基于车辆总线播发前方弯道信息的方法，包括：

b1、ECU接收CAN总线上的报文，解析出GPS偏移值、弯道起点偏移值、弯道模式和形态特征参数；

b2、根据解析出的GPS偏移值和弯道起点偏移值，重建出车辆当前位置与前方弯道的距离；根据解析出的弯道模式和形态特征参数，重建出前方弯道点对应的弯道相对转角。

本发明的基于车辆总线播发前方弯道信息的方法，首先不以传统的曲率来表示弯道，而是改用相对转角表示转弯程度，这样能将弯道数据变换为三种基本类型的特征图形(折线型弯道、抛物线型弯道和平顶抛物线型弯道)；接着对三种基本的特征图形提取数量非常少的形态特征参数，在总线上播发特征图形的种类和相应的形态特征参数；这样，就能以比较小的数据量构建前方弯道数据，结合GPS数据在道路上的偏移一起组成前方弯道信息，并组成CAN报文帧在总线上发送。

本发明的基于车辆总线重建前方弯道信息的方法，ECU在接收到CAN报文后，能够根据形态特征参数，用形态函数重建前方弯道，并且知道当前行驶位置与弯道的距离，实现前方弯道的有效预见和利用，以达到安全和节油的效果。

附图说明

图1为本发明实施例基于车辆总线播发前方弯道信息的方法的流程图；

图2为本发明实施例的求解相对转角的示意图；

图3为本发明实施例的折线型弯道的形态图；

图4为本发明实施例的抛物线型弯道的形态图；

图5为本发明实施例的平顶抛物线型弯道的形态图；

图6为本发明实施例基于车辆总线重建前方弯道信息的方法的流程图。

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，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步的详细描述。

本实施例基于车辆总线播发前方弯道信息的方法执行主体为安装有GPS和电子地图的车载终端，所述车载终端能安装本实施例方法的执行程序，具体本发明不做限定。

需要说明的是，本申请权利要求及说明书中涉及到的步骤标识，仅是为了使文件看起来更加清晰，具体实施时，步骤的顺序可以根据需求相应调整。

本发明一种基于车辆总线播发前方弯道信息的方法，包括：

向同一CAN总线上的ECU播发包括前方弯道信息的报文；所述前方弯道信息包括GPS偏移值、弯道起点偏移值、弯道模式和形态特征参数；所述GPS偏移为车辆当前行驶位置相对于道路起点的偏移值；所述弯道起点偏移值为弯道起点与道路起点的距离；所述弯道模式包括折线型弯道、抛物线型弯道和平顶抛物线型弯道；所述形态特征参数用于表示所述折线型弯道、抛物线型弯道或平顶抛物线型弯道。

参见图1所示，所述基于车辆总线播发前方弯道信息的方法，具体包括：

a1、获取车辆当前行驶位置的GPS数据和道路信息；所述道路信息包括道路ID和GPS偏移值。

具体的，车辆当前行驶位置的道路信息获取方法，包括：

车辆行驶在道路上时，通过GPS实时获取当前GPS数据；

将GPS数据与路网文件中的道路进行匹配，这里可以采用任一公知的GPS道路匹配方法中的一种，将GPS位置准确的映射到道路中，得到车辆所在道路信息。

所述路网文件可预先存储在车辆地理信息中心，车辆地理信息中心将GPS位置映射到中心地图路网数据的道路上，得到道路id及GPS偏移值G。

a2、根据GPS数据的方向数据，获得前方预设公里内要经过道路的地图数据点集合。

具体的，根据GPS的方向数据，搜索车辆前进方向预设公里K内要经过的道路，得到前方道路的地图数据点集合{p₁,p₂,p₃,……，p_n}，其中n表示地图数据点个数。K一般取2km，具体可根据每种车型的实际需要调整。

a3、将所述地图数据点集合转换为相对转角数据集合，根据所述相对转角数据集合获取弯道起点偏移值及起终点内弯道相对转角数据集合。

具体的，参见图2所示，将地图数据点集合转换为相对转角数据集合，转换方法为p_i的相对转角为即p_i-1和p_i的连线，与p_i和p_i+1连线的夹角。其中，p_i-1表示第i-1个地图数据点，p_i表示第i个地图数据点，p_i+1表示第θ_i为第i+1个地图数据点；θ_i表示i个相对转角，由相对转角θ_i组成的集合为即为相对转角数据集合；i为正整数，i＝1时，p_i-1表示车辆当前行驶位置。

进一步的，搜索前方相对转角数据集合里第一个不为零的点，即为第一个弯道的起点，计算弯道起点离当前道路起点的距离，即弯道起点偏移值S；从弯道起点开始，在相对转角数据集合继续向前搜索第一个为零的点，即为第一个弯道的终点。根据起点和终点的位置，提取出起终点内弯道相对转角数据集合。

a4、根据起终点内弯道相对转角数据集合判断出弯道模式，并提取弯道模式对应的形态特征参数。

具体的，如果弯道相对转角数据集合内只有两个数据，且第一个数据不为0，第二个数据为0，参见图3所示，则弯道为形式为折线型弯道，进入步骤a41；如果弯道相对转角数据集合内数据大于两个，且存在多个相同的最大值点(即图形特征有平顶)，参见图5所示，则弯道为平顶抛物线型弯道，进步入步骤a43；否则，参见图4所示，为抛物线型弯道，进入步骤a42。其中，图3(a)为折线型弯道的形态，多见于市区道路，图3(b)为转换为相对转角数据后的阶跃形态特征；图4(a)为抛物线型弯道的形态，多见于高速、国道和省道，图4(b)为转换为相对转角数据后的抛物线形态特征；图5(a)为平顶抛物线型弯道的形态，多见于高架桥和高速出入口，图5(b)为转换为相对转角数据后的平顶抛物线形态特征。

参见表1所示为本发明实施例的CAN总线播发数据帧格式，商用车扩展帧的CAN总线数据，一帧为8字节，每字节8位二进制数据。

表1

上表中，GPS偏移：车辆当前GPS位置，映射到道路上后，与道路起点的距离。

弯道起点偏移：道路相对转角第一个不为零的点，与道路起点的距离。

特征参数a：非折线型弯道二次项拟合参数。

特征参数b：非折线型弯道一次项拟合参数。

特征参数c：非折线型弯道常数项拟合参数或折线形弯道的相对转角。

弯道模式：3bit数据，000表示折线型弯道，001表示抛物线型弯道，002表示平顶抛物线型弯道，其它预留。

控制点偏移：平顶抛物线型弯道的平顶开始位置与弯道起点的距离。

a41，将GPS偏移G和弯道起点偏移S，写入表1对应字段，如果数值较小，所安排字段的高位没有使用到，则没有使用到的高位字段填0(以下高位填充方式相同)；特征参数c写入提取的弯道相对转角数据集合的不为0的数据，特征参数a，b字段没有使用到每一位全置为1。弯道模式：字段置为000表示折线型弯道。控制点偏移没有用到，字段全置为1。

a42，采用二次曲线θ＝ax²+bx+c拟合提取的转过角集合数据，其中，θ表示弯道相对转角数据集合内某一点的弯道相对转角，x表示这一弯道点相对于弯道起点的距离，a、b和c为拟合系数。可以采用最小二乘等公知拟合方法的任意一种，拟合出特征参数a、b和c的值。将GPS偏移和弯道起点偏移，写入表1对应字段，特征参数a、b和c写入对应字段。弯道模式：字段置为001。控制点偏移没有用到，字段全置为1。

a43，将弯道相对转角数据集合分割为平顶和抛物线边缘两部分。将弯道相对转角数据集合里存在的多个相同的最大值点提取出来即为抛物线平顶部分，第一个最大值点相对于弯道起点的距离即为控制点偏移K。其余部分采用二次曲线θ＝ax²+bx+c拟合特征参数a、b和c的值。将GPS偏移G、弯道起点偏移S和控制点偏移K，写入表1对应字段，特征参数a、b和c写入对应字段。弯道模式：字段置为002。

a5、将前方弯道信息组帧成CAN报文，并通过CAN总线将所述报文播发给ECU；所述前方弯道信息包括GPS偏移值、弯道起点偏移值、弯道模式和形态特征参数。

具体的，将组好的CAN报文帧从总线上发出，给其它ECU使用。

返回步骤a1循环，即每一个GPS数据产生，都经过以上步骤处理，只产生一个前方最临近弯道信息的CAN报文。这样大大减少了地理信息在总线上的发送量。而且报文内也同时包含前方弯道信息，其它ECU可以不需要安装GPS和电子地图，大大简化了整车电子器件成本。

参见图6所示，本发明一种基于车辆总线重建前方弯道信息的方法，基于所述的基于车辆总线播发前方弯道信息的方法，包括：

b1)ECU接收CAN总线上的报文，解析出GPS偏移值、弯道起点偏移值、弯道模式和形态特征参数。

具体的，ECU接收CAN总线上的前方弯道数据。按表1格式解析出弯道模式，特征参数a、b和c、GPS偏移G、弯道起点偏移S和控制点偏移K。

b2)根据解析出的GPS偏移值和弯道起点偏移值，重建出车辆当前位置与前方弯道的距离；根据解析出的弯道模式和形态特征参数，重建出前方弯道点对应的弯道相对转角。

具体的，如果弯道模式为000，则ECU解析前方为折线型弯道，离转弯点的距离为S-G，在转弯点的转过角为c；如果弯道模式为001，则ECU解析前方为抛物线型弯道，离弯道起点的距离为S-G，进入弯道距离为x的位置点上的弯道相对转角θ为θ＝ax²+bx+c；如果弯道模式为002，则ECU解析前方为平顶抛物线型弯道，离弯道起点的距离为S-G，进入弯道距离为x但还未到K(抛物线平顶的开始点)的位置点上的弯道相对转角θ为θ＝ax²+bx+c；到达K位置的弯道相对转角θ_k为θ_k＝ax²+bx+c；将θ_k代入二次方程，求解θ_k＝ax²+bx+c方程解，由于是二次方程，因此有两个解，一个解为抛物线平顶的开始点即控制点K，另一个解为平顶的结束点F，由此得出进入弯道距离超过K但小于F的位置，弯道相对转角θ为θ_k；进入弯道大于F的位置的弯道相对转角θ为θ＝ax²+bx+c，当θ＝0时，结束弯道。这样ECU便可从报文中重建出距离前方弯道的距离，以及进入弯道多少米后，转弯的转角是多少。

依据上述重建的信息，各ECU控制器可根据各自的控制优化决策进行控制，实现安全和节油的效果。

上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (10)

1.一种基于车辆总线播发前方弯道信息的方法，其特征在于，包括：

向同一CAN总线上的ECU播发包括前方弯道信息的报文；所述前方弯道信息包括GPS偏移值、弯道起点偏移值、弯道模式和形态特征参数；所述GPS偏移为车辆当前行驶位置相对于道路起点的偏移值；所述弯道起点偏移值为弯道起点与道路起点的距离；所述弯道模式包括折线型弯道、抛物线型弯道和平顶抛物线型弯道；所述形态特征参数用于表示所述折线型弯道、抛物线型弯道或平顶抛物线型弯道。

2.根据权利要求1所述的基于车辆总线播发前方弯道信息的方法，其特征在于，所述方法具体包括：

a1、获取车辆当前行驶位置的GPS数据和道路信息；所述道路信息包括道路ID和GPS偏移值；

a2、根据GPS数据的方向数据，获得前方预设公里内要经过道路的地图数据点集合；

a3、将所述地图数据点集合转换为相对转角数据集合，根据所述相对转角数据集合获取弯道起点偏移值及起终点内弯道相对转角数据集合；

a4、根据起终点内弯道相对转角数据集合判断出弯道模式，并提取弯道模式对应的形态特征参数；

a5、将前方弯道信息组帧成CAN报文，并通过CAN总线将所述报文播发给ECU；所述前方弯道信息包括GPS偏移值、弯道起点偏移值、弯道模式和形态特征参数。

3.根据权利要求2所述的基于车辆总线播发前方弯道信息的方法，其特征在于，车辆当前行驶位置的道路信息获取方法，包括：

实时获取当前GPS数据；

将GPS数据与路网文件中的道路进行匹配，将GPS位置准确的映射到道路中，得到车辆当前行驶位置的道路信息。

4.根据权利要求2所述的基于车辆总线播发前方弯道信息的方法，其特征在于，将所述地图数据点集合转换为相对转角数据集合的方法如下：

其中，p_i-1表示第i-1个地图数据点，p_i表示第i个地图数据点，p_i+1表示第第i+1个地图数据点；θ_i表示p_i的相对转角，由相对转角θ_i组成的集合为即为相对转角数据集合；i为正整数。

5.根据权利要求2所述的基于车辆总线播发前方弯道信息的方法，其特征在于，根据所述相对转角数据集合获取起终点内弯道相对转角数据集合，包括：

搜索所述相对转角数据集合里第一个不为零的点，作为第一个弯道的起点；从弯道起点开始，在相对转角数据集合继续向前搜索第一个为零的点，作为第一个弯道的终点；

提取出起点与终点内的相对转角数据集合作为起终点内弯道相对转角数据集合。

6.根据权利要求2所述的基于车辆总线播发前方弯道信息的方法，其特征在于，根据起终点内弯道相对转角数据集合判断出弯道模式，包括：

如果弯道相对转角数据集合内只有两个数据，且第一个数据不为0，第二个数据为0，则弯道模式为折线型弯道；如果弯道相对转角数据集合内数据大于两个，且存在多个相同的最大值点，则弯道模式为平顶抛物线型弯道；否则，弯道模式为抛物线型弯道。

7.根据权利要求2所述的基于车辆总线播发前方弯道信息的方法，其特征在于，如果弯道模式为折线型弯道，所述形态特征参数包括弯道相对转角数据集合内不为0的数据。

8.根据权利要求2所述的基于车辆总线播发前方弯道信息的方法，其特征在于，如果弯道模式为抛物线型弯道，提取弯道模式对应的形态特征参数的方法，包括：

根据所述弯道相对转角数据，拟合出一条二次曲线θ＝ax²+bx+c；其中，θ表示弯道相对转角数据集合内某一点的弯道相对转角，x表示这一弯道点相对于弯道起点的距离，a、b和c为拟合系数；

提取拟合参数a、b和c至形态特征参数。

9.根据权利要求2所述的基于车辆总线播发前方弯道信息的方法，其特征在于，如果弯道模式为平顶抛物线型弯道，提取弯道模式对应的形态特征参数的方法，包括：

将弯道相对转角数据集合中存在的多个相同最大值点提取出来作为抛物线平顶部分；其余部分拟合出一条二次曲线θ＝ax²+bx+c；其中，θ表示弯道相对转角数据集合内某一点的弯道相对转角，x表示这一弯道点相对于弯道起点的距离，a、b和c为拟合系数；

提取控制点偏移、拟合参数a、b和c至形态特征参数；其中，控制点偏移表示弯道相对转角数据集合中第一个最大值点相对于弯道起点的距离。

10.一种基于车辆总线重建前方弯道信息的方法，其特征在于，基于权利要求1至9中任意一项所述的基于车辆总线播发前方弯道信息的方法，包括：

b1、ECU接收CAN总线上的报文，解析出GPS偏移值、弯道起点偏移值、弯道模式和形态特征参数；

b2、根据解析出的GPS偏移值和弯道起点偏移值，重建出车辆当前位置与前方弯道的距离；根据解析出的弯道模式和形态特征参数，重建出前方弯道点对应的弯道相对转角。