CN110752890A - 一种时间同步方法、时间同步系统及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种时间同步方法、时间同步系统及车辆，涉及通信技术领域。具体时间同步方法，用于在主设备与从设备在交互时完成时间同步过程，包括：响应于同步请求，获取主设备与从设备在交互时完成至少一次同步操作的时间，其中，至少一次同步操作共同形成一次时间同步过程；根据时间计算获得所述主设备与所述从设备在一次所述时间同步过程中的时间偏差。本发明的时间同步方法根据主设备与从设备交互的时间得到时间同步过程中的时间偏差，利用时间偏差调整从设备的时间，从而保证多个从设备的时间均与主设备一致，减小系统的负荷。并且本发明通过从设备自身不断校准以减少自身由于时钟晶体的偏差导致的误差累积。

Description

一种时间同步方法、时间同步系统及车辆

技术领域

本发明涉及通讯技术领域，特别是涉及一种混合动力变速器及车辆。

背景技术

目前自动驾驶技术领域蓬勃发展，无人驾驶由数据融合、环境感知、路径规划、状态识别、车辆控制等集成的高新技术。在该技术领域，摄像头、雷达、GPS等多传感器数据采集为自动驾驶决策提供非常重要的信息。环境感知作为整个自动驾驶的视觉神经系统，需要将多传感器数据融合后进行计算和识别，进而对相应环境做出适当的决策，并交付执行机构进行车辆控制。因此，在自动驾驶领域中，如何能够准确的将众多传感器的信息进行融合，对于系统实时精准获取空间目标位置，姿态，运动方向等信息具有至关重要的作用。

多传感器时间同步就是通过一些方法将系统下的各个传感单元的时间基准调至统一的参考时间，然后根据自身采集的环境信息，并结合本地时间进行打标，然后发送至主控，主控在收到各个传感器发来的消息时，按照时间戳进行分类并生成某一时间点下的整个环境状态。因此，只有确保多传感器本地时间的一致性才能确保数据融合信息的可靠性和准确性。

当前大多数时间同步技术都是通过以太网的NTP协议技术或最新的TSN协议实现多系统之间的时间同步并具有很好的效果，在系统该运行过程中，低频的向主设备发起时间同步的请求可能导致出现较大的时间偏差，而频率过快的向主设备请求时间，再加上一个系统中可能存在众多传感器，因此会给时间主设备和通信链路造成一定开销，加大了整个系统的负荷。

发明内容

本发明的一个目的是要提供一种时间同步方法，解决现有的系统长时间运行导致各个从设备时钟不一致的问题。

本发明的另一个目的是要提供一种时间同步方法，解决现有的系统自身由于时钟晶体的偏差导致的误差累积的问题。

本发明的又一个目的是提供一种时间同步系统。

本发明的又一个目的是提供一种车辆包括从设备和上述的时间同步系统。

特别地，本发明提供了一种时间同步方法，用于在主设备与从设备在交互时完成时间同步过程，包括：

响应于同步请求，获取所述主设备与所述从设备在交互时完成至少一次同步操作的时间，其中，所述至少一次同步操作共同形成一次时间同步过程；

根据所述时间计算获得所述主设备与所述从设备在一次所述时间同步过程中的时间偏差；

控制所述从设备按照所述时间偏差调整自身时间从而完成所述时间同步过程。

可选地，根据所述时间计算获得所述主设备与所述从设备在一次所述时间同步过程中的时间偏差的过程包括：

根据所述时间计算获得每一次同步操作的时间偏差θ_n，其中n为正整数；

利用θ_n计算得到所述时间同步过程中的所述时间偏差θ_y。

可选地，根据所述时间计算获得每一次同步操作的时间偏差θ_n的过程包括：

采用如下公式(1)计算一次时间同步过程中的所述一次同步操作的所述时间偏差：θ_n＝[(t_n2-t_n1)+(t_n3-t_n4)]/2公式(1)，

其中，n为正整数；其中，一次同步操作的时间包括：一次同步操作中所述从设备发起同步请求的时间t_n1，同一同步操作中所述同步请求到达所述主设备时所述主设备的时间t_n2，同一同步操作中所述主设备做出响应的时间t_n3和同一同步操作中所述从设备收到所述主设备反馈信息时所述从设备自身时间t_n4；则n次同步操作的时间包括：n次同步操作中所述从设备发起同步请求的时间t₁₁～t_n1，所述同步请求到达所述主设备时所述主设备的时间t₁₂～t_n2，所述主设备做出响应的时间t₁₃～t_n3，所述从设备收到所述主设备反馈信息时所述从设备自身时间t₁₄～t_n4。

可选地，在所述一次时间同步过程包括一次同步操作时，则所述时间同步的过程中的时间包括所述从设备发起同步请求的时间t₁₁、所述同步请求到达所述主设备时主设备的时间t₁₂，同一同步操作中所述主设备做出响应的时间t₁₃和同一同步操作中所述从设备收到所述主设备反馈信息时所述从设备自身时间t₁₄；

则所述时间同步过程的所述时间偏差根据公式(1)计算θ₁＝[(t₁₂-t₁₁)+(t₁₃-t₁₄)]/2；

根据所述时间偏差θ₁控制所述从设备应将自身时间设定为t＝t₁₄+θ₁。

可选地，控制所述从设备分m次将自身时间设置为t，则每一次校准的时间为θ₁/m，其中，m为正整数。

可选地，在所述一次时间同步过程包括至少两次以上的同步操作时，则所述时间同步的过程的所述时间偏差根据公式(1)计算得到多次不同操作的时间偏差θ₁～θ_n；

利用θ₁～θ_n计算得到所述时间同步过程中的所述时间偏差θ_y的过程包括：

将θ₁～θ_n中的每一数据求方差得到Δθ₁ ²～Δθ_n ²；

将θ₁～θ_n按顺序排列得到中间数据θ_z,并求出θ_z的方差Δθ_z ²，其中z为1～n中任意整数；

从θ₁～θ_n中筛选出所有Δθ₁ ²～Δθ_n ²小于所述Δθ_z ²的值，将其求平均得到所述时间同步过程的所述时间偏差θ_y。

可选地，控制所述从设备按照所述时间偏差调整自身时间从而完成所述时间同步过程为：

得到所述时间偏差θ_y后，控制所述从设备将自身的时间设置为t＝t_nn+θ_y；其中，t_nn为所述从设备在完成所述时间同步过程后的本地时间。

可选地，控制所述从设备分m次将自身时间设置为t，则每一次校准的时间为θ_y/m，其中，m为正整数。

特别地，本发明还提供一种时间同步系统，包括主设备；

所述主设备包括：

获取单元，用于响应于同步请求，获取所述主设备与从设备在交互时完成至少一次同步操作的时间，其中，所述至少一次同步操作共同形成一次时间同步过程；

计算单元，用于根据所述时间计算获得所述主设备与所述从设备在一次所述时间同步过程中的时间偏差；

控制单元，用于控制所述从设备按照所述时间偏差调整自身时间从而完成所述时间同步过程。

特别地，本发明还提供一种车辆，包括从设备以及上面所述时间同步系统。

本发明的时间同步方法根据主设备与从设备交互的时间得到时间同步过程中的时间偏差，利用时间偏差调整从设备的时间，从而保证多个从设备的时间均与主设备一致，减小系统的负荷。并且本发明通过从设备自身不断校准以减少自身由于时钟晶体的偏差导致的误差累积。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明一个实施例的时间同步方法的示意性流程图；

图2是根据本发明另一个实施例的时间同步方法的示意性流程图；

图3是根据本发明一个实施例的一次时间同步过程包括一次同步操作的示意图；

图4是根据本发明一个实施例的一次时间同步过程包括多次同步操作的示意图；

图5是根据本发明另一个实施例的时间同步方法的示意性流程图；

图6是根据本发明另一个实施例的时间同步系统的示意性框图；

图7是根据本发明另一个实施例的车辆的示意性框图。

具体实施方式

图1是根据本发明一个实施例的时间同步方法的示意性流程图。本实施例的时间同步方法，用于在主设备与从设备在交互时完成时间同步过程，可以包括：

S10响应于同步请求，获取主设备与从设备在交互时完成至少一次同步操作的时间，其中，至少一次同步操作共同形成一次时间同步过程；

S20根据时间计算获得主设备与从设备在一次时间同步过程中的时间偏差；

S30控制从设备按照时间偏差调整自身时间从而完成时间同步过程。

本实施例中的时间同步方法根据主设备与从设备交互的时间得到时间同步过程中的时间偏差，利用时间偏差调整从设备的时间，从而保证多个从设备的时间均与主设备一致，减小系统的负荷。并且本实施例通过从设备自身不断校准以减少自身由于时钟晶体的偏差导致的误差累积。

图2是根据本发明另一个实施例的时间同步方法的示意性流程图；作为本发明一个具体地实施例，步骤S20中根据时间计算获得主设备与从设备在一次时间同步过程中的时间偏差的过程可以包括：

S21根据时间计算获得每一次同步操作的时间偏差θ_n，其中n为正整数；

S22利用θ_n计算得到时间同步过程中的时间偏差θ_y。

作为一个具体地实施例，在步骤S21根据时间计算获得每一次同步操作的时间偏差θ_n的可以过程包括：

采用如下公式(1)计算一次同步操作的时间偏差：

θ_n＝[(t_n2-t_n1)+(t_n3-t_n4)]/2 公式(1)。

图3是根据本发明一个实施例的一次时间同步过程包括一次同步操作的示意图；图4是根据本发明一个实施例的一次时间同步过程包括多次同步操作的示意图；更为具体地，由于每一次的同步操作的时间偏差的计算都需要对应的同步操作过程中的时间。具体地，如图3所示，一个同步操作包含的过程包括从设备发出同步请求、该请求到达主设备，主设备做出相应的反应和从设备收到反馈。则一次同步操作的时间包括一次同步操作中从设备发起同步请求的时间t₁₁，同一同步操作中同步请求到达主设备时主设备的时间t₁₂，同一同步操作中主设备做出响应的时间t₁₃和同一同步操作中从设备收到主设备反馈信息时从设备自身时间t₁₄。如图3所述，如果一次时间同步过程包括多次同步操作，如图4中的双向箭头所示，每一双向箭头代表其中一次同步操作S1-Sn。那么在一个时间同步过程可以包括多个同步操作时。每一次的的同步操作的时间包括：该次同步操作中从设备发起同步请求的时间t_n1，同一同步操作中同步请求到达主设备时主设备的时间t_n2，同一同步操作中主设备做出响应的时间t_n3和同一同步操作中从设备收到主设备反馈信息时从设备自身时间t_n4。则n次同步操作的时间包括：n次同步操作中从设备发起同步请求的时间t₁₁～t_n1，同步请求到达主设备时主设备的时间t₁₂～t_n2，主设备做出响应的时间t₁₃～t_n3，从设备收到主设备反馈信息时从设备自身时间t₁₄～t_n4。这些时间数据是可以直接在系统中读取的。

在整个同步操作的过程中，我们假定整个过程持续时间很短，所以网络延迟没有较大改变，则(t_n2-t_n1)约等于(t_n4-t_n3)。

图5是根据本发明另一个实施例的时间同步方法的示意性流程图；作为一个实施例，如果一个时间同步过程只包括一次同步操作，那么也就是n＝1。则该时间同步过程包括的时间包括所述从设备发起同步请求的时间t₁₁、所述同步请求到达所述主设备的时间t₁₂，同一同步操作中所述主设备做出响应的时间t₁₃和同一同步操作中所述从设备收到所述主设备反馈的时间t₁₄。

S22’则计算一次同步操作即一次时间同步过程的时间偏差θ₁＝[(t₁₂-t₁₁)+(t₁₃-t₁₄)]/2。

在该实施例中，步骤S30控制从设备按照时间偏差调整自身时间从而完成时间同步过程包括：S30’在一次同步操作完成后，控制从设备将自身时间设定为t＝t₁₄+θ₁。其中，t₁₄为从设备在完成时间同步过程后的本地时间。

如果在时间同步的过程中，控制所述从设备分m次将自身时间设置为t，则每一次校准的时间为θ₁/m，其中，m为正整数。

作为本发明另一个具体地实施例，如果n为大于1的整数，换句话说，在本实施例中，一次时间同步过程是包括多次同步操作的。则所述时间同步的过程的所述时间偏差根据公式(1)计算得到多次不同操作的时间偏差θ₁～θ_n。

在该情况下，步骤S22利用θ₁～θn计算得到时间同步过程中的时间偏差θ_y的过程包括：

S221将θ₁～θ_n中的每一数据求方差得到Δθ₁ ²～Δθ_n ²；

S222将θ₁～θ_n按顺序排列得到中间数据θ_z,并求出θ_z的方差Δθ_z ²；

S223从θ₁～θ_n中筛选出所有Δθ₁ ²～Δθ_n ²小于Δθ_z ²的值，将其求平均得到时间同步过程的时间偏差θ_y。

步骤S30控制从设备按照时间偏差调整自身时间从而完成时间同步过程可以为：

S30”得到时间偏差θ_y后，控制从设备将自身的时间设置为t＝tnn+θ_y；其中，t_nn为从设备在完成时间同步过程后的本地时间。

更为具体地，如果直接将该时间t写入从设备系统可能因为时间跨度变化过大导致系统应用出现紊乱。因此，在实际过程中，从设备还会在得到θ_y后分多次进行小幅度的调节。也就是本实施例中，控制从设备分m次将自身时间设置为t，则每一次校准的时间为θ_y/m。

作为一个具体地实施例，在因此时间同步过程中，一次时间同步过程分为十次进行校准，则每一次校准的时间为θ_y/10。具体地m的值可以根据实际需要进行具体地设置。

图6是根据本发明另一个实施例的时间同步系统的示意性框图；作为本发明一个具体地实施例，本实施例提供一种时间同步系统100，该时间同步系统100可以包括主设备10。该主设备10可以包括获取单元11、计算单元12和控制单元13。其中，获取单元11用于响应于同步请求，获取主设备10与从设备在交互时完成至少一次同步操作的时间，其中，至少一次同步操作共同形成一次时间同步过程。计算单元12用于根据时间计算获得主设备10与从设备在一次时间同步过程中的时间偏差。控制单元13用于控制从设备按照时间偏差调整自身时间从而完成时间同步过程。

本实施例中的时间同步系统100根据主设备10与从设备交互的时间得到时间同步过程中的时间偏差，利用时间偏差调整从设备的时间，从而保证多个从设备的时间均与主设备10一致，减小系统的负荷。并且本实施例通过从设备自身不断校准以减少自身由于时钟晶体的偏差导致的误差累积。

该系统针对系统长时间运行导致各个从设备子系统时钟不一致的问题，采用定期从主设备10同步时间，并从多个历史结果中得到一个时钟补偿的统计值，在系统运行且有做时间同步的时间段内，按照始终补偿进行微调时间以达到弥补硬件晶振特性不一致所造成的累积性误差。其次，对于单个周期从主设备10获取时间偏差，采用多次与主设备10交互得到多个时间偏差，并按照统计学方法获得最可靠的时间偏差。

硬件不同的晶振特性也不尽相同，在长时间运行情况下会将时间误差累积，因此周期性的从主设备10同步时间并且将历史得到的时钟偏差进行统计得到可靠的偏差值，用于在没有与主设备10时间同步时进行补偿时间偏差，以提高时间精度。时间同步过程中，会执行数次同步操作以得到本次同步的多个时间偏差，并通过统计方法获得一个稳定的时间偏差作为本次同步的最终结果。

本实施例中的时间同步系统100中的计算单元12是按照上述方法中的步骤S20所包含的计算过程来计算时间偏差，此处不再赘述。

图7是根据本发明另一个实施例的车辆的示意性框图。作为本发明另一个具体地实施例，本实施例还提供一种车辆200，该车辆200包括从设备20以及上面所述的时间同步系统100。

本发明采用一主多从的拓扑结构，一主代表整个系统包含本地时间主设备10，多从表示整个系统包含多个需要被同步的节点(例如IMU,摄像头，雷达等)，可能还包含可信授时单元例如GPS专为时间主设备10提供广域网下的精准时间，但整个系统基准时间由一台本地主设备10统一授时。

本发明利用高精度的等间隔时钟同步触发机制，采用多次采样，求取可信补偿的统计结果，在系统未与主设备10同步期间，采用时钟补偿机制进行时间纠正。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种时间同步方法，用于在主设备与从设备在交互时完成时间同步过程，其特征在于，包括：

响应于同步请求，获取所述主设备与所述从设备在交互时完成至少一次同步操作的时间，其中，所述至少一次同步操作共同形成一次时间同步过程；

根据所述时间计算获得所述主设备与所述从设备在一次所述时间同步过程中的时间偏差；

控制所述从设备按照所述时间偏差调整自身时间从而完成所述时间同步过程。

2.根据权利要求1所述的时间同步方法，其特征在于，

根据所述时间计算获得所述主设备与所述从设备在一次所述时间同步过程中的时间偏差的过程包括：

根据所述时间计算获得每一次同步操作的时间偏差θ_n，其中n为正整数；

利用θ_n计算得到所述时间同步过程中的所述时间偏差θ_y。

3.根据权利要求2所述的时间同步方法，其特征在于，

根据所述时间计算获得每一次同步操作的时间偏差θ_n的过程包括：

采用如下公式(1)计算一次时间同步过程中的所述一次同步操作的所述时间偏差：

θ_n＝[(t_n2-t_n1)+(t_n3-t_n4)]/2 公式(1)，

其中，n为正整数；其中，一次同步操作的时间包括：一次同步操作中所述从设备发起同步请求的时间t_n1，同一同步操作中所述同步请求到达所述主设备时所述主设备的时间t_n2，同一同步操作中所述主设备做出响应的时间t_n3和同一同步操作中所述从设备收到所述主设备反馈信息时所述从设备自身时间t_n4；则n次同步操作的时间包括：n次同步操作中所述从设备发起同步请求的时间t₁₁～t_n1，所述同步请求到达所述主设备时所述主设备的时间t₁₂～t_n2，所述主设备做出响应的时间t₁₃～t_n3，所述从设备收到所述主设备反馈信息时所述从设备自身时间t₁₄～t_n4。

4.根据权利要求3所述的时间同步方法，其特征在于，

在所述一次时间同步过程包括一次同步操作时，则所述时间同步的过程中的时间包括所述从设备发起同步请求的时间t₁₁、所述同步请求到达所述主设备时所述主设备的时间t₁₂，同一同步操作中所述主设备做出响应的时间t₁₃和同一同步操作中所述从设备收到所述主设备反馈信息时所述从设备自身时间t₁₄；

则所述时间同步过程的所述时间偏差根据公式(1)计算θ₁＝[(t₁₂-t₁₁)+(t₁₃-t₁₄)]/2；

根据所述时间偏差θ₁控制所述从设备应将自身时间设定为t＝t₁₄+θ₁。

5.根据权利要求4所述的时间同步方法，其特征在于，

控制所述从设备分m次将自身时间设置为t，则每一次校准的时间为θ₁/m，其中，m为正整数。

6.根据权利要求3所述的时间同步方法，其特征在于，

在所述一次时间同步过程包括至少两次以上的同步操作时，则所述时间同步的过程的所述时间偏差根据公式(1)计算得到多次不同操作的时间偏差θ₁～θ_n；

利用θ₁～θ_n计算得到所述时间同步过程中的所述时间偏差θ_y的过程包括：

将θ₁～θ_n中的每一数据求方差得到Δθ₁ ²～Δθ_n ²；

将θ₁～θ_n按顺序排列得到中间数据θ_z,并求出θ_z的方差Δθ_z ²，其中z为1～n中任意整数；

从θ₁～θ_n中筛选出所有Δθ₁ ²～Δθ_n ²小于所述Δθ_z ²的值，将其求平均得到所述时间同步过程的所述时间偏差θ_y。

7.根据权利要求6所述的时间同步方法，其特征在于，

控制所述从设备按照所述时间偏差调整自身时间从而完成所述时间同步过程为：

得到所述时间偏差θ_y后，控制所述从设备将自身的时间设置为t＝t_nn+θ_y；其中，t_nn为所述从设备在完成所述时间同步过程后的本地时间。

8.根据权利要求7所述的时间同步方法，其特征在于，

控制所述从设备分m次将自身时间设置为t，则每一次校准的时间为θ_y/m，其中，m为正整数。

9.一种时间同步系统，其特征在于，包括主设备；

所述主设备包括：

获取单元，用于响应于同步请求，获取所述主设备与从设备在交互时完成至少一次同步操作的时间，其中，所述至少一次同步操作共同形成一次时间同步过程；

计算单元，用于根据所述时间计算获得所述主设备与所述从设备在一次所述时间同步过程中的时间偏差；

控制单元，用于控制所述从设备按照所述时间偏差调整自身时间从而完成所述时间同步过程。

10.一种车辆，其特征在于，包括从设备以及权利要求9所述时间同步系统。

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