CN112229418A - 基于obd盒子的车辆定位系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种基于OBD盒子的车辆定位系统，包括：OBD盒子，用于与车辆连接，以获取车辆数据，所述车辆数据包括方向盘转角；电子地图，加载于移动端，电子地图中的每个转弯区域布置有控制点；所述移动端，与所述OBD盒子建立通信连接，接收通过OBD盒子传输的车辆数据，以及用于采集获得GPS数据，并基于GPS数据和所述车辆数据进行DR推算，确定出车辆行驶轨迹，且在推算过程中，不断地进行地图匹配以及车道更新，实时纠偏车辆行驶轨迹。本发明基于OBD盒子和移动端进行定位，系统结构简单，且成本低，推算出车辆行驶轨迹后不断地进行地图匹配以及车道更新，且车道更新过程基于多阈值方式进行转弯确定，可以更加准确纠偏车辆行驶轨迹，提高定位的准确性。

Description

基于OBD盒子的车辆定位系统

技术领域

本发明属于定位技术领域，尤其涉及一种基于OBD盒子的车辆定位系统。

背景技术

由于在地下环境（例如停车场）容易接收不到GPS信号，因此如何在地下环境实现车辆的准确定位是目前无人驾驶技术的研究重点之一。公开号为CN111366161A，名称为《车辆定位方法及电子设备》的中国发明公开了一种地下环境定位方法，可以提高地下环境车辆定位的准确性。在该方案中，结合了电子地图，且在地图中布置了转弯起始点和结束点，以便于提高转弯时的航向角数据，继而提高定位的准确性。该方案中在确定转弯起始点和结束点时采用了简单的处理方法，然而本发明人发现，还可以进一步提高转弯数据的准确性，尤其是转弯结束点的确定准确度，继而通过对转弯结束点的精确判断来提升车辆定位的准确度。

发明内容

为了进一步提高转弯结束点的准确性，本发明提供了一种基于OBD盒子的车辆定位系统。

为了实现本发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种基于OBD盒子的车辆定位系统，包括：

OBD盒子，用于与车辆连接，以获取车辆数据，所述车辆数据包括方向盘转角；

电子地图，加载于移动端，电子地图中的每个转弯区域布置有控制点；

所述移动端，与所述OBD盒子建立通信连接，接收通过OBD盒子传输的车辆数据，以及用于采集获得GPS数据，并基于GPS数据和所述车辆数据进行DR推算，确定出车辆行驶轨迹，且在推算过程中，不断地进行地图匹配以及车道更新，实时纠偏车辆行驶轨迹；其中，所述车道更新的步骤包括：

步骤2：在确定出转弯起始点后，继续监测方向盘转角的变化，若方向盘转角满足第一阈值，则确定出第一个转弯结束点，并继续监测方向盘转角的变化，如果变化趋势相反，且检测到下一个转弯动作，则更新车辆至升级车道；如果变化趋势相同或未检测到下一个转弯动作，则转到步骤3；

步骤3：继续监测方向盘转角，若满足第二阈值，则确定出第二个转弯结束点，并更新车道。

进一步优化的，所述步骤3中，确定出第二个转弯结束点后，继续监测方向盘转角的变化，若变化趋势相反，则车道更新；若变化趋势相同，则直到方向盘转角维持在零值后再车道更新。

本方案中，确定出第二个转弯结束点后，并没有直接更新车道，而是继续监测方向盘转角的变化，在监测到方向盘变化趋势相反，或者方向盘转角维持在零值后再更新车道，可以避免当处于较宽路口时发生其他情况，进而导致车道更新错误的情况。即本方案可以进一步确保车道更新的准确性及可靠性。

进一步优化的，所述车道更新还包括步骤1：当车辆进入与车道关联的控制点的半径范围内，开始检测转弯起始动作，若方向盘转角满足起始动作的阈值，则确定出转弯起始点；若不满足，则更新车辆直行车道。

本方案中，结合控制点和方向盘转角的变化程度来确定转弯起始点，可以提高转弯起始点的准确性。

进一步地，移动端基于GPS数据和所述车辆数据进行DR推算，确定出车辆行驶轨迹的步骤，包括：利用GPS数据中的经纬度以及航向角数据，结合地图的车道以及位置信息，找到可以匹配到地图上的初始位置，记录该初始位置的时间戳、坐标点以及方向盘转角；将初始位置的时间戳与车辆数据的时间戳做同步，从该时间点开始利用车辆数据进行DR推算，得到车辆的实时行驶轨迹。

本方案中，首先以GPS数据在地图上确定车辆初始点，然后以时间戳为参考，利用车辆数据进行DR推算得到车辆实时行驶轨迹，可以更加准确地将车辆位置匹配到地图上，然后再基于地图进行纠偏，以提高最终定位的准确度。

优化地，所述控制点位于转弯区域的中心点。

本方案中，以转弯区域的中心点为控制点，一方面可以方便于地图制作人员在电子地图图层中引入控制点，另一方面通过以控制点为圆心，设定半径方式确定转弯区域，可以更准确地确定转弯区域，继而提高转弯结束点和起始点的确定准确性。

优化地，车辆数据还包括档位。档位可以确定车辆是前进还是后退，继而准确确定出与当前车道的连通车道，继而实现车道准确更新。

与现有技术相比，本发明系统具有以下有益效果：本发明是一个集成硬件和软件的定位系统，直接获取车机端通用的传感器信号，适配大多数车型，无需增加额外的传感器，具有良好的普适性，并且成本低。另外定位算法利用高精度地图进行实时纠偏，消除累积误差，而且基于多阈值的转弯结束点确定方式，对转弯结束点和起始点可以准确定位，进一步提高车辆定位结果的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例中基于OBD盒子的车辆定位系统的架构图。

图2是车辆定位方法流程图。

图3是车道更新流程图。

图4是基于多阈值确定转弯结束点的流程图。

图5为DR推算原理图。

图6a、图6b分别为一种转弯场景示意图。

图7为车辆在图6a所示场景中采集的方向盘转角示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本实施例提供了一种基于OBD盒子的车辆定位系统，包括OBD（OnBoard Diagnostics，车载自动诊断系统）盒子和移动端。其中，OBD盒子通过接口连接于车辆，以获取车辆数据；同时，OBD盒子还与移动端通信连接，以便于将车辆数据传输给移动端。蓝牙通信技术成熟且短距稳定，因此优选OBD盒子通过蓝牙与移动端建立通信连接，尤其是当移动端为手机终端时，因为手机终端中本身集成了蓝牙。当然地，OBD与移动端之间通过其他通信方式连接也是可行的。移动端也可以是平板电脑、掌上电脑等设备。

移动端加载了电子地图和定位算法。电子地图中不仅有路网信息，而且各个转弯路口还布置有控制点，也就是说与传统的电子地图相比，本实施例中所述的电子地图中还包括控制点的图层。为了方便于地图制作人员操作，也提高转弯起始点和结束点确定的准确性，优选将转弯路口的中心点作为控制点，然后以控制点为圆心，设定尺寸为半径，即可将获得的圆形区域作为转弯区域。

移动端中设置有GPS模块，用于采集获得GPS数据，即在地面区域获得GPS数据。如图2所示，GPS数据包括经度、维度、航向角，车辆数据（即CAN数据）包括档位、方向盘转角、车速、时间戳，档位主要是用于判断车辆是前进还是后退，以确定车道的连通关系，例如，当车辆前进时，与当前车辆连通的前方车道；而挡车辆后退时，与当前车辆连通的后方车道。移动端一方面基于GPS数据和所述车辆数据进行DR推算，确定出车辆行驶轨迹，另一方面不断地进行地图匹配以及车道更新，实时纠偏车辆行驶轨迹。

移动端基于GPS数据和所述车辆数据进行DR推算，确定出车辆在各个采样时间的位置的算法，其原理如图5所示。假设位置点Q₀（x₀,y₀）为第一时刻车辆的初始位置，Q₁（x₁,y₁）、Q₂（x₂,y₂）分别为估计出的第二时刻、第三时刻的车辆所在位置，Q₀与Q₁之间的关系为：

，

，

，

，s₀为车辆由位置点Q₀（x₀,y₀）移动到位置点Q₁（x₁,y₁）的位移，

，v₀为车辆由位置点Q₀（x₀,y₀）移动到位置点Q₁（x₁,y₁）期间的速度，t为车辆由位置点Q₀（x₀,y₀）移动到位置点Q₁（x₁,y₁）所需要的时间，s₁为车辆由位置点Q₁（x₁,y₁）移动到位置点Q₂（x₂,y₂）的位移，

，v₁为车辆由位置点Q₁（x₁,y₁）移动到位置点Q₂（x₂,y₂）期间的速度，t为车辆由位置点Q₁（x₁,y₁）移动到位置点Q₂（x₂,y₂）所需要的时间，

为车辆由位置点Q₀（x₀,y₀）移动到位置点Q₁（x₁,y₁）的航向角（即方向角变化量），

为车辆由位置点Q₁（x₁,y₁）移动到位置点Q₂（x₂,y₂）的航向角。

由图5所示原理可知，在知晓初始位置后，可以根据车辆的方向角变化和位移估计出下一时刻车辆的位置，航向角可以根据车辆的方向盘转角计算得到，速度可以直接采集得到，时间t是时间间隔，是这一时刻的时间戳和上一时刻的时间戳的差值，通过CAN总线采集车速和方向盘转角时，采样时间也就是车辆CAN总线的输出频率，因此，以地面位置作为初始值，可以推导出车辆在地下环境的实时（采样时刻）位置，实现车辆地下环境定位。假设前一采样时刻的位置点为Q_k-1（x_k-1,y_k-1），当前采样时刻的位置点为Q_k（x_k,y_k），则有Q_k-1与Q_k之间的关系为：

，

，

，v_k-1为车辆由位置点Q_k-1（x_k-1,y_k-1）移动到位置点Q_k（x_k,y_k）期间的速度，t为车辆由位置点Q_k-1（x_k-1,y_k-1）移动到位置点Q_k（x_k,y_k）所需要的时间，即采样周期，

为车辆由位置点Q_k-1（x_k-1,y_k-1）移动到位置点Q_k（x_k,y_k）的航向角，k为大于等于1的整数。因此，只要车辆初始时刻的位置建立准确、车辆的航向角建立准确，那么就能得到准确的车辆位置。

图5所示为DR推算的基本原理，当然也可以对其进行进一步优化，消除误差，例如请参见公开号为CN111366161A，名称为《车辆定位方法及电子设备》的中国发明中的相关描述，或者也可以采用其他现有技术中的优化算法。本发明对于基于GPS数据和所述车辆数据进行DR推算的方法没有做改进，也不做限定，可以是基于图5所示基本原理得出的数据，也可以是优化后的数据。

结合电子地图进行行驶轨迹纠偏，需要先将车辆位置匹配到电子地图中。利用GPS数据中的经/纬度以及航向角数据，结合地图的车道以及位置信息，找到可以匹配到地图上的初始点。在地图上得到车辆的初始位置后，记录该初始位置的时间戳、坐标点以及方向盘转角，将初始位置的时间戳与车辆数据的时间戳做同步，从该时间点开始利用车辆数据进行DR推算，得到车辆的实时行驶轨迹。

转弯区域容易形成累积误差，因此对车辆行驶轨迹进行纠偏，重要的是在电子地图中准确地进行车道更新。如图3所示，本实施例中采用的车道更新处理流程包括：

S1，在确定当前车道后，实时监测是否有下一个车道，如果没有，则说明已经进入终点，不更新车道；如果有下一个车道，则进入S2。

S2，确定是否有控制点，即确定是否进入转弯路口，如果没有控制点，但检测到方向盘转角有变化，且变化值超过设定阈值，则说明车辆在同向并行车道间（此处称为连通车道）变更车道，则更新车辆到连通车道。如果有控制点，则进入S3。

S3，进入控制点范围，即以控制点为圆心，以设定尺寸为半径的圆形区域，检测是否有初始转弯动作，如果没有，则说明车辆在直行，只是变更了车道（方向盘转角变化值超过设定阈值），因此更新直行车道（即路口变道）。如果检测到初始转弯动作，则确定转弯结束动作，且在确定出转弯结束动作后更新车道。

请参阅图4，上述步骤S3中确定初始转弯动作和转弯结束动作的过程，包括：

S31，当车辆进入与车道关联的控制点的半径范围内，开始检测转弯起始动作，若方向盘转角满足起始动作的阈值，则确定出转弯起始点；若不满足，则更新车辆直行车道。

检测到方向盘转角有变化，会有多种情况，例如变化幅度小，可能只是在本车道略微调整下车辆方向；变化幅度再大一点，可能只是在同方向变道；变化幅度再大一点，达到设定的起始动作的阈值，可能就是需要转弯了。因此，当监测到方向盘转角满足起始动作的阈值时，就将该位置点作为转弯起始点S；而不满足时，则更新直行车道，此处的更新直行车道可以理解为两种情况，一种是更新车辆在本车道的位置，另一种是将车辆由同方向的一条车道更新至相邻的另一条车道，具体需要根据方向盘转角的变化程度来确定。

如图6a所示，图中路口处的菱形实点表示一个控制点，路道中的虚线表示道路中心线，实线表示车辆行驶轨迹。如图6a所示，车辆由第二次转弯（编号2）到第三次转弯（编号3）之间的路段，车辆直行通过路口，就检测不到转弯起始动作。若车辆由上侧的车道经过第一次转弯后进入左侧车道，则此时会检测到转弯起始动作。

S32：在确定出转弯起始点后，继续监测方向盘转角的变化，若方向盘转角满足第一阈值（即第一阈值条件），则确定出第一个转弯结束点E1，如图7所示，并继续监测方向盘转角的变化，如果变化趋势相反，且检测到下一个转弯动作，则更新车辆至升级车道；如果变化趋势相同或未检测到下一个转弯动作，则转到步骤S33。

当检测到第一个转弯结束点后，如果方向盘转角的变化趋势相反，则车辆可能是连续转弯，也可能是有突发情况而临时拨动方向盘，因此需要继续监测方向盘的变化趋势。如果检测到下一个转弯动作（也就是监测到另一个转弯起始点S），则说明车辆是连续转弯，如图6b所示，车辆由第一次转弯（编号为1）到第二次转弯（编号为2），此时需要更新至升级车道。此处的升级车道是指与原行驶方向相反的车道。

在变化趋势相反的情况下，如果没有检测到下一个转弯动作，则说明没有继续转弯，只是临时拨动方向盘，因此，继续监测方向盘的变化趋势。

当检测到第一个转弯结束点后，如果变化趋势相同，则可能只是在转弯后回转方向盘，因此需要继续监测方向盘的变化。

S33：继续监测方向盘转角，若满足第二阈值（即第二阈值条件），则确定出第二个转弯结束点E2，如图7所示，并继续监测方向盘转角的变化，若变化趋势相反，表示发生了回转方向盘的动作，则车道更新；若变化趋势相同，则继续监测方向盘转角的变化（车辆处于继续转弯动作的状态），直到方向盘转角维持在零值或趋近零值，转弯结束，更新车道。

检测到方向盘回转到0值附近，说明转弯结束，等到车辆进入其连通车道就更新到连通车道上，如图6a所示，车辆完整经过第一次转弯的情况。由于如果路口很宽大，可能会有其他情况发生，因此优选方向盘转角维持在零值一定时间后再更新车道，以保障准确性。

当检测到第二个转弯结束点后，若变化趋势相反，表示方向盘又有回打的摆动，但因为已经满足第二阈值了，并且已经走了一段距离，就认为转弯结束了，等到通过路口，再更新车道。

当确定出第二转弯结束点后，即可确认转弯结束，继而可以更新车道。但是本步骤中，在确定出第二转弯结束点后，没有直接更新车道，而是在监测到方向盘变化趋势相反，或者方向盘转角维持在零值后再更新车道，可以避免当处于较宽路口时发生其他情况，进而导致车道更新错误的情况。即本方案可以进一步确保车道更新的准确性及可靠性。

本发明上述系统，通过设置一个转弯起始动作阈值和两个转弯结束动作阈值，多个方向盘转角阈值综合判定，可以更加准确地判断出各种情况，使得转弯区域的车道更新更加准确，继而提高车辆定位的准确性。

本发明上述系统是一个集成硬件和软件的定位系统，直接获取车机端通用的传感器信号，适配大多数车型，无需增加额外的传感器，具有良好的普适性，并且成本低。定位算法利用高精度地图进行实时纠偏，消除累积误差，尤其是经过图2和3所示的车道更新策略处理后，经测试在地下停车场这种没有GPS信号的场景下也能达到持久的高精度定位。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种基于OBD盒子的车辆定位系统，其特征在于，包括：

OBD盒子，用于与车辆连接，以获取车辆数据，所述车辆数据包括方向盘转角；

电子地图，加载于移动端，电子地图中的每个转弯区域布置有控制点；

所述移动端，与所述OBD盒子建立通信连接，接收通过OBD盒子传输的车辆数据，以及用于采集获得GPS数据，并基于GPS数据和所述车辆数据进行DR推算，确定出车辆行驶轨迹，且在推算过程中，不断地进行地图匹配以及车道更新，实时纠偏车辆行驶轨迹；其中，所述车道更新的步骤包括：

步骤2：在确定出转弯起始点后，继续监测方向盘转角的变化，若方向盘转角满足第一阈值，则确定出第一个转弯结束点，并继续监测方向盘转角的变化，如果变化趋势相反，且检测到下一个转弯动作，则更新车辆至升级车道；如果变化趋势相同或未检测到下一个转弯动作，则转到步骤3；

步骤3：继续监测方向盘转角，若满足第二阈值，则确定出第二个转弯结束点，并更新车道。

2.根据权利要求1所述的基于OBD盒子的车辆定位系统，其特征在于，所述步骤3中，确定出第二个转弯结束点后，继续监测方向盘转角的变化，若变化趋势相反，则车道更新；若变化趋势相同，则直到方向盘转角维持在零值后再车道更新。

3.根据权利要求1所述的基于OBD盒子的车辆定位系统，其特征在于，所述车道更新还包括步骤1：当车辆进入与车道关联的控制点的半径范围内，开始检测转弯起始动作，若方向盘转角满足起始动作的阈值，则确定出转弯起始点；若不满足，则更新车辆直行车道。

4.根据权利要求1所述的基于OBD盒子的车辆定位系统，其特征在于，移动端基于GPS数据和所述车辆数据进行DR推算，确定出车辆行驶轨迹的步骤，包括：

利用GPS数据中的经纬度以及航向角数据，结合地图的车道以及位置信息，找到可以匹配到地图上的初始位置，记录该初始位置的时间戳、坐标点以及方向盘转角；

将初始位置的时间戳与车辆数据的时间戳做同步，从该时间点开始利用车辆数据进行DR推算，得到车辆的实时行驶轨迹。

5.根据权利要求3所述的基于OBD盒子的车辆定位系统，其特征在于，所述控制点位于转弯区域的中心点。

6.根据权利要求1所述的基于OBD盒子的车辆定位系统，其特征在于，车辆数据还包括档位。

7.根据权利要求1所述的基于OBD盒子的车辆定位系统，其特征在于，OBD盒子通过蓝牙与移动端建立通信连接。

8.根据权利要求1所述的基于OBD盒子的车辆定位系统，其特征在于，移动端为手机终端。

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