WO2022236560A1

WO2022236560A1 - 车路协同时间同步方法、车路协同时间同步装置及系统

Info

Publication number: WO2022236560A1
Application number: PCT/CN2021/092715
Authority: WO
Inventors: 张子期; 邓堃
Original assignee: 浙江吉利控股集团有限公司; 吉利汽车研究院（宁波）有限公司
Priority date: 2021-05-10
Filing date: 2021-05-10
Publication date: 2022-11-17
Also published as: CN116830487A

Abstract

一种车路协同时间同步方法、车路协同时间同步装置及系统，属于时间同步领域。车路协同时间同步方法包括：判断车载NTP服务器（20）是否接收到第一GPS授时信号（S100）；在车载NTP服务器（20）未接收到第一GPS授时信号时同时读取车路协同NTP服务器（70）的NTP层级信息和第一远程时间服务器的NTP（50）层级信息，并使车载NTP服务器（20）与两者中层级较低的一者同步（S200）；在同步成功后，向各车载传感器数据处理单元（80）发送第一同步指令，以使各车载传感器数据处理单元（80）均通过网络时间协议同步车载NTP服务器（20）的时间（S300）。车路协同时间同步方法、同步装置及系统能够满足自动驾驶要求。

Description

车路协同时间同步方法、车路协同时间同步装置及系统

技术领域

本发明涉及时间同步领域，特别是涉及一种车路协同时间同步方法、车路协同时间同步装置及系统。

背景技术

目前车路协同驾驶的系统框架中，车载感知系统和路侧感知系统相对独立，想要充分利用车载和路侧的感知信息实现更全面、更准确的感知非常困难。现阶段，传统的方案是以车载感知系统为主，路侧感知系统为辅，在低级别的自动驾驶功能中，路侧感知系统提供的信息仅仅用于提醒、警示驾驶员；在高级别的自动驾驶功能中实际参与决策控制的感知信息依旧由车载感知系统提供，路侧感知系统提供的感知信息中只有路口交通信号灯信息用于决策规划。路侧感知系统提供的感知信息在决策中的比例和权重都很低，造成这种现象的原因有几点：1.目前路侧感知系统使用的传感器种类少，数量少，感知范围无法全方位覆盖路口；2.路侧感知无法与车载感知进行数据融合，造成这种现象的原因在于路侧感知系统没有与车载感知系统进行时间同步。考虑一个常见场景，车载感知系统和路侧感知系统独立，各自有一个时钟源，车端与路侧时间源的偏置是未知的。对于同一个目标，车载传感器在

时刻感知到该目标，经过算法处理和传输的时延τ ^veh后传至感知融合模块；同时，路侧传感器在

时刻感知到同一目标，经过算法处理和传输的时延τ ^road后传至感知融合模块。融合模块无法融合这两帧目标信息，原因有以下几点：1.感知融合模块无法判断这两帧目标信息实际先后关系；2.感知融合模块无法获知这两帧目标信息的实际时差。所以实际的效果的是对于同一个物体，会有多个重影，即单个物体感知为多个物体。

传统的自动驾驶时间同步方案只考虑了车载传感器系统，是在车载的多个CPU计算单元中选择了一个主时钟，其他传感器作为从时钟通过车内局域网同步主时钟，对主时钟的选择没有特定要求。这在单车智能的情况下是可行的，因为单车的车内局域网结构简单，传感器与CPU计算单元通信不需要通过路由，传输时延小且稳定。但在车路协同的框架下，该方案的不足在于无法把路侧传感器纳入时间同步系统，原因在于路侧传感器与车载CPU计算单元的通信链路是复杂且多变的，其无线传输是不稳定的。若用同样的方案去同步路侧的传感器的时钟，受网络环境的影响，路侧传感器与车载CPU计算单元的时间同步效果无法达到车载传感器与车载CPU计算单元的时间同步相同的效果，无法满足自动驾驶要求。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的车路协同时间同步方法、车路协同时间同步装置及系统。

本发明第一方面的一个目的是提供应用于车路协同系统的车辆的车路协同时间同步方法，能够满足自动驾驶要求。

本发明的另一个目的是要实现车辆和路侧设备的时间同步，将实际误差控制在微秒级。

本发明第二方面的一个目的是提供一种应用于车路协同系统的路侧设备的车路协同时间同步方法，能够满足自动驾驶要求。

本发明第三方面的一个目的是要提供一种应用于车路协同系统的车辆的车路协同时间同步装置，能够满足自动驾驶要求。

本发明第四方面的一个目的是要提供一种应用于车路协同系统的路侧设备的车路协同时间同步装置，能够满足自动驾驶要求。

本发明第五方面的一个目的是要提供一种车路协同时间同步系统，以解决目前困扰车路协同感知融合的基本问题，为推进车路协同感知融合打下坚实基础。

特别地，根据本发明实施例的第一方面，提供了一种车路协同时间同步方法，应用于车路协同系统的车辆，所述车辆包括车载GPS授时单元、车载NTP服务器和多个车载传感器数据处理单元，所述车载NTP服务器分别与所述车载GPS授时单元和第一远程时间服务器相连，所述车载GPS授时单元配置为在正常获取到GPS信号时为所述车载NTP服务器提供第一GPS授时信号；所述车路协同系统还包括路侧设备，所述路侧设备包括车路协同 NTP服务器；

所述车路协同时间同步方法包括：

判断所述车载NTP服务器是否接收到所述第一GPS授时信号；

在所述车载NTP服务器未接收到所述第一GPS授时信号时同时读取所述车路协同NTP服务器的NTP层级信息和所述第一远程时间服务器的NTP层级信息，并使所述车载NTP服务器与两者中层级较低的一者同步；

在同步成功后，向各所述车载传感器数据处理单元发送第一同步指令，以使各所述车载传感器数据处理单元均通过网络时间协议同步所述车载NTP服务器的时间。

可选地，判断所述车载NTP服务器是否接收到所述第一GPS授时信号的步骤之后还包括：

在所述车载NTP服务器接收到所述第一GPS授时信号时使所述车载NTP服务器同步GPS硬件参考时间。

可选地，所述车载GPS授时单元包括相连的组合惯性导航系统和信号扩展板，所述信号扩展板与所述车载NTP服务器相连，所述车辆还包括与所述信号扩展板相连的车端激光雷达，以通过所述信号扩展板获取所述第一GPS授时信号；

所述车路协同时间同步方法还包括：

判断所述车端激光雷达是否接收到所述第一GPS授时信号；

在所述车端激光雷达接收到所述第一GPS授时信号时使所述车端激光雷达同步GPS硬件参考时间。

可选地，判断所述车端激光雷达是否接收到所述第一GPS授时信号的步骤之后还包括：

在所述车端激光雷达未接收到所述第一GPS授时信号时使所述车端激光雷达同步所述车载NTP服务器的时间。

可选地，在所述车端激光雷达未接收到所述第一GPS授时信号时使所述车端激光雷达同步所述车载NTP服务器的时间的步骤包括：

检测所述车端激光雷达所在的局域网中的测试节点与所述车载NTP服务器通信时的传输时延，所述测试节点通过交换机与所述车载NTP服务器相连；

根据所述传输时延和所述车载NTP服务器的本地时间确定所述车端激光雷达的本地时间。

可选地，检测所述车端激光雷达所在的局域网中的测试节点与所述车载NTP服务器通信时的传输时延的步骤包括：

从所述车载NTP服务器于第一发送时刻向所述测试节点传输携带所述第一发送时刻的第一数据包，记录所述测试节点接收所述第一数据包的第一接收时刻，计算所述第一接收时刻与所述第一发送时刻的差值A2B；

从所述测试节点于第二发送时刻向所述车载NTP服务器传输携带所述第二发送时刻的第二数据包，记录所述车载NTP服务器接收所述第二数据包的第二接收时刻，计算所述第二接收时刻与所述第二发送时刻的差值B2A；

根据下式(1)计算得到时钟偏移C：

C＝(A2B-B2A)/2 (1)；

根据下式(2)计算得到所述传输时延ΔT^'：

ΔT^'＝A2B–C (2)。

可选地，根据所述传输时延和所述车载NTP服务器的本地时间确定所述车端激光雷达的本地时间的步骤包括：

从所述车载NTP服务器于第三时刻向所述车载激光雷达发送第二同步指令，所述第二同步指令携带所述传输时延；

在所述车载激光雷达接收到所述第二同步指令时将所述车载激光雷达的本地时间设置为所述第三时刻与所述传输时延的加和。

可选地，所述车路协同NTP服务器由路侧GPS授时单元或所述第二远程时间服务器授时；

当所述车路协同NTP服务器由所述路侧GPS授时单元授时时，所述车路协同NTP服务器的NTP层级低于所述第一远程时间服务器的NTP层级；

使所述车载NTP服务器与两者中层级较低的一者同步的步骤包括：

在所述车路协同NTP服务器由所述路侧GPS授时单元授时时，使所述车载NTP服务器与所述车路协同NTP服务器同步。

特别地，根据本发明实施例的第二方面，提供了一种车路协同时间同步方法，应用于车路协同系统的路侧设备，所述路侧设备包括路侧GPS授时单元、车路协同NTP服务器和多个路侧传感器数据处理单元，每一所述路侧传感器数据处理单元均与所述车路协同NTP服务器相连，所述车路协同NTP服务器由所述路侧GPS授时单元提供第二GPS授权信号或由第二远程时间服务器授时；所述车路协同系统还包括车辆，所述车辆包括车载GPS授时单元和车载NTP服务器，所述车载GPS授时单元配置为在正常获取到GPS信号时为所述车载NTP服务器提供第一GPS授时信号，所述车载NTP服务器与所述车路协同NTP服务器相连；

所述车路协同时间同步方法包括：

判断所述车路协同NTP服务器是否接收到所述第二GPS授时信号；

在所述车路协同NTP服务器接收到所述第二GPS授时信号时使所述车路协同NTP服务器同步GPS硬件参考时间；

接收所述车载NTP服务器发送的同步请求，并响应所述同步请求为所述车载NTP服务器提供参考时间以供同步，其中，所述同步请求由所述车载NTP服务器在未接收到所述第一GPS授时信号且所述车路协同NTP服务器的NTP层级低于所述第一远程时间服务器的NTP层级时发出；

向每一所述路侧传感器数据处理单元发送第三同步指令，以使各所述路侧传感器数据处理单元均通过网络时间协议同步所述车路协同NTP服务器的时间。

可选地，当所述车路协同NTP服务器由所述路侧GPS授时单元授时时，所述车路协同NTP服务器的NTP层级低于所述第一远程时间服务器的NTP层级。

可选地，在判断所述车路协同NTP服务器是否接收到所述第二GPS授时信号之后，还包括：

在所述车路协同NTP服务器未接收到所述第二GPS授时信号时使所述车路协同NTP服务器同步所述第二远程时间服务器的时间。

特别地，根据本发明实施例的第三方面，提供了一种第一车路协同时间同步装置，应用于车路协同系统的车辆，所述车路协同时间同步装置包括车载GPS授时单元、车载NTP服务器和多个车载传感器数据处理单元、存储器和处理器，所述车载NTP服务器分别与所述车载GPS授时单元和第一远程时间服务器相连，所述存储器内存储有控制程序，所述控制程序被所述处理器执行时用于实现根据上述任一项应用于车路协同系统的车辆的车路协同时间同步方法。

特别地，根据本发明实施例的第四方面，提供了一种第二车路协同时间同步装置，应用于车路协同系统的路侧设备，所述车路协同时间同步装置包括路侧GPS授时单元、车路协同NTP服务器、多个路侧传感器数据处理单元、存储器和处理器，每一所述路侧传感器数据处理单元均与所述车路协同NTP服务器相连，所述车路协同NTP服务器由所述路侧GPS授时单元提供第二GPS授权信号或由第二远程时间服务器授时，所述存储器内存储有控制程序，所述控制程序被所述处理器执行时用于实现根据应用于车路协同系统的路侧设备的车路协同时间同步方法。

特别地，根据本发明实施例的第五方面，提供了一种车路协同时间同步系统，包括第一车路协同时间同步装置和第二车路协同时间同步装置。

本发明的车路协同时间同步方法中，车载NTP服务器在接收到第一GPS授时信号时使车载NTP服务器同步GPS硬件参考时间，从而获取精确的UTC时间。车载NTP服务器在未接收到第一GPS授时信号的情况下，可以通过车路协同NTP服务器和第一远程时间服务器中层级较低的一者提供时间，来获取到较为准确的时间，保证车载NTP服务器的本地时间误差不会随时间累积。特别是，车载NTP服务器无法获取第一GPS授时信号时仍可以从能够获取第二GPS授权信号的车路协同NTP服务器获取准确的时间，从而可以把整个车端的自动驾驶系统的时间与UTC时间的误差控制在微秒级别，满足车路协同自动驾驶的要求。

进一步地，本发明的方法中通过组合惯性导航系统和信号扩展板扩展GPS授时信号(UTC时间和PPS信号)，提供给每个激光雷达和车载NTP服务器，使得每个激光雷达和车载NTP服务器都能获取到准确的GPS授时信号。

进一步地，本发明的方法中，车载激光雷达在无法接收到准确可靠的硬件参考时间，且其支持通过以太网口发送指令配置本地时间的方式时，通过测试传输时延并进而根据传输时延和车载NTP服务器的本地时间来确定车端激光雷达的本地时间，可以保持车载激光雷达与时间源的误差。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

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应用于车路协同系统的车辆的车路协同时间同步方法的流程图；

图2是根据本发明一个实施例的应用于车路协同系统的车辆的连接框图；

图3是根据本发明另一个实施例的应用于车路协同系统的车辆的车路协同时间同步方法的流程图；

图4是根据本发明一个实施例的应用于车路协同系统的路侧设备的车路协同时间同步方法的流程图；

图5是根据本发明一个实施例的应用于车路协同系统的路侧设备的连接框图；

图6是客户机和服务器之间NTP授时原理图；

图7是根据本发明一个实施例的车路协同时间同步系统的连接框图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

图1是根据本发明一个实施例的应用于车路协同系统的车辆的车路协同时间同步方法的流程图。图2是根据本发明一个实施例的应用于车路协同系统的车辆的连接框图。本实施例的车路协同时间同步方法应用于车路协同系统的车辆，车路协同系统包括车辆和路侧设备。如图2所示，车辆包括车载GPS授时单元10、车载NTP服务器20和多个车载传感器数据处理单元30，车载NTP服务器20分别与车载GPS授时单元10和第一远程时间服务器50相连，车载GPS授时单元10配置为在正常获取到GPS信号时为车载NTP服务器20提供第一GPS授时信号。传输第一GPS授时信号的各个导线长度应该尽量短且相同，以保证由导线传输引起的时延尽量小且相同，从而保证第一GPS授时信号的准确性，这在车辆端是容易实现的。这里的车载GPS授时单元10能够提供秒脉冲信号(PPS)和UTC时间授时信号，UTC时间授时信号中的时间与PPS信号的上升沿对应，车载NTP服务器20是车辆的一个部署有NTP服务的设备，能够在PPS信号上升沿的时刻把自身的时间更新为UTC时间。可选地，车载传感器数据处理单元30包括毫米波雷达、超声波雷达及底盘传感器等对应的通用处理单元31以及摄像头对应的专用处理单元32。路侧设备包括车路协同NTP服务器70。车路协同NTP服务器70由路侧GPS授时单元60或第二远程时间服务器90授时。路侧GPS授时单元60在正常获取到GPS信号时为车路协同NTP服务器70提供第二GPS授时信号。

如图1所示，本实施例中的车路协同时间同步方法包括：

步骤S100，判断车载NTP服务器20是否接收到第一GPS授时信号，若否，则进入步骤S200。

步骤S200，同时读取车路协同NTP服务器70的NTP层级信息和第一远程时间服务器50的NTP层级信息，并使车载NTP服务器20与两者中层级较低的一者同步。当车路协同NTP服务器70由路侧GPS授时单元60授时时，车路协同NTP服务器70的NTP层级低于第一远程时间服务器50的NTP层级，此时使车载NTP服务器20与车路协同NTP服务器70同步。当车路协同NTP服务器70由第二远程时间服务器90授时时，则还是需要根据第一远程时间服务器50和车路协同NTP服务器70中NTP层级情况来确定车载NTP服务器20的同步对象。由于第一远程时间服务器50和第二远程时间服务器90的层级由其自身与GPS时间节点的远近决定，即离GPS节点越远则层级越高。因此根据实际情况中确定的第一远程时间服务器50和第二远程时间服务器90的层级信息，就可以判断出第一远程时间服务器50和车路协同NTP服务器70的NTP层级大小，例如第一远程时间服务器50的NTP层级为3、第二远程时间服务器90的NTP层级为3，那么由第二远程时间服务器90授时的车路协同NTP服务器70的NTP层级则为4，此时车载NTP服务器20选择NTP层级较低的第一远程时间服务器50进行时间同步。

步骤S300，在同步成功后，向各车载传感器数据处理单元30发送第一同步指令，以使各车载传感器数据处理单元30均通过网络时间协议同步车载NTP服务器20的时间。

当自动驾驶车辆行驶在隧道等无法接收卫星信号的区域时，车载GPS授时单元10无法正常获取到GPS信号，车载NTP服务器20就无法通过接收第一GPS授时信号而获取准确可靠的UTC时间，车载NTP服务器20的本地时间与UTC时间的误差会随着车载GPS授时单元10无法正常获取到GPS信号的时间的增加而增大。本实施例的车载NTP服务器20能够访问路侧端的车路协同NTP服务器70，且车载NTP服务器20又能与第一远程时间服务器50相连，因此能够从车路协同NTP服务器70和第一远程时间服务器50获取时间，选取其中层级较低的(即时间更准确)一者同步时间。一般地，车路协同NTP服务器70能够通过路侧GPS授时单元60提供第二GPS授权信号，在车载NTP服务器20无法通过车辆的车载GPS授时单元10接收到第一GPS授时信号时，车路协同NTP服务器70能够提供准确的时间，此时车路协同NTP服务器70的NTP层级为1，车载NTP服务器20的NTP层级为2，车载传感器数据处理单元30的NTP层级则为3。当然，车路协同NTP服务器70也可能存在不能提供准确的时间的情况，例如信号中断、设备故障等，此时车载NTP服务器20还可以通过第一远程时间服务器50进行时间同步。因此，本实施例中车端的车载NTP服务器20在未接收到第一GPS授时信号的情况下，可以通过车路协同NTP服务器70和第一远程时间服务器50中层级较低的一者提供时间，来获取到较为准确的时间，保证车载NTP服务器20的本地时间误差不会随时间累积。特别是，车载NTP服务器20无法获取第一GPS授时信号时仍可以从能够获取第二GPS授权信号的车路协同NTP服务器70获取准确的时间，从而可以把整个车端的自动驾驶系统的时间与UTC时间的误差控制在微秒级别，满足车路协同自动驾驶的要求。

当然，在车载NTP服务器20无法获取到准确的时间信号时(即车载NTP服务器20无法从车载GPS授时单元10获取第一GPS授时信号，而车路协同NTP服务器70又没有获取到第二GPS授时信号时)，车载NTP服务器20只能从第一远程时间服务器50同步时间或从车路协同NTP服务器70(此时车路协同NTP服务器70从第二远程时间服务器90同步时间)获取时间，虽然车载NTP服务器20的时间误差能够维持，但误差等级不可避免的从微秒级别降低为毫秒级别，在这种情况下，车路协同感知融合引入的误检测大幅度增加，所以自动驾驶模式从车路协同切换为单车智能。

在一个实施例中，如图1所示，步骤S100之后还包括：

步骤S400，在车载NTP服务器20接收到第一GPS授时信号时使车载NTP服务器20同步GPS硬件参考时间。由此可知，车载NTP服务器20优先地从车辆的车载GPS授时单元10同步时间，从而获取精确的UTC时间。

图3是根据本发明另一个实施例的应用于车路协同系统的车辆的车路协同时间同步方法的流程图。另一个实施例中，如图2所示，车载GPS授时单元10包括相连的组合惯性导航系统11和信号扩展板12，这里的组合惯性导航系统11可以是车辆自带的组合惯性导航系统11且内置有GPS接收模块。信号扩展板12与车载NTP服务器20相连，车辆还包括与信号扩展板12相连的车端激光雷达40，以通过信号扩展板12获取第一GPS授时信号。

如图3所示，本实施例中，车路协同时间同步方法还包括：

步骤S500，判断车端激光雷达40是否接收到第一GPS授时信号，若是进入步骤S600，否则进入步骤S700。

步骤S600，使车端激光雷达40同步GPS硬件参考时间。

步骤S700，使车端激光雷达40同步车载NTP服务器20的时间。

对于现在主流的激光雷达厂家生成的激光雷达，都自带了GPS授时接口，可接收硬件参考时间实现时间同步，本实施例中组合惯性导航系统11通过信号扩展板12扩展GPS授时信号(UTC时间和PPS信号)，提供给每个激光雷达和车载NTP服务器20，使得每个激光雷达和车载NTP服务器20都能获取到准确的GPS授时信号。

进一步的一个实施例中，如图3所示，步骤S700包括：

步骤S701，检测车端激光雷达40所在的局域网中的测试节点与车载NTP服务器20通信时的传输时延，测试节点通过交换机与车载NTP服务器20相连。

步骤S702，根据传输时延和车载NTP服务器20的本地时间确定车端激光雷达40的本地时间。

更进一步的，步骤S701包括：

从车载NTP服务器20于第一发送时刻向测试节点传输携带第一发送时刻的第一数据包，记录测试节点接收第一数据包的第一接收时刻，计算第一接收时刻与第一发送时刻的差值A2B；

从测试节点于第二发送时刻向车载NTP服务器20传输携带第二发送时刻的第二数据包，记录车载NTP服务器20接收第二数据包的第二接收时刻，计算第二接收时刻与第二发送时刻的差值B2A；

根据下式(1)计算得到时钟偏移C：

C＝(A2B-B2A)/2 (1)

根据下式(2)计算得到传输时延ΔT′：

ΔT′＝A2B–C (2)

步骤S702包括：从车载NTP服务器20于第三时刻向车载激光雷达发送第二同步指令，第二同步指令携带传输时延；在车载激光雷达接收到第二同步指令时将车载激光雷达的本地时间设置为第三时刻与传输时延的加和，即

T _sync＝T+ΔT′ (3)

其中，T _sync为车载激光雷达的本地时间，T为第三时刻。

在车载通信网络结构不发生变化的前提下，可以认为车载激光雷达的传输时延与测试节点的传输时延相同，因此本实施例中将计算的测试节点的传输时延作为车载激光雷达的传输时延。由于车载激光雷达的传输协议与车内网不同，因此无法直接通过NTP协议同步车载NTP服务器20的时间。本实施例的车载激光雷达在无法接收到准确可靠的硬件参考时间，且其支持通过以太网口发送指令配置本地时间的方式时，通过上述方法来保持车载激光雷达与时间源的误差。车载局域网内简单的指令传输时间一般在微秒级别，通过上述方法可以在缺失卫星信号时，将车载激光雷达的本地时间与UTC时间误差控制在微秒内。

图4是根据本发明一个实施例的应用于车路协同系统的路侧设备的车路协同时间同步方法的流程图。图5是根据本发明一个实施例的应用于车路协同系统的路侧设备的连接框图。一个实施例中，如图5所示，路侧设备包括路侧GPS授时单元60、车路协同NTP服务器70和多个路侧传感器数据处理单元80，每一路侧传感器数据处理单元80均与车路协同NTP服务器70相连，车路协同NTP服务器70由路侧GPS授时单元60提供第二GPS授权信号或由第二远程时间服务器90授时。可选地，多个路侧传感器数据处理单元80包括布置在路侧的多个摄像头和毫米波雷达对应的通用处理单元81以及布置在路侧的多个激光雷达对应的专用处理单元82。车路协同系统还包括车辆，车辆包括车载GPS授时单元10和车载NTP服务器20，车载GPS授时单元10配置为在正常获取到GPS信号时为车载NTP服务器20提供第一GPS授时信号，车载NTP服务器20与车路协同NTP服务器70相连。

如图4所示，本实施例中，应用于车路协同系统的路侧设备的车路协同时间同步方法包括：

步骤S110，判断车路协同NTP服务器70是否接收到第二GPS授时信号。若是进入步骤S120；否则进入步骤S130。

步骤S120，使车路协同NTP服务器70同步GPS硬件参考时间。接着执行步骤S140。

步骤S130，使车路协同NTP服务器70同步第二远程时间服务器90的时间。

步骤S140，接收车载NTP服务器20发送的同步请求，并响应同步请求为车载NTP服务器20提供参考时间以供同步，其中，同步请求由车载NTP服务器20在未接收到第一GPS授时信号且车路协同NTP服务器70的NTP层级低于第一远程时间服务器50的NTP层级时发出。当车路协同NTP服务器70由路侧GPS授时单元60授时时，车路协同NTP服务器70的NTP层级低于第一远程时间服务器50的NTP层级。当车路协同NTP服务器70由第二远程时间服务器90授时时，则需要根据第一远程时间服务器50和第二远程时间服务器90的NTP层级大小来确定第一远程时间服务器50和车路协同NTP服务器70中NTP层级大小，具体大小的判断在前文步骤S200处已进行详述，在此不再赘述。

步骤S150，向每一路侧传感器数据处理单元80发送第三同步指令，以使各路侧传感器数据处理单元80均通过网络时间协议同步车路协同NTP服务器70的时间。这里步骤S140和步骤S150的执行顺序不分先后。

本实施例中的车路协同NTP服务器70优先通过路侧GPS授时单元60获取时间，在无法通过路侧GPS授时单元60获取时间时通过第二远程时间服务器90获取时间。由于路侧GPS授时单元60通常处于开阔区域，因此很大概率上能够获得准确的卫星授时，保证车路协同NTP服务器70中时间的高精度。并且，通过路侧GPS授时单元60授时的车路协同NTP服务器70还能为无法通过车载GPS授时单元10进行授时的车载NTP服务器20提供时间，从而保证车端和路端均能获得准确的时间，以保证车端和路端的时钟的精确同步，以满足自动驾驶要求。

需要说明的是，车载激光雷达由于可以在以太网中自由设置测试节点，因此可以通过以太网配置时间(步骤S701和步骤S702)，而路侧设备中的激光雷达通常由第三方提供，因此不能自由设置测试节点，需要设置激光雷达的专用数据处理器同步车路协同NTP服务器70。

图6是客户机和服务器之间NTP授时原理图。如图6所示，客户机(client)首先向服务器(server)发送一个NTP报文，其中包含了该报文离开客户机的时间戳T1，当服务器接收到该报文时，依次填入报文到达的时间戳T2、报文离开的时间戳T3，然后立即把报文返回给客户机。客户机在接收到响应报文时，记录报文返回的时间戳T4。客户机用上述4个时间参数就能够计算出2个关键参数：NTP报文的往返延迟d和客户机与服务器之间的时钟偏差t。客户机使用时钟偏差来调整本地时钟，以使其时间与服务器时间一致。

现根据已经获得的T1、T2、T3、T4，希望求得t以调整客户方时钟：

假设NTP请求和回复报文传送延时相等，即d1＝d2，代入式(4)则可解得：

根据式(4)，t也可表示为

t＝(T2-T1)+d1＝(T2-T1)+d/2 (6)

可以看出，t、d只与T2、T1差值及T3、T4差值相关，而与T2、T3差值无关，即最终的结果与服务器处理请求所需的时间无关。因此，客户端即可通过T1、T2、T3、T4计算出时差t去调整本地时钟。

根据上述原理可以实现本发明中需要进行时间同步的任意两个设备之间的时间同步。

如图2所示，在本实施例的应用于车路协同系统的车辆的第一车路协同时间同步装置100包括车载GPS授时单元10、车载NTP服务器20和多个车载传感器数据处理单元30、存储器和处理器，车载NTP服务器20分别与车载GPS授时单元10和第一远程时间服务器50相连。进一步地，车载GPS授时单元10包括相连的组合惯性导航系统11和信号扩展板12，信号扩展板12与车载NTP服务器20相连。第一车路协同时间同步装置100还包括与信号扩展板12相连的车端激光雷达40，存储器内存储有控制程序，控制程序被处理器执行时用于实现上述应用于车路协同系统的车辆的车路协同时间同步方法。处理器可以是一个中央处理单元(central processing unit，简称CPU)，或者为数字处理单元等等。处理器通过通信接口收发数据。存储器用于存储处理器执行的程序。存储器是能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何介质，也可以是多个存储器的组合。上述计算程序可以从计算机可读存储介质下载到相应计算/处理设备或者经由网络(例如因特网、局域网、广域网和/或无线网络)下载到计算机或外部存储设备。

如图5所示，本实施例的应用于车路协同系统的路侧设备的第二车路协同时间同步装置200包括路侧GPS授时单元60、车路协同NTP服务器70、多个路侧传感器数据处理单元80、存储器和处理器。每一路侧传感器数据处理单元80均与车路协同NTP服务器70相连，车路协同NTP服务器70由路侧GPS授时单元60提供第二GPS授权信号或由第二远程时间服务器90授时，存储器内存储有控制程序，控制程序被处理器执行时用于实现前文任意实施例或实施例组合的应用于路侧设备的车路协同时间同步方法。处理器可以是一个中央处理单元(central processing unit，简称CPU)，或者为数字处理单元等等。处理器通过通信接口收发数据。存储器用于存储处理器执行的程序。存储器是能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何介质，也可以是多个存储器的组合。上述计算程序可以从计算机可读存储介质下载到相应计算/处理设备或者经由网络(例如因特网、局域网、广域网和/或无线网络)下载到计算机或外部存储设备。

图7是根据本发明一个实施例的车路协同时间同步系统300的连接框图。如图7所示，本实施例中，车路协同时间同步系统300包括应用于车路协同系统的车辆的第一车路协同时间同步装置100和应用于车路协同系统的路侧设备的第二车路协同时间同步装置200。

本实施例中应用于车路协同系统的车辆的第一车路协同时间同步装置 100的本地时间和应用于车路协同系统的路侧设备的第二车路协同时间同步装置200的本地时间在车端或路侧端能够获取到正常的GPS信号时都能与UTC时间同步，且误差在正常工况下能控制在微秒级，并且有配套的方案可以确保在自动驾驶车辆在隧道等无GPS信号的特殊路段也能维持车端感知系统的本地时间，避免其误差不断累积扩大。该方案的部署实施可以解决目前困扰车路协同感知融合的基本问题，为推进车路协同感知融合打下坚实基础。

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

一种车路协同时间同步方法，应用于车路协同系统的车辆，所述车辆包括车载GPS授时单元、车载NTP服务器和多个车载传感器数据处理单元，所述车载NTP服务器分别与所述车载GPS授时单元和第一远程时间服务器相连，所述车载GPS授时单元配置为在正常获取到GPS信号时为所述车载NTP服务器提供第一GPS授时信号；所述车路协同系统还包括路侧设备，所述路侧设备包括车路协同NTP服务器；

所述车路协同时间同步方法包括：

判断所述车载NTP服务器是否接收到所述第一GPS授时信号；

在所述车载NTP服务器未接收到所述第一GPS授时信号时同时读取所述车路协同NTP服务器的NTP层级信息和所述第一远程时间服务器的NTP层级信息，并使所述车载NTP服务器与两者中层级较低的一者同步；

在同步成功后，向各所述车载传感器数据处理单元发送第一同步指令，以使各所述车载传感器数据处理单元均通过网络时间协议同步所述车载NTP服务器的时间。
根据权利要求1所述的车路协同时间同步方法，其中，判断所述车载NTP服务器是否接收到所述第一GPS授时信号的步骤之后还包括：

在所述车载NTP服务器接收到所述第一GPS授时信号时使所述车载NTP服务器同步GPS硬件参考时间。
根据权利要求1或2所述的车路协同时间同步方法，其中，所述车载GPS授时单元包括相连的组合惯性导航系统和信号扩展板，所述信号扩展板与所述车载NTP服务器相连，所述车辆还包括与所述信号扩展板相连的车端激光雷达，以通过所述信号扩展板获取所述第一GPS授时信号；

所述车路协同时间同步方法还包括：

判断所述车端激光雷达是否接收到所述第一GPS授时信号；

在所述车端激光雷达接收到所述第一GPS授时信号时使所述车端激光雷达同步GPS硬件参考时间。
根据权利要求3所述的车路协同时间同步方法，其中，判断所述车端激光雷达是否接收到所述第一GPS授时信号的步骤之后还包括：

在所述车端激光雷达未接收到所述第一GPS授时信号时使所述车端激光雷达同步所述车载NTP服务器的时间。
根据权利要求4所述的车路协同时间同步方法，其中，在所述车端激光雷达未接收到所述第一GPS授时信号时使所述车端激光雷达同步所述车载NTP服务器的时间的步骤包括：

检测所述车端激光雷达所在的局域网中的测试节点与所述车载NTP服务器通信时的传输时延，所述测试节点通过交换机与所述车载NTP服务器相连；

根据所述传输时延和所述车载NTP服务器的本地时间确定所述车端激光雷达的本地时间。
根据权利要求5所述的车路协同时间同步方法，其中，

检测所述车端激光雷达所在的局域网中的测试节点与所述车载NTP服务器通信时的传输时延的步骤包括：

从所述车载NTP服务器于第一发送时刻向所述测试节点传输携带所述第一发送时刻的第一数据包，记录所述测试节点接收所述第一数据包的第一接收时刻，计算所述第一接收时刻与所述第一发送时刻的差值A2B；

从所述测试节点于第二发送时刻向所述车载NTP服务器传输携带所述第二发送时刻的第二数据包，记录所述车载NTP服务器接收所述第二数据包的第二接收时刻，计算所述第二接收时刻与所述第二发送时刻的差值B2A；

根据下式(1)计算得到时钟偏移C：

C＝(A2B-B2A)/2 (1)；

根据下式(2)计算得到所述传输时延ΔT′：

ΔT′＝A2B–C (2)。
根据权利要求5所述的车路协同时间同步方法，其中，

根据所述传输时延和所述车载NTP服务器的本地时间确定所述车端激光雷达的本地时间的步骤包括：

从所述车载NTP服务器于第三时刻向所述车载激光雷达发送第二同步指令，所述第二同步指令携带所述传输时延；

在所述车载激光雷达接收到所述第二同步指令时将所述车载激光雷达的本地时间设置为所述第三时刻与所述传输时延的加和。
根据权利要求1所述的车路协同时间同步方法，其中，所述车路协同NTP服务器由路侧GPS授时单元或所述第二远程时间服务器授时；

当所述车路协同NTP服务器由所述路侧GPS授时单元授时时，所述车路协同NTP服务器的NTP层级低于所述第一远程时间服务器的NTP层级；

使所述车载NTP服务器与两者中层级较低的一者同步的步骤包括：

在所述车路协同NTP服务器由所述路侧GPS授时单元授时时，使所述车载NTP服务器与所述车路协同NTP服务器同步。
一种车路协同时间同步方法，应用于车路协同系统的路侧设备，所述路侧设备包括路侧GPS授时单元、车路协同NTP服务器和多个路侧传感器数据处理单元，每一所述路侧传感器数据处理单元均与所述车路协同NTP服务器相连，所述车路协同NTP服务器由所述路侧GPS授时单元提供第二GPS授权信号或由第二远程时间服务器授时；所述车路协同系统还包括车辆，所述车辆包括车载GPS授时单元和车载NTP服务器，所述车载GPS授时单元配置为在正常获取到GPS信号时为所述车载NTP服务器提供第一GPS授时信号，所述车载NTP服务器与所述车路协同NTP服务器相连；

所述车路协同时间同步方法包括：

判断所述车路协同NTP服务器是否接收到所述第二GPS授时信号；

在所述车路协同NTP服务器接收到所述第二GPS授时信号时使所述车路协同NTP服务器同步GPS硬件参考时间；

接收所述车载NTP服务器发送的同步请求，并响应所述同步请求为所述车载NTP服务器提供参考时间以供同步，其中，所述同步请求由所述车载NTP服务器在未接收到所述第一GPS授时信号且所述车路协同NTP服务器的NTP层级低于所述第一远程时间服务器的NTP层级时发出；

向每一所述路侧传感器数据处理单元发送第三同步指令，以使各所述路侧传感器数据处理单元均通过网络时间协议同步所述车路协同NTP服务器的时间。
根据权利要求9所述的车路协同时间同步方法，其中，

当所述车路协同NTP服务器由所述路侧GPS授时单元授时时，所述车路协同NTP服务器的NTP层级低于所述第一远程时间服务器的NTP层级。
根据权利要求9所述的车路协同时间同步方法，在判断所述车路协同NTP服务器是否接收到所述第二GPS授时信号之后，还包括：

在所述车路协同NTP服务器未接收到所述第二GPS授时信号时使所述车路协同NTP服务器同步所述第二远程时间服务器的时间。
一种第一车路协同时间同步装置，应用于车路协同系统的车辆，所述车路协同时间同步装置包括车载GPS授时单元、车载NTP服务器和多个车载传感器数据处理单元、存储器和处理器，所述车载NTP服务器分别与所述车载GPS授时单元和第一远程时间服务器相连，所述存储器内存储有控制程序，所述控制程序被所述处理器执行时用于实现根据权利要求1-8中任一项所述的车路协同时间同步方法。
一种第二车路协同时间同步装置，应用于车路协同系统的路侧设备，所述车路协同时间同步装置包括路侧GPS授时单元、车路协同NTP服务器、多个路侧传感器数据处理单元、存储器和处理器，每一所述路侧传感器数据处理单元均与所述车路协同NTP服务器相连，所述车路协同NTP服务器由所述路侧GPS授时单元提供第二GPS授权信号或由第二远程时间服务器授时，所述存储器内存储有控制程序，所述控制程序被所述处理器执行时用于实现根据权利要求9-11中任一项所述的车路协同时间同步方法。
一种车路协同时间同步系统，包括权利要求12所述的第一车路协同时间同步装置和权利要求13所述的第二车路协同时间同步装置。