通过相邻车辆进行辅助定位的车辆导航系统的制作方法

本公开涉及一种主车辆的导航系统，所述导航系统与相邻车辆通信以获取指示主车辆的位置的信息。

背景技术：

车辆的导航系统使用车辆的位置提供导航功能。例如，导航系统与全球导航卫星系统(gnss)通信以获取指示车辆的位置的信息。导航系统使用这种信息来检测车辆的位置，并使用检测到的车辆位置提供导航功能。

导航系统有时可能不能与gnss通信以获取指示车辆的位置的信息。因此，导航系统不能检测车辆的位置。例如，导航系统可能具有不能与gnss通信的发生故障的全球定位系统(gps)；或者由于车辆正行驶通过隧道、具有高建筑物的区域等而使得gps接收器与gnss不能彼此通信。在后一种情况下，gps接收器与gnss之间的通信由于隧道或建筑物或者衰减或阻碍通信信号的其它障碍物而被阻挡。

技术实现要素：

一种用于主车辆的导航系统包括收发器和控制器。所述收发器被配置为：与所述主车辆的相邻车辆通信，以获取所述相邻车辆的位置。所述控制器被配置为：基于所述相邻车辆的位置、所述主车辆与所述相邻车辆之间的距离以及检测到的所述主车辆与所述相邻车辆之间的相对角度来输出包括所述主车辆的位置的导航信息，其中，所述主车辆与所述相邻车辆之间的距离是基于所述收发器和所述相邻车辆之间的通信的持续时间的。

所述导航系统还可包括全球定位系统(gps)接收器，所述全球定位系统接收器被配置为：从远程源获取指示所述主车辆的位置的信息。所述控制器还被配置为：当所述全球定位系统接收器不能从所述远程源获取指示所述主车辆的位置的信息时，控制所述收发器与所述相邻车辆通信，以获取所述相邻车辆的位置。

所述收发器还可被配置为：与所述主车辆的另一相邻车辆通信，以获取所述另一相邻车辆的位置。在这种情况下，所述控制器还被配置为：进一步基于所述另一相邻车辆的位置，输出所述主车辆的位置。

所述导航系统还包括驾驶员车辆界面，所述驾驶员车辆界面被配置为：从所述主车辆的用户接收检测到的所述主车辆与所述相邻车辆之间的相对角度。

所述控制器还可被配置为：使用所述主车辆的相机来获取检测到的所述主车辆与所述相邻车辆之间的相对角度。

一种用于主车辆的导航方法包括：在所述主车辆和相邻车辆之间通信，以使得所述相邻车辆向所述主车辆提供所述相邻车辆的位置。所述方法还包括：基于所述主车辆和所述相邻车辆之间的通信的持续时间，来检测所述主车辆与所述相邻车辆之间的相对角度；检测所述主车辆与所述相邻车辆之间的相对角度。所述方法还包括：基于所述相邻车辆的位置、所述主车辆与所述相邻车辆之间的距离以及所述主车辆与所述相邻车辆之间的相对角度，在所述主车辆的导航界面上输出包括所述主车辆的位置的导航信息。

根据本发明的一个实施例，所述导航方法还包括：在所述主车辆和另一相邻车辆之间通信，以使得所述另一相邻车辆向所述主车辆提供所述另一相邻车辆的位置；其中，所述主车辆的位置还进一步基于所述另一相邻车辆的位置。

根据本发明的一个实施例，检测所述相对角度的步骤包括：从所述主车辆的用户接收所述相对角度。

根据本发明的一个实施例，检测所述相对角度的步骤包括：使用所述主车辆的相机来获得所述相对角度。

根据本发明的一个实施例，基于所述主车辆与所述相邻车辆之间的射频无线通信的持续时间，来检测所述主车辆与所述相邻车辆之间的距离。

根据本发明的一个实施例，基于所述主车辆与所述相邻车辆之间的超声波通信的持续时间，来检测所述主车辆与所述相邻车辆之间的距离。

另一种用于主车辆的导航方法包括：在所述主车辆和相邻车辆之间通信，以使得所述主车辆请求所述相邻车辆向所述主车辆提供所述相邻车辆的位置。所述方法还包括：将所述主车辆的请求从所述相邻车辆中继至第三车辆以请求所述第三车辆向所述相邻车辆提供所述第三车辆的位置，并将所述第三车辆的位置从所述相邻车辆中继至所述主车辆。所述方法还包括：基于所述第三车辆的位置，在所述主车辆的导航界面上输出包括所述主车辆的位置的导航信息。

根据本发明的一个实施例，在所述主车辆和所述相邻车辆之间通信的步骤包括：使用专用短程通信技术。

所述导航方法还包括：尝试从远程源获取指示所述主车辆的位置的信息；其中，当不能从所述远程源获取指示所述主车辆的位置的信息时，执行所述通信。

附图说明

图1示出了车辆的导航系统的框图；

图2示出了主车辆的导航系统与相邻车辆通信以获取相邻车辆的位置并检测主车辆与相邻车辆之间的距离的框图；

图3示出了主车辆和相邻车辆在道路的同一路段上行驶的示意图，其中，主车辆的导航系统与一个或更多个相邻车辆通信；

图4示出了描述主车辆的导航系统的操作的流程图，所述导航系统与相邻车辆通信以获取相邻车辆的位置并检测主车辆与相邻车辆之间的距离，以供导航系统基于相邻车辆的位置以及主车辆与相邻车辆之间的距离来检测主车辆的位置；

图5a示出了主车辆和相邻车辆在道路上行驶的示意图，其中，主车辆的导航系统使用检测到的主车辆与相邻车辆之间的相对角度检测主车辆的位置；

图5b示出了与主车辆和相邻车辆之间的相对角度对应的几何关系的示意图。

具体实施方式

在此公开了本发明的详细实施例；然而，将理解的是，所公开的实施例仅是本发明的示例，其中，本发明可以以各种替代形式来实现。附图无需按比例绘制；一些特征可被夸大或最小化以示出特定组件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为具有限制性，而仅作为用于教导本领域技术人员以多种形式利用本发明的代表性基础。

现在参照图1，示出了车辆(诸如车辆12)的导航系统10的框图。导航系统10包括全球定位系统(gps)接收器14、控制器16、驾驶员车辆界面18和收发器20。收发器20用于车辆对车辆(v2v)通信。收发器20可采用专用短程通信(dsrc)技术。收发器20在此可被称作“dsrc收发器”20。

gps接收器14与远程全球导航卫星系统(gnss)等通信，以从gnss获取指示车辆12的位置的信息。控制器16从由gps接收器14获取的指示车辆12的位置的信息中检测车辆12的位置。控制器16基于车辆12的位置生成导航信息，并将导航信息输出至驾驶员车辆界面18。驾驶员车辆界面18可包括在地图上显示车辆12的位置以供驾驶员查看的显示屏幕等。这种处理是持续进行的(ongoing)，使得当车辆正在行驶时，驾驶员车辆界面18随着车辆12的位置改变而被更新。

收发器20能够与位于车辆12附近的车辆的相应的v2v收发器通信。例如，当两个车辆沿着道路的同一路段行驶时，车辆在车辆12的附近范围内。在车辆12的附近范围内的车辆在此可被称作“相邻车辆”、“分隔的车辆”或“相邻(分隔的)车辆”。因此，车辆12在此可被称作“车辆”或“主车辆”。

车辆12的dsrc收发器20能够通过无线车辆通信网络(例如，dsrc通信网络)来与相邻车辆的dsrc收发器通信。以这种方式，车辆12能够与相邻车辆通信。此外，使用dsrc通信，在车辆12的附近范围内的相邻车辆可与在相邻车辆的附近范围内但在车辆12的附近范围之外的第三车辆通信。

gps接收器14有时可能不能与gnss通信以获取指示车辆12的位置的信息。例如，gps接收器14可能发生故障或者可能由于车辆12正行驶通过隧道或具有高建筑物的区域而不能与gnss通信。当隧道或建筑物阻挡gps接收器14和gnss之间的通信信号时，gps接收器14可能不能与gnss通信。

当gps接收器不能与gnss通信时，gps接收器14不向控制器16提供指示车辆12的位置的信息。因此，在没有从另一源向控制器16提供指示车辆12的位置的信息的情况下，控制器16不能检测车辆12的位置。其结果是，控制器16不能基于车辆12的位置向驾驶员车辆界面18输出导航信息。

现在参照图2，并继续参照图1，示出了主车辆12的导航系统10与相邻车辆22通信的框图。导航系统10能够经由dsrc通信网络与相邻车辆22通信。更具体地，导航系统10的dsrc收发器20和相邻车辆22的dsrc收发器24能够彼此通信。

如上所述，当gps接收器14不能获取信息时，导航系统10的控制器16不能使用来自gps接收器14的信息来检测主车辆12的位置。解决方案包括向控制器16提供指示主车辆12的位置的信息的另一源。

根据本公开，主车辆12的导航系统10与一个或更多个相邻车辆通信，以获取指示主车辆12的位置的信息。特别地，主车辆12的收发器20与相邻车辆22的收发器24通信以获取相邻车辆的位置。当相邻车辆22在主车辆12的附近范围内时，相邻车辆的位置通常指示主车辆12的位置。此外，通信过程本身(例如，在主车辆12的收发器20和相邻车辆22的收发器24之间发送和接收rf信号所消耗的持续时间)指示主车辆与相邻车辆之间的距离。检测到的主车辆12与相邻车辆24之间的距离与相邻车辆的位置结合进一步指示了主车辆12的位置。

相邻车辆22包括它自己的导航系统，该导航系统具有gps接收器26和控制器28。相邻车辆22的gps接收器26能够与gnss通信以获取指示相邻车辆22的位置的信息。例如，相邻车辆22的gps接收器26没有发生故障、相邻车辆22不在隧道内、高建筑物没有阻挡针对gps接收器26的通信信号等。相邻车辆22的控制器28从由gps接收器26获取的指示相邻车辆22的位置的信息中检测相邻车辆22的位置。

当gps接收器14不能提供指示主车辆12的位置的信息时，主车辆12的导航系统10利用收发器20与相邻车辆22的收发器24通信。该通信包括主车辆12的收发器20(“主收发器20”)请求相邻车辆22的收发器24(“相邻收发器24”)将相邻车辆22的位置发送至主收发器20。相邻收发器24通过将相邻车辆22的位置发送到主收发器20来进行响应。控制器16从主收发器20接收相邻车辆22的位置。控制器16将主车辆12的大致位置检测为获取的相邻车辆22的位置。当主车辆和相邻车辆在彼此的附近范围内时，控制器16将主车辆12的大致位置检测为相邻车辆22的位置。控制器16分析收发器20和收发器24之间的通信信号传输时间，以检测主车辆12与相邻车辆22之间的距离。控制器16使用检测到的距离来进一步指定检测到的主车辆12的大致位置。

现在参照图3和图4，并继续参照图1和图2，与一个或更多个相邻车辆22通信的主车辆12的导航系统10的操作将被更详细地描述。在这一方面，图3示出了主车辆12以及相邻车辆22a、22b、22c和22d在道路30的同一路段上行驶的示意图，其中，主车辆12的导航系统10与一个或更多个相邻车辆通信。图4示出了描述与一个或更多个相邻车辆22通信的导航系统10的操作的流程图40。

当导航系统10的gps接收器14不能获取指示主车辆12的位置的信息时，主车辆12的导航系统10发起与一个或更多个相邻车辆22的通信。该通信包括主收发器20与相邻车辆22的收发器24通信以获取相邻车辆的位置。导航系统10的控制器16因此获知主车辆12的大致位置为相邻车辆22的位置。控制器16分析所述通信，以检测主车辆12与相邻车辆22之间的距离。因此，控制器16基于相邻车辆22的位置以及主车辆与相邻车辆之间的距离来检测主车辆12的位置。

更详细地，如图4的方框42中所指示的，当导航系统10的gps接收器14在给定的时间段期间无论出于什么原因不能获取指示主车辆12的位置的信息时，操作开始执行。接下来，如图4的方框44所指示的，控制器16控制主收发器20与一个或更多个相邻车辆22通信，以获取一个或更多个相邻车辆中的每一个的位置。

例如，如图3所示，主收发器20经由第一dsrc网络路径32a与第一相邻车辆22a的dsrc收发器通信，并且经由第二dsrc网络路径32b与第二相邻车辆22b的dsrc收发器通信。该通信包括主收发器20向第一相邻车辆22a请求第一相邻车辆的位置以及第一相邻车辆的dsrc收发器将第一相邻车辆的位置发送至主收发器20。类似地，该通信包括主收发器20向第二相邻车辆22b请求第二相邻车辆的位置以及第二相邻车辆的dsrc收发器将第二相邻车辆的位置发送至主收发器20。

如图3中示出的，主车辆12以及相邻车辆22a、22b和22c在道路30上沿着相同的方向行驶，而相邻车辆22d在道路30上沿着相反的方向行驶。优选地，主收发器20与沿着与主车辆12相同的方向行驶的相邻车辆22通信以获取这些相邻车辆的位置。沿着与主车辆12相同的方向行驶的相邻车辆22可提供连续的位置数据。

如图4的方框46所指示的，导航系统10的控制器16从主收发器20接收相邻车辆22的位置，并将主车辆12的大致位置检测为相邻车辆的位置。例如，在主收发器20获取第一相邻车辆22a的位置和第二相邻车辆22b的位置的示例中，控制器16将第一相邻车辆22a的位置和第二相邻车辆22b的位置彼此结合在一起使用，以提高检测到的主车辆12的位置的精确度。因此，主收发器20可与多个相邻车辆22通信，以提高检测到的主车辆12的位置的精确度。

此外，相邻车辆是动态的。如果相邻车辆不再与该路线上的主车辆12在一起，则dsrc收发器20可与其它相邻车辆通信。

如图4的方框48所指示的，导航系统10的控制器16基于主收发器20和相邻车辆的收发器之间的通信的持续时间来检测主车辆12与相邻车辆22之间的距离(例如，图3中的主车辆12与相邻车辆22a之间的距离“delta_d”34a)。

例如，控制器16经由dsrc技术来检测主车辆12与相邻车辆22之间的距离。例如，对于实现tcp/ip协议栈的dsrc模块，一种方法可以是以下步骤：主收发器20向相邻车辆22的收发器24发送“ping”；主收发器20从相邻收发器24接收“ping”的“reply”；控制器16计算“ping”到“reply”的往返时间，所述往返时间指示主车辆12与相邻车辆22之间的距离。例如，假设在dsrc收发器中的消息处理时间被确定为t_process。往返时间(t_rtt)则等于2*(t_process+车辆12与车辆22之间的signal_travel_time)。车辆12与车辆22之间的signal_travel_time遵循以下公式：c＝2*delta_d/t_rtt，其中，c≈300000km/s(光速)。另一种方法使用超声传感器来测量车辆12与车辆22之间的距离。

类似地，控制器16检测主车辆12和与导航系统10通信的其它相邻车辆22之间的距离(例如，主车辆12与第二相邻车辆22b之间的距离34b)。

如图4的方框50所指示的，控制器16基于获取到的相邻车辆22的位置以及检测到的主车辆12与相邻车辆之间的距离来检测主车辆12的位置。例如，在主收发器20获取第一相邻车辆22a的位置和第二相邻车辆22b的位置并检测主车辆12与第一相邻车辆和第二相邻车辆中的每一个之间的距离的示例中，控制器16将获取到的位置和检测到的距离彼此结合在一起使用，以提高检测到的主车辆12的位置的精确度。

如图4的方框52所指示的，控制器16使用检测到的主车辆12的位置向驾驶员车辆界面18提供导航信息。可选地，当主车辆12与相邻车辆22之间的距离相对小时，控制器16可使用检测到的主车辆12的大致位置(在图4的方框46中检测到的主车辆12的大致位置)向驾驶员车辆界面18提供导航信息。

进一步参照图3，在主车辆12的附近范围内的相邻车辆22可与在相邻车辆附近范围内但不在主车辆12的附近范围内的第三车辆通信。在这种情况下，第三车辆是相邻车辆22的相邻车辆，但不是主车辆12的相邻车辆。为了说明，假设第三车辆是图3中示出的第三车辆22c。第三车辆22c因此被认为在第一相邻车辆22a的附近范围内，但不会被认为在主车辆12的附近范围内。因此，主车辆12的导航系统10不直接与第三车辆22c通信。

然而，第一相邻车辆22a可直接与第三车辆22c通信，并因此可将来自主车辆12的位置请求中继至第三车辆22c。这种功能可在主车辆12和第一相邻车辆22a二者的gps接收器均不能获取指示它们各自车辆的位置的信息时被采用。这种功能可在主车辆12和第一相邻车辆22a二者均在隧道中或者在具有高建筑物的区域中时发生。另一方面，第三车辆22c在道路30的深处，并因此在隧道之外或者在具有高建筑物的区域之外。因此，第三车辆22c的gps接收器能够获取指示第三车辆22c的位置的信息。

在操作中，主车辆12的导航系统10向第一相邻车辆22a发送位置请求，第一相邻车辆22a将所述请求中继至第三车辆22c。第三车辆22c通过将它的位置发送至第一相邻车辆22a来对所述请求做出响应，第一相邻车辆22a接下来将第三车辆22c的位置中继至导航系统10。从第一相邻车辆22a中继至主收发器20的通信信号可包括指示位置请求被中继给第三车辆22c的信息等。导航系统10的控制器16从主收发器20接收第三车辆22c的位置，并将主车辆12的大致位置检测为第三车辆的位置。

以这种方法，例如，如果主车辆12和相邻车辆均在隧道中，则位置请求可通过相邻车辆来中继，以最终到达位于隧道外面的车辆。此外，中继可包括以顺序方式等在多个车辆之间(例如，在主车辆12的相邻车辆和不在主车辆12的附近范围内的一个或更多个其它车辆之间)进行中继，直到具有可操作的gps接收器的车辆使用其位置做出响应为止。

因此，当主车辆12和其它车辆在隧道中时，主车辆12可能不能直接从与其紧邻的相邻车辆22获取位置数据。紧邻的相邻车辆22可向与其紧邻的相邻车辆请求数据，紧邻的相邻车辆接下来可向与其紧邻的相邻车辆请求数据。最终，可从位于隧道的出口(或入口)处的车辆获取位置数据。

现在参照图5a和图5b，并继续参照图1、图2、图3和图4，主车辆12的导航系统10使用检测到的主车辆12与相邻车辆22之间的相对角度检测主车辆的位置的操作将被描述。在这一方面，图5a示出了主车辆12和相邻车辆22在道路上行驶的示意图，其中，导航系统10使用检测到的主车辆12与相邻车辆22之间的相对角度α检测主车辆12的位置。图5b示出了与主车辆12和相邻车辆22之间的相对角度α对应的几何关系(geometry)的示意图。

导航系统10使用检测到的主车辆12与相邻车辆22之间的相对角度α来检测主车辆12的位置的操作发生在导航系统10获取相邻车辆22的位置以及检测主车辆12与相邻车辆22之间的距离的操作之后。如在此描述的，主收发器20与相邻车辆22通信，以使得相邻车辆将它的位置提供至主车辆12的导航系统10，并且导航系统10的控制器16分析通信的持续时间以检测主车辆12与相邻车辆之间的距离。因此，控制器16基于相邻车辆22的位置以及主车辆与相邻车辆之间的距离来检测主车辆12的位置。

控制器16使用主车辆12与相邻车辆22之间的相对角度α来进一步细化(refine)检测的主车辆12的位置。在操作中，控制器16使用主车辆12的外部相机等来检测主车辆12与相邻车辆22之间的相对角度α(如图4的方框54所指示的)。主车辆12的驾驶员可经由驾驶员车辆界面18向控制器16手动输入相对角度α。控制器16计算主车辆12与相邻车辆22的绝对角度(面对北方向)δ_n＝β–α。控制器16随后使用以下公式来计算到东北向的距离(delta_d)34(以米为单位)：

delta_longitude＝sine(δ_n)*delta_d

delta_latitude＝cosine(δ_n)*delta_d

控制器16因此基于相邻车辆的位置、检测到的主车辆12与相邻车辆22之间的距离34以及delta_longitude分量和delta_latitude分量来检测主车辆12的更精确的位置(如图4的方框56所指示的)。控制器16使用delta_longitude分量和delta_latitude分量来计算主车辆12的位置(以十进制度数坐标为单位)。

很显然，关于图5a和图5b的描述仅是一个示例。道路方向可以是沿着任意其它方向。针对其它道路方向的计算将以与关于图5a和图5b描述的类似的方式来完成。

控制器16根据以下算法使用相邻车辆的位置、检测到的主车辆12与相邻车辆22之间的距离34以及delta_longitude分量和delta_latitude分量来继续计算主车辆12的位置数据(即，纬度和经度)。

//地球的球面平均半径

r＝6371009

//主车辆坐标偏移量(以弧度为单位)

dlat＝delta_latitude/r

dlon＝delta_longtitude/(r*cosine(pi*neighboring_vehicle_latitude/180))

//主车辆位置数据(以十进制度数为单位)

host_vehicle_latitude＝neighboring_vehicle_latitude+dlat*180/pi

host_vehicle_longitude＝neighboring_vehicle_longitude+dlon*180/pi

控制器16使用主车辆12的这种更精确的检测位置向驾驶员车辆界面18提供导航信息。

如果主车辆12和相邻车辆都在隧道中，则紧挨着位于隧道外面的车辆的相邻车辆可类似地计算位置数据并随后将它计算的位置数据中继至它在隧道中的下一个相邻车辆。它的下一个相邻车辆随后计算其位置数据，并将其位置数据中继至其后面的相邻车辆。以这种方式，主车辆12可最终获取恰好在主车辆12前面的主车辆12的相邻车辆的位置数据。

虽然以上描述了示例性实施例，但是这些实施例并不意在描述本发明的所有可能形式。更确切地说，说明书中使用的词语是描述性词语而非限制性词语，并且应理解的是，可在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种改变。此外，可将各种实现的实施例的特征进行组合以形成本发明的进一步的实施例。