一种基于GPS的坡道溜坡自动刹车方法及系统

技术领域

本申请属于自动驾驶领域，具体涉及一种基于GPS的坡道溜坡自动刹车方法及系统。

背景技术

目前自动驾驶技术已经广泛应用于人们的生产和生活之中，给人们的生产和生活带来了无尽的便利。其中的自动刹车是自动驾驶技术中的重要组成部分，其承担着使得车辆自动停止的作用。

现有的自动刹车系统包括车体、以及安装在车体上的脚刹，还包括刹车机械设备、车载主控设备和GPS模块。车载主控设备和GPS模块安装在车体内，刹车机械设备与脚刹相连接；GPS模块通过信号线接入车载主控设备，车载主控设备与刹车机械设备通过信号线相连接。能够自动侦测车辆位移情况并判断是否发生溜车，发生溜车的情况下会主动刹车。

现有技术能够满足特定的场景需求，基本上都是适用于驾培领域坡道定点停车与起步，但是对于日常行驶的自动驾驶车辆而言，由于驾驶环境多样复杂，现有的自动刹车技术无法适应多样的环境判断车辆是否发生溜坡。此外，由于GPS模块存在定位漂移、定位高度值精度不足等问题，造成在坡道比较平缓的缓坡、坡道比较短的短坡的场景下，很难识别出车辆是否发生溜坡，导致频繁出现刹车不及时的情况。

发明内容

本申请的目的在于提供一种基于GPS的坡道溜坡自动刹车方法及系统，能够适应多样复杂环境下的溜坡检测，且溜坡检测准确。

为实现上述目的，本申请所采取的技术方案为：

一种基于GPS的坡道溜坡自动刹车方法，用于在判断到待检车辆发生溜坡时控制车辆自动刹车，所述待检车辆上安装有GPS模块和OBD模块，所述基于GPS的坡道溜坡自动刹车方法，包括：

缓存GPS模块间隔输出的多组位置数据作为历史位置数据，每组位置数据包括X轴坐标、Y轴坐标、水平航向角和解状态；

接收GPS模块输出的待检车辆位于当前点的位置数据作为当前位置数据，以及接收OBD模块反馈的待检车辆当前的档位状态信息；

取缓存的历史位置数据中间隔的两组历史位置数据，其中一组历史位置数据作为第一检测点的位置数据，另一组历史位置数据作为第二检测点的位置数据，且第一检测点相比于第二检测点更接近当前点；

根据所取的两组历史位置数据判断GPS模块是否处于固定解状态，若GPS模块处于固定解状态，则计算当前点相对于第一检测点的第一溜坡距离，当前点相对于第二检测点的第二溜坡距离，以及计算当前点与第一检测点的连线与正北方向的第一夹角，当前点与第二检测点的连线与正北方向的第二夹角；

根据所述档位状态信息判断待检车辆的当前行驶状态，若当前行驶状态不为倒挡状态，则根据所述第一溜坡距离、第二溜坡距离、第一夹角、第二夹角判断待检车辆的溜坡情况，包括：

若第一溜坡距离与第一夹角满足预设的溜坡条件，则判断待检车辆发生溜坡且为快速溜坡，控制待检车辆执行第一刹车动作；

若第一溜坡距离与第一夹角不满足预设的溜坡条件，同时第二溜坡距离与第二夹角满足预设的溜坡条件，则判断待检车辆发生溜坡且为慢速溜坡，控制待检车辆执行第二刹车动作；

若第一溜坡距离与第一夹角不满足预设的溜坡条件，同时第二溜坡距离与第二夹角不满足预设的溜坡条件，则判断待检车辆未发生溜坡，无需控制待检车辆执行自动刹车。

以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。

作为优选，所述计算当前点相对于第一检测点的第一溜坡距离，当前点相对于第二检测点的第二溜坡距离，包括：

若第一检测点对应的历史位置数据包括X轴坐标为x

则在X轴方向上，当前点到第一检测点的偏移量为x-x

根据以下公式计算第一溜坡距离和第二溜坡距离：

其中，S1为第一溜坡距离，S

作为优选，所述计算当前点与第一检测点的连线与正北方向的第一夹角，当前点与第二检测点的连线与正北方向的第二夹角，包括：

令当前点与第一检测点的连线与正北方向的第一夹角为α

待检车辆与X轴平行直线行驶时，若待检车辆由东向西行驶，则第一夹角α

或，待检车辆与Y轴平行直线行驶时，若待检车辆由北向南行驶，则第一夹角α

或，待检车辆不与X轴或Y轴平行直线行驶时，则通过以下公式计算第一夹角和第二夹角：

其中，α

作为优选，所述溜坡条件为溜坡距离大于溜坡阈值，且当前点与检测点的连线与正北方向的夹角与对应检测点处的水平航向角的差值的绝对值在预设的角度范围内。

本申请还提供一种基于GPS的坡道溜坡自动刹车系统，用于在判断到待检车辆发生溜坡时控制车辆自动刹车，所述待检车辆上安装有脚刹，所述基于GPS的坡道溜坡自动刹车系统包括安装在待检车辆上的GPS模块、OBD模块、主控设备和刹车模块，所述GPS模块和OBD模块通过信号线接入主控设备，所述主控设备与所述刹车模块相连，所述刹车模块与所述脚刹连接，所述主控设备包括：

历史数据缓存模块，用于缓存GPS模块间隔输出的多组位置数据作为历史位置数据，每组位置数据包括X轴坐标、Y轴坐标、水平航向角和解状态；

当前数据获取模块，用于接收GPS模块输出的待检车辆位于当前点的位置数据作为当前位置数据，以及接收OBD模块反馈的待检车辆当前的档位状态信息；

数据选取模块，用于取缓存的历史位置数据中间隔的两组历史位置数据，其中一组历史位置数据作为第一检测点的位置数据，另一组历史位置数据作为第二检测点的位置数据，且第一检测点相比于第二检测点更接近当前点；

状态计算模块，用于根据所取的两组历史位置数据判断GPS模块是否处于固定解状态，若GPS模块处于固定解状态，则计算当前点相对于第一检测点的第一溜坡距离，当前点相对于第二检测点的第二溜坡距离，以及计算当前点与第一检测点的连线与正北方向的第一夹角，当前点与第二检测点的连线与正北方向的第二夹角；

溜坡判断模块，用于根据所述档位状态信息判断待检车辆的当前行驶状态，若当前行驶状态不为倒挡状态，则根据所述第一溜坡距离、第二溜坡距离、第一夹角、第二夹角判断待检车辆的溜坡情况；

其中，根据所述第一溜坡距离、第二溜坡距离、第一夹角、第二夹角判断待检车辆的溜坡情况，执行如下操作：

若第一溜坡距离与第一夹角满足预设的溜坡条件，则判断待检车辆发生溜坡且为快速溜坡，控制待检车辆执行第一刹车动作；

若第一溜坡距离与第一夹角不满足预设的溜坡条件，同时第二溜坡距离与第二夹角满足预设的溜坡条件，则判断待检车辆发生溜坡且为慢速溜坡，控制待检车辆执行第二刹车动作；

若第一溜坡距离与第一夹角不满足预设的溜坡条件，同时第二溜坡距离与第二夹角不满足预设的溜坡条件，则判断待检车辆未发生溜坡，无需控制待检车辆执行自动刹车。

作为优选，所述状态计算模块，计算当前点相对于第一检测点的第一溜坡距离，当前点相对于第二检测点的第二溜坡距离，执行如下操作：

若第一检测点对应的历史位置数据包括X轴坐标为x

则在X轴方向上，当前点到第一检测点的偏移量为x-x

根据以下公式计算第一溜坡距离和第二溜坡距离：

其中，S

作为优选，所述状态计算模块，计算当前点与第一检测点的连线与正北方向的第一夹角，当前点与第二检测点的连线与正北方向的第二夹角，执行如下操作：

令当前点与第一检测点的连线与正北方向的第一夹角为α

待检车辆与X轴平行直线行驶时，若待检车辆由东向西行驶，则第一夹角α

或，待检车辆与Y轴平行直线行驶时，若待检车辆由北向南行驶，则第一夹角α

或，待检车辆不与X轴或Y轴平行直线行驶时，则通过以下公式计算第一夹角和第二夹角：

其中，α

作为优选，所述溜坡条件为溜坡距离大于溜坡阈值，且当前点与检测点的连线与正北方向的夹角与对应检测点处的水平航向角的差值的绝对值在预设的角度范围内。

本申请提供的基于GPS的坡道溜坡自动刹车方法及系统，在一定周期内采样多个检测点，用当前点与多个检测点进行比较的方法，计算溜坡距离、车体与正北方向的夹角，提高坡道溜坡自动刹车的准确性。并且利用多个检测点之间的位置关系，在判断车辆是否溜坡的同时得出溜坡的快慢，实现自动刹车的前提下，便于进一步优化自动刹车的动作，以保证安全性的同时具有合理、舒适的刹车结果。

附图说明

图1为本申请的基于GPS的坡道溜坡自动刹车方法的流程图；

图2为本申请的基于GPS的坡道溜坡自动刹车系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为与另一个组件“连接”时，它可以直接与另一个组件连接或者也可以存在居中的组件。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是在于限制本申请。

其中一个实施例中，提供一种基于GPS的坡道溜坡自动刹车方法，用于在判断到待检车辆发生溜坡时控制车辆自动刹车，在驾培领域、无人驾驶领域均具有较大的应用价值。

这里的待检车辆可以是驾培教学车辆，也可以是普通车辆，或者应用于无人驾驶的车辆等，对待检车辆的类型不做限制，但该车辆为能够正常行驶的车辆，即待检车辆上含有基本的动力机构、脚刹、车架等，此外待检车辆上还安装有GPS模块和OBD模块，GPS模块用于获取待检车辆的GPS位置数据，OBD模块用于获取待检车辆的车辆数据，车辆数据包括但不限于档位状态信息。

如图1所示，本实施例的基于GPS的坡道溜坡自动刹车方法，包括以下步骤：

步骤S1、缓存GPS模块间隔输出的多组位置数据作为历史位置数据，每组位置数据包括X轴坐标、Y轴坐标、水平航向角和解状态。

GPS模块会定时上报一次位置数据，本申请将GPS模块间隔输出的位置数据进行缓存，以便于进行溜坡检测。在缓存位置数据时，可以是缓存最新的多组数据，也可以是缓存距离当前时间存在一定时间间隔的多组数据。其中采用的GPS模块可以是普通GPS模块，也可以是差分GPS模块，本实施例基于现有的GPS模块实现，但不对GPS模块的类型做限制。

本实施例中为了灵活反应待检车辆是否溜坡，缓存最新的多组位置数据作为历史位置数据，并且根据GPS模块每隔100ms输出一组位置数据的特性，选择缓存3组最新的位置数据作为历史位置数据。每组位置数据中的X轴坐标的X轴正方向为正东方向，Y轴坐标的Y轴正方向为正北方向。

步骤S2、接收GPS模块输出的待检车辆位于当前点的位置数据作为当前位置数据，以及接收OBD模块反馈的待检车辆当前的档位状态信息。

当前位置数据在本次计算结束后会用于替代步骤S1中缓存的时间最早的位置数据，以保证步骤S1中的位置数据实时为最新的3组数据。

步骤S3、取缓存的历史位置数据中间隔的两组历史位置数据，其中一组历史位置数据作为第一检测点的位置数据，另一组历史位置数据作为第二检测点的位置数据，且第一检测点相比于第二检测点更接近当前点。

由于本申请缓存了3组历史位置数据，则所获取的间隔的两者历史位置数据也就是第一组和第三组，获取多组进行检测可以检测到不同的溜坡状态，且提高检测准确性。本申请中取第一组和最后一组是为了尽可能的利用缓存的数据，增加两个检测点之间的时间跨度，以更直观的反应当前点相对于两个检测点的溜坡情况，同时控制合适的计算量，提高溜坡检测灵敏度。

若在步骤S1中缓存的组数较多，也可以是取多组中的任意两组或两组以上的历史位置数据进行计算，并且为了更好的反应溜坡情况，取的多组数据优选均为间隔数据。

步骤S4、根据所取的两组历史位置数据判断GPS模块是否处于固定解状态，若GPS模块处于固定解状态，则计算当前点相对于第一检测点的第一溜坡距离，当前点相对于第二检测点的第二溜坡距离，以及计算当前点与第一检测点的连线与正北方向的第一夹角，当前点与第二检测点的连线与正北方向的第二夹角。

若所取的两组历史位置数据中的解状态均为固定解，则表示GPS模块处于固定解状态，此时获取的位置数据为稳定的位置数据，准确性较高；否则GPS模块未处于固定解状态，舍弃此时的当前位置数据，结束本次溜坡检测。

对解状态的判断舍弃了准确性不高的位置数据，提升对待检车辆溜坡检测的准确性，取较为稳定的位置数据进行溜坡距离计算和夹角计算的具体步骤如下：

具体的，计算当前点相对于第一检测点的第一溜坡距离，当前点相对于第二检测点的第二溜坡距离，包括：

若第一检测点对应的历史位置数据包括X轴坐标为x

则在X轴方向上，当前点到第一检测点的偏移量为x-x

根据以下公式计算第一溜坡距离和第二溜坡距离：

其中，S

具体的，计算当前点与第一检测点的连线与正北方向的第一夹角，当前点与第二检测点的连线与正北方向的第二夹角，包括：

令当前点与第一检测点的连线与正北方向的第一夹角为α

待检车辆与X轴平行直线行驶时，若待检车辆由东向西行驶，则第一夹角α

或，待检车辆与Y轴平行直线行驶时，若待检车辆由北向南行驶，则第一夹角α

或，待检车辆不与X轴或Y轴平行直线行驶时，则通过以下公式计算第一夹角和第二夹角：

其中，α

现有技术中常直接利用GPS模块的水平航向角判断是否溜坡，甚至直接根据GPS模块的定位坐标单方面判断车辆是否溜坡，这些方式不仅判断单一，并且受限于车辆行驶方向，由于GPS模块基于固定的预设坐标进行判断，因此常常导致车辆溜坡检测不准确。本实施例为了克服上述缺陷，利用角度转换算法，根据待检车辆的不同行驶方向，计算待检车辆与正北方向的夹角，即不论车辆的行驶方向如何，均将夹角转化为行驶方向与正北方向的夹角，使得本申请的溜坡检测可以适应车辆在任何方向上出现溜坡的情况，提升在多样复杂环境中的适应性。

步骤S5、根据所述档位状态信息判断待检车辆的当前行驶状态，若当前行驶状态不为倒挡状态，则根据所述第一溜坡距离、第二溜坡距离、第一夹角、第二夹角判断待检车辆的溜坡情况。

通常档位状态信息包括能够反映车辆行驶状态的前行状态、空挡状态、P档状态、倒挡状态等。以上档位状态信息中除倒挡状态以外均需要进行溜坡检测，因此若待检车辆的当前行驶状态不为倒挡状态，即需要进行溜坡情况判断。

由于本实施例中采用多个检测点的方式，因此本实施例溜坡情况判断优选采用以下方式：

若第一溜坡距离与第一夹角满足预设的溜坡条件，则判断待检车辆发生溜坡且为快速溜坡，控制待检车辆执行第一刹车动作。

若第一溜坡距离与第一夹角不满足预设的溜坡条件，同时第二溜坡距离与第二夹角满足预设的溜坡条件，则判断待检车辆发生溜坡且为慢速溜坡，控制待检车辆执行第二刹车动作。

若第一溜坡距离与第一夹角不满足预设的溜坡条件，同时第二溜坡距离与第二夹角不满足预设的溜坡条件，则判断待检车辆未发生溜坡，无需控制待检车辆执行自动刹车。

由于第一检测点更接近于当前点，因此若第一检测点的数据就已经满足溜坡条件的话，则说明在短时间内待检车辆产生了较大的溜坡，即待检车辆为快速溜坡，此时可以执行第一刹车动作，例如最大限度进行刹车，提升自动刹车的反应速度，以避免车体发生碰撞；又如采用点刹刹车，以避免刹车力度较大造成车内人员受伤或物件损伤。

由于第二检测点更远离当前点，因此若第一检测点的数据未满足溜坡条件，而第二检测点的数据满足溜坡条件的话，则说明在较长时间内待检车辆才产生较大的溜坡，即待检车辆为慢速溜坡，此时可以执行第二刹车动作，例如以较小力度进行刹车，实现自动刹车的同时降低能耗。

对比现有的自动刹车而言，本申请不仅具有较高准确性的溜坡检测判断，还能够进一步分析得到溜坡类型，在执行自动刹车时，使得能够根据溜坡类型以及所需刹车要求(可根据行驶环境、所乘坐人员、所装载货物等因素设定所需刹车要求)进行有针对的刹车，保证安全行驶的同时满足个性化刹车的需求，提升自动刹车的应用价值。

本实施例中的刹车条件可以是溜坡距离大于溜坡阈值，夹角在预设角度范围内即判断待检车辆发送溜坡，也可以是仅以溜坡距离进行判断，或者仅以夹角进行判断。

在一个实施例中，为了提升溜坡判断的准确性，所采用的溜坡条件为溜坡距离大于溜坡阈值，且当前点与检测点的连线与正北方向的夹角与对应检测点处的水平航向角的差值的绝对值在预设的角度范围内。

本实施例中未直接基于夹角进行判断，而是根据夹角以水平航向角的差值进行判断，利用差值计算出待检车辆溜坡过程中改变的角度，可以进一步消除GPS数据漂移带来的误差，提升溜坡检测的准确性。

经过多次试验，本实施例优选设置溜坡阈值为30cm，预设的角度范围为135°～225°，即第一溜坡距离S

同理第二溜坡距离S

需要说明的是，30cm的溜坡阈值和135°～225°的角度范围是本申请的一种优选设置，该设置下对车辆溜坡检测的反应速度灵敏，且检测准确性高，并且适用于多数坡道。但该设置不作为本申请的唯一设置，例如溜坡阈值还可以是10cm、20cm、40cm、60cm等，预设的角度范围还可以是100°～200°、125°～210°、155°～255°等，均可根据实际车辆行驶环境、溜坡检测速度等进行实际调整。

如图2所示，在另一实施例中，还提供一种基于GPS的坡道溜坡自动刹车系统，用于在判断到待检车辆发生溜坡时控制车辆自动刹车，所述待检车辆上安装有脚刹，所述基于GPS的坡道溜坡自动刹车系统包括安装在待检车辆上的GPS模块、OBD模块、主控设备和刹车模块，所述GPS模块和OBD模块通过信号线接入主控设备，所述主控设备与所述刹车模块相连，所述刹车模块与所述脚刹连接，其中主控设备包括：

历史数据缓存模块，用于缓存GPS模块间隔输出的多组位置数据作为历史位置数据，每组位置数据包括X轴坐标、Y轴坐标、水平航向角和解状态。

当前数据获取模块，用于接收GPS模块输出的待检车辆位于当前点的位置数据作为当前位置数据，以及接收OBD模块反馈的待检车辆当前的档位状态信息。

数据选取模块，用于取缓存的历史位置数据中间隔的两组历史位置数据，其中一组历史位置数据作为第一检测点的位置数据，另一组历史位置数据作为第二检测点的位置数据，且第一检测点相比于第二检测点更接近当前点。

状态计算模块，用于根据所取的两组历史位置数据判断GPS是否处于固定解状态，若GPS处于固定解状态，则计算当前点相对于第一检测点的第一溜坡距离，当前点相对于第二检测点的第二溜坡距离，以及计算当前点与第一检测点的连线与正北方向的第一夹角，当前点与第二检测点的连线与正北方向的第二夹角。

溜坡判断模块，用于根据所述档位状态信息判断待检车辆的当前行驶状态，若当前行驶状态不为倒挡状态，则根据所述第一溜坡距离、第二溜坡距离、第一夹角、第二夹角判断待检车辆的溜坡情况。

其中，根据所述第一溜坡距离、第二溜坡距离、第一夹角、第二夹角判断待检车辆的溜坡情况，执行如下操作：

若第一溜坡距离与第一夹角满足预设的溜坡条件，则判断待检车辆发生溜坡且为快速溜坡，控制待检车辆执行第一刹车动作。

若第一溜坡距离与第一夹角不满足预设的溜坡条件，同时第二溜坡距离与第二夹角满足预设的溜坡条件，则判断待检车辆发生溜坡且为慢速溜坡，控制待检车辆执行第二刹车动作。

若第一溜坡距离与第一夹角不满足预设的溜坡条件，同时第二溜坡距离与第二夹角不满足预设的溜坡条件，则判断待检车辆未发生溜坡，无需控制待检车辆执行自动刹车。

关于基于GPS的坡道溜坡自动刹车系统的具体限定可以参见上文中对于基于GPS的坡道溜坡自动刹车方法的限定，在此不再赘述。上述主控设备中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

对应的，在一个实施例中，所述状态计算模块，计算当前点相对于第一检测点的第一溜坡距离，当前点相对于第二检测点的第二溜坡距离，执行如下操作：

若第一检测点对应的历史位置数据包括X轴坐标为x

则在X轴方向上，当前点到第一检测点的偏移量为x-x

根据以下公式计算第一溜坡距离和第二溜坡距离：

其中，S

在另一个实施例中，所述状态计算模块，计算当前点与第一检测点的连线与正北方向的第一夹角，当前点与第二检测点的连线与正北方向的第二夹角，执行如下操作：

令当前点与第一检测点的连线与正北方向的第一夹角为α

待检车辆与X轴平行直线行驶时，若待检车辆由东向西行驶，则第一夹角α

或，待检车辆与Y轴平行直线行驶时，若待检车辆由北向南行驶，则第一夹角α

或，待检车辆不与X轴或Y轴平行直线行驶时，则通过以下公式计算第一夹角和第二夹角：

其中，α

在另一个实施例中，所述溜坡条件为溜坡距离大于溜坡阈值，且当前点与检测点的连线与正北方向的夹角与对应检测点处的水平航向角的差值的绝对值在预设的角度范围内。

本申请中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量、次序。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。

应该理解的是，虽然图1的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。