專(zhuān)利名稱(chēng)：坡度信息計(jì)算系統(tǒng)、車(chē)輛行駛控制系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、以及坡度信息計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能夠獲取道路坡度信息的坡度信息計(jì)算系統(tǒng)、一種車(chē)輛行駛控制 系統(tǒng)、一種導(dǎo)航系統(tǒng)以及一種坡度信息計(jì)算方法。
背景技術(shù)：
車(chē)輛，尤其是能夠通過(guò)再生制動(dòng)等產(chǎn)生電力的混合動(dòng)力車(chē)輛，能夠通過(guò)根據(jù)道路 坡度進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制而高效行駛。例如，在下坡路上發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力減小并產(chǎn)生電力，而在上坡路 上車(chē)輛主要由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)并借助于電動(dòng)馬達(dá)。基于此理念，已知根據(jù)能耗預(yù)案來(lái)控制車(chē)輛， 其中基于與每條道路相關(guān)的坡度信息來(lái)預(yù)先計(jì)劃能耗量，從而進(jìn)一步改善燃料經(jīng)濟(jì)性。然而，存儲(chǔ)在導(dǎo)航系統(tǒng)中的地圖DB(數(shù)據(jù)庫(kù))僅包含諸如高速路進(jìn)路等一部分道 路的坡度信息，因此，這樣受限的坡度信息不足以制作能耗預(yù)案。如果計(jì)劃通過(guò)測(cè)量等來(lái)獲 取所有鏈路(道路)的坡度信息并將它們存入地圖DB，則成本將非常大，使所述計(jì)劃難以實(shí) 現(xiàn)。同時(shí)，導(dǎo)航系統(tǒng)利用GPS (全球定位系統(tǒng))來(lái)計(jì)算車(chē)輛位置信息。GPS使得導(dǎo)航系 統(tǒng)能夠檢測(cè)車(chē)輛的三維位置，進(jìn)而使得該系統(tǒng)能夠檢測(cè)車(chē)輛的標(biāo)高。然而，市售GPS無(wú)線電 波的精度被有意地削弱了，因此GPS無(wú)線電波不適于檢測(cè)標(biāo)高。此外，大致需要捕獲四個(gè)或 更多個(gè)GPS衛(wèi)星來(lái)檢測(cè)標(biāo)高；因此，當(dāng)車(chē)輛行駛在城市區(qū)域時(shí)，很難實(shí)現(xiàn)標(biāo)高檢測(cè)?？紤]到以上背景，已經(jīng)提出了一種通過(guò)使用柵格間距為50m(米)的柵格標(biāo)高數(shù) 據(jù)來(lái)計(jì)算鏈路坡度信息的技術(shù)，該柵格標(biāo)高數(shù)據(jù)由日本國(guó)土地理院公布(例如見(jiàn)日本專(zhuān)利 No. 3985622)。然而，因?yàn)闁鸥駱?biāo)高數(shù)據(jù)是所有道路的數(shù)據(jù)，由于柵格標(biāo)高數(shù)據(jù)表明了地圖 通過(guò)緯度和經(jīng)度以柵格形式劃分而成的每個(gè)部段(網(wǎng)格)的標(biāo)高，而不論每個(gè)部段中是否 存在道路，所以柵格標(biāo)高數(shù)據(jù)難以使用。日本專(zhuān)利No. 3985622公開(kāi)了一種參照諸如橋梁或 隧道等位置(特定點(diǎn)數(shù)據(jù))(其中實(shí)際道路的標(biāo)高、坡度等數(shù)據(jù)是已知的)和柵格標(biāo)高數(shù)據(jù) 來(lái)估算道路坡度的導(dǎo)航系統(tǒng)。然而，使用了存儲(chǔ)在地圖數(shù)據(jù)中的特定點(diǎn)數(shù)據(jù)、以及柵格標(biāo)高數(shù)據(jù)的日本專(zhuān)利 No. 3985622的導(dǎo)航系統(tǒng)僅確保了特定點(diǎn)數(shù)據(jù)周?chē)臉?biāo)高的精度，而能夠精確估算坡度的道 路受到限制。即，難以獲取與特定點(diǎn)數(shù)據(jù)分隔較遠(yuǎn)的道路的精確坡度信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種能夠高密度地獲取道路坡度值的坡度信息計(jì)算系統(tǒng)、一種車(chē)輛 行駛控制系統(tǒng)、一種導(dǎo)航系統(tǒng)、以及一種坡度信息計(jì)算方法。本發(fā)明的第一方面涉及一種坡度信息計(jì)算系統(tǒng)。該坡度信息計(jì)算系統(tǒng)包括第一 計(jì)算單元，其通過(guò)自主導(dǎo)航檢測(cè)三維位置信息，并基于給定時(shí)間段內(nèi)的行進(jìn)距離以及通過(guò) 將行進(jìn)距離投影在水平面上所獲得的平面距離來(lái)計(jì)算道路上的給定點(diǎn)的第一坡度值(例 如坡度數(shù)據(jù)B)；道路地圖信息存儲(chǔ)單元，其存儲(chǔ)道路地圖信息，道路地圖信息通過(guò)位置信
5息已知的第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)以及連接第一節(jié)點(diǎn)與第二節(jié)點(diǎn)的鏈路表示每條道路；第二計(jì) 算單元，其由在先測(cè)得的標(biāo)高數(shù)據(jù)估算每個(gè)節(jié)點(diǎn)的標(biāo)高，并基于第一節(jié)點(diǎn)與第二節(jié)點(diǎn)之間 的標(biāo)高差以及鏈路的長(zhǎng)度來(lái)計(jì)算鏈路的第二坡度值；以及坡度數(shù)據(jù)選擇單元，其將第一坡 度值與第二坡度值進(jìn)行比較，并根據(jù)第一坡度值與第二坡度值之差來(lái)選擇第一坡度值和第 二坡度值中的一個(gè)采用為給定點(diǎn)或鏈路的坡度值。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，坡度信息計(jì)算系統(tǒng)使用由在先測(cè)量的標(biāo)高數(shù)據(jù)所獲得的 第二坡度值來(lái)校正通過(guò)自主導(dǎo)航實(shí)際測(cè)量的第一坡度值，以便獲取高密度的坡度值同時(shí)確 保其精度。在本發(fā)明的第一方面，當(dāng)?shù)谝黄露戎蹬c第二坡度值之差較大時(shí)，坡度數(shù)據(jù)選擇單 元可選擇第二坡度值；或者當(dāng)?shù)谝黄露戎当鹊诙露戎荡箢A(yù)定值或更多時(shí)，坡度數(shù)據(jù)選擇 單元可選擇第二坡度值。在該情況下，預(yù)定值可為第二坡度值的50%。在本發(fā)明的第一方面中，第二計(jì)算單元可由測(cè)得的每個(gè)網(wǎng)格的標(biāo)高數(shù)據(jù)選擇距目 標(biāo)節(jié)點(diǎn)給定距離內(nèi)的標(biāo)高數(shù)據(jù)，其中網(wǎng)格由以規(guī)定柵格間距布置的緯度和經(jīng)度限定；并可 根據(jù)標(biāo)高數(shù)據(jù)的測(cè)量位置與節(jié)點(diǎn)之間的距離對(duì)給定距離內(nèi)的標(biāo)高數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)，從而估算 加權(quán)標(biāo)高數(shù)據(jù)的平均值作為節(jié)點(diǎn)的標(biāo)高。此外，在本發(fā)明的第一方面，第二計(jì)算單元可由測(cè) 得的每個(gè)網(wǎng)格的標(biāo)高數(shù)據(jù)選擇目標(biāo)節(jié)點(diǎn)所屬的網(wǎng)格的標(biāo)高數(shù)據(jù)、以及圍繞網(wǎng)格的八個(gè)網(wǎng)格 的標(biāo)高數(shù)據(jù)，其中網(wǎng)格由以規(guī)定柵格間距布置的緯度和經(jīng)度限定；并可根據(jù)標(biāo)高數(shù)據(jù)的測(cè) 量位置與節(jié)點(diǎn)之間的距離對(duì)所述網(wǎng)格和圍繞的八個(gè)網(wǎng)格的標(biāo)高數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)，從而估算加 權(quán)標(biāo)高數(shù)據(jù)的平均值作為節(jié)點(diǎn)的標(biāo)高。在本發(fā)明的第一方面，當(dāng)?shù)缆返貓D信息包括含有標(biāo)高數(shù)據(jù)已登記的人工建造物的 鏈路時(shí)，第二計(jì)算單元可采用由人工建造物的端點(diǎn)的標(biāo)高數(shù)據(jù)與鏈路的長(zhǎng)度計(jì)算出的坡度 值作為第二坡度值。根據(jù)本發(fā)明第一方面的坡度信息計(jì)算系統(tǒng)還可包括準(zhǔn)則信息存儲(chǔ)單元，其存儲(chǔ) 為每種道路類(lèi)型的坡度規(guī)定坡度上限的準(zhǔn)則信息；以及坡度上限確定單元，其讀取基于道 路類(lèi)型的坡度上限，并且當(dāng)通過(guò)計(jì)算獲得的第二坡度值大于坡度上限時(shí)，采用坡度上限作 為給定點(diǎn)或鏈路的坡度值。此外，根據(jù)本發(fā)明第一方面的坡度信息計(jì)算系統(tǒng)還可包括準(zhǔn)則 信息存儲(chǔ)單元，其存儲(chǔ)為每種道路類(lèi)型的坡度規(guī)定坡度上限的準(zhǔn)則信息；以及坡度上限確 定單元，其讀取基于道路類(lèi)型的坡度上限，并且當(dāng)通過(guò)計(jì)算獲得的第二坡度值大于坡度上 限時(shí)，采用坡度上限作為第二坡度值。根據(jù)本發(fā)明第一方面的坡度信息計(jì)算系統(tǒng)還可包括發(fā)送器，其將由第一計(jì)算單 元計(jì)算出的第一坡度值發(fā)送到服務(wù)器；以及接收器，其從服務(wù)器接收由另一車(chē)輛計(jì)算出的 第一坡度值。根據(jù)本發(fā)明第二方面的車(chē)輛行駛控制系統(tǒng)包括如上所述的坡度信息計(jì)算系統(tǒng)以 及車(chē)輛控制器，該車(chē)輛控制器利用由坡度數(shù)據(jù)選擇單元選擇的坡度值進(jìn)行車(chē)輛控制。根據(jù)本發(fā)明第三方面的導(dǎo)航系統(tǒng)包括如上所述的坡度信息計(jì)算系統(tǒng)、GPS接收器、 以及顯示單元，顯示單元顯示包括通過(guò)自主導(dǎo)航檢測(cè)到的位置的道路地圖。根據(jù)本發(fā)明第四方面的坡度信息計(jì)算方法包括以下步驟通過(guò)自主導(dǎo)航檢測(cè)三維 位置信息；基于給定時(shí)間段內(nèi)行進(jìn)距離以及通過(guò)將行進(jìn)距離投影在水平面上所獲得的平面 距離來(lái)計(jì)算道路上的給定點(diǎn)的第一坡度值；由在先測(cè)得的標(biāo)高數(shù)據(jù)估算道路上第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)的標(biāo)高；基于第一節(jié)點(diǎn)與第二節(jié)點(diǎn)的標(biāo)高差以及鏈路的長(zhǎng)度來(lái)計(jì)算連接第一節(jié)點(diǎn) 與第二節(jié)點(diǎn)的鏈路的第二坡度值；將第一坡度值與第二坡度值進(jìn)行比較，并計(jì)算第一坡度 值與第二坡度值之差；以及根據(jù)計(jì)算出的差值來(lái)選擇第一坡度值和第二坡度值中的一個(gè)采 用作為給定點(diǎn)或鏈路的坡度值。在本發(fā)明的第四方面，當(dāng)鏈路是標(biāo)高數(shù)據(jù)已登記的人工建造物時(shí)，采用由人工建 造物的端點(diǎn)的標(biāo)高數(shù)據(jù)與鏈路的長(zhǎng)度計(jì)算出的坡度值作為第二坡度值。根據(jù)本發(fā)明第四方面的坡度信息計(jì)算方法，還包括以下步驟存儲(chǔ)為每種道路類(lèi) 型的坡度規(guī)定坡度上限的準(zhǔn)則信息；以及讀取基于道路類(lèi)型的坡度上限，并且當(dāng)通過(guò)計(jì)算 獲得的第二坡度值大于坡度上限時(shí)，采用坡度上限作為給定點(diǎn)或鏈路的坡度值。根據(jù)本發(fā) 明第四方面的坡度信息計(jì)算方法，還包括以下步驟將計(jì)算出的第一坡度值發(fā)送到服務(wù)器； 以及從服務(wù)器接收由另一車(chē)輛計(jì)算出的第一坡度值。根據(jù)本發(fā)明的以上方面，能夠提供能夠高密度地獲取道路坡度值的坡度信息計(jì)算 系統(tǒng)、車(chē)輛行駛控制系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、以及坡度信息計(jì)算方法。


將結(jié)合附圖在本發(fā)明示例性實(shí)施方式的以下詳細(xì)描述中描述本發(fā)明的特征、優(yōu)點(diǎn) 以及技術(shù)和工業(yè)意義，在附圖中相似的標(biāo)號(hào)指代相似的元件，并且其中圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的包括導(dǎo)航系統(tǒng)的車(chē)輛行駛控制系統(tǒng)的框圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的道路坡度學(xué)習(xí)單元的功能框圖；圖3是概略地示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的坡度值的計(jì)算的圖；圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式存儲(chǔ)在道路坡度學(xué)習(xí)DB中的坡度值θ b的示 例的圖；圖5是概略地示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式由柵格標(biāo)高數(shù)據(jù)計(jì)算坡度值的方式的 圖；圖6是概略地示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式基于人工建造物計(jì)算坡度值θ a2的方 式的圖7A是示出了本發(fā)明實(shí)施方式中由根據(jù)道路類(lèi)型的法令規(guī)定的縱向斜度或坡度 的示例的圖；圖7B是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的道路類(lèi)型的示例的圖；圖8是概略地示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的服務(wù)器與車(chē)輛之間的關(guān)系的圖；以及圖9A是示出本發(fā)明實(shí)施方式的導(dǎo)航系統(tǒng)確定坡度數(shù)據(jù)A-C的程序的流程圖；圖9B是示出本發(fā)明實(shí)施方式的導(dǎo)航系統(tǒng)確定坡度數(shù)據(jù)A-C的程序的流程圖。
具體實(shí)施例方式將參照附圖描述本發(fā)明的示例性實(shí)施方式。圖1是根據(jù)本發(fā)明該實(shí)施方式的包 括導(dǎo)航系統(tǒng)50的車(chē)輛行駛控制系統(tǒng)60的框圖。導(dǎo)航系統(tǒng)50從三種坡度數(shù)據(jù)(坡度數(shù)據(jù) A-C)中獲取坡度值。作為第二坡度值的坡度數(shù)據(jù)A是選自以下三種坡度值(A1-A3)的固定坡度值。即， 坡度數(shù)據(jù)A包括基于通常可獲得的數(shù)值的固定值。雖然坡度數(shù)據(jù)A的值可能是可靠的，但未必能夠獲得每條道路的坡度數(shù)據(jù)A。Al)由日本國(guó)土地理院公布的柵格標(biāo)高數(shù)據(jù)計(jì)算的坡度值。A2)通過(guò)使用標(biāo)高已知的人工建造物來(lái)計(jì)算的坡度值。A3)法令規(guī)定的道路坡度準(zhǔn)則中的坡度值。另一方面，作為第一坡度值的坡度數(shù)據(jù)B是由在道路上實(shí)際行駛期間所測(cè)得的信 息計(jì)算出的坡度值。作為第一坡度值的坡度數(shù)據(jù)C是來(lái)自于坡度數(shù)據(jù)B的坡度值，數(shù)據(jù)從 用作探測(cè)車(chē)的每臺(tái)車(chē)輛發(fā)送到服務(wù)器70，在服務(wù)器70中累積，并從服務(wù)器70發(fā)送到例如沒(méi) 有在相關(guān)道路上行進(jìn)過(guò)的車(chē)輛。因此，坡度數(shù)據(jù)B和坡度數(shù)據(jù)C由相同方式計(jì)算出。當(dāng)本實(shí)施方式的導(dǎo)航系統(tǒng)50以上述方式獲得坡度數(shù)據(jù)A-C時(shí)，車(chē)輛行駛控制系統(tǒng) 60在控制車(chē)輛時(shí)將坡度數(shù)據(jù)B或坡度數(shù)據(jù)C與坡度數(shù)據(jù)A進(jìn)行比較，并根據(jù)坡度數(shù)據(jù)B或C 與坡度數(shù)據(jù)A中較可靠的一個(gè)坡度數(shù)據(jù)來(lái)制作能耗預(yù)案。由于坡度數(shù)據(jù)B或C是計(jì)算出的 值，所以傳感器11的測(cè)量值中因車(chē)輛振動(dòng)等而含有的誤差可能在坡度數(shù)據(jù)B或C中積累， 使得坡度數(shù)據(jù)B或C可能與實(shí)際坡度不同。另一方面，坡度值A(chǔ)是高度可靠的固定值。因 此，當(dāng)坡度數(shù)據(jù)B或C沒(méi)有比坡度數(shù)據(jù)A大很多時(shí)，它們被認(rèn)為是高度可靠的。例如，坡度 數(shù)據(jù)B或C可局限于等于或小于坡度數(shù)據(jù)A的坡度值，以確保足夠高的可靠性；或者當(dāng)坡度 數(shù)據(jù)B或C比坡度數(shù)據(jù)A大50%或更多時(shí)，可判定坡度數(shù)據(jù)B或C過(guò)大(可靠性低)。因此，本實(shí)施方式的導(dǎo)航系統(tǒng)50由車(chē)輛的實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算出坡度值，從而以較 高的密度獲取實(shí)際測(cè)量的坡度數(shù)據(jù)B，并且根據(jù)坡度數(shù)據(jù)B的可靠性而用固定坡度數(shù)據(jù)A校 正坡度數(shù)據(jù)B，從而確保作為結(jié)果的坡度值有足夠高的可靠性。在以下描述中，構(gòu)成坡度數(shù) 據(jù)A-C的值將被稱(chēng)為“坡度值”，但坡度數(shù)據(jù)A-C和坡度值彼此交疊，不需要對(duì)它們進(jìn)行嚴(yán)格 區(qū)分。導(dǎo)航系統(tǒng)50上述傳感器11例如包括GPS(全球定位系統(tǒng))接收器、車(chē)速傳感器、橫擺率傳感 器、陀螺儀傳感器等等，并且用于檢測(cè)當(dāng)前車(chē)輛位置信息12和路徑信息13。導(dǎo)航系統(tǒng)50以 下面將要描述的方法基于上述傳感器的測(cè)量值計(jì)算當(dāng)前車(chē)輛位置信息12。系統(tǒng)50能夠由 過(guò)往當(dāng)前位置信息12的歷史和最近的當(dāng)前位置信息12來(lái)檢測(cè)路徑信息13，并由路徑信息 13預(yù)測(cè)車(chē)輛將要行駛的道路。在設(shè)定或輸入有目的地的情況下，關(guān)于通向目的地的路徑的 路徑信息13登記在導(dǎo)航系統(tǒng)50中。如果路徑信息13是已知的，則導(dǎo)航系統(tǒng)50能夠基于 每條道路的坡度值來(lái)制作能耗預(yù)案。導(dǎo)航系統(tǒng)50具有顯示單元，該顯示單元上顯示包括當(dāng)前位置信息12或路徑信息 13的道路地圖。在操作中，導(dǎo)航系統(tǒng)50根據(jù)當(dāng)前位置信息12讀取存儲(chǔ)在地圖DB17中的道 路地圖信息，并且將該信息與指示車(chē)輛的符號(hào)一起顯示在顯示單元上。坡度數(shù)據(jù)B以下將介紹坡度數(shù)據(jù)B的計(jì)算。導(dǎo)航系統(tǒng)50是計(jì)算機(jī)，其中CPU、RAM、R0M、非易失 性存儲(chǔ)器、用于在E⑶中通訊的通訊單元、以及輸入和輸出接口均通過(guò)內(nèi)部總線連接。CPU 執(zhí)行特定程序從而實(shí)現(xiàn)道路坡度學(xué)習(xí)單元14。道路坡度學(xué)習(xí)單元14計(jì)算車(chē)輛已經(jīng)行進(jìn)過(guò) 的道路的坡度，并對(duì)應(yīng)地圖DB17的鏈路存儲(chǔ)坡度數(shù)據(jù)B。地圖DB17由HDD (硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器) 或諸如閃存的非易失性存儲(chǔ)器提供，并且存儲(chǔ)與諸如緯度和經(jīng)度等位置信息相關(guān)的道路地 圖信息。
圖2是道路坡度學(xué)習(xí)單元14的功能性框圖。在圖2中，使用與圖1中所用的相同 的附圖標(biāo)記來(lái)識(shí)別與圖1中相同的部件或單元。GPS接收器基于從多個(gè)GPS衛(wèi)星發(fā)送的無(wú) 線電波到達(dá)接收器的所耗時(shí)長(zhǎng)來(lái)檢測(cè)車(chē)輛位置信息。車(chē)速傳感器檢測(cè)當(dāng)以固定間距安裝在 設(shè)于本車(chē)輛各車(chē)輪處的轉(zhuǎn)軸圓周上的凸起經(jīng)過(guò)傳感器時(shí)的磁通量變化，并且在車(chē)輛每行進(jìn) 給定距離時(shí)產(chǎn)生脈沖。橫擺率傳感器或陀螺儀傳感器例如是通過(guò)微細(xì)加工形成的振簧式陀螺儀傳感器。 這種類(lèi)型的陀螺儀傳感器將根據(jù)本車(chē)轉(zhuǎn)速產(chǎn)生的科里奧利力輸出為表示電極之間變化的 電壓信號(hào)。由于轉(zhuǎn)動(dòng)角度通過(guò)將轉(zhuǎn)動(dòng)速度對(duì)時(shí)間進(jìn)行積分而獲得，所以可通過(guò)將橫擺率傳 感器或陀螺儀傳感器的輸出對(duì)時(shí)間進(jìn)行積分而獲得關(guān)于車(chē)輛行進(jìn)或行駛方向的信息。車(chē)輛 行進(jìn)方向被分成水平方向和標(biāo)高角方向，且橫擺率傳感器或陀螺儀傳感器檢測(cè)繞兩個(gè)或三 個(gè)車(chē)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，能夠檢測(cè)在方位角(水平方向)和標(biāo)高角(俯仰角度方向)方面的行 進(jìn)方向。在本實(shí)施方式中，坡度數(shù)據(jù)B特別利用標(biāo)高角計(jì)算得出。存儲(chǔ)在道路地圖DB17中的道路地圖信息是表格形式的數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)用表示 連接相鄰鏈路的節(jié)點(diǎn)(位于鏈路上的某些區(qū)間處的交點(diǎn)或點(diǎn))的節(jié)點(diǎn)信息與表示構(gòu)成道路 的鏈路的鏈路信息相關(guān)聯(lián)。鏈路信息包括每個(gè)鏈路的長(zhǎng)度和寬度、節(jié)點(diǎn)、鏈路在節(jié)點(diǎn)處的連 接方向等；因此，從道路地圖信息復(fù)制了實(shí)際道路網(wǎng)。此外，在地圖DB17中，每個(gè)鏈路都登 記了一個(gè)道路屬性或多個(gè)屬性(如山區(qū)中的隧道、橋梁、或鐵路道口)和道路類(lèi)型(如公路 或高速公路，或普通道路)。在本實(shí)施方式中，以鏈路上例如一米至幾米的區(qū)間來(lái)計(jì)算和存 儲(chǔ)坡度值(坡度數(shù)據(jù)B)。行駛距離計(jì)算單元141通過(guò)將由車(chē)速傳感器檢測(cè)到的車(chē)速對(duì)時(shí)間進(jìn)行積分或者 通過(guò)累計(jì)由車(chē)速傳感器檢測(cè)到的脈沖來(lái)計(jì)算車(chē)輛的行駛距離m。本車(chē)位置計(jì)算單元142通 過(guò)以下方式計(jì)算當(dāng)前位置信息12 由通過(guò)GPS接收器檢測(cè)到的位置信息開(kāi)始，并且沿著由 陀螺儀傳感器等檢測(cè)到的行進(jìn)方向?qū)⒂尚旭偩嚯x計(jì)算單元141所計(jì)算的行駛距離m累積到 檢測(cè)到的位置信息上。此外，本車(chē)位置計(jì)算單元142通過(guò)地圖匹配來(lái)確定車(chē)輛位置，其中地 圖匹配用于基于當(dāng)前位置信息12或路徑信息13將車(chē)輛位置映射到地圖DB17中車(chē)輛極有 可能所在的位置(鏈路)。每當(dāng)經(jīng)過(guò)特定的周期時(shí)間(例如，100毫秒到幾秒)，本車(chē)位置計(jì)算單元142由方 位角和標(biāo)高角計(jì)算三維空間上的當(dāng)前位置信息12，從而獲得車(chē)輛相對(duì)于某參考位置的坐標(biāo) 信息(X，Y，Z)。坡度值由坐標(biāo)信息計(jì)算得出。圖3示意性地示出了坡度值的計(jì)算。假設(shè)車(chē)輛在周期時(shí)間內(nèi)從點(diǎn)P(X1，Yl, Zl) 移動(dòng)到Q(X2，Y2，Z2)，此時(shí)刻的行駛距離(行進(jìn)距離)m通過(guò)行駛距離計(jì)算單元141計(jì)算得 出。在這種情況下，坡度值9 b是由XY平面(水平面)與線段PQ形成的角度。因此，坡度 值θ b由通過(guò)將線段PQ投影在XY平面上獲得的平面距離Ll以及行駛距離m計(jì)算得出。首先，平面距離計(jì)算單元143根據(jù)以下表達(dá)式計(jì)算平面距離Li。平面距離Ll = V {(X2-X1)2+(Y2-Y1)2} (1)然后，坡度計(jì)算單元144根據(jù)以下表達(dá)式計(jì)算坡度值θ b。坡度值 θ b = arccos (Ll/m) (2)如果周期時(shí)間的時(shí)長(zhǎng)足夠短，則線段PQ的長(zhǎng)度與行駛距離m之間的差異可以忽 略。在本實(shí)施方式中，行駛距離m優(yōu)選為大約1米的短距離，使得行駛距離m可以接近線段PQ。輸出單元145將坡度值θ b與由本車(chē)位置計(jì)算單元142計(jì)算出的坐標(biāo)信息(XI， Yl)相關(guān)聯(lián)，并將結(jié)果生成到記錄單元146。記錄單元146將每一米的坐標(biāo)值θ b存儲(chǔ)到 由坐標(biāo)信息(XI，Yl)指定的鏈路上。其結(jié)果是，坡度值θ b以高密度存儲(chǔ)在道路坡度學(xué)習(xí) DB21中。坡度值θ b可直接存儲(chǔ)到地圖DB17中。圖4示出了存儲(chǔ)在道路坡度學(xué)習(xí)DB21中的坡度值eb的示例。在圖4中，(XI， Yl)至(X6，Y6)表示鏈路001上的給定位置。如果給定位置的絕對(duì)標(biāo)高值是已知的，則能 夠獲得(XI，Yl)至(X6，Y6)的標(biāo)高；因此，標(biāo)高數(shù)據(jù)可以連同坡度值9 b—起存儲(chǔ)。給定 位置的絕對(duì)標(biāo)高值可由例如GPS接收器獲得，或者可通過(guò)θ b的累計(jì)獲得。坡度倌A以下將介紹坡度數(shù)據(jù)A。坡度數(shù)據(jù)A從以下三種坡度值θ al- θ a3選擇性地確定。 圖1中的坡度上限確定單元18采用選自三個(gè)坡度值θ al- θ a3的最合適的坡度值作為坡 度數(shù)據(jù)A。Al)由通過(guò)國(guó)土地理院公布的柵格標(biāo)高數(shù)據(jù)計(jì)算出的坡度圖5是概略地示出了基于柵格標(biāo)高數(shù)據(jù)計(jì)算坡度值θ al的方式的圖。如圖5所 示，地圖由經(jīng)度平行線和緯度平行線分成包括50平方米或網(wǎng)格的柵格形式，且表示柵格形 式中地圖劃分成的各個(gè)網(wǎng)格之標(biāo)高的柵格標(biāo)高數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在由國(guó)土地理院發(fā)布的圖1中的 數(shù)字地圖15中。因此，與坡度數(shù)據(jù)B相比，柵格標(biāo)高數(shù)據(jù)可能是較為粗略的數(shù)據(jù)，但是該粗 略性對(duì)坡度信息的計(jì)算的影響很小，因?yàn)槠露葦?shù)據(jù)A用作替代坡度數(shù)據(jù)B的補(bǔ)充數(shù)據(jù)。由 國(guó)土地理院發(fā)布的數(shù)字地圖15可以預(yù)先存儲(chǔ)在車(chē)輛中，或者可從服務(wù)器70下載并使用。圖1中的柵格標(biāo)高計(jì)算單元161基于當(dāng)前位置信息12參照地圖DB17依次檢測(cè)最 接近當(dāng)前位置信息12的節(jié)點(diǎn)D(以下將稱(chēng)為“目標(biāo)節(jié)點(diǎn)”)。具有一些圍繞目標(biāo)節(jié)點(diǎn)D的網(wǎng) 格，并且已經(jīng)測(cè)得每個(gè)網(wǎng)格的柵格標(biāo)高數(shù)據(jù)。在圖5中，圍繞目標(biāo)節(jié)點(diǎn)D的網(wǎng)格的柵格標(biāo)高 數(shù)據(jù)由Zl至Z9表示。柵格標(biāo)高計(jì)算單元161根據(jù)每個(gè)網(wǎng)格與目標(biāo)節(jié)點(diǎn)D之間的距離對(duì)圍繞網(wǎng)格的柵格 標(biāo)高數(shù)據(jù)Zl至Z9進(jìn)行平均處理，從而計(jì)算目標(biāo)節(jié)點(diǎn)D的估算標(biāo)高Kl。估算標(biāo)高Kl可根據(jù) 例如以下表達(dá)式計(jì)算得出。
權(quán)利要求
1.一種坡度信息計(jì)算系統(tǒng)，包括第一計(jì)算單元，所述第一計(jì)算單元通過(guò)自主導(dǎo)航檢測(cè)三維位置信息，并基于給定時(shí)間 段內(nèi)行進(jìn)的距離以及通過(guò)將所行進(jìn)的距離投影在水平面上所獲得的平面距離來(lái)計(jì)算道路 上的給定點(diǎn)的第一坡度值；道路地圖信息存儲(chǔ)單元，所述道路地圖信息存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)道路地圖信息，所述道路地 圖信息通過(guò)位置信息已知的第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)以及連接所述第一節(jié)點(diǎn)與所述第二節(jié)點(diǎn) 的鏈路表現(xiàn)每條道路；第二計(jì)算單元，所述第二計(jì)算單元從先前測(cè)得的標(biāo)高數(shù)據(jù)估算每個(gè)所述節(jié)點(diǎn)的標(biāo)高， 并基于所述第一節(jié)點(diǎn)與所述第二節(jié)點(diǎn)之間的標(biāo)高差以及所述鏈路的長(zhǎng)度來(lái)計(jì)算所述鏈路 的第二坡度值；以及坡度數(shù)據(jù)選擇單元，所述坡度數(shù)據(jù)選擇單元將所述第一坡度值與所述第二坡度值進(jìn)行 比較，并根據(jù)所述第一坡度值與所述第二坡度值之間的差選擇所述第一坡度值和所述第二 坡度值中的一個(gè)以被采用作為所述給定點(diǎn)或所述鏈路的坡度值。
2.如權(quán)利要求1所述的坡度信息計(jì)算系統(tǒng)，其中，當(dāng)所述第一坡度值與所述第二坡度 值之間的差大時(shí)，所述坡度數(shù)據(jù)選擇單元選擇所述第二坡度值。
3.如權(quán)利要求2所述的坡度信息計(jì)算系統(tǒng)，其中，當(dāng)所述第一坡度值比所述第二坡度 值大預(yù)定值或更多時(shí)，所述坡度數(shù)據(jù)選擇單元選擇所述第二坡度值。
4.如權(quán)利要求3所述的坡度信息計(jì)算系統(tǒng)，其中，所述預(yù)定值是所述第二坡度值的 50%。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的坡度信息計(jì)算系統(tǒng)，其中，由以規(guī)定柵格間距布置 的緯度和經(jīng)度限定有網(wǎng)格，所述第二計(jì)算單元從對(duì)每個(gè)所述網(wǎng)格所測(cè)得的標(biāo)高數(shù)據(jù)中選擇 距所針對(duì)的節(jié)點(diǎn)在給定距離內(nèi)的標(biāo)高數(shù)據(jù)；并且所述第二計(jì)算單元根據(jù)所述標(biāo)高數(shù)據(jù)的測(cè) 量位置與所述節(jié)點(diǎn)之間的距離對(duì)在所述給定距離內(nèi)的標(biāo)高數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)，從而估算所加權(quán) 的標(biāo)高數(shù)據(jù)的平均值作為所述節(jié)點(diǎn)的標(biāo)高。
6.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的坡度信息計(jì)算系統(tǒng)，其中，由以規(guī)定柵格間距布 置的緯度和經(jīng)度限定有網(wǎng)格，所述第二計(jì)算單元從對(duì)每個(gè)所述網(wǎng)格所測(cè)得的標(biāo)高數(shù)據(jù)中選 擇所針對(duì)的節(jié)點(diǎn)所屬的一個(gè)網(wǎng)格的標(biāo)高數(shù)據(jù)、以及圍繞所述一個(gè)網(wǎng)格的八個(gè)網(wǎng)格的標(biāo)高數(shù) 據(jù)；并且所述第二計(jì)算單元根據(jù)所述標(biāo)高數(shù)據(jù)的測(cè)量位置與所述節(jié)點(diǎn)之間的距離對(duì)所述一 個(gè)網(wǎng)格和圍繞的所述八個(gè)網(wǎng)格的標(biāo)高數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)，從而估算所加權(quán)的標(biāo)高數(shù)據(jù)的平均值 作為所述節(jié)點(diǎn)的標(biāo)高。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的坡度信息計(jì)算系統(tǒng)，其中，當(dāng)所述道路地圖信息包含有包括標(biāo)高數(shù)據(jù)被登記的人工建造物的鏈路時(shí)，所述第二計(jì) 算單元采用從所述人工建造物的端點(diǎn)的標(biāo)高數(shù)據(jù)和所述鏈路的長(zhǎng)度計(jì)算出的坡度值作為 所述第二坡度值。
8.如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的坡度信息計(jì)算系統(tǒng)，還包括準(zhǔn)則信息存儲(chǔ)單元，所述準(zhǔn)則信息存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)準(zhǔn)則信息，所述準(zhǔn)則信息規(guī)定了每種 道路類(lèi)型的坡度的坡度上限；以及坡度上限確定單元，所述坡度上限確定單元基于所述道路類(lèi)型讀取所述坡度上限，并 且當(dāng)通過(guò)計(jì)算獲得的所述第二坡度值大于所述坡度上限時(shí)，采用所述坡度上限作為所述給定點(diǎn)或所述鏈路的坡度值。
9.如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的坡度信息計(jì)算系統(tǒng)，還包括準(zhǔn)則信息存儲(chǔ)單元，所述準(zhǔn)則信息存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)準(zhǔn)則信息，所述準(zhǔn)則信息規(guī)定了每種 道路類(lèi)型的坡度的坡度上限；以及坡度上限確定單元，所述坡度上限確定單元基于所述道路類(lèi)型讀取所述坡度上限，并 且當(dāng)通過(guò)計(jì)算獲得的所述第二坡度值大于所述坡度上限時(shí)，采用所述坡度上限作為所述第 二坡度值。
10.如權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的坡度信息計(jì)算系統(tǒng)，還包括發(fā)送器，所述發(fā)送器將由所述第一計(jì)算單元計(jì)算出的所述第一坡度值發(fā)送到服務(wù)器；以及接收器，所述接收器從所述服務(wù)器接收由另外的車(chē)輛計(jì)算出的所述第一坡度值。
11.一種車(chē)輛行駛控制系統(tǒng)，包括如權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的坡度信息計(jì)算系統(tǒng)，以及 車(chē)輛控制器，所述車(chē)輛控制器利用由所述坡度數(shù)據(jù)選擇單元選擇的所述坡度值進(jìn)行車(chē) 輛控制。
12.—種導(dǎo)航系統(tǒng)，包括如權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的坡度信息計(jì)算系統(tǒng)； GPS接收器；以及顯示單元，所述顯示單元顯示包括通過(guò)自主導(dǎo)航檢測(cè)到的位置的道路地圖。
13.一種坡度信息計(jì)算方法，包括 通過(guò)自主導(dǎo)航檢測(cè)三維位置信息；基于給定時(shí)間段內(nèi)行進(jìn)的距離以及通過(guò)將所行進(jìn)的距離投影在水平面上所獲得的平 面距離來(lái)計(jì)算道路上的給定點(diǎn)的第一坡度值；從先前測(cè)得的標(biāo)高數(shù)據(jù)估算所述道路上第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)的標(biāo)高； 基于所述第一節(jié)點(diǎn)與所述第二節(jié)點(diǎn)之間的標(biāo)高差以及連接所述第一節(jié)點(diǎn)與所述第二 節(jié)點(diǎn)的鏈路的長(zhǎng)度來(lái)計(jì)算所述鏈路的第二坡度值；將所述第一坡度值與所述第二坡度值進(jìn)行比較，并計(jì)算所述第一坡度值與所述第二坡 度值之間的差；以及根據(jù)所計(jì)算出的差來(lái)選擇所述第一坡度值和所述第二坡度值中的一個(gè)以被采用作為 所述給定點(diǎn)或所述鏈路的坡度值。
14.如權(quán)利要求13所述的坡度信息計(jì)算方法，其中，當(dāng)所述鏈路包括標(biāo)高數(shù)據(jù)被登記的人工建造物時(shí)，采用從所述人工建造物的端點(diǎn)的標(biāo) 高數(shù)據(jù)和所述鏈路的長(zhǎng)度計(jì)算出的坡度值作為所述第二坡度值。
15.如權(quán)利要求13或14所述的坡度信息計(jì)算方法，還包括存儲(chǔ)準(zhǔn)則信息，所述準(zhǔn)則信息規(guī)定了每種道路類(lèi)型的坡度的坡度上限；以及 基于所述道路類(lèi)型讀取所述坡度上限，并且當(dāng)通過(guò)計(jì)算獲得的所述第二坡度值大于所 述坡度上限時(shí)，采用所述坡度上限作為所述給定點(diǎn)或所述鏈路的坡度值。
16.如權(quán)利要求13至15中任一項(xiàng)所述的坡度信息計(jì)算方法，還包括 將計(jì)算出的所述第一坡度值發(fā)送到服務(wù)器；以及從所述服務(wù)器接收由另外的車(chē)輛計(jì)算出的所述第一坡度值。
全文摘要
一種坡度信息計(jì)算系統(tǒng)，包括第一計(jì)算單元(14)，其通過(guò)自主導(dǎo)航檢測(cè)三維位置信息，并基于行進(jìn)距離(m)以及通過(guò)將行進(jìn)距離(m)投影在水平面上所獲得的平面距離(L1)來(lái)計(jì)算第一坡度值(θb，B)；道路地圖信息存儲(chǔ)單元(17)，其存儲(chǔ)道路地圖信息，道路地圖信息通過(guò)位置信息已知的節(jié)點(diǎn)以及連接節(jié)點(diǎn)的鏈路表示每條道路；第二計(jì)算單元(16)，其由在先測(cè)得的標(biāo)高數(shù)據(jù)估算每個(gè)節(jié)點(diǎn)的標(biāo)高，并基于節(jié)點(diǎn)之間的標(biāo)高差以及鏈路長(zhǎng)度來(lái)計(jì)算第二坡度值(A)；以及坡度數(shù)據(jù)選擇單元(19)，其根據(jù)第一和第二坡度值之差來(lái)選擇第一和第二坡度值之一采用為鏈路的坡度值。
文檔編號(hào)B60W40/06GK102089196SQ200980110465
公開(kāi)日2011年6月8日 申請(qǐng)日期2009年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月27日
發(fā)明者倉(cāng)石守, 菅沼英明 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車(chē)株式會(huì)社