本發(fā)明涉及車輛自動換擋領(lǐng)域，尤其涉及一種基于道路參數(shù)的擋位變換方法。

背景技術(shù)：

隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，車輛自動變換技術(shù)(廣泛使用的是AT和AMT)已經(jīng)得到廣泛的使用。雖然自動擋位變換在一定程度上減輕了駕駛負擔(dān)，但是同時人們對汽車駕駛的舒適性、動力性及經(jīng)濟性也提出了越來越高的要求。汽車在行駛過程中，為了使車輛的擋位變換與當(dāng)前道路環(huán)境相適應(yīng)，需要在行駛中實時根據(jù)道路情況執(zhí)行擋位變換，以使擋位與道路情況相協(xié)調(diào)，只有符合道路情況的擋位變換，才能增加車輛駕駛的舒適性，提高動力性與經(jīng)濟性，而現(xiàn)在AT和AMT使用的擋位變換是缺少道路參數(shù)的常規(guī)擋位變換方法，這樣的擋位變換有時不適合于當(dāng)前道路環(huán)境，或與駕駛員駕駛意圖相違背，如坡路時容易出現(xiàn)循環(huán)換檔或頻繁換檔的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于道路參數(shù)的擋位變換方法，使擋位變換與當(dāng)前道路環(huán)境相適配。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明方案包括：

一種基于道路參數(shù)的擋位變換方法，其包括以下步驟：

將汽車的GPS接收機輸出的定位數(shù)據(jù)與電子地圖進行匹配確定車輛位置與運行路線，將道路參數(shù)與車輛擋位進行匹配，根據(jù)具體道路參數(shù)切換汽車擋位。

所述的擋位變換方法，其中，上述擋位變換方法包括：

確定候選路段集是根據(jù)GPS接收機或其它定位傳感器提供的車輛位置信息，在道路網(wǎng)絡(luò)中搜索滿足一定條件的路段作為車輛當(dāng)前行駛路段的候選路段集，以GPS定位點到各個候選路段的距離和GPS提供的行車方向與各個候選路段的方向夾角為依據(jù)，從候選路段集中選出車輛所在的路段，以確定最佳匹配路段。

所述的擋位變換方法，其中，上述擋位變換方法具體的包括：基于GPS接收機的定位系統(tǒng)包括初始定位模式、中繼定位模式與跟蹤定位模式，首先進入中繼定位模式并查看歷史信息是否有效，若為有效，則進入跟蹤定位模式確定候選路段集，若能確定候選路段集，則通過跟蹤定位模式確定最佳匹配路段，若為不能確定候選路段集，則進入初始定位模式后進行初定位后再進入跟蹤定位模式；若中繼定位模式并查看歷史信息為無效，則進入初始定位模式后進行初定位后再進入跟蹤定位模式。

所述的擋位變換方法，其中，上述初始定位模式根據(jù)當(dāng)前GPS接收機給定的定位數(shù)據(jù)、地圖坐標(biāo)范圍及網(wǎng)格劃分，以確定車輛所在的地圖網(wǎng)格，此網(wǎng)格成為候選路段的搜索范圍，落入此網(wǎng)格內(nèi)或與網(wǎng)格相交的路段成為當(dāng)前車輛行駛的候選路段搜索集合；如果GPS定位數(shù)據(jù)落在網(wǎng)格邊界一定范圍內(nèi)，則另一方相鄰的網(wǎng)格也作為搜索范圍；

如果在確定的網(wǎng)格內(nèi)沒有尋找到候選路段，則擴大搜索范圍，向與當(dāng)前網(wǎng)格相鄰的網(wǎng)格搜索，當(dāng)擴大次數(shù)達到預(yù)定值時，暫時停止搜索；然后每間隔固定的時間再進行網(wǎng)格內(nèi)的候選路段的搜索，直到找到候選路段為止，或由于地圖中缺少相關(guān)數(shù)據(jù)而暫停定位；在確定候選路段集后再確定最佳匹配路段。

所述的擋位變換方法，其中，上述中繼定位模式預(yù)置車輛位置信息或者在車輛停車時保存了停車時的位置信息，如果經(jīng)過判斷，GPS給定的定位信息與保存的信息一致，則車輛從停車位置處繼續(xù)行駛，而不必進行候選路段的搜索以及最佳匹配路段的確定，定位系統(tǒng)直接進入跟蹤定位模式；如果二者信息不一致，定位系統(tǒng)進入初始定位模式以確定當(dāng)前行駛的候選路段集；根據(jù)車輛行駛的連續(xù)性，車輛停車后，正常情況下下次行駛時，會從上次停車的位置處繼續(xù)行駛，通過對保存的歷史信息的判斷，避免定位系統(tǒng)每次啟動時都要進行候選道路的搜索。

所述的擋位變換方法，其中，上述跟蹤定位模式在獲得車輛當(dāng)前行駛的路段后，定位系統(tǒng)確定車輛在當(dāng)前路段上的具體位置，在車輛行駛到當(dāng)前路段前方路段交匯處前，車輛將一直在當(dāng)前路段上行駛，除非車輛駛進入路旁停車場或加油站等非道路區(qū)域，此時，將GPS定位點向當(dāng)前路段做投影，投影點即可認(rèn)為是車輛在當(dāng)前路段上的匹配點；

通過道路拓撲關(guān)系得知車行方向上前方路段關(guān)鍵節(jié)點，以此節(jié)點為中心，以最大道路寬度加上GPS最大誤差為半徑，即可確定了節(jié)點處的一個判別區(qū)域Z，對每次取得的GPS定位點，判斷其是否進入此判別區(qū)域，如果在這個判別區(qū)域中，則車輛進入路段交匯處，設(shè)置車輛在交匯處標(biāo)志，對以后的GPS定位點的判斷，如果沒有離開這個判別區(qū)域，則對接收到GPS信號不進行匹配定位處理，而以當(dāng)前關(guān)鍵節(jié)點為車輛位置匹配點；

當(dāng)GPS定位點離開節(jié)點判別區(qū)域后，清除在交匯處標(biāo)志，根據(jù)道路的拓撲關(guān)系確定候選路段集，從候選路段集中選取當(dāng)前最佳匹配路段。

所述的擋位變換方法，其中，上述確定最佳匹配路段具體包括以下步驟：

在確定了車輛行駛的候選路段集S后，需要從候選路段集S中從以下兩種原則中選出一條最佳匹配路段作為車輛當(dāng)前行駛的路段：

A、GPS定位點到候選路段的距離大??；

B、車輛行駛方向與候選路段方向的接近程度；

在以上兩個原則中，GPS定位點到候選路段的距離大小使用GPS定位點P_gps到候選路段的距離d表示，候選路段的方向與車輛行駛方向的一致程度使用GPS接收機提供的車輛行駛方向D_gps與候選路段的夾角θ表示；這兩個原則分別構(gòu)成D-S證據(jù)推理的距離證據(jù)和角度證據(jù)；d_j和d_j+1分別是GPS定位點到路段A_j和A_j+1的距離，θ_j和θ_j+1分別是D_gps與路段A_j和A_j+1的夾角；

在使用D-S證據(jù)推理確定最佳匹配路段時，首先根據(jù)候選路段集合S構(gòu)造識別框U，集合S中元素個數(shù)為n；

U＝{A₁,A₂,…,A_n} A_j∈S 1≤j≤n (1)

在識別框U中A_j稱為命題；命題A_j(1≤j≤n)表示當(dāng)前時刻車輛可能在第j條候選路段上，U表示當(dāng)前時刻不能確定在那條候選路段上；按照下式分別構(gòu)造兩個證據(jù)在識別框U上的基本概率分配函數(shù)：

且有

E＝{A₁,A₂…A_n} A_j∈S,1≤j≤n (5)

其中m₁(A_j)為距離證據(jù)在U上的基本概率分配函數(shù)，m₂(A_j)為角度證據(jù)在U上的基本概率分配函數(shù)；k₁為距離證據(jù)的可靠性參數(shù)，k₂為角度證據(jù)的可靠性參數(shù)；式中C_i,j計算公式如下：

根據(jù)D-S證據(jù)推理合成規(guī)則，距離證據(jù)和角度證據(jù)的合成概率分配函數(shù)計算如下：

m(A_j)＝K^-1[m₁(A_j)m₂(A_j)+m₁(A_j)m₂(E)+m₁(E)m₂(A_j)] j＝1,2...n (8)

在從GPS接收機獲得車輛的定位點P_gps和行駛方向后D_gps后，以定位點到每條候選道路的距離d、車行方向和候選道路方向的夾角θ為證據(jù)，根據(jù)式(8)，計算在距離和角度證據(jù)支持下命題A_j的合成概率分配函數(shù)值m(A_j)，根據(jù)式(2)與式(3)獲得命題A_j的置信區(qū)間[bel(A_j),pl(A_j)]；

有了各個命題的合成概率分配函數(shù)采用Pignistic概率決策規(guī)則：

其中A∈2^U，

Pr(A)即是命題A的決策值，作為各個命題判斷的依據(jù)；

在獲得各個命題的概率分配函數(shù)值及置信區(qū)間后，根據(jù)式(10)，可以計算命題對應(yīng)決策值Pr(A)；獲取所有命題的決策值后，選擇決策值最大的命題對應(yīng)的路段作為車輛當(dāng)前行駛的路段，即確定為最佳匹配路段Rop。

所述的擋位變換方法，其中，從最佳匹配路段Rop中確定匹配點的步驟包括：

將GPS定位點Pgps在路段Rop上的正交投影點作為車輛當(dāng)前位置的匹配點Pm，但是當(dāng)GPS定位點落入關(guān)鍵節(jié)點的節(jié)點判別域后，此關(guān)鍵節(jié)點也作為車輛位置的匹配點Pm；

在地圖匹配中已經(jīng)確定了車輛當(dāng)前行駛的路段及車輛在此路段上的匹配點，在此基礎(chǔ)上進一步獲取當(dāng)前位置及前方道路的參數(shù)信息，當(dāng)車輛位置已知時，車輛當(dāng)前所在道路及前方相鄰道路的道路參數(shù)可以預(yù)先從電子地圖中讀出存儲在緩存中；

在道路參數(shù)預(yù)讀時，不僅要預(yù)讀車輛當(dāng)前所在道路的道路參數(shù)，還要讀取車輛前進方向前方交叉節(jié)點及與其進一步相鄰的交叉節(jié)點所關(guān)聯(lián)的道路參數(shù)信息，擴展讀取只需在交叉節(jié)點的基礎(chǔ)上向前擴展三級；在確定車輛在當(dāng)前路段上的位置點后，以當(dāng)前位置為出發(fā)點，以車輛行駛方向為前進方向沿道路向前搜索，在道路的交叉點處延續(xù)出道路的分支，沿各個分支繼續(xù)向前搜索，或在道路的端點處終止，或達到擴展級別，則整個搜索路徑構(gòu)成一棵“樹”狀結(jié)構(gòu)的道路網(wǎng)絡(luò)；在道路參數(shù)預(yù)讀過程中，緩存中保存的道路參數(shù)信息也根據(jù)道路網(wǎng)絡(luò)的樹狀結(jié)構(gòu)組成“預(yù)讀樹”；在預(yù)讀算法中，將這些將來可能使用的道路參數(shù)信息也提取出來存放在緩存中；

在“預(yù)讀樹”中，交叉節(jié)點構(gòu)成樹中的節(jié)點并按構(gòu)造“預(yù)讀樹”時的搜索方向及道路拓撲關(guān)系組成“父親－兄弟”關(guān)系，每個樹節(jié)點中有兩個指針，一個指向其兄弟節(jié)點，一個指向其兒子節(jié)點，各個樹節(jié)點按“左兒子－右兄弟”的關(guān)系構(gòu)成樹狀鏈表結(jié)構(gòu)；在每次進行地圖匹配首次確定車輛位置所在的路段及相應(yīng)的匹配點后，需構(gòu)造初始“預(yù)讀樹”，在除樹根外的每個節(jié)點中存儲該節(jié)點與其父節(jié)點之間的道路參數(shù)信息，即在父節(jié)點和兒子節(jié)點之間所夾道路上，沿車輛前進方向道路高程發(fā)生變化的高程節(jié)點序列以及在彎曲道路的采樣節(jié)點及相應(yīng)的曲率信息；

當(dāng)車輛在當(dāng)前路段上行駛并越過前方交叉節(jié)點時，此前在“預(yù)讀樹”中保存的一些節(jié)點及此節(jié)點中保存的道路參數(shù)信息就變成無用數(shù)據(jù)，需要對預(yù)讀樹進行相應(yīng)的剪枝操作，剪掉已經(jīng)確定是車輛不可能繼續(xù)行駛的道路分支在預(yù)讀樹中對應(yīng)的節(jié)點，據(jù)車輛當(dāng)前位置所在的道路及行駛方向上道路的拓撲連接關(guān)系，進一步進行道路參數(shù)的擴展讀取并將相應(yīng)的節(jié)點加入預(yù)讀樹中，夠造新的“預(yù)讀樹”，如果在擴展讀取中遇到道路的終點，則此道路上的預(yù)讀操作終止；

在車輛的行駛過程中，每越過一個交叉節(jié)點，則保留車輛當(dāng)前行駛道路在“預(yù)讀樹”中對應(yīng)的節(jié)點，將不可能是車輛越過交叉節(jié)點后繼續(xù)行駛的道路在“預(yù)讀樹”中對應(yīng)的節(jié)點剪去，并以車輛當(dāng)前行駛道路為起點進行擴展讀取，在樹中添加新的節(jié)點，繼續(xù)構(gòu)造“預(yù)讀樹”；

在構(gòu)造完“預(yù)讀樹”后，即可從“預(yù)讀樹”根節(jié)點的唯一兒子節(jié)點中獲取當(dāng)前道路上的高程節(jié)點序列，將車輛當(dāng)前位置的匹配點與此序列中高程節(jié)點坐標(biāo)進行比較，即可確定車輛當(dāng)前所處位置前后兩個高程節(jié)點，進而確定車輛當(dāng)前位置及前方的道路坡度特征參數(shù)；并且在車輛行駛過程中，緩存中至少存儲有以交叉節(jié)點為基礎(chǔ)的兩級道路參數(shù)信息，使自動變速控制系統(tǒng)隨時獲取相關(guān)位置處的道路參數(shù)并應(yīng)用在擋位變換操作上。

所述的擋位變換方法，其中，上述擋位變換方法包括：

在換檔控制中使用道路參數(shù)時，根據(jù)當(dāng)前的道路環(huán)境，在原有自動變速器擋規(guī)律的基礎(chǔ)上，選擇使用經(jīng)濟性或動力性換擋規(guī)律，或在不修改和增加換擋數(shù)據(jù)的前提下，使自動變速器的擋位變換操作和當(dāng)前的道路環(huán)境相協(xié)調(diào)。

本發(fā)明提供了一種基于道路參數(shù)的擋位變換方法，根據(jù)GPS接收機輸出的定位數(shù)據(jù)，在與電子地圖數(shù)據(jù)匹配后確定了車輛在道路上的具體位置，在此位置基礎(chǔ)上，實時獲取當(dāng)前道路環(huán)境參數(shù)(主要是坡度參數(shù))，并根據(jù)此參數(shù)調(diào)整擋位變換參數(shù)，使擋位變換更加適合與當(dāng)前道路環(huán)境，增強了擋位變換對道路環(huán)境的適應(yīng)能力，給人們提供了一個更加舒適、安全的駕駛環(huán)境，提高了車輛的動力性和經(jīng)濟性，對不同道路情況下?lián)跷蛔儞Q方法的處理，使車輛能夠很好的適應(yīng)不同坡路情況下的擋位變換需要。

附圖說明

圖1為本發(fā)明擋位變換方法的流程示意圖；

圖2為本發(fā)明中定位系統(tǒng)匹配模式的示意圖；

圖3為本發(fā)明中保存的歷史信息的判斷的示意圖；

圖4為本發(fā)明中車輛在交匯處的判斷的示意圖；

圖5為本發(fā)明中在網(wǎng)格內(nèi)尋找候選路段的示意圖；

圖6為本發(fā)明中位置坐標(biāo)法判斷候選路段的示意圖；

圖7為本發(fā)明中根據(jù)拓撲關(guān)系尋找候選路段集的示意圖；

圖8為本發(fā)明中距離和角度的示意圖；

圖9為本發(fā)明中確定匹配點的示意圖；

圖10為本發(fā)明中道路網(wǎng)絡(luò)的示意圖；

圖11為本發(fā)明中初始預(yù)讀樹的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖12為本發(fā)明中預(yù)讀樹剪枝操作的示意圖；

圖13為本發(fā)明中進行剪枝并擴展讀取后的預(yù)讀樹結(jié)構(gòu)；

圖14為本發(fā)明中由平直道路→上坡的示意圖；

圖15為本發(fā)明中由上坡→平直道路的示意圖；

圖16為本發(fā)明中由上坡→長下坡的示意圖；

圖17為本發(fā)明中連續(xù)上坡的示意圖；

圖18為本發(fā)明中由平直道路→長下坡的示意圖；

圖19為本發(fā)明中由長下坡→平直道路的示意圖；

圖20為本發(fā)明中由長下坡→長上坡的示意圖；

圖21為本發(fā)明中定位系統(tǒng)具體的流程示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明提供了一種基于道路參數(shù)的擋位變換方法，為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以下對本發(fā)明進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

其具體如下：

如圖1與圖21所示的，本發(fā)明主要完成以下三個功能：地圖匹配(將GPS接收機輸出的定位數(shù)據(jù)與電子地圖進行匹配以確定車輛位置)、道路參數(shù)預(yù)讀(提前將相關(guān)道路參數(shù)讀出) 和基于道路參數(shù)的擋位變換(根據(jù)道路參數(shù)執(zhí)行擋位變換)。

地圖匹配

一個完整的地圖匹配算法包括三個處理過程：確定候選路段集，選擇最佳匹配路段、計算車輛在最佳匹配路段上的具體位置(即匹配點的確定)。具體匹配點的確定是以最佳匹配路段的正確選擇為基礎(chǔ)。

確定候選路段集是根據(jù)GPS接收機或其它定位傳感器提供的車輛位置信息，在道路網(wǎng)絡(luò)中搜索滿足一定條件的路段作為車輛當(dāng)前行駛路段的候選路段集。確定候選路段集是實現(xiàn)正確定位的前提，只有候選路段集中包含了車輛當(dāng)前行駛的路段，地圖匹配才能正確的進行。此外，考慮到定位系統(tǒng)工作的實時性，應(yīng)使候選路段集中盡量包含較少的元素以減少后續(xù)的計算量。根據(jù)道路網(wǎng)絡(luò)的拓撲關(guān)系及車輛行駛的連續(xù)性，候選路段集的確定并不是時刻都在執(zhí)行的，只有在車輛即將從當(dāng)前路段駛?cè)肭胺疥P(guān)鍵節(jié)點相連的多條路段中的某條路段，即車輛即將通過前方交叉節(jié)點或采樣節(jié)點，或者由于丟失GPS信號等原因需要重新確定當(dāng)前行駛的路段時才需要進行候選路段的確定。在確定候選路段集之后，需要從中選出車輛所在的路段，這項工作是以GPS定位點到各個候選路段的距離和GPS提供的行車方向與各個候選路段的方向夾角為依據(jù)進行的，這也是確定最佳匹配路段的過程。在確定最佳匹配路段后，需要確定車輛在此路段上的具體位置。

定位系統(tǒng)匹配模式

本發(fā)明使用的地圖匹配算法中，針對車輛在道路網(wǎng)絡(luò)中行駛的連續(xù)性及道路網(wǎng)絡(luò)的拓撲連接關(guān)系，定位系統(tǒng)主要有三種工作模式：初始定位模式、中繼定位模式和跟蹤定位模式。各種模式相互獨立的工作并且可以根據(jù)情況進行工作模式的轉(zhuǎn)換，模式轉(zhuǎn)換關(guān)系如圖2所示。

初始定位模式

在初始定位模式中，主要是根據(jù)電子地圖網(wǎng)格劃分及GPS提供的車輛位置坐標(biāo)確定候選路段集。

當(dāng)不能根據(jù)保存的歷史信息確定候選路段或需要在道路網(wǎng)格內(nèi)尋找候選路段集時，或由于GPS定位數(shù)據(jù)異常且在定位數(shù)據(jù)穩(wěn)定后需要重新定位的情況下，定位系統(tǒng)進入初始定位模式。具體來說，根據(jù)當(dāng)前GPS接收機給定的定位數(shù)據(jù)、地圖坐標(biāo)范圍及網(wǎng)格劃分，可以確定車輛所在的地圖網(wǎng)格，此網(wǎng)格成為候選路段的搜索范圍，落入此網(wǎng)格內(nèi)或與網(wǎng)格相交的路段成為當(dāng)前車輛行駛的候選路段搜索集合。如果GPS定位數(shù)據(jù)落在網(wǎng)格邊界一定范圍內(nèi)，則另一方相鄰的網(wǎng)格也作為搜索范圍。

如果在確定的網(wǎng)格內(nèi)沒有尋找到候選路段，則擴大搜索范圍，向與當(dāng)前網(wǎng)格相鄰的網(wǎng)格搜索，當(dāng)擴大次數(shù)達到預(yù)定值時，暫時停止搜索。以后每間隔固定的時間再進行網(wǎng)格內(nèi)的候選路段的搜索，直到找到候選路段為止，或由于地圖中缺少相關(guān)數(shù)據(jù)而暫停定位。在確定候選路段集后，根據(jù)D-S證據(jù)推理理論從中確定最佳匹配路段。

中繼定位模式

當(dāng)定位系統(tǒng)開始工作時，首先進入中繼定位模式。在中繼定位模式中，主要是根據(jù)保存的歷史信息確定進一步的系統(tǒng)匹配定位模式。

為了避免每次定位系統(tǒng)啟動時，都要進行候選道路的搜索及最佳匹配路段的確定，使用保存的歷史信息則可加快這一過程。在每次車輛停止行駛、定位系統(tǒng)停止工作時，停車處的位置信息可以作為下次定位的起點，則可將當(dāng)前停車位置處的匹配點數(shù)據(jù)及所在的道路路段信息保存在持久存儲區(qū)中。在系統(tǒng)初次匹配時，此保存的相關(guān)歷史信息預(yù)置為0。本系統(tǒng)應(yīng)用中需要保存的歷史信息是：

(1)P_{m_s}(x,y)——停止匹配定位時車輛位置匹配點坐標(biāo)；

(2)P_s,P_e——停止匹配定位時車輛所在路段的起點和終點坐標(biāo)(以車輛停止時的行駛方向為起點和終點判斷方向)；

(3)L,θ——停止匹配定位時車輛所在路段的長度和方向。

由于已經(jīng)預(yù)置了車輛位置信息或者在車輛停車時保存了停車時的位置信息，這里的主要工作就是驗證這些存儲的歷史信息是否可以作為車輛當(dāng)前繼續(xù)行駛的起點。如果經(jīng)過判斷，GPS給定的定位信息與保存的信息一致，則車輛從停車位置處繼續(xù)行駛，而不必進行候選路段的搜索以及最佳匹配路段的確定，定位系統(tǒng)直接進入跟蹤定位模式；如果二者信息不一致，定位系統(tǒng)進入初始定位模式以確定當(dāng)前行駛的候選路段集。根據(jù)車輛行駛的連續(xù)性，車輛停車后，正常情況下下次行駛時，會從上次停車的位置處繼續(xù)行駛，通過對保存的歷史信息的判斷，可以避免定位系統(tǒng)每次啟動時都要進行候選道路的搜索，提高了定位的實時性及準(zhǔn)確性。

對保存的歷史信息的判斷方法如圖3所示，如果GPS定位點P_GPS到路段R_s的距離d₁小于指定的閾值D₁，P_GPS到點P_{m_s}的距離d₂小于指定的閾值D₂，并且GPS給定的車輛行駛方向D_gps與路段R_s的方向夾角λ小于閾值A(chǔ)，則保存的歷史信息有效，否則無效。

跟蹤定位模式

在跟蹤定位模式中，主要是在已經(jīng)確定的最佳匹配路段的基礎(chǔ)上確定車輛在此路段上的位置，或是通過道路網(wǎng)絡(luò)的拓撲連接關(guān)系確定候選路段集。

在獲得車輛當(dāng)前行駛的路段后，定位系統(tǒng)還需確定車輛在當(dāng)前路段上的具體位置。在車輛行駛到當(dāng)前路段前方路段交匯處前，車輛將一直在當(dāng)前路段上行駛，除非車輛駛進入路旁停車場或加油站等非道路區(qū)域。此時，將GPS定位點向當(dāng)前路段做投影，投影點即可認(rèn)為是車輛在當(dāng)前路段上的匹配點。

本定位模式中還要判斷車輛是否離開當(dāng)前路段并進入下一條路段。通過道路拓撲關(guān)系可以得知車行方向上前方路段關(guān)鍵節(jié)點，以此節(jié)點為中心，以最大道路寬度加上GPS最大誤差為半徑，即可確定了節(jié)點處的一個判別區(qū)域Z，如圖4所示。對每次取得的GPS定位點，判斷其是否進入此區(qū)域，如果在這個區(qū)域中，則車輛進入路段交匯處，設(shè)置車輛在交匯處標(biāo)志，如圖6中P4點。對以后的GPS定位點的判斷，如果沒有離開這個區(qū)域，則對接收到GPS信號不進行匹配定位處理，而以當(dāng)前關(guān)鍵節(jié)點為車輛位置匹配點。

當(dāng)GPS定位點離開節(jié)點判別區(qū)域后，清除在交匯處標(biāo)志。根據(jù)道路的拓撲關(guān)系確定候選路段集，同理依據(jù)D-S證據(jù)推理理論從候選路段集中選取當(dāng)前最佳匹配路段。定位系統(tǒng)繼續(xù)處在跟蹤定位模式。

確定候選路段集

根據(jù)定位系統(tǒng)工作模式的不同，確定候選路段集主要分為根據(jù)車輛位置坐標(biāo)在地圖網(wǎng)格內(nèi)尋找候選路段集和根據(jù)道路拓撲關(guān)系確定候選路段集。

(1)在網(wǎng)格內(nèi)尋找候選路段集

如圖5所示的，當(dāng)接收到GPS定位數(shù)據(jù)P_GPS后，根據(jù)地圖坐標(biāo)范圍可以確定車輛所在的地圖網(wǎng)格，進而可以從此網(wǎng)格內(nèi)獲取所有與網(wǎng)格相交或在網(wǎng)格內(nèi)的路段，所有這些路段作為候選路段的搜索范圍。在確定車輛當(dāng)前所處的網(wǎng)格后，道路路段作為候選路段的搜索范圍。對此范圍內(nèi)的路段，并不是所有的路段都可以作為候選路段，需要使用位置坐標(biāo)法根據(jù)車輛位置剔除非候選路段的路段。

對搜索范圍內(nèi)的每條路段R_i，滿足如下條件的路段將作為候選路段，如圖6所示。由電子地圖可知路段R_i的兩個端點坐標(biāo)分別為P_L1(X_L1,Y_L1)和P_L2(X_L2,Y_L2)，對GPS接收機輸出的車輛位置坐標(biāo)，經(jīng)過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后為P_GPS(X_g,Y_g)，若有：

X_L1≤X_g≤X_L2(X_L1＜X_L2時)或X_L2≤X_g≤X_L1(X_L2＜X_L1時)

或：Y_L1≤Y_g≤Y_L2(Y_L1＜Y_L2時)或Y_L2≤Y_g≤Y_L1(Y_L2＜Y_L1時)

且：點P_GPS到路段R_i的距離d小于指定的閾值時，則R_i為候選路段。所有候選路段組成候選路段集S。

(2)根據(jù)拓撲關(guān)系尋找候選路段集

根據(jù)道路的拓撲連接關(guān)系及車輛行駛的連續(xù)性，在車輛通過前方交叉節(jié)點或采樣節(jié)點后，與此節(jié)點相連的所有路段中的某條將是車輛繼續(xù)行駛的路段，所有這些路段將作為車輛通過前方關(guān)鍵節(jié)點后的候選路段加入候選路段集S中。

如圖7道路網(wǎng)絡(luò)示意圖所示，三角符號為車輛當(dāng)前位置，箭頭為車輛行駛方向，P1為交叉節(jié)點，P3為采樣節(jié)點。根據(jù)道路的拓撲連接關(guān)系及車輛行駛的連續(xù)性，當(dāng)車輛由當(dāng)前位置駛向P1并且駛過P1點后，與P1點相連的四條路段都作為車輛繼續(xù)行駛的候選路段，路段(P1→P5)也作為候選路段是因為車輛經(jīng)過P1點后有可能掉頭重新駛?cè)雱偨?jīng)過的路段，這些候選路段組成候選路段集S。同樣，當(dāng)車輛由P1駛向P3并且駛過P3點后，與P3點相連的兩條路段都作為候選路段組成候選路段集合S。

確定最佳匹配路段

在確定了車輛行駛的候選路段集S后，需要從S中根據(jù)某種原則選出一條最佳匹配路段作為車輛當(dāng)前行駛的路段，此時通?？紤]以下兩個原則：

(1)GPS定位點到候選路段的距離大小。

(2)車輛行駛方向與候選路段方向的接近程度。

如圖8所示的，在以上兩個原則中，GPS定位點到候選路段的距離大小使用GPS定位點P_gps到候選路段的距離d表示，候選路段的方向與車輛行駛方向的一致程度使用GPS接收機提供的車輛行駛方向D_gps與候選路段的夾角θ表示。這兩個原則分別構(gòu)成D-S證據(jù)推理的距離證據(jù)和角度證據(jù)。如圖10所示，d_j和d_j+1分別是GPS定位點到路段A_j和A_j+1的距離，θ_j和θ_j+1分別是D_gps與路段A_j和A_j+1的夾角。

在使用D-S證據(jù)推理確定最佳匹配路段時，首先根據(jù)候選路段集合S構(gòu)造識別框U，集合S中元素個數(shù)為n。

U＝{A₁,A₂,…,A_n} A_j∈S 1≤j≤n (1)

在識別框U中A_j稱為命題。命題A_j(1≤j≤n)表示當(dāng)前時刻車輛可能在第j條候選路段上，U表示當(dāng)前時刻不能確定在那條候選路段上。針對實際的應(yīng)用情況，按照下式分別構(gòu)造兩個證據(jù)在識別框U上的基本概率分配函數(shù)：

且有

E＝{A₁,A₂…A_n} A_j∈S,1≤j≤n (5)

其中m₁(A_j)為距離證據(jù)在U上的基本概率分配函數(shù)，m₂(A_j)為角度證據(jù)在U上的基本概率分配函數(shù)。k₁為距離證據(jù)的可靠性參數(shù)，k₂為角度證據(jù)的可靠性參數(shù)。式中C_i,j計算公式如下：

根據(jù)D-S證據(jù)推理合成規(guī)則，距離證據(jù)和角度證據(jù)的合成概率分配函數(shù)計算如下：

m(A_j)＝K^-1[m₁(A_j)m₂(A_j)+m₁(A_j)m₂(E)+m₁(E)m₂(A_j)] j＝1,2...n (8)

在從GPS接收機獲得車輛的定位點P_gps和行駛方向后D_gps后，以定位點到每條候選道路的距離d、車行方向和候選道路方向的夾角θ為證據(jù)，根據(jù)式(8)，計算在距離和角度證據(jù)支持下命題A_j的合成概率分配函數(shù)值m(A_j)，根據(jù)式(2)與式(3)獲得命題A_j的置信區(qū)間[bel(A_j),pl(A_j)]。

有了各個命題的合成概率分配函數(shù)，在此基礎(chǔ)上選擇一個合適的決策規(guī)則是至關(guān)重要的。Pignistic概率是采用不確定推理方法進行信息融合時的一種有效的決策方法，其目的是對系統(tǒng)已經(jīng)獲得的各命題的信度進行重新分配以獲得更可靠的決策依據(jù)。以有的研究成果表明，Pignistic概率能有效的利用現(xiàn)有信息擴大各個命題間的信度差異，在不提高決策風(fēng)險的前提下，使?jié)M足決策需要的命題數(shù)量降至最少。

在本匹配算法中使用的決策規(guī)則是：

其中A∈2^U，

Pr(A)即是命題A的決策值，作為各個命題判斷的依據(jù)。

在獲得各個命題的概率分配函數(shù)值及置信區(qū)間后，根據(jù)式(10)，可以計算命題對應(yīng)決策值Pr(A)。獲取所有命題的決策值后，選擇決策值最大的命題對應(yīng)的路段作為車輛當(dāng)前行駛的路段，即確定為最佳匹配路段Rop。

確定匹配點

在確定車輛行駛的最佳匹配路段Rop之后，還需確定車輛在此路段上的當(dāng)前位置。本算法中采用正交投影方法，即把GPS定位點Pgps在路段Rop上的正交投影點作為車輛當(dāng)前位置的匹配點Pm，如圖9所示。但是當(dāng)GPS定位點落入關(guān)鍵節(jié)點的節(jié)點判別域后，此關(guān)鍵節(jié)點也作為車輛位置的匹配點Pm。

道路參數(shù)預(yù)讀

在地圖匹配中已經(jīng)確定了車輛當(dāng)前行駛的路段及車輛在此路段上的匹配點，在此基礎(chǔ)上可以進一步獲取當(dāng)前位置及前方道路的參數(shù)信息。在車載計算單元有限的計算能力及存儲空間情況下，為了避免從電子地圖中讀取數(shù)據(jù)對換檔控制單元產(chǎn)生數(shù)據(jù)延遲，當(dāng)車輛位置已知時，車輛當(dāng)前所在道路及前方相鄰道路的道路參數(shù)可以預(yù)先從電子地圖中讀出存儲在緩存中。這樣當(dāng)換檔控制需要道路參數(shù)時，可以直接從緩存中獲取，做到道路參數(shù)的隨用隨取，提高數(shù)據(jù)獲取的實時性。

為了保證緩存中數(shù)據(jù)的充足性，在道路參數(shù)預(yù)讀時，不僅要預(yù)讀車輛當(dāng)前所在道路的道路參數(shù)，還要在車輛前進方向上進行擴展讀取，即進一步讀取前方交叉節(jié)點及與其進一步相鄰的交叉節(jié)點所關(guān)聯(lián)的道路參數(shù)信息，根據(jù)實際情況考慮，擴展讀取只需在交叉節(jié)點的基礎(chǔ)上向前擴展三級。

在確定車輛在當(dāng)前路段上的位置點后，以當(dāng)前位置為出發(fā)點，以車輛行駛方向為前進方向沿道路向前搜索，在道路的交叉點處延續(xù)出道路的分支，沿各個分支繼續(xù)向前搜索，或在道路的端點處終止，或達到擴展級別，則整個搜索路徑構(gòu)成一棵“樹”狀結(jié)構(gòu)的道路網(wǎng)絡(luò)。在道路參數(shù)預(yù)讀過程中，緩存中保存的道路參數(shù)信息也根據(jù)道路網(wǎng)絡(luò)的樹狀結(jié)構(gòu)組成“預(yù)讀樹”。

如圖10所示的道路網(wǎng)絡(luò)中，所有標(biāo)號的節(jié)點都是交叉節(jié)點，且各個未用黑點標(biāo)記的節(jié)點都有道路繼續(xù)相連。當(dāng)車輛處在位置1時，根據(jù)道路的拓撲連接關(guān)系及車輛行駛方向，與節(jié)點2相連的道路將是車輛駛過節(jié)點2后可能行駛的道路，而分別與節(jié)點1、3、7、11相鄰的道路將是車輛駛過相應(yīng)的交叉節(jié)點后可能繼續(xù)行駛的道路。在預(yù)讀算法中，將這些將來可能使用的道路參數(shù)信息也提取出來存放在緩存中，可以保證換檔控制系統(tǒng)在獲取道路參數(shù)時數(shù)據(jù)的完整性與充足性。

在“預(yù)讀樹”中，交叉節(jié)點構(gòu)成樹中的節(jié)點并按構(gòu)造“預(yù)讀樹”時的搜索方向及道路拓撲關(guān)系組成“父親－兄弟”關(guān)系，每個樹節(jié)點中有兩個指針，一個指向其兄弟節(jié)點，一個指向其兒子節(jié)點，各個樹節(jié)點按“左兒子－右兄弟”的關(guān)系構(gòu)成樹狀鏈表結(jié)構(gòu)。在每次進行地圖匹配首次確定車輛位置所在的路段及相應(yīng)的匹配點后，需構(gòu)造初始“預(yù)讀樹”。對圖12所示的道路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，首次確定車輛在位置1時，節(jié)點1為“預(yù)讀樹”的根節(jié)點，其前方節(jié)點2為節(jié)點1的唯一兒子節(jié)點，節(jié)點2的兒子指針指向其兒子節(jié)點3，其余的兒子節(jié)點鏈接在節(jié)點3的兄弟指針上，道路網(wǎng)絡(luò)中的其余節(jié)點以此關(guān)系進行指針鏈接。在除樹根外的每個節(jié)點中存儲該節(jié)點與其父節(jié)點之間的道路參數(shù)信息，即在父節(jié)點和兒子節(jié)點之間所夾道路上，沿車輛前進方向道路高程發(fā)生變化的高程節(jié)點序列(在此序列中每個高程節(jié)點保存其坐標(biāo)及相關(guān)高程值等信息)以及在彎曲道路的采樣節(jié)點及相應(yīng)的曲率信息。

當(dāng)車輛在當(dāng)前路段上行駛并越過前方交叉節(jié)點時，此前在“預(yù)讀樹”中保存的一些節(jié)點及此節(jié)點中保存的道路參數(shù)信息就變成無用數(shù)據(jù)，需要對預(yù)讀樹進行相應(yīng)的剪枝操作，剪掉已經(jīng)確定是車輛不可能繼續(xù)行駛的道路分支在預(yù)讀樹中對應(yīng)的節(jié)點，如圖11所示，車輛在位置2時，節(jié)點2和節(jié)點3之間的道路及節(jié)點2和節(jié)點7之間的道路已經(jīng)確定不是車輛當(dāng)前行駛的道路，即可從圖13所示的“預(yù)讀樹”中將相應(yīng)的樹分支剪掉，“預(yù)讀樹”中的根節(jié)點及其唯一兒子節(jié)點也做相應(yīng)修改，剪枝操作如圖12所示。據(jù)車輛當(dāng)前位置所在的道路及行駛方向上道路的拓撲連接關(guān)系，進一步進行道路參數(shù)的擴展讀取并將相應(yīng)的節(jié)點加入預(yù)讀樹中，夠造新的“預(yù)讀樹”。如果在擴展讀取中遇到道路的終點，則此道路上的預(yù)讀操作終止。如當(dāng)車輛在所示位置2時對初始“預(yù)讀樹”進行剪枝處理并進行擴展讀取后構(gòu)造的新的“預(yù)讀樹”結(jié)構(gòu)如圖13所示。

在車輛的行駛過程中，每越過一個交叉節(jié)點，則保留車輛當(dāng)前行駛道路在“預(yù)讀樹”中對應(yīng)的節(jié)點，將不可能是車輛越過交叉節(jié)點后繼續(xù)行駛的道路在“預(yù)讀樹”中對應(yīng)的節(jié)點剪去，并以車輛當(dāng)前行駛道路為起點進行擴展讀取，在樹中添加新的節(jié)點，繼續(xù)構(gòu)造“預(yù)讀樹”。

在構(gòu)造完“預(yù)讀樹”后，即可從“預(yù)讀樹”根節(jié)點的唯一兒子節(jié)點中獲取當(dāng)前道路上的高程節(jié)點序列，將車輛當(dāng)前位置的匹配點與此序列中高程節(jié)點坐標(biāo)進行比較，即可確定車輛當(dāng)前所處位置前后兩個高程節(jié)點，進而可確定車輛當(dāng)前位置及前方的道路坡度特征參數(shù)，如：道路弧長、高程節(jié)點位置及相應(yīng)高程等。并且在車輛行駛過程中，緩存中至少存儲有以交叉節(jié)點為基礎(chǔ)的兩級道路參數(shù)信息，使自動變速控制系統(tǒng)可以隨時獲取相關(guān)位置處的道路參數(shù)并應(yīng)用在擋位變換操作上。

基于道路參數(shù)的擋位變換方法的具體實施如下：

在以往沒有道路參數(shù)參與的自動變速系統(tǒng)換檔控制中，由于節(jié)氣門開度和車輛速度響應(yīng)之間的不同步(車速響應(yīng)普遍滯后)，從而導(dǎo)致在很多時候出現(xiàn)了頻繁換擋和擋位選擇不夠準(zhǔn)確的現(xiàn)象出現(xiàn)。而對于自動變速系統(tǒng)絕大部分對換擋工況的約束而言，其普遍結(jié)論是：盡可能不要或絕對不能在當(dāng)前擋位的基礎(chǔ)上向高擋位換擋。

在換檔控制中使用道路參數(shù)時，并不是將道路參數(shù)加入已有的兩參數(shù)或三參數(shù)換擋規(guī)律中使之成為增加了道路參數(shù)的三參數(shù)或四參數(shù)換擋規(guī)律，而是根據(jù)當(dāng)前的道路環(huán)境，在原有自動變速器擋規(guī)律的基礎(chǔ)上，選擇使用經(jīng)濟性或動力性換擋規(guī)律，或在不修改和增加換擋數(shù)據(jù)的前提下，引入代數(shù)換擋系數(shù)η來校正換擋執(zhí)行機構(gòu)函數(shù)入口的車速值v或節(jié)氣門開度輸入值α，達到平移換擋曲線、消除頻繁換擋或不必要換檔的目的，使自動變速器的擋位變換操作和當(dāng)前的道路環(huán)境相協(xié)調(diào)，以避免在相應(yīng)的道路環(huán)境下執(zhí)行不必要的換擋操作。

針對實際的道路環(huán)境，道路坡度信息對擋位變換的影響主要分為以下幾種情況：

1)平直道路→上坡(道路情況1)

如圖14所示的，通過GPS定位可以確定當(dāng)前行駛道路為平路并可知前方為上坡路段。由于在坡路上需要有足夠的后備動力，如果在接近拐點處升檔，一般在上坡后很快會降下來。應(yīng)當(dāng)避免這樣的換檔。采取的調(diào)節(jié)策略如下：

在以動力性換擋規(guī)律為依據(jù)的前提下，推后升擋，加大升降檔間的差距。對于換擋執(zhí)行函數(shù)入口的速度輸入值v作如下調(diào)整：

v'＝(1-η)v (11)

其中，v是給定節(jié)氣門開度下的降擋速度，選取適當(dāng)?shù)摩侵?，就相?dāng)于推后升擋線。

2)上坡→平直道路(道路情況2)

如圖15所示的，上坡時使用坡路換擋規(guī)律(動力性換檔規(guī)律)，在平直道路上車輛通過點A之后，使用正常換擋規(guī)律(經(jīng)濟性換擋)。

3)上坡→長下坡(道路情況3)

如圖16所示的，在上坡過程中使用坡路換擋規(guī)律，在長下坡過程中使用長下坡?lián)Q擋規(guī)律。但需要注意的是當(dāng)車輛通過A點之后，由于重力的切向分量由行車阻力變?yōu)檐囕v牽引助力，因此有可能瞬間加大車輛加速度而使得車輛速度激增，導(dǎo)致變速箱由原來的低擋位在短時間內(nèi)迅速躍升為較高擋位，為了保證行車安全性，同時保證長下坡?lián)Q擋規(guī)律得以實施的基礎(chǔ)上，盡量避免在A點附近出現(xiàn)的頻繁換擋情況，盡量使升擋過程滯后。對于換擋執(zhí)行函數(shù)入口的速度輸入值v作如下調(diào)整：

v'＝(1-η)v (12)

在一定程度上保證升擋過程的滯后，從而避免頻繁換擋的產(chǎn)生。

4)階梯形道路(道路情況4)

如圖17所示的，當(dāng)車輛行駛在OA段坡路情況下，使用動力性換擋規(guī)律，當(dāng)車輛通過A點行駛在AB段平直道路上時，換擋規(guī)律進行切換之后，車輛有可能進行升擋處理。假設(shè)AB段長度d不是一個很大的距離(如d<500m)，當(dāng)車輛到達B點并由B點駛向C點時，又重新切換到動力性換擋規(guī)律，這樣就造成了在O→A→B→C段的降→升→降的不必要的頻繁換擋。因此，可以考慮當(dāng)車輛通過A點后，使用η對v進行調(diào)整，盡量延遲升擋過程，從而使得車輛在O→A→B→C的道路過程中使用基本不變的抵擋位通過。

5)平直道路→長下坡(道路情況5)

如圖18所示的，在平直道路上行駛時，使用正常的經(jīng)濟性換擋規(guī)律執(zhí)行換擋；當(dāng)車輛接近A點時，根據(jù)AB段道路坡度值查看坡路AB段為緩坡還是陡坡，若坡路AB段為緩坡依然按照正常經(jīng)濟性換擋規(guī)律換擋，否則，控制自動變速系統(tǒng)使用發(fā)動機制動。

6)下坡→平直道路(道路情況6)

如圖19所示的，在坡路BA段時，使用經(jīng)濟性換擋規(guī)律；當(dāng)車輛在BA段上接近A點時，有可能出現(xiàn)節(jié)氣門增大而使得車輛在A點附近降擋的情況；或者在接近A點時剛好升檔，而進入平到后，由于坡阻的增加而降回原檔。采取降低降檔線，提高升檔線的方法，避免在拐點附近的多余換檔。

7)下坡→長上坡(道路情況7)

如圖20所示的，當(dāng)車輛行駛在AC段時使用動力性換擋規(guī)律；當(dāng)車輛在坡路BA段上接近A點時，由于車速的不斷增大有可能出現(xiàn)升擋過程，這與AC段的抵擋位行駛相沖突，可能出現(xiàn)不必要的頻繁換擋。因此，當(dāng)車輛有B→A行駛即將到達坡底A點時，要限制變速箱的升擋過程。對于換擋執(zhí)行函數(shù)入口的速度輸入值作如下調(diào)整：

v'＝(1-η)v (13)

在一定程度上保證升擋過程的滯后，從而避免頻繁換擋的產(chǎn)生。

為了使車輛在行駛過程中，其擋位變換能夠適應(yīng)當(dāng)前的道路環(huán)境，車輛的自動擋位變換控制單元需要實時獲取當(dāng)前位置處的道路參數(shù)。但是當(dāng)前車輛的自動換檔控制單元還缺少對道路參數(shù)的獲取及使用能力。

本發(fā)明主要實現(xiàn)了實時獲取車輛當(dāng)前位置處的道路參數(shù)并根據(jù)此參數(shù)指導(dǎo)換檔，這樣的方式增強了擋位變換對道路環(huán)境的適應(yīng)能力，給人們提供了一個更加舒適、安全的駕駛環(huán)境，提高了車輛的動力性和經(jīng)濟性。概括的說，本軟件有如下特點：

通過設(shè)計高效、準(zhǔn)確的地圖匹配方法來獲取車輛的位置，為進一步獲取道路參數(shù)打下了基礎(chǔ)。

通過預(yù)讀算法提取讀取相關(guān)道路參數(shù)，提高了數(shù)據(jù)獲取的實時性。

對不同道路情況下?lián)跷蛔儞Q方法的處理，使車輛能夠很好的適應(yīng)不同坡路情況下的擋位變換需要。

當(dāng)然，以上說明僅僅為本發(fā)明的較佳實施例，本發(fā)明并不限于列舉上述實施例，應(yīng)當(dāng)說明的是，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本說明書的教導(dǎo)下，所做出的所有等同替代、明顯變形形式，均落在本說明書的實質(zhì)范圍之內(nèi)，理應(yīng)受到本發(fā)明的保護。