CN105473983B - 路面上的短期不平度的检测 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种对在具有第一车轮的驾驶车辆下的短期不平度的检测，这通过以下过程进行：利用第一传感器，确定指示在第一车轮处的依时间振动的第一传感器信号；利用第二传感器，确定指示车辆底盘的竖直运动的第二传感器信号；以及基于所述第一传感器信号和所述第二传感器信号检测在驾驶车辆下路面的短期不平度。

Description

路面上的短期不平度的检测
技术领域
本发明通常涉及一种在车辆下的路面状况的估计并且例如涉及用于估计在车辆下的路面状况的系统、方法以及计算机程序产品。
更具体地，本发明涉及一种用于估计在车辆下的路面状况的方法、系统以及计算机程序产品。
背景技术
现代汽车包括电子控制系统或车辆处理系统，例如牵引力控制系统(tractioncontrol system，TCS)、电子稳定程序(Electronic Stability Program，ESP)、主动悬架系统或防抱死制动系统(Anti-lock braking system，ABS)。除了这些主动控制系统之外，还存在车辆驾驶员安全信息系统，例如，道路摩擦指示器和无传感器轮胎压力监测系统，例如间接式胎压监测系统(indirect tire pressure monitoring system，iTPMS)，其将关于驾驶状况的信息呈现给驾驶员。
所有的上述系统受益于关于大量的估计或测量的车辆性能参数的知识，所述参数例如轮胎气压、轮胎纵向刚度、环境温度、轮胎温度、轮共振频率、承载的车辆荷载、同时考虑的轮胎半径变化以及依赖速度的轮振动。
对关于实际路面状况的知识(还被称为道路质量)是感兴趣的。例如关于某些路段的路面状况信息例如可对于官方(例如，运输部)以用于维护的目的、以及对于想要计划其路线并且找到从点A到达点B的最舒适的路途的旅行者是有用的。
例如，基于路面状况信息，可以检测到路面的异常情况，该异常情况当未被报导时可能引起车辆的磨损或驾驶较不舒服以及车辆的不可控制性或引起事故。
还有，关于路面状况的知识可以用于车辆的电子控制系统。现代车辆包括电子控制系统，例如，防抱死制动系统(ABS)、动态稳定系统、防尾旋系统(anti-spin system)以及牵引力控制系统。除了这些主动控制系统，还存在驾驶员安全信息系统，例如，道路摩擦指示器和无传感器轮胎压力监测系统，其将关于驾驶状况的信息呈现给驾驶员。该系统可以受益于关于在车辆下的路面状况的知识，以便考虑当前的车辆目前运行(或将要运行)的道路的实际路面状况以优化系统性能(例如，关于适应于制动力和/或制动间隔)。例如，在具有主动减震系统的车辆中，关于路面状况的信息可以用于预设定/调节悬架的刚度。这样，在被驾驶员视为高低不平的短路段、砾石路、坑洼路、减速带、“隐身警察”或类似物上行进可以使得对于驾驶员/乘客更为舒适并且可以对讨论中的车辆带来较少的损坏。
获得关于路面状况的信息的已知方法利用运用了GPS信息的基于智能手机的应用，由车辆安装摄像机拍摄图像以及激光传感器扫描路面。该方法需要通常非车辆的一部分的附加的组件。
发明内容
本发明的目的是提供以改进的方式并且通过已经包括在车辆中的组件而获得的关于路面状况的信息。
本发明的另一目的是提供一种对在驾驶车辆下的道路的短期不平度(irregularity)的改进检测，所述短期不平度例如坑洼路、减速带以及其它被驾驶员视为高低不平的短路段。
考虑到上述目的，本发明提供了根据独立权利要求的方法、系统和计算机程序产品。优选的实施方式限定在从属权利要求中。
通常，本发明的方法、系统和计算机程序产品的目的是收集并且分配最新的路面状况信息，例如以便改进交通安全。
所收集的信息可以经由通信网络从车辆分配到中央服务器和/或其它车辆。为此，例如，可以使用车对基础设施系统、车对车系统或能够在车辆之间和/或在车辆和交通基础设施操作者之间通过通信网络直接进行信息通信的任何其它辅助系统。
车辆可以被用作探测器并且基于由车辆中的传感器收集的信息计算路面状况信息。特别地，这意味着车辆可以能够基于其通过自身的传感器收集到的信息而告知其它车辆或道路使用者关于路面状况和交通状况。该信息还可以被提供给交通基础设施。
本发明的实施方式解决了以下问题：当未被报告时如何检测到可能引起车辆的磨损、驾驶较不舒适以及车辆的不可控性或事故的路面异常情况。可以被检测到的路面状况包括但不限于起伏不平的道路/砾石路、坑洼路、“隐藏警察”、减速带以及其它被驾驶员视为起伏不平的短路段。
本发明的方法、系统和计算机程序产品实施方式是有利的，这因为不需要附加的传感器安装在车辆内部以便确定路面状况。而且，当路面状况预先为车辆已知时，任何主动悬架系统的设定可以相应地被设定。
与确定的路面状况相关的信息可以与其它路面状况信息在连接至车对基础设施系统、车对车系统或能够在车辆之间和/或在车辆和交通基础设施操作者之间通过通信网络直接进行信息通信的任何其它驾驶员辅助系统的基于云服务的后台上和/或中央驾驶员辅助系统上融合，以建立当前路面状况的地图或其它说明。
从以下的实施方式和其附图的详尽说明中，其它特征在所公开的方法和系统中是明显的并且为本领域的技术人员显而易见。
附图说明
现在，本发明的实施方式通过示例和通过参考附图将进行说明，其中：
图1A为根据多个实施方式的系统的示意图，所述系统包括在具有表面扰动(“隆起物”)的道路上驾驶的车辆；
图1B为根据多个实施方式的系统的示意图，所述系统包括一个或多个车辆、通信网络和中央系统后台单元；
图2为轮速传感器的实施方式的示意图；
图3为根据实施方式的方法的流程图；
图4A为显示了根据实施方式的两个记录(registration)之间的时间差如何围绕用于驾驶车辆的轮的线性估计的趋势而振荡的测量的标绘图；
图4B为显示了根据实施方式的轮速的两个记录之间的时间差的方差的标绘图；
图4C为显示了决定数量的示例的标绘图；
图5A显示了当在短期不平度上驾驶时利用前轴高度传感器和后轴高度传感器而获得的示例性轴高度信号的两个标绘图；
图5B显示了呈现图5A中的轴高度信号的方差的标绘图。
具体实施方式
因此，本发明的通常的目的是提供一种改进的方法和设备，其通过组合从车辆中已经存在的传感器而获得的传感器信号，能够通过检测短期不平度而更精确地确定地面状况。
根据本发明，在车辆下的道路上的短期不平度通过利用以下信息来检测：来自一个或多个传感器的指示车辆的至少第一车轮的依时间振荡的信息和来自一个或多个传感器的指示车辆底盘的依时间竖直运动的信息。
总之，检测在驾驶车辆下的短期不平度和还可能的确定在驾驶车辆下的路面状况可以基于以下组合：一方面，响应于当前路面(例如，道路颠簸或不平坦)，指示了一方面在车轮的轮处的振荡信号(例如，轮速信号中的振荡)的依时间的行为的传感器数据；并且另一方面，指示了车辆底盘(例如，轮轴和底盘之间的距离或轮上的特定点和底盘之间的距离)的依时间的竖直运动的传感器数据。
通过该信息的组合，可以检测到路面上的短期不平度。例如，该信息组合能够检测具有平滑边缘(而非尖锐边缘)的传感器数据的短期不平度。而且，本发明还提高了对具有尖锐边缘的短期不平度的检测。
用于振荡信号的依时间行为的方差的原因可以为任何道路特征。道路特征可以被视为道路的表面的一部分或道路上的一部分，并且包括例如洼穴、沥青纹理、小石头、隆起物等。这些道路特征经由轮胎与道路的接触而引起轮胎振荡。在特定的轮处引起的改变导致了各个传感器信号的特定的依时间的行为。例如，由轮处的一个或多个传感器测量到的瞬时轮速信号被传递到该轮的道路特征影响。
轮速信号可以利用以下几者而获得：例如ABS系统的和/或来自车辆的内部的CAN/拐射线总线(Flex Ray-bus)的一个或多个轮速传感器和/或任何合适的车辆传感器，所述传感器优选地已经为车辆的一部分。
涉及到用于车辆的确定的路面状况的信息可以与其它路面状况信息融合，该其它路面状况信息来自一个或多个其它车辆和/或来自以车对基础设施系统、车对车系统或能够在车辆之间和/或车辆和基础设施操作者之间通过通信网络直接通信的任何其它驾驶员辅助系统形式的基于云的服务系统。这允许获得关于特定道路(或其路段)的更精确的路面状况信息、得到关于地理区域中的路面状况的总览和/或构建当前道路状况的地图。此外，这种对来自不同车辆的路面状况信息的收集可以用于确定某种路面状况如何影响不同车辆类型的驾驶行为。
为了收集来自一个或多个车辆的路面状况信息，来自一个或多个车辆的信息可以经由以车对基础设施系统、车对车系统或能够在车辆之间和/或车辆和基础设施操作者之间通过通信网络进行信息通信的任何其它驾驶员辅助系统形式的基于云的服务系统的后台通信到其它车辆或基础设施操作者。在任何情况下，该通信可以是直接的和/或实时地执行。
关于来自车辆的所确定的路面状况的信息，单独获取或与其它路面状况信息融合可以通过以车对基础设施系统、车对车系统或能够在车辆之间和/或车辆和基础设施操作者之间通过通信网络进行信息的直接/实时的通信的任何其它驾驶员辅助系统形式的基于云的服务系统和/或中央驾驶员辅助系统和/或车辆的处理器或求值器来处理。例如，车辆的求值器可以调节车辆的设定，例如，任何主动悬架设定。
图1A显示了系统1的示意图，所述系统1包括车辆101(车辆101在此以具有四个轮103的车辆的形式)，在具有表面扰动(“隆起物”)的道路上驾驶车辆101。车辆包括第一传感器100和第二传感器104，第一传感器100配置成确定指示车辆的第一车轮处的依时间振荡的第一传感器信号，而第二传感器104配置成确定指示车辆底盘的竖直运动的第二传感器信号。第一传感器100和第二传感器104配置成测量并且将作为传感器信号的测量数据通信到处理器或求值器102。处理器或求值器102还配置成接收第一传感器信号和第二传感器信号；并且基于第一传感器信号和第二传感器信号检测在驾驶车辆下存在的路面上的任何短期不平度。
处理器或求值器102可以为任何类型的处理单元，例如通用或特殊目的的处理引擎，例如，如微处理器、微控制器或其它控制逻辑或FPGA单元(Field-Programmable GateArray，现场可编程门阵列)，其包括存储在计算机可读存储介质中的固定执行某些任务的代码段(sections of code)，以及还有存储在计算机可读存储介质中的在使用期间可被改变的其它代码段。该可改变的段可以包括被用作用于各种任务的输入的参数，例如尤其主动悬架参数的设定。优选地，求值器或处理器102包括在车辆的中央控制装置或中央控制单元中，例如以集成的硬件、固件和/或附加软件的形式。
由于本发明优选地应用了车辆的已经存在的传感器，故根据本发明可以以附加软件或固件应用或用于车辆的已经存在的控制装置/控制单元的附加组件形式添加对路面状况的确定。
该车辆可以为具有至少一个与地面接触的轮的任意轮式的车辆，如汽车、货车、卡车、摩托车、自行车、火车等。因此，甚至驾驶在仅仅一个轮上的车辆(自行车、摩托车)可以从本发明获益。
图1B显示了系统1的示意图，所述系统1包括相应于图1A的车辆101的一个或多个车辆110，并且还包括通信网络120和具有求值器或处理器132的中央系统后台单元130。
如由双方向箭头所指出的，一个或多个车辆110布置成经由通信网络120与其它一个或多个车辆110中的任意一者和/或与中央系统后台单元130通信信息。该信息可以包括但不限于关于路面状况的信息，例如检测到的一个或多个短期不平度的信息；其它被用于更新当前的路面状况描述的最新的路面状况信息；路面状况的地图或其它描述；或例如触发可为车辆的驾驶员感知的以例如图形和/或声频形式的警报的控制信号，所述警报涉及所检测到的短期不平度。
优选地，一个或多个车辆110被用作“探测器”。每一车辆的处理器或求值器102布置成基于由车辆中的传感器收集的信息来计算路面状况信息，所述传感器例如为传感器100和传感器140，但是还可以是在车辆中存在的其它传感器。具体来说，这意味着每个车辆可以能够基于其通过自身的传感器已经收集的信息来告知其它车辆/道路使用者关于路面状况和交通状况。所收集的车辆的信息可以经由通信网络从一个或多个车辆中的任何或所有车辆分配至中央服务器(在图1B中由中央系统后台单元130示例出)和/或其它车辆110。利用以车对基础设施系统、车对车系统形式的基于云的服务系统可以实现该经由通信网络的分配，或可以使用在驾驶车辆之间和/或在驾驶车辆和交通基础设施操作者之间实现通信的任何其它驾驶员辅助系统。在任何情况下，该通信可以是直接的和/或实时地执行。
车辆110的求值器或处理器102可以配置成基于关于一个或多个检测到的短期不平度的信息生成或更新当前的路面状况的地图。中央系统后台单元130的处理器132可以配置成经由通信网络120还接收来自一个或多个车辆110的关于一个或多个所检测到的短期不平度的信息。例如，该信息可以用于数据收集目的。然而，该信息还可以从中央系统后台单元130通信到一个或多个车辆110。这能够将由一个或多个其它车辆110所收集到的关于短期不平度的信息提供给车辆110；然后，求值器/处理器102可以配置成利用其内存有的来自车辆110的短期不平度的信息和/或由一个或多个其它车辆110所收集的该信息以生成或更新当前路面状况的地图。
然而，此外或作为替选，中央系统后台单元132的求值器/处理器132(还)可以配置成基于关于一个或多个所检测到的短期不平度而生成或更新当前路面状况的地图。为此，求值器/处理器132可以使用用于一个或多个车辆110的信息生成/更新该车辆或这些车辆分别所位于的区域/道路的当前路面状况的地图。然而，求值器/处理器132可以使用来自所有的车辆110的信息以生成/更新用于整个区域和所有的道路的当前的路面状况的地图，与中央系统后台单元130通信的车辆110分别位于/运动在整个区域和所有的道路上。
求值器或处理器102，和/或中央系统后台单元130的处理器132还可以配置成基于一个或多个所检测到的短期不平度而生成或更新路面的分类。求值器或处理器102和/或中央系统后台单元130的处理器132还可以配置成实时执行分类更新。求值器或处理器102还可以配置成基于由处理器或求值器102所计算的和/或由中央系统后台单元130的处理器132所计算的更新的分类并且从中央系统后台单元130接收到的更新的分类来调节车辆的主动悬架的设定。关于路面分类的生成/更新，类似于在上述情况中的生成/更新路面情况地图，可以使用关于来自一个或多个车辆110的短期不平度的信息。因此，上面的描述应用于此。
本发明可以被用作将最新的路面状况信息提供给车辆的驾驶员的驾驶员辅助系统，和/或用作将路面状况信息的最新的信息提供给负责交通控制、基础设施或路面养护的机构的基础设施辅助系统，仅仅给出了一些非限制性的示例。
用于获得第一传感器信号的传感器可以为响应于车辆的轮的依时间振荡的任何传感器类型。例如，第一传感器可以为用于车辆的所有的轮的通常轮速或加速传感器，至少一个单独的轮速或加速传感器关联至单个轮。第一传感器可以包括两个或多个传感器类型，例如，轮速传感器和轮加速度传感器。
如所示出的，第一传感器可以为轮速传感器100，其中第一传感器信号为指示了车辆的轮103的速度或轮速振荡的依时间行为的轮速信号。例如，使用了防抱死制动系统(ABS)的轮速传感器。由于该ABS传感器已经安装在当今的所有的车辆中，则这是有利的。轮速传感器为本领域的技术人员所已知。
图2显示了示例性的轮速传感器100的示意图，所述轮速传感器100包括具有例如七个相同的齿的齿轮210。传感器组件220位于并且布置成这样以当齿轮的齿(轮齿)通过传感器组件220时生成传感器信号。传感器组件220可以为光学传感器、磁性传感器(例如，HALL传感器)或任何其它可以想到类型的传感器。传感器组件220产生电信号，所述电信号通过有线传输或无线电传输而输送到后续的处理器或求值器单元(例如，图1A中的求值器/处理器102)以进一步处理。在图2的示例中，在所述齿轮的一个完整的旋转期间，总共生成七个传感器信号。
车辆的处理器或求值器102可以配置成利用匹配滤波器来确定依时间的振动或轮速振荡，如联系方法实施方式而进一步描述的。
通过引入指示底盘的竖直运动的第二传感器信号，以及将第二传感器信号与指示轮速振荡(轮的依时间的振动)的第一传感器信号组合，实现了对驾驶车辆下的路面上的短期不平度的更为可靠的检测。因此，应用了传感器融合方法以便提高检测性能，同时将错误指示的数目最小化。
例如，如所示出的，第二传感器可以为轴高度传感器，其布置以确定驾驶车辆的轮的轮轴和车辆底盘之间的距离。轴传感器可以测量不同时间点(time instance)的轴高度，例如在预定的连续时间间隔处，由此提供了指示第一车轮的轮轴和车辆底盘之间的依时间的距离的传感器信号。
此外或作为替选，第二传感器可以为空气悬架高度传感器和/或一个与车辆的一个或多个轮的每一者相关联的空气悬架高度传感器，该传感器布置以确定一方面的一个相关联的轮或多个相关联的轮与另一方面的车辆底盘之间的依时间的距离。空气悬架高度传感器可以执行在不同时间点处的测量，例如在预定的连续时间间隔处，由此提供了指示一个相关联的轮或多个相关联的轮与车辆底盘之间的依时间的距离的传感器信号。
此外或作为替选，第二传感器可以为位于例如在车辆的悬架系统中的竖直加速计。
第二传感器可以包括两个或多个传感器类型，例如至少一个轴高度传感器和/或至少一个空气悬架高度传感器和/或至少一个竖直加速计。
针对轮加速，可以使用能够确定轮的加速度的任何一个或多个传感器。
来自第二传感器的信息可以包括来自一个或多个轴高度传感器中的至少一者的信息；一个或多个空气悬架高度传感器；以及一个或多个加速计，其可以被组合以生成改善的第二传感器信号。
路面的或路面上的短期不平度的检测可以通过利用来自联接到驾驶车辆的轮速的传感器的信息以及来自联接到驾驶车辆的底盘的竖直运动的传感器的信息来进行，如下文中所阐述的。
当驾驶车辆的轮胎的一者行进经过道路上或道路的短期不平度时，例如具有或多或少的不同的边缘的被驾驶员视为起伏不平的短路段、砾石路、洼穴路、减速带、“隐身警察”或类似物，这给轮胎带来竖直脉冲。由于轮胎和悬架系统的弹簧特性，该脉冲引起了具有大约15Hz的明显共振的振荡。该振荡影响了个别轮速并且例如当在轮速传感器的两个记录之间的时间差观看时可被观察到，如联系图2所描述的。由此，检测当经过路面上或路面的短期不平度时所发生的轮胎振荡的方法是在预定的时间间隔长度期间观看在两个轮齿记录之间的时间差的方差，所述预定的时间间隔长度例如但不限于100ms。在两个轮齿记录之间的时间差的方差可被估计如下:
Figure BDA0000927405460000101
(等式1)
其中，μ是期望值，而σ2是Δt的方差。
为了计算在预定时间间隔上的轮速传感器的两个记录之间的时间差的方差σ2，期望值可以被估计出。由于在预定的时间间隔上的速度的改变，在两个记录之间的时间差的方差的期望值将在时间间隔期间改变。为了补偿该改变，在两个记录之间的时间差的方差的期望值可以逼近例如为在时间间隔上的线性趋势，如由图4A所示出的。
图4A显示了标绘图400，标绘图400显示了两个记录之间的时间差如何围绕驾驶车辆的轮的线性估计趋势410振荡的测量420，在此例证为具有四个轮的车辆的右前轮。在标绘图400中，时间间隔100ms被标记，其中，振荡具有比指示的时间间隔以外的振荡明显更大的幅度。该大的或更大的幅度可以指示在驾驶车辆下道路的路面上或路面的短期不平度，并且可以与阀值相比以确定短期不平度的检测，如联系图4B进一步所讨论的。
在两个记录之间的时间差的方差的线性趋势在多个实施方式中可以表达为：
Figure BDA0000927405460000115
(等式2)
其中，yk是在预定时间间隔期间的轮速传感器的两个记录之间的所测量到的时间差k'th，
Figure BDA0000927405460000111
分别为线性趋势的斜率和偏移，以及ek是噪音项。
等式2的最小二乘解是：
Figure BDA0000927405460000112
(等式3)
估计的线性趋势的斜率和偏移可以由以下的表达式获得：
Figure BDA0000927405460000113
(等式4)
Figure BDA0000927405460000114
(等式5)
在线性趋势已经在当前的预选择的时间间隔内被估计时，在两个记录之间的时间差的方差σ2可以如等式1中所描述的进行计算。
然后，方差σ2可以与例如在车辆的生产中或在车辆数据收集和计算系统的校准期间设定的预定阀值相比较。
该阀值可以被设定到与指示路面上的短期不平度的两个记录之间的时间差的方差σ2对应的水平。从此开始，如果方差σ2大于预设的阀值，这指示了在驾驶车辆下的短期不平度并且如果方差σ2高于预定阀值，则处理器或求值器102(和/或处理器132)可以配置成确定(或换句话说检测)在车辆下的短期不平度的存在。
在图4B中显示的标绘图430中，对于每一“批”(如在x轴上所表示的)，在轮速的两个记录之间的时间差的方差(由y方向上的幅值所表示的)，其中，“批”对应于预定时间间隔。在图4B中，表示短期不平度的存在的阀值440由虚线表示。如从图4B中可以看到，有明显的峰值，其中n个幅度超过阀值，以及接近连续的较小峰值。在该示例中，这源自首次碰撞到不平度的前轮以及在此之后不久的碰撞相同的不平度的对应的后轮。在该情况下，在前轮和后轮的方差之间的幅度差是由于车辆的在此所假定的其发动机设置在前面的不均匀的重量分布。后轴上的较小的重量将不会迫使后轮落入到与前轮相同的程度的道路不平度，并且后轮的脉冲将因此更小。
在显示的驾驶车辆下，可以使用匹配滤波器以用于检测短期不平度的存在。这可以包括将表示当在路面上的短期不平度上驾驶时出现的轮速振荡(例如，大约15Hz)的预定模板信号(template signal)与表示所测量到的或所计算的驾驶车辆的轮速振荡的信号相比；以及如果所测量到的或所计算的信号与模板信号高度相关(超过预设的阈值)，则进一步确定短期不平度的检测。匹配滤波器例如可以表达为卷积：
yMF(t)＝(h*x)(t)＝∑kh(k)x(t-k) (等式6)
其中，h是所搜索的模板信号，而x为输入(所测量到的/所计算出的)信号。
h可以被选择成响应于带通滤波器的脉冲，该带通滤波器围绕表示由预定短期不平度引起的振荡的能量的频率。
用于匹配滤波器信号的决定量可以通过对该输出进行平方并且进行低通滤波而生成：
yLP(t)＝LP(y2(t)) (等式7)
该决定量的示例显示在标绘图4C中，其具有标准化的低通阀值450。在图4C中，示例性的图440显示了从具有四个轮的车辆的右前轮的轮速传感器获得的信号。根据该说明，当超过该阀值450时，这表示对在驾驶车辆下的路面上或路面的短期不平度的检测。该检测可以触发由车辆的驾驶员可感知的警报，例如，如任何类型的视觉/听觉/可感知的输出。
现有技术中已知的并且适于比较两个信号的任何匹配的滤波功能(不仅用作在此的示例的这个)可以用在匹配滤波器的实施方式中。
为了补足来自轮速信号的信息，关于底盘随时间推移的竖直运动的信息还可以被进一步使用，换句话说，将关于轮的依时间的振荡的传感器信息与底盘的依时间的竖直运动相融合。在路面上或路面的不平度上驾驶牵涉到测量每一轮或轮轴与车辆底盘之间的高度的传感器信号中可观测到的悬架系统中的能量。这些信号可对于检测不具有在轮速信号中产生的大的振荡的尖锐边缘的不平度是特别有用的。
而且，传感器的融合方法的另一益处是将错误指示的数目最小化。在动态驾驶期间，例如在大量加速(heavy acceleration)和换挡下，当使用仅仅指示底盘的竖直运动的信号时，车辆的俯仰角(pitch angle)可能由于可能的错误指示而快速地改变。与来自轮速传感器的信息相组合，该错误的指示可以被抑制。此外，由从轮速信号输出的干扰所引起的错误指示(与短期道路的不平度无关)之后还可以通过使用与测量底盘的竖直运动的传感器融合的传感器而被抑制。
图5A显示了当在驾驶车辆下的路面上的短期不平度上驾驶时，利用前轴和后轴高度传感器获得的示例性轴高度信号的两个标绘图500和标绘图510。
可以计算轴高度信号的运动方差以得到用于短期不平度的额外的指示。方差可被计算如下：
Figure BDA0000927405460000131
(等式8)
其中，ha为用于轴a的轴高度以及
Figure BDA0000927405460000132
为ha的运动方差。
图5B显示了表示图5A中的轴高度信号的方差的标绘图530和图540。在方法实施方式中，轴高度信号的方差与预定阀值(在图5B中由虚线550和虚线560示意出)比较，并且如果轴高度信号的方差值超过了预设的限值，则确定了检测到驾驶车辆下在路面上的短期不平度。
如果纵向加速度的绝对值在预设的限度内，则轴高度信号方差值可以被更新。这减小或移除了俯仰角中的波动，该波动由于在高加速度和突然制动时的负载转移而发生。如在此所描述的，在示例中，来自轴高度传感器的轴高度方差信息可以与例如来自轮速传感器或轮加速度传感器的轮速信息组合，以便获得改进的信息(传感器融合信息)，以该改进的信息为基础，可以检测到在驾驶车辆下的路面上的短期不平度。
图3显示了用于检测在驾驶车辆下的短期不平度的方法的实施方式的流程图，所述驾驶车辆具有至少第一车轮和第二轮，所述方法包括：
在步骤S310中：利用第一传感器，确定指示在第一车轮处的依时间振荡的第一传感器信号。
第一传感器信号可以为以下几者中的至少一者：
-指示车辆的第一车轮的速度的依时间行为的轮速信号，例如轮速振荡；
-来自例如位于车辆的悬架系统中的加速计的信号；
第一传感器信号的依时间的振荡可以基于第一传感器的两个连续的内部信号之间的时间方差的至少一个计算值而确定，如联系图4A至图4C所描述的，并且确定依时间的振荡包括利用匹配滤波器，如联系图4C所描述的。
对于包括前轮和后轮的至少一个轮对的车辆以及在轮对的各个轮处所获得的轮速信号相关，相关峰值将出现在由于通过在驾驶车辆下的路面上或路面的短期不平度而振荡的时刻处。如果已知车辆的前轴和后轴之间的距离，轮的相关性可被用于确定轮速，例如，如在相关的现有技术文献WO 2011/054363Al中所描述的。
在步骤S310下的实施方式的任何或所有的实施方式中可以进一步被组合以获得关于依时间振荡的甚至更为精确的信息。
在步骤S320中：利用第二传感器，确定指示车辆底盘的依时间的竖直运动的第二传感器信号。
确定车辆底盘的依时间的竖直运动可以包括以下中至少一者：
-利用轴高度传感器，确定第一车轮的轮轴和车辆底盘之间的依时间的距离，如联系图5A和图5B所描述的；
-利用分别与至少两个轮的每一者相关的空气悬架高度传感器，分别确定车辆的至少两个轮的每一者和车辆底盘之间的依时间的距离；
-利用竖直加速计确定竖直加速度。
在步骤S320下的实施方式的任意或所有实施方式还可以进一步组合以获得底盘的依时间的竖直运动的甚至更为精确的信息。
在步骤S330中：基于第一传感器信号和第二传感器信号，检测在驾驶车辆下的任何短期不平度。
检测步骤S330可以包括将从第一传感器信号和第二传感器信号的组合获得的值与预定阀值相比较，以确定在驾驶车辆下的路面上的短期不平度的检测。
检测步骤S330可以包括：
-基于利用第一传感器在时刻ti处获得的传感器信号，生成标准化的第一传感器值first_sensor_valuei；
-基于利用第二传感器在时刻ti处获得的信号，生成标准化的第二传感器值Second_sensor_valuei；
-基于标准化的first_sensor_valuei和标准化的second_sensor_valuei，计算总的输出值E；以及
-将总的输出值E与预设的阀值相比较；以及
-确定：
○如果总的输出值E超过预设的阀值，则短期不平度在驾驶车辆下呈现；或
○如果总的输出值E未超过预设的阀值，则无短期不平度在驾驶车辆下呈现。
每次第一传感器和第二传感器执行测量时，传感器融合确定可被执行，如利用时间概念ti在上文中所指示的。
可替选地，传感器融合确定可以仅仅当发现所测量的来自第一传感器或第二传感器的传感器值超过特定的时间点t1处预设的阀值时而被执行，而仅当第一传感器和第二传感器中的一者已经提供了短期不平度可能在驾驶车辆下呈现的指示时，总的输出值E被计算并且与预设的阀值相比较。在该情况下，如果发现总的输出值E未超过预设的阀值时，这对应于“错误警报”，这由于当单独获取时，第一传感器和第二传感器中的一者已经记录了指示在驾驶车辆下的路面上的短期不平度的检测的值。换句话说，传感器融合(融合来自两个或多个传感器的信息)的使用比利用来自仅仅单个传感器的信息提供了短期不平度的更为精确的检测。
第一传感器值可以通过乘以第一常数K1被标准化，以及第二传感器值可以通过乘以第二常数K2而被标准化。值K1和值K2可以在生产中、在校准中预设并且确定，和/或存储在集成在车辆1中的数据存储器104或车辆1可访问的数据存储器中并从数据存储器104(如在图1A中所示出的)或车辆1可访问的数据存储器中重获，车辆1可访问的数据存储器例如为中央系统后台单元130的数据存储器134，如图1B中所示出的。处理器102和/或处理器132可被配置成从存储器104、存储器134重获第一常数K1和第二常数K2；利用第一常数K1和第二常数K2将第一传感器信号和第二传感器信号标准化；以及通过将标准化的传感器信号的结果值求和而生成总的输出值E，这根据以下的等式生成：
E＝K1·(first_sensor_valuei)+K2·(second_sensor_valuei) (等式9)
总的输出值E可以对应于能量值。
处理器102和/或处理器132可以配置成：将总的输出值E与预设的阀值相比较；以及确定：
○如果总的输出值E超过预设的阀值，则短期不平度在驾驶车辆下呈现；或
○如果总的输出值E未超过预设的阀值，则无短期不平度在驾驶车辆下呈现。
对于整个车辆，上述估算可以例如执行用于每一分开的轮(如果该轮具有一个以上的轮)或用于每一轮对(如果该车辆具有两个或多个轮的对)。
常数K1和常数K2可以在与车辆的服务联系的参数下载处而被更新，或经由来自通信网络的下载，例如，在预定时间间隔或与新的系统版本发布联系而自动的或用户触发的下载。而且，常数K1和常数K2还可以被适于作为车辆的速度的函数，这由于所引起的能量将改变为速度的函数；速度越大，所引起的能量越低。
通过将从步骤S310和步骤S320获得的信息组合，获得了短期不平度的改进的检测。例如，步骤S310可以足以检测短期的不平度(例如具有尖锐边缘的坑洼)并且因此引起了轮速振荡中的大的方差，但是如果例如振荡的幅度不超过预设的阀值，则具有更平滑的边缘的不平度可能被忽视。
通过将关于轮速振荡中的方差的信息与关于底盘的振荡的信息组合，不论轮速的振荡是否实际上指示了道路的不平度的存在，都可以作出更为精确的确定。
在步骤S330之后，获得了关于任何所检测到的短期不平度的信息。该信息可以用于多个有利的目的。
该方法可以包括基于一个或多个所检测到的短期不平度而生成或更新当前路面状况的地图。
此外或可替选的，该方法可以包括基于一个或多个所检测到的短期不平度来更新路面的分类。
此外或可替选的，该方法可以包括执行上文所提到的生成或更新当前路面状况的地图和/或实时更新路面的分类。
此外或可替选的，该方法还可以包括基于所更新的分类调节车辆的主动悬架的设定。
该方法可以包括利用驾驶员辅助系统分配所更新的路面分类或地图，所述驾驶员辅助系统能够彼此直接通信和/或与交通基础设施操作者直接通信。
在本文中所描述的所有的方法步骤和功能可以实时地执行，并且该计算和估算可以通过驾驶车辆的处理器132或求值器102执行，或通过中央系统后台单元130的处理器132执行，并且被通信到驾驶车辆的处理器或求值器102。
在关于第一传感器信号的步骤中，处理器或求值器102可以配置成分别地确定指示第一车轮处的依时间振荡的一个传感器信号和指示在第二轮处的依时间振荡的另一传感器信号，并且将第一传感器信号和第二传感器信号相关，以便确定在第一车轮和第二轮处所获得的信号的相关信号。如果一个或多个轮速传感器被用于测量振荡，则轮速信号优选地在车道中行驶的一对前轮和后轮中测量到，从而它们以时间延迟方式感受到相同的道路特征。
求值器102的处理器可以配置成执行本文所描述的方法步骤或功能中的任意或所有的方法步骤或功能。
如可行的实施方案，提供了计算机程序产品，所述计算机程序产品布置成当在计算装置中执行时控制处理器，以执行本文所描述的方法步骤或功能中的任意或所有的方法步骤或功能。
该车辆可以包括显示器(在附图中未显示)，其中求值器或处理器102可以配置成控制显示的和/或声音的和/或可感知的输出，以便输出图形或图像、或声音、或与路面状况相关联的可感知的数据(例如当前路面状况的地图或即将到来的障碍物)、或视觉的/声音的/可感知的车辆正在接近障碍物的警报/警告。
具有用于执行所描述方法的程序代码的计算机程序产品的实施方式包括任何机器可读介质，所述机器可读介质能够存储或给程序代码编码。术语“机器可读介质”应当相应地包括但不限于固态存储器、光学和磁性存储介质以及载波信号。程序代码可以为机器代码或可以通过编译和/或解释而转换成机器代码的其它代码，例如高级编程语言(例如，C++)中或以任何其它合适的命令式语言和函数式编程语言中的源代码、或虚拟机代码。计算机程序产品可以包括设置有程序代码或其它方法的数据载体，所述数据载体被设计来控制或引导数据处理装置来执行根据所述描述的方法。运行该方法的数据处理装置通常包括中央处理单元、数据存储装置和用于信号或参数值的输入/输出(I/O)接口。

Claims (19)

1.一种用于检测在具有至少第一车轮的驾驶车辆下路面的短期不平度的方法，所述方法包括：
a）利用第一传感器，确定第一传感器信号，其中，所述第一传感器是轮速传感器，以及所述第一传感器信号指示在所述第一车轮处的轮速振荡，所述轮速振荡是所述第一车轮在所述路面的具有所述短期不平度的边缘上行驶时所产生的，其中，所述轮速振荡基于对所述轮速传感器的两个连续轮齿信号的记录之间的时间的方差的计算而确定；
b）利用第二传感器，确定指示车辆底盘的依时间竖直运动的第二传感器信号；以及
c）基于计算出的所述方差并且基于所述第二传感器信号检测在所述驾驶车辆下路面的短期不平度，其中，计算出的所述方差和所述第二传感器信号组合以获得导出值，以及当所述导出值超过阈值时则检测到所述短期不平度，当所述导出值不超过所述阈值时则没有检测到所述短期不平度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述车辆底盘的依时间竖直运动包括利用轴高度传感器，确定所述第一车轮的轮轴和所述车辆底盘之间的依时间的距离。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述车辆底盘的依时间竖直运动包括利用与所述第一车轮相关的空气悬架高度传感器，确定所述第一车轮和所述车辆底盘之间的依时间的距离。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述车辆底盘的依时间竖直运动包括利用竖直加速计确定竖直加速度。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括基于一个或多个所检测到的短期不平度生成或更新当前路面状况的地图。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括基于一个或多个所检测到的短期不平度更新所述路面的分类。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括基于一个或多个所检测到的短期不平度，调节所述车辆的主动悬架的设定。
8.根据权利要求5或6所述的方法，还包括利用驾驶员辅助系统，分配关于一个或多个所检测到的短期不平度。
9.一种用于检测在具有至少第一车轮的驾驶车辆下路面的短期不平度的方法，所述方法包括：
a）利用第一传感器，确定第一传感器信号，其中，所述第一传感器是轮速传感器，以及所述第一传感器信号指示在所述第一车轮处的轮速振荡，所述轮速振荡是所述第一车轮在所述路面的具有所述短期不平度的边缘上行驶时所产生的；
b）利用匹配滤波器，基于所述第一传感器信号确定所述轮速振荡，其中，所述轮速振荡是基于所述第一传感器信号与模板信号的高度相关性而确定的；
c）利用第二传感器，确定指示车辆底盘的依时间竖直运动的第二传感器信号；以及
d）基于使用所述匹配滤波器确定的所述轮速振荡并且基于所述第二传感器信号检测在所述驾驶车辆下路面的短期不平度，其中，确定的所述相关性和所述第二传感器信号组合以获得导出值，以及当所述导出值超过阈值时则检测到所述短期不平度，当所述导出值不超过所述阈值时则没有检测到所述短期不平度。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，确定所述车辆底盘的依时间竖直运动包括利用轴高度传感器，确定所述第一车轮的轮轴和所述车辆底盘之间的依时间的距离。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，确定所述车辆底盘的依时间竖直运动包括利用与所述第一车轮相关的空气悬架高度传感器，确定所述第一车轮和所述车辆底盘之间的依时间的距离。
12.根据权利要求9所述的方法，其中，确定所述车辆底盘的依时间竖直运动包括利用竖直加速计确定竖直加速度。
13.根据权利要求9所述的方法，还包括基于一个或多个所检测到的短期不平度，调节所述车辆的主动悬架的设定。
14.一种用于检测在具有第一车轮的驾驶车辆下路面的短期不平度的系统，所述系统包括：
a）第一传感器（100），所述第一传感器（100）配置成确定第一传感器信号，其中，所述第一传感器是轮速传感器，以及所述第一传感器信号指示在所述第一车轮处的轮速振荡，所述轮速振荡是所述第一车轮在所述路面的具有所述短期不平度的边缘上行驶时所产生的；
b）第二传感器（140），所述第二传感器（140）配置成确定指示车辆底盘的竖直运动的第二传感器信号；以及
c）求值器（102），所述求值器（102）配置成：
- 接收所述第一传感器信号和所述第二传感器信号，其中，所述轮速振荡基于对所述轮速传感器的两个连续轮齿信号的记录之间的时间的方差的计算而确定；以及
- 基于计算出的所述方差并且基于所述第二传感器信号检测在所述驾驶车辆下路面存在的短期不平度，其中，计算出的所述方差和所述第二传感器信号组合以获得导出值，以及当所述导出值超过阈值时则检测到所述短期不平度，当所述导出值不超过所述阈值时则没有检测到所述短期不平度。
15.一种用于检测在具有第一车轮的驾驶车辆下路面的短期不平度的系统，所述系统包括：
a）第一传感器（100），所述第一传感器（100）配置成确定第一传感器信号，其中，所述第一传感器是轮速传感器，以及所述第一传感器信号指示在所述第一车轮处的轮速振荡，所述轮速振荡是所述第一车轮在所述路面的具有所述短期不平度的边缘上行驶时所产生的；
b）第二传感器（140），所述第二传感器（140）配置成确定指示车辆底盘的竖直运动的第二传感器信号；以及
c）求值器（102），所述求值器（102）配置成：
- 接收所述第一传感器信号和所述第二传感器信号；
- 利用匹配滤波器，基于所述第一传感器信号确定所述轮速振荡，其中，所述轮速振荡是基于所述第一传感器信号与模板信号的高度相关性而确定的；以及
- 基于使用所述匹配滤波器确定的所述轮速振荡并且基于所述第二传感器信号检测在所述驾驶车辆下路面的短期不平度，其中，确定的所述相关性和所述第二传感器信号组合以获得导出值，以及当所述导出值超过阈值时则检测到所述短期不平度，当所述导出值不超过所述阈值时则没有检测到所述短期不平度。
16.一种机器可读介质，配置成存储程序代码，所述程序代码当在计算装置中被执行时控制处理器来检测在具有第一车轮的驾驶车辆下的短期不平度，所述检测通过以下过程来进行：
a）利用第一传感器，确定第一传感器信号，其中，所述第一传感器是轮速传感器，以及所述第一传感器信号指示在所述第一车轮处的轮速振荡，所述轮速振荡是所述第一车轮在所述路面的具有所述短期不平度的边缘上行驶时所产生的，其中，所述轮速振荡基于对所述轮速传感器的两个连续轮齿信号的记录之间的时间的方差的计算而确定；
b）利用第二传感器，确定指示车辆底盘的竖直运动的第二传感器信号；以及
c）基于计算出的所述方差并且基于所述第二传感器信号检测在所述驾驶车辆下路面的短期不平度，其中，计算出的所述方差和所述第二传感器信号组合以获得导出值，以及当所述导出值超过阈值时则检测到所述短期不平度，当所述导出值不超过所述阈值时则没有检测到所述短期不平度。
17.根据权利要求16所述的机器可读介质，还布置成，所述程序代码当在计算装置中被执行时，控制处理器来执行根据权利要求2至8中任一项所述的方法步骤。
18.一种机器可读介质，配置成存储程序代码，所述程序代码当在计算装置中被执行时控制处理器来检测在具有第一车轮的驾驶车辆下的短期不平度，所述检测通过以下过程来进行：
a）利用第一传感器，确定第一传感器信号，其中，所述第一传感器是轮速传感器，以及所述第一传感器信号指示在所述第一车轮处的轮速振荡，所述轮速振荡是所述第一车轮在所述路面的具有所述短期不平度的边缘上行驶时所产生的；
b）利用匹配滤波器，基于所述第一传感器信号确定所述轮速振荡，其中，所述轮速振荡是基于所述第一传感器信号与模板信号的高度相关性而确定的；
c）利用第二传感器，确定指示车辆底盘的竖直运动的第二传感器信号；以及
d）基于使用所述匹配滤波器确定的所述轮速振荡并且基于所述第二传感器信号检测在所述驾驶车辆下路面的短期不平度，其中，确定的所述相关性和所述第二传感器信号组合以获得导出值，以及当所述导出值超过阈值时则检测到所述短期不平度，当所述导出值不超过所述阈值时则没有检测到所述短期不平度。
19.根据权利要求18所述的机器可读介质，还布置成，所述程序代码当在计算装置中被执行时，控制处理器来执行根据权利要求10至13中任一项所述的方法步骤。
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