CN110431060B - 用于路面状况和车辆行为的实时评估的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定路面状况的方法，该方法在路面上行驶的车辆上进行，所述方法包括以下步骤：‑捕捉由至少一个轮胎与路面之间的摩擦产生的噪声，‑分析在高频范围内的噪声信号，以确定路面状况为干燥或不干燥，‑在路面状况为不干燥的情况下，分析在低频范围内的噪声信号，以确定路面状况为潮湿或湿润。

Description

用于路面状况和车辆行为的实时评估的方法和系统

背景技术

随着自动驾驶车辆和高级驾驶辅助系统(ADAS)的不断发展，对于车辆来说，得到一些关于每时每刻存在于车辆轮胎和路面之间的摩擦的信息变得非常有用。

事实上，这样的摩擦信息对于提供至车辆的某些致动系统的驱动规则可能具有一些影响。

摩擦力大小取决于轮胎自身、轮胎磨损、压力……，但是其也取决于路面状况，更具体地取决于路面的天气状况。

如今，很少有低成本并且能够相对准确地提供路面的天气信息的传感器。例如，一些方案采用安装在车辆上的、用于记录路面上的轮胎的噪声的麦克风。基于这样的记录，似乎可以分析捕捉的信息以得到路面的天气状况的一些输入。然而，在现存系统中，由麦克风提供的信息是局限的，并且不能够区分除了潮湿路面与干燥路面以外的区别。

在最先进的技术中，该系统也用于确定路面纹理和轮胎磨损。然而，上面提到的缺点也出现在这些应用中。

其他系统采取类似于光学摄影机的技术以确定天气状况，但是这些方案似乎不能在所有状况下(尤其是在阴影或暗光状况下)提供准确信息。

于是，本发明的目的是提供用于避免上面提到的缺点的方法和系统。

具体实施方式

更具体地，本发明的目的是提供一种系统和方法，其能够确定路面状况以及车辆在该路面上的行为。因此，本发明的一个目的是以准确的方式确定轮胎与路面之间的摩擦系数而不论路面上的水位如何。另一个目的是确定在不同天气状况下的车辆的刹车距离。

如前所述，现有方法采取了一种有局限的方法，其不能够用比干/湿更高的精度来确定路面状况。

事实上，我们通过一些实验已经注意到，也许可以划分对摩擦和刹车距离有直接影响的三种不同类型的路面状况：

-潮湿状况，在潮湿状况下会发生打滑并且刹车距离可以非常长，

-湿润状况，在湿润状况下路面被水浸润但是不足以发生打滑，并且在该状况下附着力仍然不如干燥状况下，以及

-干燥状况。

这些路面状况的特征在以下表中总结：

因此，本发明涉及用于确定路面状况的方法，该方法在路面上行驶的车辆上进行，所述方法包括以下步骤：

-捕捉由至少一个轮胎与路面之间的摩擦产生的噪声，

-分析在高频范围内的噪声信号，以确定路面状况为干燥或不干燥，

-在路面状况为不干燥的情况下，分析在低频范围内的噪声信号，以确定路面状况为潮湿或湿润

噪声捕捉的输出信息是频谱，其是能够进行分析的。该分析可以确定以下用于区分不同路面状况的方法步骤：

-步骤1：分析在高频范围内的噪声信号，以确定路面为“干燥”或者“不干燥”。事实上，如上表中能够看到的，“干燥状况”对应于频谱的底部，能够通过将第一预定阈值应用至所述信号的幅值而容易地区分。

-步骤2：在“不干燥”状况的情况下，随后分析在低频范围内的噪声信号，通过将第二预定阈值应用至所述信号的幅值以确定状况为“潮湿”(频谱的顶部)或者“湿润”(频谱的中部)。

所述第一阈值和第二阈值基于几个参数，即车辆的速度而预先确定。

在一个具体实施方案中，根据本发明的方法包括以下步骤：基于确定的路面状况，并且选择性地基于诸如车辆速度和/或轮胎磨损的其它参数确定轮胎与路面之间的摩擦系数。

在另一个具体实施方案中，根据本发明的方法包括以下步骤：基于确定的路面状况，并且选择性地基于诸如车辆速度和/或轮胎磨损的其它参数确定路面上车辆的刹车距离。

在一个特定实施方案中，根据本发明的方法包括以下步骤：基于确定的路面状况，并且选择性地基于诸如轮胎磨损的其它参数确定车辆的最大横向速度。

这样，在某些情况下，对稳定化和/或改进前述确定是有用的。举例来说，在第一个图中可以看出，在潮湿或湿润状况下，刹车距离可以取决于路面上的水面高度。因此，通过如下附加步骤增强所要求保护的方法可能是有用的：

在实施方案中，根据本发明的方法可以包括以下步骤：通过应用图像处理方法(例如执行类似于Sobel滤波器的滤波器的边缘检测方法)分析从摄影机发送的图像。该分析的结果能够用于确认和/或改进通过使用声学传感器做出的确定。

在另一个实施方案中，通过指向地面的激光器可以得知地面上的水量，并且随后区分湿润和干燥状况。上述过程可以使用像三角测量或自混合的技术进行。

另一个选择是使用从外部来源提供的天气数据。事实上，该领域的具体行为可以提供包括以下的数据：

-降水的量，

-路面上的水膜厚度的估算，了解某些参数(GPS坐标、交通、温度……)。

了解了上述数据，并且应用预定的模型后，可以得到路面上真正存在的水量，并且随后改进车辆在路面上的行为特征。

确定水膜厚度的另一个选择是使用位于车顶的基于红外光谱的传感器。

本发明同样涉及用于确定路面状况的系统，该系统包括：

-至少一个麦克风，其安装在车身上，

-至少一个摄影机，其安装在车辆内或车辆上，

-至少一个处理器单元，其用于分析从所述麦克风和所述摄影机发送的数据。

在具体实施方案中，麦克风安装为靠近车辆的至少一个轮胎。优选的是，麦克风安装为靠近车辆的后轮胎。

在具体实施方案中，摄影机安装在这样一个位置，其能够在车辆驶过前方的路面之前捕捉前方的路面。

该系统可以使以下两个传感器测量的数据相互关联，以对路面状况进行精确的区分：

-声学传感器，其用于进行三种路面状况之间的区分，以及

-光学传感器，其用于确认和/或改进通过使用声学传感器进行区分的结果。

声学传感器(例如麦克风)整合在车辆上，其非常靠近轮胎从而录入的噪声实际上反映了路面的状况。该系统也可以包括两个麦克风，一个安装为靠近前轮，另一个安装为靠近后轮。

光学传感器可以为摄影机或者激光器。

这样的系统也能够用于执行基于声学信号和图像信号的任何方法。

事实上，噪声处理可以按照上述通过分析不同频率范围内的信号幅值的解释来完成，但是可以考虑基于该信号来区分路面状况的其它选择。

因此，本发明的范围可以不限于用于执行在此描述的方法步骤的系统，也可以覆盖所要求保护的任何系统。

Claims (7)

1.一种用于确定路面状况的方法，该方法在路面上行驶的车辆上进行，所述方法包括以下步骤：

-捕捉由至少一个轮胎与路面之间的摩擦产生的噪声，

-分析在高频范围内的噪声信号，以确定路面状况为干燥或不干燥，

-在路面状况为不干燥的情况下，分析在低频范围内的噪声信号，以确定路面状况为潮湿或湿润；

其中，噪声信号的处理是通过分析不同频率范围内的噪声信号的幅值来完成。

2.根据权利要求1所述的方法，其包括下述步骤：基于确定的路面状况，并且选择性地基于诸如车辆速度或轮胎磨损的其它参数确定轮胎与路面之间的摩擦系数。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其包括下述步骤：基于确定的路面状况，并且选择性地基于诸如车辆速度和/或轮胎磨损的其它参数确定路面上车辆的刹车距离。

4.根据前述权利要求的任意一项所述的方法，其包括下述步骤：基于确定的路面状况，并且选择性地基于诸如轮胎磨损的其它参数确定车辆的最大横向速度。

5.根据前述权利要求的任意一项所述的方法，其进一步包括以下步骤：

-使用光学传感器捕捉路面的影像，

-分析捕捉的影像，以确定图像的某些部分是否显示不同的颜色，

-基于上述分析，确认和/或改进对路面状况的确定。

6.根据前述权利要求的任意一项所述的方法，其进一步包括以下步骤：

-从外部来源获取关于路面天气状况的信息，

-分析所述信息以确认和/或改进对路面状况的确定。

7.一种用于确定路面状况的系统，所述系统执行根据权利要求1所述的用于确定路面状况的方法，所述系统包括：

-至少一个麦克风，其安装在车身上，

-至少一个摄影机，其安装在车辆内或车辆上，

-至少一个处理器单元，其用于分析从所述麦克风和所述摄影机发送的数据。