CN110884497A - 用于提供交通区域部段的摩擦系数信息的方法和系统 - Google Patents

用于提供交通区域部段的摩擦系数信息的方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于提供位于前面的交通区域部段的摩擦系数信息(XC,n，XF,n)的改善方法，借助该方法可以提供可靠的、客观的摩擦系数信息。该方法设置，在服务器侧确定至少一个能够本地确定的交通区域部段(110‑113)的摩擦系数信息(XC,n)，在服务器侧通过数据网络将摩擦系数信息(XC,n)提供给多个车辆(150，160)。根据本发明，将车辆侧的第二状态观测器(151，161)的状态数据(XF,n)提供给服务器侧的第一状态观测器(130)，其中，第一状态观测器(130)基于所提供的状态数据确定摩擦系数信息(XC,n)。

Description

用于提供交通区域部段的摩擦系数信息的方法和系统
技术领域
本发明涉及用于对交通区域部段
Figure BDA0002193671530000011
的摩擦系数数据进行交换的一种方法和一种系统。本发明尤其可以有利地用于在该交通区域部段上行驶的车辆。
背景技术
车辆(尤其该车辆的轮胎)与交通区域部段(例如行车道)之间的摩擦系数影响车辆在纵向引导和横向引导方面的行驶动力学极限。在由人类车辆驾驶员操纵的传统车辆中，摩擦系数例如可以通过经验值、通过短暂的制动、通过仔细的转向操作、通过光学感知等至少初步地求取——当前的摩擦系数是相当高还是相当低。例如，当前的摩擦系数可能在良好建造的、清洁的行车道以及在干燥的情况下是相当高的，因此有利地促进车辆与行车道之间的良好的静摩擦，与此相反，潮湿、光滑、脏的道路等则会不利地影响摩擦系数。
在车辆的部分自主或全自主的行驶运行中，由于至少部分地省去了人类驾驶员的信息，因此对交通区域部段的当前摩擦系数的估计更加困难。为了解决该问题，WO 2016/120092 A1例如提出一种数据库支持的摩擦系数地图，在该摩擦系数地图中，从进行发送的车辆接收所发送的信息并且将所述信息存储在数据库中，其中，所述信息至少包括描述道路区段的确定摩擦系数的摩擦系数数据，所述摩擦系数数据包括描述该道路区段的几何方位的位置数据以及描述摩擦系数数据的求取时刻的时间数据，并且可以由所接收的时间数据调用存储在数据库中的数据。尽管可以将关于交通区域部段的当前摩擦系数的有用信息提供给车辆，但是希望还能够将更准确的摩擦系数数据提供给车辆。
发明内容
本发明的实施方式提供一种用于提供交通区域的摩擦系数信息的改进可能性。
该任务通过根据本发明的方法和系统来实现。本发明的有利扩展方案从说明书和附图中得出。
可以计算机支持地执行所提出的方法，其中，可以由处理器来处理存储在存储器中的程序指令，以便实施方法步骤。所述用于提供交通区域部段的摩擦系数信息的方法设有如下步骤：
-在服务器侧确定至少一个能够本地
Figure BDA0002193671530000021
确定的交通区域部段的摩擦系数信息。
为此，可以使用云计算，并且例如可以设置具有存储器、处理器和至数据网络的通信接口的服务器装置。摩擦系数信息尤其可以包括交通区域部段的所估计的和/或计算的摩擦系数、位置和/或方位、环境条件以及行车道上的中间介质等。交通区域尤其可以理解为道路(也可以是具有不同行车道表面的道路)、停车场、人行横道等。因为摩擦系数信息也可能仅适用于交通区域的有限区域范围，因此也可以仅考虑交通区域的一部分——即交通区域部段。
-在服务器侧通过数据网络将摩擦系数信息提供给或者至少提供用于多个车辆。
数据网络例如可以是任意的移动无线电网络——只要该数据网络允许尽可能双向的数据传输，其中，在此传输的数据量对传输速率仅提出很小的要求。
-此外，将车辆侧的第二状态观测器的状态数据提供给服务器侧的第一状态观测器。
-然后，第一状态观测器基于所提供的状态数据确定在服务器侧待提供的摩擦系数信息。
在此，确定摩擦系数信息尤其可以理解为：在使用合适的模型的情况下进行预测。原则上，第一状态观测器利用在该交通区域部段上行驶的车辆来进行测量。
在这种情况下，状态观测器可以理解为尤其计算机支持的(例如包含在程序指令中的)装置。这种称为状态观测器的装置例如用于摩擦系数信息的基于模型的预测估计，其中，交通区域部段的摩擦系数通常涉及多参量系统。状态观测器可以由通常已知的输入参量(例如车辆侧的测量数据、天气数据等)以及模型的输出参量(作为观测参考系统无法测量的参量、即状态，例如摩擦系数)构成。在此，可以自由地设定所述确定的频率。
状态数据可以作为一个或多个状态向量存在并且例如可以包括：车辆在x、y和z方向上的位置、车辆的(在考虑偏航角、俯仰角、侧倾角及其变化以及其随时间的变化的情况下的)定向。此外，状态数据例如可以包括：由车辆动力学控制系统得到的摩擦系数、当前的环境条件以及行车道上的可能识别到的中间介质。该中间介质例如可以基于环境温度、大气压力、当前空气湿度、降水量、水位高度等来确定，例如求取冰面、积雪深度、淤泥量、污染程度、砂砾量、碎石量、油污面积等、轮胎状态(例如其温度等)。所有状态数据也可以从已经存在的车辆系统获得。
原则上，可以考虑所有已知的交通区域部段——即尤其所有经制图的道路部段，其中，可以在服务器侧为每个单独的交通区域部段设置一个单独的第一状态观测器。
借助这种配置，本发明能够极其客观或可靠地确定所考虑的交通区域部段的(例如一街道的)摩擦系数。可以通过状态观测器的能够自由选择的配置来考虑多个影响因素，以便附加地提高摩擦系数信息的确定质量。此外，车辆与云或服务器可以建立和终止连接，以便在来到待行驶的交通区域部段之前及时地将对应的摩擦系数信息传输给相关车辆。
一种扩展方案设置，第一状态观测器和/或第二状态观测器可以是设置用于状态观测的滤波器。因此，可以使用市场上可用的工具箱来实现状态观测器。例如，龙伯格观测器以及其他的观测器可能适用于此。
为了获得特别良好且可靠的交通区域部段状态的重构，第一状态观测器和/或第二状态观测器可以是卡尔曼滤波器。卡尔曼滤波器通常用于当代机动车(例如也用于行驶动力控制系统)，从而这种滤波器能够易于使用。卡尔曼滤波器尤其可以提供其误差的状态向量和/或标准分布。
根据另一扩展方案，状态数据可以包括车辆特定的或车辆类型特定的特性。这些数据例如可以由各种车辆系统通过车辆总线系统提供，并且由第一状态观测器用于摩擦系数信息的误差估计。
在另一扩展方案中可以设置，车辆特定的或车辆类型特定的特性选自：车辆模型、车龄、轮胎类型、轮胎年龄、胎面花纹等。
根据一种扩展方案，可以通过车辆特定的或车辆类型特定的特性来归一化状态数据。这使得可以使摩擦系数信息(尤其其中包含的摩擦系数)客观化，因为当将摩擦系数信息提供给其他车辆时，误差参量(例如具有较低胎面花纹深度的轮胎或老化的轮胎混合物)被尽可能地忽略。
在另一扩展方案中，可以将第二状态观测器的状态数据的标准偏差附加地提供给第一状态观测器。这例如可以是卡尔曼滤波器的针对至少一个状态向量的标准偏差。
根据一种扩展方案，在确定摩擦系数信息之前，可以通过车辆特定的或车辆类型特定的特性来修正所提供的标准偏差。
在另一扩展方案中，可以提供车辆特定的或车辆类型特定的警报，所述警报尤其提醒提防交通不安全的(例如具有较低摩擦系数的)交通区域部段。这例如可以在服务器侧实现，其方式是：在那里收集车辆特定的或车辆特定的数据。然而，即使在摩擦系数信息与能够设定的阈值相交的情况下，车辆也可以发出警报。在部分自主或完全自主行驶的车辆中，例如可以在交通区域部段之前及时地向驾驶员发出警报和/或要求驾驶员接管驾驶功能或自己行驶。
在一种扩展方案中，服务器侧和车辆侧的状态观测器中的系统也可以具有反馈。尤其可以为车辆提供位于前面的交通区域部段的至少一个状态向量及其标准偏差。这些可以来自第一状态观测器并且用于支持车辆侧(即第二状态观测器)或者对其数据进行可信度检验。
本发明还涉及一种用于在服务器侧将交通区域部段的摩擦系数信息提供给多个车辆的系统。该系统(例如在具有至少一个第一状态观测器的云中)具有服务器装置。第一状态观测器设置用于基于车辆侧的第二状态观测器的所提供的状态数据来确定摩擦系数信息。
该系统可以借助上述方法在一个或多个所述实施变型方案中运行，并且因此该系统提供上述优点。
下面根据附图与本发明的优选实施例的描述一起更详细地描述改善本发明的其他措施。
附图说明
在下文中，参考附图详细地描述本发明的有利实施例。附图示出：
图1示出根据本发明的用于在云端(或服务器)与多个车辆之间提供摩擦系数信息的系统的示意图；
图2示出根据本发明的用于提供摩擦系数信息的方法的流程图；
这些附图仅是示意性的而非按比例绘制的。在附图中，相同、作用相同或类似的元件始终设有相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出适用于电子地(例如借助云计算)提供摩擦系数信息的系统100。摩擦系数信息可以包含多个数据并且关于具有确定地理位置或方位的确定交通区域部段，其中，在该实施例中，仅示例性地示出四个交通区域部段110、111、112、113。这些交通区域部段110、111、112、113例如在它们的地理方位方面有所不同，并且也可以在它们的道路状况(例如行车道路面)、时间因素、天气状况等方面彼此差异很大。
系统100具有服务器120，该服务器在此表示成基于云计算的云并且具有：用于程序指令的存储器、用于实施程序指令的处理器等。此外，系统100具有服务器侧的第一状态观测器130，该第一状态观测器构造成卡尔曼滤波器，该第一状态观测器在功能上与服务器110连接并且能够通过通信接口140与数据网络连接，该数据网络尤其能够实现无线电连接。
在该示例性实施例中，为清楚起见，仅示出第一状态观测器130，其中，交通区域部段110-113中的每个分配有一个单独的第一状态观测器130。根据在此示例性示出的交通区域部段110-113，所述一个或多个第一状态观测器130设置用于例如通过处理器基于模型地处理服务器侧的一个或多个第一状态向量XC,n，或者用于通过通信接口140与对应的标准偏差一并提供所述第一状态向量，以便进行发送或调用。相应的状态向量XC,n例如包括状态向量所对应的交通区域部段110-113的方位或位置、摩擦系数μ、温度T、关于天气的信息、中间介质(例如水、雪、冰等)，这例如在图1中通过相应的符号表示。应当注意，第一状态向量XC,n不一定是静态的，而是可以以能够设定的频率动态地改变。
此外，系统100在此示例性地联接(einbinden)两个车辆150、160，所述车辆具有车辆侧的第二状态观测器151、161，该第二状态观测器在此也示例性地实施为卡尔曼滤波器并且基于模型地工作。此外，车辆150、160分别具有数据连接152、162，所述数据连接在此仅通过两个符号表示并且分别允许访问服务器120或云。数据连接152、162例如实现安装在相应车辆150或160中的无线电模块。数据连接152、162是双向的并且不仅允许服务器侧的而且允许车辆侧的数据接收和发送。应当注意，系统100例如还可以是易于通过车队(fahrzeugflottenweise)访问的或一般性能够访问的以及全球能够访问的，以便可以联接数十、数百、数千甚至数百万辆车辆。
车辆150、160的第二状态观测器设置用于处理一个或多个车辆侧的、第二状态向量XF,n，或者用于通过数据连接152、162与对应的标准偏差一并提供所述第二状态向量，以便进行发送或调用。第二状态向量XF,n例如包括相应车辆150、160在x、y和z方向上的当前位置、车辆150和160的(在考虑偏航角、俯仰角、侧滚角及其变化以及其随时间的变化情况下的)当前定向。此外，所述第二状态向量例如可以包括：由车辆动力学控制系统得到的摩擦系数μ、当前环境条件(例如温度T)以及行车道上的可能识别到的中间介质。该中间介质例如可以基于环境温度T、大气压力P、当前空气湿度、降水量、水位高度等来确定，例如求取冰面、积雪深度、淤泥量、污染程度、砂砾量、碎石量、油污面积等、轮胎状态(例如其温度等)。所有状态数据也可以从已经存在的车辆系统获得。
第二状态观测器151、161还设置用于通过第二状态向量XF,n提供车辆特定的或车辆类型特定的特性(例如车辆模型、车龄、轮胎类型、轮胎年龄、胎面花纹等)。此外，第二状态观测器151、161还设置用于通过将第二状态向量XF,n与行驶的交通区域部段110-113所对应的第一状态向量XC,n进行比较，从而以能够设定的频率对第二状态向量XF,n进行匹配。相反，在确定或计算第一状态向量XC,n时，第一状态观测器130也设置用于在确定或计算第一状态向量XC,n时，考虑到车辆150、160中的一个或多个的针对交通区域部段110-130中的一个或多个的第二状态向量XF,n。
在该实施例中，第二状态向量XF,n用作服务器侧的第一状态观测器130的测量值，所述第二状态向量关于相应车辆150、160以及因此关于行驶的交通区域部段110-130，该第一状态观测器处理第二状态向量XF,n并且由此以第一状态向量XC,n的形式提供待提供的摩擦系数信息。
系统100可以按照如下方式运行，其中，服务器侧的功能被包含在所存储的程序指令中并且由处理器执行，以便发起通信接口140、服务器120以及第一状态观测器130的操控。
原则上，车辆150、160分别收集上面示例性列出的(尤其关于由所述车辆行驶的交通区域部段110-130的摩擦系数μ的)数据，将这些数据处理成第二状态向量XF,n，并且以能够设定的频率将其发送给服务器120。该服务器通过第一状态观测器130将所发送的数据作为测量值进行处理，并且必要时对其进行匹配，以便然后将所述数据作为相应的第一状态向量XC,n形式的可靠摩擦系数信息提供给多个车辆150、160。
在此，第一状态观测器130考虑相应车辆150、160的车辆特定的或车辆类型特定的特性并且因此对输入参量进行归一化，并且必要时，在纳入到第一状态观测器130的计算中之前借助因子向量和偏移向量修正标准偏差。同样，服务器120根据归一化的第二状态向量XF,n以及相应的标准偏差计算：这些对于相应的车辆150，160而言应如何个体化地解读。这可以通过相同的车辆特定的因子向量和偏移向量来实现，所述因子向量和偏移向量也被用于进行归一化。
相应车辆150、160根据位于前面的交通区域部段110-113的摩擦系数信息(尤其摩擦系数μ及其标准偏差)来检查：例如，自主行驶运行是否是可能的。如果摩擦系数信息是不利于此的，并且尤其如果预期的摩擦系数μ太低或标准偏差太大，则车辆150、160及时地向驾驶员发出警报并且向驾驶员转交车辆控制。
图2以流程图再次总结根据本发明的用于提供交通区域部段110-113的摩擦系数信息XC,n、XF,n的方法。在步骤S1中，在服务器侧确定能够本地确定的交通区域部段110-113中的至少一个的摩擦系数信息XC,n。在步骤S2中，通过数据网络将服务器侧的摩擦系数信息XC,n提供给多个车辆150、160。在(中间)步骤S11中，将车辆侧的第二状态观测器151、161的状态数据以第二状态向量XF,n的形式提供给服务器侧的第一状态观测器130。在另一(中间)步骤S12中，基于所提供的第二状态向量XF,n形式的数据，通过第一状态观测器130确定摩擦系数信息XC,n。

Claims (11)

1.一种用于提供交通区域部段的摩擦系数信息(XC,n，XF,n)的方法，所述方法具有以下步骤：
在服务器侧确定至少一个能够本地确定的交通区域部段(110-113)的摩擦系数信息(XC,n)，
在服务器侧通过数据网络将所述摩擦系数信息(XC,n)提供给多个车辆(150，160)，
其特征在于，
将车辆侧的第二状态观测器(151，161)的状态数据(XF,n)提供给服务器侧的第一状态观测器(130)，
第一状态观测器(130)基于所提供的状态数据确定所述摩擦系数信息(XC,n)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一状态观测器(130)和/或所述第二状态观测器(151，161)是设置用于状态观测的滤波器。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一状态观测器(130)和/或所述第二状态观测器(151，161)是卡尔曼滤波器。
4.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述状态数据(XC,n，XF,n)包括车辆特定的或车辆类型特定的特性。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述车辆特定的或车辆类型特定的特性选自：车辆型号、车龄、轮胎类型、轮胎年龄、胎面花纹等。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，通过所述车辆特定的或车辆类型特定的特性对所述状态数据进行归一化。
7.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，附加地将所述第二状态观测器(151，161)的状态数据(XF,n)的标准偏差提供给所述第一状态观测器(130)。
8.根据权利要求4或5和7所述的方法，其特征在于，在确定所述摩擦系数信息(XC,n)之前，通过所述车辆特定的或车辆类型特定的特性修正所提供的标准偏差。
9.根据权利要求4至8中任一项所述的方法，其特征在于，提供车辆特定的或车辆类型特定的警报。
10.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将位于前面的交通区域部段(110-113)的至少一个状态向量(XC,n)及其标准偏差作为所述摩擦系数信息提供给所述车辆(150，160)。
11.一种用于在服务器侧将交通区域部段(110-113)的摩擦系数信息(100)提供给多个车辆的系统(100)，其特征在于，
服务器装置(120)，所述服务器装置具有至少一个第一状态观测器(130)，
其中，所述第一状态观测器(130)设置用于基于车辆侧的第二状态观测器(151，161)的所提供的状态数据(XF,n)来确定所述摩擦系数信息(XC,n)。
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