CN110901328A - 用于车辆悬挂系统状态监控的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种使用视觉传感器数据确定并检测悬挂系统故障的系统和方法。该系统和方法用于使用图像处理技术响应图像以检测出视平面，将该检测视平面与预期或计算视平面进行比较，并且响应检测视平面与预期视平面的偏差以确定故障悬挂部件。

Description

用于车辆悬挂系统状态监控的方法和设备
技术领域
本发明通常涉及用于评估车辆中的悬挂系统的运行状态的系统和方法。更具体地，本发明涉及一种使用摄像机和检测视平面，以响应该检测视平面确定车辆悬挂系统的有关状态的系统及方法。
背景技术
自主车辆配以多个传感器以检测其环境和周围环境。这很重要，因为车辆必须在这样的环境中行驶，同时避开所有障碍物、保持最佳性能并保持对车辆的维护。车辆运行的一问题在于，自主车辆可能偶尔在没有乘客只载货的情况下行驶，或者自主或非自主车辆(例如租赁车辆)中的乘客可能对报告维护问题不感兴趣。因此，该车辆可能经历长时间使用而没有进行关键维护。
在车辆悬挂系统中，减震器和其他悬挂部件可能相隔不同的时间突然出现劣化或故障，并被视为是车辆操纵方面的安全问题。然而，通常情况下车辆的操作者不会察觉到悬挂部件(包括车辆减震系统部件)的健康状态，直至该部件劣化到可能出现悬挂部件损坏或其他车辆部件损坏的程度。亟待能够识别出这些部件的劣化以避免这些问题的发生。
在此背景技术部分中公开的上述信息仅用于增加对本发明背景的理解，因此，其可能包含不构成本国的本领域普通技术人员的已知的信息。
发明内容
本文公开了用于检测和控制车辆系统的车辆控制方法和系统以及有关的控制逻辑，用于制作这些系统的方法和用于操作这些系统的方法，以及配备有车载控制系统的机动车辆。作为示例而非限制，本文提出了车辆悬挂系统的各种实施例，并公开了用于检测潜在故障状况以及响应该检测识别车辆部件故障的方法。
根据本发明的一个方面，公开了一种车辆控制系统，其包括，视觉传感器，其用于检测描绘了检测视平面的图像；存储器，其用于存储参考视平面；处理器，其用于比较检测视平面和参考视平面，该处理器还用于响应偏离参考视平面的检测视平面以产生控制信号；以及车辆控制器，其用于响应该控制信号以控制车辆的控制系统。
根据本发明的另一方面，公开了一种用于控制车辆的方法，包括：接收图像数据，响应图像数据以确定检测视平面，响应该检测视平面与参考视平面之间的偏差产生控制信号，以及响应该控制信号以控制车辆。
附图说明
通过结合附图参考本发明以下所描述的实施例，本发明上述特征及其他特征、优点以及实现它们的方式将变得更加显著，其中：
图1为根据示例性实施例的用于实施本发明的汽车车辆的示意图；
图2示出了根据本发明示例性实施例的示例性车辆悬挂系统；
图3示出了用于实现根据本发明的方法和系统的示例性悬挂监控系统；
图4示出了用于实现根据本发明的方法和系统的示例性环境；
图5a、图5b、图5c、图5d和图5e示出了根据用于车辆悬挂系统状态监控的示例性方法和系统的示例性摄像机的一系列视场；
图6示出了根据本发明示例性实施例的用于车辆悬挂系统状态监控的系统的示例性框图；
图7是根据本发明示例性实施例的用于车辆悬挂系统状态监控的方法的流程图。
通过下文结合附图对优选实施例的详细说明，本公开的上述优点和其他优点及特征将变得非常显著。
具体实施方式
以下详细描述本质上仅是示例性的，并不旨在限制本公开或其应用和用途。此外，不旨在受到前文的背景技术或以下的详细描述中提出任何理论的约束。
此处将描述本公开的实施例。然而，应该理解，所公开的实施例仅仅是示例，并且其他实施例可以采用不同的形式和替代的形式。这些附图不一定按比例；某些特征可能会被放大或缩小，以显示特定部件的细节。因此，在此处所公开的具体结构细节和功能细节不应解释为限制，而仅仅作为代表性基础，以教导本领域技术人员通过各种方式实施本发明。如本领域普通技术人员将理解的那样，参照任何一个附图示出的和描述的各种特征可以与一个或多个其他附图中示出的特征进行组合，以产生未明确示出或描述的实施例。所示出的特征的组合提供典型应用的代表性实施例。而符合本公开的教导的各种组合和变形，可满足特定的应用或实现方式。
在以下的说明中可能出于参考目的使用某些术语，而不旨在限制。例如，诸如“上方”和“下方”的术语指的是所参考的附图中的方位。诸如“前(面)”、“背(面)”、“左”、“右”、“后”和“侧”之类的术语描述了在任意的相容参照系内的部件或元件的部分的取向和/或位置，其通过参考描述所论述的部件或元件的文字和有关附图来清楚说明。此外，诸如“第一”、“第二”、“第三”等术语可用于描述单独的部件。这样的术语可以包括上面具体提到的用语、其衍生词和类似含义的用语。
图1示意性地示出了根据本公开的汽车车辆10。该车辆10通常包括主体11、车轮或轮胎15。主体11容纳车辆10的其他部件。每个车轮15在靠近主体11的相应转角处旋转地耦合到主体11。在所示实施例中，所描述的车辆10为乘用车，但是应当理解，也可以使用任何其他车辆，包括摩托车、卡车、运动型多用途车(SUV)或休闲车(RV)等。在一些实施例中，车辆10是自主或半自主车辆。在一些实施例中，车辆10由车辆操作者直接操作。
车辆10包括推进系统13，其在多个实施例中可包括内燃发动机、电机(例如牵引电动机)、和/或燃料电池推进系统。车辆10还包括变速器14，其配置成根据可选择的速比将动力从推进系统13传递到多个车轮15。根据多个实施例，变速器14可包括有级自动变速器、无级变速器或其他合适的变速器。车辆10还包括车轮制动器(未示出)，其配置成向车轮15提供制动转矩。在多个实施例中，车轮制动器可包括摩擦制动器、再生制动系统(例如电机)和/或其他合适的制动系统。车辆10还包括转向系统16。虽然出于说明的目的，该转向系统16描述为包括方向盘和转向柱，但在一些实施例中，该转向系统16可不包括方向盘。车辆10还包括一个或多个悬挂系统部件，例如车辆减震器或振动吸收器17。如图1中所示，在一些实施例中，车辆减震器17相邻于每个车轮15。
在多个实施例中，车辆10还包括导航系统28，其配置为以GPS坐标(经度、纬度、海拔高度/升高高度)的形式向控制器22提供位置信息。在一些实施例中，导航系统28可以是全球导航卫星系统(GNSS)，其配置为与全球导航卫星进行通信以提供车辆10的自主地理空间定位。在所示的实施例中，该导航系统28包括电连接到接收器的天线。在一些实施例中，该导航系统28向控制器22提供数据以辅助车辆10的自主或半自主运行。
进一步参考图1，车辆10还包括多个传感器26，其配置成测量并获取关于一个或多个车辆特征的数据，包括但不限于车辆速度、轮胎压力和/或加速度(包括垂直加速度)、噪声或声音、垂直位移和车辆加速度。在所示实施例中，传感器26包括但不限于加速计、速度传感器、轮胎压力/加速度监测传感器、位移传感器(例如但不限于下控制臂位移传感器)、加速度传感器(例如但不限于下控制臂加速度传感器和/或上安装(mount)加速度传感器)、主动噪声消除(ANC)麦克风、陀螺仪、转向角传感器或其他感测车辆或车辆周围环境的可观察状态的传感器，并且可以包括雷达、激光雷达、光学摄像机、热像仪、超声波传感器、红外传感器，亮度级别检测传感器、和/或合适的附加传感器。在一些实施例中，车辆10还包括多个致动器30，其配置成接收控制命令以控制车辆10的转向、换档、节流(throttle)、制动或其他方面。
车辆10包括至少一个控制器22。虽然为了说明目的而被描绘为单个单元，但是该控制器22可以另外包括一个或多个其他控制器，统称为“控制器”。该控制器22可以包括与各种类型的计算机可读存储设备或存储介质通信的微处理器或中央处理单元(CPU)或图形处理单元(GPU)。计算机可读存储设备或存储介质可以包括例如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和保持存储器(KAM)中的易失性存储器和非易失性存储器。KAM是持续存储器或非易失性存储器，可用于在CPU断电时存储各种操作变量。计算机可读存储设备或介质可以使用许多已知存储器设备中的任何一种来实现，例如PROM(可编程只读存储器)、EPROM(电子PROM)、EEPROM(电可擦除PROM)、闪存或任何其他能够存储数据的电子存储设备、磁性存储设备、光学存储设备或混合存储器设备，这些数据中的一些为供控制器22控制车辆使用的可执行指令。
车辆，例如图2中部分示出的车辆10，包括底盘12、轴13和至少一个车轮15。一个或多个悬挂部件可形成悬挂系统100，该悬挂系统100在靠近车轮15处耦合到底盘12和/或轴13。在一些实施例中，该悬挂系统100包括一个或多个减震器17，其配置成抑制路面引起的振动的影响，例如由不规则的路面等引起的振动。在一些实施例中，该悬挂系统100还包括一个或多个稳定器系统部件，其包括稳定器或防晃杆110，一个或多个防晃杆连杆112，以及一个或多个防晃杆衬套114。在本公开的全文中，术语“稳定器”和“防晃器”可互换使用。防晃杆110有助于在急速转弯期间或在道路不规则的情况下减小车辆10的车身侧倾。防晃杆110通过由扭簧连接的短杆臂将相对的(左/右)车轮(对)15连接在一起。防晃杆110增加了悬挂系统100的抗侧倾刚度，即，阻碍其翻转侧倾的阻碍力，与其在垂直方向上的弹簧刚性系数无关。任何悬挂系统部件(包括但不限于车辆减震器17、防晃杆110、防晃杆连杆112和防晃杆衬套114)的故障或磨损都可能导致车辆稳定性问题，并会导致车辆噪音增加。
如图3所示，车辆10包括悬挂监控系统200。在一些实施例中，该系统200包括一个或多个传感器120。例如，该传感器120包括，但不限于，下控制臂位移传感器，或下控制臂加速度传感器和上安装加速度传感器。该传感器120测量车辆10的悬挂系统100的一个或多个部件的位移和/或加速度。该传感器120电连接到车辆控制器，例如控制器22，如此处更详细地论述的那样。在一些实施例中，根据从车辆的其他传感器/加速度计接收的数据，确定车辆拐角位移和/或车身侧倾。
在一些实施例中，车辆10的悬挂监控系统200附加地或替代地包括惯性测量单元(IMU)18。该IMU 18耦合到车架12。该IMU 18为使用加速度计和陀螺仪的组合来测量和报告车辆运动动态变化的电子设备。该IMU 18向车辆控制器，例如向控制器22，提供数据流，该数据流与三个主轴上的与车辆的线性加速度有关，以及三组旋转参数(俯仰、滚转和航向)，如本文将更详细论述的那样。在一些实施例中，耦合到车辆10的安全数据模块(未示出)还包括能够测量车辆10横向加速度的传感器。该安全数据模块还电连接到车辆控制器以传输传感器数据供进一步分析和计算，如本文将更详细地论述的那样。
现参照图4。图4示出了用于实现用于车辆悬挂系统状态监控的方法和系统的示例性系统400。在该示例性实施例中，车辆410配以传感器，例如摄像机，其中该摄像机具有视场(FOV)430。配备有前文描述的悬挂系统的车辆行驶在路面420上。该FOV配置成在某些条件下，例如平坦的路面，在FOV内可见视平面。可以根据存储在存储器中的地图数据，由指示已知平坦路面的远程主机或服务识别的全球定位系统坐标和速度数据，或响应于先前经历的行驶条件的存储数据来确定平坦道路状况。或者，由激光雷达、雷达或其他视觉传感器来确定悬挂弹簧的有关状况。
在此示例性实施例中，运行该系统和方法以使用平均视平面(horizon)或参考视平面作为执行相关运算所使用的平面。FOV中参考视平面和可见视平面差异可以表示悬挂系统的问题。可以绘制这些差异以对车辆平面进行比对，以可视化地寻找发生变化的任何地方。或者，使用车载传感器(例如车轮位置传感器、IMU或加速度传感器)可以帮助识别底盘和悬挂系统中的频率变化。
现参考图5a至图5e，其中示出了根据用于车辆悬挂系统状态监控的示例性方法和系统的示例性摄像机的一系列视场。图5a示出了示例性视场，其中悬挂部件评估为没有缺陷，并示出了正常的计算视平面515。计算视平面515在图5a中用虚线表示，并且视场内的检测视平面510用实线表示。在没有发生故障的情况下，检测视平面510和计算视平面515具有一致的零度的侧倾角和零度的俯仰角。
现参照图5b，该图示出了左前悬挂部件出现故障的示例性视场。在左前悬挂故障的情况下，车辆的左前角将低于预期，因此检测视平面525的平均侧倾将大于零并且平均俯仰角将大于零。因此，在该示例性实施例中，检测视平面525表现得低于计算视平面520并且倾向(前进方向的)左侧。
现参照图5c，该图示出了右前悬挂部件出现故障的示例性视场。在右前悬挂故障的情况下，车辆的右前角将低于预期，因此检测视平面535的平均侧倾将大于零并且平均俯仰角将大于零。因此，在该示例性实施例中，检测视平面535将表现得低于计算视平面530并且倾向右侧。
现参考图5d，示出了左后悬挂部件出现故障的示例性视场。在左后悬挂故障的情况下，车辆的左后角将低于预期，因此检测视平面545的平均侧倾将大于零并且平均俯仰角将小于零。因此，在该示例性实施例中，检测视平面545将表现得高于计算视平面540并且倾向左侧。
现参照图5e，该图示出了右后悬挂部件出现故障的示例性视场。在右后悬挂故障的情况下，车辆的右后角将低于预期，因此检测视平面555的平均侧倾将大于零并且平均俯仰角将小于零。因此，在该示例性实施例中，检测视平面555将表现得高于计算视平面550并倾向右侧。
现参照图6，该图示出了根据示例性实施例的用于车辆悬挂系统状态监控600的示例性系统的框图600。该示例性系统具有带有前视场的安装在主体上的摄像机621。虽然该摄像机621具有向前方向上的示例性视场，但是本申请可使用具有任何视场的摄像机或视觉传感器。视觉传感器可包括摄像机、红外摄像器、激光雷达、雷达等。该摄像机621用于将图像或图像数据耦合到图像处理器620。
该图像处理器620用于接收图像数据并处理图像以确定检测视平面。然后，该图像处理器用于响应来自传感器635的传感器数据以确定参考视平面。该传感器635可以是GPS传感器、加速度计、陀螺仪、压力计(magnometer)等。在功能安全和自适应悬挂系统中已有的IMU、Z Accel、车轮位置传感器和角加速度计可应用于通过检查这些车载悬挂传感器的频移来确定参考视平面。可以响应来自多个传感器的多个数据以确定参考视平面。然后，运行该图像处理器以将参考视平面与检测视平面进行比较，以确定车辆姿态变化来寻找出现故障的角落，例如破损或损坏的弹簧等。该图像处理器620还用于使用特征路面的参考数据，或正常使用状况下的视平面的平均数据，作为衡量车辆姿态变化的对比数据。
或者，该图像处理器620可用于从参考视平面和其他车辆接收基于云的数据，以建立适当车辆姿态的对比视窗。可以通过天线655和射频(RF)处理器650无线地接收基于云的数据和/或GPS数据。该数据可以首先由车辆处理器640处理并存储在存储器630中。
在示例性实施例中，该图像处理器620可以确定参考视平面和检测视平面不相关并确定悬挂系统可能出现故障。然后，该图像处理器可以确定检测视平面相对于参考视平面的相对位置，并确定最可能出现故障的悬挂元件。或者，该图像处理器620可将检测视平面和参考视平面的比较有关的数据进行耦合，并将该数据耦合到车辆处理器640。然后，运行该车辆处理器640以响应该数据确定故障的悬挂部件，并产生指示故障的控制信号以耦合到车辆控制器660。然后，还操作该车辆控制器660以通过补偿故障悬挂部件的方式控制车辆，例如降低速度、减慢转弯等。此外，车辆处理器640可将提示错误的信号耦合到用户界面645，以向驾驶员、乘客或远程服务器指示存在部件故障。
现参照图7，该图示出了用于车辆悬挂系统状态监控的一个实施例的方法700流程图。在该示例性实施例中，该方法首先从摄像机或视觉传感器705接收图像数据。然后，该方法以使用图像处理技术等来检测视平面以响应该图像数据，生成检测视平面710。然后，该方法以从车辆传感器或远程传感器715接收传感数据。然后，该方法响应该传感数据720以计算参考视平面。或者，当车辆的所有部件均按预期运行时，可以响应预期视平面位置确定参考视平面。该参考视平面或与该参考视平面有关的数据可存储在存储器中并由该方法检索提取。然后，该方法将参考视平面与检测视平面725进行比较。如果参考视平面和检测到的视平面相关，则表示没有发生故障，并且该方法返回以等待下一图像数据705。如果参考视平面和检测视平面不相关，则该方法产生指示故障的控制信号并将该控制信号耦合到车辆处理器730。然后，该方法返回以等待下一图像数据705。或者，该方法可用于设置计数器并响应于指示故障的多个连续成像产生指示出错的控制信号。
应该强调的是，可以对本文描述的实施例进行多种变形和改进，在这些实施例中的元件应理解为可出现在其他可接受的例子中。所有的这些变形和改进旨在包括在本公开的范围内并且由所附权利要求保护。此外，本文描述的任何步骤可以同时执行或以与本文所规定的步骤有所不同的顺序执行。此外，应当显而易见的是，本文公开的特定实施例的特征和属性可以不同方式组合以形成另外的实施例，所有这些实施例均落入本公开的范围内。
除非另有说明，否则本文使用的条件用语，例如“能够”、“可以”、“可能”、“可”、“例如”等等，或者在所使用的上下文中以其他方式理解，通常旨在表达某些实施例包括，而其他实施例不包括某些特征、元件和/或状态。因此，无论作者是否写明或提示的情况下，这种条件用语通常不旨在暗示一个或多个实施例在任何情况下一定需要有该特征、元素和/或状态，或者一个或多个实施例必须包括判定逻辑，而不论这些特征、元素和/或状态是包括在任何特定实施例中，还是在任何特定实施例中实施。
此外，本文可能使用以下术语。除非上下文另有明确规定，否则单数形式的“一”、“一个”和“该”包括复数所指物。因此，例如，引用一个事物时包括对一个或多个该事物的引用。术语“一个或多个”是指一个、两个或更多个，并且通常适用于一些或全部数量的选定。术语“多个”是指该事物中的两个或更多个。术语“约”或“近似”意味着数量、尺寸、尺寸、配方、参数、形状和其他特征不需要精确，但可根据需要进行近似和/或取更大或更小的值，这反映的是可接受的公差、换算系数、舍入、测量误差等以及本领域技术人员已知的其他因素。术语“基本上”意味着所引用的特征、参数或值不需要精确地实现，而是带有偏差或误差，包括例如公差、测量误差、测量精度限制和本领域技术人员已知的其他因素，可以出现在不排除该特征旨在提供的效果的数量描述上。
本文的数值数据可以范围格式进行表达或呈现。应当理解，这样的范围格式仅仅是为了方便和简洁而使用，因此应该灵活地解释为不仅包括明确列举为范围限制的数值，而且还解释为包括包含在该范围内的所有单独的数值或者子范围，犹如每个数值和子范围均已明确地叙述。作为说明，数值范围“约1至5”应该解释为不仅包括明确列举的约1至约5的值，而且还应当解释为还包括在所指范围内的单个值和子范围。因此，包括在该数值范围内的是诸如2、3和4的单个值以及诸如“约1至约3”、“约2至约4”和“约3至约5”、“1至3”、“2至4”、“3至5”等子范围。同样的原则适用于仅引用一个数值(例如，“大于约1”)的范围，而不论范围的广度或正在描述的特征。为方便起见，可以在公共列表中呈现多个项目。但是，这些列表应该解释为，列表中的每个成员都单独标识为一个独立且独特的成员。因此，仅基于它们在共同组中的呈现而没有相反的说明的情况下，不应将此类列表中的任何个体成员理解为事实上等同于同一列表中的任何其他成员。此外，当术语“和”和“或”与项目列表结合使用时，它们应广义地解释，因为所列出的项目中的任何一个或多个可以单独使用或与其他列出的项目组合使用。术语“可选地”是指选择两个或更多个替代方案中的一个，并且不旨在每次将选择仅限于那些列出的替代方案或者仅限于所列出的替代方案中的一个，除非上下文另有明确说明。
本文公开的步骤、方法或算法可以递交给处理装置、控制器或计算机/由处理装置、控制器或计算机执行，其可以包括任何现有的可编程电子控制单元或专用电子控制单元。类似地，该步骤、方法或算法可以多种形式存储为可由控制器或计算机执行的数据和指令，包括但不限于永久存储在诸如ROM设备之类的不可写存储介质上的信息和可变更地存储在可写存储介质上的信息，如软盘、磁带、CD、RAM设备和其他磁性介质和光学介质。该步骤、方法或算法也可以在软件可执行对象中执行。或者，可以使用合适的硬件部件全部或部分地执行步骤、方法或算法，例如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、状态机、控制器或其他硬件部件或设备，或硬件、软件和固件部件的组合。这样的示例设备可以作为车辆计算系统的一部分置于车上或者车外，并与一个或多个车辆上的设备进行远程通信。
虽然以上描述了示例性实施例，但并不意味着这些实施例描述了权利要求所包含的所有可能形式。说明书中的用语是说明性词语而不是限制性词语，并且应当理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以进行各种改变。如前文所述，各种实施例的特征可组合以形成进一步的本公开的示例性方面，而这些可能未明确进行描述或说明。虽然各种实施例可能已描述为针对一个或多个期望特性提供优于或胜于其他实施例或现有技术实现方式，但是本领域普通技术人员认识到，可以折衷一个或多个特征或特性以实现期望的整体系统属性，这取决于具体的应用程序和实现方式。这些属性可以包括但不限于成本、强度、耐久性、生命周期成本、耐用性、外观、包装、尺寸、可维护性、重量、可制造性、易组装性等。因此，描述为较其他实施例或现有技术的实施方式来说不如预期的一个或多个特征的实施例将同样落入本公开的范围内，而对于某些独特的应用场景可能是合乎预期的。

Claims (10)

1.一种车辆控制系统，包括：
视觉传感器，用于检测描绘了检测视平面的图像；
存储器，用于存储参考视平面；
处理器，用于比较所述检测视平面和所述参考视平面，所述处理器还用于响应所述检测视平面和所述参考视平面之间的偏离，以产生控制信号；及
车辆控制器，用于响应所述控制信号，以控制车辆控制系统。
2.根据权利要求1所述的车辆控制系统，其中，所述检测视平面和所述参考视平面在侧倾角和俯仰角中的至少一个上发生偏离。
3.根据权利要求1所述的车辆控制系统，其中，所述控制器为自主车辆控制系统的一部分。
4.根据权利要求1所述的车辆控制系统，其中，所述视觉传感器为摄像机、雷达接收及激光雷达探测器中的至少一个。
5.根据权利要求1所述的车辆控制系统，其中，所述参考视平面通过对从车辆传感器接收的传感器数据的响应来确定。
6.根据权利要求1所述的车辆控制系统，其中，所述处理器还用于响应所述图像，以确定所述检测视平面。
7.根据权利要求1所述的车辆控制系统，其中，所述车辆控制器还用于产生用户界面警告信号。
8.根据权利要求1所述的车辆控制系统，其中，所述控制信号指示悬挂元件的故障。
9.一种用于控制车辆的方法，包括：
接收图像数据；
响应所述图像数据，以确定检测视平面；
响应所述检测视平面和参考视平面之间的偏离，以产生控制信号；并
响应所述控制信号以控制车辆。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述检测视平面和所述参考视平面在侧倾角和俯仰角中的至少一个上产生偏离。
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