CN112406878A - 一种用于评估行车路况的装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种用于评估行车路况的装置及方法，采用油门控制器控制油门开度，利用振动传感器采集车辆振动信号；在一定油门开度下，采集同属于某一等级路况的不同路段的车辆振动信号，基于采集到的车辆振动信号提取出每个路段振动信号特征值，收集汇总多种路段的振动信号，构成相应等级路况的振动信号特征值集合，最终根据当前车辆振动信号特征值所属集合，判断车辆当前行驶的路况级别。本方法能够更好的适应陌生路段，使车辆具备更好的环境适应能力，以车辆内的振动信号为直接数据，排除了车辆本身的减震性能及车体结构对当前行驶路况等级评定的影响，具备更广泛的适应性，评定结果更加准确、统一。

Description

一种用于评估行车路况的装置及方法

技术领域

本发明涉及智能驾驶领域，特别涉及一种用于评估行车路况的装置及方法。

背景技术

根据路面情况的变化使车辆执行不同的控制策略，是智能驾驶控制策略的核心问题之一，其主要表现为根据路况调整行驶速度或者行驶方向，例如，当车辆在平稳路面时，可以控制车辆执行较高的行驶策略，而在颠簸路面时，控制车辆主动降速。因此，优化智能驾驶控制策略的首要任务是能够准确的感知当前的路面信息，现阶段，无人驾驶技术尚不成熟，无人驾驶车辆仍然处于优化调试阶段，车辆调试仅仅局限在特定路段，因此目前行业内普遍采用的是“提前标定”法，即通过不同的专家驾驶车辆在某一路段行驶，根据车辆在行驶过程中的颠簸等主观感受对该路段路况进行等级评判并在地图中进行标定，当车辆驶入该路段后，车辆依据评定的路况等级调取相应的控制策略，控制车辆进行加速或者减速等操作。

在上述方法中，存在着一定的局限性：

1、没有统一量化的指标，不同专家仅凭借主观感受进行路况等级评判，缺乏评价结果的一致性，即使是同一专家在评判不同路况时，也容易出现出现评判差别；

2、“提前标定”的方法只适用于已知路段，对于一些陌生路段，如未进行提前标定，那么车辆将无法调取路况等级信息，不能实现相应的控制策略。

3、不同车辆的减震性能不同，在相同的路况下，若采取同样的控制策略执行相同的行驶速度，会造成不同的乘车体验。

因此，有必要提供新的用于自动驾驶的行车路况判定方法及装置。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请提出一种评价结果具备一致性、同时适用于陌生路段评价的评估行车路况的装置及方法。

本申请提供如下解决方案：

第一方面，本发明提供了一种用于评估行车路况的装置，包括：

油门控制器，用于控制油门开度；

振动传感器，用于采集车辆振动信号；

信号采集器，所述信号采集器的输入端分别与所述振动传感器的输出端相连；信号采集器的作用是实现采集振动传感器的输出信号并发送至上位机。

上位机，所述上位机的输出端与油门控制器相连，上位机输入端与所述信号采集器的输出端相连，用于对接收到的振动信号进行处理，并将处理结果与预先设定获取的不同路况振动范围进行对比，完成路况等级的判定。

优选地，所述用于路况等级判定的装置包括若干个振动传感器，具体数量不做限制，各振动传感器均布于所述车体内。

第二方面，本发明提供了一种用于评估行车路况的方法，包括：

(S1)：在一定油门开度下，采集已知等级路况路段的车辆振动信号，基于所述采集到的车辆振动信号提取出振动信号特征值；

(S2)：重复步骤(S1)，收集汇总属于该等级路况下的多条道路的振动信号，构成该等级路况的振动信号特征值集合；

(S3)：针对不同等级的路况进行步骤(S1)与步骤(S2)中的操作；得到所有等级路况对应的某一油门开度下的振动信号特征值集合；

(S4)：选择其他油门开度，建立多个油门开度标准，重复进行步骤(S1)、步骤(S2)与步骤(S3)中的操作，得到同一等级路况下不同油门开度标准的振动信号特征值集合和多个不同等级路况下不同油门开度标准的振动信号特征值集合；

(S5)：采集当前行驶车辆的振动信号，并基于所述振动信号提取出振动信号特征值；

(S6)：将所述步骤(S5)中振动信号特征值与步骤(S4)中得到的所有等级路况对应的振动信号特征值集合进行分析和对比，在同一油门开度标准下，根据当前车辆振动信号特征值所属集合，判断车辆当前行驶的路况级别。

有益效果：本发明通过振动传感器将车辆的颠簸振动程度进行量化，更加规范化路况等级的评判，在车辆控制模型建立过程后，使车辆执行更符合实际路况的控制策略。

本发明方法中，当车辆进入某一“陌生”路段后，行驶十秒进行振动信号采集并快速的进行数据分析，判断当前行驶的路况等级，调取与该路况等级相应的控制策略，进行减速或者加速。与“提前标定”的方法相比，本方法能够更好的适应陌生路段，使车辆具备更好的环境适应能力。

本方法对当前行驶路况等级的判断依据是以车辆内的振动信号为直接数据，排除了车辆本身的减震性能及车体结构对当前行驶路况等级评定的影响，因此，本方法可适用于不同减震性能、不同车体结构的车型，具备更广泛的适应性，评定结果更加准确、统一，在后期的车辆控制策略建模中，采用同一模型即可适用于更多智能驾驶车型。

附图说明

图1为本发明中评估行车路况的装置结构示意图。

图2为本发明中评估行车路况的方法逻辑示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，基于本发明中的方法，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有变化，都属于本发明保护的范围。

本申请提供如下解决方案：

第一方面，本发明提供了一种用于评估行车路况的装置，包括：

油门控制器，用于控制油门开度；油门与车辆的行驶动力相关，进而与车辆的行驶速度具备一定的关系，而车辆的振动与行驶速度有关，在其他条件完全相同的情况下，行驶速度越快，车辆震感信号越强。由以上分析可见，在一定条件下，油门开度大小是影响车辆震感信号的因素之一，因此，在对路况等级评判的过程中有必要设置油门开度的标准，从而在同一油门开度下对比车辆震感信号，降低油门开度对震感信号的影响，使采集的相关数据具备可比性。与此同时，车辆在不同的路况下会执行不同的行驶速度，当进入不同的路况时，为了更方便车辆快速的将速度调节到标准的油门开度，可以设置多种不同的油门开度，即有必要采集同一等级路况不同油门开度下车辆的振动信号。

振动传感器，用于采集车辆振动信号；现有的振动传感器种类较多，但根据原理不同分为机械测量式、光学测量式、电测量式，为提高测量精度，本方法中优先选择光学测量式和电测量式，一般的，只要能够实现前述功能的振动传感器都可以用到本发明中。

信号采集器，所述信号采集器的输入端分别与所述振动传感器的输出端相连；信号采集器的作用是实现采集振动传感器的输出信号并发送至上位机，此处采用普通的信号采集器即可，可以直接从市面上采购。

上位机，所述上位机的输出端与油门控制器相连，上位机输入端与所述信号采集器的输出端相连，用于对接收到的振动信号进行处理，并将处理结果与预先设定获取的不同路况振动范围进行对比，完成路况等级的判定。在本发明中，上位机采用山东派蒙机电技术有限公司研发的自动驾驶域控制器(SmartPCU)。

优选地，所述用于路况等级判定的装置包括若干个振动传感器，具体数量不做限制，各振动传感器均布于车体内。

优选地，所述预先设定的不同路况振动范围的获取过程为：

驾驶相同型号车辆(或同一车辆)先后在属于同一等级路况的多条不同道路进行驾驶，驾驶过程均采用同一油门开度即标准油门开度；

在驾驶过程中，通过振动传感器采集车辆振动信号；

计算出每次驾驶过程中车辆振动传感器信号的特征值，将在同一等级路况下的不同路段车辆振动传感器信号的特征值汇总构成该等级路况的振动信号特征值集合；

在不同等级的路况下重复上述操作，得到所有等级路况对应的某一油门开度下的振动信号特征值集合，从而形成不同路况振动范围。

具体地，上位机对接收到的振动信号进行处理，并将处理结果与预先设定的范围进行对比，完成路况等级的判定，具体为：

在陌生路况下，基于采集到的振动信号，提取出振动信号特征值，具体提取过程为：

通过车辆内的振动传感器采样振动信号，其中，采样时控制油门开度为标准油门开度；

计算出车辆振动信号特征值；

将所述振动信号特征值与振动信号特征值合格集合进行分析和对比，判断所述振动信号特征值位于的路况等级区间。

第二方面，本发明提供了一种用于评估行车路况的方法，包括：

(S1)：采集某一已知等级路况的任一路段的车辆振动信号，基于所述采集到的车辆振动信号提取出该路段振动信号特征值；

具体地，随机选取经过专家评定的n条道路，且这n条道路均属于a级路况，驾驶员驾驶同一车辆或同一型号车辆分别在n条道路行驶，且在多条道路行驶的车辆均保证相同的油门开度(标准油门开度)，每辆车布置多个振动传感器，根据车辆在每条道路上行驶过程中采集到的振动信号，综合多个传感器数据，计算单条道路上的振动信号特征值。在本步骤中，原则上每条道路越长，振动信号采样越多，那么所得到的结果越准确，但本领域技术人员也应当知道，在实际运用中，不可能无限制的对每条道路进行取样，因此可以结合实际情况，选取采样路段长度，此处不做具体限制。

具体地，为了使本步骤的采集数据更加合理，所采用的车辆优选具备良好减震性能的车辆。

在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述的特征值类型可以选择为以振动信号采样值的均方差或均值作为振动信号特征值，在本发明实施例的其他实施例中，也可以用振动信号的峰值指标，裕度指标等分别作为各自信号特征值；本发明中不对特征值的具体类型做具体限定，只要能够很好地体现振动信号的特征即可；

具体实现过程可以是：将振动信号采样值导入上位机，计算出单条道路上的振动信号特征值(均方差或均值)；

(S2)：收集汇总该等级路况下其他每条路段的振动信号，构成该等级路况的振动信号特征值集合；

在其他n-1条道路重复步骤(S1)中的操作，将单条道路上的振动信号特征值汇总形成该等级路况的振动信号特征值集合；

(S3)：针对不同等级的路况进行步骤(S1)与步骤(S2)中的操作；得到所有等级路况对应的某一油门开度下的振动信号特征值集合；

(S4)：选择其他油门开度，建立多个油门开度标准，在不同油门开度下，重复进行步骤(S1)、步骤(S2)与步骤(S3)中的操作，得到同一等级路况下不同油门开度标准的振动信号特征值集合和多个不同等级路况下不同油门开度标准的振动信号特征值集合。

例如可以建立5个油门开度标准，分别是第一油门开度、第二油门开度、第三油门开度、第四油门开度、第五油门开度，那么在每个级别的路况下，可形成五个油门开度标准对应的振动信号特征值集合。即假设将路况等级分为5个级别，分别是A级别、B级别、C级别、D级别、E级别，那么A级别路况将对应A级别第一油门开度振动信号特征值集合、A级别第二油门开度振动信号特征值集合、A 级别第三油门开度振动信号特征值集合、A级别第四油门开度振动信号特征值集合、A级别第五油门开度振动信号特征值集合，相应的， B级别路况、C级别路况、D级别路况、E级别路况将分别对应五种油门开度振动信号特征值集合，共形成25组振动信号特征值集合。

(S5)：采集当前行驶车辆的振动信号，并基于所述振动信号提取出振动信号特征值；

当车辆驶入新的路段后，调整油门开度至与当前油门开度最接近的油门开度标准，进行振动信号采集。油门开度信号的获取可通过上位机利用CAN总线向车辆ECU发送获取油门数据请求命令获得。获取当前油门开度数据后，由上位机判断最接近的油门开度标准。假设车辆当前的油门开度与第四油门开度最为接近，那么可以通过上位机发出命令，通过油门控制器控制油门调整到第四油门开度。

在本步骤中，可以根据实际需求设定采样时间，具体采样时间长短不做严格限制，例如本发明中选取的采样时间为10s,即以车辆行驶 10s的时间所获取的车辆振动信号为采样数据进行处理分析，作为判断当前行驶路况的依据。

(S6)：将所述步骤(S5)中振动信号特征值与步骤(S4)中得到的所有等级路况对应的振动信号特征值集合进行分析和对比，在同一油门开度标准下，根据当前车辆振动信号特征值所属集合，判断车辆当前行驶的路况级别。

例如，在步骤(S5)中振动信号是在第四油门开度标准下采集完成的，因此在比对过程中，可直接与各级路况下第四油门开度标准中形成的振动信号特征值集合进行比对。在步骤(S4)中形成的25组集合中，判断步骤(S5)中当前车辆振动信号特征值所属的集合，确定当前行驶路段对应的路况等级，使车辆执行相应的控制策略。

在本步骤中，若出现极端情况，步骤(S5)中当前车辆振动信号特征值不属于任何在步骤(S4)中形成的30组集合中的任一集合，那么，此时，可以采取“就近原则”，在25组集合中，将当前车辆振动信号特征值归类到最接近的集合中。

在传统方法中，当车辆驶入未标定路况的区域后，不能感知路面情况，不能采取相应的执行策略，容易影响乘车体验，例如车辆在高速行驶过程中如果突然进入路况较差的环境中，按照正常的驾驶经验应当减速行驶，但是由于车辆不能感知路况情况，将会按照原速度行驶，必然造成较差的乘车体验。本发明方法正是为了解决这一问题，在本发明方法中，当车辆进入某一“陌生”路段后，行驶一定的时间 (如10s)进行振动信号采集并快速的进行数据分析，判断当前行驶的路况情况，调取与该路况等级相应的控制策略，进行减速或者加速。与“提前标定”的方法相比，本方法能够更好的适应陌生路段，使车辆具备更好的环境适应能力。

本发明通过振动传感器将车辆的颠簸振动程度进行量化，更加规范化路况等级的评判，在车辆控制模型建立过程后，使车辆执行更符合实际路况的控制策略。

在传统的路况评定中，完全以地面情况进行评定，这就造成同一等级路况下，受车体结构车辆减震性能的影响，乘坐不同车辆往往具备不同的乘车体验，在减震性能较好的车辆内行驶在路况等级较差的情况下可能获得的乘车体验与乘坐减震性能较差的车辆在路况较好的情况下的体验相同。本方法对当前行驶路况等级的判定依据是以车辆内的振动信号为直接数据依据，排除了车辆本身的减震性能及车体结构对路况等级评定的影响，其所确定的路况等级应用于不同减震性能、不同车体结构的车型时，评定结果更加准确、统一，具备更广泛的适应性，在后期的车辆控制策略建模中，采用同一模型即可适用于更多智能驾驶车型。

Claims (5)

1.一种用于评估行车路况的装置，其特征是，包括：

油门控制器，用于控制油门开度；

振动传感器，用于采集车辆振动信号；

信号采集器，所述信号采集器的输入端与振动传感器的输出端相连；

上位机，所述上位机的输出端与油门控制器相连，上位机输入端与所述信号采集器的输出端相连，用于对接收到的振动信号进行处理，并将处理结果与预先设定获取的不同路况振动范围进行对比，完成路况等级的判定。

2.根据权利要求1所述的一种用于评估行车路况的装置，其特征是，所述的振动传感器数量至少为两个。

3.一种用于评估行车路况的方法，其特征是，包括以下步骤：

S1:在一定油门开度下，采集某一等级路况路段的车辆振动信号，基于所述采集到的车辆振动信号提取出每个路段振动信号特征值；

S2:收集汇总属于同一等级路况下的多条路段的振动信号，构成该等级路况的振动信号特征值集合；

S3:针对不同等级的路况进行步骤S1与步骤S2中的操作；得到所有等级路况对应的某一油门开度下的振动信号特征值集合；

S4:选择其他油门开度，建立多个油门开度标准，重复进行步骤S1、步骤S2与步骤S3中的操作，得到同一等级路况下不同油门开度标准的振动信号特征值集合和多个不同等级路况下不同油门开度标准的振动信号特征值集合；

S5：采集当前行驶车辆的振动信号，并基于所述振动信号提取出振动信号特征值；

S6：将所述步骤S5中振动信号特征值与步骤S4中得到的所有等级路况对应的振动信号特征值集合进行分析和对比，在同一油门开度标准下，根据当前车辆振动信号特征值所属集合，判断车辆当前行驶的路况级别。

4.根据权利要求3所述的一种用于评估行车路况的方法，其特征是，所述的振动信号特征值是采用振动信号采样值的均方差、均值峰值指标、裕度指标中的任意一种。

5.根据权利要求3所述的一种用于评估行车路况的方法，其特征是，所述的建立的油门开度标准数量为5个。

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