CN112816990A - 用于识别路面状态的方法和驾驶员辅助系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于识别路面状态的方法，其中，用超声波传感器接收噪声并且基于所接收噪声的强度推断出所述路面的与天气有关的状态。借助所述方法被接收和分析评价的噪声优选是由于车辆的车轮在路面上滚动造成噪声，和/或是由漫射的地面回声造成的噪声。根据本发明，在考虑周围环境温度的情况下由所述超声波传感器的测量值得到所接收噪声的强度或电平，其中，测量温度、确定当前周围环境温度，并且在确定强度时考虑所接收噪声的传输路线(30，32)的先前确定的温度相关性和/或所接收噪声的声源的先前确定的温度相关性。本发明的另一方面涉及一种驾驶员辅助系统，所述驾驶员辅助系统设置为用于实施所述方法。

Description

用于识别路面状态的方法和驾驶员辅助系统
技术领域
本发明涉及一种用于识别路面状态的方法，其中，用超声波传感器测量由于车辆的车轮在路面上滚动所引起的滚动噪声和/或先前发射的超声波脉冲的地面回声，并且基于所接收噪声推断出路面的由天气决定的状态。本发明的另一方面涉及一种驾驶员辅助系统，该驾驶员辅助系统设置为用于实施所述方法。
背景技术
在车辆在路面上行驶时产生由于车辆的车轮在路面上滚动引起的滚动噪声。这些滚动噪声取决于路面的由天气决定的状态，使得滚动噪声对于干燥的路面、湿润的路面、积雪的路面、结冰的路面和潮湿的路面发生变化，其中，在路面潮湿的情况下，滚动噪声也还取决于路面上的水位有多高。滚动噪声类似于噪声并且在路面潮湿的情况下也被称为潮湿嘶嘶声(Nasszischen)。
为了识别路面的由天气决定的状态，值得期望的是，使用本来就存在于车辆上的传感器、例如超声波传感器。这种超声波传感器包括声换能器，该声换能器设置为用于发射超声波脉冲并且再次接收由周围环境中的对象反射的回声。这种超声波传感器的声换能器也可以测量滚动噪声。然而，在此有问题的是，不但滚动噪声的电平而且地面回声的电平都可能与周围环境温度和传感器温度有关。
因此，在使用阈值根据由超声波传感器确定的噪声电平对路面状态进行分级时可能会出现误差。例如，在周围环境温度高的情况下可能出现以下情况：道路被错误地识别为干燥的，尽管该道路是湿润的。
由DE 10 2006 037 591 A1已知一种用于感测运动对象的设备。该设备具有多个带有不同感测范围的超声波传感器。这些超声波传感器在其灵敏度方面能进行调整。为了调整灵敏度，测量当前环境条件。环境条件尤其包括对超声波振幅的阻尼和由于道路潮湿而提高的背景噪声。为了估计环境噪声，将设备的另外的传感器切换到被动模式，在该被动模式中这些另外的传感器不发射声波，而是仅接收来自环境的外来噪声。
由现有技术已知的方法不能区分来自环境的外来噪声和超声波传感器的背景噪声。
发明内容
提出一种用于识别路面状态的方法，其中，用超声波传感器接收噪声，并且由所接收噪声的强度推断路面的由天气决定的状态。利用该方法所接收和分析评价的噪声优选是由于车辆的车轮在路面上滚动引起的噪声和/或由于漫射的地面回声引起的噪声。
路面的由天气决定的状态尤其是路面上的水膜的厚度，其中，在这种情况下，在车辆的车轮在路面上滚动时出现潮湿嘶嘶声作为滚动噪声。在此，这种潮湿嘶嘶声取决于路面上水膜的厚度。此外，由天气决定的路面状态可能是路面结冰，在这种路面状态下有冰层位于路面上。由天气决定的另一可能状态是积雪的路面，在该积雪的路面的情况下有雪位于路面上。被吹到或冲到路面上的沙子或污染物也是路面的由天气决定的可能状态。
在所述方法的范畴中所使用的超声波传感器优选是这样的超声波传感器：该超声波传感器除了识别路面状态以外也用于识别在车辆周围环境中的对象。在此，尤其当这种超声波传感器恰好不必需用于感测在车辆周围环境中的对象时进行所提出的方法。因此，如果使用这样的超声波传感器：该超声波传感器例如是泊车辅助装置的一部分，使得该部分在车辆正常行驶时对于感测在车辆周围环境中的对象来说不是必需的，则是优选的。
由超声波传感器的测量值可以得到噪声的强度或电平，其方式是，确定所测量的周围环境噪声的噪声值或信号电平。这可以特别优选出现在当传感器的超声波脉冲的回声已减轻时的测量窗口中，以此可以尽可能无干扰地测量噪声值或信号电平。从所求取的噪声值或信号电平可以优选还减去一个背景噪声电平，该背景噪声电平配属于超声波传感器的背景噪声并且尤其根据超声波传感器的当前传感器温度和超声波传感器的已知的温度相关性计算出。关于本方法，尤其分析评价由轮胎滚动产生的噪声和/或由漫射的地面回声产生的噪声的强度或电平。
为了由在使用超声波传感器的情况下所确定的滚动噪声强度推断出路面的由天气决定的状态，优选由所接收的多个滚动噪声确定电平。然后将该电平与预给定的极限值或与预给定的电平范围进行比较。在此，例如，所求取的滚动噪声的低电平是干燥路面的指标，高于预给定极限值的电平是潮湿路面的指标，其中，由电平的强度可以推导出道路上的水膜厚度。在此，较高的电平表示路面上的水膜较厚。在此，尤其可以根据车辆的瞬时速度预给定电平或电平范围。
在滚动时，轮胎的一部分如此变形，使得与道路脱离的胎面块或者弯曲或者移动。由雪或者冰引起的非常低的路面摩擦系数引起胎面块在滚动时移动，而高摩擦系数则引起弯曲。通常，在摩擦系数高的情况下，当胎面块弯曲并且突然折回到初始形状时，滚动噪声较大。此外，疏松的雪非常良好地衰减声，因此在这里也可以测量出相对于干燥道路的区别。
地面回声应理解为这样的噪声，该噪声由于所发射的超声波脉冲被地面、即被路面反射而引起。这些地面回声通常是漫射的。与滚动噪声不同，地面回声不是与车辆的超声波传感器的运行无关地出现，而是以与由超声波传感器之一发射超声波脉冲有时间关联地出现。
为了由在使用超声波传感器的情况下所确定的地面回声的强度推断出路面的由天气决定的状态，优选根据该地面回声确定电平，将该电平与预给定的极限值或与预给定的电平范围进行比较。在此，例如，所求取的地面回声的高电平是干燥路面的指标，低于预给定极限值的电平是潮湿或结冰路面的指标，其中，由电平的强度可以推导出在道路上的水膜厚度。在此，较低的电平说明在路面上的水膜较厚。此外，疏松的雪比水还更强烈地衰减地面回声，因此在这里也可以测量出相对于干燥道路和潮湿道路的区别。
根据本发明，在考虑温度的情况下由超声波传感器的测量值得到所接收噪声的强度或电平，其中，优选可以直接测量当前周围环境温度作为所述温度和/或可以测量周围环境温度和传感器温度作为所述温度，并且，在所述温度的基础上求出当前周围环境温度的模型。因此，确定当前周围环境温度并且在确定强度时考虑所接收噪声的传输路线的先前确定的温度相关性和/或所接收噪声的声源的先前确定的温度相关性。
周围环境温度是在车辆的周围环境中的温度，尤其是周围环境空气的温度。这种周围环境温度例如可以用设置在车辆上的温度传感器来测量。
在超声波传感器的测量值被进一步用于识别路面状态之前，可以为此借助周围环境温度如下校正所述超声波传感器的测量值：
可以将在潮湿的路面上的水的水温度作为第一作用路径来考虑。由于车辆的车轮在路面上滚动所引起的噪声(潮湿嘶嘶声)的强度与水温度有关。为了补偿该温度影响可以假设，水温度相当于所测量的周围环境温度。例如，借助保存在测量系统中的潮湿嘶嘶声电平的温度特征曲线可以将所测量的电平推算到在正常温度、例如+20℃的情况下。
在车辆周围环境中的空气温度可以作为第二作用路径来考虑。声在从声源到超声波传感器的路线上的衰减与周围环境温度有关并且该衰减可以达到2dB/m及以上。在周围环境温度约为20℃至25℃时，衰减最大。声在该路线上的衰减也与空气湿度有关。由于这个原因，尤其可以通过例如借助存在于车辆上的空气湿度传感器附加地测量空气湿度来计算声的衰减。如果不存在空气湿度传感器，可以替代地对空气湿度范围进行以下假设：如果根据所接收噪声的提高的强度能够推断出道路湿润或潮湿，则也将空气湿度假设为高(例如大于70％)。替代地，对于在70％至100％之间的空气湿度范围可以假定空气湿度例如为85％。
为了基于与温度有关的空气声衰减来校正基于由车辆的车轮在路面上滚动所引起的噪声的超声波传感器测量值，可以从以下假设出发：所述噪声主要来源于最靠近进行测量的超声波传感器的轮胎。对于声传播路程，认为是从轮胎在路面上的接触点到超声波传感器的间距。
为了基于与温度有关的空气声衰减来补偿漫射的地面回声，优选以从超声波传感器到地面并且回到超声波传感器的路线为基础。
由所测量的当前周围环境温度和假设的、例如为85％的平均空气湿度可以计算出在超声波传感器的工作频率(例如48千赫)下的吸收系数。在考虑声传播路程的情况下，可以计算出绝对衰减并且求出其与在限定的标准条件(例如+20℃，85％，48千赫)下的衰减计算的比例。现在，以该比例可以校正由超声波传感器的测量值得到的所接收噪声的强度。
在借助漫射的地面回声测量道路表面粗糙度时，空气温度低引起较小的衰减并因此引起漫射的地面回声的强度较强。因此，在周围环境温度较高的情况下，可以向上校正借助漫射的地面回声计算出的道路表面粗糙度。借助计算地面表面粗糙度可以反推出沥青的孔隙中是填充有水还是冰。此外可以识别路面表面是有积雪还是被污染。
在本发明的一个优选实施方式中，可以考虑超声波传感器的膜温度作为另一作用路径：膜温度受周围环境温度影响并且例如能基于周围环境温度和所测量的超声波传感器内部温度借助内插法计算出。膜温度对膜的固有频率和声学减震具有影响并因此对超声波传感器的频率响应有影响。在标准条件下(例如48赫兹)在特定固有频率范围内的频率范围中发射和接收的效率一般在膜温度例如约为+20℃时最高并且随温度更高和更低而减小。然而，如果在这样的频率范围内进行测量：该频率范围的中间频率比在标准条件下的固有频率高，则温度的降低可能导致固有频率提高并因此导致效率更高。，如果在这样的频率范围中进行测量：该频率范围的中间频率比在标准条件下的固有频率低，则是相反的情况。在这里，温度的降低可能导致更高的效率。
这种效应在例如0℃至+85℃的温度范围上施加的影响对于发射和接收组合而言例如可以达到4.5dB，而对于仅接收信号约为2.25dB。这种影响不但可能导致声可以更好地耦入到膜中并因此在音量相同的情况下产生更高的电压，而且可能导致声更差地耦入并且由此在超声波传感器中产生较低的电压。接收回路中的电压对于超声波传感器的漫射的地面回声的相关性优选可以作为温度特征曲线进行保存并且也可以考虑用于校正噪声电平或强度。
与感测轮胎噪声不同，在为了感测漫射的地面回声而发射和接收超声波信号时，该信号不但在从地面到超声波传感器并且在超声波传感器中进行转换的路线上受影响，而且在转换为声学信号时和在传输直至地面时受影响。由于该原因可以优选，如果不但接收到轮胎的滚动噪声而且接收到漫射的地面回声并且为了识别路面状态对所述滚动噪声和地面回声进行分析评价，则优选针对两种情况借助特征曲线对进行温度补偿，其中，针对滚动噪声的第一特征曲线和针对漫射的地面回声的第二特征曲线构成特征曲线对。在一个特别有利的扩展方案中，为了简化噪声电平补偿，可以将上述三个作用路径组合起来，并且可以为了校正潮湿嘶嘶声的电平或强度并且校正漫射的地面回声的电平或强度而保存基于超声波传感器的膜温度和基于周围环境温度的各一个合成温度特征曲线对。此外，为了进一步简化，例如，可以利用周围环境温度和传感器基于自热的膜温度之间的恒定偏移量进行计算并且因此由两个特征曲线代替这两个特征曲线对。则所测量的噪声电平仅还必须用这些合成的特征曲线进行校正。
优选，附加地，与车辆速度有关地校正所接收噪声的所测量的强度。
车辆的车轮在路面上滚动时所引起的滚动噪声尤其也与车辆的速度有关。因此，优选测量车辆的速度并且在推断路面状态之前，在考虑所测量的速度的情况下对滚动噪声或配属于滚动噪声的强度进行校正。
所接收的地面回声的强度尤其也与车辆速度有关。这主要由基于传感器的相对速度和与频率有关的灵敏度引起的多普勒位移所造成。如果由于多普勒位移使地面回声远离传感器固有频率地移动，则所测量的地面回声强度降低。为此，优选测量车辆的速度并且在推断路面状态之前，在考虑所测量的速度的情况下对地面回声或配属于地面回声的强度进行校正。
优选，在所述方法中设置，在外来噪声方面对超声波传感器的测量值进行检验，因为仅当超声波传感器的测量值没有外来噪声时，才推断路面的与天气有关的状态。这种外来噪声例如是例如本车辆或周围环境中其他车辆的超声波传感器的超声波脉冲。此外，外来噪声可能由其他交通参与者引起。例如，这种外来噪声可以通过高信号电平或确定的频率特征来识别。即例如出现处于特定频率范围内的超声波脉冲。此外，可以附加地或替代地分析超声波传感器的测量值的方差。在方差低于预给定阈值的情况下则推断出不存在外来噪声。
如果车辆具有多个能与所提出的方法相关联地使用的超声波传感器，则相应地为这些超声波传感器中的每个单个超声波传感器确定与温度有关的特征曲线。
本发明的另一方面涉及一种驾驶员辅助系统，该驾驶员系统包括超声波传感器、用于感测周围环境温度的温度传感器和控制器。驾驶员辅助系统优选设置为用于实施在这所说明的方法。与此相应地，在所述方法之一的范畴中所说明的特征适用于该驾驶员辅助系统，并且反之，在该驾驶员辅助系统的范畴内所说明的特征也适用于所述方法。在本发明的一个优选实施方式中，驾驶员辅助系统还包括空气湿度传感器。
本发明的方法可以在使用超声波传感器的情况下在识别路面状态的范畴内考虑所接收噪声。在所述方法中利用：在车辆的车轮在路面上滚动时产生与路面的天气状态有关的滚动噪声。然后根据该滚动噪声确定，是否有水膜位于路面上以及该水膜有多厚。此外，由滚动噪声可以推断冰的存在并且在必要情况下可以推断雪的存在。替代地或附加地，也可以接收漫射的地面回声并且将其用于确定天气状态。通过在由超声波传感器的测量值确定所接收噪声的强度时考虑周围环境温度，可以实现在识别路面状态时的精度改进。此外，通过所说明的方法和系统可以更可靠地确定路面状态(水、冰、雪、污染...)。能更可靠地区分路面是潮湿的还是干燥的，此外，可以在路面潮湿的情况下，更精确地确定道路的潮湿程度。
附图说明
借助附图和下面的说明详细阐明本发明的实施方式。
图1示意性地示出具有驾驶员辅助系统的车辆，
图2以侧视图示意性地示出车辆的局部。
具体实施方式
图1示出具有驾驶员辅助系统10的车辆1。该驾驶员辅助系统10具有超声波传感器12和控制器16，此外，设置温度传感器14，该温度传感器设置为用于测量车辆1的周围环境温度。不但超声波传感器12而且温度传感器14与控制器16连接。
驾驶员辅助系统10设置为用于确定由天气决定的路面状态。在此利用：车辆1的车轮18在路面上滚动时会引起噪声。滚动噪声或者说在此产生的声波20由超声波传感器12测量。然后，如此感测的滚动噪声电平可以与预给定的阈值比较，或者可以与预给定的值域比较。例如，可以预给定这样的阈值：其中，在超过该阈值时推断为潮湿的路面并且在低于该阈值推断为干燥的路面。此外，超声波传感器12可以向车辆1前方的区域中发射超声波脉冲22。如此发射的声的小部分被路面反射回并且可以作为漫射的地面回声被超声波传感器12接收。如此感测的地面回声的电平也可以与预给定的阈值比较或者可以与预给定的值域比较。例如，可以预给定这样的阈值：其中，在超过该阈值时推断为潮湿的路面并且在低于该阈值时推断为干燥的路面。控制器16设置为用于，在考虑由温度传感器14测量的周围环境温度T的情况下由超声波传感器12的测量值确定所接收噪声的强度。为此，例如，在控制器16中存储一个或多个特征曲线，这些特征曲线表示所接收噪声的传输路线的温度相关性和/或所接收噪声的声源的温度相关性并且在确定强度时被使用，使得例如得到所接收噪声的已校正到限定的正常条件(例如T＝20℃)下的强度。能在是由车辆1的车轮18在路面上滚动所引起的噪声还是由漫射的地面回声所引起的噪声之间进行区分，其方式例如是，考虑所接收噪声的不同传播时间和/或不同频率范围。
在图2中示出不同的传输路线和作用路径，所述不同的传输路线和作用路径在按照本发明的一种可能的实施方式识别路面状态时可以被考虑。图2以侧视图示出具有本发明的驾驶员辅助系统10的车辆1。车辆1在路面17上运动，该路面在本实施例中是潮湿的，即在该路面的表面上具有一定厚度的水膜。超声波传感器12向车辆1前方的区域中发射超声波脉冲22。超声波脉冲22在区域37中冲击到路面上并且被该路面反射。被反射的声的一部分又作为漫射的地面回声被超声波传感器12接收。
将潮湿的路面17上的水的水温度19作为第一作用路径来考虑。由车辆的车轮18在路面17上滚动所引起的噪声的强度与水温度19有关。为了补偿该温度影响可以假设，水温度相当于所测量的周围环境温度。例如，借助保存在控制器16中的潮湿嘶嘶声电平的温度特征曲线可以将由超声波传感器12所测量的电平推算到正常温度、例如+20℃上。
车辆1的周围环境中的空气温度可以作为第二条作用路径来考虑。声在从声源到超声波传感器的路线上的衰减与周围环境温度有关并且可以达到2dB/m及以上。在周围环境温度约为20℃至25℃时衰减最大。在这里，一方面可以考虑声20从声源31到超声波传感器12的传输路线30和/或漫射的地面回声从超声波传感器12到路面17的区域37并回到超声波传感器12所用的传输路线32。这些路线长度是已知的，因为从车轮18接触路面17的点31到超声波传感器12在车辆1上的安装位置的间距是已知的，并且，通过超声波传感器12的安装位置、超声波传感器12的倾角和辐射特征，漫射的地面回声反射回到超声波传感器12的出发区域37是知道的。
此外，声经由传输路线30或32的衰减与空气湿度有关。由于该原因，尤其可以通过例如借助存在于车辆上的空气湿度传感器13附加地测量空气湿度来计算声的衰减。
本发明不限于这里所说明的实施例和其中所强调的方面。而是，在由本发明所给出的范围内存在多种处于本领域技术人员范畴内的改型。

Claims (9)

1.一种用于识别路面状态的方法，其中，用超声波传感器(12)接收噪声，所述噪声
-由车辆(1)的车轮(18)在路面(17)上滚动引起，和/或
-由漫射的地面回声引起，
并且，由所接收噪声的强度推断出所述路面(17)的与天气有关的状态，其特征在于，在考虑周围环境温度的情况下由所述超声波传感器(12)的测量值得到所接收噪声的强度，其中，测量温度、确定当前周围环境温度并且在确定强度时，考虑所接收噪声的传输路线(30，32)的先前确定的温度相关性和/或所接收噪声的声源的先前确定的温度相关性。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，考虑噪声从声源直到在所述超声波传感器(12)中提供增强的信号所经过的与温度有关的传输，其中，通过确定当前周围环境温度和所述传输路线(30，32)的先前确定的温度相关性来确定所述与温度有关的传输。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，借助第一特征曲线来计算所接收噪声的传输路线(30，32)的温度相关性。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，由当前周围环境温度和超声波传感器(12)的所测量的温度计算出所述超声波传感器(12)的膜温度，并且根据所述超声波传感器(12)的膜温度来确定所述超声波传感器的效率，并且在确定强度时考虑如此确定的效率。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所接收噪声的声源(31，37)的温度相关性包括水温度对由车辆(1)的车轮(18)在所述路面(17)上滚动所引起的噪声的强度的影响。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所接收噪声的传输路线(30，32)的温度相关性包括所接收噪声的衰减，所述衰减与在从所述声源到所述超声波传感器(12)的路程上的空气温度和/或空气湿度有关。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，借助特征曲线对、尤其是根据当前周围环境温度和超声波传感器(12)的所感测的温度对所接收噪声的所测量的强度进行校正，并且基于经校正的强度识别所述路面(17)的与天气有关的状态，其中，所述特征曲线对具有针对由车辆(1)的车轮(18)在所述路面(17)上滚动所引起的噪声的温度相关性的第一特征曲线和针对由漫射的地面回声所引起的噪声的温度相关性的第二特征曲线。
8.一种驾驶员辅助系统(10)，所述驾驶员辅助系统包括超声波传感器(12)、用于感测所述超声波传感器(12)的周围环境温度的温度传感器(14)和控制器(16)，其特征在于，所述驾驶员辅助系统(10)设置为用于实施根据权利要求1至7中任一项所述的方法。
9.根据权利要求8所述的驾驶员辅助系统(10)，所述驾驶员辅助系统包括空气湿度传感器(13)。
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