CN1809853A - 用于道路表面状况检测的设备 - Google Patents

Abstract

公开了一种设备，用于表面特性或状况的检测，特别是水、雪和冰的检测，并特别借助于安装在各个车辆上的检测器装置来读取表面，并将来自所述车辆的数据，优选地与所述车辆的位置数据一起发送，以由其它车辆的驾驶员使用，以便于警告所述车辆前的滑的道路状况。根据特定的方面已认识到，由例如表面上的冰或水镜面反射的偏振光保持其偏振，而漫反射的偏振光在很大程度上变成去偏振的事实可被用来分离两种类型的反射并因此提供用于表面特性的紧凑得多的传感器设备，其中所述光可接近于或平行于道路表面的法线而发射。

Description

用于道路表面状况检测的设备

本发明涉及表面特性或状况的检测，特别是水、雪和冰的检测，并且特别涉及借助于安装在各个车辆上的检测器来读取表面。根据本发明的一个方面，检测到的特性优选地与该车辆的位置数据一起从该车辆被发送以由其它车辆的驾驶员使用，以便于警告该车辆前的滑的道路状况。

背景技术

用于确定道路表面特性的检测器是本领域公知的，包括沿路边和在表面以上设置的静止检测器，在道路表面之下设置的检测器以及在车辆上设置的检测器。

无接触测量的简单原理由Decker公开在US 4,274,091中，其中通过具有调制盘(chopper wheel)的光发射器将一系列光脉冲指向道路表面，并且利用一个接收器来测量反射光的强度。该接收器所测量的信号的振幅指示在道路表面上冰的存在或不存在。

另一种原理由Fukamizu等公开在US 4,690,553中，其中红外光发射器将光线指向道路表面，并且设置了两个接收器以分别测量镜面反射光和散射或漫反射光。来自两个接收器的输出比率提供了道路表面特性的信息。利用红外光反射来测量道路表面特性还从例如DE 2,712,199、EP0,005,696及DE 3,023,444中得知。

其它原理涉及如由Hiroshi和Masami在日本专利申请JP 03-110408中公开的声波的使用，微波的使用例如由Kates和Bulter公开在US5,652,522中并且由Overall和deKoning公开在US 3,836,846中，微波结合激光束的使用由Takaharu在日本专利申请JP 06-307838中公开，红外光的多波长区的使用在US 5,218,206中和US 5,962,853中公开。

所有公开的测量原理和其它类似原理可被用于本发明的设备和系统。传感器的不同设置每个都有其缺陷。沿路边和在道路表面以上设置的传感器必须在道路表面以上约4.5米以允许所有类型的车辆通过，并且传感器和道路表面之间的空气将受到由经过的车辆从道路表面升起的颗粒的污染，特别是当道路表面是湿的或覆盖有雪橇(sled)或雪时，并且在滑的表面状况的警告重要的天气状况下传感器的可靠性因此是低的。嵌在道路表面中并通过透明盖从下方测量其特性的传感器经历盖的上表面的污染和划痕的产生，由此破坏传感器的工作。安装在车辆上的传感器从接近于道路表面的上方测量，但仅提供关于在该车辆的位置处的道路表面特性的信息，这对于车辆驾驶员经常是过迟的以至于不能采取措施，特别是在变化的道路表面特性下和在仅道路表面的局部区域有滑的状况的天气状况期间。

因此，本发明的目的是提供一种设计，用于在有关天气状况下以高可靠性来确定道路表面特性，并在车辆驾驶员进入特性被确定的区域之前提供有关数据给他们。

该目的由本发明通过为车辆配备用于安装在车辆中的道路表面传感器设备来实现，如以上所讨论的，所述设备包括用于对道路表面的表面特性进行无接触检测并相应地提供输出的检测器装置，其中所述设备进一步包括：发送装置，用于从所述检测器装置接收所述输出并执行对基于它的道路表面特性数据到所述车辆外部的接收器的无线发送；无线接收器装置，适于接收来自类似于该设备本身的设备，即静止的或设置在其它车辆上的设备的发送装置的数据的无线电发送；以及数据输出装置，用于接收来自所述接收器装置的输入并基于它来呈现所述车辆的驾驶员可知觉的输出。

利用该解决方案，可提供多个移动传感器的系统，所述多个移动传感器被设置得很接近于车辆所行驶的道路表面部分，并且它们可由此从最有利的位置确定道路表面的有关特性。这些很可靠的数据被发送和接收，以便所述系统作为整体为一区域的至少部分道路表面保持可靠数据，并在车辆驾驶员进入该区域前可将这些数据发布给他们，其中所述数据被确定而无需如在EP 0 720 137中所公开的中心静止单元来处理所发送的数据并将结果发送给车辆中的各个单元。

用于安装在例如车辆上的公知表面状况传感器的另一个问题是它们对所述传感器和所述表面之间的距离很敏感，因为向所述表面发射的光具有与表面法线的角度。而且，在检测镜面反射光和散射或漫反射光的传感器的情况下，用于该两种类型反射的检测器之间的竖直距离对于获得二者之间的空间分隔是必要的并且不能获得紧凑的传感器设备。

因此，本发明的目的是提供一种克服了这些公知问题和缺陷的传感器设备。

这利用根据本发明的一个方面的传感器设备来实现，其中已认识到，经镜面反射的偏振光保持它的偏振，而经漫反射的偏振光在很大程度上变成去偏振的事实可被用来分离两种类型的反射并因此提供紧凑得多的传感器设备，其中所述光可接近于或平行于道路表面法线来发射。

而且，基于对镜面反射光以及漫反射光的检测的传感器设备经历水以及冰增强镜面反射并且二者之间的区分相当不确定的缺陷，并且因此本发明的目的是提供一种该不确定性被减小的传感器设备。这是由本发明的一个方面提供的，其中这样的设备与一个或多个其它测量设备组合，所述测量设备本身是简单的并且不足以提供用于表面特性的可靠数据，但其与检测镜面和漫反射光的设备组合可以产生高确定性的表面特性数据。

本发明的其它优点，优选的实施例和其改进以及相关的优点在以下公开。

发明内容

因此，本发明在第一方面涉及一种用于安装在车辆中的道路表面特性设备，包括

传感器设备，具有指向道路表面的辐射发射器和用于检测从道路表面反射的辐射并相应地提供输出的至少一个检测器，以及用于处理来自所述至少一个检测器的输出以确定道路的表面特性并相应地提供输出的数据处理装置，

发送装置，用于接收来自传感器设备的所述输出并进行对基于它的道路表面特性数据到车辆外部的接收器的无线发送，其中所述设备进一步包括无线接收器装置，适于接收来自与所述设备本身类似的设备的发送装置的数据的无线电发送，以及

数据输出装置，用于接收来自接收装置的输入并基于它来呈现车辆驾驶员可知觉的输出。

如先前讨论的，辐射可以是声波的或电磁的，或其组合，并且优选的是使用红外范围内的辐射，因为红外光的反射和散射对冰粒的出现特别敏感。另一个优选实施例包括多个接收器，如线性或二维CCD(电荷耦合器件)照相机或其他照相机设备，其中来自接收器的输出的模式被分析。

发送器可以是任何类型的基于无线电的发送器，但优选的是使用公用无线数据通信网络作为用于蜂窝电话和数据传输的网络，如GSM(全球移动通信系统)或GPRS(通用分组无线电业务)。

该设备将与同一道路上或同一区域中的一个或多个车辆中的设备，或可选地还有静止设备，一起构成用于道路表面特性数据的采集和发布的网络，并且来自该网络的输出的质量将因为每个额外的参与者而得到改善。另外重要的是注意数据的收集是连续的并且有用数据是从正缓慢移动或在停顿状态的车辆中的设备收集的，这通常是道路滑时的情况。

优选地，所述设备包括位置装置，用于产生用于估计所述设备的当前位置的位置数据，并且设置发送装置以发送所述位置数据。因此，可以立即进行道路表面特性数据与所述位置数据的耦合。位置数据的另一个用途是过滤来自系统其他设备的数据以获得用于各个设备的有关接收和显示的数据。该过滤可以在本地发生在该设备本身中，其例如接收来自所有类似设备的数据，或所述过滤可以基于从诸设备接收的位置数据集中执行。此外，还优选的是确定道路表面特性数据的时间被产生并与所述数据相关联。

位置装置可以是许多不同公知位置确定装置之一，如用于从与多个静止收发器站所构成的无线数据通信网络的通信中产生所述位置数据的装置。另一种公知位置确定装置包括用于基于卫星的位置估计的装置，如GPS(全球定位系统)。可替换地，所述位置可以由所述设备外部的系统来确定，例如基于来自无线数据传输网络的许多收发器站的三角测量。

从所述设备发送的数据可以以如先前讨论的各种不同方式来接收和使用。但是，优选的是所述设备包括无线接收器装置和数据输出装置，所述数据输出装置用于接收来自所述接收器装置的输入并基于它来呈现车辆的驾驶员可知觉的输出。所述接收器装置可以接收来自其他、类似设备或来自中心、静止发送器的数据，所述发送器接收和发送来自多个这样的设备的数据。包括无线接收器装置的另一个优点是可采用所述设备和系统以将来自例如警察机关或道路机关的信息发送给优选地在特定区域中或正驶向特定路段的车辆驾驶员。驾驶员还将接收来自所述网络的相关信息，即使车辆的所述设备失灵或受到污物的过度阻塞以至于不能正确起作用。

数据输出装置可进一步被设置成接收来自检测器装置的输入并基于它来呈现车辆驾驶员可知觉的输出。

优选地，所述设备的进一步特征是设备的发送装置适于发送车辆工作数据，如紧急刹车的指示，来自车辆的防锁刹车系统(ABS)的输出和/或来自车辆加速度计的输出。目的是向其他驾驶员提供指示滑状况或紧急情况的工作状况的警告。用于将来自车辆的ABS或类似系统的数据发布给其它车辆的系统由Yukio和Hiroshi公开在日本专利申请JP 2001-107041中，并且所公开的系统和其许多细节可以被用作对本发明的系统的补充。但是，由于JP 2001-107041中的系统仅在车轮实际上相对于道路表面滑动时提供信号，它不能取代本发明的系统，本发明的系统提供道路表面实际状况的数据，不管车轮是否已在表面上滑动，并且也来自车辆缓慢移动或停止，如在具有滑的道路状况的时期期间经常发生的。

本发明进一步涉及这样的系统，其包括如上所公开的多个设备，每个安装在单独的车辆中。

优选地，所述系统包括用于确定每个所述设备的位置的位置确定装置。所述位置数据可从各个设备获得或可从中心系统，例如从基于无线数据传输网络的许多收发器站的三角测量获得。

用于发布所接收的数据的装置可优选地包括无线数据发送装置，用于将所述数据发送到例如车辆中的接收器和/或沿道路设置的静止标志(sign)中的接收器。

在一个实施例中，用于发布所接收的数据的装置可适于将相关位置数据和与其相关的道路表面特性数据一起发布，以便在接收部分执行对所发布的数据的过滤。另外或可替换地，用于发布所接收的数据的装置可适于根据所述各个设备的位置数据来发布专用于所述诸设备的各个设备的接收器装置的数据。

所述系统可另外包括沿道路设置的静止检测器装置，用于对道路表面的表面特性进行无接触检测并相应地提供输出，所述输出与所接收的数据类似地由发布装置发布。

用于发布所接收的数据的装置包括多个可视通信设备，即具有显示装置的标志，沿道路设置成基于所接收的道路表面特性数据发布信息给所述道路上的车辆的驾驶员。

根据第二方面，本发明涉及一种传感器设备，用于对诸如道路表面的表面的状况进行非接触检测，所述系统包括

光源，用于向所述表面发射光，

第一检测器，被设置成接收从所述表面被反射时的所发射的一部分并根据其强度产生第一输出，

第二检测器，被设置成接收从所述表面被反射时的所发射的一部分并根据其强度产生第二输出，以及

控制装置，用于接收来自所述检测器的所接收的输出，并基于漫反射和镜面反射光的量来评估它，其中所述传感器设备还包括

第一线性偏振滤光器，设置在从光源且到所述表面的光路中，用于对发射光的偏振，以及

第二线性偏振滤光器，设置在所述表面与第一检测器和第二检测器之一之间的光路中。

因此，借助于利用镜面反射的偏振光保持其偏振，而漫反射的偏振光在很大程度上变成去偏振的事实，来分离两种类型的反射并因此提供紧凑得多的传感器设备，其中所述光可接近于或平行于道路表面法线而发射。所述光可在基本垂直的方向上被发射，即在与表面法线的15-20°内，优选地在与表面法线的10°内，如6°，并且反射光到检测器的诸路径可如适合的设置所需要的那样接近且甚至彼此重合以及与发射光的路径重合。传感器设备可因此很紧凑，这允许车辆上的所述设备的容易的安装、调节和维护。另外，传感器设备对于从所述设备到道路表面的距离变化的敏感性可减小。

在一个实施例中，第二滤光器的偏振方向平行于第一滤光器的偏振方向。特别地，在一个实施例中，第一和第二滤光器可以是同一滤光器，如以下参考附图所示。在该实施例中，分束器设置在第一偏振滤光器和光源之间，用于将从表面反射的光的一部分转向到所述检测器中。但是，第二滤光器可垂直于第一滤光器的偏振方向以便检测器接收镜面反射加上约一半漫反射。

此外，所述传感器设备可包括设置在所述表面和第一检测器与第二检测器的另一个之间的光路中的第三偏振滤光器，其中第三滤光器的偏振方向垂直于第一和第二滤光器的偏振方向。在该优选情况中，一个检测器接收镜面反射加上约一半漫反射，而另一个检测器仅接收漫反射。

在特定的实施例中，发射和反射光的路径是重合的且所述传感器设备包括：第一分束器，设置在从第一线性偏振滤光器且到所述表面的光路中，用于将从所述表面反射的光的一部分，包括镜面反射光以及漫反射光转向到第二路径中；及第二分束器，设置在第二路径中，用于将第二路径中的光的一部分转向到第一检测器中以及将第二路径中的光的一部分发送到第二检测器中。第一和第二分束器应基本上对光的偏振不敏感。

有利地，基准光源可被包括，其被设置成基本在第一光源的方向和路径上发射光，其中所述基准光源发射如此波长的光，如红外光，使得设备的所述偏振滤光器对其基本上没有影响，以便所述第一和第二检测器对来自基准光源的光的检测可用于对系统功能的检验。

为增强来自水和冰的镜面反射之间的鉴别力，传感器设备可另外包括：光源，用于向所述表面发射930nm到970nm的波长范围内的光；和吸收检测器，用于接收所述发射光的反射并相应地产生到控制装置的输出。水对该波长范围内的红外光的吸收是高的，特别是约950nm，但不象约1450nm那样显著地高。但是，用于测量约950nm的吸收的设备仅花费用于测量约1450nm的吸收的设备的一小部分，并且当与所公开的传感器设备组合使用时，对约950nm的吸收的测量的可靠性足以获得用于表面特性的可靠结果。

所述传感器设备可进一步与后反射(retro-reflection)设备组合，所述后反射设备包括：光源，用于向所述表面发射光，该光的路径具有与所述表面法线的15°到70°范围内，优选为25°到60°范围内的角度；及后反射检测器，被设置成接收所述路径中的所述发射光的后反射并相应地产生到控制装置的输出。后反射传感器用于检测所述表面上的冰晶，即主要是雪或雾凇(rime)的存在。

在又一个实施例中，所述传感器设备可与用于反射的多色光的色分离的传感器设备组合，包括诸如白光的多色可见光的源和两个或优选地三个检测器，所述检测器用于检测反射光的各种波长范围内，优选地分别是红、绿和蓝范围内的光的量并提供到控制装置的输出。由于通过色分离检测到的表面特征，例如所述表面由混凝土或沥青制成、是否被涂漆等，所述结果可用于检验对镜面反射光和漫反射光的测量并还可用于校正这些测量。优选地，所述波长范围的每个包括可见波长范围内的范围。

在又一个实施例中，所述传感器设备可与噪声传感器组合，该噪声传感器用于接收来自沿道路行进的车辆的噪声并相应地产生到控制装置的输出。对由例如麦克风收集的噪声的分析由控制装置执行，并且如何进行该分析的例子由Chang等人公开在US 5,852,243中。

根据本发明的第一方面的道路表面传感器设备可具有根据本发明的第二方面的传感器设备。

本发明还涉及一种安装在车辆上的道路表面检测器装置，用于对道路表面的表面特性进行无接触检测并相应地提供输出，包括指向道路表面的辐射发送器和用于接收从道路表面返回的辐射并相应地提供输出的至少一个接收器，其中所述检测器装置包括用于所述发送器和所述至少一个接收器的洗涤装置，用于其循环冲洗。该检测器装置可与先前公开的设备及系统一起使用。所述洗涤装置的目的是通过去除妨碍发送器和接收器以与道路表面的最佳可视接触来工作的污物来改善检测器的可靠性。所述洗涤装置可由监视检测装置工作的监视设备来激励。特别优选的是所述洗涤装置连接到车辆的风挡洗涤器系统并与其同时工作。由此，当风挡将不清楚到与对于检测器装置的相同状况类似的程度和等级时，车辆的驾驶员起到监视设备的作用。

基本恒定地提供输出对所述设备的可信度和可靠性是重要的，并且优选的是所述设备包括自检查电路，如果所述设备不是正在适当地工作，则所述自检查电路提供“故障”输出。所述输出可用来控制用于循环冲洗所述发送器和所述至少一个接收器的分离洗涤装置的工作。

此外，本发明涉及一种安装在车辆上的道路表面检测器装置，用于对道路表面的表面特性进行无接触检测并相应地提供输出，包括指向道路表面的辐射发送器和用于接收从道路表面返回的辐射并相应地提供输出的至少一个接收器，其中所述检测器装置的至少一个接收器包括快门设备，用于允许1/10到1/50,000秒，优选为1/50-1/10,000秒的时段内的到接收器的辐射的短暂进入。该检测器装置可与先前公开的设备、系统和检测器装置一起使用。为接收器提供快门设备的目的是当车辆以高速度移动时增强从道路接收的反射和/或散射的锐度。对锐度的类似增强不能通过加上如本领域公知的辐射发送器来实现。

根据本发明的另一个方面，提供了一种传感器设备，如先前所公开的本发明的传感器设备，用于对诸如道路表面的表面的状况进行非接触检测，所述系统包括

光源，用于向所述表面发射光，

第一检测器，被设置成接收从所述表面被反射时的所述发射的一部分并根据其强度产生第一输出，

第二检测器，被设置成接收从所述表面被反射时的所述发射的一部分并根据其强度产生第二输出，以及

控制装置，用于接收自所述检测器所接收的输出，并基于漫反射和镜面反射光的量来评估它，其中所述设备还包括从包括以下的组中选择的用于检测所述表面的状况的一个或多个装置：

红外光源，用于向所述表面发射930nm到970nm波长范围内的光；以及吸收检测器，用于接收所述所发射的红外光的反射并相应地产生到控制装置的输出，

光源，用于向所述表面发射光，所述光的路径具有与表面法线的15°到70°范围内，优选为25°到60°范围内的角度；以及后反射检测器，被设置成接收所述路径中的所述发射光的后反射并相应地产生到控制装置的输出，

光源，用于向所述表面发射多色光；以及至少两个范围检测器，优选地至少三个范围检测器，被设置成检测所述发射光的反射的每个波长范围并相应地产生到控制装置的输出，以及

噪声传感器，用于接收来自沿道路行进的车辆的噪声并相应地产生到控制装置的输出，所述设备设置在所述车辆上。

附图说明

为了举例说明本发明而不因此限制本发明的范围和所赋予的保护的目的，在附图中公开了本发明的实施例。

图1是具有车辆中的设备和中心静止部分的系统的框图，

图2示出洗涤设备，

图3示出根据本发明的传感器设备的第一配置，

图4示出根据本发明的传感器设备的第二配置，

图5示出根据本发明的传感器设备的第三配置，

图6示出根据本发明的传感器设备的第四配置，

图7示出根据本发明的一个方面的后反射传感器，并且

图8示出根据本发明的具有色分离的传感器设备。

具体实施方式

图1所示的系统包括：设备1，用于安装在车辆中，包括例如用于导航系统的标准GPS设备2，还可用于其它目的、例如用于所述导航系统的显示单元3，用于接收TMC的无线电设备4，以及经由无线蓝牙数据连接6与GPS设备2及显示单元3通信的标准传感器设备5。标准传感器设备5还可用在静止路边测量站5’。借助于在公共通信通道上把数据作为数据包发送，标准传感器设备5的无线电发送器7将从道路表面检测器装置8获得的道路表面特性数据从GPS设备2及其它可能源9，如ABS，传送到系统的静止部分10以及安装在其它车辆中的类似设备1。类似设备1之间的数据的相互直接交换一般将受到距离上的限制，但给定车辆的驾驶员最感兴趣的数据一般通过附近车辆获得，并且在系统的一个简单实施例中，并不建立静止部分10并且设备1之间的数据的相互交换仅借助于数据的直接交换而不经由静止部分10来进行。

静止部分10包括从车辆中的设备1、从静止设备5’和从各种源12，如警察部门和提供天气预报的气象机构接收数据的中心单元11。所述数据被发布到多个用户13，如路边标志、车辆中的无线电接收器4、因特网主页等。

替换形式可用于如先前所述的系统的不同部分。GPS设备2可由位置估计系统来替代，该位置估计系统基于无线电发送器7和来自构成数据通信系统的多个收发器站的三角测量，所述无线电发送器7与所述数据通信系统通信。三角测量可由系统的设备1或静止部分10来进行。用于估计位置的另一种替换形式是进行设备1和沿路边设置的、例如配备有标志的多个静止站之间的短程无线电通信，所述标志用于向经过的车辆的驾驶员提供前面道路表面上有冰的警报。该短程通信可用来将道路表面特性数据传送到静止系统并同时提供关于获得数据时的车辆位置的信息。

用来从系统的静止部分10接收道路表面特性数据的无线电设备4可由无线电接收器，例如移动电话设备来替代，其不断接收从其它车辆的其它设备或从静止系统发送的道路特性数据，并基于包括在所接收的数据中的位置数据和从设备的位置估计系统接收的车辆位置数据来过滤所述数据。可替换地，可基于从设备1接收的车辆位置数据在系统的静止部分10过滤道路表面特性数据并且仅将相关道路表面特性数据以唯一的用户标识发送到设备1，其中接收器基于包括在所接收的数据中的用户标识来过滤所接收的数据。然后在道路状况需要给驾驶员的警告的情况下，优选地借助于显示单元3和/或音频信号将所接收的相关数据呈现给驾驶员。

图2中示出安装在车辆上用于对道路表面的表面特性进行无接触检测并相应地提供输出的道路表面检测器装置8。检测器装置8包括指向道路表面的辐射发送器和用于接收从道路表面返回的辐射并相应地提供输出的至少一个接收器。检测器装置8包括用于发送器和至少一个接收器的洗涤装置14，用于其循环冲洗，包括连接到车辆风挡洗涤器系统的泵的管16中的Y-分支15和用于将清洁液分布到风挡上的喷嘴。第二管17将该液的一部分导引到喷嘴18，每当车辆的驾驶员激励风挡洗涤器系统时该喷嘴冲洗检测器装置8。

根据本发明的传感器设备的各种实施例在图3-6中示出。它们都包括：光源19，其向表面20，特别是道路表面发射可见范围内的光；及两个检测器21、22，用于检测来自表面20的发射光的反射并相应地提供到控制单元23的输出；线性偏振滤光器24，位于光源19和表面20之间，以便偏振遇到表面20的光；以及线性偏振滤光器25，位于检测器21、22之一前，以便来自两个检测器21、22的输出的变化对于来自表面20的镜面反射光和漫反射光的变化将是有代表性的，这是因为镜面反射光将保持其原始偏振而漫反射光基本上将变成去偏振的。因此，光源19和检测器21、22可以很接近地设置在一起，并且入射和反射光之间的角度一般在0°到15°的范围内，而入射光和表面法线之间的角度一般将在0°到6°的范围内。图上的角度被夸大以便较清楚地说明原理。因此，传感器对传感器和道路表面20之间的实际竖直距离相当不敏感，以便相同传感器可安装在不同类型的车辆中且输出的质量将不由于车辆工作期间竖直距离的变化而恶化。

图3所示的传感器设备具有很简单的配置，其中光源19和两个检测器21、22并排设置，以便对于三者中的每个，光遵循分离的路径。但是，由于所述路径之间的小角度，两个检测器21、22将经历基本上相同强度的镜面反射光和漫反射光。线性偏振滤光器25被设置在反射光到检测器之一21的路径中且滤光器25具有与光源19前的滤光器24的偏振方向垂直的偏振方向，以便检测器21将接收漫反射光并相应地产生到控制装置23的输出，而另一个检测器22将接收镜面反射光以及漫反射光并相应地产生到控制装置23的输出。两个输出之间的差将是镜面反射光的强度的量度。该配置可利用设置在另一个检测器22前并具有与光源19前的滤光器24的偏振方向平行的偏振方向的另一个线性偏振滤光器26来改善，如图4所示。由此，另一个检测器22将接收镜面反射光加上仅约一半的漫反射光并相应地产生到控制装置23的输出。这样，由于镜面反射的存在而导致的来自另一个检测器22的输出的振幅变化将被增强，这改善了所述设备的信噪比。

在图4所示的传感器设备的实施例中，该配置已利用两个额外特征的存在而得到改善，即被用作用于系统功能检验的基准光的红外光源27，和用于接收来自沿道路行进的车辆的噪声并相应地产生到控制装置的输出的麦克风28。两个特征都可单独或组合地实施到本发明的所示实施例的每个以及本发明的其它实施例中。红外基准光源27被设置成借助于分束器29基本上在第一光源19的方向和路径上发射光，所述分束器设置在所述路径中。偏振滤光器24、25、26对红外光基本上没有影响，因此第一和第二检测器对来自所述基准光源的光的检测可用于对系统功能的检验，针对例如由于透镜或透明盖的污染而导致的暂时减小的光透射的校正等。在一个优选实施例中，红外基准光源27发射930nm到970nm波长范围内的光，所述波长范围是水特别吸收辐射的波长区域之一，且光源27可用于对液态水是否存在于所述表面上的光谱测量(spectroscopicmeasurement)，其与对漫反射光和镜面反射光的测量组合可给出对道路表面状况的精确指示。当第一光源19被关断时通过借助于检测器21、22测量该基准光的强度变化，可检测到道路表面上水的存在，且控制装置23可由此在来自水和来自冰的镜面反射之间区分，其不以相同程度来吸收红外光。

对麦克风28所采集的噪声的分析由控制装置23来执行且如何进行该分析的例子由Chang等人公开在US 5,852,243中。该分析同样用作对漫反射光和镜面反射光的测量的补充以区分道路表面上冰或水的存在。

在图5中示出传感器设备的又一种配置，其中仅同一个线性偏振滤光器24、25被用于从光源19向表面20发射的光和从表面向检测器之一22反射的光。光源19垂直地指向表面20且分束器29被设置在向着检测器22的反射光的路径中，其在该配置中与从光源19向着表面20的光的路径相同。在图6中，添加了另一个分束器30，用于为检测器21、22两者分配来自第一分束器29的光，以便到传感器设备和来自传感器设备的所有的光可以经过容易保持干净的小开口或细管，且对传感器设备和表面20之间的距离的敏感性可基本上完全消除。

图7和8中示出可用作对漫反射光和镜面反射光的测量的补充以区别道路表面上冰或水的存在的两个其它设备。

图7中示出后反射传感器，包括向所述表面以45°角发射光的光源31，和被设置成借助于分束器33来接收后反射光并相应地产生到控制装置23的输出的检测器32。所述后反射传感器用于检测表面上的冰晶，即主要是雪或雾凇的存在。

图8中示出用于对反射的多色光的色分离的传感器设备，包括诸如白光的多色可见光的源34，和用于检测反射光的分别是红、绿和蓝范围内的光的量并提供到控制装置23的输出的三个检测器35、36、37。由于通过色分离检测到的表面特征，例如表面由混凝土或沥青制成、是否被涂漆等，所述结果可用来检验对镜面反射光和漫反射光的测量并且还可用来校正这些测量。

所有实施例以原理图示出，并且添加必要的构造细节、透明盖光学器件等对技术人员将是简单明了的。

Claims (22)

1.一种用于安装在车辆中的道路表面特性设备，包括

传感器设备，具有指向道路表面的辐射发射器和用于检测从所述道路表面反射的辐射并相应地提供输出的至少一个检测器，及用于处理来自所述至少一个检测器的输出以确定道路的表面特性并相应地提供输出的数据处理装置，

发送装置，用于接收来自所述传感器设备的所述输出并进行对基于它的道路表面特性数据到所述车辆外部的接收器的无线发送，

特征在于

所述设备还包括无线接收器装置，适于接收来自与所述设备本身类似的设备的发送装置的数据的无线电发送，以及

数据输出装置，用于接收来自所述接收器装置的输入并基于它来呈现所述车辆的驾驶员可知觉的输出。

2.根据权利要求1的设备，包括

位置装置，用于产生用于估计所述设备的当前位置的位置数据，

其中所述发送装置被设置成发送所述位置数据。

3.根据权利要求1或2的设备，其中所述数据输出装置还被设置成接收来自所述检测器装置的输入并基于它来呈现所述车辆的驾驶员可知觉的输出。

4.一种传感器设备，用于对诸如道路表面的表面的状况进行非接触检测，该系统包括

光源，用于向所述表面发射光，

第一检测器，被设置成接收从所述表面被反射时的所述被发射的一部分并根据其强度产生第一输出，

第二检测器，被设置成接收从所述表面被反射时的所述被发射的一部分并根据其强度产生第二输出，以及

控制装置，用于接收自所述检测器接收的输出，并基于漫反射和镜面反射光的量来评估它，

特征在于

所述传感器设备还包括

第一线性偏振滤光器，设置在从所述光源且到所述表面的光路中，用于对发射光的偏振，以及

第二线性偏振滤光器，设置在所述表面与所述第一检测器和所述第二检测器之一之间的光路中。

5.根据权利要求4的传感器设备，其中所述第二滤光器的偏振方向平行于所述第一滤光器的偏振方向。

6.根据权利要求5的传感器设备，包括第三偏振滤光器，设置在所述表面和所述第一检测器与所述第二检测器的另一个之间的光路中，其中所述第三滤光器的偏振方向垂直于所述第一和第二滤光器的偏振方向。

7.根据权利要求5或6的传感器设备，其中所述第一和第二滤光器由一个线性偏振滤光器构成，且分束器被设置在所述第一偏振滤光器和所述光源之间，用于将从所述表面反射的光的一部分转向到所述检测器中。

8.根据权利要求4或6的传感器设备，还包括：第一分束器，其设置在从所述第一线性偏振滤光器且到所述表面的光路中，用于将从所述表面反射的光的一部分转向到第二路径中；和第二分束器，其设置在所述第二路径中，用于将所述第二路径中的光的一部分转向到所述第一检测器中和将所述第二路径中的光的一部分发送到所述第二检测器中。

9.根据前述权利要求的任何一个的传感器设备，包括基准光源，被设置成基本上在所述第一光源的方向和路径上发射光，其中所述基准光源发射如此波长的光，使得设备的所述偏振滤光器对其基本上没有影响，以便所述第一和第二检测器对来自所述基准光源的光的检测可用于对系统功能的检验。

10.根据前述权利要求的任何一个的传感器设备，还包括：光源，用于向所述表面发射930nm到970nm波长范围内的光的光源；和吸收检测器，用于接收所述发射光的反射并相应地产生到所述控制装置的输出。

11.根据前述权利要求的任何一个的传感器设备，还包括：光源，用于向所述表面发射光，所述光的路径具有与所述表面法线的15°到70°范围内，优选为25°到60°范围内的角度；以及后反射检测器，被设置成接收所述路径中的所述发射光的后反射并相应地产生到所述控制装置的输出。

12.根据前述权利要求的任何一个的传感器设备，还包括：光源，用于向所述表面发射多色光；和至少两个范围检测器，被设置成检测所述发射光的反射的每个波长范围并相应地产生到所述控制装置的输出。

13.根据权利要求12的传感器设备，包括至少三个所述范围检测器，被设置成检测所述发射光的反射的每个波长范围并相应地产生到所述控制装置的输出。

14.根据权利要求12或13的传感器设备，其中所述波长范围每个包括可见波长范围内的范围。

15.根据前述权利要求的任何一个的用于安装在车辆中的传感器设备，还包括噪声传感器，用于接收来自沿道路行进的车辆的噪声并相应地产生到所述控制装置的输出。

16.根据权利要求1-3的任何一个的道路表面传感器设备，其中所述传感器设备包括根据权利要求4-15的任何一个的设备的特征。

17.一种安装在车辆上的道路表面特性设备，用于对道路表面的表面特性进行无接触检测并相应地提供输出，包括指向所述道路表面的辐射发射器和用于检测从所述道路表面反射的辐射并相应地提供输出的至少一个检测器，

特征在于

所述设备包括用于所述发射器和所述至少一个检测器的洗涤装置，用于其循环冲洗。

18.根据权利要求17的设备，其中所述洗涤装置连接到所述车辆的风挡洗涤器系统并与其同时工作。

19.一种安装在车辆上的道路表面特性设备，用于对道路表面的表面特性进行无接触检测并相应地提供输出，包括指向所述道路表面的辐射发射器和用于检测从所述道路表面反射的辐射并相应地提供输出的至少一个检测器，

特征在于

所述设备的至少一个检测器包括快门设备，用于允许1/10到1/50,000秒，优选为1/50到1/10,000秒的时段的到所述检测器的辐射的短暂进入。

20.一种传感器设备，用于对诸如道路表面的表面的状况进行非接触检测，所述系统包括

光源，用于向所述表面发射光，

第一检测器，被设置成接收从所述表面被反射时的所述被发射的一部分并根据其强度产生第一输出，

第二检测器，被设置成接收从所述表面被反射时的所述被发射的一部分并根据其强度产生第二输出，以及

控制装置，用于接收自所述检测器接收的输出，并基于漫反射和镜面反射光的量来评估它，

特征在于

所述设备还包括从包括以下的组中选择的用于检测表面状况的一个或多个装置：

红外光源，用于向所述表面发射930nm到970nm波长范围内的光；以及吸收检测器，用于接收所述发射的红外光的反射并相应地产生到所述控制装置的输出，

光源，用于向所述表面发射光，所述光的路径具有与所述表面法线的15°到70°范围内，优选为25°到60°范围内的角度；以及后反射检测器，被设置成接收所述路径中的所述发射光的后反射并相应地产生到所述控制装置的输出，

光源，用于向所述表面发射多色光；以及至少两个范围检测器，优选为至少三个范围检测器，被设置成检测所述发射光的反射的每个波长范围并相应地产生到所述控制装置的输出，以及

噪声传感器，用于接收来自沿道路行进的车辆的噪声并相应地产生到所述控制装置的输出，所述设备设置在所述车辆上。

21.一种系统，包括

多个根据权利要求1-20的任何一个的设备，每个安装在分离的车辆中，以及

多个静止检测器装置，用于对道路表面的表面特性进行无接触检测并相应地提供到发送装置的输出，所述发送装置用于接收所述输出并进行对基于它的道路表面特性数据到所述设备的接收器的无线发送。

22.根据权利要求21的系统，包括多个静止信息装置，其具有适于接收来自安装在所述车辆中的所述设备以及所述静止检测器装置的无线电发送数据的接收器装置，并包括可视通信设备，沿道路设置成基于所述所接收的道路表面特性数据将信息发布给在所述道路上的车辆的驾驶。

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