ES2951294T3 - Método y sistema para el reconocimiento de las irregularidades de una carretera pavimento - Google Patents

Método y sistema para el reconocimiento de las irregularidades de una carretera pavimento Download PDF

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Abstract

La invención se refiere a un método y un sistema para reconocer la presencia de irregularidades en cualquier pavimento de una carretera. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Método y sistema para el reconocimiento de las irregularidades de una carretera pavimento
Sector técnico
La presente invención se refiere a un método y un sistema para el reconocimiento de las irregularidades de un pavimento de carretera.
Técnica anterior
Los pavimentos de carretera deben diseñarse de tal manera que garanticen una superficie de rodadura que sea sustancialmente regular y con poca deformación para cumplir con los requisitos de seguridad y comodidad para los vehículos de motor que circulan por ellos. Como se sabe, de hecho, el impacto de una rueda de un vehículo a motor contra cualquier obstáculo en el pavimento de carretera (como, por ejemplo, una acera, un bache o un badén) puede causar daños al neumático, en particular a la carcasa (es decir, el revestimiento) del neumático.
Más específicamente, una protuberancia visible desde el exterior en el lateral de un neumático suele indicar que algunos cables se han roto dentro de la carcasa debido a un impacto, ya que la conducción sobre objetos como las bordillos, badenes y baches pueden provocar la rotura de cables individuales.
Si un neumático dañado (por ejemplo, un neumático con algunos cables dañados) no se detecta inmediatamente y, por lo tanto, no se repara o reemplaza rápidamente, al mantener la conducción con dicho neumático dañado, existe el riesgo de romper/destruir completamente la carcasa del neumático e incluso dañar la llanta de la rueda y/o la suspensión (por ejemplo, en caso de impactos adicionales del neumático dañado contra otros obstáculos).
Hasta ahora, los sistemas se implementaban periódicamente para monitorizar el nivel de regularidad de las carreteras individuales, principalmente con el propósito de planificar los trabajos de mantenimiento. Normalmente, dichos sistemas de monitoreo se basan en un cálculo del índice de rugosidad Internacional (IRI), que representa el índice internacional para la irregularidad de los pavimentos de carretera.
Sin embargo, en los últimos años, dentro del sector de la automoción, ha habido una fuerte necesidad de tecnologías para detectar condiciones de superficie de carretera que sean capaces de detectar automáticamente y de forma continua la presencia de obstáculos potenciales (tales como aceras, baches o badenes) y que puedan informar rápidamente a los conductores de dichos vehículos de motor.
El documento DE102009012128 describe un método para determinar la rugosidad de la superficie de la carretera para el vehículo.
El documento DE102007054082 describe un sistema de detección de pavimentos irregulares usado en un sistema de diagnóstico a bordo.
El documento DE102015203062 describe un método y un dispositivo para detectar el estado de la carretera para un vehículo.
El documento WO2011054363 describe un método para estimar el estado del pavimento bajo un vehículo en circulación.
Descripción de la invención
Por lo tanto, el objetivo de la presente invención es proporcionar un método para el reconocimiento de las irregularidades de un pavimento de carretera que esté libre de las desventajas del estado de la técnica y que sea, en concreto, fácil y económico de implementar.
Por lo tanto, un objetivo adicional de la presente invención es proporcionar un sistema para el reconocimiento de las irregularidades de un pavimento de carretera que esté libre de las desventajas del estado de la técnica y que sea, en particular, fácil y económico de implementar.
Según la presente invención, se proporciona un método y un sistema para el reconocimiento de las irregularidades de un pavimento de carretera según lo determinado dentro de las reivindicaciones adjuntas.
Breve descripción de los dibujos
La presente invención se describirá ahora con referencia a los dibujos adjuntos que muestran una realización ilustrativa no limitativa, en donde:
- La Figura 1 ilustra esquemáticamente una primera realización de un sistema que implementa el método para el reconocimiento de las irregularidades de un pavimento de carretera que es el objeto de la presente invención; - La Figura 2 ilustra esquemáticamente una primera variante del sistema en la Figura 1; y
- La Figura 3 ilustra esquemáticamente una segunda variante del sistema de la Figura 1.
Realizaciones preferidas de la invención
El solicitante ha verificado experimentalmente que la velocidad de rueda normalizada (es decir, la relación entre una velocidad de rueda adquirida/medida y la velocidad de vehículo de motor correspondiente) se relaciona con la rueda que circula o impacta contra una irregularidad del pavimento de carretera. En la siguiente sección, el término irregularidad se refiere a cualquier obstáculo potencialmente presente en el pavimento de carretera (tal como las aceras, baches, bordillos, badenes, etc)
Basándose en los resultados de las pruebas realizadas, el solicitante ha diseñado y desarrollado tecnología innovadora para detectar las irregularidades del pavimento de carretera, descritas en la siguiente sección e incluyendo una etapa preliminar y una etapa de detección de irregularidad real.
Más concretamente, la etapa preliminar para la optimización de esta tecnología implica la ejecución de pruebas que prevén neumáticos que circulan o impactan contra diferentes tipos de irregularidades y a diferentes velocidades del vehículo a motor. La etapa de prueba preliminar también se realiza con diferentes tipos de neumáticos con características específicas (en términos de presión, tamaño y rigidez) y con diferentes tipos de vehículos con características específicas (por ejemplo, en términos de rigidez de amortiguador).
En concreto, se siguieron al menos tres campañas de prueba para estudiar la respuesta en relación con:
(i) el estado del pavimento de la carretera y los tipos de irregularidades de la pavimentación de la carretera; (ii) el tipo de vehículo motor y tipo de neumático; y
(iii) la velocidad del vehículo de motor.
La Figura 1 ilustra esquemáticamente, por medio de un diagrama de bloques, la arquitectura funcional de un sistema 1 para el reconocimiento de irregularidades de un pavimento de carretera.
En concreto, el sistema 1 para el reconocimiento de irregularidades del pavimento de carretera incluye un dispositivo de adquisición 11 instalado a bordo de un vehículo de motor equipado con dos o más ruedas, cada una equipada con un neumático, y acoplado a un bus de vehículo 20 (por ejemplo, basándose en un bus de red de área de controlador (CAN) estándar) de dicho vehículo de motor.
Según una variante preferida, el dispositivo de adquisición 11 está fijado/unido al chasis del vehículo de motor. En concreto, el dispositivo de adquisición 11 está conectado al chasis del vehículo de motor de tal manera que el dispositivo de adquisición 11 se somete a las mismas vibraciones a las que se somete el chasis del vehículo de motor. Preferentemente, el dispositivo de adquisición 11 se coloca cerca de un conector OBD del vehículo a motor.
El sistema 1 para el reconocimiento de irregularidades de un pavimento de carretera también comprende un dispositivo de procesamiento 12 que está conectado, por cable o inalámbrico, al dispositivo de adquisición 11.
El dispositivo de adquisición 11 está configurado para adquirir, desde el bus de vehículo 20, señales que son indicativas de la velocidad del vehículo de motor y de la velocidad de una rueda de dicho vehículo de motor (señales de velocidad que son, por conveniencia, expresadas en kilómetros o millas por hora). Además, el dispositivo de adquisición 11 está configurado para proporcionar, en la salida, mediciones indicativas de las velocidades del vehículo de motor y de la velocidad de la rueda del mismo.
El dispositivo de adquisición 11 también está configurado para adquirir, desde el bus de vehículo 20, señales vinculadas a la conducción del vehículo de motor. En concreto, el dispositivo de adquisición 11 está configurado para adquirir, desde el bus de vehículo 20, señales tales como aceleración vertical, velocidad de guiñada, cabeceo y balanceo (por medio de un giroscopio), el ángulo de dirección del vehículo e información relacionada con la posición del vehículo (por medio de una señal GPS).
Según una primera realización, el dispositivo de procesamiento 12 está configurado para recibir, desde el dispositivo de adquisición 11, esas mediciones que son indicativas de las velocidades del vehículo de motor y de la velocidad de la rueda de dicho vehículo de motor. Además, el dispositivo de procesamiento 12 está configurado para recibir también, desde el dispositivo de adquisición 11, aquellas mediciones que son indicativas del ángulo de dirección del vehículo e información en relación con la posición del vehículo (por medio de una señal GPS).
Más en detalle, la adquisición de la señal relacionada con la velocidad de la rueda se realiza con una frecuencia de muestreo de al menos 50 Hz. Preferentemente, la adquisición de la señal relacionada con la velocidad de la rueda se realiza con una frecuencia de muestreo de 100 Hz.
El dispositivo de procesamiento 12 está previsto para el análisis de esa medición que es indicativa del ángulo de dirección de la rueda de dicho vehículo de motor, por lo que se utilizan transformaciones que alteran la distribución de dicha medición. En concreto, el dispositivo de procesamiento 12 realiza una FFT (Transformada rápida de Fourier) de esa medición que es indicativa del ángulo de dirección de la rueda de dicho vehículo de motor, sobre una sección de referencia del pavimento de carretera de longitud variable. La sección de referencia del pavimento de carretera tiene una longitud variable y/o ajustable; la sección de referencia del pavimento de carretera tiene una longitud de entre 2 y 25 metros lineales, preferiblemente entre 5 y 10 metros lineales.
Dicho análisis, por medio de la FFT, hace posible identificar el contenido de frecuencia de esa medición que es indicativa del ángulo de dirección de la rueda, además, dicho análisis hace posible resaltar un umbral mínimo que varía según el estilo de accionamiento del conductor del vehículo de motor dentro de la sección de referencia.
Por lo tanto, el dispositivo de procesamiento 12 está configurado para realizar el filtrado de esa medición que es indicativa de la velocidad de la rueda del vehículo de motor. El filtrado de esa medición, que es indicativo de la velocidad de la rueda del vehículo de motor, también se realiza sobre la sección de referencia del pavimento de carretera.
El filtrado es, como mínimo, del tipo de paso alto; preferiblemente, el filtrado es del tipo de paso de banda. El umbral mínimo determinado durante la sección anterior mediante el análisis de esa medición, que es indicativo del ángulo de dirección de la rueda, se utiliza dentro del filtro de paso alto; de esta manera, es posible analizar solo esa parte de la señal que contiene información relacionada con las irregularidades del terreno y no con el estilo de conducción del conductor del vehículo.
El dispositivo de procesamiento 12 se configura entonces para calcular, sobre la base de esas mediciones que son indicativas de las velocidades del vehículo de motor y de las velocidades de la rueda del mismo, una velocidad de rueda normalizada que es indicativa de una relación (preferiblemente, una relación porcentual) de la velocidad de rueda en relación con la velocidad del vehículo de motor.
Como alternativa, el dispositivo de procesamiento 12 está configurado para calcular, sobre la base de esas mediciones que son indicativas de las velocidades del vehículo a motor y de las velocidades de la rueda del mismo, una velocidad de rueda normalizada que es indicativa de una relación (preferiblemente, una relación porcentual) de la velocidad de la rueda en relación con la velocidad del vehículo del motor, y para realizar posteriormente el filtrado de la velocidad de rueda normalizada sobre la sección de referencia del pavimento de carretera.
Por lo tanto, el dispositivo de procesamiento 12 está configurado para calcular la desviación estándar de dicha velocidad de rueda normalizada sobre la sección de referencia del pavimento de carretera.
La etapa preliminar descrita anteriormente implica determinar, sobre la base de los resultados de las pruebas realizadas, uno o más modelos predefinidos para asociar la desviación estándar de la velocidad de rueda normalizada sobre la sección de referencia, con la presencia de irregularidades del pavimento de carretera. En esencia, la etapa de prueba preliminar incluye, en sucesión, una subetapa en la que las pruebas se realizan en un neumático que recorre y/o impacta en diferentes irregularidades a diferentes velocidades del vehículo de motor; una subetapa en la que, durante las pruebas realizadas, las velocidades de la rueda y las velocidades del vehículo a motor se adquieren y las velocidades de rueda normalizadas se calculan en relación con esas pruebas realizadas por medio de la relación entre las velocidades de la rueda y las velocidades respectivas del vehículo motor; y una subetapa para la construcción de al menos un modelo para asociar la desviación estándar de las velocidades normalizadas con las irregularidades en el pavimento de la carretera. Preferiblemente, la etapa de ensayo preliminar implica la construcción de un número de modelos dependiendo del tipo de neumático y del tipo de vehículo de motor.
La desviación estándar de dicha velocidad de rueda normalizada se compara, por tanto, con los modelos predefinidos desarrollados durante la etapa de ensayo preliminar y se utiliza para reconocer la presencia de irregularidades del pavimento de la carretera. Una irregularidad que se ha reconocido puede ubicarse por medio de información relacionada con la posición del vehículo (por medio de una señal GPS).
Según una realización adicional, el dispositivo de procesamiento 12 está configurado para recibir, desde el dispositivo de adquisición 11, esas mediciones que son indicativas de aceleración vertical (a lo largo del eje z). Además, el dispositivo de procesamiento 12 está configurado para recibir también, desde el dispositivo de adquisición 11, aquellas mediciones que son indicativas del ángulo de dirección e información en relación con la posición del vehículo (por medio de una señal GPS). El dispositivo de adquisición 11 también está configurado para adquirir, desde el bus de vehículo 20, y transmitir al dispositivo de procesamiento 12, señales relacionadas con la conducción del vehículo de motor. En particular, el dispositivo de adquisición 11 está configurado para adquirir, desde el bus de vehículo 20, señales tales como velocidad de guiñada, cabeceo y balanceo (por medio de un giroscopio).
Más en detalle, la adquisición de la señal relacionada con la aceleración vertical se realiza con una frecuencia de muestreo de al menos 10 Hz.
Por lo tanto, el dispositivo de procesamiento 12 está configurado para realizar inicialmente el filtrado de esa medición que es indicativa de aceleración vertical. El filtrado de esa medición que es indicativo de aceleración vertical se realiza sobre una sección de referencia del pavimento de carretera de longitud variable. La sección de referencia del pavimento de carretera tiene una longitud variable y/o ajustable; la sección de referencia del pavimento de carretera tiene una longitud de entre 2 y 25 metros lineales, preferiblemente entre 5 y 10 metros lineales.
El filtrado es preferiblemente del tipo de paso alto; el umbral de filtrado mínimo del filtro de paso alto es preferiblemente menor o igual a 0,1 Hz.
Una vez que se ha realizado el filtrado de paso alto, el dispositivo de procesamiento 12 está destinado a analizar esa medición que es indicativa de aceleración vertical por medio de una transformación que altera la distribución de dicha medida. En particular, el dispositivo de procesamiento 12 realiza una FFT (Transformada rápida de Fourier) de esa medición que es indicativa de una aceleración vertical sobre la sección de referencia.
Dicho análisis por medio de la FFT hace posible identificar el contenido de frecuencia de esa medición que es indicativa de una aceleración vertical sobre la sección de referencia.
Por lo tanto, el dispositivo de procesamiento 12 está configurado para calcular la desviación estándar de esa medición que es indicativa de una aceleración vertical sobre la sección de referencia. En particular, el dispositivo de procesamiento 12 está configurado para calcular la desviación estándar de esa medición que es indicativa de una aceleración vertical sobre la sección de referencia y en frecuencias relevantes. Preferiblemente, las frecuencias relevantes incluyen un primer intervalo de frecuencias de vibración del sistema de suspensión del vehículo motor; preferiblemente, el primer intervalo de frecuencias está entre 1,5 Hz y 3 Hz. Preferiblemente, las frecuencias relevantes también incluyen un segundo intervalo de frecuencias de vibración del chasis del vehículo de motor.
La etapa preliminar descrita anteriormente implica determinar, sobre la base de los resultados de las pruebas realizadas, uno o más modelos predefinidos para asociar la desviación estándar de esa medición que es indicativa de una aceleración vertical sobre la sección de referencia y a frecuencias relevantes con la presencia y el tamaño de irregularidades del pavimento de carretera.
En resumen, la etapa de prueba preliminar incluye, en sucesión, una subetapa en la que realizar las pruebas al conducir sobre y/o impactar contra diferentes irregularidades a diferentes velocidades del vehículo motor; una subetapa en la que se realiza la aceleración vertical durante los ensayos; y una subetapa de construcción de al menos un modelo para asociar la desviación estándar de la aceleración vertical con la presencia y el tamaño de las irregularidades del pavimento de carretera.
Preferiblemente, la etapa de ensayo preliminar implica la construcción de un número de modelos dependiendo del tipo de neumático y del tipo de vehículo de motor.
La desviación estándar de dicha medición, que es indicativa de la aceleración vertical sobre la sección de referencia, se compara por tanto con los modelos predefinidos desarrollados durante la etapa de ensayo preliminar y se usa para reconocer la presencia de irregularidades del pavimento de carretera. Una irregularidad que se ha reconocido puede ubicarse por medio de información relacionada con la posición del vehículo (por medio de una señal GPS).
La primera y segunda realización descritas en la sección anterior pueden usarse alternativamente para reconocer la presencia de irregularidades del pavimento de carretera. La primera y segunda realización descritas en la sección anterior pueden usarse al mismo tiempo y en paralelo para reconocer, con un mayor grado de precisión y de manera más fiable, la presencia de irregularidades del pavimento de carretera.
La Figura 2 ilustra esquemáticamente una primera variante del sistema 1* para el reconocimiento de irregularidades del pavimento de carretera en donde el dispositivo de procesamiento 12 se implementa/lleva a cabo por medio de un sistema informático de tipo nube 12* conectado de forma remota con el dispositivo de adquisición 11 (por ejemplo, por medio de una o más tecnologías de comunicación móvil, tales como GSM, GPRS, EDGE, HSPA, UMTS, LTE, LTE avanzada y/o sistemas de comunicación inalámbrica de quinta generación (o incluso más).
Por el contrario, con referencia a la Figura 3, en una segunda variante del sistema 1** para el reconocimiento de irregularidades del pavimento de carretera, el dispositivo de procesamiento 12 se implementa/lleva a cabo por medio de una unidad de control electrónico del vehículo de motor (ECU) 12** instalada a bordo del vehículo de motor 2. La unidad de control electrónico 12** puede ser convenientemente una unidad de control dedicada específicamente al reconocimiento de irregularidades del pavimento de carretera, o una unidad de control dedicada a diversas tareas que también incluyen el reconocimiento de las irregularidades del pavimento de carretera.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Un método para el reconocimiento de las irregularidades de un pavimento de carretera que comprende:
(A) una etapa de ensayo que incluye a su vez
- una subetapa en la que realizar pruebas en un neumático que impulsa y/o impacta en diferentes irregularidades a diferentes velocidades del vehículo motor;
- una subetapa en la que adquirir, durante las pruebas realizadas, las velocidades de la rueda y las velocidades del vehículo a motor y calcular las velocidades de rueda normalizadas relacionadas con las pruebas realizadas por medio de la relación entre las velocidades de la rueda y las velocidades respectivas del vehículo motor; y
- una subetapa para la construcción de al menos un modelo para asociar la desviación estándar de las velocidades de rueda normalizadas relacionadas con las pruebas realizadas con las irregularidades en el pavimento; y
(B) una etapa de reconocimiento real que incluye a su vez
- una subetapa en la que adquirir el ángulo de dirección de la rueda de dicho vehículo motor;
- una subetapa en la que procesar el ángulo de dirección de la rueda de dicho vehículo de motor por medio de una transformada rápida de Fourier;
- una subetapa en la que para identificar un umbral mínimo en el contenido de frecuencia del ángulo de dirección de la rueda procesado por medio de la transformada de Fourier rápida;
- una subetapa en la que adquirir las velocidades de la ruta;
- una subetapa en la que adquirir las velocidades del vehículo motor;
- una subetapa en la que calcular las velocidades de rueda normalizadas por medio de la relación entre las velocidades de rueda y las velocidades respectivas del vehículo motor; - una subetapa en la que llevar a cabo el filtrado de tipo de paso alto de las velocidades de rueda o de las velocidades de rueda normalizadas por medio de dicho umbral mínimo; - una subetapa en la que calcular la desviación estándar de las velocidades de rueda normalizadas; y
- una subetapa en la que reconocer la presencia de irregularidades en el pavimento de carretera en función de una comparación entre dicho modelo y la desviación estándar de las velocidades de rueda normalizadas.
2. Procedimiento según la reivindicación 1 y que comprende la etapa adicional de analizar el ángulo de dirección de la rueda de dicho vehículo de motor, las velocidades de rueda y las velocidades del vehículo de motor sobre una sección de referencia de un pavimento de carretera de longitud variable y/o ajustable en donde, la sección de referencia del pavimento de carretera tiene una longitud de entre 2 y 25 metros lineales, preferiblemente entre 5 y 10 metros lineales.
3. Método según la reivindicación 1 o 2, en donde la subetapa de adquisición de velocidades de rueda se realiza a una frecuencia de muestreo de al menos 50 Hz; preferiblemente 100 Hz.
4. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la etapa (B) comprende las subetapas adicionales de adquirir información con respecto a la posición del vehículo por medio de una señal de GPS; y ubicar cualquier irregularidad dependiendo de la posición del vehículo.
5. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la etapa (a) comprende las subetapas adicionales de realizar las pruebas por medio de tener diferentes tipos de neumáticos sobre diferentes tipos de accionamiento de vehículo a motor y/o impactar y construir un número de modelos para asociar la desviación estándar de las velocidades de rueda normalizadas relacionadas con las pruebas realizadas con el tipo de neumático y/o vehículo de motor.
6. Sistema (1, 1*, 1**) para el reconocimiento de las irregularidades de un pavimento de carretera que comprende un dispositivo de adquisición (11) y un dispositivo de procesamiento (12, 12*, 12**); en donde el dispositivo (11) de adquisición es:
• instalado a bordo de un vehículo de motor (2) equipado con dos o más ruedas equipadas con neumáticos;
• acoplado a un bus de vehículo (20) del vehículo de motor (2); y
• configurado para
- adquirir, desde el bus de vehículo (20), señales que son indicativas de la velocidad del vehículo de motor (2), la velocidad de una rueda de dicho vehículo de motor (2) y el ángulo de dirección de la rueda de dicho vehículo de motor (2); y
- proporcionar, en la salida, mediciones que son indicativas de las velocidades del vehículo de motor (2), la velocidad de la rueda de dicho vehículo de motor (2) y el ángulo de dirección de la rueda de dicho vehículo de motor (2);
y en donde el dispositivo de procesamiento (12, 12*, 12**) es:
• configurado para almacenar al menos un modelo de reconocimiento de las irregularidades del pavimento de carretera y para recibir, desde el dispositivo de adquisición (11), esas mediciones que son indicativas de las velocidades del vehículo motor (2), la velocidad de la rueda de dicho vehículo (2) y el ángulo de dirección de la rueda de dicho vehículo (2); y
• programado para
- procesar las mediciones relacionadas con el ángulo de dirección de la rueda de dicho vehículo motor (2) y calcular, sobre la base de las mediciones que son indicativas de las velocidades del vehículo motor (2) y la velocidad de la rueda de dicho vehículo motor (2), una velocidad de rueda normalizada que es indicativa de una relación de la velocidad de rueda en relación con la velocidad del vehículo motor; y
- reconocer la presencia de irregularidades del pavimento de carretera en función de una comparación entre dicho modelo y la desviación estándar de las velocidades de rueda normalizadas.
7. Sistema según la reivindicación 6, en donde el dispositivo de adquisición (11) está fijado/unido al chasis del vehículo de motor (2); preferiblemente de tal manera que el dispositivo de adquisición (11) se somete a las mismas vibraciones a las que se somete el chasis del vehículo de motor (2).
8. Sistema según la reivindicación 6 o 7, en donde el dispositivo de adquisición (11) se coloca cerca de un conector OBD del vehículo de motor (2).
9. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, en donde el dispositivo de procesamiento (12*) es un sistema informático de tipo nube (12*) que está conectado de manera remota e inalámbrica al dispositivo de adquisición (11).
10. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones según 6 a 8, en donde el dispositivo de procesamiento (12**) es una unidad de control electrónico (12**) instalada a bordo del vehículo de motor (2).
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