FI112542B - Esineen tunnistin - Google Patents

Description

1 112542

Esineen tunnistin

Keksinnön kohteena on itsenäisen patenttivaatimuksen johdannon mukainen esineen tunnistin.

5 Lukkiutumaton jarrujärjestelmä (ABS) eli luis- tonestojärjestelmä on järjestelmä, joka on tarkoitettu lyhentämään ajoneuvon jarrutusmatkaa mahdollisimman paljon säätämällä jarrua niin, että tuotetaan luistokerroin, joka maksimoi jarrutusvoiman. Koska jarrutusvoiman maksimoiva ίο luistokerroin vaihtelee tien pinnan olosuhteista riippuen, on välttämätöntä, että tien pinnan olosuhteet tunnistetaan optimaalisen ABS-säädön toteuttamiseksi tieoloissa. Lisäksi on välttämätöntä tunnistaa hyvin kuoppaiset soratiet epämiellyttävän tärinän absorboimiseksi ja ideaalisen ajo-15 mukavuuden säilyttämiseksi säätämällä jousitusta tienpinnan epätasaisuuden mukaan.

Eräs tekniikka tien pinnan olosuhteiden optiseksi tunnistamiseksi ilman kosketusta esitetään Toshio Takeha-nan artikkelissa "Road-Surface Condition Sensor Utilizing 20 Polarizing Characteristic of Road Surface Reflection", Hikari-Gijutsu Contact, Vol. 27, nro 3 (1989) s. 158 - c 164. Tämän tekniikan mukaisesti järjestetään valoa emit toiva elementti ja valoa vastaanottava elementti siten, :· -t että tulokulma ja heijastuskulma saavat arvokseen Brews- ! 25 ter-kulman (53°) . Tämä hyödyntää sitä seikkaa, että koska ,' ; märkä tie muistuttaa peiliä, polarisaatiokerroin lähestyy ·’* · ykköstä, kun taas kuivan tien tapauksessa polarisaatioker- '·' * roin lähestyy nollaa.

Tämä tekniikka on kuitenkin sellainen, että as- * 30 falttitien pinta tunnistetaan joko märkänä tai kuivana : : eikä soratietä tai lumipeitteisiä teitä voida tunnistaa.

Lisäksi, koska Brewster-kulma määrää kulmat, joihin valoa !., emittoiva elementti ja valoa vastaanottava elementti on järjestetty, tarvitaan tarkkaa asennusta ja valoa • '/ 35 emittoiva elementti ja valoa vastaanottava elementti on : : sijoitettava varsin kauas toisistaan.

112542 2

Lisäksi on käytettävissä tieolojen arviointi, joka soveltuu käytettäväksi luistonestosäätöön (Katsuhiro Oba et ai: "Road-Surface Estimation Using Fuzzy Logic",

Jidosha Gijutsukai, Corporate Juridical Person, Gakujutsu 5 Koenkai Zensatshushu 881, toukokuu 1988, 881028). Kuiten kin, koska tämä soveltuu käytettäväksi luistonestosäätöön se ei ole yleispätevä.

Keksinnön selostus

Keksintö tuottaa tienpinnan tunnistimen, jota voi-10 daan laajentaa tunnistamaan monia erityyppisiä tieolosuh-teita, mikä tekee mahdolliseksi useita sovelluksia.

Keksinnön mukaisen tienpinnan tunnistimen perusrakenne on seuraava: tienpinnan tunnistin käsittää erityisesti ensimmäisen valolähteen valon projisoimiseksi tien-15 pintaa kohti; ensimmäisen spatiaalisuodin-valovastaanotto-optisen järjestelmän, johon kuuluu ensimmäinen spatiaali-suodinväline ja ensimmäinen valovastaanotinväline siten, että ensimmäinen valovastaanotinväline vastaanottaa ensimmäisen spatiaalisuodinvälineen kautta heijastuneen valon 20 tien pinnasta, johon valo projisoidaan ensimmäisestä valonlähteestä ja ensimmäinen valovastaanotinväline tuottaa .·,·. sähköisen signaalin, joka vastaa vastaanotettua heijastu- « nutta valoa; toisen valoa vastaanottavan optisen järjes-telmän, johon kuuluu toinen valovastaanotinväline siten, ‘ ; 25 että toinen valovastaanotinväline vastaanottaa heijastu- ]“;* neen valon tien pinnasta, johon valo projisoidaan ensim- *· mäisestä valonlähteestä ja toinen valovastaanotinväline ·.· * tuottaa sähköisen signaalin, joka vastaa vastaanotettua heijastunutta valoa; ensimmäisen signaalinkäsittelypiirin | ’ : 30 ilmaisemaan sen keskitaajuuskomponentin intensiteettiä, joka vastaa ensimmäisen spatiaalisuodinvälineen spatiaali-taajuutta, ensimmäisen spatiaalisuodin-valovastaanotto-optisen järjestelmän sähköisestä signaalista; toisen sig-’naalinkäsittelypiirin ilmaisemaan sen pientaajuuskomponen-; ' : 35 tin intensiteettiä, joka vastaa alhaisempaa spatiaalitaa- : ‘ ; juutta kuin ensimmäisen spatiaalisuodinvälineen spatiaali- 112542 3 taajuus toisen spatiaalisuodin-valovastaanotto-optisen järjestelmän sähköisestä signaalista; sekä tunnistinväli-neen tienpinnan olosuhteiden tunnistamiseksi perustuen ensimmäisen signaalinkäsittelypiirin ilmaisemaan keskitaa-5 juuskomponentin intensiteettiin sekä toisen signaalinkäsittelypiirin ilmaisemaan pientaajuuskomponentin intensiteettiin.

Ensimmäinen valonlähde, ensimmäinen spatiaalisuo-din-valonvastaanotto-optinen järjestelmä ja toinen valon-lo vastaanotto-optinen signaali järjestetään edullisesti niin, että ensimmäinen ja toinen valoa vastaanottava väline vastaanottavat tien pinnasta diffuusisti heijastunutta (hajaheijastunutta) valoa.

Keksinnön ensimmäisessä suoritusmuodossa toinen 15 valoa vastaanottava järjestelmä sisältyy ensimmäiseen spa- tiaalisuodin-valovastaanotto-optiseen järjestelmään ja toinen valoa vastaanottava väline on ensimmäinen valoa vastaanottava väline. Ensimmäisen valoa vastaanottavan välineen tuottama sähkösignaali johdetaan ensimmäiselle 20 signaalinkäsittelypiirille ja toiselle signaalinkäsittely-piirille .

Toisessa suoritusmuodossa osa valoa vastaanotta-·, vasta optisesta järjestelmästä sisältyy ensimmäiseen spa- \ tiaalisuodin-valovastaanotto-optiseen järjestelmään ja ! 25 toinen valoa vastaanottava väline vastaanottaa heijastu nutta valoa, joka ei kulje ensimmäisen spatiaalisuotimen ·’ · kautta.

V * Kolmannessa suoritusmuodossa toiseen valoa vas taanottavaan optiseen järjestelmään kuuluu toinen • \· 30 spatiaalisuodin, jonka spatiaalinen taajuus on pienempi : : kuin ensimmäisen spatiaalisuotimen spatiaalinen taajuus.

Toinen valoa vastaanottava väline vastaanottaa heijastunutta valoa, joka kulkee toisen spatiaalisuotimen » t 1 ; kautta.

j 35 Tien pinnan spatiaalitaajuusominaisuuksilla (eri- : tyisesti diffuusin valon suhteen) on tietty ominainen 4 11254? luonne spatiaalitaajuusspektrissä. Tarkemmin sanottuna, intensiteetti on pieni matalan spatiaalitaajuuden alueella; mitä korkeampi on spatiaalitaajuus, sitä pienempi on intensiteetti. Keksijät ovat huomanneet, että intensiteet-5 ti muuttuu riippuen tien pinnan tilasta tällä suuren intensiteetin matalan taajuuden alueella. Toisin sanoen keksijät ovat huomanneet, että tien pinnat tilat voidaan luokitella alenevan intensiteetin järjestyksessä seuraavasti: lumi, sora (maa, hiekka) ja asfaltti (betoni).

10 Ensimmäisen spatiaalisuodin-valovastaanotto-opti- sen järjestelmän spatiaalitaajuus (keskitaajuuskompo-nentti) asetetaan verrattain suurelle osalle havaittavaa spatiaalitaajuusaluetta. Keskitaajuutta alhaisemman taajuuden alueella erotetun pientaajuisen komponentin 15 spatiaalitaajuus asetetaan alueelle, jossa intensiteetti muuttuu mahdollisimman paljon tien pinnan tilasta riippuen.

Pientaajuisen komponentin intensiteetti vakioidaan (normalisoidaan) keskitaajuisen komponentin intensiteetin 20 perusteella. Sen tuloksena eliminoituu valon määrän vaihtelu sekä heijastavuuden vaihtelu. Vertaamalla normalisoi-, tua pientaajuisen komponentin intensiteettiä ennalta mää rättyyn kynnysarvoon voidaan tunnistaa ainakin jokin lumesta, sorasta ja asfaltista.

' 25 Märkä tien pinnan, erityisesti asfalttitien tila tunnistetaan säännöllisesti (eli peili-) heijastuneen va-; lon perusteella.

’ Tässä tapauksessa on asennettu toinen valonlähde säteilemään valoa tien pintaa kohti ja kolmas valoa vas- i · i : 30 taanottava optinen järjestelmä, joka käsittää kolmannen f": valoa vastaanottavan elementin. Toinen valonlähde ja kol mas valoa vastaanottava optinen järjestelmä on järjestetty siten, että kolmas valoa vastaanottava optinen järjestelmä vastaanottaa säännöllisesti heijastunutta valoa tien pin-; ' : 35 nasta, johon säteillään valoa toisesta valonlähteestä.

Tunnistusväline tunnistaa tien pinnan märän tilan kolman- 112542 5 nen valoa vastaanottavan elementin antosignaalin perusteella .

Edullisessa suoritusmuodossa on lisäksi asennettu valon määrän ilmaisin, joka ilmaisee toisen valonlähteen 5 säteilemän valon määrän. Tunnistusväline tunnistaa tien pinnan märkyyden sen arvon perusteella, joka saadaan normalisoimalla kolmannen valoa vastaanottavan elementin an-tosignaali valon määrän ilmaisimen havaitseman valon määrällä. Sen vuoksi voidaan eliminoida toisen valonlähteen io valon määrän vaihteluiden haitalliset vaikutukset.

Toisessa edullisessa suoritusmuodossa kolmas valoa vastaanottava optinen järjestelmä sisältyy ensimmäiseen spatiaalisuodin-valovastaanotto-optiseen järjestelmään. Kolmas valoa vastaanottava elementti on ensimmäinen vas-15 taanottava elementti.

Tässä tapauksessa on asennettu erotusväline erottamaan ensimmäisen valoa vastaanottavan elementin an-tosignaali ensimmäiseen signaalikomponenttiin, joka syntyy ensimmäisen valonlähteen säteilemästä valosta sekä toiseen 20 signaalikomponenttiin, joka syntyy toisen valonlähteen säteilemästä valosta. Ensimmäinen signaalinkäsittelypiiri ; havaitsee diffuusin valon keskitaajuisen komponentin in- tensiteetin perustuen erotusvälineen erottamaan ensimmäi-1 seen signaalikomponenttiin. Kolmas signaalinkäsittelypiiri . 25 on asennettu ilmaisemaan säännöllisesti heijastuneen valon : ·_ keskitaajuisen komponentin intensiteetti perustuen erotus- 'T,' välineen erottamaan toiseen signaalikomponenttiin.

' ’ Tunnistusväline tunnistaa tien pinnan märkyyden perustuen säännöllisesti heijastuneen valon keskitaajuisen : 30 komponentin intensiteetin suhteeseen diffuusin valon kes- ; kitaajuisen komponentin intensiteettiin. Tämä suhde on •( melko suuri märän tien pinnan tapauksessa, joten voidaan odottaa tarkkaa tunnistusta.

; Yllä mainittujen signaalien erottaminen voidaan V 35 toteuttaa seuraavasti: ohjainpiiri on asennettu ensim- ; mäisen valonlähteen ja toisen valonlähteen ohjaamiseksi 112542 6 vastaavien eri vaiheisten tai eri taajuisten signaalien perusteella. Erotusväline toteutetaan demodulaattoripii-rillä, joka demoduloi vastaavat signaalit, jotka on moduloitu eri vaiheisten tai eri taajuisten signaalien 5 perusteella.

Voidaan myös määrittää se, että tien pinta on jäinen. Lämpötila-anturi on asennettu tien pinnan tai ilman lämpötilan mittaamiseksi. Kun tunnistusväline on tunnistanut märän tilan, se määrittää, että tien pinta on jäinen 10 tapauksessa, jossa lämpötila-anturin mittaama lämpötila on alhaisempi kuin ennalta määrätty arvo.

Lumipeitteinen tie voidaan myös päätellä diffuusin valokomponentin perusteella. Tarkemmin sanoen, on asennettu neljäs signaalinkäsittelypiiri ilmaisemaan hyvin pien-15 taajuinen diffuusi valokomponentti ensimmäisen tai toisen valoa vastaanottavan elementin antosignaalin perusteella. Tunnistusväline päättelee, että tien pinta on luminen tapauksessa, jossa neljännen signaalinkäsittelypiirin ilmaiseman diffuusin valokomponentin määrä ylittää ennalta mää-20 rätyn arvon.

Ensimmäinen valonlähde koostuu edullisesti jou-kosta valoa emittoivia elementtejä ja joukosta niitä vastaavia ja niiden eteen asennettuja linssejä. Kunkin valoa emittoivan elementin ja sitä vastaavan linssin ’ 25 optisia akseleita on siirretty toisiinsa nähden. Sen vuoksi ensimmäisen valonlähteen valoa estetään hajoamasta. “ * Ensimmäinen signaalinkäsittelypiiri sisältää ·' eräänä esimerkkinä seuraavan (=tracking) kaistanpääs- tösuotimen. Kaistanpäästösuodin tuottaa signaalin, joka : V 30 vastaa maanopeutta. Kaistanpäästösuotimen päästökaistaa !_ ·’ ohjataan nopeus signaalin perusteella. Tienpinnan tunnistin kykenee tunnistamaan myös maanopeuden.

Toinen signaalinkäsittelypiiri sisältää .eräänä esimerkkinä seuraavan (=tracking) alipäästösuotimen, jonka ; Y* 35 leikkaustaajuutta ohjataan nopeussignaalin perusteella.

: Keksintö tuottaa tienpinnan tunnistimen, jolla on 112542 7 yksinkertaistettu rakenne (erityisesti yksinkertaistettu sähköinen toteutus). Tienpinnan tunnistin käsittää valonlähteen säteilemään valoa tien pintaa kohti; spatiaalisuo-din-valovastaanotto-optisen järjestelmän vastaanottamaan 5 spatiaalisuotimen kautta heijastunutta valoa tien pinnasta, johon valo projisoidaan ensimmäisestä valonlähteestä ja tuottamaan sähkösignaali, joka vastaa vastaanotettua heijastunutta valoa; signaalinkäsittelypiirin ilmaisemaan sitä keskitaajuuskomponenttia, joka vastaa spatiaalisuoti-10 men spatiaalitaajuutta, ensimmäisen spatiaalisuodin-valo-vastaanotto-optisen järjestelmän sähköisestä signaalista; ensimmäisen laskimen laskemaan signaalinkäsittelypiirin tuottaman keskitaajuisen komponentin nollapisteen ylitys-pisteitä; toisen laskimen laskemaan spatiaalisuodin-valo-is vastaanotto-optisen järjestelmän tuottaman sähköisen signaalin nollapisteen ylityspisteitä; sekä tunnistusvälineet tunnistamaan tien pinnan tila perustuen ensimmäisen laskimen laskinarvoon ja toisen laskimen laskinarvoon.

Yllä olevan rakenteen tunnistusväline tunnistaa 20 ainakin jonkin lumesta, sorasta ja asfaltista.

Erään suoritusmuodon mukaan tunnistusväline suorittaa tunnistuksen ja ensimmäinen ja toinen laskin aloittavat laskemisen ennalta määrättyinä aikoina. Vielä erään suoritusmuodon mukaan, kun tunnistusväline suorittaa ! 25 tunnistuksen, ensimmäinen ja toinen laskin aloittavat ; laskemisen aina, kun ensimmäisen laskimen laskinarvo : saavuttaa ennalta määrätyn numeron.

5 Vielä erään edullisen suoritusmuodon mukaan on asennettu joukko pareja ensimmäisiä ja toisia laskimia.

: 30 Hetket, jolloin ensimmäisten ja toisten laskimien laskenta ; : alkaa, asetetaan erilaisiksi kullekin parille. Sen vuoksi .tarkkuus voidaan säilyttää ja tunnistusjaksoa lyhentää.

Yllä kuvattua yksinkertaistettua tien pinnan tun-; ’ nistinta voidaan myös kehittää kykeneväksi tunnistamaan ' : 35 märkyys, jäätyminen jne.

i Kaikissa yllä kuvatuissa tienpinnan tunnistimissa 8 11 9 rs 4 ? i 1 i- v_v f t - suositellaan seuraavaa järjestelyä estämään diffuusin heijastuneen valon kasvaminen niin suureksi, että se lumen tapauksessa kyllästää käsittelypiirin:

Erityisesti on asennettu vahvistinpiiri vahvista-5 maan sähkösignaaleja, kuten valon vastaanottosignaaleja sekä välineet vahvistimen vahvistuskertoimen säätämiseksi riippuen tienpinnan tunnistimen suorittaman tienpinnan tunnistuksen tuloksesta.

Vaihtoehtoisesti asennetaan säädinväline muutta-10 maan ensimmäisen tai toisen valonlähteen säteilemän valon määrää riippuen tienpinnan tunnistimen suorittaman tienpinnan tunnistuksen tuloksesta.

Keksintöä voidaan myös soveltaa varoittamaan ajoneuvon luistosta, säätämään jarrutusta tai kiihdytystä 15 sekä ajoneuvon jousituksen säätöön.

Keksintö tuottaa ajoneuvon tai liikkuvan esineen, jossa on tienpinnan tunnistin.

Keksinnön muut piirteet käyvät ilmi suoritusmuotojen selostuksista oheisten kuvioiden yhteydessä.

20 Täsmällisemmin ilmaistuna keksinnön mukaiselle esineen tunnistimelle on tunnusomaista se, mitä on esitetty itsenäisen patenttivaatimuksen tunnusmerk-kiosassa.

''t Kuvioluettelo ! 25 Kuviot 1-3 kuvaavat tienpinnan tunnistimen optista rakennetta (sen ensimmäistä suoritusmuotoa) siten, : ; : että kuvio 1 on tavalliseen heijastuvaan valoon perustuvan * optisen järjestelmän perspektiivinäkymä, kuvio 2 sen pitkittäisleikkaus ja kuvio 3 näkymä edestä; ; 3 0 Kuviot 4 ja 5 ovat kaaviokuvia esimerkinomaisesta : : valonlähteestä tienpinnan valaisemiseksi siten, että kuvio 4 on tasokuva ja kuvio 5 leikkauskuva;

Kuvio 6 on leikkausnäkymä, joka näyttää tietyn I * *;* esimerkin valonlähteestä tienpinnan valaisemiseksi; • 35 Kuvio 7 on käyrä, joka näyttää tuloksia todelli- : : sesta mittauksesta; 9 11254?

Kuvio 8 on lohkokaavio, joka kuvaa tienpinnan tunnistimen sähköistä rakennetta (sen ensimmäistä suoritusmuotoa) ;

Kuvio 9 on piirikaavio, joka näyttää tietyn esi-5 merkin differentiaalivahvistinpiiristä;

Kuvio 10 on piirikaavio, joka näyttää tietyn esimerkin seuraavasta kaistanpäästösuotimesta;

Kuvio 11 on lohkokaavio, joka näyttää tietyn esimerkin amplitudi-ilmaisinpiiristä; io Kuvio 12 on vuokaavio, joka kuvaa tienpinnan päät- telyalgoritmia (sen ensimmäistä suoritusmuotoa);

Kuvio 13 on vuokaavio, joka kuvaa tienpinnan päät-telyalgoritmia (sen toista suoritusmuotoa);

Kuvio 14 on vuokaavio, joka kuvaa tienpinnan päät-15 telyalgoritmia (sen kolmatta suoritusmuotoa);

Kuvio 15 on vuokaavio, joka kuvaa tienpinnan päät-telyalgoritmia (sen neljättä suoritusmuotoa);

Kuvio 16 on lohkokaavio, joka kuvaa tienpinnan tunnistimen sähköistä rakennetta (sen toista suoritusmuo-20 toa);

Kuvio 17 on lohkokaavio, joka kuvaa tienpinnan ; tunnistimen sähköistä rakennetta (sen kolmatta suoritus- , muotoa); : » *

Kuvio 18 on lohkokaavio, joka kuvaa esimerkkiä ’ 25 kaksoiskampasuotimesta; • · , Ί Kuvio 19 on aaltomuotodiagrammi ottosignaalista ja t » · >(* kuvio 20 osasuurennos siitä; t · » *’ Kuvio 21 on lohkokaavio, joka kuvaa tienpinnan tunnistimen sähköistä rakennetta (sen neljättä suoritus-; 3 0 muotoa) ; ? : Kuvio 22 on lohkokaavio, joka kuvaa tienpinnan ,tunnistimen sähköistä rakennetta (sen viidettä suoritus-λ. muotoa); ';* Kuvio 23 n perspektiivikuva, joka kuvaa tienpinnan • V 35 tunnistimen optista rakennetta (sen toista suoritus- : : muotoa), ja kuvio 24 on sen etukuva; 1 12542 10

Kuvio 25 on lohkokaavio, joka kuvaa tienpinnan tunnistimen sähköistä rakennetta (sen kuudetta suoritusmuotoa) ;

Kuvio 26 on etukuva, joka esittää tienpinnan tun-5 nistimen optista rakennetta (sen kolmatta suoritusmuotoa);

Kuvio 27 on lohkokaavio, joka kuvaa tienpinnan tunnistimen sähköistä rakennetta (sen seitsemättä suoritusmuotoa);

Kuvio 28 on vuokaavio, joka kuvaa tienpinnan päät-10 telyalgoritmia (sen viidettä suoritusmuotoa);

Kuvio 29 on vuokaavio, joka kuvaa tienpinnan päät-telyalgoritmia (sen kuudetta suoritusmuotoa);

Kuvio 30 on vuokaavio, joka kuvaa tienpinnan päät-telyalgoritmia (sen seitsemättä suoritusmuotoa) ,-15 Kuvio 31 on lohkokaavio, joka kuvaa tienpinnan tunnistimen sähköistä rakennetta (sen kahdeksatta suoritusmuotoa);

Kuvio 32 on aaltomuotodiagrammi, joka esittää signaalia lumipeitteisen tien tapauksessa; 20 Kuvio 33 on aaltomuotodiagrammi, joka esittää sig naalia soratien tapauksessa;

Kuvio 34 on lohkokaavio, joka kuvaa tienpinnan tunnistimen sähköistä rakennetta (sen yhdeksättä suoritus- '! muotoa); ' » ; 25 Kuvio 35 on lohkokaavio, joka kuvaa tienpinnan » ;* tunnistimen sähköistä rakennetta (sen kymmenettä * » · : ' suoritusmuotoa); v ’ Kuvio 36 on aikakaavio, joka näyttää laskimen toi mintaa ; ; ’ : 30 Kuvio 37 on lohkokaavio, joka kuvaa tienpinnan tunnistimen sähköistä rakennetta (sen 11. suoritusmuotoa);

Kuvio 38 on lohkokaavio, joka kuvaa tienpinnan tunnistimen sähköistä rakennetta (sen 12. suoritusmuotoa); ; ' Kuvio 39 kuvaa laitetta, joka antaa varoituksen ; ‘: 35 riippuen tienpinnan tunnistuksen tuloksista; : Kuvio 40 esittää lukkiutumatonta jarrujärjestelmää 1X 1 12542 (ABS);

Kuvio 41 on taulukko optimaalisista luistokertoi- mista;

Kuvio 42 kuvaa ajoneuvoa, johon on asennettu ABS; 5 Kuvio 43 kuvaa ajoneuvoa, johon on asennettu jousituksen säätöjärjestelmä;

Kuvio 44 on iskunvaimentimen leikkauskuva.

Keksinnön paras suoritusmuoto

Tienpinnan tunnistin asennetaan yleensä 10 ajoneuvoon. Valo projisoidaan tienpinnan tunnistimen optisesta järjestelmästä kohti tienpintaa ja siitä heijastuva valo otetaan vastaan optisella järjestelmällä. Tien pinnan tilanne tunnistetaan signaalinkäsittelypiirillä optisesta järjestelmästä saadun signaalin perusteella.

15 Tyypillisiä tällä suoritusmuodolla tunnistettavia tien pinnan olosuhteita ovat seuraavat: lumi ; asfaltti (tai betoni); ja sora (maa tai hiekka); 20 Tässä suoritusmuodossa tunnistetaan myös, onko tienpinta jäässä vai ei.

; Lisäksi tämän suoritusmuodon mukaan asfalttitien (betonitien) pinta voidaan jakaa vielä seuraavan kahteen ;v, tilaan: * · 25 märkä asfaltti (betoni) ; ja kuiva asfaltti (betoni).

• * ·

Tunnistus toiminnot sisältävät siten jonkin tien-'' ’ pinnan tilan tunnistamisen yllä mainituista tiloista ja erottamisen minkä tahansa kahden tai useamman tienpinnan : 30 tilan välillä. Edustavia esimerkkejä tunnistustoiminnoista ;, (,! ovat seuraavat: a. lumisen tien tunnistus; b. asfalttitien (betonitien) tunnistus; ’!* c. soratien (multa- tai hiekkatien) tunnistus; ’ 35 d. jäisen tienpinnan tunnistus; (e. märän asfalttitien tunnistus; 112542 12 f. kuivan asfalttitien tunnistus; g. erottaminen lumisen tien ja asfalttitien välillä; h. erottaminen lumisen tien ja soratien välillä; 5 i. erottaminen asfalttitien ja soratien välillä; j. erottaminen lumisen tien, asfalttitien' ja soratien välillä; k. päätös, onko asfalttitie märkä vai kuiva ym. tapauksissa g, i ja j ja io m. päätös, onko asfalttitie tienpinta jäinen vai ei ym. tapauksissa g - k.

Yllä kuvatuissa suoritusmuodoissa selostus keskit- ~ tyy tapaukseen m, jossa tunnistettavana on eniten tienpinnan olosuhteiden tyyppejä. Sanomattakin on selvää, että 15 tienpinnan tunnistinlaite sekä menetelmä, jossa tienpinnan tunnistaminen jossakin yllä kuvatussa tapauksessa a - k on mahdollinen, voidaan toteuttaa valitsemalla vain optisen rakenteen, sähköisen rakenteen ja algoritmin vaaditut osat.

20 (1) tienpinnan tunnistimen optinen rakenne (sen ensimmäinen suoritusmuoto)

Kuviot 1-3 tienpinnan tunnistimen optisen rakenteen ensimmäistä suoritusmuotoa. Kuvioiden määrän pienentämiseksi piirretään myöhemmin yksityiskohtaisesti kaikki 25 optiset elementit, jotka optisessa järjestelmässä tarvi-,taan todella suorittamaan kaikki useasta tienpinnan tun- nistusalgoritmista. Käänteisesti sanottuna, tämä optinen ! » ‘ järjestelmä käsittää lisäksi optisia elementtejä, jotka eivät ole välttämättömiä tietyn tienpinnan tunnistusalgo-; V 30 ritmin suorittamiseksi. Voidaan sanoa, että kuviot 1-3 : : näyttävät usean tienpinnan tunnistimen optisten järjestellä mien sisältämät kaikki optiset elementit. Tämä pätee myös 1 kuvion 8 signaalinkäsittelypiirille. Samoin, kun käytetään tätä optista järjestelmää ja kuviossa 8 näytettyä signaa-: 35 linkäsittelypiiriä, yllä mainitun tapauksen m tienpinnan : tunnistus on mahdollista. Tapauksessa, jossa toteutetaan 13 11954 2 tienpinnan tunnistin, joka pystyy tunnistamaan tienpinnan jossakin yllä mainituissa tapauksissa a - k, tarpeettomat optiset elementit ja sähköiset piirielementit voidaan vain poistaa.

5 Optinen järjestelmä käsittää valonlähteen 11 tien pinnan valaisemiseksi ja valonlähteen 12 säännölliseksi (spekulaariseksi eli kiiltäväksi) valaisemiseksi. Valonlähteet 11 ja 12 koostuvat valoa emittoivista diodeista. Myöhemmin selostetaan esimerkki edullisesta rakenteesta 10 valonlähteeksi 11 tienpinnan valaisemista varten. Valonlähde 11 tienpinnan valaisemista varten säteilee valoa vinosti alaspäin ajoneuvon kulkusuuntaan. Valonlähde 12 säännöllistä heijastunutta valoa varten säteilee valoa vinosti alaspäin kohtisuorassa kulkusuuntaan nähden. Va-15 lonlähteistä 11 ja 12 säteilevien valojen aallonpituudet ovat edullisesti erilaiset. Tämän vuoksi näiden valonlähteiden valo, joka on heijastunut tienpinnasta LD voidaan erottaa optisella suotimella (myös tietä merkitään LD:llä).

20 Valoa vastaanottava optinen järjestelmä tienpin nasta diffuusisti heijastuneen valon vastaanottamiseksi . käsittää valoa vastaanottavan linssin 21, rakolevyn 22 ja kokoojaiinssin 24. Valoa vastaanottavan linssin 21 polttopiste ja kokoojalinssin 24 polttopiste ovat samassa koh-; 25 dassa ja rako (aukko) 22a rakotasossa 22 sijaitsee näissä polttopisteissä. Rako 22a ulottuu kohtisuorassa ajoneuvon * kulkusuuntaan nähden. Tällaista optista järjestelmää kut- V sutaan telesentriseksi optiseksi järjestelmäksi. Se tar koittaa, että tienpinnasta LD heijastuneesta valosta vain • 30 tienpintaan LD nähden kohtisuorat ja toisiinsa nähden sa- ; mansuuntaiset säteet (kuviossa 2) yhtyvät valoa vastaanot tavan linssin 21 polttopisteessä ja läpäisevät raon 22a. Raon 22a läpäisseet valonsäteet saatetaan yhdensuuntaisiksi kokoojaiinssillä 24. Valo valonlähteestä 11 osuu vinos-: 35 ti tienpintaan LD. Vain siitä kohtisuoraan heijastunut

: valo läpäisee raon 22a. Siis vain diffuusi tienpinnasta LD

112542 14 heijastunut valo kootaan kokoojalinssillä 24 ja se kulkee spatiaalisuodin-optiseen järjestelmään. Toisin sanoen, säännöllinen (spekulaarinen) tienpinnasta LD heijastunut valo ei kulje spatiaaliseen optiseen järjestelmään.

5 Rakotason 22 raon 22a paikalle on edullisesti si joitettu optinen suodin 23. Tämä suodin on aallonpituusse-lektiivinen ja se päästää vain valon, joka säteilee valonlähteestä 11 tienpinnan valaisemiseksi. Sen vuoksi valoa valonlähteestä 12 säännöllistä heijastunutta valoa varten ίο sekä muuta ylimääräistä valoa (auringonvalo, katulamppujen valo jne.) estetään osumasta spatiaalisuodin-optiseen järjestelmään. Valonlähteestä 11 säteilevä valo on edullisesti infrapunavaloa.

Spatiaalisuodin-optinen järjestelmä käsittää hila-15 levyn (rakomatriisin) 25, prismamatriisin 26, kondensori-linssin 27 ja kaksi valoanturia (valoa vastaanottavaa elementtiä, esimerkiksi valodiodia tai -transistoria) 31A, 31B. Prismamatriisi 26 toimii periaatteessa spatiaalisuo-timena.

20 Prismamatriisi 26 koostuu joukosta prismoja. Pris mat on järjestetty matriisiksi ajoneuvon kulkusuuntaan ja ulottuvat kulkusuuntaan nähden poikittaiseen suuntaan. ·, Prismamatriisi 26 valetaan edullisesti yhtenä kappaleena.

,!'! Prismamatriisin 26 prismat erottavat kokooj alinssin 24 ' ; 25 yhdensuuntaisiksi suuntaamat valonsäteet refraktiolla vuo- i i t rotellen taakse ja eteen (kulkusuuntaan nähden) kiinteällä :·: : askel leveydellä (pitch width) . Kondensori linssi 27 konden- V * soi erotetut valonsäteet ja ne osuvat kahteen valoanturiin 3 IA, 3 IB.

i t t : * 30 Kuviossa 2 pistekatkoviivoin näytetty valo osuu : : valoanturiin 3IA ja pisteviivoin näytetty valo osuu valo- .j. anturiin 31B. Näiden säteiden leveys riippuu jaksosta, k, jolla prismat on koottu matriisiksi. Prismamatriisin jakso ·;· määrää spat iaali suot imen ominaisuudet (sen jakson) .

: ’ : 35 Hilalevyyn (rakomatriisiin) 25 on muodostettu joukko rakoja, jotka on järjestetty matriisiksi ajoneuvon i s i 15 11254/

kulkusuuntaan ja ne ulottuvat kulkusuuntaan nähden poikittaiseen suuntaan. Jakso, jolla nämä raot on järjestetty matriisiksi on puolet prismamatriisin 26 matriisin jaksosta. Kokoojalinssin 24 yhdensuuntaisiksi 5 suuntaamasta valosta rakojen läpi kulkenut valo osuu pris-mamatriisiin 26, jossa se erotetaan yllä kuvatulla tavalla ja erotettu valo vastaanotetaan valoantureilla 31A, 31B

vuorotellen tilassa. Hilalevy 25 estää hajavaloa osumasta prismamatriisiin 27.

io Valoanturit 31A, 31B on järjestetty tietylle etäi syydelle ajoneuvon kulkusuuntaan. Etäisyys määräytyy prismamatriisin 26 prismojen jaksosta ja kondensorilinssin 27 suurennuksesta. Valoantureiden 31A, 31B kummallakin puo

lella on peilit 28, jotka toimivat siten, että valo, jota 15 linssi 27 ei kondensoi valoantureiden 31A, 31B valoa vastaanottaville pinnoille, osuvat valoantureihin 31A, 31B

niin paljon kuin mahdollista. Kuten myöhemmin kuvataan, valoantureiden 31A, 31B johdetaan differentiaalivahvistin-piiriin ja niiden välinen ero lasketaan. Differentiaali-20 vahvistimen antosignaali käsittää tienpinnan oloja vastaavan spatiaalitaajuuskomponentin (joka riippuu ajoneuvon . nopeudesta), joka aiheuttaa diffuusin heijastuneen valon ' vaihtelua, missä tienpinnan olot sisältävät tienpinnan : · ‘. karheuden.

25 Valoantureihin 3 IA ja vastaavasti 3IB lankeavat valonsäteet poikkeavat toisistaan vaiheen osalta jaksolla, joka on puolet spatiaalisuotimen valitsemasta spatiaali-’ sesta jaksosta. Sen vuoksi spatiaalinen keskitaajuuskompo- nentti kaksinkertaistetaan määrittämällä valoantureiden i > *

• * I

: .· 30 31A ja 31B antosignaalien erotus. DC- eli tasajännitekom- ponentit kumoutuvat pääasiallisesti tässä dif f erentiaali-käsittelyssä.

Valonlähde 12 säännöllisesti heijastunutta valoa • t 'varten ja valoanturi 32 sen tunnistamiseksi on järjestetty 1 35 tasoon, joka leikkaa kohtisuoraan ajoneuvon kulkusuunnan siten, että valonlähteen 12 säteilemän valon tulokulma 1 1' ? h h 9 16 I ^ f ···· tienpintaan LD ja siitä heijastuneen valon heijastuskulma valoanturiin 32 ovat yhtä suuret. Koska tulokulma ja hei-jastuskulma voidaan tehdä pienemmäksi kuin Brewsterin kulma (53°) , voidaan odottaa, että optisen järjestelmän koko 5 pienenee. Valonlähteen 32 eteen sijoitetaan edullisesti optinen suodin, joka läpäisee vain valon, jonka aallonpituus vastaa valonlähteen 12 valoa, sekä kondensorilinssi.

Tienpinnan lämpömittari 33 mittaa tienpinnan lämpötilaa ja se toteutetaan esimerkinomaisesti infrapuna-sä-lo teilylämpömittarina. Tienpinnan lämpömittaria ei tarvitse sisällyttää optiseen järjestelmään ja se voidaan asentaa toiseen sopivaan paikkaan ajoneuvossa.

Lisäksi säteillyn valon määrän valvomiseksi asennetaan valoanturi 34 vastaanottamaan osa säteiltyä 15 valoa valonlähteestä 12 säännöllistä heijastunutta valoa varten. Valoanturi 34 kuvataan myöhemmin.

Kuviot 4 ja 5 kuvaavat rakennusesimerkkiä valonlähteelle 11 tienpinnan valaisemiseksi. Valonlähde 11 koostuu valoa emittoivista elementeistä (esimerkiksi valoa 20 emittoivista diodeista) 11a, jotka on järjestetty kahteen ulottuvuuteen, sekä linssimatriisista 13, jossa on joukko : kuperia linssejä 13a järjestettynä kahteen ulottuvuuteen . , kondensoimaan ja sitten projisoimaan valoa emittoivista ; , elementeistä 11a. Yksi linssi 13a vastaa yhtä valoa emit- ] 25 toivaa elementtiä 11a. Valoa emittoivien elementtien ja , niiden lähelle sijoitettujen linssin muodostamien parien ’ optiset akselit oleellisesti yhtyvät. Kuitenkin, mitä lä- v ‘ hempänä paikka on reunaa, sitä enemmän valoa emittoivien elementtien 11a ja vastaavien linssien 13a optiset akselit ’ · 30 poikkeavat toisistaan siten, että linssien 13a kondensoima v. : ja projisoima valo tulee mahdollisimman lähelle keskustaa.

, ;·, Sen vuoksi valonlähteen 11 projisoima valo ei hajaudu mer- ' kittävästi vaan jakaantuu mahdollisimman pienelle alueelle t valaistakseen tienpintaa LD. Toisin sanoen, valo voidaan ; 35 hyödyntää tehokkaammin ja voidaan vähentää valonlähteen 11 : muodostavien valoa emittoivien elementtien lukumäärää.

112 4 / n '

Kuvio 6 esittää tienpintaa valaisevaa valonlähdettä 11 muodossa, joka lähemmin vastaa todellista. Valoa emittoivien elementtien 11a joukko on asennettu painopiirilevylle 14 ja kytketty levyn 14 johdotuskuvioon.

5 Valoa emittoivat elementit 11a on sovitettu levyyn 14 kiinnitetyn pitimen syvennyksiin. Valosuojalevyt 16 on asennettu peittämään emittoivien elementtien 11a reunaa (niiden eteen suuntautuvia osia lukuun ottamatta) . Linssimatriisi 13 on sijoitettu valoa emittoivien element-10 tien 11a eteen ja se on kiinnitetty valosuojalevyihin 16. Valoa emittoivien elementtien 11a ja niitä vastaavien linssien 13 optiset akselit poikkeavat toisistaan.

(2) tienpinnan tunnistuksen periaatteita

Kuvio 7 esittää esimerkkiä todellisesta spatiaali-15 taajuusspektrin mittauksesta, jota spektriä vastaa diffe-rentiaalisignaali valoantureiden 31A ja 31B antosignaalei-den välillä. Tämä käyrä on tulosta todellisesta kolmenlaisten tieolojen mittauksesta, nimittäin lumisen tien, soratien ja asfalttitien.

20 Valoantureiden 31A ja 31B antosignaaleiden välisen differentiaalisignaalin sisältämää keskitaajuussignaali-komponentin taajuutta (sähköistä keskitaajuutta) f vastaa . spatiaalisen keskitaajuuden μ (joka valitaan spatiaalisuo- timen rakenteella) ja ajoneuvon nopeuden v tulo seuraavas- ' ( 25 ti: ;* f = μ * v (1)

Spatiaalinen keskitaajuus μ määräytyy yksikäsi-i 30 tteisesti spatiaalisuotimen rakenteesta. Spatiaalisuotimen ' : valitsema tienpinnan jakso (tienpinnan olosuhteiden jakso, v, joka aiheuttaa muutoksen diffuusisti heijastuneeseen va- loon, missä tienpinnan olot sisältävät tienpinnan karheuden) on tässä asetettu 4 mm:ksi. Kuvio 7 näyttää tuloksen, ; ' ; 35 kun todellisesta mittauksesta saadulle sähköiselle signaa- ; lille suoritetaan Fourier-muunnos (FFT: Fast Fourier 112542 18

Transform) taajuusspektrin saamiseksi ja tämä sitten normalisoidaan spatiaalisella keskitaajuudella μ. Lisäksi lunta, soraa ja asfalttia koskeva data normalisoidaan siten, että spatiaalisen keskitaajuuden μ huippuarvot (in-5 tensiteetit) yhtyvät.

Kuten käyrästä selviää, asfaltti-, lumi- ja sorateiden välillä on suuria ja selviä eroja liittyen spatiaalisiin taajuuskomponentteihin spatiaalisen keskitaajuuden μ alapuolella (esimerkiksi kaistalla μ/4:η alapuolella). 10 Nämä erot ovat yhden kertaluokan suuruisia (kymmenkertaisia) tai enemmän. Mitä pienempi on spatiaalinen taajuus, sitä suurempi on intensiteettien ero kolmentyyppisten tie-olojen välillä.

Sen vuoksi on mahdollista erottaa lumisen tien, 15 soratien ja asfalttitien välillä perustuen arvoon [jota kutsutaan termillä "(pientaajuuskomponentin intensiteetti/ keskitaajuuskomponentin intensiteetti)" = Db/Da], joka saadaan normalisoimalla spatiaalisen taajuuden pientaa-juuskomponentin intensiteetti (esimerkiksi taajuudella μ/4 20 tai μ/10) keskitaajuuskomponentin intensiteetillä. Näiden teiden erottamiseksi käytetyt kynnysarvot TH1, TH2 tulisi • ; päättää arvon Db/Da välituotteiksi. Kuviossa 7 tienpinta . tunnistetaan lumiseksi, jos arvo Db/Da on suurempi kuin ; . kynnysarvo TH1, soratieksi, jos arvo Db/Da on välillä 25 TH1 - TH2 ja asfalttitieksi, jos arvo Db/Da on pienempi kuin kynnysarvo TH2. Tässä mainittu luminen tie ei tarkoi-' ta uuden lumen peittämää tietä (jonka koko pinta on puh- ’ taan valkoinen) vaan ajoneuvo- ja jalankulkuliikenteen suhteellisen kuoppaiseksi kuluttamaa lumipeitettä (siis : 30 huomattavasti soratietä kuoppaisemmaksi, mikä tienpinnan tila aiheuttaa muutoksen diffuusissa heijastuneessa valos-, ; ·, sa) .

Maapohja- tai hiekkatiellä, jossa on sekaisin soraa, on myös sama ominaisuus ja betonitien taajuusspektri . 35 on olennaisesti sama kuin asfalttitien.

19 v' ·' (3) Tienpinnan tunnistimen sähköinen rakenne (sen ensimmäisen suoritusmuoto)

Kuvio 8 näyttää esimerkin tienpinnan tunnistimen sisältämän signaalinkäsittelypiirin rakenteesta.

5 Valoantureiden 31A ja 31B antosignaalit johdetaan differentiaalivahvistinpiiriin 51, joka tuottaa näiden kahden signaalin eroa vastaavan signaalin.

Kuviossa 9 näytetään esimerkki valoantureiden 3IA ja 31B sekä differentiaalivahvistimen 51 rakenteesta. Valo loanturit 3IA ja 3IB koostuvat kumpikin valodiodista, jotka on kytketty sarjaan. Differentiaalivahvistinpiiri 51 koostuu operaatiovahvistimesta 51A, jolla on takaisinkyt-kentävastus R. Valodiodiin 3IA kulkevan virran II ja valo-diodiin 31B kulkevan virran 12 välinen ero lasketaan valo-15 diodien solmupisteessä ja erovirta johdetaan operaatiovahvistimeen 51A. Tämä muuntaa ottoerovirran jännitesignaa-liksi V0 ja tuottaa tämän signaalin. Antojännite Vo saadaan seuraavasta yhtälöstä: 20 Vo = R(I2 - li) (2) ; Differentiaalivahvistinpiirin 51 antojännite Vo .' '. johdetaan seuraavalle (tracking) kaistanpäästösuotimelle ; *. (BPF, Band Pass Filter (Ο) 52 sekä seuraavalle alipäästö- ’ 25 suotimelle (LPF, Band Pass Filter (L) ) 55.

! BPF 52 :n antosignaali johdetaan taajuus/jännite- ' muuntimeen (F/V) 53. Taajuus/jännitemuuntimen (F/V) 53 v ' antosignaali vastaa sen ajoneuvon nopeutta (tiehen näh den) , johon tienpinnan tunnistin on asennettu. Taajuus/ i ί 30 jännitemuuntimen (F/V) 53 antosignaali takai s inky t ke tään !ti<i BPF 52: lie ja LPF 55: lie ja sitä käytetään muuttamaan näi- den suodinpiirien rajataajuuksia (taajuuskaistoja) ajoneu-von nopeuteen v mukautumiseksi.

« * '1' BPF 52 :n antosignaali johdetaan myös amplitudi-il- 35 maisinpiirille 54. Tämä tuottaa signaalin, joka vastaa yllä kuvattua keskitaajuuskomponentin intensiteettiä Da.

20 11254? LPF 55:n antosignaali johdetaan amplitudi-ilmaisinpiirille 56. Tämä tuottaa signaalin, joka vastaa yllä kuvattua pientaajuuskomponentin intensiteettiä dB.

Kuviossa 10 näytetään BPF 52 :n rakenne-esimerkki.

5 BPF 52 sisältää ylipäästösuotimen (High Pass Filter, HPF) ja alipäästösuotimen (Low Pass Filter, LPF), jotka on kytketty sarjaan puskurivahvistimen 75 kautta. HPF käsittää kondensaattorin 71 ja jänniteohjatun säädettävän vastus-elementin 73. LPF käsittää kondensaattorin 72 ja jännite-10 ohjatun säädettävän vastuselementin 74. Jänniteohjatut säädettävät vastuselementit 73, 74 koostuvat esimerkiksi FET-transistoreista. Elementteihin 73, 74 johdetaan oh jaus jännite ohjausjännitteen kehitinpiiristä 76 ja elementtien 73, 74 resistanssin arvo muuttuu ohjausjännitteen is mukaisesti. Muutos elementtien 73, 74 resistanssin arvossa aiheuttaa muutoksen HPF:n ja LPF:n rajataajuuksissa. BPF 52:n päästökaista on kaista HPF:n ja LPF:n rajataajuuksien välillä (joista viime mainittu rajataajuus on korkeampi kuin HPF:n). Ohjausjännitteen kehitinpiiri 76 kehittää 20 ohjausjännitteen, joka vastaa taajuus/jännitemuunninpiirin 53 antojännitesignaalia (joka vastaa ajoneuvon nopeutta v) .

Esimerkiksi jos yllä selostetun optisen järjestel-, män spatiaalisuotimen valitseman tienpinnan (karheuden) t-i 25 jakso on 5 mm, niin spatiaalinen keskitaajuus μ on 0,2 mm'1, v (km/h) vastaa ajoneuvon nopeutta (tiehen näh-'; ’, ’ den) .

V (km/h) = 1000v/3,6 (mm/s) (3) : '.' 30

Differentiaalivahvistinpiirin 51 tuottaman sähköisen signaalin keskitaajuus f on seuraava, yhtälön (1) perustella: : 35 f = μ * v = 200v/3,6 Hz (4) 21 11::;5Ίν

Sen vuoksi riittää, että BPF 52:n keskitaajuus asetetaan yhtälön (4) osoittamaan taajuuteen ja muutetaan keskitaajuutta riippuen ajoneuvon nopeudesta yhtälön (4) mukaisesti.

5 Seuraavan LPF 55:n rakenne on (erilaista rajataa juutta lukuun ottamatta) samanlainen kuin LPF:n (joka LPF koostuu kondensaattorista 72, jänniteohjatusta muuttuvasta resistanssielementistä 74 ja ohjausjännitteen kehittämis-piiristä 76) seuraavassa BPF:ssä 52 ja sen rajataajuus io muuttuu ajoneuvon nopeudesta v riippuen.

Kun seuraavan LPF 55:n tuottamien pientaajuus-komponenttien taajuus asetetaan 1/10:ksi keskitaajuudesta, tämän suotimen rajataajuus tulisi asettaa 20v/3,6 Hz, yhtälöön (4) viitaten.

15 Kuviossa 11 näytetään tietty esimerkki amplitudi- ilmaisimen 54 rakenteesta. Piiri 54 koostuu puoliaaltota-sasuuntaajasta 77 ja alipäästösuotimesta (LPF) 78. Koko-aaltotasasuuntaajaa voidaan myös käyttää puoliaaltotasa-suuntaajan 77 sijasta. LPF 78:n päästökaista ratkaistaan 20 tienpinnan ilmaisun vaatiman vasteajan perusteella. Esimerkiksi jos vasteaika on 0,1 s ja LPF 78 on primäärinen : alipäästösuodin, niin rajataajuus on 3,7 Hz.

Valoanturin 31A (tai valoanturin 31B) antosignaali tuotetaan alipäästösuotimen (LPF) 57 kautta signaalina, 25 joka vastaa diffuusisti heijastuneen valon tasajännite-osuutta. LPF 57:n tarkoitus on poistaa hyvin pientaajuiset värähtelyt, jotka sisältyvät valosähköisen ilmaisimen 31B antosignaaliin. Tämän suotimen rajataajuus on esimerkinomaisesti (kiinteästi) asetettu n. 1 Hz:iin.

30 Säännöllisen heijastuneen valon valoanturin 32 an tosignaali on signaali, joka vastaa säännöllisen heijastuneen valon määrää Dd. Valoanturin 32 antopuolelle voidaan kytkeä alipäästösuodin, jolla on sopiva päästökaista.

Tienpinnan lämpömittarin 33 antosignaali on 35 signaali, joka vastaa tienpinnan lämpötilaa De. Kyseessä voi olla lämpömittari (lämpöherkkä elementti) ilman 22 11254? lämpötilan tunnistamiseksi tienpinnan lämpötilan sijasta. Tässä tapauksessa lämpömittari tulisi asentaa paikkaan, joka on kosketuksessa ulkoilmaan.

Valonlähdettä 11 tienpinnan valaisemiseksi ja va-5 lonlähdettä 12 säännöllistä heijastusta varten säädetään automaattisella tehonsäätöpiireillä (Automatic Power Control, APC) 61 ja vastaavasti 62. Sen vuoksi kummankin valonlähteen 11, 12 säteilemän valon määrä pysyy joka hetki vakiona.

10 Tunnistinpiiriin 60 johdetaan amplitudi-ilmaisin- piirin 54 tuottama signaali, joka vastaa keskitaajuuskom-ponentin intensiteettiä Da, amplitudi-ilmaisinpiirin 56 tuottama signaali, joka vastaa pientaajuuskomponentin intensiteettiä dB, LPF:n 57 tuottama signaali, joka vastaa 15 diffuusisti heijastuneen valon määrää Dc, valoanturin 32 tuottama signaali, joka vastaa säännöllisesti heijastuneen valon määrää Dd sekä tienpinnan lämpömittarin 33 tuottama signaali, joka vastaa tienpinnan lämpötilaa De.

Tunnistinpiiri 60 käyttää kahta tai useampaa 20 näistä signaaleista yksilöimään eli tunnistamaan tienpinnan olosuhteet myöhemmin kuvattujen tienpinnan : tunnistusalgoritmien mukaisesti. Tunnistinpiiri 60 koostuu edullisesti CPUrsta (esim. mikrotietokoneesta), muistista ja muista oheispiireistä. Tässä tapauksessa yllä mainitut 25 signaalit Da - De voitaisiin johtaa tunnistinpiiriin 60 sen jälkeen kun ne on muunnettu digitaaliseksi dataksi ‘ A/D-muuntimella.

(4) Tienpinnan tunnistusalgoritmi (sen ensimmäinen suoritusmuoto) 30 Kuvio 12 näyttää yksinkertaisinta tienpinnan tun- nistusalgoritmia. Tämän tienpinnan tunnistusalgoritmin . ; , mukainen prosessointi suoritetaan tunnistinpiirissä 60.

= >·, Tämä pätee myös muillekin tienpinnan tunnistusalgoritmeil- le.

35 Pientaajuuskomponentin intensiteetin Db suhde - Db/Da keskitaajuuskomponentin intensiteettiin Da lasketaan 23 1Ί 9 9 4 9 ja suhdetta verrataan yllä mainittuihin kynnysarvoihin TH1 ja TH2. Tie päätellään lumiseksi tieksi jos suhde Db/Da on suurempi kuin kynnysarvo TH1 (tätä arvoa kutsutaan "suureksi"); soratieksi, jos suhde on kynnysarvojen TH1 ja TH2 5 välillä (tätä arvoa kutsutaan "keskinkertaiseksi"); ja asfalttitieksi, jos suhde on pienempi kuin TH2 (tätä arvoa kutsutaan "pieneksi").

Tunnistinpiirissä 60 voidaan asettaa etukäteen vain kynnysarvo TH1 ja vain lumiset ja soratiet voidaan ίο tunnistaa.

Tunnistinpiirissä 60 voidaan asettaa etukäteen vain kynnysarvo TH2 (tai sopiva arvo välillä TH1 - TH2) ja vain lumiset ja asfalttitiet voidaan tunnistaa.

Tunnistinpiirissä 60 voidaan asettaa etukäteen 15 vain kynnysarvo TH2 ja vain sora- ja asfalttitiet voidaan tunnistaa.

(5) Tienpinnan tunnistusalgoritmi (sen toinen suoritusmuoto)

Kuvio 13 näyttää tienpinnan päättelyalgoritmia, 20 joka käyttää lisäksi signaalia, joka vastaa valoanturin 32 tuottamaa säännöllisesti heijastuneen valon määrää Dd tun-; nistamaan, onko asfalttitie märässä vai kuivassa tilassa.

. Tie on asfalttitie tapauksessa, jossa suhde Db/Da ;·, . on pienempi kuin kynnysarvo TH2.

25 Tapauksessa, jossa asfalttitien pinta on märkä, 4‘ tienpinta on tilassa, joka muistuttaa peilipintaa, ja säännöllisesti heijastuneen valon määrästä Dd tulee suuri * ’ kuivaan tilaan verrattuna. Kynnysarvo asetetaan tasolle, joka on likimain keskellä säännöllisesti heijastuneen va-: 30 lon määrää Dd, joka saadaan asfalttitien ollessa märkä ja säännöllisesti heijastuneen valon määrää, joka saadaan . asfalttitien ollessa kuiva. Tilanne päätellään märäksi ·· asfaltiksi, jos heijastuneen valon määrä Dd on suurempi kuin tämä kynnysarvo (tätä arvoa kutsutaan "suureksi") ja : ‘4 35 kuivaksi asfaltiksi, jos heijastuneen valon määrä Dd on :t,,: pienempi kuin tämä kynnysarvo (tätä arvoa kutsutaan "pie- 24 1 1254? neksi").

Soratietä ja lumista tietä koskeva päättely on sama kuin se, joka perustuu kuviossa 12 näytettyyn algoritmiin.

5 On sanomattakin selvää, että voidaan käyttää jär jestelyä, jossa tunnistetaan vain märkä asfalttitie ja kuiva asfalttitie, soratietä ja/tai lumista tietä koskeva päättely voidaan lisätä tähän.

(6) Tienpinnan tunnistusalgoritmi (sen kolmas suo-io ritusmuoto)

Kuvion 14 tarkoitus on tuottaa yksityiskohtaisempi tienpinnan oloja koskeva päättely, joka lisäksi käyttää LPF:n 57 antosignaalia, joka vastaa diffuusin heijastuneen valon määrää Dc tienpinnan lämpömittarin 33 antosignaalia, 15 joka vastaa tienpinnan lämpötilaa De.

Vesi jäätyy yleensä 0 °C:ssa. Sen vuoksi, jos tienpinnan lämpötila De on 0 °C tai alempi, mahdollisuus jäätymiseen on olemassa. Määritetään, ylittääkö tienpinnan lämpötila De jäätymislämpötilan (tätä lämpötilaa kutsutaan 20 "korkeaksi") tai onko se yhtä suuri tai alempi kuin jääty-mislämpötila (tätä lämpötilaa kutsutaan "alhaiseksi").

; . Jäätymi s lämpötilan ei tarvitse olla tasan 0 °C, vaan voidaan määrittää kokemuksen perusteella optimaalinen ;·, lämpötila. Tapauksessa, jossa käytetään ilman lämpötilaa 25 tienpinnan lämpötilan sijasta, kynnysarvona päättelyjä varten toimisi ilman lämpötila, jossa jäätynyt tie voi ‘ pysyä jäätyneenä sulamatta tai ilman lämpötila, jossa ’·' tienpinta alkaa jäätyä.

Koska jäätynyt tienpinta muistuttaa peilin pintaa : ’.· 30 samoin kuin märkä tienpinta, säännöllisesti heijastuneen ^ ' valon määrä Dd on "suuri". Sen vuoksi tienpinnan päätel- , lään olevan jäätynyt, jos tienpinnan lämpötila De on "al- hainen" ja säännöllisesti heijastuneen valon määrä Dd on "suuri". Tässä tapauksessa diffuusin heijastuneen valon • ',· 35 määrä Dc (kuvataan myöhemmin tarkemmin) on yleensä "pie- : ( ; ni".

25 11254?

Tienpinta ei ole jäinen tienpinta, jos tienpinnan lämpötila De on "alhainen" ja säännöllisesti heijastuneen valon määrä Dd on "pieni". Tässä tapauksessa tienpinnan olojen päätellään olevan kuiva asfalttitie tai soratie) 5 perustuen pientaajuisen komponentin intensiteetin Db suhteeseen keskitaajuisen komponentin intensiteettiin Da. Lumi jätetään pois tästä päättelystä, koska lumi päätellään diffuusin heijastuneen valon määrän Dc perusteella. Kuitenkin, liittyen lunta koskevaan päättelyyn suhteen io Db/Da perusteella ja lunta koskevaan päättelyyn diffuusin heijastuneen valon määrän Dc perusteella, lumen tilanne poikkeaa vain hieman (ja joskus olosuhteet ovat samoja) ja siksi lumi voidaan päätellä suhteen Db/Da perusteella.

Uusi lumi, ja lumi, josta osa pysyy valkoisena 15 sittenkin, kun ajoneuvot, jalankulkijat jne. ovat kulkeneet sen päältä, heijastaa valoa diffuusisti. Koska lumesta diffuusisti heijastuneen valon määrä Dc on hyvin suuri verrattuna muihin tienpinnan oloihin, lumi ja muut tienpinnan olot voidaan päätellä perustuen diffuusisti 20 heijastuneen valon määrään Dc. Kynnysarvo tämän päättelyn tekemiseksi asetetaan jollekin diffuusisti heijastuneen valon määrän Dc tasolle, joka on lumisen tilanteen ja muiden tienpinnan olojen välillä.

Lumi todetaan tapauksessa, jossa tienpinnan lämpö-, , , 25 tila on "alhainen" ja diffuusisti heijastuneen valon määrä ; ’ Dc on suurempi kuin kynnysarvo ("tätä määrää kutsutaan * > * "korkeaksi") . Sanomattakin on selvää, että tienpinnan läm-’ pötilan kynnysarvo, kun jäätyminen todetaan, ja tienpinnan lämpötilan kynnysarvo, kun lunta todetaan, tehdään toisis-: .' 30 taan erilaisiksi.

Lumi, joka päätellään diffuusisti heijastuneen va-. i‘. lon määrän Dc perusteella, on lunta, jonka pinnasta kaikki , , tai osa on valkoista. Sen sijaan lumi, joka päätellään suhteen Db/Da perusteella sisältää myös lunta, joka ai-: 35 heuttaa vaihtelua diffuusisti heijastuneen valon määrässä jaksoissa, jotka ovat suurempia kuin soralla. Tämä lumi ei 112542 26 ole vain valkoista vaan myös kulkemisen tummentamaan lunta .

Päättelyalgoritmi tapaukselle, jossa tienpinnan lämpötila De on "korkea", on sama kuin kuviossa 13 näytet-5 ty.

Sanomattakin on selvää, että voidaan käyttää vain osaa kuviossa 14 näytetystä päättelyalgoritmista tunnistamaan tai päättelemään vain yhden, kahden- tai useamman-tyyppisiä tienpinnan oloja jäisen, lumisen, soratien sekä io kuivan ja märän asfalttitien joukosta.

(7) Tienpinnan tunnistusalgoritmi (sen neljäs suoritusmuoto)

Kuviossa 15 näytetty tienpinnan päättelyalgoritmi on samantapainen kuin kuviossa 14 näytetty. Kuviossa 15 15 sora- ja asfalttitiet erotetaan toisistaan suhteen Db/Da perusteella. Se, että lunta ei päätellä suhteen Db/Da perusteella, on ero kuvassa 14 näytettyyn algoritmiin nähden. Kuviossa 15 näytetyn algoritmin voidaan katsoa olevan muunnos kuvion 14 algoritmista.

20 (8) Tienpinnan tunnistimen sähköinen rakenne (sen toinen suoritusmuoto) ; Kuvio 16 näyttää esimerkkiä signaalinkäsittelypii- , \ ristä, joka käyttää valoanturin 34 antosignaalia (katso ; ·, kuvion 1 optista järjestelmää) valonlähteen 12 säteilemän t 25 valon määrän valvomiseksi, joka anturi on asennettu lähel- . ; le valonlähdettä 12 säännöllisesti heijastunutta valoa '11/ varten.

'' Säännöllisesti heijastuneen valon määrä Dd, jota vastaa valoanturin 32 antosignaali, jaetaan aritmeettises-: 30 sa piirissä 58 valoanturin 34 antosignaalia vastaavalla määrällä. Jakolaskun tulos Ddd johdetaan tunnistinpiirille 60 säännöllisesti heijastuneen valon määrän Dd sijasta. Arvoa Ddd käytetään Dd:n sijasta yllä mainitussa tienpin-nan tunnistusalgoritmissa.

: ,· 35 Vaikka siis valonlähteen 12 säteilemä valo vaihte- : : lee (lämpötilan muutosten tai ajan vuoksi), vaihtelun mää- 112542 27 rä korjataan valoanturin 34 antosignaalilla ja sen vuoksi voidaan suorittaa tarkka tienpinnan tunnistus.

Kuviossa 16 valonlähdettä säännöllisesti heijastunutta valoa varten ei ohjaa APC-piiri. Voidaan kuitenkin 5 soveltaa sellaistakin ratkaisua, jossa APC-piiri ohjaa valonlähdettä.

Voidaan myös käyttää sellaista järjestelyä, jossa tienpintaa valaisevan valonlähteen säteilemän valon määrä tunnistetaan samalla tavalla ja LPF:n 57 antosignaali (jo-io ka vastaa diffuusisti heijastuneen valon määrää Dc) korjataan tunnistetun valon määrän perusteella.

Aritmeettinen piiri 58 ei rajoitu jakajapiiriin, vaan se voi olla vähennyspiiri.

Tämän prosessointipiirin muut komponentit 15 (kuviosta pois jätetyt osat) ovat samoja kuin ne, jotka näytettiin kuviossa 8.

(9) Tienpinnan tunnistimen sähköinen rakenne (sen kolmas suoritusmuoto)

Kuvio 17 näyttää esimerkkiä signaalinkäsittelypii-20 rin toisesta järjestelystä, joka on toteutettu estämään ylimääräisen valon vaikutus. Tätä sovelletaan kuvioissa ; ; 1-3 näytettyyn optiseen järjestelmään.

. Pulssioskillaattoripiiri 63 kehittää (myöhemmin , selostettavan) vakiotaajuisen pulssisignaalin ja johtaa ' 25 signaalin APC-piiriin 61A sekä kaksoiskampasuotimeen 64.

APC-piiri 61A ohjaa tienpintaa valaisevaa valonlähdettä 11 i i * tahdissa johdetun pulssisignaalin kanssa. Sen vuoksi va-*·* ’ lonlähde 11 säteilee pulssitettua valoa kohti tienpintaa vakioj aksolla.

i · t i 30 Valoanturit 31A ja 31B vastaanottavat pulssitetun :,tt: diffuusisti heijastuneen valon siten, että differentiaali- , , , vahvistimen 51 antosignaali on myös pulssitettu signaali.

Voidaan ajatella, että tämä signaali on saatu pulssinle-!' veysmoduloimalla diffuusisti heijastunutta valoa. Esimerk- : ,· 35 ki differentiaalivahvistimen 51 antosignaalista näytetään kuviossa 19.

28 1Ί 2 5 4 2

Differentiaalivahvistimen 51 antosignaalin aaltomuoto on tulosta ylimääräisen valon superponoitumisesta pulssitettuun signaaliin (jonka huippuarvo vastaa diffuu-sisti heijastuneen valon määrää) tahdistettuna oskillaa-5 tiopulsseihin pulssioskillaattoripiiriltä 63. Kaksoiskam-pasuodin 64 eliminoi ylimääräisen valon ja tasoittaa puls-sitettua signaalia.

Kuvio 20 näyttää yhtä kuviosta 19 poimittua pulssia ja se näytetään suurennetussa muodossa. Signaalin io taso näytteitetään ja pidetään ajoituksella SH1 välittömästi ennen pulssin etureunaa, ajoituksella SH3 välittömästi pulssin takareunan jälkeen ja aikana SH2 etuja takareunojen välissä. Näitä näytteitettyjä ja pidettyjä tasoja kutsutaan vastaavasti merkinnöin VI, V2 ja V3. 15 Yhden pulssin taso lasketaan seuraavan kaavan mukaan näitä tasoja käyttäen ja taso säilytetään seuraavaan pulssiin asti. Ylimääräisen valon vaikutus siis eliminoidaan.

2V2 - (VI + V3) (5) 20

Kaksoiskampasuodin 64 suorittaa yllä mainitun näy-, te- ja pitotoiminnon, aritmeettisen toiminnon sekä annon pitotoiminnon. Sen rakenteesta näytetään erityinen esimerkki kuviossa 18.

( 25 Pulssitettu signaali pulssioskillaattoripiiriltä , ; 63 johdetaan ajoituskehitinpiirille 87 synkronointisignaali · Iina. Ajoituskehitinpiiri 87 kehittää ajoitussignaaleja, ' jotka vastaavat yllä mainittuja ajoituksia SHI, SH2 ja SH3, ja johtaa ajoitussignaalit näyte- ja pitopiireille ; 30 (sample and hold, S/H) 81, 82 ja 83. Differentiaalivahvis- : : tinpiirin 51 antosignaali johdetaan S/H-piireille 81, 82 t ja 83 ja se näytteitetään ja pidetään kullakin ajoituksel- la.

*;* S/H-piirien 81 ja 83 annot VI ja V3 summataan sum- ',· 35 maanpiirillä 84 ja S/H-piirin 84 anto V2 kerrotaan kahdel- : : la kaksinkertaistuspiirillä 85. Summainpiirin 84 anto vä- 112542 29 hennetään kaksinkertaistuspiirin 85 annosta vähenninpii-rillä 86 ja vähennystulos tuotetaan antosignaalina. Anto-signaali pidetään, kunnes seuraavan pulssin laskenta on valmis. Kaksoiskampasuotimen 64 antosignaali johdetaan 5 BPF:lie 52 ja LPFzlle 55.

Voidaan käyttää järjestelyä, jossa pulssios- killaattoripiiri 63 on varustettu ajoituskehitinpiirillä 87 ja näyte- ja pitoajoitussignaali pulssioskillaat-toripiiriltä 63 johdetaan kaksoiskampasuotimelle 64.

10 Yllä kuvatussa toiminnossa voidaan jättää huomiotta viiveaika ja valon kulkuaika valonlähteessä 11 ja valoantureissa 31A ja 31B. Näyte- ja pitopiirin ajoitus ei rajoitu yllä kuvatussa esimerkissä esitettyyn. Riittää, jos näytteitys ja pito suoritetaan ainakin kahdesti, 15 nimittäin pulssin huipun hetkellä ja hetkenä ennen pulssin nousua tai hetkenä pulssin häipymisen jälkeen.

Pulssioskillaattoripiirin 63 kehittämän pulssisig-naalin taajuuden fp on oltava vähintään kaksi kertaa kaksoiskampasuotimen 64 ottosignaalin taajuus (differentiaa-20 livahvistinpiirin 51 antosignaali). Vaaditaan siis, että seuraava pätee: . : fp > 2 * μ * Vmax (6) 25 Esimerkinomaisesti saadaan fp > 11,1 kHz, jos seuraava pätee: μ = 0,2 mm"1 (spatiaalinen keskitaajuus) ja ’ ' Vmax = 100 km/h = 2,78*104 mm/s (maksiminopeus maahan näh den) .

Muut kuvion 17 komponentit ovat samoja kuin ne, : * 30 jotka on näytetty kuviossa 8.

(10) Tienpinnan tunnistimen sähköinen rakenne (sen ; neljäs suoritusmuoto)

Kuvio 21 näyttää vielä erään esimerkin signaa- ·» linkäsittelypiiristä. Verrattaessa tätä piiriä kuvion 17 35 piiriin, nähdään että siinä käytetään sinioskil-laattoripiiriä 65 pulssioskillaattoripiirin 63 sijasta ja 11V v /1 v 3 0 ! että valonlähteen 11 säteilemän valon määrää moduloidaan sinimuotoisesti APC-piirillä 61B. Heterodyne-demodu-laattoria (ilmaisinta) 66 käytetään kaksoiskampasuotimen 64 sijasta demoduloimaan differentiaalivahvistinpiirin 51 5 antosignaalia, joka sitten johdetaan BPFille 52 ja LPF:lle 55. Ylimääräinen valo voidaan eliminoida tällä järjestelyllä ja samalla parantaa signaali-kohinasuhdetta. Muut komponentit ovat samoja kuin ne, jotka on näytetty kuvioissa 8 ja 17.

io (11) Tienpinnan tunnistimen sähköinen rakenne (sen viides suoritusmuoto)

Kuvio 22 näyttää vielä erään esimerkin signaalin-käsittelypiiristä.

Sekä valonlähdettä 11 tienpinnan valaisemiseksi 15 että valonlähdettä 12 säännöllisesti heijastunutta valoa varten ohjataan pulsseilla. Pulssioskillaattoripiiri 63A kehittää kahdentyyppisiä ohjauspulsseja, nimittäin ohjaus-pulssin 1 ja ohjauspulssin 2, jotka ovat eri vaiheisia. Valonlähteitä 11 ja 12 ohjataan pulsseilla eri ajoituksil-20 la APC-piireillä 61A ja 61B vastaavasti ohjauspulssien 1 ja 2 perusteella. Kaksoiskampasuodin 67 on asennettu sään-nöllisesti heijastuneen valon anturin 32 antopuolelle dif-. ferentiaalivahvistimen 51 antopuolelle asennetun kaksois- kampasuotimen 64 lisäksi. Kaksoiskampasuotimen 67 antosig-·_ 25 naali johdetaan tunnistinpiirille 60 signaalina, joka vas- .taa säännöllisesti heijastuneen valon määrää Dd.

Ohjauspulsseihin 1 ja 2 tahdistuneet synkronointi-’·' ‘ signaalit pulssioskillaattoripiiriltä 36A johdetaan vas taavasti kaksoiskampasuotimille 64 ja 67.

; V 30 Yllä kuvatun järjestelyn ansiosta diffuusisti hei- jastunut valo ja säännöllisesti heijastunut valo voidaan , ; , erottaa toisistaan ja ilmaista luotettavasti, vaikka va- lonlähteiden 11 ja 12 säteilemien valojen aallonpituuksien arvot ovat samat tai lähes samat. Ylimääräisen valon vai-! V 35 kutukset voidaan myös eliminoida.

1 1 v Κ ί\. V

31 \ I L. v; : (12) Tienpinnan tunnistimen optinen rakenne (sen toinen suoritusmuoto) ja sähköinen rakenne (sen kuudes suoritusmuoto)

Kuviot 23 ja 24 kuvaavat vielä erästä esimerkkiä 5 tienpinnan tunnistimen optisesta rakenteesta. Kuvioissa 1-3 näytettyjen komponenttien kanssa identtisillä komponenteilla on samat viitenumerot eikä niitä selosteta uudestaan. Lisäksi rakolevyä osoitetaan tunnuksella 22A, optista suodinta tunnuksella 23A ja kokoojalinssiä tunnuk-lo sella 24A. Valonlähteitä 11 ja 12 sekä valoanturia 32 ei näytetä kuviossa 24.

Kuvio 25 näyttää sähköistä rakennetta (signaalin-käsittelypiiriä), joka sopii kuvioissa 23 ja 24 näytettyyn optiseen rakenteeseen. Kuviossa 8 näytettyjen komponent-15 tien kanssa identtisillä komponenteilla on samat viitenumerot eikä niitä selosteta uudestaan.

Se seikka, että keskitaajuisen komponentin intensiteetti Da saadaan valoantureiden 3 IA ja 31B välisen differentiaalisignaaliin perusteella, on sama kuin 20 kuviossa 8 näytetyssä järjestelyssä. Kutsuttakoon ensimmäiseksi valoa vastaanottavaksi optiseksi järjestelmäksi sitä valoa vastaanottavaa optista järjestelmää, joka ; sisältää valoanturin 31A ja 31B (joka järjestelmä käsittää hilalevyn 25, prismamatriisin 26, kondensorilinssin 27 . . , 25 sekä peilin 28).

; Eräs muukin, nimittäin toinen valoa vastaanottava ’ optinen järjestelmä on asennettu tuottamaan signaaleja, jotka edustavat vastaavasti pientaajuisen komponentin intensiteettiä Dd ja diffuusisti heijastuneen valon määrää i 30 Dc. Tämä toinen valoa vastaanottava optinen järjestelmä ’ käsittää hilalevyn 45, kondensorilinssin 47, valoanturin ; ; . 41 sekä peilin 48.

. Valonlähde 11 tienpinnan valaisemiseksi, valoa vastaanottava linssi 21, rakolevy 22A, optinen suodin 23A ‘ ·* 35 ja kokoojalinssi 24A ovat yhteisiä ensimmäiselle ja toiselle optiselle järjestelmälle.

112542 32

Sen vuoksi tienpinnasta LD diffuusisti heijastunut valo ei lankea vain ensimmäiseen valoa vastaanottavaan · optiseen järjestelmään vaan myös toiseen valoa vastaanottavaan optiseen järjestelmään ja se vastaanotetaan valoan-5 turilla 41. Valon vastaanottosignaali valoanturilta 41 johdetaan LPFrlle 55 ja LPF:lle 57, kun se on vahvistettu vahvistinpiirillä 42. LPF:n 55 antosignaalin perusteella saadaan signaali, joka vastaa pientaajuisen komponentin intensiteettiä Dd ja LPF:ltä 57 signaali, joka vastaa dif-10 fuusisti heijastuneen valon määrää Dc.

Kuten yllä mainittiin, keskitaajuinen komponentti vahvistetaan noin kertoimella kaksi muodostamalla kahden valoanturin 3IA ja 3IB antosignaalien välinen erotus. On kuitenkin tilanteita, joissa yllä mainitun erotuksen muo-15 dostamalla tapahtuu tiettyä pientaajuisten komponenttien kumoutumista. Toinen valoanturi 31 on asennettu varmistamaan korkeamman tasoiset pientaajuiset komponentit.

Jos on välttämätöntä, toinen valoa vastaanottava optinen järjestelmä voidaan varustaa spatiaalisuotimella, 20 jonka spatiaalinen keskitaajuus vastaa erotettavaa pien-taajuista komponenttia. Tällaisessa tapauksessa halutaan, ; että toinen valoa vastaanottava optinen järjestelmä on , . varustettu kahdella valoanturilla ja että näiden kahden ; , valoanturin antosignaalit johdetaan differentiaalivahvis- 25 tinpiiriin.

Kaikkia yllä kuvattuja algoritmeja käytetään tien-pinnan tunnistusalgoritmeina. Lisäksi kuvion 25 piiriin ' voidaan soveltaa kuvioissa 16, 17, 21 ja 22 näytettyjä muunnoksia.

: 30 (13) Tienpinnan tunnistimen optinen rakenne (sen kolmas suoritusmuoto) ja sähköinen rakenne (sen seitsemäs .':*, suoritusmuoto) ja tienpinnan tunnistusalgoritmi (sen vii des, kuudes ja seitsemäs suoritusmuoto)

Kuvio 26 kuvaa vielä erästä esimerkkiä tienpinnan ; 35 tunnistimen optisesta rakenteesta. Optinen rakenne on pe- >,· rustaltaan sama kuin kuvioissa 1 ja 2 näytetty. Niiden λ "] :. ·: > 33 i ! /. J '··* / väliset erot ovat seuraavat:

Kuvioissa 1 ja 2 näytetyt valonlähde 12 säännöllistä heijastunutta valoa varten, valoanturi 32 säännöllistä heijastunutta valoa varten ja anturi 34 säteillyn 5 valon määrän valvomiseksi puuttuvat. Niiden asemasta on asennettu valonlähde 17 säännöllistä heijastunutta valoa varten.

Valonlähde 17 säännöllistä heijastunutta valoa varten on asennettu ja sijoitettu siten, että sen tien-io pintaan LD säteilemästä valosta tienpinnasta LD säännöllinen heijastunut valo lankeaa valoantureihin 31A ja 31B valoa vastaanottavan linssin 21, rakolevyn 22, optisen suotimen 23, kokoojaiinssin 24, hilalevyn (rakomatriisin) 25, prismamatriisin 26 ja kondensorilinssin 27 kautta. 15 Koska säännöllisen heijastuneen valon määrä on suuri, jos tienpinta on märkä tai jäinen, valonlähteen 17 ei tarvitse tuottaa yhtä paljon valoa kuin valonlähteen 11 (riittää, jos valonlähteen muodostavien valoa emittoivien diodien määrä on pieni).

20 Kuvio 27 kuvaa signaalinkäsittelypiiriä, joka sopii kuviossa 26 näytettyyn optiseen järjestelmään. Tämä ; piiri muistuttaa kuviossa 22 näytettyä järjestelyä siinä, ; että valonlähteitä ohjataan kahdentyyppisillä pulsseilla, joilla on erilaiset ajastukset ja valon vastaanotto-25 signaali erotetaan kaksoiskampasuotimella. Kuviossa 22 näytettyjen komponenttien kanssa identtisillä komponenteilla on samat viitenumerot eikä niitä selosteta uudestaan, vain erot selostetaan.

Valonlähdettä 11 tienpinnan valaisemiseksi ja va-' ' 30 lonlähdettä 17 säännöllistä heijastunutta valoa varten ohjataan pulsseilla vuorotellen APC-piireillä 61A ja 61B > perustuen kahdentyyppisiin ohjauspulsseihin 1 ja 2, joiden ajastukset ovat erilaiset.

Diffuusi heijastunut valo ja säännöllinen heijas-7 35 tunut valo tienpinnasta LD tunnistetaan valoantureilla 31A

ja 31B, joiden antosignaalien differentiaalianto saadaan 34 11 / !J 4 ? differentiaalivahvistinpiiristä 51. Differentiaalivahvis-tinpiirin 51 anto johdetaan kahdelle kaksoiskampasuotimel-le 64, 67. Kaksoiskampasuodin 64 toimii tahdissa valonlähdettä 11 ohjaavien pulssien kanssa ja se erottaa signaalin 5 diffuusin heijastuneen valon perusteella. Signaalit, jotka edustavat vastaavasti keskitaajuisen komponentin intensiteettiä (diffuusia heijastunutta valoa) Da ja pientaajui-sen komponentin intensiteettiä (diffuusia heijastunutta valoa) Db saadaan kaksoiskampasuotimen 64 antosignaalin 10 perusteella.

Kaksoiskampasuodin 67 toimii tahdissa valonlähdettä 17 ohjaavien pulssien kanssa ja se erottaa signaalin diffuusin heijastuneen valon perusteella. Suotimen 67 antosignaali johdetaan BPF:lle 68. BPF on sama kuin BPF 15 52 ja se vastaanottaa takaisinkytkennän, nimittäin nope utta v vastaavan jännitesignaalin. BPF:n 68 antosignaali johdetaan amplitudi-ilmaisinpiirille 69. Keskitaajuisen komponentin intensiteettiä (diffuusia heijastunutta valoa) edustava signaali Df saadaan amplitudi-ilmaisinpiiriltä 69 20 ja se johdetaan tunnistinpiirille 60.

Valonlähteitä 11 ja 17 voidaan moduloida signaa-: leiliä, joilla on eri taajuus ja differentiaalivahvistimen 51 annot voidaan demoduloida modulaatiotaajuuksilla, jolloin on myös mahdollista erottaa signaali, joka perustuu 25 diffuusiin heijastuneeseen valoon ja signaali, joka perustuu säännölliseen heijastuneeseen valoon.

Kuviot 28, 29 ja 30 kuvaavat vastaavasti tien pinnan tunnistusalgoritmeja (viidettä, kuudetta ja seitsemättä suoritusmuotoa). Nämä algoritmit ovat periaat-: ‘ 30 teessä sanoja kuin kuvioissa 13, 14 ja 15 näytetyt. Ainoa ’ ero on seuraava: . . Erityisesti säännöllisen heijastuneeseen valon määrä Dd, jota käytetään kuvioiden 13 - 15 algoritmeissa, korvataan keskitaajuisen komponentin intensiteetin (sään-35 nollista heijastunutta valoa) suhteella keskitaajuisen komponentin intensiteettiin (diffuusia heijastunutta va- 35 11254? loa) Df/Da. Koska säännöllisen heijastuneen valon määrä on suuri jäisissä tai märissä oloissa, näissä oloissa suhde Df/Da on suuri. Sen vuoksi tilan voidaan päätellä olevan jäinen tai märkä tunnistamalla suhde Df/Da sopivaa kynnys-5 arvoa käyttämällä.

(14) Tienpinnan tunnistimen sähköinen rakenne (sen 8:s, 9:s, 10:s, 11:s ja 12:s suoritusmuoto)

Kuvio 31 kuvaa tienpinnan tunnistimen yksinkertaistetun prosessointipiirin esimerkkiä (kahdeksatta 10 suoritusmuotoa). Kuvataan esimerkki, jossa tienpinnan tilan tunnistetaan olevan joko luminen tai sorainen. Tämän kuvion jo selostettuja komponentteja merkitään samoilla viitenumeroilla eikä niitä selosteta uudestaan.

BPF:n 52 antosignaali sisältää keskitaajuisen kom-15 ponentin. Tämä antosignaali muunnetaan binäärimuotoon (binarized) binäärisöintipiirillä 81, joka käyttää anto-signaalin nollatasoa kynnysarvotasona ja binärisöity signaali johdetaan laskimeen 82 (jota kutsutaan "laskimeksi A") .

20 Toisaalta differentiaalivahvistinpiirin 51 an tosignaali sisältää pientaajuisia komponentteja eikä vain keskitaajuista komponenttia. Kuten kuvion 7 yhteydessä selostettiin, pientaajuisten komponenttien tasot vaihtuvat riippuen tienpinnan oloista ja ne luokitellaan seuraavasti 25 alenevan tason järjestyksessä: lumi, sora ja asfaltti.

Tämä signaali muunnetaan binäärimuotoon binäärisöintipiirillä 83, joka käyttää antosignaalin nollatasoa kynnysarvotasona ja binärisöity signaali johdetaan laskimeen 84 (jota kutsutaan "laskimeksi B").

30 Kuviot 32 ja 33 kuvaavat differentiaalivahvistin- piirin 51, binäärisöintipiirin 84, BPF:n 52 ja binääri-söintipiirin 81 antosignaalien aaltomuotoja, kuvion 32 kuvatessa lumisen tien pinnan tapausta ja kuvion 33 soratien pinnan tapausta.

id 35 Koska BPF:n 52 antosignaali koostuu pääasiassa keskitaajuisista komponenteista, laskin A laskee oleelli- 1 1 7 7 /] 7 3 6 > > sesti vakioarvon (nopeus oletetaan vakioksi) kiinteälle ajanjaksolle, tienpinnan oloista riippumatta.

Sitä vastoin differentiaalivahvistinpiirin 51 antosignaali sisältää pientaajuisia komponentteja keski-5 taajuisten komponenttien lisäksi. Koska pientaajuisten komponenttien amplitudi on korkea lumisen tien tapauksessa, keskitaajuiset komponentit saavat muodon, jossa ne superponoituvat pientaajuisten komponenttien päälle. Sen vuoksi muodostettujen pulssien määrä tapauksessa, jossa ίο tämä signaali binäärisöidään, on pieni, ja laskennan arvo laskurissa B kiinteän ajanjakson aikana on pieni.

Tapauksessa, jossa tienpinta on soraa, pientaajuisten komponenttien amplitudi on pieni. Siten muodostettujen pulssien määrä tapauksessa, jossa differentiaa-15 livahvistinpiirin 51 antosignaali binäärisöidään nolla- tapauksella, lähestyy pulssien määrää, joka saadaan tapauksessa, jossa binäärisöidään keskitaajuisia komponentteja. Laskennan arvo laskurissa B kiinteän ajanjakson aikana saa arvon, joka on lähellä laskennan arvoa 20 laskurissa A.

Samoin, vertaamalla laskinarvoja laskureissa A ja B (muodostamalla niiden suhde) kiinteän ajanjakson aikana, ; . tienpinnan tila voidaan tunnistaa joko lumiseksi tai so- ;· , raiseksi.

25 Ajastinpiiri 86 nollaa laskimet A ja B ja saattaa , ‘ ne aloittamaan ottopulssien laskennan kiinteinä aikoina.

1 Tunnistinpiiri 85 lukee laskinarvot laskimista A ja B vä littömästi ennen niiden nollaamista ja päättelee tienpinnan olot laskinarvojen suhteen perusteella.

! ’ 30 Tämän lähestymistavan mukaisesti on mahdollista erottaa lumen ja asfaltin välillä, asfaltin ja soran välillä sekä lumen, asfaltin ja soran välillä.

Sanomattakin on selvää, että ottamalla huomioon säännöllisen heijastuneen valon määrä, diffuusin heijastu- 35 neen valon määrä, ja tienpinnan lämpötila yllä kuvatulla tavalla, on mahdollista samoin tunnistaa märkyys, jäätymä-

37 1 1254V

nen ja lumi jne.

Kuvio 34 kuvaa signaalinprosessointipiirin vielä yhtä esimerkkiä (sen yhdeksättä suoritusmuotoa). Kuviossa 31 näytetyssä esimerkissä tienpinta tunnistetaan käyttä-5 mällä hyväksi laskimien A ja B laskinarvoja kiinteän ajanjakson aikana. Kuviossa 34 näytetyssä piirissä tunnistus-anto tuotetaan, kun ajoneuvo kulkee kiinteän matkan.

Tarkemmin sanottuna, laskimen B laskinarvo hetkellä, jolloin laskimen A laskinarvo saavuttaa ennalta määrä-10 tyn esiasetetun arvon, luetaan tunnistinpiiriin 85. Tämä tunnistaa tienpinnan tilan laskimen B laskinarvon perusteella. Laskimien A ja B laskinarvojen suhteen laskenta voidaan eliminoida.

Kun laskimen A laskinarvo saavuttaa ennalta määrä-15 tyn esiasetetun arvon, laskimet A ja B nollataan ja laskenta alkaa uudelleen.

Esimerkinomaisesti oletetaan, että spatiaalisuoti-men valitsema tienpinnan spatiaalinen keskitaajuus on 0,25 mm"1 (jakso on 4 mm). Olkoon laskimeen A esiasetettu 20 arvo 250. Tässä tapauksessa tienpinnan tunnistus suoritetaan joka kerran, kun ajoneuvo kulkee 4 mm * 250 = 1 met- • ; rin.

Kuviossa 31 näytetyssä prosessointipiirissä tienpinta tunnistetaan käyttämällä hyväksi laskimien A ja B 25 laskinarvoja kiinteän ajanjakson aikana. Sen vuoksi, kun , ajoneuvon kulkunopeus on pieni, laskimien A ja B laskinar- ' vot ovat pieniä, ja on tilanteita, jolloin tunnistustaa- ’ juus ei ole tyydyttävä. Kuviossa 34 näytetyssä prosessoin tipiirissä tienpinta tunnistetaan ajoneuvon kiinteiden * * 30 kulkumatkojen kohdalla. Sen vuoksi vasteaika pätenee, kun : · ajoneuvon kulkunopeus on pieni.

, , Kuviossa 34 näytetty signaalinprosessointipiiri (sen kymmenes suoritusmuoto) on parannus kuviossa 31 näytettyyn prosessointipiiriin nähden ja se on varustettu ; ' 35 neljällä joukolla laskimia A ja B (laskimet AI ja Bl; A2 ; ja B2; A3 ja B3 sekä A4 ja B4) . Kuten kuviossa 36 näyte- Ί1 ν :¾ 4 38 · '.....

tään, kunkin joukon laskimet A ja B nollataan ja käynnistetään lyhyin aikavälein ajastinohjauspiirin 86A ohjauksessa. Esimerkiksi, jos kunkin joukon laskimien A ja B laskinaika on 0,8 s, niin kunkin (jonkin 54/26?) joukon 5 laskimien A ja B laskintoiminto alkaa 0,2 s välein. Multiplekserit 87 ja 88 vaihtavat laskinten joukkojen välillä 0,2 s välein ja johtavat laskinarvot tunnistinpiirille 85. Sen vuoksi tienpinnan tunnistusjakso on 0,2 s. Vaikka tienpinnan tunnistusjakso on lyhyt, kunkin joukon laski-10 mien laskenta-aika on pitkä (0,8 s) ja siksi tunnistuksen tarkkuus ei kärsi.

Kuviossa 37 näytetty signaalinprosessointipiiri (sen 11. suoritusmuoto) on parannus kuviossa 34 näytettyyn prosessointipiiriin nähden.

15 Kunkin joukon laskimien A ja B laskintoiminto alkaa riippuen laskimen AI laskinarvosta. Olkoon esimerkiksi 256 laskimien joukon A laskinarvo. Kun laskimen AI arvo on nolla, laskimet AI ja B1 alkavat laskea. Kun laskimen AI rekisteröimien laskujen arvot ovat 64, 128 ja 20 192, laskimet A2 ja B2, laskimet A3 ja B3 sekä vastaavasti laskimet A4 ja B4 alkavat laskea.

Kun laskimen AI arvo saavuttaa arvon 256, laskimen B1 laskinarvo johdetaan tunnistinpiirille 85 multiplekserin 88 kautta. Samoin, kun kunkin laskimen A2, A3 ja A4 25 laskinarvo saavuttaa arvon 256, laskimien B2, B3 ja B4 arvot johdetaan tunnistinpiirille 85 multiplekserin 88 • kautta.

Vaikka laskuarvojen joukko laskimissa A olisi samoja, tienpinnan tunnistuksen jakso saa arvon 1 jaettuna / 30 laskinjoukkojen lukumäärällä ja vasteaika siis lyhenee : kuvion 34 piiriin nähden.

Kuvio 38 kuvaa esimerkkiä (12. suoritusmuotoa), jossa signaalinprosessointipiirin sisältämän differentiaa-livahvistimen vahvistuskerrointa ja muita vahvistinpiirejä ‘ - 35 ohjataan tienpinnan tunnistuksen tulosten mukaisesti.

; Esimerkiksi lumisen tien tapauksessa valoa 11 v'iiv 39 1 ·- vastaanottava piiri voi kyllästyä, koska diffuusin heijastuneen valon määrä on suuri. Jotta tämän tilanteen syntyminen estettäisiin, vahvistinpiirin vahvistusta pienennetään, kun tunnistetaan lunta.

5 Differentiaalivahvistinpiiriin 51 on kytketty ana- logiakytkimien 93 ja 94 kautta piiri (esimerkiksi takai-sinkytkentävastus 91) , joka päättää tehokkaan vahvistus-kertoimen aikana, jolloin tunnistetaan muu tienpinnan tila kuin lumi ja vastaavasti piiri 92, joka tuottaa pienemmän io vahvistuksen, jota käytetään lumen tapauksessa. Ohjaus tuotetaan vahvistuksensäätöpiirillä 96 riippuen tienpinnan tunnistuksen tuloksesta siten, että analogiakytkin 94 kytketään päälle lumisena aikana ja analogiakytkin 93 kytketään päälle kaikkina muina aikoina. Kohta 95 osoittaa in-15 vertteriä. Valoa vastaanottavan piirin kyllästyminen voidaan siis estää.

Kun vahvistuksen säätö suoritetaan tienpinnan hei-jastavuuden perusteella, vahvistus putoaa maalatun tienpinnan (jonka heijastavuus on suuri) tapauksessa. Vaikka 20 maalatun tienpinnan heijastavuus on suuri, spatiaalisuoti-men valoanturin annon amplitudista ei tule kovin suurta.

. Kuvion 38 piirillä vahvistusta ei virheellisesti alenneta tällaisenkaan tienpinnan tapauksessa.

Lumisen tien tapauksessa valonlähteen 11 25 säteilemän valon määrää ym. voidaan vähentää sen sijaan, että alennettaisiin vahvistinpiirin vahvistusta.

(15) Esimerkki tienpinnan tunnistimen sovelluksis- *‘‘ ta.

Kuvio 39 kuvaa esimerkkiä laitteistosta, joka : : 30 tuottaa kuljettajalle tarpeellisen varoituksen riippuen : tienpinnan tunnistuksen tuloksista.

Auto on varustettu varoitinlaitteella 102, joka varoittaa kuljettajaa siitä, että luiston mahdollisuus on suuri, kun ajoneuvoon asennettu tienpinnan tunnistin 100, 35 jolla on yllä kuvattu rakenne, havaitsee hiekkaa, soraa, : lunta tai jäätymistä. Tienpinnan tunnistimen 100 tienpin- 1122^/ 40 nan tunnistuksen tulos johdetaan sähköiselle ohjaimelle (electronic control unit, ECU) 101 lukkiutumatonta jarru-järjestelmää (ABS) varten. Kun ECU 101 on päätellyt, että luiston mahdollisuus on suuri (yllä mainituissa lumi- tai 5 jääoloissa), ECU 101 tuottaa signaalin varoitinlaitteelle 102 ilmoittaakseen tämän kuljettajalle. Varoitus toteutetaan audiotulostuksella, näytöllä kuvaruudulle tai sytyttämällä merkkivalo.

Kuvio 40 näyttää ABS-järjestelmän rakennetta, io johon kuuluu tienpinnan tunnistin nopeuden ja tienpinnan tunnistuksen tulosten tuottamiseksi.

Tienpinnan tunnistimen 100 annot (maanopeus v ja tienpinnan tunnistuksen tulos) sekä pyörän pyörimisnopeus-anturin 103 anto (pyörän nopeus vw) johdetaan ECU:Ile 101. 15 Pyörän pyörimisnopeusanturi 103 käsittää ajoneuvon renkaalle sovitetun roottorin 104, jonka kehällä on joukko magneettinapahammastuksia, sekä sähkömagneettisen poiminta- eli pick-up-tyyppisen anturin 105, joka tuottaa puls-sitetun signaalin, jonka taajuus on suoraan verrannollinen 20 roottorin 104 pyörimisnopeuteen. Anturin 105 antopulssien taajuus vastaa pyörän nopeutta vw.

; ; ECU 101 laskee luistokertoimen \ seuraavan yhtälön . . mukaisesti syötetyn maanopeuden v ja pyörän nopeuden v„ ;·. , mukaisesti: * 25 λ = (V - vw) / v (7) ’ Lisäksi ECU käsittää kuviossa 41 näytetyn kaltaisen taulukon, joka sisältää optimaalisia luistokertoimia jotka ! V 30 vastaavat tienpinnan oloja. Tämä taulukko luodaan testaa- n,,' maila etukäteen.

, ; , ECU 101 lukee taulukosta optimaaliset luistokertoimet Xm, jotka vastaavat tienpinnan tunnistuk-sen tuloksia ja tuottaa sellaisen jarrupaineen ohjaus-i ’,· 35 signaalin, että laskettu luistokerroin λ ja optimaalinen j luistokerroin X,m yhtyvät. Jarrun säätö toteutetaan 1 1 ’/'./]"/ 41 ! I - mieluiten takaisinkytkentäsäädöllä.

Kuvio 42 esittää autoa, joka on varustettu yllä kuvatulla ABS-järjestelmällä. ABS on toteutettu minimoimaan kulkumatka kaikilla tienpinnoilla jarrujen 5 lukkiutumatta, suorittamalla yllä kuvattu prosessointi maanopeutta tunnistavan tienpinnan tunnistimen 100 antosignaalin sekä pyörän pyörimisnopeusanturin 103 antosignaalin perusteella.

Lisäksi voidaan toteuttaa pidonohjausjärjestelmä ίο (Traction Control, TCL) kiihdytyksen säätämiseksi siten, että renkaat eivät luista eteenpäin työnnettäessä, mikä saadaan aikaan tallentamalla tienpinnan tunnistuksen tulos välittömästi ennen ajoneuvon pysähtymistä. TCL:ssä on etukäteen luotu taulukko, johon on tallennettu optimaalinen 15 moottorin kierrosnopeus kunkintyyppiselle tienpinnalle. Välittömästi ennen ajoneuvon pysähtymistä tallennetun tienpinnan tunnistuksen tuloksen mukaisesti ECU 101 käyttää taulukkoa ja kiihdytystä säädetään siten, että tien pinnan tilan mukainen optimaalinen moottorin kierrosnopeus 20 saavutetaan.

ECU 101 päättää maanopeuden perusteella, onko ajo-. neuvon eteenpäin työntö suoritettu normaalisti. Jos ajo neuvo luistaa, ECU suorittaa säädön laskeakseen moottorin kierroslukua.

25 Kuvio 43 näyttää jousituksen säätölaitetta, johon kuuluu tienpinnan tunnistin ja kuvio 44 on leikkauskuva iskunvaimentimesta, joka on jousituksen säädön pääasialli-* ' nen komponentti.

Tienpinnan tunnistin 100 tuottaa ECU:lie 101 tien-; ' : 30 pinnan tunnistuksen tuloksen ja maanopeuden v. ECU 101 tuottaa ohjaussignaalin iskunvaimentimelle.

Jotta varmistettaisiin ajoneuvon ohjattavuus, tur-‘ vallisuus ja ajomukavuus tienpinnan tilasta riippumatta, on välttämätöntä, että jousituksen ns. tiukkuutta sääde-35 tään tienpinnan tilan mukaan. Esimerkiksi jousitusta löysätään sora- tai hiekkatiellä, jonka pinta on hyvin epäta- 117 7 4 ·/’ 42 ' ·"' sainen ja kiristetään asfaltti- tai betonitien tapauksessa .

Tämänlaatuinen toiminto toteutetaan säätämällä yllä kuvatulla tavalla iskunvaimentimissa olevien (sähkö) 5 magneettiventtiilien avautumisen määrää tienpinnan tunnistuksen tuloksesta riippuen.

Kuten kuviossa 44 näytetään, auton alustaan kiinnitetty mäntä 115 liikkuu ylös ja alas auton alustan runkoon kiinnitetyssä sylinterissä 111, kun alusta io värähtelee. Kun mäntä 115 liikkuu, hydrauliset kammiot 112A ja 112B täyttävä väliaine (öljy) liikkuu hydraulisten kammioiden 112A ja 112B välillä magneettiventtiilien 116 aukkojen kautta. Magneettiventtiilejä 116 ohjataan ja säädetään ohjaussignaalilla ECU:lta 101. Sen tuloksena 15 väliaineen kulkuaukon pinta-ala kussakin magneetti-venttiilissä 116 muuttuu. Tämä tekee mahdolliseksi säätää värähtelyä vaimentavaa voimaa.

Kun tienpinnan tunnistin 100 on tunnistanut soraisen tai hiekkaisen tien pinnan, magneettiventtiilejä 116 20 avataan paljon jousituksen löysäämiseksi. Kun tienpinta on tunnistettu asfaltiksi tai betoniksi, magneettiventtiilejä 116 avataan vähän jousituksen kiristämiseksi.

, Vapaan männän 114 ja ilmakammion 113 tarkoitus on absorboida ero hydraulisten kammioiden 112A ja 112B tila-25 vuuden muuttuessa. Ohjaus magneettiventtiilien 116 avaamiseksi ja sulkemiseksi voi käyttää nopeutta v eikä vain ’ ’ tienpinnan tunnistuksen tulosta. Esimerkiksi suurella ajo- ’ nopeudella vastaanotettu isku on suuri vaikka tien pinta on vain lievästi epätasainen. Tällöin ohjauksella tulisi ' · 30 löysätä jousitusta.

Claims (38)

43 lii: 1:/Λ /

1. Esineen tunnistin, joka käsittää: ensimmäisen valolähteen (11) valon projisoimiseksi 5 suhteellisesti liikkuvan esineen pintaa kohti; ensimmäisen spatiaalisuodin-valovastaanotto-opti-sen järjestelmän (25, 26, 27, 31A, 31B, 51), johon kuuluu ensimmäinen spatiaalisuodinväline (26) ja ensimmäinen valovastaanotinväline (31A, 31B, 51) ensimmäisestä valo- io lähteestä projisoidun, suhteellisesti liikkuvan esineen pinnasta heijastuneen, ensimmäisen spatiaalisuodin-välineen kautta kulkeneen valon vastaanottamiseksi, vastaanotettua heijastunutta valoa vastaavan sähköisen signaalin tuottamiseksi; 15 tunnettu siitä, että esineen tunnistin lisäksi käsittää: toisen valovastaanotto-optisen järjestelmän (25, 26, 27, 31A, 3IB, 51, 41, 45, 47), jossa on toinen valo-vastaanottoväline (31A, 31B, 51, 41) ensimmäisestä 20 valolähteestä projisoidun, suhteellisesti liikkuvan esineen pinnasta heijastuneen valon vastaanottamiseksi, vastaanotettua heijastunutta valoa vastaavan sähköisen signaalin tuottamiseksi; ensimmäisen signaalinkäsittelypiirin (52, 54) 25 ilmaisemaan keskitaajuuskomponentin intensiteettiä, joka vastaa ensimmäisen spatiaalisuodinvälineen spatiaalitaa-juutta, perustuen ensimmäisen spatiaalisuodin-valovastaan-otto-optisen järjestelmän tuottamaan sähköiseen signaaliin; '' 30 toisen signaalinkäsittelypiirin (55, 56) ilmaise- : : maan toisen taajuuskomponentin intensiteettiä, joka vastaa alhaisempaa tai korkeampaa spatiaalitaajuutta kuin ensim-mäisen spatiaalisuodinvälineen spatiaalitaajuus, perustuen ; toisen valovastaanotto-optisen järjestelmän tuottamaan ; 35 sähköiseen signaaliin; sekä tunnistinvälineen (60) esineen pinnan olosuhteiden 44 1 1254 2 tunnistamiseksi perustuen ensimmäisen signaalinkäsittely-piirin ilmaisemaan keskitaajuuskomponentin intensiteettiin ja toisen signaalinkäsittelypiirin ilmaisemaan toisen taajuuskomponentin intensiteettiin.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen esineen tun nistin, tunnettu siitä, että toinen valoa vastaanottava optinen järjestelmä sisältyy ensimmäiseen spatiaalisuodin-valovastaanotto-optiseen järjestelmään ja toinen valoa vastaanottava väline on ensimmäinen valoa io vastaanottava väline; ja ensimmäisen valoa vastaanottavan välineen tuottama sähköinen signaali, johdetaan ensimmäiselle signaalinkäsittelypiirille ja toiselle signaalinkäsittelypiirille.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen esineen tun-15 nistin, tunnettu siitä, että osa toisesta valoa vastaanottavasta optisesta järjestelmästä (41, 45, 47) sisältyy ensimmäiseen spatiaalisuodin-valovastaanotto-optiseen järjestelmään, ja toinen valoa vastaanottava väline (41) vastaanottaa heijastunutta valoa, joka ei kul-20 je ensimmäisen spatiaalisuodinvälineen kautta.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen esineen tunnistin, tunnettu siitä, että toiseen valoa vastaanottavaan optiseen järjestelmään kuuluu toinen spatiaalisuodin, jonka spatiaalinen taajuus on pienempi 25 kuin ensimmäisen spatiaalisuodinvälineen spatiaalinen taa-, ; juus, ja toinen valoa vastaanottava väline vastaanottaa ·· ' heijastunutta valoa, joka kulkee toisen spat iaali suot imen ‘ kautta.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen • '/’ 30 esineen tunnistin, tunnettu siitä, että ensimmäinen : : valonlähde, ensimmäinen spatiaalisuodin-valovastaanotto- ( _ optinen järjestelmä ja mainittu toinen valoa vastaanottava optinen järjestelmä on sovitettu siten, että ensimmäinen ja toinen valoa vastaanottava väline vastaanottavat \ ‘ : 35 harjaheijastunutta valoa esineen pinnasta.

: : 6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen 1 1 '7 !; A ? 4. l \ t- : esineen tunnistin, tunnettu siitä, että lisäksi käsittää toisen valonlähteen (12, 17) valon projisoitui - seksi esineen pintaa kohti, ja kolmannen valoa vastaanottavan optisen järjestelmän, joka käsittää kolmannen 5 valoa vastaanottavan elementin (32) ja toisen valonlähteen ja kolmannen valoa vastaanottavan optisen järjestelmän ollessa sovitettu sellaisiksi, että kolmas valoa vastaanottava elementti vastaanottaa suuntaheijastunutta valoa esineen pinnasta, johon toinen valonlähde projisoi ίο valoa.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen esineen tun nistin, tunnettu siitä, että se lisäksi käsittää valonmäärän ilmaisimen (34) ilmaisemaan valon määrää toisesta valonlähteestä projisoidussa valossa; ja 15 normalisointivälineen (58) kolmannen valoa vastaanottavan elementin antosignaalin normalisoimiseksi valonmäärän ilmaisimen ilmaiseman valon määrällä.

8. Patenttivaatimuksen 6 mukainen esineen tunnistin, tunnettu siitä, että kolmas valoa vastaan- 20 ottava optinen järjestelmä sisältyy ensimmäiseen spatiaalisuodin-valovastaanotto optiseen järjestelmään ja kolmas valoa vastaanottava elementti on ensimmäinen valoa vastaanottava elementti.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen esineen tunnis-25 tin, tunnettu siitä, että se lisäksi käsittää: erotusvälineen (64, 67) erottamaan ensimmäisen : ; ; valoa vastaanottavan elementin antosignaali ensimmäiseksi signaalikomponentiksi, joka aiheutuu ensimmäisen valonlähteen projisoimasta valosta, sekä toiseksi signaali-; ‘ ; 30 komponentiksi, joka aiheutuu toisen valonlähteen (17) : projisoimasta valosta; jossa ensimmäinen signaalinkäsittelypiiri ilmaisee hajavalon keskitaajuisen komponentin intensiteetin perustuen mainitun erotusvälineen erottamaan ensimmäiseen sig-; 3 5 naalikomponenttiin; sekä : . kolmannen signaalinkäsittelypiirin (68, 69) ilmai- 46 1 1254? semaan suuntaheijastuneen valon keskitaajuisen komponentin intensiteetin perustuen erotusvälineen erottamaan toiseen signaalikomponenttiin.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen esineen tunnis-5 tin, tunnettu siitä, että se lisäksi käsittää: ohjainpiirin (63A) ohjaamaan ensimmäistä valonlähdettä (11) ja toista valonlähdettä (17) perustuen vastaaviin eri vaiheisiin tai eri taajuisiin signaaleihin; ja 10 jossa erotinväline on demodulaattoripiiri vas taavien signaalien demoduloimiseksi, jotka on moduloitu eri vaiheisten tai eri taajuisten signaalien avulla.

11. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen esineen tunnistin, tunnettu siitä, että se lisäksi 15 käsittää neljännen signaalinkäsittelypiirin (57) ilmaisemaan hyvin pientaajuinen hajavalon komponentti perustuen ensimmäisen valoa vastaanottavan elementin tai toisen valoa vastaanottavan elementin antosignaaliin.

12. Patenttivaatimuksen 1 mukainen esineenn tun-20 nistin, tunnettu siitä, että ensimmäiseen valonlähteeseen (11) kuuluu: joukko valoa emittoivia elementtejä (11a); ja joukko valoa emittoivia elementtejä vastaavia ; linssejä (13a) sijoitettuina niiden eteen; • ·' 25 jolloin valoa emittoivien elementtien ja niitä '•7· vastaavien linssien optisia akseleita on siirretty toi- ; siinsa nähden. V

: 13. Patenttivaatimuksen 1 mukainen esineen tunnis tin, tunnettu siitä, että ensimmäinen signaalin-30 käsittelypiiri sisältää seuraavan (tracking) kaistanpääs- tösuotimen (52), joka tuottaa suhteellista esineen nope-utta vastaavan signaalin ja jonka päästökaistaa ohjataan nopeus signaalin perusteella.

>.* 14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen esineen tun- 35 nistin, tunnettu siitä, että toinen signaalinkäsitte- ; , lypiiri sisältää seuraavan (tracking) alipäästösuotimen 47 1 12542 (55), jossa rajataajuutta ohjataan nopeussignaalin perusteella.

15. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen esineen tunnistin, tunnettu siitä, että se lisäksi 5 käsittää: ohjainpiirin (63, 65, 63A) ohjaamaan ensimmäistä valonlähdettä ajan mukana muuttuvan signaalin perusteella; ja demodulaattoripiirin (64, 66) demoduloimaan ensim- 10 mäisen ja toisen valoa vastaanottavan välineen anto-signaalej a.

16. Patenttivaatimuksen 6 mukainen esineen tunnistin, tunnettu siitä, että se lisäksi käsittää: ohjainpiirin (63A) ohjaamaan ensimmäistä ja toista 15 valonlähdettä eri vaiheisten tai eri taajuisten vastaavien signaalien perusteella; ja demodulaattoripiirin (64, 67) demoduloimaan ensim mäisen ja toisen valoa vastaanottavan välineen anto-signaaleja sekä kolmannen valoa vastaanottavan välineen 20 antosignaalia.

17. Patenttivaatimuksen 1 mukainen esineen tunnistin tunnettu siitä, että se lisäksi käsittää: ensimmäisen signaalinkäsittelypiirin (52) ilmaisemaan keskitaajuuskomponenttia, joka vastaa ensimmäisen 25 spatiaalisuodinvälineen spatiaalitaajuutta, ensimmäisen spatiaalisuodin-valovastaanotto-optisen järjestelmän ‘ ' t tuottaman sähköisen signaalin perusteella; v: · ensimmäisen laskinvälineen (81, 82) laskemaan ensimmäisen signaalinkäsittelypiirin tuottaman keski-; 1 ; 30 taajuisen komponentin nollakohdan ylityspisteitä; toisen laskinvälineen (83, 84) laskemaan ensim mäisen spatiaalisuodin-valovastaanotto-optisen järjestel-; ’ män tuottaman sähköisen signaalin nollakohdan ylityspis- '·*' teitä; ja 35 tunnistinvälineen (85) esineen tilan tunnista- . miseksi perustuen ensimmäisen laskinvälineen laskinarvoon 112542 48 ja toisen laskinvälineen laskinarvoon.

18. Patenttivaatimuksen 17 mukainen esineen tunnistin, tunnettu siitä, että tunnistinväline suorittaa tunnistuksen ja ensimmäinen ja toinen laskinväline aloit- 5 tavat laskennan ennalta määrättyinä aikoina.

19. Patenttivaatimuksen 17 mukainen esineen tunnistin, tunnettu siitä, että tunnistinväline suorittaa tunnistuksen ja ensimmäinen ja toinen laskinväline aloittavat laskennan, kun ensimmäisen laskimen laskinarvo 10 saavuttaa ennalta määrätyn numeron.

20. Jonkin patenttivaatimuksen 17 - 19 mukainen esineen tunnistin, tunnettu siitä, että ensimmäinen ja toinen laskinväline on aikaansaatu joukkona pareja, ja hetki, jolloin ensimmäinen ja toinen laskinväline aloitta- 15 vat laskennan on erilainen kullekin parille.

21. Jonkin patenttivaatimuksen 1-20 mukainen esineen, tunnettu siitä, että se lisäksi käsittää: vahvistinpiirin (51) vahvistamaan sähkösignaaleja, mukaan lukien valonvastaanottosignaalit; ja 20 välineen (91, 92, 93, 94, 95, 96) säätämään vahvistinpiirin vahvistuskerrointa riippuen tunnistin- välineen suorittaman tunnistuksen tuloksesta.

22. Jonkin patenttivaatimuksen 1-20 mukainen esineen tunnistin, tunnettu siitä, että se lisäksi 25 käsittää: ohjainvälineen säätämään ensimmäisen tai toisen valonlähteen projisoiman valon määrää riippuen tunnistin-välineen suorittaman tunnistuksen tuloksesta.

23. Jonkin patenttivaatimuksen 1-22 mukainen : I 30 esineen tunnistin, tunnettu siitä, että se lisäksi i käsittää näyttölaitteen tunnistinvälineen suorittaman tunnistuksen tuloksen näyttämiseksi.

24. Jonkin patenttivaatimuksen 1-23 mukainen esineen tunnistin, tunnettu siitä, että se lisäksi ‘ : 35 käsittää nopeusilmaisinpiirin (53) tuottamaan suhteellista : esineen nopeutta vastaava signaali keskitaajuuskomponentin 112542 49 perusteella .

25. Jonkin patenttivaatimuksen 1-24 mukainen esineen tunnistin, tunnettu siitä, että esineen tunnistin on tienpinnan tunnistin tienpinnan olosuhteiden 5 tunnistamiseksi.

26. Patenttivaatimuksen 25 mukainen esineen tunnistin, tunnettu siitä, että tunnistinvälineen tunnistama tienpinnan tila on ainakin jokin lumesta, sorasta ja asfaltista. io

27. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen esi neen tunnistin, tunnettu siitä, että esineen tunnistin on tienpinnan tunnistin tienpinnan tilan tunnistamiseksi, ja tienpinnan tunnistin käsittää lisäksi toisen valonlähteen (12, 17) valon projisoimiseksi tien- 15 pintaa kohti ja kolmannen valoa vastaanottavan optisen järjestelmän, joka käsittää kolmannen valoa vastaanottavan elementin (32) , toisen valonlähteen ja kolmannen valoa vastaanottavan optisen järjestelmän ollessa sovitettu siten, että kolmas valoa vastaanottava elementti 20 vastaanottaa suuntaheijastunutta valoa tienpinnasta, johon toinen valonlähde sitä projisoi; tunnistinväline tunnistaa tienpinnan märän tilan » perustuen kolmannen valoa vastaanottavan elementin antosignaaliin.

28. Patenttivaatimuksen 27 mukainen esineen tunnistin, tunnettu siitä, että se käsittää lisäksi : valonmäärän ilmaisimen (34) ilmaisemaan valon määrää V toisesta valonlähteestä projisoidussa valossa; tunnistinväline tunnistaa tienpinnan märän tilan ; 30 perustuen arvoon, joka saadaan normalisoimalla kolmannen valoa vastaanottavan elementin antosignaali valonmäärän ilmaisimen ilmaiseman valon määrällä. |ti

29. Patenttivaatimuksen 27 mukainen esineen tun- nistin, tunnettu siitä, että se lisäksi käsittää 35 lämpötila-anturin (32) esineenn lämpötilan tai ilman lämpötilan mittaamiseksi; 50 11254? jossa tunnistinväline tunnistaa jäätymisen, jos märän tilan ollessa tunnistettu, lämpötila-anturin mittaama lämpötila on pienempi kuin ennalta määrätty arvo.

30. Patenttivaatimuksen 27 mukainen esineen tun-5 nistin, tunnettu siitä, että kolmas valoa vastaanottava optinen järjestelmä sisältyy ensimmäiseen spatiaal-isuodin-valovastaanotto-optiseen järjestelmään ja kolmas valoa vastaanottava elementti on ensimmäinen valoa vastaanottava elementti, ja 10 joka tienpinnan tunnistin lisäksi käsittää: erotusvälineen (64, 67) erottamaan ensimmäisen valoa vastaanottavan elementin antosignaali ensimmäiseksi signaalikomponentiksi, joka aiheutuu ensimmäisen valonlähteen projisoimasta valosta, sekä toiseksi signaali-15 komponentiksi, joka aiheutuu toisen valonlähteen (17) projisoimasta valosta; jossa ensimmäinen signaalinkäsittelypiiri ilmaisee hajavalon keskitaajuisen komponentin intensiteetin perustuen erotusvälineen erottamaan ensimmäiseen signaalikom-20 ponenttiin; kolmannen signaalinkäsittelypiirin (68, 69) ilmaisemaan suuntaheijastuneen valon keskitaajuisen komponentin intensiteetin perustuen erotusvälineen erottamaan toiseen signaalikomponenttiin; ja 25 jossa tunnistinväline tunnistaa märän tienpinnan tilan perustuen suuntaheijastuneen valon keskitaajuisen ; komponentin intensiteetin ja hajavalon keskitaajuisen kom- v * ponentin intensiteetin suhteeseen.

31. Patenttivaatimuksen 27 mukainen esineen tun-; : 30 nistin, tunnettu siitä, että se käsittää lisäksi : : neljännen signaalinkäsittelypiirin (57) ilmaisemaan hyvin pientaajuisen hajavalon komponentin perustuen ensimmäisen ;tt valoa vastaanottavan elementin tai toisen valoa vastaanot- tavan elementin antosignaaliin; ' ' : 35 jossa tunnistinväline päättelee lumen tapaukses- ; sa, jossa neljännen signaalinkäsittelyvälineen ilmaisema 112542 51 hajavalon komponentti ylittää ennalta määrätyn arvon.

32. Jonkin patenttivaatimuksen 25 - 31 mukainen esineen tunnistin, tunnettu siitä, että tienpinnan tunnistin on asennettu liikkuvaan esineeseen, joka käsit- 5 tää ajoneuvon.

33. Jonkin patenttivaatimuksen 25 - 31 mukainen esineen tunnistin, tunnettu siitä, että tienpinnan tunnistin (100) on asennettu ajoneuvoon.

34. Jonkin patenttivaatimuksen 25 - 31 mukainen ίο esineen tunnistin, tunnettu siitä, että tienpinnan tunnistin (100) on asennettu ajoneuvoon, joka käsittää päättelyvälineet (101) päättelemään, että luiston mahdollisuus on korkea tienpinnan tunnistimen suorittaman tienpinnan tunnistuksen tuloksen perusteella, ja varoit -15 inlaitteen (102) antamaan varoitus, joka osoittaa päätte-lyvälineen suorittaman päättelyn tulosta.

35. Jonkin patenttivaatimuksen 25 - 31 mukainen esineen tunnistin, tunnettu siitä, että tienpinnan tunnistin (100) on asennettu ajoneuvoon, joka käsittää 20 pyörän nopeusanturin (103) pyörän nopeuden tunnistamiseksi, ja jarrun ohjausvälineen (101) säätämään jarrua perustuen tienpinnan tunnistuksen tulokseen ja tienpinnan ! tunnistimen tuottamaan maanopeuteen ja pyörän nopeusan- , I turin tuottamaan pyörän nopeuteen. • 25

36. Jonkin patenttivaatimuksen 25 - 31 mukainen esineen tunnistin, tunnettu siitä, että tienpinnan : tunnistin (100) on asennettu ajoneuvoon, joka käsittää V * välineen (101) säätämään kaasua perustuen tienpinnan tunnistimen tuottamaan tienpinnan tunnistuksen tulokseen.

37. Jonkin patenttivaatimuksen 25 - 31 mukainen esineen tunnistin, tunnettu siitä, että tienpinnan tunnistin (100) on asennettu ajoneuvoon, joka käsittää iskunvaimentimen (106) asennettuna ajoneuvon runkoon, ja jousituksen säätövälineen (101) iskunvaimentimen säätämi-35 seksi riippuen tienpinnan tunnistimen tuottamasta tien-pinnan tunnistuksen tuloksesta. 112542 52

38. Jonkin patenttivaatimuksen 25 - 31 mukainen esineen tunnistin, tunnettu siitä, että tienpinnan tunnistin (100) on asennettu ajoneuvoon, joka käsittää iskunvaimentimen (106) asennettuna ajoneuvon runkoon, ja 5 jousituksen säätövälineen (101) iskunvaimentimen säätämiseksi riippuen tienpinnan tunnistimen tuottamasta tienpinnan tunnistuksen tuloksesta ja maanopeudesta. 112542 53