用于车辆应用的道路状况自动检测的设备和方法技术

本发明专利技术的实施例涉及用于车辆应用的道路状况自动检测的设备和方法。一种被耦合到车辆的车轮的道路状况检测设备，配备有：静电电荷变化传感器，以提供指示与车轮的旋转相关联的静电电荷变化的电荷变化信号；以及处理单元，被耦合到静电电荷变化传感器，以接收电荷变化信号，并且还用于接收指示车轮的转速的转速信号。具体地，处理单元联合处理转速信号和电荷变化信号，以检测潮湿道路状况和干燥道路状况的道路状况。的道路状况。的道路状况。

【技术实现步骤摘要】
用于车辆应用的道路状况自动检测的设备和方法


[0001]本解决方案涉及一种用于车辆应用的道路状况自动检测的设备和方法，特别是用于自主驾驶或自动驾驶的设备和方法。

技术介绍

[0002]已知，道路用车通常配备有多个传感器，以便于提高其安全性，并且也以便于实现自主驾驶或自动驾驶。
[0003]在这方面，道路状况的监测和检测以及车辆轮胎/车轮上产生的后续力例如对于确保安全性和可靠性是至关重要的。
[0004]具体地，道路状况的检测(例如，区分干燥道路或潮湿道路)可以实现显著改善重要车辆系统(诸如转向或主动悬架的制动系统)的干预模式。此外，就道路状况而向驾驶员发出信号和警告的可能性可以显著改善驾驶安全性。
[0005]通常，提出两种用于监测道路状况的方法：
[0006]第一种方法，基于效果而通过估计车辆动态参数的响应，以间接方式提供道路摩擦状况的识别；
[0007]第二种方法，基于原因而使用适合此目的的各种传感器，在道路状况显著影响车辆行为之前，以直接的方式提供原因检测，即道路状况的实际变化。
[0008]例如，对于第二种方法，等人的“Road surface condition detection using 24GHz automotive radar technology(使用24GHz汽车雷达技术进行道路表面状况检测)”，第14届国际雷达研讨会(IRS)，2013年，第702
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707页公开了使用24GHz雷达技术的测量系统以研究不同沥青表面(诸如干燥、潮湿或结冰表面)的背向散射特性。
[0009]I.等人的“Detecting road surface wetness from audio:A deep learning approach(从音频检测道路表面湿度：深度学习方法)”，第23届国际模式识别会议(ICPR)，2016年，第3458
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3463页公开了一种基于处理由同一表面和轮胎之间相互作用产生的声音信号来检测道路表面湿度的方法。
[0010]E.等人的“Identification of Road
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Surface Type Using Deep Neural Networks for Friction Coefficient Estimation(使用深度神经网络识别道路表面类型以评估摩擦系数)”，Sensors 2020，20，第3号，612公开了一种基于图像采集和通过使用DNN(深度神经网络)神经网络进行对采集的图像的处理的路面类型检测的解决方案。
[0011]然而，本申请人发现，目前使用的解决方案具有一些局限性，并且存在一些缺点，通常关于对各种操作条件的适用性、对外部和不需要的因素的可靠性和鲁棒性、所用传感器的寿命和可靠性。

技术实现思路

[0012]本解决方案旨在克服已知方法的缺点，提供具有改进的特点的检测道路状况的解
决方案。
[0013]根据本解决方案，提供了一种用于检测道路状况的设备和方法。道路状况检测设备被耦合到车辆的车轮，并且包括静电电荷变化传感器，该静电电荷变化传感器被配置为提供指示与车轮的旋转相关联的静电电荷变化的电荷变化信号，以及处理单元，该处理单元被耦合到静电电荷变化传感器，并且被配置为接收电荷变化信号，并且被还被配置为接收指示所述车轮的转速的转速信号。处理单元被配置为联合处理所述转速信号和电荷变化信号，以响应于电荷变化信号和转速信号的幅振幅而检测潮湿状况和干燥状况之间的道路状况。
附图说明
[0014]为了更好地理解本公开，现在仅以非限制性示例的方式参考附图来描述其实施例，其中：
[0015]图1是被耦合到车辆的车轮的道路状况检测设备的示意图；
[0016]图2A和图2B分别示出在干燥道路的第一道路状况下，电荷变化信号的时域和频域趋势；
[0017]图3A和图3B分别示出在潮湿道路的第二道路状况下，电荷变化信号的时域和频域趋势；
[0018]图4是根据本解决方案的实施例的检测设备的示意框图；
[0019]图5示出图4的检测设备的静电电荷变化传感器的可能电路实施例；
[0020]图6是根据本解决方案的实施例的由图4的检测设备实现的操作流程图；
[0021]图7示出了静电荷变化信号和车轮的转速信号以及第一和第二道路状况的相关检测的曲线图；以及
[0022]图8是可以使用图4的检测设备的车辆系统的示意框图。
具体实施方式
[0023]如图1所示，根据本解决方案的一个方面，用于车辆应用的道路状况检测由检测设备1提供，该检测设备被设计为整体耦合到车辆3的车轮2，并且以静电电荷变化传感器的使用为基础。
[0024]检测设备1可以例如被耦合到车轮2的轮辋、靠近轮胎、或者被耦合到轮胎、或者被集成在轮辋或轮胎内。
[0025]如下文将详细讨论的，检测设备1被配置为以便联合地或组合地处理由静电电荷变化传感器提供的电荷变化信号和车轮的转速信息，以识别道路状况，特别是区分干燥道路状况和潮湿道路状况。
[0026]众所周知，电荷是自然界的基本组成部分。在元件之间直接接触或在一定距离的情况下，静电带电体的电荷可以很容易地转移到另一个物体。当电荷在两个静电绝缘物体之间转移时，电子过多的物体带负电荷，而电子不足的物体带正电荷，从而产生静电荷。电荷的位移具有不同的性质，这取决于物体是导电物体还是电介质。在导体中，电子分布在整个材料中，并且根据外部电场的影响自由移动。在电介质中，除了电偶极子之外没有可以自由移动的电子，电偶极子在空间中具有随机方向(因此导致零净电荷)，电偶极子可以通过
外部电场而被定向或变形，从而产生有序的电荷分布，并且因此产生偏压。电荷可以是可移动的，这取决于材料特性和其他环境因素。
[0027]在本解决方案中，检测设备1的静电电荷变化传感器被配置为通过静电感应而检测电场中(并且因此检测静电势中)的变化，该变化是由于被车辆3的车轮2(耦合有相同的传感器)的旋转引起的局部静电电荷变化而随时间发生的。
[0028]具体地，当车轮2的耦合有电荷传感器的部分在其旋转过程中与道路表面(特别是沥青)接触时，产生静电电荷(由于摩擦生电效应)，随后由电荷变化传感器提供的电荷变化信号中发生明显改变。
[0029]在这方面，图2A示出电荷变化信号S
Q
的时域S
Q
(t)中的趋势，该信号指示由电荷变化传感器在耦合有检测设备1的车轮2的不同转速(表示为RPS、每秒旋转或转数)下感测到的静电荷变化。
[0030]具体地，显然，与车轮2的旋转对应地(在较短的时间段内发生，即，在较高的角频率下，转速更大)，由于轮胎和道路之间的接触引起的上述静电电荷产生效应，电荷变化信号S
Q
中产生峰值。
[0031]图2B示出相同电荷变化信号S
Q
的频域S
Q
(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种道路状况检测设备，被配置为耦合到车辆的车轮，所述道路状况检测设备包括：静电电荷变化传感器，被配置为提供指示与所述车轮的旋转相关联的静电电荷变化的电荷变化信号；以及处理单元，被耦合到所述静电电荷变化传感器，并且被配置为接收所述电荷变化信号，并且还被配置为接收指示所述车轮的转速的转速信号，其中所述处理单元被配置为联合处理所述转速信号和所述电荷变化信号，以响应于所述电荷变化信号和所述转速信号的振幅而检测潮湿状况和干燥状况之间的道路状况。2.根据权利要求1所述的设备，包括：模数转换器，位于所述静电电荷变化传感器和所述处理单元之间，所述静电电荷变化传感器包括被耦合到所述模数转换器的输入的第一运算放大器和第二运算放大器。3.根据权利要求1所述的设备，还包括被配置为提供所述转速信号的转速传感器。4.根据权利要求3所述的设备，其中所述转速传感器是MEMS三轴陀螺仪；并且其中所述处理单元被配置为根据所述陀螺仪提供的角速度信号的模量来确定所述车轮的所述转速。5.根据权利要求3所述的设备，其中所述电荷变化传感器包括：至少一个检测电极，被配置为检测所述静电电荷变化；高阻抗仪表放大器，具有被耦合到所述检测电极的输入；以及模数转换器，被耦合到所述仪表放大器的输出以提供所述电荷变化信号。6.根据权利要求3所述的设备，包括芯片，所述芯片包括所述处理单元、所述转速传感器和所述静电电荷变化传感器。7.根据权利要求1所述的设备，其中所述处理单元被配置为：在所述电荷变化信号的频域趋势中确定在所述车轮的所述转速处基频的峰值振幅；以及将所述峰值振幅与阈值振幅进行比较，以确定所述干燥道路状况和所述潮湿道路状况中的一种道路状况。8.根据权利要求7所述的设备，其中所述处理单元被配置为：确定所述基频和与所述车轮的所述转速相关联的频率之间的频率距离；以及将所述距离与阈值距离进行比较，以确定所述干燥道路状况和所述潮湿道路状况中的所述一种道路状况。9.根据权利要求8所述的设备，其中所述处理单元被配置为在所述距离小于所述阈值距离并且所述峰值振幅大于所述阈值振幅的情况下确定所述干燥道路状况；以及在所述距离不小于所述阈值距离，或者所述峰值振幅不大于所述阈值振幅的情况下确定所述潮湿道路状况。10.根据权利要求7所述的设备，其中所述处理单元被配置为：在所述频域中执行变换以获得所述频域中的所述电荷变化信号；在所述电荷变化信号的所述频域中执行峰值识别操作，以获得一系列经识别的峰值，每个经识别的峰值位于相关联的频率处；确定所检测的峰值中的每一个峰值与对应于所述车轮的所述转速的频率之间的频率距离；选择相对于与所述车轮的所述转速对应的所述频率具有最小距离的峰值，并且将所选的所...

【专利技术属性】
技术研发人员：F，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：