[發明專利]一種三維路面信息譜的自動獲取方法

有效

• 申請號: 202010461086.3
• 申請日: 2020-05-27
• 公開（公告）號: CN111597642B
• 公開（公告）日: 2023-09-12
• 發明（設計）人: 白先旭;李成蹊;段順昌;石琴
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/20;G01B21/30;G01N19/04;G01S19/42;G01D21/02
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 陸麗莉;何梅生

本發明公開了一種三維路面信息譜的自動獲取方法，應用于包含有懸架機構和信息收集機構的車輛中，包括：1收集垂向路面信息數據；2根據四分之一車輛懸架二自由度動力學模型，得到第k次循環的輸出變量；3計算第k次循環的路面相對粗糙度和功率譜密度；4計算第k次循環的一個估計的路面粗糙度結果；5基于離散Kalman濾波預測模型得到第k+1次循環的路面相對粗糙度；6路面附著系數的計算；7利用定位坐標的時間戳耦合路面相對粗糙度以及路面附著系數得到第k次循環的路面信息譜。本發明能實現利用現有懸架結構及其傳感器收集路面信息，從而能快速、低成本地準確建立路面信息譜。

技術領域

本發明涉及路面信息收集與獲取領域，具體形容為一種三維路面信息譜三維自動獲取的方法。

背景技術

21世紀，人類的交通運輸系統已經逐漸趨于完善。作為地面交通系統的最重要組成部分之一，道路已經存在于世界各地承擔著地區之間的聯系紐帶。現存的道路主要分為瀝青路面、混凝土路面以及非鋪裝路面等。由于道路建造條件不同，和長期經歷各種自然風化侵蝕，以及正常的交通流量碾壓后，世界上不存在任何兩條相同表面粗糙度和附著系數等條件的道路。為了便于分辨道路條件的優劣，目前現存的方法將路面根據功率譜密度等信息分為A、B、C…等級。

現存的道路評級系統僅僅是機械地在某一時刻根據要求測量理想狀態下的路面粗糙度信息，在日后的道路管理以及信息共享方面存在屏障。在已分級的路面遭受破壞或因降水等情況導致路面粗糙度以及附著系數發生動態改變的情況下，不能及時根據現實情況進行市政維護或路面易滑等信息發布，造成了許多不必要的損失。

目前已有許多針對路面信息的動態管理系統存在，但大多僅僅是收集垂向或縱向信息后用于道路分級，且需要使用昂貴的專門設備與車輛進行信息收集，這無疑為許多地區的道路信息收集帶來了條件上的限制。

發明內容

本發明為克服現有技術的不足之處，提出一種三維路面信息譜的自動獲取方法，以期實現利用現有懸架結構及其傳感器收集路面信息，從而能快速、低成本地準確建立路面信息譜。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

本發明一種三維路面信息譜的自動獲取方法，是應用于包含有懸架機構和信息收集機構的車輛中；所述懸架機構包括：車架、擺臂和羊角；所述信息收集機構包括：車輛原生ABS系統、加速度傳感器、輪速傳感器、車輛原生GPS傳感器和相應支撐座；所述加速度傳感器分別安裝在所述擺臂和車架處，并分別用于收集非簧載質量加速度和簧載質量加速度；其特點是：在所述信息收集機構中還設置有輪跳傳感器、所述輪跳傳感器包括：角度計和桿件；所述輪跳傳感器的角度計安裝于所述車架處，且所述桿件的一端安裝于所述擺臂處；所述自動獲取方法是按如下步驟進行：

步驟1、收集垂向路面信息數據：

設定循環次數為k，且初始化k＝0；

利用所述輪跳傳感器(1)采集第k次循環的輪跳位移y_j^(k)，利用所述加速度傳感器(2)分別采集第k次循環的非簧載質量加速度和簧載質量加速度，利用所述車輛原生ABS系統與輪速傳感器采集第k次循環的路面滑移率u^(k)，利用所述車輛原生GPS傳感器采集第k次循環的帶有時間戳的車輛GPS坐標；

步驟2、根據四分之一車輛懸架二自由度動力學模型，對所述第k次循環的輪跳位移y_j^(k)、非簧載質量加速度和簧載質量加速度進行預處理，得到第k次循環的輸出變量y_k，且，y₁為第一輸出變量，且為第二輸出變量，且為第三輸出變量，且為路面位移量；

步驟3、對所述第k次循環的簧載質量加速度進行高通濾波與積分運算后，得到第k次循環的簧載質量積分位移和簧載質量速度