用于對(duì)道路和輪胎的狀態(tài)進(jìn)行聲波檢測的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于確定道路的狀態(tài)和輪胎的狀態(tài)的方法，該方法包括以下步驟：記錄在給定的時(shí)間區(qū)間內(nèi)由在道路上運(yùn)行的輪胎所產(chǎn)生的聲音信號(hào)的測量結(jié)果；確定在給定的頻率區(qū)間上的聲音信號(hào)的頻譜功率密度；將頻率區(qū)間分割為多個(gè)頻帶；并且將每個(gè)頻帶與代表在所述頻帶內(nèi)測量的平均聲功率的數(shù)據(jù)片相關(guān)聯(lián)，由測量獲得的代表數(shù)據(jù)形成與所述測量相關(guān)聯(lián)的矢量的變量；通過由知識(shí)庫所支持的數(shù)據(jù)的判別分析的方式來確定道路和輪胎的狀態(tài)。形成與測量相關(guān)聯(lián)的矢量的變量的代表數(shù)據(jù)通過得到在一個(gè)頻帶中測量的平均聲功率與在整個(gè)頻率區(qū)間上測量的總聲功率之間的比值而獲得。
【專利說明】
用于對(duì)道路和輪胎的狀態(tài)進(jìn)行聲波檢測的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種基于輪胎在其與地面接觸時(shí)產(chǎn)生的噪聲而檢測道路和輪胎(該輪 胎固定至在該道路上行駛的車輛)的情況的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了與駕駛員或者與駕駛員輔助系統(tǒng)進(jìn)行交互，了解每個(gè)時(shí)刻的道路或輪胎的情 況是有用的，W便能夠適時(shí)地向駕駛員或者駕駛員輔助系統(tǒng)通知行駛狀態(tài)的變化，更普遍 地講，是輪胎的附著狀態(tài)和車輛的處理狀態(tài)的可能變化。
[0003] 因此，運(yùn)些方法的目的在于指示氣象狀態(tài)的變化，例如，在干燥、濕潤、潮濕或者被 雪覆蓋的地面上行駛的狀態(tài)之間的變化。運(yùn)些方法建立在發(fā)現(xiàn)由輪胎產(chǎn)生的聲音的頻率和 強(qiáng)度在道路狀態(tài)改變時(shí)變化的基礎(chǔ)上，并且運(yùn)些方法分析由靠近輪胎和道路設(shè)置的傳聲器 得到的錄音。
[0004]道路的氣象狀態(tài)通過利用精屯、挑選的比值或者通過將聲功率（puissance sonore)的頻譜與預(yù)先記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，而根據(jù)該頻譜的記錄來確定。
[0005] 然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)所有運(yùn)些方法的準(zhǔn)確性和可靠性主要依賴于補(bǔ)充參數(shù)的引入，例 如，行駛速度的信息、車輛的溫度或負(fù)載、磨損程度或所使用的胎面花紋的類型，或者在最 復(fù)雜的方法中，為車輛前方的道路的可視化狀態(tài)的記錄。因此，有必要合并從多個(gè)傳感器獲 取的數(shù)據(jù)，而運(yùn)會(huì)對(duì)所提出的裝置的使用成本產(chǎn)生一定影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目標(biāo)在于:針對(duì)確定道路的氣象狀態(tài)的問題，提供一種魯棒的解決方案。 同時(shí)，最出乎意料的是，本發(fā)明提出的方法還能夠僅基于錄音來確定其他參數(shù)，例如鋪面的 類型、輪胎磨損的程度或者所使用的輪胎花紋的類型。
[0007] 錄音利用精屯、設(shè)置于車輛上的傳聲器來完成。聲功率的頻譜密度分布在給定的頻 率區(qū)間上。該頻譜根據(jù)一組模式而變化，例如，根據(jù)氣象狀態(tài)、道路的狀態(tài)、輪胎的磨損程 度、輪胎的胎面花紋的類型而變化，而在較小的程度上，根據(jù)充氣壓力、負(fù)載等等而變化。在 所有的其他狀態(tài)相同的情況下，可能改變該頻譜的主要模式中的一個(gè)為在執(zhí)行測量時(shí)刻的 車輛速度。
[000引已經(jīng)證明的是，如果利用在整個(gè)頻率區(qū)間上的測量時(shí)間期間所記錄的總的聲功 率，而通過對(duì)測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行"歸一化"來重新測量頻譜，而不考慮基于測量的功率譜，則該 變化實(shí)際上能夠被抵消。運(yùn)么做的目的在于消除速度影響并且實(shí)質(zhì)地防止該模式的測量的 變化。
[0009] 本發(fā)明的目標(biāo)在于利用該發(fā)現(xiàn)。
[0010] 因此，根據(jù)本發(fā)明的確定道路的狀態(tài)和安裝于在所述道路上行駛的車輛的輪胎的 狀態(tài)的方法包括W下步驟，其中：
[0011] -記錄在給定的時(shí)間帖內(nèi)由在道路的表面上運(yùn)行的輪胎所產(chǎn)生的聲音信號(hào)的測量 結(jié)果，
[0012] -確定在給定的頻率區(qū)間上的聲音信號(hào)的功率的頻譜密度，
[0013] -將所述頻率區(qū)間分割為多個(gè)預(yù)定寬度的頻帶，并且每個(gè)頻帶與代表在所述頻帶 中測量的平均聲功率的數(shù)據(jù)元素相關(guān)聯(lián)，由測量獲得的代表數(shù)據(jù)形成與所述測量相關(guān)聯(lián)的 矢量的變量，
[0014] -根據(jù)分別代表道路和輪胎的給定狀態(tài)的模式而在已知的運(yùn)行狀態(tài)下，利用如上 所述的相同步驟，通過利用由與已經(jīng)完成的預(yù)先記錄的測量相關(guān)聯(lián)的一組矢量組成的學(xué)習(xí) 庫而對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行判別分析的方式，來確定對(duì)應(yīng)于與完整的測量相關(guān)聯(lián)的矢量的道路的狀態(tài) 和輪胎的狀態(tài)。
[0015] 該方法的特征是，形成與測量相關(guān)聯(lián)的矢量的變量的代表數(shù)據(jù)通過得到在頻帶中 測量的平均聲功率與在整個(gè)頻率區(qū)間上測量的總聲功率之間的比值而獲得。
[0016] 因此，如今能夠在完全不需要獲知速度的情況下，并且在不需要引入補(bǔ)充參數(shù)來 闡述測量結(jié)果的情況下，基于單個(gè)聲波測量，來獲取有關(guān)道路的狀態(tài)的可靠信息，并且如也 將被證明的，獲取與輪胎的狀態(tài)有關(guān)的可靠信息。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的方法還可W具有單獨(dú)地或W組合的方式呈現(xiàn)的如下特征：
[0018] -總測量聲功率等于有關(guān)的頻率區(qū)間的所有頻帶的平均聲功率的總和。
[0019] -頻帶通過將頻率區(qū)間劃分為Ξ分之一倍頻程而確定。
[0020] -測量的時(shí)間帖小于或等于0.5秒，并且優(yōu)選地小于或等于0.25秒。
[0021] -頻率區(qū)間處于從OHz至20kHz的范圍內(nèi)。
[0022] -頻率區(qū)間處于從200Hz至20kHz的范圍內(nèi)。
[0023] -由道路的不同氣象狀態(tài)組成的"天氣"模式的類別包括:干燥狀態(tài)、濕潤狀態(tài)W及 潮濕狀態(tài)。
[0024] -由道路表面的不同狀態(tài)組成的"表面狀態(tài)"模式的類別包括:封閉狀態(tài)、中間狀態(tài) W及開放狀態(tài)。
[0025] -由輪胎的磨損的不同狀態(tài)組成的"磨損"模式的類別包括:新狀態(tài)、半磨損狀態(tài)W 及已磨損狀態(tài)。
[0026] -由輪胎胎面花紋的不同類型組成的"胎面花紋"模式的類別包括:夏季花紋和冬 季花紋。
[0027] -對(duì)數(shù)據(jù)的判別分析包括W下步驟：
[0028] 0利用學(xué)習(xí)庫來確定降低的判別空間，并且在該空間中識(shí)別由每種模式或者模式 的組合形成的區(qū)域，
[0029] 〇在所述降低的判別空間中并且基于所述矢量的位置來轉(zhuǎn)換與測量相關(guān)聯(lián)的矢 量，將概率與取決于模式中的每種或者模式的組合的測量相關(guān)聯(lián)，
[0030] 〇根據(jù)每種模式的類別來確定最可能的模式。
[0031] -在已經(jīng)預(yù)先確定測量在干燥的道路上執(zhí)行之后，將取決于"表面狀態(tài)"、"磨損"或 者"胎面花紋"模式的模式與測量相關(guān)聯(lián)。
[0032] -對(duì)于每種類別的模式，將概率與取決于包含該模式的模式的每種組合的測量相 關(guān)聯(lián)，并且將具有最大概率的類別的模式歸屬至該測量。
[0033] -對(duì)輪胎的狀態(tài)的診斷通過結(jié)合在不同的時(shí)間區(qū)間內(nèi)完成的測量的結(jié)果而根據(jù) "磨損"模式或"胎面花紋"模式來執(zhí)行。
[0034] -由輪胎產(chǎn)生的聲音信號(hào)通過設(shè)置于車輪罩的前部的傳聲器的方式來測量，所述 車輪罩位于車輛的后部。
【附圖說明】
[0035] 根據(jù)精讀通過示例的方式提供而不是W任何方式限制的所附附圖，本發(fā)明將更容 易地理解，其中：
[0036] -圖1示出了安裝有用于測量和分析輪胎的聲功率的裝置的車輛。
[0037] -圖2示出了對(duì)于在不同速度下測得的測量結(jié)果的非歸一化聲功率譜。
[0038] -圖3示出了歸一化之后的相同功率譜。
[0039] -圖4示出了對(duì)于道路的不同氣象狀態(tài)的平均歸一化功率譜。
[0040] -圖5示出了根據(jù)道路的氣象狀態(tài)的二維降低的判別空間中的測量結(jié)果的分布。 [0041 ]-圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的方法的步驟的功能框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0042] 如圖1中示意性地示出的，在地面G上行駛的車輛C包括前車輪罩和后車輪罩，安裝 有輪胎T的車輪容納于所述前車輪罩和后車輪罩中。
[0043] 當(dāng)車輛C移動(dòng)時(shí)，輪胎T產(chǎn)生振幅和頻率取決于多個(gè)因素的噪聲。運(yùn)個(gè)聲壓實(shí)際上 是來自不同源的噪聲（例如，由于胎面單元與地面G的接觸而產(chǎn)生的噪聲，由于胎面單元之 間的空氣運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的噪聲，由于通過輪胎提起的水粒而產(chǎn)生的噪聲，或者由于與車輛速 度有關(guān)的空氣流動(dòng)而產(chǎn)生的噪聲）的疊加。運(yùn)些噪聲隨著與車輛環(huán)境有關(guān)的噪聲(例如發(fā)動(dòng) 機(jī)噪聲）的疊加而被接收。所有的運(yùn)些噪聲還取決于車輛的速度。
[0044] 接收裝置(例如傳聲器1)盡可能地靠近行駛噪聲產(chǎn)生的位置而安裝于車輪罩中， W接收行駛噪聲。顯然，必須采取實(shí)際的防范措施來保護(hù)傳聲器免遭瓣起的水或泥、砂堿或 其它因素的外部攻擊。因此，傳聲器優(yōu)選地安裝于車輪罩的前方。
[0045] 理想情況下，認(rèn)為捕獲由輪胎產(chǎn)生的所有的行駛噪聲的最好方式是在車輪罩的每 個(gè)中安裝傳聲器。然而，單個(gè)傳聲器就足W確定道路狀態(tài)(氣象狀態(tài)和表面坑法度）。在單個(gè) 傳聲器的情況下，優(yōu)選地將空氣動(dòng)力學(xué)噪聲和發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲隔離開。
[0046] 將傳聲器安裝于后軸車輪罩中的一個(gè)的前部看起來是個(gè)不錯(cuò)的選擇。
[0047] 還可W將傳聲器布置于后保險(xiǎn)杠或前保險(xiǎn)杠中。
[004引所述車輛還包括計(jì)算機(jī)2,所述計(jì)算機(jī)2連接至傳聲器，并且配置為執(zhí)行如下所述 的對(duì)從傳聲器獲取的原始信息進(jìn)行格式化和分析的操作，W及基于由傳聲器檢測的聲功率 的測量結(jié)果來估計(jì)路面或輪胎的狀態(tài)的操作。
[0049] 信息存儲(chǔ)裝置與計(jì)算機(jī)相關(guān)聯(lián)。運(yùn)些裝置可W被用于在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)與學(xué)習(xí)計(jì)劃 (該學(xué)習(xí)計(jì)劃設(shè)及到在已知的行駛狀態(tài)下獲得的測量結(jié)果)有關(guān)并且取決于描述道路或輪 胎的不同狀態(tài)的模式的數(shù)據(jù)。
[0050] 最后，可W將與道路或輪胎的狀態(tài)有關(guān)的數(shù)據(jù)傳送至顯示裝置，或者傳送至駕駛 員輔助系統(tǒng)3,或者傳送至遠(yuǎn)程服務(wù)器。
[0051] 術(shù)語"模式"在運(yùn)里指的是與地面或輪胎的狀態(tài)有關(guān)的一組狀態(tài)，其可能引起聲壓 的測量結(jié)果的實(shí)質(zhì)變化。
[0052] 如上所述，對(duì)輪胎的噪聲具有潛在影響的參數(shù)的數(shù)量可W較大。然而，似乎某些參 數(shù)對(duì)由輪胎產(chǎn)生的噪聲的特性具有較弱的影響或者二階效應(yīng)。例如，運(yùn)種情況可能是利用 輪胎的內(nèi)部壓力或者輪胎上的負(fù)載的情況。
[0053] 出乎意料的是，似乎道路的氣象狀態(tài)為一階參數(shù)。其對(duì)輪胎噪聲的影響非常大，并 且最重要的是，其不依賴于任何其他參數(shù)，例如道路表面的狀態(tài)、輪胎的磨損狀態(tài)或者輪胎 的胎面花紋的類型。運(yùn)些其他參數(shù)也能夠在較小程度上造成行駛噪聲的變化，達(dá)到能夠識(shí) 別行駛噪聲的變化的特殊聲波特征的程度。
[0054] 道路的氣象狀態(tài)形成模式的第一類別，稱為"氣候"類別，其中，可W將干燥的道路 與濕潤的道路(該濕潤的道路的特點(diǎn)是水位與道路表面的自然平整度平齊)區(qū)分開來，或者 與潮濕的道路(該潮濕的道路的水位超過道路表面的自然平整度）區(qū)分開來。例如，道路的 氣象狀態(tài)的變化的實(shí)時(shí)信息對(duì)于駕駛員輔助系統(tǒng)的適應(yīng)來說是頭等重要的。
[0055] 在模式的第二類別(稱為"表面狀態(tài)"類別）中，道路表面的不同狀態(tài)也可W得W區(qū) 分。如果表面具有平滑、不粗糖的外觀(就像漸青在經(jīng)受高熱量之后出油的情況一樣），則將 該表面描述為封閉表面。如果粗糖度較大，則認(rèn)為表面是開放的，例如那些已磨損表面，或 者利用通過將碎片噴射至漸青而修琢形成的表面來快速地修整的鄉(xiāng)村道路。中間表面描述 的是處于前面兩個(gè)狀態(tài)之間的中間狀態(tài)的任何表面，并且更具體而言，所述中間表面應(yīng)用 至新的表面。運(yùn)里假設(shè)表面的坑法度影響由輪胎產(chǎn)生的噪聲的聲透性或聲反射。運(yùn)是由于 隨著道路表面變得更封閉，抽吸陷入地面與輪胎胎面花紋之間的空氣的現(xiàn)象W及由于通過 輪胎和地面的彎曲而形成的空氣模(air wedge)所造成的噪聲的放大現(xiàn)象會(huì)變得更顯著。 例如，在道路的狀態(tài)的實(shí)時(shí)信息通過大量的車輛或者專用的車隊(duì)而返回至道路網(wǎng)絡(luò)的中央 監(jiān)控和維護(hù)系統(tǒng)的情況下，該道路的狀態(tài)的實(shí)時(shí)信息可W證明是有用的。
[0056] 關(guān)于輪胎的狀態(tài)，在模式的第Ξ類別(稱為"磨損"類別）中，可W通過區(qū)分新狀態(tài)、 使用過的狀態(tài)W及中間狀態(tài)(所述中間狀態(tài)在運(yùn)里被認(rèn)為是半磨損輪胎的狀態(tài))來識(shí)別磨 損狀態(tài)。與隨時(shí)間的磨損特性的變化有關(guān)的信息也是必不可少的，尤其是如果其能與有關(guān) 道路的氣象狀態(tài)的信息相結(jié)合。運(yùn)是由于已知在潮濕的表面上行駛的情況下，安裝有已磨 損輪胎的車輛比安裝有新輪胎的車輛更有可能失去控制（"漂滑現(xiàn)象"）。
[0057] 最后，根據(jù)本發(fā)明的方法可W識(shí)別模式的第四類別（所述第四類別稱為"胎面花 紋"類別并且與輪胎上的胎面花紋的類型有關(guān)），區(qū)分胎面花紋的類型是夏季胎面花紋還是 冬季胎面花紋。運(yùn)兩種輪胎類型由具有不同胎面花紋的胎面(就冬季胎面花紋而言，胎面明 顯地雕刻有多個(gè)輪胎溝槽，或者就夏季胎面花紋而言，更多方向性地和更少地雕刻），W及 由形成胎面的材料的質(zhì)地(在冬季輪胎中材料的質(zhì)地更柔軟，而在夏季輪胎中材料的質(zhì)地 更堅(jiān)硬)而基本上區(qū)分開來。具體而言，在輪胎附件在夏季與冬季之間變化的區(qū)域，運(yùn)些特 性對(duì)車輛的運(yùn)行狀況和操縱產(chǎn)生一定影響，并且可W構(gòu)成用于適應(yīng)駕駛系統(tǒng)的有用信息。
[0058] 根據(jù)本發(fā)明的方法能夠使得運(yùn)些不同的模式類別中的每個(gè)W單獨(dú)的方式突出，更 具體而言，在天氣特征的情況下W單獨(dú)的方式突出，或者對(duì)于其他特征，W組合的方式突 出。
[0059] 圖2為在一段時(shí)間帖內(nèi)，由傳聲器記錄的聲功率的頻譜表示。術(shù)語"時(shí)間帖"運(yùn)里指 的是時(shí)間區(qū)間（該時(shí)間區(qū)間通常較短），在該時(shí)間區(qū)間內(nèi)進(jìn)行記錄，用作測量基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)根 據(jù)該記錄來確定。測量的該時(shí)間帖小于或等于0.5秒，或者理想情況下小于或等于0.25秒。
[0060] 該頻譜圖表示在給定的頻率區(qū)間內(nèi)（在運(yùn)種情況下，典型地為位于OHz與20kHz之 間的可聽頻率區(qū)間），取決于頻率的接收的聲功率(單位為dB)。
[0061] 更具體地說，圖2的頻譜表示是通過將頻率區(qū)間分解為預(yù)定寬度的頻帶，并且通過 為每個(gè)頻帶分配等于在該頻帶下測量的平均功率的特征值而獲得的。頻率區(qū)間ΚΞ分之一 倍頻程的頻帶劃分似乎是最恰當(dāng)?shù)?。因此，圖2的每條曲線上的每個(gè)點(diǎn)表示對(duì)于給定的頻帶 的平均聲功率，該平均聲功率在僅速度發(fā)生變化(典型地從30km/h變化至llOkm/h)而所有 其他條件都相等的行駛狀態(tài)下的時(shí)間帖內(nèi)測得。
[0062] 然后，發(fā)現(xiàn)表示譜功率的曲線彼此偏離，并且總體的消耗聲功率根據(jù)速度而增大。 然而，曲線的大體形式保持不變。
[0063] 當(dāng)一種或多種其他類別的模式改變時(shí)，上述發(fā)現(xiàn)重復(fù)進(jìn)行，并且在僅改變速度參 數(shù)時(shí)比較所產(chǎn)生的曲線。
[0064] 然后，確定在整個(gè)頻率區(qū)間上的總體聲功率，該總體聲功率可W被認(rèn)為是位于曲 線與水平軸之間的曲面，并且對(duì)于每個(gè)頻帶，將在給定的時(shí)間帖內(nèi)于該頻帶中觀測到的平 均功率除W在整個(gè)頻率區(qū)間上于該時(shí)間帖內(nèi)記錄的總體功率。運(yùn)近似等價(jià)于對(duì)測量結(jié)果進(jìn) 行"歸一化'。
[0065] 然后，在圖3中可見，預(yù)先獲得的曲線大體上重疊，并且具有非常類似的輪廓，特別 是在最高頻帶處和最代表如上所述的聲學(xué)現(xiàn)象的那些部分。
[0066] 該歸一化可W被用于:在特定的時(shí)間帖內(nèi)，不實(shí)質(zhì)地改變可W從錄音中獲取的分 析能力的情況下，抵消與速度有關(guān)的影響。
[0067] 如果不希望將計(jì)算機(jī)2連接至用于估計(jì)車輛速度的裝置，并且如果希望利用獨(dú)立 的方式來獲取與道路或者車輛的狀態(tài)有關(guān)的數(shù)據(jù)，則可W證明上述優(yōu)勢是決定性的。
[0068] 出于計(jì)算簡單和速度的緣故，可W認(rèn)為總功率等于有關(guān)的頻率區(qū)間的每個(gè)頻帶中 的平均功率的總和。
[0069] 圖3的曲線上的每個(gè)點(diǎn)為表示給定的頻帶內(nèi)的平均聲功率的值。然后運(yùn)些點(diǎn)的集 合可W形成維數(shù)等于頻帶數(shù)量的矢量空間中的矢量。在用于說明本說明書的示例中，考慮 到頻率區(qū)間分割為Ξ分之一倍頻程，并且位于200Hz與20kHz之間的頻率區(qū)間內(nèi)，從而獲得 21維度的矢量。順便應(yīng)當(dāng)注意的是，形成矢量的坐標(biāo)的值的總和等于1。
[0070] 頻率區(qū)間的選擇也可W根據(jù)如下而改變：是否希望完全消除由發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的噪 聲，該噪聲的最大振幅在50化與60化之間，其中例如將考慮頻率區(qū)間位于200化與20曲Z之 間的情況，或者是否希望保留200化W下的頻率范圍內(nèi)所包含的相關(guān)的信息部分，其中，將 考慮從OHz至20曲Z的整個(gè)區(qū)間上的頻譜。
[0071] 時(shí)間帖內(nèi)的聲功率的記錄可W基于在高頻(大約40曲Z)下的聲音信號(hào)的采樣來進(jìn) 行。
[0072] 本發(fā)明的實(shí)施方案包括初始學(xué)習(xí)階段，在該學(xué)習(xí)階段下，在W已知的方式改變?nèi)?上所述的模式(所述模式描述了氣象狀態(tài)、道路狀態(tài)、輪胎磨損狀態(tài)或者輪胎的胎面花紋的 類型)時(shí)進(jìn)行大量的測量。將在如上所述的狀態(tài)中發(fā)現(xiàn)的矢量分配給運(yùn)些測量中的每個(gè)。從 而產(chǎn)生車輛專用學(xué)習(xí)庫。
[0073] 數(shù)據(jù)的分析和統(tǒng)計(jì)處理的方法是已知的，并不形成本發(fā)明的主題。所使用的線性 判別分析方法產(chǎn)生可靠且魯棒的結(jié)果。
[0074] 該方法的第一步驟包括:確定能夠使得維數(shù)降低至描述分配給沿著正交軸線的每 個(gè)測量結(jié)果的矢量的恰好所需的數(shù)量的主要因素坐標(biāo)軸。從矢量空間（該矢量空間的維數(shù) 等于頻帶的數(shù)量，典型地為21維度)到降低的判別空間的變化通過線性變換的方式來實(shí)現(xiàn)。
[0075] 然后，第二步驟包括利用恰當(dāng)?shù)胤Q為判別分析的方法來尋找該降低的判別空間中 的如下區(qū)域:該區(qū)域包含根據(jù)給定的單個(gè)模式或者根據(jù)模式的組合而在學(xué)習(xí)階段進(jìn)行的測 量。
[0076] 術(shù)語"模式的組合"運(yùn)里指的是根據(jù)從每個(gè)類別中選擇的模式來進(jìn)行表示給定的 測量的狀態(tài)。通過示例的方式，利用"已磨損""夏季"輪胎在"封閉"道路上的"潮濕"狀態(tài)下 進(jìn)行的測量表示模式"潮濕-封閉-夏季-已磨損"的組合。因此，組合的模式的數(shù)量等于每種 類別的模式的數(shù)量的乘積。
[0077] 然后，在該降低的判別空間中，我們計(jì)算包含表示模式或模式的組合的點(diǎn)的區(qū)域 的重屯、，W及表示相對(duì)于該重屯、的單個(gè)區(qū)域的點(diǎn)的分散的置信區(qū)間。
[0078] 在用來說明本說明書的示例中，初始的判別空間與降低的判別空間之間的維數(shù)的 降低導(dǎo)致從21維度至大約15維度的變化。該少量的降低表明考慮了頻譜的整體形式，即，不 同模式的表述的特征。還建議的是，除了與道路的氣象狀態(tài)有關(guān)的模式W外，考慮頻帶的降 低的數(shù)量的功率，而不強(qiáng)調(diào)任何有關(guān)道路或輪胎的具體模式。
[0079] 圖4示出了 "歸一化的"聲功率的譜分布，在對(duì)于道路的Ξ種氣象狀態(tài)的倍頻程 的頻帶中，所有的其他模式類別都相同。
[0080] 圖5示出了在二維空間中，根據(jù)道路的"天氣"類別的"干燥"、"濕潤"W及"潮濕"模 式中的一種的測量結(jié)果的分布。
[0081] 最初的觀測使得清楚的是，在干燥路面上獲得的測量結(jié)果不與在濕潤或潮濕的路 面上獲得的測量結(jié)果重疊。第二次觀測掲示了道路的氣象狀態(tài)可W不依賴于具有良好的魯 棒程度的其他模式類別來確定。
[0082] 圍繞著每個(gè)點(diǎn)云的楠圓W-個(gè)、兩個(gè)W及Ξ個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差布置，并且可W用于評(píng)估測 量結(jié)果圍繞著重屯、的分散，特別是用于評(píng)定一個(gè)區(qū)域相對(duì)于另一個(gè)區(qū)域的覆蓋范圍，該覆 蓋范圍代表W下風(fēng)險(xiǎn):將根據(jù)不同的給定模式而得到的測量結(jié)果不恰當(dāng)?shù)胤峙浣o了另一種 模式。
[0083] 基于運(yùn)些數(shù)據(jù)，還可W通過估計(jì)從該點(diǎn)到運(yùn)些模式的每種的重屯、的距離，而確定 新的測量結(jié)果將屬于道路的"天氣"類別的Ξ種模式中的一種的概率。
[0084] 表1示出了根據(jù)立種模式"干燥"、"濕潤"W及"潮濕"中的一種的道路的氣象狀態(tài) 的分類的概率。
[0085] 表 1
[0086]
[0087]如上可見，獲取足夠大的概率來推斷車輛在"干燥"、"濕潤"或者"潮濕"道路上行 駛。僅存在9%的情況會(huì)將"濕潤"模式的識(shí)別錯(cuò)誤地歸屬至"潮濕"模式。
[0088] 同樣地，在不需要提前知道輪胎的狀態(tài)的情況下，能夠確定道路表面的狀態(tài)，其中 道路表面的狀態(tài)的魯棒性比道路的天氣狀態(tài)的魯棒性更小。然而，當(dāng)?shù)缆犯稍飼r(shí)，優(yōu)選執(zhí)行 該分析。該觀測表明：與地面的坑法度和反射有關(guān)的某些聲波現(xiàn)象不依賴于輪胎的特性。
[0089] 另一方面，當(dāng)執(zhí)行類似的分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)包含與設(shè)及輪胎狀態(tài)(磨損或胎面花紋）的 模式有關(guān)的矢量的區(qū)域相對(duì)分散并且滲透至相當(dāng)大的程度(其中，在重屯、周圍具有較高的 分散度，并且在重屯、之間具有較短的距離），從而使得無法得出有關(guān)不存在高風(fēng)險(xiǎn)的錯(cuò)誤確 定的準(zhǔn)確模式的結(jié)論，特別是如果道路狀態(tài)為"濕潤"或"潮濕"狀態(tài)的情況。
[0090] 因此，為了保證令人滿意的魯棒性，所述方法提供了執(zhí)行道路的氣象狀態(tài)的初始 分析，并且如果發(fā)現(xiàn)車輛在"干燥"道路上行駛，則繼續(xù)進(jìn)行用于判別與道路表面、輪胎磨損 狀態(tài)W及輪胎胎面花紋的類型有關(guān)的模式的第二分析。
[0091] 然而，為了獲取更大的魯棒性，看來優(yōu)選的是利用Ξ種類別的組合模式來執(zhí)行判 別分析。然后，根據(jù)從Ξ種模式類別"表面狀態(tài)"、"磨損"W及"胎面花紋"的每種中選擇的模 式的給定組合，而將表示矢量與所得到的測量結(jié)果的點(diǎn)云布置于降低的判別空間中。
[0092] 與輪胎胎面花紋有關(guān)的模式用"A"來表示"冬季"輪胎，而用"P"來表示"夏季"輪 胎;磨損狀態(tài)的模式用"N"來表示"新"輪胎，用來表示"半磨損"輪胎，而用"U"來表示"已 磨損"輪胎;最后表面狀態(tài)的模式用吁"來表示"封閉"模式，用V'來表示"中阿'模式，而用 V'來表示"開放"模式。那么，18種組合的模式分別表示為:ANf、ANm、ANo、AMf、AMm、AMo、 AUf、AUm、AUo、PNf、PNm、PNo、PMf、PMm、PMo、PUf、PUm、PUo。
[0093] 表2示出了對(duì)于模式的18種組合的每一種，基于包含在學(xué)習(xí)庫中的測量結(jié)果而得 到的概率。那么，僅對(duì)于模式觀測到的測量結(jié)果的分散度比對(duì)于組合的模式的小得多，并且 使得分類能夠更有效地執(zhí)行。
[0094] 表 2
[0095]
[0096] 模式組合中的一種組合的總檢測概率大約為0.96。
[0097] 下一個(gè)步驟將針對(duì)給定的新測量結(jié)果，識(shí)別進(jìn)行測量的類別"表面狀態(tài)"、"磨損" w及"胎面花紋"中的每個(gè)的模式。
[0098] 表3可W用于根據(jù)模式的組合來確定Ξ種類別中的一種的模式檢測概率。
[0099] 表3表明了如果測量結(jié)果被分配給類別"AUr (冬季、已磨損、封閉表面），則可能在 胎面花紋（1)、磨損狀態(tài)化)W及表面狀態(tài)（1)的確定方面具有較高的置信度。在關(guān)于輪胎胎 面花紋的類型的預(yù)測不是那么準(zhǔn)確(0.91)的類別"AUo"(冬季、已磨損、開放）中，存在相對(duì) 較低的置信度。
[0100] 表3
[0101]
[0102] 學(xué)習(xí)庫用于定位出組合的模式在降低的判別空間中所位于的區(qū)域，W及區(qū)域的重 屯、和區(qū)域的分散度。典型地，就本說明書而言，討論中的18種組合模式的18個(gè)區(qū)域位于降低 的判別空間中。
[0103] 然后，對(duì)于每種類別的模式，對(duì)于包含該模式的每種模式的組合，基于與每個(gè)新測 量結(jié)果相關(guān)聯(lián)并且轉(zhuǎn)換成降低的矢量空間的矢量的位置來確定概率，并且具有最大概率的 類別的模式歸屬于該測量結(jié)果。
[0104] 因此，如果發(fā)現(xiàn)天氣類別為"干燥"，則通過基于學(xué)習(xí)庫的判別分析的方式，可W利 用由測量結(jié)果得到的21個(gè)矢量的變量，W確定屬于取決于"表面狀態(tài)"類別、"磨損"類別或 "胎面花紋"類別的組合模式中的一個(gè)的概率，或者，典型地，在用于闡述本發(fā)明的情況下， 確定屬于W下18種組合模式的類別中的一種的概率:ANf、ANm、Arfc、AMf、AMm、Mo、AUf、A^、 AUo、PNf、PNm、PNo、PMf、PMm、PMo、PUf、PUm、PUo。例如，該概率通過評(píng)估離討論中的組合模式 類別的重屯、的距離來計(jì)算。
[0105] 然后，在如下方式中，通過第二概率計(jì)算(稱為"胎面花紋+磨損+干燥地面上的表 面"模型)來獲取測量結(jié)果屬于除了天氣類別之外的具體類別的模式中的一種的概率。
[0106] "封閉"道路狀態(tài)模式的概率根據(jù)W下關(guān)系來推斷:p(表面="封閉"）=ρΓ封閉"） =p(ANf)+p(AMf)+p(AUf)+p(PNf)+p(PMf)+p(PUf)
[0107] 類似地，我們推斷：
[010引 P(表面=。中間"）=p(。中間"）= p(ANm)+p(AMm)+p(AUm)+p(PNm)+p(PMm)+p (PUm)，W及
[0109] P(表面=。開放"）=p(。開放"）= p(ANo)+p(AMo)+p(AUo)+p(PNo)+p(PMo)+p (PUo)。
[0110] 然后，我們發(fā)現(xiàn)Ξ個(gè)概率中最大的一個(gè)，并且給出檢測的表面狀態(tài)的模式和相關(guān) 的概率：
[0111] Ρ(表面）=max[p("封閉"）、ρΓ 中間"）、ρΓ 開放"）]。
[0112] 同樣地，Ρ(胎面花紋）=max[p("冬季"）、ρΓ夏季"）]，其中：
[0113] Ρ(胎面花紋=。冬季"）=ρ(。冬季"）=p(ANf )+p(ANm)+p(ANo)+p(AMf )+p(AMm)+p (AMo)+p(AUf)+p(AUm)+p(AUo)，W及
[0114] p(胎面花紋="夏季"）=p("夏季"）=p(PNf )+p(PNm)+p(PNo)+p(PMf )+p(PMm)+p (PMo)+p(PUf)+p(PUm)+p(PUo)。
[0115] 最后，給出磨損為p(磨損）=111曰義[口（"新"）、口（"半磨損"）、口（"已磨損"）]，其中：
[0116] P(磨損=''親開'）=p( ''親開'）=p(ANf )+p(ANm)+p(ANo)+p(PNf )+p(PNm)+p(PNo)，
[0117] p(磨損="半磨損"）=p("半磨損"）=p(AMf )+p(AMm)+p(AMo)+p(PMf )+p(PMm)+p (?〇)，W及
[0118] p(磨損="已磨損"）=p("已磨損"）=p(AUf)+p(AUm)+p(AUo)+p(PUf)+p(PUm)+p (PUo)。
[0119] 然后，將分配給基于給定的測量結(jié)果的模式的概率與指定的闊值進(jìn)行比較，W便 確定結(jié)果W及結(jié)果到顯示系統(tǒng)或駕駛員輔助系統(tǒng)的傳輸?shù)恼_性。通過示例的方式，拒絕 分類的概率不至少為0.75的檢測。并且如果該概率介于0.95與0.75之間，則必須通過一次 或多次隨后的測量來確認(rèn)基于測量的結(jié)果。
[0120] 運(yùn)里應(yīng)當(dāng)注意的是，不同于可W突然地變化并且需要快速的決策的道路的氣象狀 態(tài)或表面狀態(tài)，磨損或者輪胎胎面花紋類型的變化為在時(shí)間上(典型地在對(duì)應(yīng)于100公里甚 至1000公里的距離的行駛的時(shí)間標(biāo)度上)要穩(wěn)定得多的因素。然而，由于運(yùn)些輪胎參數(shù)的檢 測取決于道路狀態(tài)，從而造成的矛盾結(jié)果是運(yùn)些輪胎參數(shù)需要同道路狀態(tài)幾乎一樣快速地 檢測。
[0121] 在確定安裝至車輛的輪胎的實(shí)際磨損狀態(tài)或者胎面花紋的類型之前，通過累積利 用多次連續(xù)測量而獲得的觀測，可W顯著地降低有關(guān)運(yùn)兩種標(biāo)準(zhǔn)的錯(cuò)誤判定的概率。
[0122] 圖6示出了在根據(jù)本發(fā)明的方法中執(zhí)行的操作的順序。
[0123] 在給定的時(shí)間帖內(nèi)（典型地為1/4秒)測量聲功率的頻譜之后，在給定的頻率區(qū)間 (典型地為從200Hz至20kHz)上，將頻譜劃分為已知寬度（典型地為1/3倍頻程）的帶。W 44100kHz的頻率來執(zhí)行在0.25秒的時(shí)間帖內(nèi)對(duì)測量結(jié)果的采樣。
[0124] 線性變換被用來將由測量結(jié)果帶來的歸一化的矢量從21維度的空間變換至降低 的辨別空間。然后，直接確定道路的氣象狀態(tài)，并且，如果發(fā)現(xiàn)道路處于"干燥"模式，則確定 測量結(jié)果與組合的模式中的每個(gè)關(guān)聯(lián)的概率，然后利用"胎面花紋+磨損+干燥路面的表面" 模型來推斷輪胎胎面花紋類型、輪胎磨損W及道路表面狀態(tài)。
[0125] 然后，出于將輪胎狀態(tài)和道路狀態(tài)的診斷傳送至顯示裝置或駕駛員輔助系統(tǒng)或者 道路狀態(tài)監(jiān)控單元的目的，通過累積在規(guī)則的時(shí)間區(qū)間完成的測量的結(jié)果，可W在具備良 好的魯棒程度的情況下確定與輪胎狀態(tài)有關(guān)的累積結(jié)果。
[0126] 因此，本發(fā)明能夠W魯棒的方式并且基于在較短時(shí)間帖內(nèi)進(jìn)行的單個(gè)聲音強(qiáng)度測 量，而在完全不需要知道車輛的速度的情況下確定道路的氣象狀態(tài)，并且，更出乎意料的 是，確定道路表面或者輪胎的狀態(tài)。
[0127] 本說明書所基于的本發(fā)明的實(shí)施方案是非限制性的，并且可W針對(duì)它們的實(shí)施方 案而進(jìn)行變化，具體而言，在數(shù)值數(shù)據(jù)分析的方法的選擇方面進(jìn)行變化，條件是運(yùn)些變化能 夠獲得所描述和要求的技術(shù)效果。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 確定道路(G)的狀態(tài)和安裝于在所述道路上行駛的車輛(C)的輪胎(T)的狀態(tài)的方 法，該方法包括以下步驟： -記錄在給定的時(shí)間幀內(nèi)由在道路的表面上運(yùn)行的輪胎所產(chǎn)生的聲音信號(hào)的測量結(jié) 果， -確定在給定的頻率區(qū)間上的聲音信號(hào)的功率的頻譜密度， -將所述頻率區(qū)間分割為多個(gè)預(yù)定寬度的頻帶，并且每個(gè)頻帶與代表在所述頻帶中測 量的平均聲功率的數(shù)據(jù)元素相關(guān)聯(lián)，由測量獲得的代表數(shù)據(jù)形成與所述測量相關(guān)聯(lián)的矢量 的變量， -根據(jù)分別代表道路和輪胎的給定狀態(tài)的模式而在已知的運(yùn)行狀態(tài)下，利用如上所述 的相同步驟，通過利用由與已經(jīng)完成的預(yù)先記錄的測量相關(guān)聯(lián)的一組矢量組成的學(xué)習(xí)庫而 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行判別分析的方式，來確定對(duì)應(yīng)于與完整的測量相關(guān)聯(lián)的矢量的道路的狀態(tài)和輪 胎的狀態(tài)， 其特征在于，形成與測量相關(guān)聯(lián)的矢量的變量的代表數(shù)據(jù)通過得到在頻帶中測量的平 均聲功率與在整個(gè)頻率區(qū)間上測量的總聲功率之間的比值而獲得。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，總測量聲功率等于有關(guān)的頻率區(qū)間的所有頻帶的 平均聲功率的總和。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，頻帶通過將頻率區(qū)間劃分為三分之一倍頻程 而確定。4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其中，測量的時(shí)間幀小于或等于0.5秒，并 且優(yōu)選地小于或等于0.25秒。5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其中，頻率區(qū)間處于從0Hz至20kHz的范圍 內(nèi)。6. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其中，頻率區(qū)間處于從200Hz至20kHz的范 圍內(nèi)。7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法，其中，由道路的不同氣象狀態(tài)組成的"天 氣"模式的類別包括:干燥狀態(tài)、濕潤狀態(tài)以及潮濕狀態(tài)。8. 根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的方法，其中，由道路表面的不同狀態(tài)組成的"表面 狀態(tài)"模式的類別包括:封閉狀態(tài)(f)、中間狀態(tài)(m)以及開放狀態(tài)(〇)。9. 根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的方法，其中，由輪胎的磨損的不同狀態(tài)組成的"磨 損"模式的類別包括:新狀態(tài)(N)、半磨損狀態(tài)(M)以及已磨損狀態(tài)(U)。10. 根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的方法，其中，由輪胎胎面花紋的不同類型組成的 "胎面花紋"模式的類別包括:夏季花紋(P)和冬季花紋(A)。11. 根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的方法，其中，數(shù)據(jù)的判別分析包括以下步驟： -利用學(xué)習(xí)庫來確定降低的判別空間，并且在該空間中識(shí)別由每種模式或者模式的組 合形成的區(qū)域， -在所述降低的判別空間中并且基于所述矢量的位置來轉(zhuǎn)換與測量相關(guān)聯(lián)的矢量，將 概率與取決于模式干燥、濕潤、潮濕、封閉、開放、中間、已磨損、半磨損、新、夏季、冬季中的 每種或者模式的組合ANf、ANm、ANo、AMf、AMm、AMo、AUf、AUm、AUo、PNf、PNm、PNo、PMf、PMm、 PMo、PUf、PUm、PUo的測量相關(guān)聯(lián)， -根據(jù)每種模式的類別（"天氣"、"表面狀態(tài)"、"磨損"、"胎面花紋"）來確定最可能的模 式。12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，在已經(jīng)預(yù)先確定測量在干燥的道路上執(zhí)行之 后，將取決于"表面狀態(tài)"、"磨損"或者"胎面花紋"模式的模式與測量相關(guān)聯(lián)。13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中： -對(duì)于每種類別的模式，概率與取決于包含該模式的模式的每種組合的測量相關(guān)聯(lián)， -并且，將具有最大概率的類別的模式歸屬至該測量。14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，對(duì)輪胎的狀態(tài)的診斷通過組合在不同的時(shí)間區(qū) 間內(nèi)進(jìn)行的測量的結(jié)果而根據(jù)"磨損"模式或"胎面花紋"模式來執(zhí)行。15. 根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的方法，其中，由輪胎(T)產(chǎn)生的聲音信號(hào)通過設(shè) 置于車輪罩的前部的傳聲器(1)的方式來測量，所述車輪罩位于車輛(C)的后部。
【文檔編號(hào)】B60C23/00GK105829883SQ201480068249
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2014年12月15日
【發(fā)明人】A·帕蒂勒, J·安東尼
【申請人】米其林集團(tuán)總公司, 米其林研究和技術(shù)股份有限公司