一种基于三轴加速度计的雨天车道水膜检测系统及检测方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于三轴加速度计的雨天车道水膜检测系统及检测方法，车辆在行驶过程中，三轴加速度计实时采集三个方向的加速度信号，在轮胎接触水膜瞬间，加速度信号会产生信号突变；利用特征提取算法对产生突变瞬间的加速度信号进行特征值提取；搭建水膜厚度预测模型，将车速

【技术实现步骤摘要】
一种基于三轴加速度计的雨天车道水膜检测系统及检测方法


[0001]本专利技术涉及一种基于三轴加速度计的雨天车道水膜检测系统及检测方法
。

技术介绍

[0002]轮胎是车辆唯一与路面接触的部件，其与路面之间的摩擦力直接驱动车辆运动
。
对汽车的动力性
、
舒适性和安全性至关重要
。
[0003]由于天气或地理位置关系，道路上经常会有水膜的存在，车辆在行驶时可能会发生打滑甚至“水滑”现象，严重影响车辆的行驶稳定性和安全性
。
特别是在光线不足的情况下，驾驶员凭借肉眼很难发现道路上水膜的存在
。
近年来，越来越多的车企意识到了智能化的重要性，一些高端汽车上面开始配备湿度检测系统，但这些系统的成本高昂，功能单一且无法给出量化的数值
。
[0004]现有的专利，例如：专利
(US16641599)
：含水量传感器和路面状态检测装置；专利
(EP13180207.6)
：道路车辆的水深检测；专利
(PCT/US2017/017124)
：自动驾驶汽车道路积水检测；专利
(US14957983)
：基于视觉的轮胎轨迹湿路面状态检测；专利
(US15968811)
：路面检测系统；专利
(CN201710112159.6)
：带有固体声音传感器的检测在车道上的湿度的传感器装置
。
这些检测道路状态的方法对于水膜的检测都很模糊，而且硬件安装较为复杂
、
成本高昂，无法和车辆系统完美契合甚至会影响车辆的正常行驶
。
[0005]本专利技术摒弃传统理念，聚焦于智能轮胎，专利技术了一种基于三轴加速度计的雨天车道水膜检测方法，利用安装在轮胎内衬的三轴加速度计采集相关数据，实时检测车道上的水膜是否存在，同时进一步结合特征提取算法以及设计回归预测模型对水膜的具体厚度进行高精度预测
。

技术实现思路

[0006]本专利技术是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种基于三轴加速度计的雨天车道水膜检测系统
。
[0007]本专利技术所采用的技术方案有：
[0008]一种基于三轴加速度计的雨天车道水膜检测系统，包括轮辋和设于轮辋上的胎体，还包括三轴加速度计
、
导电滑环
、
数据传输线
、
恒流适配器
、
数据采集卡和上位机，所述三轴加速度计固定于胎体的内衬上，导电滑环安装在轮毂的中心处，三轴加速度计和恒流适配器均通过数据传输线与导电滑环相连，恒流适配器与数据采集卡相连，数据采集卡与上位机相连
。
[0009]进一步地，所述轮辋上设有安装孔，三轴加速度计通过置于胎体内，且通过粘合剂固定在胎体的内衬上，在安装孔上设有密封盖
。
[0010]本专利技术还公开了一种基于三轴加速度计的雨天车道水膜检测系统的检测方法，包括如下步骤：
[0011]1)
车辆在行驶过程中，三轴加速度计实时采集三个方向的加速度信号，在轮胎接
触水膜瞬间，加速度信号会产生信号突变；
[0012]2)
利用特征提取算法对产生突变瞬间的加速度信号进行特征值提取；
[0013]3)
搭建水膜厚度预测模型，将车速
V、
胎压
P、
负载
V
以及提取的所有特征值作为输入参数一同输入水膜厚度预测模型中，然后通过主成分分析算法进行数据降维以获得输入参数中的主成分，将获得的主成分作为所述模型的输入值，模型通过输入值来实时预测车道上的水膜厚度
。
[0014]进一步地，三轴加速度计采集到的加速度信号包括：
[0015]轮胎径向的加速度信号，轮胎侧向的加速度信号，轮胎纵向的加速度信号；
[0016]三个方向构成
XYZ
三维坐标系，其中
Z
方向，即轮胎纵向为车辆的运动方向；
[0017]Y
方向，即轮胎侧向为轮胎的轴线方向；
[0018]X
方向，即轮胎径向
。
[0019]进一步地，对步骤
2)
中的特征提取是针对
X
方向提取到的加速度信号进行，提取的特征值为：在
X
方向加速度信号发生突变的瞬间，提取信号波形中的：平均峰值
H
A1
、
左峰值
H
L1
、
右峰值
H
R1
、
左宽
W2、
右宽
W3、
宽
W1、
左波谷
H
L2
、
右波谷
H
R2
以及面积
A1；
[0020]所述左波谷
H
L2
与右波谷
H
R2
为
X
方向加速度信号发生突变瞬间，处于两个最低波谷的信号值；
[0021]左峰值
H
L1
与右峰值
H
R1
为左波谷
H
L2
与右波谷
H
R2
之间处于两个最顶端的峰值；
[0022]左宽
W2为左峰值
H
L1
到平均峰值
H
A1
之间的距离，右宽
W3为右峰值
H
R1
到平均峰值
H
A1
之间的距离，宽
W1为左峰值
H
L1
、
右峰值
H
R1
之间的距离，
[0023]面积
A1为左峰值
H
L1
、
右峰值
H
R1
之间的面积
。
[0024]进一步地，水膜厚度预测模型搭建后，将车速
V、
胎压
P、
负载
V
以及提取的9个特征值总共
12
个参数输入水膜厚度预测模型，然后通过主成分分析算法对输入的所有参数进行主成分分析，最终得到
10
个参数作为水膜厚度预测模型的输入，所述
10
个参数为：车速
V、
胎压
P、
面积
A1、
平均峰值
H
A1
、
左峰值
H
L1
、
左宽
W2、
右宽
W3、
左波谷
H
L2
、
右波谷
H
R2
、
宽
W1。
[0025]进一步地，所述水膜厚度预测本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于三轴加速度计的雨天车道水膜检测系统，包括轮辋
(3)
和设于轮辋
(3)
上的胎体
(1)
，其特征在于：还包括三轴加速度计
(9)、
导电滑环
(10)、
数据传输线
(11)、
恒流适配器
(12)、
数据采集卡
(13)
和上位机
(14)
，所述三轴加速度计
(9)
固定于胎体
(1)
的内衬上，导电滑环
(10)
安装在轮毂的中心处，三轴加速度计
(9)
和恒流适配器
(12)
均通过数据传输线
(11)
与导电滑环
(10)
相连，恒流适配器
(12)
与数据采集卡
(13)
相连，数据采集卡
(13)
与上位机
(14)
相连
。2.
如权利要求1所述的基于三轴加速度计的雨天车道水膜检测系统，其特征在于：所述轮辋
(3)
上设有安装孔，三轴加速度计
(9)
通过置于胎体
(1)
内，且通过粘合剂固定在胎体
(1)
的内衬上，在安装孔上设有密封盖
(5)。3.
一种如权利要求1所述的基于三轴加速度计的雨天车道水膜检测系统的检测方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)
车辆在行驶过程中，三轴加速度计实时采集三个方向的加速度信号，在轮胎接触水膜瞬间，加速度信号会产生信号突变；
2)
利用特征提取算法对产生突变瞬间的加速度信号进行特征值提取；
3)
搭建水膜厚度预测模型，将车速
V、
胎压
P、
负载
V
以及提取的所有特征值作为输入参数一同输入水膜厚度预测模型中，然后通过主成分分析算法进行数据降维以获得输入参数中的主成分，将获得的主成分作为所述模型的输入值，模型通过输入值来实时预测车道上的水膜厚度
。4.
如权利要求3所述的基于三轴加速度计的雨天车道水膜检测方法，其特征在于：三轴加速度计采集到的加速度信号包括：轮胎径向的加速度信号，轮胎侧向的加速度信号，轮胎纵向的加速度信号；三个方向构成
XYZ
三维坐标系，其中
Z
方向，即轮胎纵向为车辆的运动方向；
Y
方向，即轮胎侧向为轮胎的轴线方向；
X
方向，即轮胎径向
。5.
如权利要求4所述的基于三轴加速度计的雨天车道水膜检测方法，其特征在于：对步骤
2)
中的特征提取是针对
X
方向提取到的加速度信号进行，提取的特征值为：在
X
方向加速度信号发生突变的瞬间，提取信号波形中的：平均峰值
H
A1
、
左峰值
H
L1
、
右峰值
H
R1
、
左宽
W2、
右宽
W3、
宽
W1、
左波谷
H

【专利技术属性】
技术研发人员：李波，过锦飞，贝绍轶，易爱斌，戴炜烈，提艳，杨霖，恽航，王子寒，刘祎，孙越，胡梦丹，李昊文，
申请(专利权)人：江苏理工学院，
类型：发明
国别省市：