本发明涉及一种用于确定一车道路面状况的方法和装置。本发明尤其涉及一种具有滑水危险的车道路面的识别。此外，本发明还涉及一种带有确定车道路面状况的装置的机动车辆。
背景技术：
滑水现象是指一轮胎在湿车道路面的水膜上飘滑。此时，楔形水层移动到轮胎接触面下，由此导致附着力丧失。在滑水瞬间无法将操控和制动力传递到车道路面上。滑水现象的发生对一机动车辆的驾驶过程构成极大危险。许多情况下，滑水现象是在没有明显的、驾驶员可识别的滑水预警时出现的，这会使驾驶员意外地面临滑水危险，并由此造成特别危险的结果。同时，滑水过程中轮胎完全失去与车道路面的接触，车辆类似漂浮在水上。在此状况下，车辆既不可操控也不可刹车。由于滑水现象根据各单位时间被排挤出的水量只在高于一临界行驶速度时发生，由于速度快，事故往往特别严重。
因此，值得努力的是，尽可能及早识别滑水危险，以便通过驾驶员或一车辆中存有的辅助系统相应调整机动车辆的行驶方式。因此需要确定一车道路面状况。尤其是需要确定一包括滑水危险的车道路面状况。
技术实现要素：
本发明公布了一种借助权利要求1所述特征确定一车道路面状况的方法，一种借助权利要求7所述特征确定一车道路面状况的装置以及一种包含权利要求11所述特征的机动车辆。
与此相应地提供了：
一种用于确定一车道路面状况的方法。该方法包括图像数据的提供步骤。其中，图像采集装置至少采集一车辆的车轮周围空间的一部分。此外，本方法包括在所提供图像数据中探测飞溅水的步骤。本方法还包括在应用所提供的图像数据中探测到的飞溅水的情况下对一车道路面状况进行分类的步骤。车道路面的分类至少包括区分干车道路面、湿车道路面以及带有滑水危险的车道路面。
进一步提供了：
一个用于确定车道路面状况的装置。该装置包括一图像采集装置和一分析评估装置。图像采集装置用于采集一车轮周围空间的至少一部分的图像数据并提供所采集图像数据。分析评估装置用于，在所提供图像数据中探测飞溅水并使用在图像数据中所探测到的飞溅水对一车道路面状况进行分类。在此，通过分析评估装置对车道路面状况的分类至少包括区分干车道路面、湿车道路面以及带有滑水危险的车道路面。
进一步提供了：
带有根据本发明所述、用于确定一车道路面状况的一机动车辆。
本发明的优势:
本发明的认知依据是，滑水现象的出现对一车辆驾驶员以及对一全自动或半自动行驶车辆的辅助系统都是一种意外。滑水现象出现时，一水楔移动到轮胎接触面下，由此导致附着力丧失。只要没有发生滑水，在一水不深的湿车道路面上，水通过轮胎花纹的通道被轮胎接收。由于轮胎的表面张力，水附着在轮胎上，随后通过离心力的作用被甩入轮罩中。在即将发生和发生滑水时，轮胎必然排挤出越来越多的水。此时，首先从轮胎甩入轮罩中的水量增加。另外由于动压/反压增加，还有更多的水被排挤到侧面和前面。
因此，本发明依据这样的想法，即考虑到这些认知，并通过分析评估车辆至少一个车轮及其周围空间上的飞溅水情况，来识别即将发生的滑水现象。在此，可至少区分三种不同状况。在干燥车道路面上通常没有飞溅水，这样就可从没有飞溅水推断出车道路面干燥。相反，如果出现飞溅水，那就表明它至少是湿车道路面，即上面有水的车道路面。只要车辆轮胎依然直接与车道路面接触，飞溅水就至少大部分是由于车轮径向运动而被甩入轮罩内的。另外，随着滑水现象概率的增大，越来越多的飞溅水出现在侧面，甚至被排挤到前面。因此，从分析一汽车车轮上的飞溅水中可推断出滑水危险或存在滑水现象。
由于可在飞溅水形状图和滑水危险之间推导出直接的关联，从所探测到的飞溅水中可直接推断出可能的滑水危险。在此，不需要对传感器进行专门的、有时会是复杂或易于出错的校准。因此，通过探测飞溅水，尤其是通过光学探测至少一个车轮及其周围空间的飞溅水，可非常可靠地探测可能的滑水危险。尤其是在更换轮胎后或在改变车辆轮胎的一个或多个参数后，不必对用于探测滑水危险的系统进行调整。
通过这样一种方式的可靠滑水危险探测可向车辆驾驶员尽早指出可能的危险情形。此外，还能将有关滑水危险的信息纳入驾驶员辅助系统，以及全自动或半自动行驶系统，这样，车辆的行驶方式可根据气候状况进行相应调整。由此可明显提高安全性。
根据一实施方式，车道路面的分类还包括微滑水危险的探测。在此，微滑水现象是指车辆，尤其是至少车辆的一个车轮直接面临滑水的现象。在此微滑水状况下，车辆轮胎和车道路面直接接触的接触区域近似零或至少降到最低。同时，在此状况下尽管车辆仍可有限地制动和/或操控，但即将面临滑水。例如，在从较高速度制动时可发现，制动距离明显延长。因此，这种状况特别重要，因为在此状况下还可受控干预车辆的行驶行为。
根据一实施方式，飞溅水的探测包括确定图像数据中飞溅水的排出位置、飞溅水的出射角度，确定图像数据中的飞溅水水量，确定图像数据中的水滴数量和/或确定飞溅水的喷洒范围和/或喷洒方向。此外，同样也能确定用于分析评估图像数据中飞溅水的其他参数。通过确定和分析评估飞溅水的这类特性可很好地确定滑水现象发生的概率以及由此确定驾驶情形的危险程度。
根据一实施方式，飞溅水的探测包括确定有飞溅水的图像数据比例。为此，例如可确定图像数据中代表飞溅水的像素数量。例如，同样可确定面积比例、像素比例或在有飞溅水的图像数据和无飞溅水的图像数据之间的另一种关系。
根据一实施方式，飞溅水的探测包括图像数据中飞溅水比例变化的探测。因此，例如可确定与飞溅水相关的像素或图像数据中水滴的像素在时间上的增加或减少。
根据一实施方式，该方法包含一个用于将所分类的车道路面状况传输到一显示装置和/或一车辆控制装置上的步骤。以此方式，所分类的车道路面状况可向车辆驾驶员显示，使车辆驾驶员由此调整其驾驶行为。控制装置也可接收和分析评估车道路面状况的分类，并使驾驶员辅助系统或一全自动或半自动行驶系统按所分类的车道路面状况对控制过程进行调整。此外，车道路面状况的分类还可借助一传输装置传输给其他车辆或一中央数据处理装置。
根据用于确定车道路面状况装置的一种实施方式，该装置包含一种照明装置。该照明装置用于至少部分照明由图像采集装置采集的区域的一部分。在此，照明装置可借助可见光或不可见光进行照明。尤其也可采用例如红外光、一种预先规定波长或预先规定波长光谱的光进行照明。以此方式，也可在昏暗或光照度不良情况下可靠实施车辆车轮上飞溅水的探测。
根据一实施方式，用于确定车道路面状况的装置包含一信号发送装置。该信号发送装置用于，如果被分类成一预先规定的车道路面状况，则发送一信号。这类信号发送例如可向车辆驾驶员发送光学信号、音频信号或触觉信号。此外，信号发送也可包含一例如传输给车辆另一单元的电子信号。以此方式，车辆控制装置可自动根据所分类的车道路面状况进行调整。此外，信号发送也可包括将所分类的车道路面状况传输给一外部装置，例如另一车辆或一中央数据处理装置。
根据一带有用于确定车道路面状况装置的机动车辆的实施方式，机动车辆包含一控制装置，该控制装置用于，在使用所分类的车道路面状况情况下，对机动车辆的至少一项功能进行调整。以此方式，根据所分类的车道路面状况对车辆的行驶行为进行调整。由此可提升行驶的安全性。
只要适用，上述实施方式以及其他结构形式相互之间可任意组合。其他的实施方式、其他结构形式以及本发明的实施还包括事先或以下描述实施例中本发明特征方面没有明确列举的组合。尤其是，需通过专业人员和各单一观点对本发明各基本形式进行改进或补充。
附图说明
根据在示意图中所给出的实施例对本发明作进一步的解释。其中：
图1：以一示意图的方式描述带有用于根据一实施方式确定车道路面状况装置的一机动车辆；
图2：以一示意图的方式描述湿车道路面的一车辆轮胎的三区模型；
图3：以一示意图的方式说明飞溅水的发展轮廓，它怎样作为根据一实施方式确定一车道路面状况的依据；以及
图4：以一示意图的方式说明一流程图，它怎样作为根据一实施方式确定一车道路面状况的方法的依据。
具体实施方式
图1以一示意图的方式描述一辆带有用于确定某一车道路面状况的装置的车辆1。用于确定车道路面状况的装置包含至少一个图像采集装置11以及一个分析评估装置12。图像采集装置11可是例如一摄像机或一带有多个摄像机的摄像机系统。图像采集装置11的摄像机原则上可是任意适宜的摄像机，例如可是一台记录黑白图像数据的摄像机或是一台采集彩色图像的摄像机。在图像采集装置11中尤其可用车辆1中的驾驶员辅助系统或车辆1中一任意其他系统中已有的摄像机。同时，图像采集装置11对准车辆1的一个车轮21、车辆1的一侧或至少一车轮21的周围环境区域。换句话说，至少一车轮21或至少围绕车轮21的轮罩或车辆1的一侧处于图像采集装置11的视野(field of view，简称FOV)内。
为了确定车道路面状况，原则上只要借助一图像采集装置检测车辆1的至少一个车轮21就足够了。此外，也可借助一个或多个图像采集装置11光学检测车辆1的多个车轮21。例如，可通过图像采集装置11检测车辆1的一个后轮21或两个后轮21。此外，附加或作为替代选择，同样也可借助一个或多个图像采集装置11，对车辆1的一个或两个前轮22进行光学检测。但优选对一个或两个前轮进行检测，因为在此情况下，出现飞溅水的效果大于后轮。
在此，图像采集装置11可在可见光的光谱范围内采集车辆1一个车轮21的图像数据。其中，可采集彩色或黑白图像数据。也可附加或作为替代选择，在不可见红外线和/或紫外线波长范围内采集图像数据。
在此，图像采集装置11可对车辆1的至少一个车轮21进行全面的光学检测。此外，也可光学检测车辆1的车轮21周围环境中的另一区域。然而，也可通过图像采集装置11仅光学检测车轮21的一个部分区域以及该部分区域的四周适宜的周边环境区域。其中，除了车轮21的至少一部分或车辆1轮罩的一部分之外，图像采集装置11要检测的图像区域还应包括在湿车道路面状况下，预期会在车辆1运动时因被车轮21排挤而出现飞溅水的周围环境区域。
例如，图像采集装置11可在视野(FOV)中用一规定的图像重复率周期性进行采集并相应地提供图像数据。但原则上对图像数据采集的图像重复率须根据例如车辆速度或其他类似参数进行调整。
为了在光照度不良以及昏暗中也能借助图像采集装置11进行光学检测，可借助一适宜的照明装置13对图像采集装置11的视野区域或必要时仅对其中的部分区域进行照明。由照明装置13所发射的光尤其可在由图像采集装置11所检测的波长范围内进行调整。由此，例如在由图像采集装置11采集红外光时，也可由照明装置13发射相应波长范围内的红外光。通过应用例如红外光等不可见光，可避免对其他人，尤其是对其他车辆的车辆操控人员或车辆1周围环境中的其他人造成影响。
随后，由图像采集装置11所采集的图像数据被提供给分析评估装置12。分析评估装置12处理由图像采集装置11所提供的图像数据，并特别是探测所提供的图像数据中必须归入飞溅水的元素。在此，图像数据中要探测的飞溅水是指由图像采集装置11监测的、车轮21排挤出的水，和/或首先附着在各相应车轮21上并由于车轮21的径向运动而从车轮21甩出的水。在此，分析评估装置12可确定图像数据中探测到的飞溅水的一个或多个特性。随后，基于图像数据中飞溅水的特性，由分析评估装置12对车道路面状况进行分类。此时，车道路面状况的分类至少包括三类车道路面状况：干车道路面、湿车道路面和有滑水危险的车道路面。
如果在由图像采集装置11所采集的图像数据中没有或几乎没有探测到飞溅水，则车道路面被分类为干车道路面。与此相反，如果在由图像采集装置11所采集的图像数据中探测到了飞溅水，则所探测车道路面至少为湿车道路面，此外，必要时还会存在滑水危险。因此，在出现飞溅水的情况下，要实施一附加分析，以便从飞溅水的一个或多个特性中探测可能的滑水危险或必要时估计出现滑水危险的概率。
在湿车道路面中，首先一部分水附着在车轮21上。由于在进一步过程中车轮的径向运动，这部分水被部分地甩出。这种在没有滑水危险情况下湿车道路面上出现的飞溅水是从车轮21甩出到车辆1轮罩中的飞溅水。出现这类飞溅水时，车道路面可至少被分类为湿车道路面。
在湿车道路面中，此时首先车道路面上的水将通过车轮21轮胎花纹中的凹槽排出。只要水还能充分排出，在这样的轮胎中花纹突出部分就仍可与车道路面接触，即继续具有附着和制动效果。在此，随着水量的增加和/或车辆1速度的提升，水也更多地排向侧面，并也可能被向前排出。同时，滑水危险不断增大。因此，飞溅水的增加，尤其是探测到向侧面和/或向前的飞溅水量也被作为滑水危险增大的提示进行分析评估。如果探测到的飞溅水超过一规定阈值，那么车道路面状况被分类为有“滑水危险”。此时，飞溅水总量、脱离车轮被甩入轮罩的飞溅水量和/或朝向侧面或朝前的飞溅水，都可作为探测滑水危险的标准进行分析评估。
在此，对飞溅水量的考虑可有几个不同参数。例如，可分析评估由图像采集装置11提供的图像数据中一图像(帧)中的全部像素(图像元素)，并同时区分归属于飞溅水的像素和不归属于飞溅水的像素。与此相应，当超过归属于飞溅水的第一像素数量时，车道路面至少可被分类为湿车道路面，如果超过另一阈值，车道路面则被归类为有滑水危险的车道路面。此外，也可在一图像中合计所有归属于飞溅水的表面部分。在此情况下，当超越第一阈值时，车道路面可被分类为湿车道路面，当超越第二阈值时，车道路面被分类为具有滑水危险的车道路面。此外，还可分析评估所采集的图像数据中飞溅水的比例变化，并在飞溅水比例快速增长时推断出湿车道路面或有滑水危险的车道路面。在此，必要时也可基于例如行驶速度或车辆1的刮水器活动或外部温度等其他参数对用于区分干车道路面、湿车道路面和有滑水危险的车道路面之间的阈值加以调整。
此外，也可确定由图像采集装置11所探测到的图像数据中飞溅水的角度，并基于在图像数据中一个或必要时多个飞溅水角度，区分车道路面状况的分类。另外，也可基于飞溅水的喷洒范围和/或飞溅水的喷洒方向对车道路面状况进行分类。此外，同样可通过例如出水的水滴形状或喷束形状等其他参数来区分车道路面状况。
必要时，除了上述三种车道路面状况外，还可区分出一种或多种其它的车道路面状况。例如还可区分成一种被称为“微滑水”的车道路面状况。这种被称为微滑水的车道路面状况是指车轮21尽管在车道路面上尚有附着力，或只有很小的附着力，但直接面临全面的滑水。
图2以一示意图的方式描述一轮胎30和一车道路面35之间的三区模型。其中，处于车道路面35上的水37被显示为阴影。在此情况下，轮胎30与车道路面35的接触面可被划分为31到33这三个区域。如果车辆及其轮胎30沿着箭头所指方向运动，在轮胎上首先构成轮胎30和车道路面35之间存在近似楔形水的接近区31。在此接近区31上紧接着一个过渡区32。在连接过渡区32的接触区33的区域中，轮胎30与车道路面35直接接触，由此可达到相应的附着效果。随着水位的增高和/或行驶速度的增加，接触区33及其轮胎30与车道路面35之间的接触面减小。如果接触区33的扩展接近零，则会直接面临滑水危险。因此，这种状况被称为微滑水现象。如果没有接触区域33，也就是说，在轮胎30与车道路面35之间的整个区域内有水，那么就会出现滑水现象，在此状况下，车辆不再能受控操控或制动。
图3以示意图的方式描述具有行驶方向F的一轮胎30的各个飞溅水方向。在干车道路面上显然不会出现飞溅水，而在湿车道路面上，如前所述，由于水附着在轮胎30的表面上，首先形成因轮胎30的径向运动而被从轮胎30甩出的飞溅水。这些飞溅水被向后甩入车辆的轮罩中，并以滴水和喷束形状从轮罩的后部侧面地排出。这部分飞溅水在图3中用附图标记43标识。随着水位的增高和/或行驶速度的增大，更多的飞溅水沿方向42侧面地被排挤出。此外，也可在轮胎30的前方沿行驶方向F形成一种车头波浪，这种波浪必要时也会沿方向41向前引起飞溅水。在这两种情况下，飞溅水是由于一种滑水危险时增加的水压引起的。水的主要出口分别位于轮胎与车道路面之间接触区域的下方，即在所谓的轮胎压印面上。随着因离心力作用被甩入轮罩的水出现，这些水从轮罩侧面排出并在整个靠近轮胎的区域产生大量的溅沫。
与此相应，仅在方向43出现飞溅水时可推断出湿车道路面，与此同时，当方向42和41上飞溅水增加时，出现微滑水或滑水现象的概率也在增加。因此，从飞溅水的量和/或方向可推断出车道路面状况，尤其是推断出面临滑水现象的概率。
由此，可向车辆驾驶员发出车道路面状况的分类信息，尤其是湿车道路面的指示。例如，可因增大的滑水危险向车辆驾驶员发出一光学和/或音频和/或触觉信号。由此，车辆驾驶员可相应调整行驶方式，例如减速，并由此预防因滑水现象导致的失控行驶。
此外，也可将车道路面状况的分类，尤其是车道路面的探测以及滑水危险或必要时微滑水现象或滑水现象出现概率的探测提供给车辆1的另一控制系统。例如，驾驶员辅助系统可基于车道路面状况的分类自动干预车辆行驶方式，以此预防由于滑水现象导致的行驶失控，必要时也可在出现滑水现象时对车辆的控制装置进行干预，以免在滑水现象期间实施危险的操控和/或制动操作。此外，全自动或半自动行驶系统也可根据车道路面状况调整行驶方式。
此外，也可借助一通信装置，例如一无线电接口或类似装置将所探测到的车道路面状况，尤其是所探测到的滑水危险或滑水概率传输给其他车辆或中央计算系统。以此方式也可使其他交通参与者使用车道路面状况分类。
图4以一示意图的方式描述一种用于根据一实施方式确定一车道路面状况的方法。在第一步骤S1中首先通过一图像采集装置11采集和提供图像数据。在此，如上所述，图像采集装置11对准车辆的至少一个车轮21、围绕车轮21的一个区域和/或车辆1的至少一侧。在步骤S2中探测所采集的图像中的飞溅水。在使用所提供的图像数据中探测到的飞溅水的情况下，在步骤S3中对车道路面状况进行分类。在此，分类至少包括区分为下列三种车道路面状况：干车道路面、湿车道路面和带有滑水危险的车道路面。此外，也可有一种或多种其它的车道路面状况。所述分类尤其可包含另一种隐现(looming)的滑水现象、在此被称为微滑水的车道路面状况。
综上所述，本发明涉及一种基于在一车辆的车轮上出现的飞溅水对车道路面状况的分类。为此，借助一摄像机对车辆的车轮周围空间进行检测，并对由摄像机所采集的图像进行分析，以探测其中的飞溅水。基于所探测的飞溅水，例如飞溅水的角度、方向或喷洒范围可将相关车道路面状况区分成干车道路面、湿车道路面或带有滑水危险的车道路面。