本发明属于无人驾驶装置领域，具体地说，尤其涉及一种路面状况感应装置和方法及其无人驾驶汽车。
背景技术：
随着科学水平的提高，无人驾驶的车辆逐渐呈现增长与技术更新的趋势，无人驾驶汽车在路况较好时能够通过自身携带的GPS、摄像机及传感雷达实现自动驾驶，并通过信号传递装置实现与远程控制人员的信息与命令的交换。但是，在路面状况较为复杂的情况下，无人驾驶的车辆依然需要切换到人工驾驶的模式，以避免危险情况的发生。
路面状况包括较好的柏油与水泥路面，也包括较为复杂的砂石路和坑洼路段，不同的路面适应与不同的速度和方向盘的控制，传统的内置系统单纯依靠摄像头和自带地图数据的支持并不能很好地满足无人驾驶的需求。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种路面状况感应装置和方法及其无人驾驶汽车，其能够实现路面单位时间或间隔时间内的信息反馈，并与无人驾驶汽车的路面信息采集装置进行配合，实现自动驾驶的主控制系统实现复杂路况的行驶。
为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种路面状况感应装置，该感应装置包括轮速传感器、振动传感器和信号处理单元，其中所述轮速传感器和振动传感器均与信号处理单元通过电信号的方式连接，所述信号处理单元至少包括中央处理器、可读写擦除的存储芯片、临时缓存单元、输出电路，其中中央处理器用来调取存储芯片内的数据与临时缓存单元内的数据进行比较，并将比较后的结果输出。
进一步地讲，本发明中所述的轮速传感器采用高精度霍尔式ABS轮速传感器。
进一步地讲，本发明中所述的振动传感器采用相对式电动传感器、电涡流式传感器、电感式传感器、电容式传感器、惯性式电动传感器、压电式加速度传感器、压电式力传感器、电阻式应变传感器中的一种。
一种安装有所述路面状况感应装置的无人驾驶汽车，所述无人驾驶汽车的车轮部位设有振动传感器和轮速传感器，振动传感器和轮速传感器的信号通过信号放大电路、滤波电路后将信号传递至信号处理单元，信号处理单元处理信号后将信号反馈至无人驾驶汽车的主控制系统，无人驾驶汽车的主控制系统接受信号后通过控制发动机的转速、方向盘来实现规避。
一种安装有上述路面状况感应装置的无人驾驶汽车的路面状况判断方法，该判断方法包括以下步骤：
1)、通过上述任意一种的振动传感器检测采集振动加速度单位时间或者间隔时间内的振动加速度值，并通过电信号的方式传递至信号处理单元；通过轮速传感器来测定单位时间或间隔时间内汽车行驶的瞬时速度；
2)、信号处理单元接收到振动传感器、轮速传感器的检测信号后，通过积分运算的方式实现单位时间或者间隔时间内的振动速度，并由此得到单位时间或者间隔时间内的振动频率值；
3)、上述振动频率值通过与信号处理单元内存储芯片所存储的数值进行对比，数值差别在0～1.5％的误差范围内时，信号处理单元将测得的振动频率值与存储数值比对成功，输出信号至无人驾驶汽车的主控制系统；
4)、无人驾驶汽车的主控制系统接收到信号后，通过控制发动机的转速、方向盘来实现降速或规避。
5)、轮速传感器继续采集汽车行驶的瞬时速度，并将信号反馈至主控制系统，进一步调节汽车在不同路面的形式速度。
进一步地讲，本发明中所述的信号处理单元内部的可读写擦除的存储芯片存储有柏油路、水泥路、砂石路、泥土路、坑洼的振动模型数据。
进一步地讲，本发明中所述的无人驾驶汽车还包括用以监测路面状况的摄像头，该摄像头能够通过采集到的路面状况信息通过电信号的方式反馈至无人驾驶汽车的主控制系统，主控制系统通过摄像头采集到的路面信息与振动传感器的振动频率值进行对比。
进一步地讲，本发明中所述的摄像头采集到的路面信息与振动频率一致时，主控制系统进行无人驾驶汽车的降速；摄像头采集到的路面信息与振动频率部分一致时，说明路面存在坑洼，主控制系统进行无人驾驶汽车的降速与方向盘动作进行规避；摄像头采集到的路面信息与振动频率不一致时，主控制系统切换无人驾驶汽车至人工控制模式或通过信号传递装置反馈至远程操作人员。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过采集不同道路在相同车型上的振动模型内置于无人驾驶汽车的控制模块上，通过采集的实时数据判断无人驾驶汽车所行驶的路面状况，并作为无人驾驶汽车路面监测的摄像头的补充与辅助，实现无人驾驶汽车在路面状况监测方向的进步。
具体实施方式
下面结合实施例对本申请所述的技术方案作进一步地描述说明。
实施例1：一种路面状况感应装置，该感应装置包括轮速传感器、振动传感器和信号处理单元，其中所述轮速传感器和振动传感器均与信号处理单元通过电信号的方式连接，所述信号处理单元至少包括中央处理器、可读写擦除的存储芯片、临时缓存单元、输出电路，其中中央处理器用来调取存储芯片内的数据与临时缓存单元内的数据进行比较，并将比较后的结果输出。
实施例2：一种路面状况感应装置，其中所述轮速传感器采用高精度霍尔式ABS轮速传感器。所述振动传感器采用相对式电动传感器、电涡流式传感器、电感式传感器、电容式传感器、惯性式电动传感器、压电式加速度传感器、压电式力传感器、电阻式应变传感器中的一种。其余部分的结构与连接关系与实施例1中所述的结构及连接关系相同。
实施例3：一种无人驾驶汽车，该无人驾驶汽车至少包括方向盘、主控制系统、发动机、车辆行走系统，主控制系统包括自动驾驶和人工驾驶两种模式，在无人驾驶汽车的车辆行走系统内设有振动传感器和轮速传感器，振动传感器位于车轮内，振动传感器和轮速传感器的信号通过信号放大电路、滤波电路后将信号传递至信号处理单元，信号处理单元处理信号后将信号反馈至无人驾驶汽车的主控制系统，无人驾驶汽车的主控制系统接受信号后通过控制发动机的转速、方向盘来实现规避。
实施例4：一种实施例3所采用的无人驾驶汽车路面状况的判断方法，其中该方法包括以下步骤：
1)、通过上述任意一种的振动传感器检测采集振动加速度单位时间或者间隔时间内的振动加速度值，并通过电信号的方式传递至信号处理单元；通过轮速传感器来测定单位时间或间隔时间内汽车行驶的瞬时速度；
2)、信号处理单元接收到振动传感器、轮速传感器的检测信号后，通过积分运算的方式实现单位时间或者间隔时间内的振动速度，并由此得到单位时间或者间隔时间内的振动频率值；
3)、上述振动频率值通过与信号处理单元内存储芯片所存储的数值进行对比，数值差别在0～1.5％的误差范围内时，信号处理单元将测得的振动频率值与存储数值比对成功，输出信号至无人驾驶汽车的主控制系统；
4)、无人驾驶汽车的主控制系统接收到信号后，通过控制发动机的转速、方向盘来实现降速或规避；
5)、轮速传感器继续采集汽车行驶的瞬时速度，并将信号反馈至主控制系统，进一步调节汽车在不同路面的形式速度。
其中所述信号处理单元内部的可读写擦除的存储芯片存储有柏油路、水泥路、砂石路、泥土路、坑洼的振动模型数据。
所述无人驾驶汽车还包括用以监测路面状况的摄像头，该摄像头能够通过采集到的路面状况信息通过电信号的方式反馈至无人驾驶汽车的主控制系统，主控制系统通过摄像头采集到的路面信息与振动传感器的振动频率值进行对比。
所述摄像头采集到的路面信息与振动频率一致时，主控制系统进行无人驾驶汽车的降速；摄像头采集到的路面信息与振动频率部分一致时，说明路面存在坑洼，主控制系统进行无人驾驶汽车的降速与方向盘动作进行规避；摄像头采集到的路面信息与振动频率不一致时，主控制系统切换无人驾驶汽车至人工控制模式或通过信号传递装置反馈至远程操作人员。
鉴于上述实施例，本发明在使用时，其工作过程及方式如下：
通过事先采集不同车型，不同轮毂在不同路面上的车轮振动情况，该类型的振动情况是通过采集到的车轮振动加速度值通过积分方式实现车轮振动速度的计算，并且通过该单位时间或者间隔时间来得出车轮的振动频率。以上述采集到的车轮的振动频率生成数据库，并将该数据库存储至信号处理单元的可读写擦除的存储芯片内。
由于本发明中所述的振动传感器包括采用相对式电动传感器、电涡流式传感器、电感式传感器、电容式传感器、惯性式电动传感器、压电式加速度传感器、压电式力传感器、电阻式应变传感器中的一种，设置于无人驾驶汽车的车轮部，单位时间或间隔时间内采集该类车型在路面上的车轮振动情况。位于车轮部位的霍尔式ABS轮速传感器用于辅助提供该单位时间或者间隔时间内的振动加速度，同时也用于提供车辆的瞬时速度来为无人驾驶主控制系统的速度调整提供参考。
传感器采集到的信号由于信号值较小，因此需要采用放大电路来实现对传感器信号的放大。由于采集到的单位时间或者间隔时间内的振动信号存在杂波，因此需要在放大后通过滤除杂波信号的方式实现对信号的预处理，该杂波信号的滤除方式采用滤波电路来实现。
将上述数据模型存储至信号处理单元的可读写擦除的存储芯片内，在需要该数据时，信号处理单元的CPU模块从存储芯片内调出该数据逐一类比，并与采集到的单位时间或间隔时间内的车轮振动频率进行比较，在允许的误差(0～1.5％)内，对比成功后将与之匹配的路面状况代码反馈至无人驾驶汽车的主控制系统。
无人驾驶汽车的主控制系统可单独通过该信号判断路况，也可通过与无人驾驶汽车上的摄像头配合实现图像处理与路面感知的综合判断来实现不同路况的控制。单独控制的工作过程如上述步骤所述，但是单独控制受限于传感器可靠性及使用寿命和精度。
在摄像头与传感器综合判断路面状况的过程中，摄像头通过采集到的路面图像，通过电信号传递的方式传递至无人驾驶汽车的主控制系统，主控制系统通过CCD拍照图像分析处理对路面图像的处理分析或者主控制系统通过信号传递装置与远程操作人员、云网络计算等反馈路面结果，并且配合传感器采集到的车轮振动频率值反馈的路面车轮振动情况，实现无人驾驶汽车的降速或规避。
上述情况分为以下几种类型：
1、所述摄像头采集到的路面信息与振动频率一致时，主控制系统进行无人驾驶汽车的降速；
2、摄像头采集到的路面信息与振动频率部分一致时，说明路面存在坑洼，主控制系统进行无人驾驶汽车的降速与方向盘动作进行规避；
3、摄像头采集到的路面信息与振动频率不一致时，主控制系统切换无人驾驶汽车至人工控制模式或通过信号传递装置反馈至远程操作人员。
由于本发明主要采用的是振动传感器和轮速传感器配合实现对路况的检测，因此需要较低的延时，以便实现无人驾驶汽车的自动驾驶，因此在本发明中延时时间需要小于0.5秒。轮速传感器安装在靠近车轮的齿轮处，其性能参数如下：
振动传感器的要求性能为：
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