Voertuigsensoren in functie van wegdekbeheer

Ken Vanherpen
InleidingDe Vlaamse wegen zijn berucht voor hun vele defecten. Zeker na een periode van vorst, duiken er talloze putten op in het wegdek welke hinderlijk zijn voor de vele automobilisten. In enkele gevallen leidt dit zelfs tot schadeclaims[1]. En zoals elke Vlaming weet, duurt het soms een eeuwigheid voor deze defecten worden hersteld.De oorzaak van deze late herstellingen, is vaak de late detectie van deze onregelmatigheden in het wegdek. In de huidige situatie wordt hiervoor een duur gesofisticeerd meetvoertuig ingezet (zie figuur 1 in de bijlage).

Voertuigsensoren in functie van wegdekbeheer

Inleiding

De Vlaamse wegen zijn berucht voor hun vele defecten. Zeker na een periode van vorst, duiken er talloze putten op in het wegdek welke hinderlijk zijn voor de vele automobilisten. In enkele gevallen leidt dit zelfs tot schadeclaims[1]. En zoals elke Vlaming weet, duurt het soms een eeuwigheid voor deze defecten worden hersteld.

De oorzaak van deze late herstellingen, is vaak de late detectie van deze onregelmatigheden in het wegdek. In de huidige situatie wordt hiervoor een duur gesofisticeerd meetvoertuig ingezet (zie figuur 1 in de bijlage). Dit voertuig is voorzien van talloze sensoren welke het wegdek 'aftast' naar defecten. Door de hoge kostprijs van deze voertuigen, is hiervan maar één exemplaar ter beschikking van het Agentschap Wegen en Verkeer. Dit heeft als gevolg dat het twee jaar duurt alvorens men het volledige Vlaamse wegennet heeft geanalyseerd. Wat dan weer tot gevolg heeft dat een klein defect kan uitgroeien tot een groot probleem, vooraleer het wordt gedetecteerd.

Het VIM[2] (Vlaams Instituut voor Mobiliteit), welke deze masterproef financieel mogelijk maakte, wou daarom een mogelijk alternatief onderzoeken voor het detecteren van putten: “het inzetten van dagdagelijkse voertuigen waar u en ik mee rijden”. De ontwikkelde technologie moet hierbij in staat zijn om minstens een put van 20 cm diameter en 4 cm diepte op te sporen.

Onderzoek

Zoals iedereen weet zijn de huidige generatie voertuigen voorzien van talloze snufjes. Voorbeelden hiervan zijn:

  • Parkeersystemen.
  • Anti-blokkeringsysteem (ABS), welke ervoor zorgt dat de wielen niet blokkeren tijdens het (bruusk) remmen.
  • Tractiecontrolesysteem (TCS), wat een systeem is welke het doorslippen van de wielen tijdens het accelereren vermijdt.
  • Elektronisch stabiliteit programma (ESP), welke het slippen van het voertuig tracht te voorkomen (bijvoorbeeld bij het nemen van een bocht).

Elk van deze systemen maakt hiervoor gebruik van één of meerdere sensoren die in toenemend aantal aanwezig zijn in het voertuig. De onderzoeksvraag luidt dan ook: is het niet mogelijk om deze sensoren aan te wenden ter detectie van putten in het wegdek? Op deze manier kan een universeel detectiesysteem ontwikkeld worden, welke op grote schaal kan ingezet worden. Immers, hoe meer voertuigen uitgerust zijn met een detectiesysteem, hoe sneller men de wegdefecten detecteert.

In een eerste fase, het theoretisch vooronderzoek, is dan ook onderzocht welke systemen, en hun bijhorende sensoren, er aanwezig zijn in een voertuig. In de bijlage geeft tabel 1 hiervan een overzicht weer. Uit onderzoek bleek dat slechts enkele systemen standaard aanwezig zijn in de huidige generatie voertuigen, hierdoor werd de keuze van sensoren ter ontwikkeling van een detectiesysteem beperkt tot:

  • Wielsnelheidsensoren
  • Stuurwielhoeksensor
  • Acceleratiesensor
  • Yaw-sensor (welke de rotatie van het voertuig rond zijn verticale as opmeet)

Een tweede fase van het onderzoek spitste zich toe op het effectief ontwikkelen van een detectiesysteem. Hiertoe werd gebruik gemaakt van een gesofisticeerd simulatiepakket welke ter beschikking werd gesteld door LMS International[3]. Het simulatiepakket liet toe om een wagen als een model voor te stellen, en deze een virtuele weg met één enkele put te laten volgen. De gegevens van de relevante sensoren konden zo op een eenvoudige manier opgemeten en geanalyseerd worden. Dit had als doel afwijkingen op te sporen in de sensorgegevens welke zich enkel voordoen bij het rijden in een put. Om de simulatie zo realistisch mogelijk te maken werden de relevante voertuiggegevens van een testvoertuig, welke in de derde fase ingezet zal worden, opgenomen in het simulatiepakket. Intensieve analyses hebben uiteindelijk geleid tot de ontwikkeling van een algoritme, welke putten met de vooropgestelde dimensies kon detecteren, weliswaar nog steeds op simulatieniveau.

In de derde en laatste fase werd het ontwikkelde algoritme in de praktijk getest. Hiervoor werd een gezinswagen van één van mijn promotoren ingezet. Aan deze wagen werd een laptop gekoppeld met behulp van een specifieke aansluiting. Een zelf ontworpen computerprogramma maakte het vervolgens mogelijk om tijdens het rijden, in real-time, putten te detecteren. De gedetecteerde putten werden vervolgens gekoppeld aan GPS-coördinaten, zodat de putten in kaart konden worden gebracht.

De testritten bleken zeer succesvol te zijn. Naast het detecteren van putten met de vooropgestelde dimensies, werden onder andere volgende wegdefecten eveneens gedetecteerd:

  • Putten met kleinere dimensies
  • Verzonken riooldeksels
  • Slecht uitgevoerde of hervallen wegherstellingen
  • Wegverzakkingen

Een visuele voorstelling van deze gedetecteerde defecten kan men terugvinden in figuur 2 van de bijlage.

Conclusie

Het is duidelijk dat deze masterproef heeft geleid tot een universele en op grote schaal inzetbare oplossing ter detectie van wegdefecten. Via een unieke methode, namelijk aan de hand van simulaties, werd een algoritme ontwikkeld welke het mogelijk maakt deze defecten op te sporen. Hierbij dient in de verf gezet te worden dat het ontwikkelde algoritme voldoet aan enkele belangrijke kenmerken, zijnde:

  • Het is uitbreidbaar met andere (toekomstige) sensorgegevens, om zo nog nauwkeuriger putten te detecteren.
  • Het is eenvoudig, zodat het later op een kleine chip kan geplaatst worden welke op zijn beurt kan ingebouwd worden in een voertuig.

Het koppelen van de wegdefecten aan GPS-coördinaten heeft bovendien als voordeel dat de wegbeheerder een visueel overzicht krijgt van de slechtste stukken weg, welke dus dringende herstellingen vereisen.

Naar aanleiding van deze positieve resultaten, start het VIM in de nabije toekomst een proefproject op waarbij een wagenpark zal uitgerust worden met deze ontwikkelde technologie. Een klein apparaat zal hiervoor ingebouwd worden in de wagens, waarna deze anoniem gegevens zullen versturen naar de wegdekbeheerder wanneer de wagen een put detecteert.

[1] http://www.ldd.be/nl/verdubbeling-klachten-over-wegen-het-belang-van-li…

[2] http://www.vim.be/projects/sensovo

[3] http://www.lmsintl.com/LMS-Imagine-Lab-AMESim

 

Bibliografie

[1]      Benbow, E. et al., Deliverable 3.1 Demonstration of Methods for the Measurement of Condition using Probe Vehicles, 2008 (INTRO project number 012344)

[2]      Hermans, T., Discovering the meaning of unstructured data on a CAN motor management network, Hoboken, KdG dep. IWT, 2009 (eindwerk KdG master in de Industriële Wetenschappen Elektronica-ICT afstudeerrichting Automotive Engineering)

[3]      LMS, LMS Imagine.Lab AMESim, [Online februari 2013], http://www.lmsintl.com/LMS-Imagine-Lab-AMESim

[4]      uCAN, uCan Automotive Solutions, [Online februari 2013], http://www.ucan-solutions.com/nl/oplossingen/ucan-automotive/

[5]      NXP, Telematics On Board, [Online februari 2013], http://www.nxp.com/products/automotive/telematics_on_board_unit/

[6]      TASS TSS, uCAN: autorijden in kaart gebracht, [Online februari 2013], http://www.tass.nl/nl-nl/opdrachtgevers/cases/ucan/

[7]      Beijer, Beijer Automotive, [Online februari 2013], http://www.beijer.com/CANSolutions.aspx?LanguageID=41

[8]      LaQuSo, LaQuSo, [Online februari 2013], http://www.laquso.com/

[9]      Bosch, CAN Specification 2.0, 1991, http://esd.cs.ucr.edu/webres/can20.pdf

[10]    ISO, Controller Area Network, [Online februari 2013], http://www.iso.org/iso/home/search.htm?qt=Controller+Area+Network&sort=…

[11]    Matheus, K., Ethernet in cars: an idea whose time has come, 2012, [Online februari 2013], http://www.sae.org/mags/aei/11142

[12]    Paret, D., Multiplexed Networks for Embedded Systems; CAN, LIN, FlexRay, Safe-by-Wire, ... Warrendale, SAE International, 2007

[13]    Nice, K., How Anti-Lock Brakes Work, 2000, [Online februari 2013], http://auto.howstuffworks.com/auto-parts/brakes/brake-types/anti-lock-b…

[14]    Burton, D. et al., Effectiveness of ABS and Vehicle Stability, p. 3–16, 2004

[15]    the Editors of Publications International, Traction Control Explained, 2005, [Online februari 2013], http://auto.howstuffworks.com/28000-traction-control-explained.html

[16]    Hall-Geisler, K., How Electronic Stability Control Works, 2009, [Online februari 2013], http://auto.howstuffworks.com/car-driving-safety/safety-regulatory-devi…

[17]    IPG, CarMaker, [Online februari 2013], http://www.ipg.de/index.php?id=carmaker

[18]    uCAN, uCAN, [Online februari 2013], http://www.ucan-solutions.com/ucan/

[19]    NXP, Take pole position in vehicle Telematics solutions, p. 1–2, 2010

[20]    NXP, A standard approach to eCalling, p. 1–2, 2008

[21]    Verkeerskunde, Brabant in–car II: Wat zijn de resultaten, 2013, [Online april 2013], http://www.verkeerskunde.nl/Uploads/2013/3/Eindrapport-GC.pdf

[22]    VIM, Sensovo, [Online maart 2013], http://www.vim.be/projects/sensovo

[23]    MathWorks, Simulink, [Online april 2013], http://www.mathworks.nl/products/simulink/

[24]    MathWorks, Matlab, [Online april 2013], http://www.mathworks.nl/products/matlab/

[25]    Pedley, M., Tilt Sensing Using a Three-Axis Accelerometer, p. 5–12, 2013

[26]    Astarita, V. et al., A mobile application for road surface quality control : UNIquALroad, 2012

 

Universiteit of Hogeschool
Elektronica-ICT afstudeerrichting Automotive Engineering
Publicatiejaar
2013
Kernwoorden
kenvanherpen
Share this on: