欢迎来到知嘟嘟! 联系电话:13095918853 卖家免费入驻,海量在线求购! 卖家免费入驻,海量在线求购!
知嘟嘟
我要发布
联系电话:13095918853
知嘟嘟经纪人
收藏
专利号: 2019103351746
申请人: 重庆理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
价格&联系人
年费信息
委托购买

摘要:

权利要求书:

1.一种用于道路信息采集的自行车,其特征在于:用于根据检测间距对道路信息进行分段检测,所述检测间距用于将待测道路段划分为若干分段区间;包括安装在自行车上的采集控制器、力传感器、称重传感器与角度编码器;

采集控制器固定安装在车架上,并且采集控制器的信号输入端分别与参数设置模块、力传感器、称重传感器、角度编码器、按键组连接;所述称重传感器安装于坐垫上,用于检测骑行者的体重;所述力传感器安装在后轮转轴上,用于实时检测作用在后轮转轴上的驱动力;所述角度编码器安装在前轮或后轮转轴上;

参数设置模块用于设置包括自行车总质量、自行车转动部分的等效质量、车轮半径、轮胎类型、道路段编号、检测间距、风阻系数以及迎风面积在内的参数;

采集控制器内配置有能够连续记录角度编码器的角度计数值的第一角度计数器,采集控制器能够根据第一角度计数器采集到的角度计数值计算出车轮的瞬时角速度与瞬时线速度;

采集控制器能够计算出与检测间距相应的分段区间角度计数增量值L;采集控制器内还配置有计时器、第二角度计数器、标记点计数器与采集控制程序;第二角度计数器能够在每计数到分段区间计数增量值L后进行复位;标记点计数器能够在第二角度计数器每计数到分段区间计数增量值L时增加一个计数;

按键组包括体重标定按键与采集控制开关按键;体重标定按键用于触发称重传感器工作或停止工作;采集控制开关按键用于采集控制程序启动或停止。

2.根据权利要求1所述的用于道路信息采集的自行车,其特征在于:自行车的瞬时线速度按如下方式计算:计算第一角度计数器当前时刻到其计数值+1时刻的时间间隔ΔT,自行车当前时刻的瞬时角速度 其中,Δθ为角度计数器每增加一个计数值所对应的自行车后轮的角度增量;当前时刻的瞬时线速度vi=ωi·r,其中,r为车轮半径。

3.根据权利要求1所述的用于道路信息采集的自行车,其特征在于:按键组还包括滚动阻力系数标定按键,用于启动路面滚动阻力系数标定程序;采集控制器中还配置有路面滚动阻力系数标定程序,包括以下步骤:B1:判断是否收到启动标定程序的信号;若否,则退出程序;若是,则进入步骤B2;

B2:初始化标定程序:第一角度计数器与计时器复位;

B3:当后轮驱动力为0时,采样并计算当前瞬时速度vk;同时,计时器开始计时,第一角度计数器开始计数;

B4:当瞬时速度为0时,计时器停止计时,第一角度计数器停止计数,并保存第一角度计数器的计数值Z;

B5:根据第一角度的计数值Z计算行驶路程sk:

sk=(2πr·Z)/x;

其中,r为车轮半径,x为角度编码器每一圈的脉冲数;

B6:计算并保存路面滚动阻力系数k:

其中,g表示重力加速度;m表示自行车总质量,m0表示自行车转

动部分的等效质量,m1表示骑行者体重;

B7:退出标定程序。

4.根据权利要求3所述的用于道路信息采集的自行车,其特征在于:用于采集各分段区间的路面综合阻力系数;所述采集控制程序包括以下步骤:S1:采集控制程序初始化,根据检测间距为角度编码器计算对应的分段区间角度计数增量值L;

S2:判断是否收到启动采集控制程序的信号;若否,则退出程序;若是,则进入S3;

S3:标记点计数器、第一角度计数器、第二角度计数器与计时器复位,并且初始化标记点计数器的当前计数值M=0,表示自行车进行待测道路段起点,也表示进入第一分段区间的起点;

S4:采集自行车经过待测道路段起点位置时的自行车后轮的驱动力F′0、瞬时角速度ω0与瞬时线速度v0;

S5:当第二角度计数器的当前计数值达到L时,表示自行车到达当前分段区间终点,当前标记点计数值M=M+1;并同时采集自行车经过当前分段区间终点时的自行车后轮的驱动力F′2,M、瞬时角速度ω2,M与瞬时线速度v2,M;

S6:将自行车经过上一分段区间终点时的自行车后轮的驱动力F′2,M-1、瞬时角速度ω2,M-1、瞬时线速度v2,M-1,分别作为自行车经过当前分段区间起点时的自行车后轮的驱动力F′1,M、瞬时角速度ω1,M、瞬时线速度v1,M,并计算自行车在当前分段区间内行驶的加速度aM、平均速度vM、平均牵引力FM与空气阻力fa,M;当M=1时,F′1,1=F′0,ω1,1=ω0,v1,1=v0;

根据自行车在当前分段区间内行驶的加速度aM、平均速度vM、平均牵引力FM与空气阻力fa,M,计算当前分段区间的路面综合阻力系数ρM:其中,空气阻力 c表示风

阻系数,A表示迎风面积;

S7:以待测道路段的编号为主名称并按照当前标记点计数值M对当前分段区间编号,存储当前分段区间的路面综合阻力系数;第二角度编码器计数值与计时器同时复位;

S8:判断是否收到停止采集控制程序的信号;若否,则回到步骤S5;若是,则保存当前标记点计数值,退出程序。

5.根据权利要求4所述的用于道路信息采集的自行车,其特征在于:还用于采集各分段区间的坡度;所述采集控制程序在执行步骤S6时,在计算出当前分段区间的路面综合阻力系数ρM后,再根据路面滚动阻力系数k与当前分段区间的路面综合阻力系数ρM,计算当前分段区间的坡度角φM;采集控制程序在执行步骤S7时,以待测道路段的编号为主名称并按照当前标记点计数值M对当前分段区间编号,存储当前分段区间的路面综合阻力系数与坡度;

第二角度编码器计数值与计时器同时复位。

6.根据权利要求5所述的用于道路信息采集的自行车,其特征在于:当前分段区间的坡度角φM按如下公式计算:ρM=kcosφM+sinφM。

7.根据权利要求5所述的用于道路信息采集的自行车,其特征在于:采用查表法计算前分段区间的坡度角φM:根据预先列出的路面综合阻力系数-坡度角映射表,查找当前分段区间的路面综合阻力系数ρM所对应的坡度角作为当前分段区间的前分段区间的坡度角φM;

所述路面综合阻力系数-坡度角映射表按如下方式获取:以Δφ为坡度角计算精度,φj=φj-1+Δφ,φ1=Δφ,j∈{1,2,.....,H},H为路面综合阻力系数-坡度角映射表中坡度角的个数,并根据公式ρj=kcosφj+sinφj计算出φj所对应的ρj。

8.根据权利要求5所述的用于道路信息采集的自行车,其特征在于:所述采集控制器的信号输入端还连接有卫星定位模块,并且卫星定位模块为每个分段区间进行定位,在进行步骤S7时,以当前道路段编号为主名称,按标记点计数值对分段区间编号并存储当前分段区间的路面综合阻力系数、坡度角与卫星定位位置信息。

9.根据权利要求2所述的用于道路信息采集的自行车,其特征在于:还包括能够与采集控制器双向通信连接的电脑,参数设置模块与按键组均通过用户软件配置在电脑内,并能显示在电脑屏幕上。

10.一种道路信息采集方法,其特征在于,采用如权利要求5所述的用于道路信息采集的自行车,包括以下步骤:步骤1:骑行者坐在车座上,按下体重标定按键,称重传感器对骑行者进行称重,得到骑行者体重m1,并且采集控制器将骑行者体重m1发送给采集控制器:步骤2:通过参数设置模块设置以下参数:自行车总质量、自行车转动部分的等效质量、车轮半径、轮胎类型、道路段编号、检测间距、风阻系数以及迎风面积;

检测间距按如下规则确定:每个检测间距内车后轮行驶的圈数小于 即

其中,d表示检测间距,r表示后轮半径;

步骤3:选取待测道路段上的平直路段,启动自行车,使自行车行驶在所选取的待测道路的平直路段上;按下滚动阻力系数标定按键,启动路面滚动阻力系数标定程序;

步骤4:瞬间停止施加脚踏力,使自行车依靠惯性沿直线行驶直到停止;并且在后轮驱动力为0时,采样并计算当前瞬时速度vk;滚动阻力系数标定程序运行完毕,得到路面滚动阻力系数k,采集控制器保存路面滚动阻力系数k;

步骤5:自行车位于待测道路段起点位置时,按下采集控制开关按键,启动采集控制程序;

步骤6:自行车持续行驶在待测道路段上,由于检测间距的作用,使得自行车在分段区间的路面上近似为加速度不变的匀变速直线运动;采集控制程序自动运行;

步骤7:自行车行驶至待测道路段终点位置后,再次按下采集控制开关按键,采集控制程序运行完毕,从而获得各分段区间的路面综合阻力系数与坡度角。