一种路面自行车骑行振动预测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种路面自行车骑行振动预测系统及方法，该方法首先采用压力胶片获取路面‑自行车轮胎的接触界面，随后，以该接触界面为基础，计算单位承载面积(Bu)和平均应力峰间距(Spa)。接着，以上述参数为变量，通过本发明专利技术提供的计算公式计算得到预测骑行振动值(Pv)。最后，将Pv与本发明专利技术提供的骑行者对振动的感知阈值进行对比，可对一段沥青路面的骑行舒适性进行快速、有效的分级和预测。

A Prediction System and Method for Vibration of Road Bicycle Riding

【技术实现步骤摘要】
一种路面自行车骑行振动预测系统及方法
本专利技术属于交通运输工程
，具体涉及一种路面自行车骑行振动预测系统及方法。
技术介绍
众所周知，我国城市广泛采用的沥青路面的表面纹理由于采用的沥青混合料类型、材料特点以及施工工艺的不同，其骑行的舒适性有很大差异。一般认为，沥青路面的表面纹理越粗糙，骑行中骑行者所感知的振动越显著。研究表明，过高的骑行振动水平会阻碍人们对自行车出行的意愿，且长时间处于高强度的振动中对骑行者的健康会产生不利影响。然而，以机动交通为主导的城市道路建设标准并未充分考虑到自行车骑行者的舒适性。随着社会发展，和“以人为本”的城市建设理念的普及，越来越多的人们开始关注自行车骑行的舒适性。另一方面，当前还尚未出台相应的规范或研究来指导沥青混凝土自行车道的材料设计和既有沥青路面的骑行舒适性评价。因此，本专利技术所提出的技术方案是十分必要的。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种路面自行车骑行振动预测系统及方法，能够基于沥青路面-自行车轮胎接触界面特征，定量地、准确地评价沥青路面的自行车骑行舒适性。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种路面自行车骑行振动预测系统，其特征在于，包括自行车、支撑架、红外热像仪、湿度传感器、固定带、水准泡和压力胶片，其中：所述支撑架设置在路面上，用于支撑自行车的后轮，使自行车的后轮离地；所述固定带用于将自行车前轮辐条和前叉固定，防止在测试过程中前轮转动；所述红外热像仪设置在路面上，用于测定路面测试区域的路表温度，所述湿度传感器用于测定路面测试区域的路表相对湿度；所述水准泡安装在自行车的前叉上，所述压力胶片放置在路面测试区域上，并在测试开始时，将自行车的前轮压在压力胶片上。进一步的，所述压力胶片的尺寸为宽10cm-15cm，长15cm-25cm；压力胶片的压力测试量程为0.5MPa-2.5MPa；胶片上染色单元的单位面积不得高于0.016mm2。进一步的，所述自行车的重量为10kg-25kg。本专利技术还提供了一种路面自行车骑行振动预测方法，采用上述路面自行车骑行振动预测系统，具体包括以下步骤：S1、清除被测沥青路面表面所覆盖的杂物；S2、使用红外热像仪测定测试区域的路表温度，并使用湿度传感器测定路表的相对湿度；S3、将自行车后轮放置在支撑架上，使用固定带将自行车前轮辐条和前叉固定在一起，防止在测试过程中差生偏移；S4、将压力胶片裁剪为需要尺寸，并将其平稳放置在测点；测试未开始时，压力胶片不与自行车前轮胎接触，此时自行车前轮胎处于压力胶片旁边；S5、测试者先跨立于自行车之中，通过观察水准泡来调整自行车前轮胎的角度；当确定自行车前轮胎与路面垂直时，测试者将自行车前轮胎垂直的放置在压力胶片上；S6、随后，测试者坐在自行车鞍座上，保持测试状态稳定持续指定时间；S7、骑行者移开自行车前轮胎，取出压力胶片，将其保存在避光的环境中；每个被测路段应在不同位置测取至少3个压力胶片，其步骤按照S1-S7重复，室外测试结束。S8、将所获得的压力胶片通过扫描仪数字化，扫描模式为灰度模式，该模式下压力胶片所记录的信息被转化为介于1-255之间的灰度值，扫描质量不低于600x600dpi；S9、通过式1确定数字化的压力胶片9中的单位像素面积；式中，Rp为数字化压力胶片中一个像素所对应真实世界的面积，mm2；w和l分别为真实世界中压力胶片的宽度和长度，mm；pw和pl分别为数字化压力胶片在宽度和长度方向上的像素数，个；S10、计算平均承载面积Bu；平均承载面积Bu的定义为：压力胶片所记录的接触界面中，接触面积Ac与颗粒状接触区域个数nk的比值；首先，按照式2计算路面-自行车轮胎的接触面积Ac，然后，按照式3计算平均承载面积Bu，Ac＝p×Rp式2式中，p为数字化压力胶片中灰度不为255的像素总数，个；nk为数字化压力胶片中呈颗粒状分布的面积个数，个；S11、计算平均应力峰间距Spa；使用数字图像分析软件从数字化的压力胶片中沿着骑行前进方向提取5条灰度值分布曲线，每条曲线均采用lowpass滤波处理提高应力峰的识别精度，如图2所示；由于灰度值与应力值为反比关系，因此灰度谷值对应应力峰值，每条分布曲线沿图像宽度方向每间距0.5cm取一条，每一条曲线按照式4计算出平均应力峰间距Spa，5条曲线所计算出的Spa的平均值留用；式中，n为一条灰度分布曲线的应力峰的数量，xi+1和xi分别为第i+1和第i个应力峰在以骑行前进方向为x轴上的坐标；S12、计算振动预测值Pv；将Spa和Bu代入式5，计算得到振动预测值Pv(m/s2)；pv＝0.145×Bu+0.404×Spa-1.155式5。进一步的，当路表温度为15℃-30℃且相对湿度为20％-70％时进行测试。进一步的，所述步骤S6的指定时间为2min。进一步的，还包括步骤S13、将骑行振动值和舒适程度对应振动值阈值相比较得到骑行舒适性判断。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：1.本专利技术所公开的技术方案无需复杂的测试流程和昂贵的测试仪器，可快速、高效和准确地测定沥青路面自行车骑行的舒适性。2.本专利技术的实施有利于提高自行车道骑行质量的检测和监控。通过定期检测，可有针对性的对舒适性不佳的路段及时的进行维修和养护，保证自行车道的骑行舒适性。3.本专利技术可为自行车道建设者对沥青混合料的选用提供必要的参考。所使用的沥青混合料在成型后，通过本专利技术提供的技术方案，可验证所选用材料是否适合于自行车道铺装。附图说明图1为数字化的压力胶片。图2为Spa计算过程中所涉及的曲线提取和曲线滤波示例。图3为Bu和Spa与振动预计值的关系。图4为以振动预计值为依据判断舒适程度。图5为实施例1-19的数字化胶片。图6为本专利技术的系统结果示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图6所示，本专利技术的路面自行车骑行振动预测系统包括自行车2、支撑架4、红外热像仪7、湿度传感器8、固定带5、水准泡6和压力胶片9，其中：支撑架4设置在路面上，用于支撑自行车2的后轮，使自行车2的后轮离地；固定带5用于将自行车2前轮辐条和前叉固定，防止在测试过程中前轮转动；红外热像仪7设置在路面上，用于测定路面测试区域的路表温度，湿度传感器8用于测定路面测试区域的路表相对湿度；水准泡6安装在自行车2的前叉上，压力角片放置在路面测试区域上，并在测试开始时，将自行车2的前轮压在压力胶片9上。在本专利技术的某一实施例中，压力胶片9的尺寸为宽10cm-15cm，长15cm-25cm；压力胶片9的压力测试量程为0.5MPa-2.5MPa；胶片上染色单元的单位面积不得高于0.016mm2。自行车2的重量为10kg-25kg。测试者1体重为45kg-100kg。本专利技术的路面自行车骑行振动预测方法，包括如下步骤：S1、清除被测沥青路面3表面所覆盖的杂物，包括灰尘、树叶、垃圾等。S2、使用红外热像仪7测定测试区域的路表温度，并使用湿度传感器8测定路表的相对湿度。当路表温度为15℃-30℃且相对湿度为20％-70％时方可进行测试。S3、将自行车后轮放置在支撑架4上，使用固定带5将自行车前轮辐条和前叉本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种路面自行车骑行振动预测系统，其特征在于，包括自行车(2)、支撑架(4)、红外热像仪(7)、湿度传感器(8)、固定带(5)、水准泡(6)和压力胶片(9)，其中：所述支撑架(4)设置在路面上，用于支撑自行车(2)的后轮，使自行车(2)的后轮离地；所述固定带(5)用于将自行车(2)前轮辐条和前叉固定，防止在测试过程中前轮转动；所述红外热像仪(7)设置在路面上，用于测定路面测试区域的路表温度，所述湿度传感器(8)用于测定路面测试区域的路表相对湿度；所述水准泡(6)安装在自行车(2)的前叉上，所述压力胶片放置在路面测试区域上，并在测试开始时，将自行车(2)的前轮压在压力胶片(9)上。

【技术特征摘要】
1.一种路面自行车骑行振动预测系统，其特征在于，包括自行车(2)、支撑架(4)、红外热像仪(7)、湿度传感器(8)、固定带(5)、水准泡(6)和压力胶片(9)，其中：所述支撑架(4)设置在路面上，用于支撑自行车(2)的后轮，使自行车(2)的后轮离地；所述固定带(5)用于将自行车(2)前轮辐条和前叉固定，防止在测试过程中前轮转动；所述红外热像仪(7)设置在路面上，用于测定路面测试区域的路表温度，所述湿度传感器(8)用于测定路面测试区域的路表相对湿度；所述水准泡(6)安装在自行车(2)的前叉上，所述压力胶片放置在路面测试区域上，并在测试开始时，将自行车(2)的前轮压在压力胶片(9)上。2.根据权利要求1所述的一种路面自行车骑行振动预测系统，其特征在于，所述压力胶片(9)的尺寸为宽10cm-15cm，长15cm-25cm；压力胶片(9)的压力测试量程为0.5MPa-2.5MPa；胶片上染色单元的单位面积不得高于0.016mm2。3.根据权利要求1所述的一种路面自行车骑行振动预测系统，其特征在于，所述自行车(2)的重量为10kg-25kg。4.一种路面自行车骑行振动预测方法，其特征在于，采用如权利要求1-3任一项所述的路面自行车骑行振动预测系统，具体包括以下步骤：S1、清除被测沥青路面(3)表面所覆盖的杂物；S2、使用红外热像仪(7)测定测试区域的路表温度，并使用湿度传感器(8)测定路表的相对湿度；S3、将自行车后轮放置在支撑架(4)上，使用固定带(5)将自行车前轮辐条和前叉固定在一起，防止在测试过程中差生偏移；S4、将压力胶片(9)裁剪为需要尺寸，并将其平稳放置在测点；测试未开始时，压力胶片(9)不与自行车前轮胎接触，此时自行车前轮胎处于压力胶片(9)旁边；S5、测试者(1)先跨立于自行车(2)之中，通过观察水准泡(6)来调整自行车前轮胎的角度；当确定自行车前轮胎与路面垂直时，测试者将自行车前轮胎垂直的放置在压力胶片(9)上；S6、随后，测试者坐在自行车鞍座上，保持测试状态稳定持续指定时间；S7、骑行者移开自行车前轮胎，取出压力胶片(9)，将其保存在避光的环境中；每个被测路段应在不同位置测取至少3个压...

【专利技术属性】
技术研发人员：沙爱民，高杰，栾博，胡力群，蒋玮，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61