基于路面综合阻力系数的道路坡度检测方法与系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于路面综合阻力系数的道路坡度检测方法，在平直路段上进行路面滚动阻力系数k的标定；采集待测道路段上各分段区间的路面综合阻力系数ρi；根据以下公式计算各分段区间的坡度角φi：ρi＝kcosφi+sinφi。还公开了一种道路坡度检测系统，用于实现本发明专利技术的道路坡度检测方法，包括采集控制器、参数设置模块以及分别与采集控制器的信号输入端连接的车辆牵引力采集模块、角度编码器、坡度采集开关按键与标定按键；采集控制器内配置有标定程序与坡度采集控制程序。本发明专利技术能够对整条待测道路的坡度进行分段检测，提高检测效率与检测精度。

Road Gradient Detection Method and System Based on Comprehensive Resistance Coefficient of Pavement

【技术实现步骤摘要】
基于路面综合阻力系数的道路坡度检测方法与系统
本专利技术属于交通信息
，具体涉道路坡度检测方法与系统。
技术介绍
目前，对于道路坡度的检测，主要采用的手段有图像识别、红外检测、水平仪以及尺规等。存在检测效率低、检测精度低的问题。并且，真实道路场景高低起伏，延绵不断，单独测量某一区间段道路的坡度，并不能反应整条道路的坡度情况，现有技术的检测手段由于检测原理的限制，无法实现对整条道路的坡度进行高效检测。车辆在道路行驶时，所受到的阻力包括：路面滚动阻力、路面坡度阻力、车辆加速阻力、车辆空气阻力。其中，车辆的路面滚动阻力和坡度阻力与道路路面直接相关，且与车辆的重量成正比，该两种路面阻力的和，可称为路面的综合阻力。现有交通道路信息的采集和记录技术鲜少涉及对路面信息的采集和记录，为了表征路面对车辆的阻碍作用，专利技术人特此提出“路面综合阻力系数”这一指标，路面综合阻力系数表征了路面粗糙程度与路面坡度对车辆(车轮)作用的影响。专利技术人首先设计了检测道路上各区间路段的路面综合阻力系数的方法，基于此，再设计出检测道路上各区间路段的坡度的方法，从而能对整条待测道路的坡度进检测。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本专利技术提供一种基于路面综合阻力系数的道路坡度检测方法，能够对整条待测道路的坡度进行分段检测，提高检测效率与检测精度。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种基于路面综合阻力系数的道路坡度检测方法，包括以下步骤：步骤1：在待测道路上选取平直路段进行路面滚动阻力系数k的标定；步骤2：采集待测道路段上各分段区间的路面综合阻力系数ρi，i∈{1,2,......,M}，M为待测道路段的分段区间总数；步骤3：根据以下公式计算各分段区间的坡度角φi：ρi＝kcosφi+sinφi；从而获得待测道路各分段区间的坡度。进一步的，按如下方式对路面滚动阻力系数k进行标定：首先，车辆行驶在待测道路的平直路段上；然后，瞬间切断车辆的动力输出，并同时采集车辆被瞬间切断动力输出时的行驶速度vk，使车辆依靠惯性沿直线行驶直到停止；采集车辆被瞬间切断动力输出时到停止时所行走的路程sk；最后，根据以下公式计算路面滚动阻力系数k：其中，m表示车辆总质量，m0表示与车辆转动部分的质量等效的转动质量，g表示重力加速度。进一步的，按如下方式采集各分段区间的路面综合阻力系数：将待测道路段按照检测间距划分为若干分段区间；检测间距按如下规则确定：计算预估检测间距所对应的转速增量Δn，并在车辆的速度特性曲线上任意选取陡峭段上的转速为N的一点进行验证，所述速度特性曲线以转速为横坐标，并以车辆驱动力输出轴的驱动扭矩为纵坐标；若在N±Δn的转速范围内所对应的车辆驱动扭矩的变化范围小于阈值，阈值在-2％～+2％范围内选取，则预估检测间距通过验证，将通过验证的预估检测间距作为检测间距；车辆持续行驶在待测道路段上，每个分段区间的路面综合阻力系数按如下步骤进行检测：步骤201：车辆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，并获取车辆在分段区间上的运动过程中的以下参数：车辆平均牵引力F、车辆加速度a以及车辆平均速度v；步骤202：计算车辆受到的空气阻力fa：其中，c表示风阻系数，A表示迎风面积，v表示车辆平均速度；步骤203：令车辆受到的路面综合阻力为f：f＝ρ.m.g；(2)其中，ρ表示路面综合阻力系数，m表示车辆总质量，g表示重量加速度；步骤204：根据牛顿第二定律建立以下方程：F-f-fa＝(m+m0).a；(3)其中，m0表示与车辆转动部分的质量等效的转动质量；步骤205：联立公式(1)、(2)与(3)得到：根据公式(4)计算得到车辆在分段区间的路面综合阻力系数。本专利技术还提供一种道路坡度检测系统，用于实现上述基于路面综合阻力系数的道路坡度检测方法，包括采集控制器、参数设置模块以及分别与采集控制器的信号输入端连接的车辆牵引力采集模块、角度编码器、坡度采集开关按键与标定按键；参数设置模块用于设置包括车辆总质量、与车辆转动部分的质量等效的转动质量、车辆传动机构的传动效率、车辆动力输出轴至驱动轮的减速比、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；角度编码器用于安装在车辆的驱动力输出轴上；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、标定程序与坡度采集控制程序；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时增加一次计数；标定按键用于触发标定程序的开始；采集开关按键用于触发采集控制程序的开始或停止；车辆牵引力采集模块包括用于设置在车辆的动力输出轴上的驱动力传感器，采集控制器能够根据驱动力传感器采集到的驱动力计算车辆平均牵引力；采集控制器能够根据车辆平均牵引力F、车辆加速度a以及车辆平均速度v计算路面综合阻力系数。进一步的，所述标定程序按包括以下步骤：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：当车辆动力输出轴的驱动力为0时，采集车辆瞬时速度vk；同时，计时器开始计时，第一角度计数器开始计数；B4：当车辆瞬时速度为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，m表示车辆总质量，m0表示与车辆转动部分的质量等效的转动质量，g表示重力加速度；B7：退出标定程序。进一步的，所述坡度采集控制程序按如下步骤执行：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，表示车辆进行待测道路段起点，也表示进入第一分段区间的起点；S4：采集车辆经过待测道路段起点位置时的车辆动力输出轴的驱动力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，表示车辆到达当前分段区间终点，当前标记点计数值M＝M+1；并同时采集车辆经过当前分段区间终点时的车辆动力输出轴的驱动力F′2,M、瞬时角速度ω2,M与瞬时线速度v2,M；S6：将车辆经过上一分段区间终点时的车辆动力输出轴驱动力F′2,M-1、瞬时角速度ω2,M-1、瞬时线速度v2,M-1，分别作为车辆经过当前分段区间起点时的车辆动力输出轴驱动力F′1,M、瞬时角速度ω1,M、瞬时线速度v1,M，并计算车辆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；根据车辆在当前分段区间内行驶的加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于路面综合阻力系数的道路坡度检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：在待测道路上选取平直路段进行路面滚动阻力系数k的标定；步骤2：采集待测道路段上各分段区间的路面综合阻力系数ρi，i∈{1,2,......,M}，M为待测道路段的分段区间总数；步骤3：根据以下公式计算各分段区间的坡度角φi：ρi＝k cosφi+sinφi；从而获得待测道路各分段区间的坡度。

【技术特征摘要】
1.基于路面综合阻力系数的道路坡度检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：在待测道路上选取平直路段进行路面滚动阻力系数k的标定；步骤2：采集待测道路段上各分段区间的路面综合阻力系数ρi，i∈{1,2,......,M}，M为待测道路段的分段区间总数；步骤3：根据以下公式计算各分段区间的坡度角φi：ρi＝kcosφi+sinφi；从而获得待测道路各分段区间的坡度。2.根据权利要求1所述的基于路面综合阻力系数的道路坡度检测方法，其特征在于，按如下方式对路面滚动阻力系数k进行标定：首先，车辆行驶在待测道路的平直路段上；然后，瞬间切断车辆的动力输出，并同时采集车辆被瞬间切断动力时的行驶速度vk，使车辆依靠惯性沿直线行驶直到停止；采集车辆被瞬间切断动力时到停止时所行走的路程sk；最后，根据以下公式计算路面滚动阻力系数k：其中，m表示车辆总质量，m0表示与车辆转动部分的质量等效的转动质量，g表示重力加速度。3.根据权利要求1所述的基于路面综合阻力系数的道路坡度检测方法，其特征在于，按如下方式采集各分段区间的路面综合阻力系数：将待测道路段按照检测间距划分为若干分段区间；检测间距按如下规则确定：计算预估检测间距所对应的转速增量Δn，并在车辆的速度特性曲线上任意选取陡峭段上的转速为N的一点进行验证，所述速度特性曲线以转速为横坐标，并以车辆驱动力输出轴的驱动扭矩为纵坐标；若在N±Δn的转速范围内所对应的车辆驱动扭矩的变化范围小于阈值，阈值在-2％～+2％范围内选取，则预估检测间距通过验证，将通过验证的预估检测间距作为检测间距；车辆持续行驶在待测道路段上，每个分段区间的路面综合阻力系数按如下步骤进行检测：步骤201：车辆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，并获取车辆在分段区间上的运动过程中的以下参数：车辆平均牵引力F、车辆加速度a以及车辆平均速度v；步骤202：计算车辆受到的空气阻力fa：其中，c表示风阻系数，A表示迎风面积，v表示车辆平均速度；步骤203：令车辆受到的路面综合阻力为f：f＝ρ.m.g；(2)其中，ρ表示路面综合阻力系数，m表示车辆总质量，g表示重量加速度；步骤204：根据牛顿第二定律建立以下方程：F-f-fa＝(m+m0).a；(3)其中，m0表示与车辆转动部分的质量等效的转动质量；步骤205：联立公式(1)、(2)与(3)得到：根据公式(4)计算得到车辆在分段区间的路面综合阻力系数。4.一种道路坡度检测系统，其特征在于：包括采集控制器、参数设置模块以及分别与采集控制器的信号输入端连接的车辆牵引力采集模块、角度编码器、坡度采集开关按键与标定按键；参数设置模块用于设置包括车辆总质量、与车辆转动部分的质量等效的转动质量、车辆传动机构的传动效率、车辆动力输出轴至驱动轮的减速比、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；角度编码器用于安装在车辆的驱动力输出轴上；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、标定程序与坡度采集控制程序；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时增加一次计数；标定按键用于触发标定程序的开始；采集开关按键用于触发采集控制程序的开始或停止；车辆牵引力采集模块包括用于设置在车辆的动力输出轴上的驱动力传感器，采集控制器能够根据驱动力传感器采集到的驱动力计算车辆平均牵引力；采集控制器能够根据车辆平均...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐世军，徐子棋，
申请(专利权)人：重庆理工大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50