CN101509932B - 基于加速度变化的公交车舒适性监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于加速度变化的公交车舒适性监测装置，以督促司机从驾驶的角度减少无谓的加速、减速、超车、急转向等带来的加速度急剧变化而引起的不舒适。该监测装置包括加速度传感器、差分放大器、V-f变换器、波形发生器、数字式频率比较器、蜂鸣器和计数器各部分。本发明的意义在于，既可以在公交车行驶途中通过蜂鸣器提醒司机提高驾驶质量，又能通过计数器的数据显示，作为评价该次公交车舒适度的一个依据，最终反馈给司机，改善驾驶途中的舒适度。

Description

基于加速度变化的公交车舒适性监测装置

技术领域：

本发明涉及一种利用公交车内某处纵向和横向两个方向加速度的变化来指示车辆舒适度的监测装置。

背景技术：

鼓励公交出行是应对能源危机、建立和谐社会的重要举措。由于公交公司对驾驶人员通常只考核行车次数，对其驾驶质量难以定量考核，致使公交车的乘坐舒适性人为变差。因此，提高和改善公交车的乘坐舒适性就显得尤为必要。根据乘坐舒适性的有关研究和试验数据，不舒适是由一个特定环境下的物理振动影响全身引起的，即纵向加速度、横向加速度、垂向加速度、侧滚角速度、侧滚角加速度、横向颠簸、横向加速度脉冲和横向平均加速度等的变化引起的。当加速度的变化频率超过0.6Hz时，乘客将感到不舒适。

发明内容：

为了增强人们在乘坐公交车时的舒适度，本发明从提醒驾驶员的角度入手，提供一种舒适度监测装置。该装置能测出公交车每完成一趟线路时纵向和横向的加速度变化频率，督促司机从驾驶的角度减少无谓的加速、减速、超车、急转向等带来的加速度急剧变化而引起的不舒适。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于加速度变化的公交车舒适性监测装置，其特征是：该监测装置包括加速度传感器、差分放大电路、V-f变换器、波形发生器、数字式频率比较器、蜂鸣器和计数器，车辆行驶过程中由于加速度变化引起的对应方向的加速度传感器产生的电压经由差分放大器放大后，通过V-f变换器转化成输出频率与其成正比的方波信号，再送入数字式频率比较器，同波形发生器产生的基准信号的频率相比较，当方波信号的频率高于基准信号的频率时，蜂鸣器鸣叫，计数器计数一次，表示舒适度异常；当方波信号的频率低于基准信号的频率时，表示舒适度正常。

张丝式加速度传感器包括固定在公交车上的基座，设置在基座内的活动质量块，活动质量块两端通过弹性支承支承在基座内，电阻丝R1的两端分别连接基座一端和活动质量块，电阻丝R2的两端分别连接基座的另一端和活动质量块；电阻丝R1和电阻丝R2的电阻变化接入半桥差动电路的两个桥臂。

监测装置分为纵向监测和横向监测两组，分别监测公交车纵向和横向的加速度变化。

其中V-f变换器包括积分器和比较器，采取电压控制频率方式，输出脉冲数与输入电压成正比。数字式频率比较器的比较电路包括两个输入端，波形发生器产生的波形接入下方输入端作为基准信号。

本发明利用张丝式加速度传感器，测出车辆行驶过程中纵向加速度变化时产生的电压。通过电压放大器输出至V-f变换器，得到输出频率与输入电压成正比方波信号Vout′，Vout′再经数字式频率比较器和波形发生器产生的0.6Hz信号相比较。当Vout′对应频率小于0.6Hz时，LED1亮，表示舒适度正常；当Vout′对应频率大于0.6Hz时，LED2亮，计数器计数一次，表示此时纵向加速度变化影响到舒适度。每次LED2亮时蜂鸣器同时鸣叫，提醒司机注意驾驶。横向加速度变化测量原理同上，仅将张丝式加速度旋转90度放置即可。到终点站时由工作人员检查并记录两个计数器数据，以评价此次车辆行驶过程中的舒适度，督促司机改善驾驶。

本发明既可以在公交车行驶途中通过蜂鸣器提醒司机提高驾驶质量，又能通过计数器的数据显示，作为评价该次公交车舒适度的一个依据，最终反馈给司机，改善驾驶途中的舒适度。

附图说明

图1是本发明的原理框图。

图2是张丝式加速度传感器原理图。

图3是本发明的工作流程图。

图4是本发明的电路原理图。

图2中：1-弹性支承；2-电阻丝R1；3-质量块；4-基座。

具体实施方式：

下面结合实例对本发明作进一步的描述：

图1为本发明的原理框图。本发明的监测装置包括加速度传感器、差分放大电路、V-f变换器、波形发生器、数字式频率比较器、蜂鸣器和计数器几部分。监测装置分为纵向和横向两组，分别监测公交车纵向和横向的加速度变化。其中V-f变换器包括积分器和比较器，采取电压控制频率方式，输出脉冲数与输入电压成正比。数字式频率比较器的比较电路包括两个输入端，波形发生器产生的波形接入下方输入端作为基准信号。

如图2所示，本发明的张丝式加速度传感器，活动质量块3由弹性支承1支承在基座4上，基座4纵向(车辆行进方向)固定在公交车上，电阻丝2分别为圆形电阻丝R1和圆形电阻丝R2，它们连在活动质量块3与基座4之间，作为“m-k-c”系统中弹簧的一部分，感受活动质量块3的位移。电阻丝R1的两端分别连接基座4一端和活动质量块3，电阻丝R2的两端分别连接基座4的另一端和活动质量块3。当活动质量块3相对于基座4纵向运动时，圆形电阻丝R1被拉伸，圆形电阻丝R2被压缩，电阻相对变化通过半桥差动电路转换成电压输出。

其输出电压表达式为：

$U1=\frac{U}{2}\frac{\mathrm{\ΔR}}{R}=\frac{U}{2}(\frac{\mathrm{dl}}{l}-2\frac{\mathrm{dr}}{r}+\frac{\mathrm{d\ρ}}{\mathrm{\ρ}}),$

其中，l为电阻丝长度，r为电阻丝半径，ρ为电阻丝电阻率。

本发明的工作流程如图3所示，电路原理如图4所示，公交车在行驶过程中由于加速度的变化导致电阻丝R1+ΔR和R2-ΔR一个受拉，一个受压，引起的电阻值变化大小相等，方向相反，接入半桥差动电路的相邻两个桥臂，转换成电压U1输出。再通过由电阻R5、R6、R7、R8和通用运算放大器LM107组成的差分放大器进行放大后，其电压表达式为：

$U2=\left(\frac{R5+R6}{R7+R8}\right)\frac{R8}{R5}V2\frac{R6}{R5}V1,$

U2进入由积分器电路和比较器电路组成的电压控制频率方式(VCO)的V-f变换器后，晶体管Tr已开始截止，积分器通过R9和C1构成的RC电路开始对输入电压U2进行积分，Vout朝“-”的方向增加，这样会使V-f比较器的输出翻转，Vout′变成“+”。这时Tr导通，积分器朝着相反地方向积分，Vout朝“+”的方向增加，比较器再次翻转，Tr变成截止。不断地重复这一过程就可以得到一系列脉冲。这里的积分速度与输入电压成正比，即输出脉冲数与输入电压成正比，由此将U2转化成输出频率与其电压变化值成正比的方波信号Vout′。

Vout′接入由与非门G1、G2、G3和G4(CD4011B)、施密特触发器H1、H2、H3和H4(CD4093B)、D触发器(CD4013(1)、CD4013(2)、CD4013(3)、CD4013(4))、电容、电阻和发光二极管(LED1、LED2)等组成的数字式频率比较器，对于Vout′，与非门G1和G2的工作类似于模拟放大器，调节10KΩ电位器确保门电路得到需要的偏置电流，施密特触发器H1和H2将输入信号变为脉冲信号，这个脉冲信号的持续时间与输入信号的波形形状有关，为了消除这个依赖关系，D触发器CD4013(1)和CD4013(2)将输入信号的频率分开。由ICL8038和电容C2、R15、变阻器R16和R17等构成的波形发生器，其产生的波形频率为：

$f=\frac{0.33}{R16C},$ 占空比为50％，

Vout′通过数字式频率比较器，同波形发生器产生的0.6Hz方波信号相比较，当Vout′的频率高于0.6Hz时，LED2发光显示，同时蜂鸣器鸣叫，计数器计数1次，表示舒适度异常；反之，则LED1发光显示，表示舒适度正常。每次LED2亮时蜂鸣器同时鸣叫，用来提醒司机注意驾驶。

横向加速度变化的测量原理同纵向，仅将张丝式加速度旋转90度放置即可，横向设置一个张丝式加速度传感器，并设置相应的控制电路，工作原理同纵向监测。

到终点站时由工作人员检查并记录两个计数器数据，以评价此次车辆行驶过程中的舒适度，督促司机改善驾驶。

Claims (3)

1.一种基于加速度变化的公交车舒适性监测装置，其特征是：该监测装置包括加速度传感器、差分放大电路、V-f变换器、波形发生器、数字式频率比较器、蜂鸣器和计数器，车辆行驶过程中由于加速度变化引起的对应方向的加速度传感器产生的电压经由差分放大电路放大后，通过V-f变换器转化成输出频率与其成正比的方波信号，再送入数字式频率比较器，同波形发生器产生的基准信号的频率相比较，当方波信号的频率高于基准信号的频率时，蜂鸣器鸣叫，计数器计数一次，表示舒适度异常；当方波信号的频率低于基准信号的频率时，表示舒适度正常。

2.根据权利要求1所述的基于加速度变化的公交车舒适性监测装置，其特征是：所述加速度传感器采用张丝式加速度传感器，该张丝式加速度传感器包括固定在公交车上的基座，设置在基座内的活动质量块，活动质量块两端通过弹性支承支承在基座内，电阻丝R1的两端分别连接基座一端和活动质量块，电阻丝R2的两端分别连接基座的另一端和活动质量块。

3.根据权利要求1所述的基于加速度变化的公交车舒适性监测装置，其特征是：所述监测装置分为纵向监测和横向监测两组，分别监测公交车纵向和横向的加速度变化。

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