CN104132722A - 一种基于胎压的载重检测方法、基于胎压检测的公交车客流量计算方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及交通运输技术领域，尤其是一种基于胎压的载重检测方法、基于胎压检测的公交车客流量计算方法及装置。本发明针对现有技术无法精确检测公交车上下客流的复杂问题，建立一种基于胎压检测的公交车客流量计算方法及装置，基于胎压与载重的函数关系，更加精准的估算公交车的客流量变化，有助于公交优化调度和公交资源的合理规划，达到节能减排的效果。本发明通过对公交车轮胎与地面的受力分析，得出气体体积变化与压强变化之间的关系，利用理想气体状态方程，最终得到解得载重ΔM与当前胎压P₁的关系然后建立公交查载重量和载客人数的关系模型，从而得出胎压变化和载客人数变化的关系。

Description

一种基于胎压的载重检测方法、基于胎压检测的公交车客流量计算方法及装置

技术领域

本发明涉及交通运输技术领域，尤其是一种基于胎压的载重检测方法、基于胎压检测的公交车客流量计算方法及装置。

背景技术

中国专利CN201010220948.X的专利重点是针对卡车的载重分析，主要通过对卡车重心的分析，通过胎压的变化来实现卡车载重的估计。本专利中函数模型为轮胎内部气压与径向荷载近似呈一次关系的简单模型，精确度不高，并且其针对的主要是卡车的载重。并没有对公交车载重进行有效模型的建立。也没有建立公交车载客人数与载重关系模型。

而公交车作为人们出行的重要公共交通工具，通过对公交车客流量的统计，我们可以了解到每个时间段、每路公交车、每个车站等的人流量，利用这些数据，发挥智能调度系统，让公共资源得到更充分的利用，但是对公交车客流进行精确估算是一项难以解决的问题，国际上有些对公交车客流进行估算的方法，但是这些方法或多或少都存在精确度很低、成本昂贵等缺陷。目前市场上流通的几种客流量统计技术比较：

1)人工计数

优点：支持并排客流量统计，支持上下车方向计数，从心理上觉得比较可靠。

缺点：短时间(如半小时内)可靠性较高，但随着时间的延长误差大幅增加；当客流量增大时，误差率＞30％。，另外人力成本比较高。应用案例比较少。

2)公交IC卡

优点：支持并排客流量检测，上车人数统计比较准确，成本比较低，对于交通补贴比较适用，因此应用比较广泛。

缺点：无法统计投币及下车人数，所以无法应用于公交调度和公交路线优化。

3)视频检测系统

优点：支持并排客流量检测，支持上下车方向计数，准确率比较高，相对精确度＞90％，比较适合于公交调度。

缺点：成本较高，安装相对比较麻烦。

4)被动式红外传感器

优点：支持上下车方向客流统计，成本不是很高。

缺点：不支持并排客流检测，准确率比较低，误差率＞60％。

5)主动式红外计数器

优点：价格相对较低

缺点：不支持上下车方向检测，不支持并排客流检测，不能区别人或物体，只适用于窄小通道。

6)利用摄像机成像视角的特殊性采用检测识别乘客人头有效的避开了人体识别这一难点。

优点：人头更类似于一个缸体且彼此之间的遮挡概率更小。

缺点：图橡识别算法不能清晰有效的识别出人头。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在胎压与载重模型建立的复杂的问题，提供一种基于胎压的载重检测方法，通过轮胎内胎体积变化，计算出轮胎内部气压与径向荷载的函数关系；进一步的，针对现有技术无法精确检测公交车上下客流的复杂问题，本发明还建立了一种基于胎压检测的公交车客流量计算方法及装置，基于胎压与载重的函数关系，更加精准的估算公交车的客流量变化，有助于公交优化调度和公交资源的合理规划，达到节能减排的效果，解决了现有技术中公交IC卡、主动式红外计数器等传统测量精度不高的问题，而且成本较为低廉，系统可靠度和适应性高。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于胎压的载重检测方法包括：

步骤1：假设实验轮胎内胎截面为圆形的规则的环，R为实验轮胎内胎外半径，r为实验轮胎内胎内半径；载重后实验轮胎内胎与地面接触部分形成一接地面，该接地面是长为l，宽为w的矩形；其中w是实验轮胎的宽度，实验轮胎内心与该矩形长度l两个边缘所形成的夹角角度为α，α是变量；根据作用力与反作用力原理得到轮胎内部压强与底面对轮胎的支撑力，即载重M：

M＝PC  (1)；

同时C＝lw  (2)；

其中，P为实验轮胎内胎内部压强；C为实验轮胎内胎与地面的接触面积；M为公交车的载重；l为实验轮胎与地面的接触长度；

同时，轮胎在没有任何负载下内胎的气体体积为则：

$\stackrel{\‾}{V}=\mathrm{\π}(R^2-r^2)w---\left(3\right);$

步骤2：计算公交车空载时，空载载重M₀以及公交车载有乘客时公交车总载重M₁；

具体包括：

步骤21：设公交车没有乘客只有车辆自身载重时的空载载重为M₀，此时的接地面是长为l₀，宽为w的矩形，此时α为α₀，空载时候轮胎内胎的体积V₀为：

$V_0=\stackrel{\‾}{V}-(\frac{{\mathrm{\α}}_0{R}^2}{2}-\frac{R^2}{2}\sin {\mathrm{\α}}_0)w---\left(4\right);$

M₀＝P₀l₀w  (5)；

步骤22：设公交车有乘客且有车辆自身载重情况下的载重为M₁，此时的接地面是长为l₁宽为w的矩形，实验轮胎内心与接地面形成的角度α则为α₁，此时轮胎内胎的体积V₁为：

$V_1=\stackrel{\‾}{V}-(\frac{{\mathrm{\α}}_1{R}^2}{2}-\frac{R^2}{2}\sin {\mathrm{\α}}_1)w---\left(6\right);$

M₁＝P₁l₁w   (7)；

步骤23：展开α₀是用弧度制表示的角度，故其值远小于1，在次数较高时接近于0，因此忽略四次以上，得到并令α₀R＝2l₀，最后得到：

$\frac{{\mathrm{\α}}_0{R}^2}{2}-\frac{R^2}{2}\sin {\mathrm{\α}}_0=\frac{{{4l}_0}^3}{3R}---\left(8\right);$

将(4)(5)(8)联立，得到

$M_0{=P}_{0}w\sqrt[3]{\frac{3R}{4w}(\stackrel{\‾}{V}-V_0)}---\left(9\right);$

步骤24：展开α₁是用弧度制表示的角，故其值远小于1，在次数较高时接近于0，因此忽略四次以上，得到并令α₁R＝2l₁，最后得到：

$\frac{{\mathrm{\α}}_1{R}^2}{2}-\frac{R^2}{2}\sin {\mathrm{\α}}_1=\frac{{{4l}_1}^3}{3R}---\left(10\right);$

步骤25：将(6)(7)(10)联立，得到

$M_1{=P}_{1}w\sqrt[3]{\frac{3R}{4w}(\stackrel{\‾}{V}-V_1)}---\left(11\right).$

步骤3：根据上述的M₁以及M₀，计算得到乘客载重ΔM与实验轮胎内胎当前胎压P₁的关系： $\mathrm{\ΔM}=M_1-M_0=\sqrt[3]{\frac{3}{4}R\stackrel{\‾}{V}{w}^2{P_1}^2(P_1-P_0)+\frac{{P_1}^2}{{P_0}^2}{M}_0^3}{-M}_0;$

进一步的，所述步骤3：根据上述的M₁以及M₀，计算得到乘客载重ΔM与实验轮胎内胎当前胎压P₁的关系： $\mathrm{\ΔM}=M_1-M_0=\sqrt[3]{\frac{3}{4}R\stackrel{\‾}{V}{w}^2{P_1}^2(P_1-P_0)+\frac{{P_1}^2}{{P_0}^2}{M}_0^3}{-M}_0,$ 具体包括：

步骤31：若加载前后实验轮胎内胎温度升高了ΔT，则根据理想气体状态方程：

轮胎加载前：

P₀V₀＝nωT₀   (12)；

轮胎加载后：

P₁V₁＝nω(T₀+ΔT)   (13)；

$\frac{P_0{V}_0}{P_1{V}_1}=\frac{T_0}{T_0+\mathrm{\ΔT}}---\left(14\right);$

式中：P₀为空载时的实验轮胎内胎胎压，V₀为空载时实验轮胎内胎体积，T₀为加载前实验轮胎气体温度，P₁为有载重时的实验轮胎内胎胎压，V₁为有载重时实验轮胎内胎体积，T₀为加载前实验轮胎气体温度、ΔT为实验轮胎内胎温度变化量，ω为常数，n为气体物质的量。

实际情况下，轮胎的温度变化可以忽略不计，可以认为即假设轮胎内部气体温度保持不变，满足克拉伯龙方程：

P₀V₀＝P₁V₁＝(P₀+ΔP)(V₀+ΔV)＝nωT₀＝Const   (15)；

步骤32：联立(9)(11)(15)式得乘客载重M₁；通过计算出来的M₁结合公式(9)得到ΔM与实验轮胎内胎当前胎压P₁的关系：

$\mathrm{\ΔM}=M_1-M_0=\sqrt[3]{\frac{3}{4}R\stackrel{\‾}{V}{w}^2{P_1}^2(P_1-P_0)+\frac{{P_1}^2}{{P_0}^2}{M}_0^3}{-M}_0.$

进一步的，所述步骤32具体过程是：

步骤321：由(9)(11)分别可得 $V_0=\stackrel{\‾}{V}-\frac{4w{M}_o^3}{3{P_0}^3{w}^{3}R};$ $V_1=\stackrel{\‾}{V}-\frac{4w{M}_1^3}{3{P_1}^3{w}^{3}R}$

步骤322：将上述两公式代入(15)中，得到：

则 $P_0\stackrel{\‾}{V}-\frac{4P_{o}w{M}_0^3}{3{P_0^{3}w}^{3}R}=P_1\stackrel{\‾}{V}-\frac{{4P}_{1}w{M}_1^3}{3{P_1}^3{w}^{3}R};$

消元得到： $P_0\stackrel{\‾}{V}-\frac{4M_0^3}{3{P_0^{2}w}^{2}R}=P_1\stackrel{\‾}{V}-\frac{4M_1^3}{3{P_1}^2{w}^{2}R};$

进而得到 $M_1=\sqrt[3]{\frac{3}{4}{P_1}^3{w}^{2}R\stackrel{\‾}{V}-\frac{3}{4}{P}_0{P_1}^2{w}^{2}R\stackrel{\‾}{V}+\frac{{P_1}^2}{{P_0}^2}{M}_0^3}=\sqrt[3]{\frac{3}{4}R\stackrel{\‾}{V}{w}^2{P_1}^2(P_1-P_0)+\frac{{P_1}^2}{{P_0}^2}{M}_0^3};$

步骤323：因此，公交的实际乘客载重为：

$\mathrm{\ΔM}=M_1-M_0=\sqrt[3]{\frac{3}{4}R\stackrel{\‾}{V}{w}^2{P_1}^2(P_1-P_0)+\frac{{P_1}^2}{{P_0}^2}{M}_0^3}{-M}_0---\left(16\right);$

由上可知，测出公交车空载时的胎压P₀和载重M₀、公交车轮胎内胎和外胎半径R，r，轮胎宽度w，载重后的胎压P₁，则可得到公交车相对于空载时的乘客载重量变换量ΔM。

进一步的，所述步骤21中计算过程为：在没有乘客只有车辆自身载重的情况下，实验轮胎内胎与地面的接触长度两边沿的夹角α为α₀，实验轮胎内胎形成的三角形面积为对应实验轮胎内胎受荷载前的扇形面积为故在空载时候轮胎的体积变化：

$V_0=\stackrel{\‾}{V}-(\frac{{\mathrm{\α}}_0{R}^2}{2}-\frac{R^2}{2}\sin {\mathrm{\α}}_0)w;$

步骤22中计算过程为：在有乘客的情况下，实验轮胎内胎与地面的接触长度两边沿的夹角α为α₁，实验轮胎内胎形成的三角形面积为对应实验轮胎内胎受荷载前的扇形面积为故在有乘客时候轮胎的体积变化： $V_1=\stackrel{\‾}{V}-(\frac{{\mathrm{\α}}_1{R}^2}{2}-\frac{R^2}{2}\sin {\mathrm{\α}}_1)w.$

一种基于胎压检测的公交车客流计算方法包括步骤：

步骤1：公交车的乘客的体重x服从正态分布假设置信区间的置信度为0.95；

步骤2：由样本数据计算可得，体重样本平均值及体重样本方差值S²：

$\stackrel{\‾}{x}=62.84$

$S^2=\frac{1}{m-1}\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{(x_i-\stackrel{\‾}{x})}^2=\frac{1}{m-1}(\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i^2-m{\stackrel{\‾}{x}}^2)=71.71;$

体重样本标准差：S＝8.47；

其中m为样本数量；x_i表示样本中第i个体重数据；

步骤3：在置信度1-τ＝0.95的基础上，τ＝0.05，m＝256，查t分布表可得，由于m大于30，置信区间计算如下：

$\stackrel{\‾}{x}\±\frac{S}{\sqrt{m}}{t}_{\frac{\mathrm{\σ}}{2}}(m-1)=(62.84\±8.47\×1.645)=(62.84\±13.97)=\left(\mathrm{48.87,76.81}\right)$

故体重在(48.87，76.81)区间内的可能性为95％；

步骤4：根据公交车乘客载重ΔM与实验轮胎内胎当前胎压P₁的关系测出与轮胎有关的常量，代入求得单个轮胎上的载重；由于公交车总重量等于实验轮胎内胎载重之和，即公交车内胎载重变化量M_总等于所有实验轮胎载重ΔM之和；

步骤5：根据公交车载重变化量M_总，得到公交车上乘客流量其中，X为区间(48.87kg，76.81kg)的均值62.84kg。

一种基于胎压检测的公交车客流计算装置包括：

气压采集模块：将采集到的实验轮胎内胎的气压信息进行处理后，通过无线形式传输给载重计算模块；

载重处理模块，用于通过无线方式接收气压采集模块的数字量信息，当室温为T₀＝20℃，温度变化是±15℃(±15K)时，温度范围为5℃-35℃，忽略温度变化的影响，从而得到公交车乘客载重ΔM与实验轮胎内胎当前胎压P₁的关系 $\mathrm{\ΔM}=\sqrt[3]{\frac{3}{4}R\stackrel{\‾}{V}{w}^2{P_1}^2(P_1-P_0)+\frac{{P_1}^2}{{p_0}^2}{M}_0^3}-M_0.$

人数与载重关系计算模块，用于根据公交车乘客的体重x服从正态分布N假设置信区间的置信度为0.95，得到体重在(48.87，76.81)区间内的可能性为95％；然后根据载重处理模块得到各个轮胎上的载重ΔM，其中公交车载重变化量M_总等于所有实验轮胎内胎载重ΔM之和；最后根据公交车载重变化量M_总，得到公交车上乘客流量其中，X为区间(48.87kg，76.81kg)的均值62.84kg。

进一步的，所述气压采集模块包括：

气压传感器：用于与实验轮胎气嘴相连接，将采集到的气压信息传输给AD装换模块；

AD转换模块，用于接收气压传感器将气压传感器采集的模拟数值变化为数字量；

无线发送模块，用于将AD转换模块输出的数字量通过无线方式发送至载重处理模块。

进一步的，所述载重处理模块包括无线接收模块以及载重计算模块，所示无线接收模块用于接收无线发送模块发送的数据；所示载重计算模块用于计算载重与胎压关系，其中载重计算模块计算载重与胎压关系的具体过程是：

步骤1：假设实验轮胎内胎截面为圆形的规则的环，R为实验轮胎内胎外半径，r为实验轮胎内胎内半径；载重后实验轮胎内胎与地面接触部分形成的接地面，所述接地面是长为l，宽为w的矩形；其中假设w是实验轮胎的宽度，实验轮胎内心与矩形长度l两个边缘所形成的角度为α，α是变量；根据作用力与反作用力原理得到轮胎内部压强与底面对轮胎的支撑力，即载重M：

M＝PC  (1)；

同时C＝lw  (2)；

其中，P为实验轮胎内胎内部压强；C为实验轮胎内胎与地面的接触面积；M为公交车的载重；l为实验轮胎与地面的接触长度；

同时，轮胎在没有任何负载下内胎的气体体积为则：

$\stackrel{\‾}{V}=\mathrm{\π}(R^2-r^2)w---\left(3\right);$

步骤2：计算公交车空载时，空载载重M₀以及公交车载有乘客时公交车总载重M₁；

具体包括：

步骤21：设公交车没有乘客只有车辆自身载重时的空载载重为M₀，此时的接地面是长为l₀，宽为w的矩形，此时α为α₀，空载时候轮胎内胎的体积V₀为：

$V_0=\stackrel{\‾}{V}-(\frac{{\mathrm{\α}}_0{R}^2}{2}-\frac{R^2}{2}\sin {\mathrm{\α}}_0)w---\left(4\right);$

M₀＝P₀l₀w  (5)；

步骤22：设公交车有乘客且有车辆自身载重情况下的载重为M₁，此时的接地面是长为l₁宽为w的矩形，实验轮胎内心与接地面形成的角度α则为α₁，此时轮胎内胎的体积V₁为：

$V_1=\stackrel{\‾}{V}-(\frac{{\mathrm{\α}}_1{R}^2}{2}-\frac{R^2}{2}\sin {\mathrm{\α}}_1)w---\left(6\right);$

M₁＝P₁l₁w  (7)；

步骤23：展开α₀是用弧度制表示的角度，故其值远小于1，在次数较高时接近于0，因此忽略四次以上，得到并令α₀R＝2l₀，最后得到：

$\frac{{\mathrm{\α}}_0{R}^2}{2}-\frac{R^2}{2}\sin {\mathrm{\α}}_0=\frac{{{4l}_0}^3}{3R}---\left(8\right);$

将(4)(5)(8)联立，得到

$M_0=P_{0}w\sqrt[3]{\frac{3R}{4w}(\stackrel{\‾}{V}-V_0)}---\left(9\right);$

步骤24：展开α₁是用弧度制表示的角，故其值远小于1，在次数较高时接近于0，因此忽略四次以上，得到并令α₁R＝2l₁，最后得到：

$\frac{{\mathrm{\α}}_1{R}^2}{2}-\frac{R^2}{2}\sin {\mathrm{\α}}_1=\frac{{{4l}_1}^3}{3R}---\left(10\right);$

步骤25：将(6)(7)(10)联立，得到：

$M_1=P_{1}w\sqrt[3]{\frac{3R}{4w}(\stackrel{\‾}{V}-V_1)}---\left(11\right);$

步骤3包括：步骤31：若加载前后实验轮胎内胎温度升高了ΔT，则根据理想气体状态方程：

轮胎加载前：

P₀V₀＝nωT₀     (12)；

轮胎加载后：

P₁V₁＝nω(T₀+ΔT)       (13)；

$\frac{P_0{V}_0}{P_1{V}_1}=\frac{T_0}{T_0+\mathrm{\ΔT}}---\left(14\right);$

式中：P₀为空载时的实验轮胎内胎胎压，V₀为空载时实验轮胎内胎体积，T₀为加载前实验轮胎气体温度，P₁为有载重时的实验轮胎内胎胎压，V₁为有载重时实验轮胎内胎体积，T₀为加载前实验轮胎气体温度、ΔT为实验轮胎内胎温度变化量，ω为常数，n为气体物质的量。

实际情况下，轮胎的温度变化可以忽略不计，可以认为即假设轮胎内部气体温度保持不变，满足克拉伯龙方程：

P₀V₀＝P₁V₁＝(P₀+ΔP)(V₀+ΔV)＝nωT₀＝Const          (15)；

步骤32：联立(9)(11)(15)式得乘客载重M₁；通过计算出来的M₁结合公式(9)得到ΔM与实验轮胎内胎当前胎压P₁的关系： $\mathrm{\ΔM}=M_1-M_0=\sqrt[3]{\frac{3}{4}R\stackrel{\‾}{V}{w}^2{P_1}^2(P_1-P_0)+\frac{{P_1}^2}{{P_0}^2}{M}_0^3}-M_0.$

进一步的，所述步骤21中计算过程为：在没有乘客只有车辆自身载重的情况下，实验轮胎内胎与地面的接触长度两边沿的夹角α为α₀，实验轮胎内胎形成的三角形面积为对应实验轮胎内胎受荷载前的扇形面积为故在空载时候轮胎的体积变化： $V_0=\stackrel{\‾}{V}-(\frac{{\mathrm{\α}}_0{R}^2}{2}-\frac{R^2}{2}\sin {\mathrm{\α}}_0)w;$ 步骤22中 $V_1=\stackrel{\‾}{V}-(\frac{{\mathrm{\α}}_1{R}^2}{2}-\frac{R^2}{2}\sin {\mathrm{\α}}_1)w$ 计算过程为：在有乘客的情况下，实验轮胎内胎与地面的接触长度两边沿的夹角α为α₁，实验轮胎内胎形成的三角形面积为对应实验轮胎内胎受荷载前的扇形面积为故在有乘客时候轮胎的体积变化：

进一步的，所述人数与载重关系计算模块计算客流量具体过程是：

步骤1：公交乘客的体重x服从正态分布假设置信区间的置信度为0.95；

步骤2：由样本数据计算可得，体重样本平均值及体重样本方差值S²：

$\stackrel{\‾}{x}=62.84$

$S^2=\frac{1}{m-1}\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{(x_i-\stackrel{\‾}{x})}^2=\frac{1}{m-1}(\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i^2-{\stackrel{\‾}{\mathrm{mx}}}^2)=71.71$

体重样本标准差：S＝8.47；

其中m为样本数量；x_i表示样本中第i个体重数据。

步骤3：在置信度1-τ＝0.95的基础上，τ＝0.05，m＝256，查t分布表可得，由于m大于30，置信区间计算如下：

$\stackrel{\‾}{x}\±\frac{S}{\sqrt{m}}{t}_{\frac{\mathrm{\σ}}{2}}(m-1)=(62.84\±8.47\×1.645)=(62.84\±13.97)=\left(\mathrm{48.87,76.81}\right);$

故体重在(48.87，76.81)区间内的可能性为95％；

步骤4：根据公交车载重与当前胎压的关系：

$\mathrm{\ΔM}=\sqrt[3]{\frac{3}{4}R\stackrel{\‾}{V}{y}^2{P_1}^2(P_1-P_0)+\frac{{P_1}^2}{{P_0}^2}{M}_0^3}-M_0,;$

由于公交车总重量等于实验轮胎内胎载重之和，即公交车内胎载重变化量M_总等于所有实验轮胎载重ΔM之和；

步骤5：根据公交车载重变化量M_总，得到公交车上乘客流量其中，X为区间(48.87kg，76.81kg)的均值62.84kg。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

影响轮胎气压的因素很多，在静止的情况下有环境温度、地面温度、初始气压、轮胎所承受的荷载等；在高速滚动的状态下，轮胎的气压还受风荷载的影响。进而会影响到轮胎载重与轮胎体积变化模型的建立。研究环境温度及径向荷载与轮胎内部胎压变化的关系，建立稳定的胎压变化与影响因素之间的数学模型。并将这个模型应用于公交车载重与乘客流量估算的计算领域。具体分析如下：

1、温度变化范围为5摄氏度到35摄氏度时，温度对胎压变化量与载重变化量函数关系影响，可以忽略不计。当室温为T₀＝20℃，温度变化是±15℃(±15K)时，温度范围为5℃-35℃，忽略温度的变化，将整个气体变化过程看成满足克拉伯龙方程，其具体证明过程：

1)在室内温度T₀为35℃时，对应开始温度为308K，ΔT＝15K，此时

$\frac{T_0+\mathrm{\ΔT}}{T_0}=1.05\≈1.$

2)当室内温度T₀为5℃时，对应开氏温度是278K；ΔT＝-15K，此时

$\frac{T_0+\mathrm{\ΔT}}{T_0}=0.95\≈1.$

2、由于不同地区人口平均体重不尽相同，所以需要对不同地区人口体重进行临时取样调查，并利用数理统计的方法对样本进行分析，的初期置信区间和期望值(统计计算方法已给出)。本专利中通过对大量乘客体重通过概率统计学计算方法，可以推导出置信区间 $\stackrel{\‾}{x}\±\frac{S}{\sqrt{m}}{t}_{\frac{\mathrm{\σ}}{2}}(m-1)=(62.84\±8.47\×1.645)=(62.84\±13.97)=\left(\mathrm{48.87,76.81}\right);$ 故体重在(48.87，76.81)区间内的可能性为95％。本方法在假设轮胎载重测量没有偏差的情况下，有95％的可靠性保证公交客流人数估计的最大误差(极端情况)在28％以内，而随着上车人数的增加，估计误差会显著降低。在假设轮胎载重测量没有偏差的情况下，有95％的可靠性保证公交客流人数估计的最大误差(极端情况)在28％以内，而随着上车人数的增加，估计误差会显著降低。

3、本专利在考虑到温度不影响实际建模的情况下，建立胎压与载重模型然后再结合有益效果3中所述的乘客体重估计算法，就可建立起公交车载重与乘客体重之间的模型，能更加精准的估算公交车的车流量，有助于公交系统分布的合同安排和规划，达到节能减排的效果，解决了现有技术中公交IC卡、主动式红外计数器等传统测量精度不高，无法统计下车人数以及设备成本高的问题。

4、根据对公交车轮胎与地面的受力分析，得出气体体积变化与压强变化之间的关系，利用理想气体状态方程，最终得到解得载重ΔM与当前胎压P₁的关系测出公交车空载时的胎压P₀和载重M₀、公交车轮胎内胎和外胎半径R，r，轮胎宽度w，载重后的胎压P₁，则可得到公交车相对于空载时的载重量ΔM，然后建立公交查载重量和载客人数的关系模型，从而得出胎压变化和载客人数变化的关系。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1轮胎内胎有载重(分为空载或者有乘客两种情况)的时候，侧面图垂直于水平面的截面图。

图2轮胎内胎有载重后，轮胎与接触面(底面)的接触面图。

图3是图1中轮胎在有载重情况下，内胎横截面与地面接触部分，夹角为α的区域示意图。

图4是图1中未承重时，轮胎无变形，轮胎内胎横截面其夹角为α的区域示意图。

图5是一种基于胎压检测的公交车客流装置原理框图。

图6是体重正态分布图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

说明部分：

1、无效加载是指轮胎受压后内胎外胎不能完全贴合的情况，而公交车的自重可以克服无效加载，自重使得轮胎内胎和外胎贴合。在本设计中所有轮胎参数指的都是轮胎内胎参数。

2、当根据一种基于胎压的在中检测方法，设计基于胎压检测的公交车客流计算方法及装置时，实验轮胎指的就是实际中公交车轮胎。

3、AD转换模块可以用AD芯片或者处理器进行模拟到数字信号的转换。

4、无线发送模块指的是普通的无线发射模块等，能完成无线数据发送、接收等硬件设备。无线接收模块指的是能实现无线数据接收功能等硬件设备。

5、显示模块指的带显示功能的显示屏。

6、联立(9)(11)(15)式得乘客载重ΔM与实验轮胎内胎当前胎压P₁的关系 $\mathrm{\ΔM}=\sqrt[3]{\frac{3}{4}R\stackrel{\‾}{V}{w}^2{P_1}^2(P_1-P_0)+\frac{{P_1}^2}{{P_0}^2}{M}_0^3}-M_0$ 的具体过程：

由(9)(11)分别可得

$V_0=\stackrel{\‾}{V}-\frac{4w{M}_o^3}{3{P_0}^3{w}^{3}R}$

$V_1=\stackrel{\‾}{V}-\frac{4w{M}_1^3}{3{P_1}^3{w}^{3}R}$

代入(15)中，

$\frac{\stackrel{\‾}{V}-\frac{4w{M}_0^3}{3{P_0}^3{w}^{3}R}}{\stackrel{\‾}{V}-\frac{4w{M}_1^3}{3{P_1}^3{w}^{3}R}}=\frac{P_1}{P_0}$

$P_0\stackrel{\‾}{V}-\frac{4P_{o}w{M}_0^3}{3{P_0}^3{w}^{3}R}=P_1\stackrel{\‾}{V}-\frac{4P_{1}w{M}_1^3}{3{P_1}^3{w}^{3}R}$

消元得到

$P_0\stackrel{\‾}{V}-\frac{4M_0^3}{3{P_0}^2{w}^{2}R}=P_1\stackrel{\‾}{V}-\frac{4M_1^3}{3{P_1}^2{w}^{2}R}$

进而得到 $M_1=\sqrt[3]{\frac{3}{4}{P_1}^3{w}^{2}R\stackrel{\‾}{V}-\frac{3}{4}{P}_0{P_1}^2{w}^{2}R\stackrel{\‾}{V}+\frac{{R_1}^2}{{P_0}^2}{M}_0^3}=\sqrt[3]{\frac{3}{4}R\stackrel{\‾}{V}{w}^2{P_1}^2(P_1-P_0)+\frac{{P_1}^2}{{P_0}^2}{M}_0^3}$

因此，公交的实际乘客载重为：

$\mathrm{\ΔM}=M_1-M_0=\sqrt[3]{\frac{3}{4}R\stackrel{\‾}{V}{w}^2{P_1}^2(P_1-P_0)+\frac{{P_1}^2}{{P_0}^2}{M}_0^3}-M_0---\left(16\right);$

实施例一：一种基于胎压的载重检测方法包括：

步骤1：假设实验轮胎内胎截面为圆形的规则的环，R为实验轮胎内胎外半径，r为实验轮胎内胎内半径；载重后实验轮胎内胎与地面接触部分形成的接地面，所述接地面是长为l，宽为w的矩形，其中假设w是轮胎的宽度(即假设轮胎宽度完全接地)，实验轮胎内心与矩形长度l两个边缘所形成的角度为α。根据作用力与反作用力原理得到轮胎内部压强与底面对轮胎的支撑力，即载重：

M＝PC   (1)；

同时C＝lw   (2)；

其中，P为实验轮胎内胎内部压强；C为实验轮胎内胎与地面的接触面积；M为公交车的载重；l为实验轮胎与地面的接触长度；

同时，轮胎在没有任何负载下内胎的气体体积为则根据几何知识：

$\stackrel{\‾}{V}=\mathrm{\π}(R^2-r^2)w---\left(3\right);$

步骤2：

情况①：设公交车空载时候(没有乘客只有车辆自身载重)的载重为M₀，此时的接地面是长为l₀宽为w的矩形，轮胎内心与接地面形成的角度为α₀，空载时候轮胎内胎的体积为：

$V_0=\stackrel{\‾}{V}-(\frac{{\mathrm{\α}}_0{R}^2}{2}-\frac{R^2}{2}\sin {\mathrm{\α}}_0)w---\left(4\right);$

M₀＝P₀l₀w   (5)；

情况②：设公交车有乘客时候(有乘客且有公交车自身载重)的载重为M₁，此时的接地面是长为l₁宽为w的矩形，轮胎内心与接地面形成的角度为α₁，此时轮胎内胎的体积为：

$V_1=\stackrel{\‾}{V}-(\frac{{\mathrm{\α}}_1{R}^2}{2}-\frac{R^2}{2}{\sin \mathrm{\α}}_1)w---\left(6\right);$

M₁＝P₁l₁w   (7)；

展开α₀是用弧度制表示的角，故其值远小于1，在次数较高时接近于0，因此忽略四次以上，得到由于内胎变形很小，令α₀R＝2l₀(可以从图1、图2中看出)，最后得到：

$\frac{{\mathrm{\α}}_0{R}^2}{2}-\frac{R^2}{2}\sin {\mathrm{\α}}_0=\frac{{{4l}_0}^3}{3R}---\left(8\right);$

将(4)(5)(8)联立，得到

$M_0=P_0{w}^3\sqrt{\frac{3R}{4w}(\stackrel{\‾}{V}-V_0)}---\left(9\right);$

展开α₁是用弧度制表示的角，故其值远小于1，在次数较高时接近于0，因此忽略四次以上，得到并令α₁R＝2l₁，最后得到：

$\frac{{\mathrm{\α}}_1{R}^2}{2}-\frac{R^2}{2}\sin {\mathrm{\α}}_1=\frac{{{4l}_1}^3}{3R}---\left(10\right);$

将(6)(7)(10)联立，得到

$M_1=P_1{w}^3\sqrt{\frac{3R}{4w}(\stackrel{\‾}{V}-V_1)}---\left(11\right);$

步骤3：若加载前后实验轮胎内胎温度升高了ΔT，则根据理想气体状态方程：

轮胎加载前：

P₀V₀＝nωT₀   (12)；

轮胎加载后：

P₁V₁＝nω(T₀+ΔT)   (13)；

$\frac{P_0{V}_0}{P_1{V}_1}=\frac{T_0}{T_0+\mathrm{\ΔT}}---\left(14\right);$

式中：P₀为空载时的实验轮胎内胎胎压，V₀为空载时实验轮胎内胎体积，T₀为加载前实验轮胎气体温度，P₁为有载重时的实验轮胎内胎胎压，V₁为有载重时实验轮胎内胎体积，T₀为加载前实验轮胎气体温度、ΔT为实验轮胎内胎温度变化量，ω为常数，n为气体物质的量。

实际情况下，轮胎的温度变化可以忽略不计，可以认为即假设轮胎内部气体温度保持不变，满足克拉伯龙方程：

P₀V₀＝P₁V₁＝(P₀+ΔP)(V₀+ΔV)＝nωT₀＝Const   (15)；

联立(9)(11)(15)式得乘客载重ΔM与实验轮胎内胎当前胎压P₁的关系：

$\mathrm{\ΔM}=\sqrt[3]{\frac{3}{4}R{\stackrel{\‾}{V}w}^2{P_1}^2(P_1-P_0)+\frac{{P_1}^2}{{P_0}^2}{M}_0^3}-M_0---\left(16\right);$

由上可知，当室温为T₀＝20℃，温度变化是±15℃(±15K)时，温度范围为5℃-35℃，忽略温度变化的影响，测出公交车空载时的胎压P₀和载重M₀、公交车轮胎内胎和外胎半径R，r，轮胎宽度w，载重后的胎压P₁，则可得到公交车相对于空载时的载重量ΔM。

实施例二：步骤2中计算过程为：

步骤2.1：设置在空载时，实验轮胎内胎与地面的接触长度两边沿的夹角为α₀，实验轮胎内胎形成的三角形面积为对应实验轮胎内胎受荷载前的扇形面积为故空载时候轮胎的体积变化：

$V_0=\stackrel{\‾}{V}-(\frac{{\mathrm{\α}}_0{R}^2}{2}-\frac{R^2}{2}\sin {\mathrm{\α}}_0)w$

同理可得在有乘客情况下，轮胎的体积变化为：

$V_1=\stackrel{\‾}{V}-(\frac{{\mathrm{\α}}_1{R}^2}{2}-\frac{R^2}{2}\sin {\mathrm{\α}}_1)w$

实施例三：所述步骤2中计算过程为：

步骤2.2：在有乘客的情况下，实验轮胎内胎与地面的接触长度两边沿的夹角α为α₁，实验轮胎内胎形成的三角形面积为对应实验轮胎内胎受荷载前的扇形面积为故在有乘客时候轮胎的体积变化：

$V_1=\stackrel{\‾}{V}-(\frac{{\mathrm{\α}}_1{R}^2}{2}-\frac{R^2}{2}\sin {\mathrm{\α}}_1)w$

实施例四：由于通过实验确定函数参数时的室温为T₀＝20℃，当所述温度变化是±15℃(±15K)时，温度范围为5℃-35℃，在这种情况下，温度对胎压变换量与载重变化量关系精度达到95％以上，对其忽略不计，将整个气体变化过程看成满足克拉伯龙方程，其具体证明过程：

1)在室内温度T₀为35℃时，对应开始温度为308K，ΔT＝15K，此时 $\frac{T_0+\mathrm{\ΔT}}{T_0}=1.05\≈1.$

2)当室内温度T₀为5℃时，对应开氏温度是278K；ΔT＝-15K，此时 $\frac{T_0+\mathrm{\ΔT}}{T_0}=0.95\≈1.$

实施例五：乘客体重估算方法：

样本年龄层取自15-60岁之间，充分体现了取样调查的合理性，由于人的体重服从正态分布体重样本方差S²未知，欲估计的大小，在有限样本情况下，人的体重样本服从t分布，通过查找t分布表对该组样本进行分析，从而得到样本置信区间，进而估计总体的体重。其模型建立与求解：

步骤1：公交乘客的体重x服从正态分布假设置信区间的置信度为0.95；

步骤2：由样本数据表1计算可得，体重样本平均值及体重样本方差值S²：

$\stackrel{\‾}{x}=62.84;$

$S^2=\frac{1}{m-1}\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{(x_i-\stackrel{\‾}{x})}^2=\frac{1}{m-1}(\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i^2-m{\stackrel{\‾}{x}}^2)=71.71;$

体重样本标准差：S＝8.47；

其中m为样本数量；x_i表示样本中第i个体重数据。

步骤3：在置信度1-τ＝0.95的基础上，τ＝0.05，m＝256，查t分布表可得，由于m大于30，置信区间计算如下：

故体重在(48.87，76.81)区间内的可能性为95％。

步骤4：，此时置信区间为：

$\stackrel{\‾}{x}\±\frac{S}{\sqrt{m}}{t}_{\frac{\mathrm{\σ}}{2}}(m-1)=(62.84\±8.47\×1.645)=(62.84\±13.97)=\left(\mathrm{48.87,76.81}\right).$

正态分布图标如图6所示。其中：

体重样本表：

实施例六：一种基于胎压检测的公交车客流计算方法包括步骤：

步骤1：公交乘客的体重x服从正态分布假设置信区间的置信度为0.95；

步骤2：由样本数据计算可得，体重样本平均值及体重样本方差值S²：

$\stackrel{\‾}{x}=62.84$

$S^2=\frac{1}{m-1}\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{(x_i-\stackrel{\‾}{x})}^2=\frac{1}{m-1}(\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i^2-m{\stackrel{\‾}{x}}^2)=71.71$

体重样本标准差：S＝8.47

其中m为样本数量。x_i表示样本中第i个体重数据。

步骤3：在置信度1-τ＝0.95的基础上，τ＝0.05，m＝256，查t分布表可得，由于m大于30，置信区间计算如下：

$\stackrel{\‾}{x}\±\frac{S}{m}{t}_{\frac{\mathrm{\σ}}{2}}(m-1)=(62.84\±8.47\×1.645)=(62.84\±13.97)=\left(\mathrm{48.87,76.81}\right)$

故体重在(48.87，76.81)区间内的可能性为95％。

步骤4：根据公交车乘客载重ΔM与当前胎压P₁的关系(根据实施例一得到此关系具体计算过程)：

$\mathrm{\ΔM}=\sqrt[3]{\frac{3}{4}R\stackrel{\‾}{V}{w}^2{P_1}^2(P_1-P_0)+\frac{{P_1}^2}{{P_0}^2}{M}_0^3}-M_0;$

由于公交车总重量等于实验轮胎内胎载重之和，即公交车内胎载重变化量M_总等于所有实验轮胎载重ΔM之和；

步骤5：根据公交车载重变化量M_总，得到公交车上乘客流量其中，X为区间(48.87kg，76.81kg)的均值62.84kg，因此该种方法在假设轮胎载重测量没有偏差的情况下，有95％的可靠性保证公交客流人数估计的最大误差(极端情况)在28％以内，而随着上车人数的增加，估计误差会显著降低。实施例七：一种基于胎压检测的公交车客流计算装置，其特征在于包括：

气压采集模块：将采集到实验轮胎内胎的气压信息进行处理后，通过无线形式传输给载重计算模块；

载重处理模块，用于通过无线方式接收气压采集模块的数字量信息，当室温为T₀＝20℃，温度变化是±15℃(±15K)时，温度范围为5℃-35℃，忽略温度变化的影响，从而得到公交车乘客载重ΔM与当前胎压P₁的关系(根据实施例一得到此关系具体计算过程)： $\mathrm{\ΔM}=\sqrt[3]{\frac{3}{4}R\stackrel{\‾}{V}{w}^2{P_1}^2(P_1-P_0)+\frac{{P_1}^2}{{P_0}^2}{M}_0^3}-M_0.$

人数与载重关系计算模块，用于根据公交乘客的体重x服从正态分布N假设置信区间的置信度为0.95，得到体重在(48.87，76.81)区间内的可能性为95％；然后根据载重处理模块得到各个轮胎上的载重ΔM，其中公交车载重变化量M_总等于所有实验轮胎内胎载重ΔM之和；最后根据公交车载重变化量M_总，得到公交车上乘客流量其中，X为区间(48.87kg，76.81kg)的均值62.84kg，因此该种方法在假设轮胎载重测量没有偏差的情况下，有95％的可靠性保证公交客流人数估计的最大误差(极端情况)在28％以内，而随着上车人数的增加，估计误差会显著降低。

其中公交车空载时，通过密封软管将轮胎气嘴与气压传感器相连接，将初始的气压值转换为标准电信号送入AD转换器中；当乘客上车时，气压传感器所感应的胎压发生变化，将这个变化过程以无线信号发射出去，公交车其余5个轮胎同理；接受端接收无线信号，并对数据信息处理，基于胎压变化量ΔM和载重变化的精确函数关系，将胎压变换量换算为人数变化量，并在显示模块显示出来。

6个实验轮胎内胎(公交车默认6个轮胎)的胎压值总变化量M_总转化为实验轮胎内胎载重ΔM总和，然后根据M_总除以人均体重值就可以得到乘客数变化。

实施例八：在实施例七基础上，本专利还包括显示模块，显示模块用于显示公交车当前载客数量、当前空载时胎压值、当前载客后胎压值、当前标定参数以及某一地区人口平均体重值等。

实施例九：所述气压采集模块包括：

气压传感器：用于与轮胎气嘴相连接，将采集到的气压信息传输给AD装换模块；

AD转换模块，用于接收气压传感器将气压传感器采集的模拟数值变化为数字量；可以是处理器，或者可以处理气压传感器采集数据的模数转换器。

无线发送模块，用于将AD转换模块输出的数字量通过无线方式发送至载重计算模块。

实施例十：所述载重处理模块包括无线接收模块以及载重计算模块，所示无线接收模块用于接收无线发送模块发送的数据；所示载重计算模块用于计算载重与胎压关系，其中载重计算模块计算载重与胎压关系的具体过程是：

步骤1：假设实验轮胎内胎截面为圆形的规则的环，R为实验轮胎内胎外半径，r为实验轮胎内胎内半径；载重后实验轮胎内胎与地面接触部分形成一接地面，该接地面是长为l，宽为w的矩形；其中w是实验轮胎的宽度，实验轮胎内心与该矩形长度l两个边缘所形成的夹角角度为α，α是变量；根据作用力与反作用力原理得到轮胎内部压强与底面对轮胎的支撑力，即载重M：

M＝PC    (1)；

同时C＝lw    (2)；

其中，P为实验轮胎内胎内部压强；C为实验轮胎内胎与地面的接触面积；M为公交车的载重；l为实验轮胎与地面的接触长度；

同时，轮胎在没有任何负载下内胎的气体体积为则：

$\stackrel{\‾}{V}=\mathrm{\π}(R^2-r^2)w---\left(3\right);$

步骤2：计算公交车空载时，空载载重M₀以及公交车载有乘客时公交车总载重M₁；

具体包括：

步骤21：设公交车没有乘客只有车辆自身载重时的空载载重为M₀，此时的接地面是长为l₀，宽为w的矩形，此时α为α₀，空载时候轮胎内胎的体积V₀为：

$V_0=\stackrel{\‾}{V}-(\frac{{\mathrm{\α}}_0{R}^2}{2}-\frac{R^2}{2}\sin {\mathrm{\α}}_0)w---\left(4\right);$

M₀＝P₀l₀w    (5)；

步骤22：设公交车有乘客且有车辆自身载重情况下的载重为M₁，此时的接地面是长为l₁宽为w的矩形，实验轮胎内心与接地面形成的角度α则为α₁，此时轮胎内胎的体积V₁为：

$V_1=\stackrel{\‾}{V}-(\frac{{\mathrm{\α}}_1{R}^2}{2}-\frac{R^2}{2}\sin {\mathrm{\α}}_1)w---\left(6\right);$

M₁＝P₁l₁w    (7)；

步骤23：展开α₀是用弧度制表示的角度，故其值远小于1，在次数较高时接近于0，因此忽略四次以上，得到并令α₀R＝2l₀，最后得到：

$\frac{{\mathrm{\α}}_0{R}^2}{2}-\frac{R^2}{2}\sin {\mathrm{\α}}_0=\frac{{{4l}_0}^3}{3R}---\left(8\right);$

将(4)(5)(8)联立，得到

$M_0=P_{0}w\sqrt[3]{\frac{3R}{4w}(\stackrel{\‾}{V}-V_0)}---\left(9\right);$

步骤24：展开α₁是用弧度制表示的角，故其值远小于1，在次数较高时接近于0，因此忽略四次以上，得到并令α₁R＝2l₁，最后得到：

$\frac{{\mathrm{\α}}_1{R}^2}{2}-\frac{R^2}{2}\sin {\mathrm{\α}}_1=\frac{4{l_1}^3}{3R}---\left(10\right);$

步骤25：将(6)(7)(10)联立，得到

$M_1=P_{1}w\sqrt[3]{\frac{3R}{4w}(\stackrel{\‾}{V}-V_1)}---\left(11\right);$

步骤3：若加载前后实验轮胎内胎温度升高了ΔT，则根据理想气体状态方程：

轮胎加载前：

P₀V₀＝nωT₀        (12)；

轮胎加载后：

P₁V₁＝nω(T₀+ΔT)       (13)；

$\frac{P_0{V}_0}{P_1{V}_1}=\frac{T_0}{T_0+\mathrm{\ΔT}}---\left(14\right);$

式中：P₀为空载时的实验轮胎内胎胎压，V₀为空载时实验轮胎内胎体积，T₀为加载前实验轮胎气体温度，P₁为有载重时的实验轮胎内胎胎压，V₁为有载重时实验轮胎内胎体积，T₀为加载前实验轮胎气体温度、ΔT为实验轮胎内胎温度变化量，ω为常数，n为气体物质的量。

实际情况下，轮胎的温度变化可以忽略不计，可以认为即假设轮胎内部气体温度保持不变，满足克拉伯龙方程：

P₀V₀＝P₁V₁＝(P₀+ΔP)(V₀+ΔV)＝nωT₀＝Const       (15)；

联立(9)(11)(15)式得乘客载重M₁；通过计算出来的M₁结合公式(9)得到ΔM与实验轮胎内胎当前胎压P₁的关系：

$\mathrm{\ΔM}=M_1-M_0=\sqrt[3]{\frac{3}{4}R\stackrel{\‾}{V}{w}^2{P_1}^2(P_1-P_0)+\frac{{P_1}^2}{{P_0}^2}{M}_0^3}-M_0;$

由上可知，测出公交车空载时的胎压P₀和载重M₀、公交车轮胎内胎和外胎半径R，r，轮胎宽度w，载重后的胎压P₁，则可得到公交车相对于空载时的载重量ΔM。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种基于胎压的载重检测方法，其特征在于包括：

步骤1：假设实验轮胎内胎截面为圆形的规则的环，R为实验轮胎内胎外半径，r为实验轮胎内胎内半径；载重后实验轮胎内胎与地面接触部分形成一接地面，该接地面是长为l，宽为w的矩形；其中w是实验轮胎的宽度，实验轮胎内心与该矩形长度l两个边缘所形成的夹角角度为α，α是变量；根据作用力与反作用力原理得到轮胎内部压强与底面对轮胎的支撑力，即载重M：

M＝PC   (1)；

同时C＝lw   (2)；

其中，P为实验轮胎内胎内部压强；C为实验轮胎内胎与地面的接触面积；M为公交车的载重；l为实验轮胎与地面的接触长度；

同时，轮胎在没有任何负载下内胎的气体体积为，则：

$\stackrel{\‾}{V}=\mathrm{\π}(R^2-r^2)w---\left(3\right);$

步骤2：计算公交车空载时，空载载重M₀以及公交车载有乘客时公交车总载重M₁；

具体包括：

步骤21：设公交车没有乘客只有车辆自身载重时的空载载重为M₀，此时的接地面是长为l₀，宽为w的矩形，此时α为α₀，空载时候轮胎内胎的体积V₀为：

$V_0=\stackrel{\‾}{V}-(\frac{{\mathrm{\α}}_0{R}^2}{2}-\frac{R^2}{2}\sin {\mathrm{\α}}_0)w---\left(4\right);$

M₀＝P₀l₀w   (5)；

步骤22：设公交车有乘客且有车辆自身载重情况下的载重为M₁，此时的接地面是长为l₁宽为w的矩形，实验轮胎内心与接地面形成的角度α则为α₁，此时轮胎内胎的体积V₁为：

$V_1=\stackrel{\‾}{V}-(\frac{{\mathrm{\α}}_1{R}^2}{2}-\frac{R^2}{2}\sin {\mathrm{\α}}_1)w---\left(6\right);$

M₁＝P₁l₁w   (7)；

步骤23：展开α₀是用弧度制表示的角度，故其值远小于1，在次数较高时接近于0，因此忽略四次以上，得到并令α₀R＝2l₀，最后得到：

$\frac{{\mathrm{\α}}_0{R}^2}{2}-\frac{R^2}{2}\sin {\mathrm{\α}}_0=\frac{{{4l}_0}^3}{3R}---\left(8\right);$

将(4)(5)(8)联立，得到

$M_0=P_0{w}^3\sqrt{\frac{3R}{4w}(\stackrel{\‾}{V}-V_0)}---\left(9\right);$

步骤24：展开α₁是用弧度制表示的角，故其值远小于1，在次数较高时接近于0，因此忽略四次以上，得到并令α₁R＝2l₁，最后得到：

$\frac{{\mathrm{\α}}_1{R}^2}{2}-\frac{R^2}{2}\sin {\mathrm{\α}}_1=\frac{{{4l}_1}^3}{3R}---\left(10\right);$

步骤25：将(6)(7)(10)联立，得到

$M_1=P_1{w}^3\sqrt{\frac{3R}{4w}(\stackrel{\‾}{V}-V_1)}---\left(11\right);$

步骤3：根据上述的M₁以及M₀，计算得到乘客载重ΔM与实验轮胎内胎当前胎压P₁的关系： $\mathrm{\ΔM}=M_1-M_0=\sqrt[3]{\frac{3}{4}R{\stackrel{\‾}{V}w}^2{P_1}^2(P_1-P_0)+\frac{{P_1}^2}{{P_0}^2}{M}_0^3}-M_0;$

由上可知，测出公交车空载时的胎压P₀和载重M₀、公交车轮胎内胎和外胎半径R，r，轮胎宽度w，载重后的胎压P₁，轮胎在没有任何负载下内胎的气体体积为，则可得到公交车相对于空载时的载重量变换量ΔM。

2.根据权利要求1所述的一种基于胎压的载重检测方法，其特征在于所述步骤3包括：

步骤31：若加载前后实验轮胎内胎温度升高了ΔT，则根据理想气体状态方程：

轮胎加载前：

P₀V₀＝nωT₀   (12)；

轮胎加载后：

P₁V₁＝nω(T₀+ΔT)   (13)；

$\frac{P_0{V}_0}{P_1{V}_1}=\frac{T_0}{T_0+\mathrm{\ΔT}}---\left(14\right);$

式中：P₀为空载时的实验轮胎内胎胎压，V₀为空载时实验轮胎内胎体积，T₀为加载前实验轮胎气体温度，P₁为有载重时的实验轮胎内胎胎压，V₁为有载重时实验轮胎内胎体积，ΔT为实验轮胎内胎温度变化量，ω为常数，n为气体物质的量；

实际情况下，轮胎的温度变化可以忽略不计，可以认为即假设轮胎内部气体温度保持不变，满足克拉伯龙方程：

P₀V₀＝P₁V₁＝(P₀+ΔP)(V₀+ΔV)＝nωT₀＝Const   (15)；

步骤32：联立(9)(11)(15)式得乘客载重M₁；通过计算出来的M₁结合公式(9)得到ΔM与实验轮胎内胎当前胎压P₁的关系： $\mathrm{\ΔM}=M_1-M_0=\sqrt[3]{\frac{3}{4}R\stackrel{\‾}{V}{w}^2{P_1}^2(P_1-P_0)+\frac{{P_1}^2}{{P_0}^2}{M}_0^3}-M_0.$

3.根据权利要求2所述的一种基于胎压的载重检测方法，其特征在于所述步骤32具体过程是：

步骤321：由(9)(11)分别可得：

步骤322：将上述两公式代入(15)中，得到

则 $P_0\stackrel{\‾}{V}-\frac{4P_{o}w{M}_0^3}{3{P_0}^3{w}^{3}R}=P_1\stackrel{\‾}{V}-\frac{4P_{1}w{M}_1^3}{3{P_1}^3{w}^{3}R};$

消元得到： $P_0\stackrel{\‾}{V}-\frac{4M_0^3}{3{P_0}^2{w}^{2}R}=P_1\stackrel{\‾}{V}-\frac{4M_1^3}{3{P_1}^2{w}^{2}R};$

进而得到 $M_1=\sqrt[3]{\frac{3}{4}{P_1}^3{w}^{2}R\stackrel{\‾}{V}-\frac{3}{4}{P}_0{P_1}^2{w}^{2}R\stackrel{\‾}{V}+\frac{{P_1}^2}{{P_0}^2}{M}_0^3}=\sqrt[3]{\frac{3}{4}R{\stackrel{\‾}{V}w}^2{P_1}^2(P_1-P_0)+\frac{{P_1}^2}{{P_0}^2}{M}_0^3};$

步骤323：因此，公交的实际乘客载重为：

$\mathrm{\ΔM}=M_1-M_0=\sqrt[3]{\frac{3}{4}R\stackrel{\‾}{V}{w}^2{P_1}^2(P_1-P_0)+\frac{{P_1}^2}{{P_0}^2}{M}_0^3}-M_0---\left(16\right).$

4.根据权利要求1至3之一所述的一种基于胎压的载重检测方法，其特征在于所述

步骤21中计算过程为：在没有乘客只有车辆自身载重的情况下，实验轮胎内胎与地面的接触长度两边沿的夹角α为α₀，实验轮胎内胎形成的三角形面积为对应实验轮胎内胎受荷载前的扇形面积为故在空载时候轮胎的体积变化：

步骤22中计算过程为：在有乘客的情况下，实验轮胎内胎与地面的接触长度两边沿的夹角α为α₁，实验轮胎内胎形成的三角形面积为对应实验轮胎内胎受荷载前的扇形面积为故在有乘客时候轮胎的体积变化： $V_1=\stackrel{\‾}{V}-(\frac{{\mathrm{\α}}_1{R}^2}{2}-\frac{R^2}{2}\sin {\mathrm{\α}}_1)w.$

5.一种基于胎压检测的公交车客流计算方法，其特征在于包括步骤：

步骤1：公交车的乘客的体重x服从正态分布假设置信区间的置信度为0.95；

步骤2：由样本数据计算可得，体重样本平均值及体重样本方差值S²：

$\stackrel{\‾}{x}=62.84$

$S^2=\frac{1}{m-1}\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{(x_i-\stackrel{\‾}{x})}^2=\frac{1}{m-1}(\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i^2-m{\stackrel{\‾}{x}}^2)=71.71$

体重样本标准差：S＝8.47；

其中m为样本数量；x_i表示样本中第i个体重数据；

步骤3：在置信度1-τ＝0.95的基础上，τ＝0.05，m＝256，查t分布表可得，由于m大于30，置信区间计算如下：

$\stackrel{\‾}{x}\±\frac{S}{\sqrt{m}}{t}_{\frac{\mathrm{\σ}}{2}}(m-1)=(62.84\±8.47\×1.645)=(62.84\±13.97)=\left(\mathrm{48.87,76.81}\right)$

故体重在(48.87，76.81)区间内的可能性为95％；

步骤4：根据公交车乘客载重ΔM与实验轮胎内胎当前胎压P₁的关系测出与轮胎有关的常量，代入求得单个轮胎上的载重；由于公交车总重量等于实验轮胎内胎载重之和，即公交车内胎载重变化量M_总等于所有实验轮胎载重ΔM之和；

步骤5：根据公交车载重变化量M_总，得到公交车上乘客流量其中，X为区间(48.87kg，76.81kg)的均值62.84kg。

6.基于权利要求5所述的一种基于胎压检测的公交车客流计算装置，其特征在于包括：

气压采集模块：将采集到的实验轮胎内胎的气压信息进行处理后，通过无线形式传输给载重计算模块；

载重处理模块，用于通过无线方式接收气压采集模块的数字量信息，当室温为T₀＝20℃，温度变化是±15℃时，温度范围为5℃-35℃，忽略温度变化的影响，从而得到公交车乘客载重ΔM与实验轮胎内胎当前胎压P₁的关系 $\mathrm{\ΔM}=\sqrt[3]{\frac{3}{4}R\stackrel{\‾}{V}{w}^2{P_1}^2(P_1-P_0)+\frac{{P_1}^2}{{P_0}^2}{M}_0^3}-M_0;$

人数与载重关系计算模块，用于根据公交车乘客的体重x服从正态分布假设置信区间的置信度为0.95，得到体重在(48.87，76.81)区间内的可能性为95％；然后根据载重处理模块得到各个轮胎上的载重ΔM，其中公交车载重变化量M_总等于所有实验轮胎内胎载重ΔM之和；最后根据公交车载重变化量M_总，得到公交车上乘客流量其中，X为区间(48.87kg，76.81kg)的均值62.84kg。

7.根据权利要求6所述的一种基于胎压检测的公交车客流计算装置，其特征在于所述气压采集模块包括：

气压传感器：用于与实验轮胎气嘴相连接，将采集到的气压信息传输给AD装换模块；

AD转换模块，用于接收气压传感器将气压传感器采集的模拟数值变化为数字量；

无线发送模块，用于将AD转换模块输出的数字量通过无线方式发送至载重处理模块。

8.根据权利要求7所述的一种基于胎压检测的公交车客流计算装置，其特征在于所述载重处理模块包括无线接收模块以及载重计算模块，所示无线接收模块用于接收无线发送模块发送的数据；所示载重计算模块用于计算载重与胎压关系，其中载重计算模块计算载重与胎压关系的具体过程是：

步骤1：假设实验轮胎内胎截面为圆形的规则的环，R为实验轮胎内胎外半径，r为实验轮胎内胎内半径；载重后实验轮胎内胎与地面接触部分形成的接地面，所述接地面是长为l，宽为w的矩形；其中假设w是实验轮胎的宽度，实验轮胎内心与矩形长度l两个边缘所形成的角度为α，α是变量；根据作用力与反作用力原理得到轮胎内部压强与底面对轮胎的支撑力，即载重M：

M＝PC    (1)；

同时C＝lw    (2)；

其中，P为实验轮胎内胎内部压强；C为实验轮胎内胎与地面的接触面积；M为公交车的载重；l为实验轮胎与地面的接触长度；

同时，轮胎在没有任何负载下内胎的气体体积为则：

$\stackrel{\‾}{V}=\mathrm{\π}(R^2-r^2)w---\left(3\right);$

步骤2：计算公交车空载时，空载载重M₀以及公交车载有乘客时公交车总载重M₁；

具体包括：

步骤21：设公交车没有乘客只有车辆自身载重时的空载载重为M₀，此时的接地面是长为l₀，宽为w的矩形，此时α为α₀，空载时候轮胎内胎的体积V₀为：

$V_0=\stackrel{\‾}{V}-(\frac{{\mathrm{\α}}_0{R}^2}{2}-\frac{R^2}{2}\sin {\mathrm{\α}}_0)w---\left(4\right);$

M₀＝P₀l₀w    (5)；

步骤22：设公交车有乘客且有车辆自身载重情况下的载重为M₁，此时的接地面是长为l₁宽为w的矩形，实验轮胎内心与接地面形成的角度α则为α₁，此时轮胎内胎的体积V₁为：

$V_1=\stackrel{\‾}{V}-(\frac{{\mathrm{\α}}_1{R}^2}{2}-\frac{R^2}{2}\sin {\mathrm{\α}}_1)w---\left(6\right);$

M₁＝P₁l₁w    (7)；

步骤23：展开α₀是用弧度制表示的角度，故其值远小于1，在次数较高时接近于0，因此忽略四次以上，得到并令α₀R＝2l₀，最后得到：

$\frac{{\mathrm{\α}}_0{R}^2}{2}-\frac{R^2}{2}\sin {\mathrm{\α}}_0=\frac{{{4L}_0}^3}{3R}---\left(8\right);$

将(4)(5)(8)联立，得到

$M_0=P_{0}w\sqrt[3]{\frac{3R}{4w}\left(\stackrel{\‾}{V}{-V}_0\right)}---\left(9\right);$

步骤24：展开α₁是用弧度制表示的角，故其值远小于1，在次数较高时接近于0，因此忽略四次以上，得到并令α₁R＝2l₁，最后得到：

$\frac{{\mathrm{\α}}_1{R}^2}{2}-\frac{R^2}{2}\sin {\mathrm{\α}}_1=\frac{{{4L}_1}^3}{3R}---\left(10\right);$

步骤25：将(6)(7)(10)联立，得到

$M_1=P_{1}w\sqrt[3]{\frac{3R}{4w}\left(\stackrel{\‾}{V}{-V}_1\right)}---\left(11\right);$

步骤3：根据上述的M₁以及M₀，计算得到乘客载重ΔM与实验轮胎内胎当前胎压P₁的关系： $\mathrm{\ΔM}=M_1-M_0=\sqrt[3]{\frac{3}{4}R\stackrel{\‾}{V}{w}^2{P_1}^2(P_1-P_0)+\frac{{P_1}^2}{{P_0}^2}{M}_0^3}-M_0,$ 具体包括：

步骤31：若加载前后实验轮胎内胎温度升高了ΔT，则根据理想气体状态方程：

轮胎加载前：

P₀V₀＝nωT₀   (12)；

轮胎加载后：

P₁V₁＝nω(T₀+ΔT)   (13)；

$\frac{P_0{V}_0}{P_1{V}_1}=\frac{T_0}{T_0+\mathrm{\ΔT}}---\left(14\right);$

式中：P₀为空载时的实验轮胎内胎胎压，V₀为空载时实验轮胎内胎体积，T₀为加载前实验轮胎气体温度，P₁为有载重时的实验轮胎内胎胎压，V₁为有载重时实验轮胎内胎体积，T₀为加载前实验轮胎气体温度、ΔT为实验轮胎内胎温度变化量，ω为常数，n为气体物质的量；

实际情况下，轮胎的温度变化可以忽略不计，可以认为即假设轮胎内部气体温度保持不变，满足克拉伯龙方程：

P₀V₀＝P₁V₁＝(P₀+ΔP)(V₀+ΔV)＝nωT₀＝Const   (15)；

步骤32：联立(9)(11)(15)式得乘客载重M₁；通过计算出来的M₁结合公式(9)得到ΔM与实验轮胎内胎当前胎压P₁的关系： $\mathrm{\ΔM}=M_1-M_0=\sqrt[3]{\frac{3}{4}R\stackrel{\‾}{V}{w}^2{P_1}^2(P_1-P_0)+\frac{{P_1}^2}{{P_0}^2}{M}_0^3}-M_0.$

9.根据权利要求8所述的一种基于胎压的载重检测装置，其特征在于所述

步骤21中计算过程为：在没有乘客只有车辆自身载重的情况下，实验轮胎内胎与地面的接触长度两边沿的夹角α为α₀，实验轮胎内胎形成的三角形面积为对应实验轮胎内胎受荷载前的扇形面积为故在空载时候轮胎的体积变化：

步骤22中计算过程为：在有乘客的情况下，实验轮胎内胎与地面的接触长度两边沿的夹角α为α₁，实验轮胎内胎形成的三角形面积为对应实验轮胎内胎受荷载前的扇形面积为故在有乘客时候轮胎的体积变化： $V_1=\stackrel{\‾}{V}-(\frac{{\mathrm{\α}}_1{R}^2}{2}-\frac{R^2}{2}\sin {\mathrm{\α}}_1)w.$

10.根据权利要求7所述的一种基于胎压检测的公交车客流计算装置，其特征在于所述人数与载重关系计算模块计算客流量具体过程是：

步骤1：公交乘客的体重x服从正态分布暇设置信区间的置信度为0.95；

步骤2：由样本数据计算可得，体重样本平均值及体重样本方差值S²：

$\stackrel{\‾}{x}=62.84$

$S^2=\frac{1}{m-1}\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{(x_i-\stackrel{\‾}{x})}^2=\frac{1}{m-1}(\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i^2-{\stackrel{\‾}{\mathrm{mx}}}^2)=71.71$

体重样本标准差：S＝8.47；

其中m为样本数量；x_i表示样本中第i个体重数据；

步骤3：在置信度1-τ＝0.95的基础上，τ＝0.05，m＝256，查t分布表可得，由于m大于30，置信区间计算如下：

$\stackrel{\‾}{x}\±\frac{S}{\sqrt{m}}{t}_{\frac{\mathrm{\σ}}{2}}(m-1)=(62.84\±8.47\×1.645)=(62.84\±13.97)=\left(\mathrm{48.87,76.81}\right);$

故体重在(48.87，76.81)区间内的可能性为95％；

步骤4：根据公交车载重与当前胎压的关系：

$\mathrm{\ΔM}=\sqrt[3]{\frac{3}{4}R{{\stackrel{\‾}{V}}_y}^2{P_1}^2(P_1-P_0)+\frac{{P_1}^2}{{P_0}^2}{M}_0^3}-M_0,;$

由于公交车总重量等于实验轮胎内胎载重之和，即公交车内胎载重变化量M_总等于所有实验轮胎载重ΔM之和；

步骤5：根据公交车载重变化量M_总，得到公交车上乘客流量其中，X为区间(48.87kg，76.81kg)的均值62.84kg。