CN107505478A - 一种自动获取绝对速度的智能自行车及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种自动获取绝对速度的智能自行车，包括自行车本体和速度获取装置；所述自行车本体包括车座、车身以及座垫杆；所述速度获取装置设置于所述座垫杆靠近后轮的一侧；所述速度获取装置包括毫米波雷达、加速度传感器以及处理器。其控制方法包括以下几个步骤：S1，开启速度获取装置，所述处理器将当前绝对速度重置为0m/s，清除时间记录值；S2，检测所述毫米波雷达是否检测到后方静止物体；S3，所述处理器更新并记录所述当前绝对速度和当前时间值；S4，所述加速度传感器检测加速度a(t)；S5，所述处理器得出所述第二绝对速度，所述处理器更新并记录所述当前绝对速度和所述当前时间值。本发明测速结果准确，校准效果好。

Description

一种自动获取绝对速度的智能自行车及其控制方法

技术领域

本发明涉及自行车技术领域，尤其是一种自动获取绝对速度的智能自行车及其控制方法。

背景技术

自行车为日常生活中极为常见的短程代步工具，尤其近年来对环保的重视，为提倡节能环保的理念，各国分别提倡广泛使用自行车作为交通工具，以降低能源消耗，再者，随着现代对于运动的逐渐注重，骑乘自行车已经是如今广为盛行的运动项目，自行车更是被列为重要竞赛项目之一。

为了获得自行车的绝对速度，传统技术中，采用雷达测速的方式，通过雷达，获取自行车相对于其他参照物的绝对速度，但是在雷达检测不到参照物的时候，就不能获取到行车的绝对速度，使得测速结果不准确。

发明内容

本发明提供了一种自动获取绝对速度的智能自行车及其控制方法，旨在解决传统速度获取装置测速结果不准确，无法校准的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明采用了以下技术措施：

一种自动获取绝对速度的智能自行车，包括自行车本体和速度获取装置；所述自行车本体包括车座、车身以及连接于所述车座以及所述车身之间的座垫杆；所述速度获取装置设置于所述座垫杆靠近后轮的一侧；所述速度获取装置包括毫米波雷达、加速度传感器以及处理器；所述毫米波雷达和所述加速度传感器均与所述处理器电连接；所述毫米波雷达用于实时检测后方静止物体，并根据所述后方静止物体获取所述自行车本体的第一绝对速度；所述加速度传感器用于获取所述自行车本体在运动方向上的加速度；所述处理器用于在所述毫米波雷达检测不到所述后方静止物体时，根据上一刻所记录的绝对速度以及加速度获取所述自行车本体的第二绝对速度，并根据所述第一绝对速度和所述第二绝对速度实时更新和记录当前绝对速度。

作为进一步改进的，进一步包括尾灯，所述速度获取装置设置于所述尾灯内。

作为进一步改进的，所述加速度传感器用于在所述毫米波雷达检测不到车后方静止物体时获取所述自行车本体在运动方向上的加速度。

作为进一步改进的，进一步包括显示装置，所述显示装置与所述处理器连接，用于显示所述自行车本体的当前绝对速度。

一种自动获取绝对速度的智能自行车的控制方法，包括以下几个步骤：

S1，开启速度获取装置，所述处理器将当前绝对速度重置为0m/s，并清除时间记录值；

S2，所述处理器检测所述毫米波雷达是否检测到后方静止物体，若是，进入步骤S3，若否，进入步骤S4；

S3，所述处理器记录所述毫米波雷达检测后方静止物体得到的所述第一绝对速度，所述处理器更新并记录所述当前绝对速度和当前时间值，进入步骤S2；

S4，所述加速度传感器检测所述自行车本体在运动方向上向前的加速度a(t)；

S5，所述处理器根据所述加速度a(t)，得出所述第二绝对速度，所述处理器更新并记录所述当前绝对速度和所述当前时间值，进入步骤S2。

作为进一步改进的，在步骤S3中，所述处理器记录所述毫米波雷达检测后方静止物体得到的所述第一绝对速度，所述处理器更新并记录所述当前绝对速度和当前时间值的步骤进一步包括：

S31，所述毫米波雷达检测所述自行车本体在t1时刻，相对于车后方静止物体的第一绝对速度V1；

S32，所述处理器更新所述当前绝对速度V，其满足：V＝V1；

S33，所述处理器更新所述当前时间值t，其满足：t＝t1，进入步骤S2。

作为进一步改进的，在步骤S5中，所述处理器根据所述加速度a(t)，得出所述第二绝对速度，所述处理器更新并记录所述当前绝对速度和所述当前时间值的步骤进一步包括：

S51，所述处理器记录产生所述加速度a(t)的时间t2，对t2时间内的所述加速度a(t)积分：

获得所述自行车本体基于所述加速度a(t)的速度增量V_a；其中t0为上一次检测后记录的时间值；

S52，所述处理器根据所述速度增量V_a，得出所述自行车本体的所述第二绝对速度V2，其满足：V2＝V_a+V₀

式中：V₀为上一次检测后记录的当前绝对速度值；

S53，所述处理器更新所述当前绝对速度V，其满足：V＝V2；

S54，所述处理器更新所述当前时间值t，其满足：t＝t2,进入步骤S2。

作为进一步改进的，在步骤S2中，所述处理器检测所述毫米波雷达是否检测到所述后方静止物体的步骤进一步包括：

S21，所述处理器每隔一段相同间隔时间对所述毫米波雷达的反馈信号进行频谱分析，得出所述毫米波雷达检测范围内的至少两个被检测物体各自对应的谱线，并记录得出所述谱线的记录时间值；

S22，所述处理器根据所述谱线得出每一所述被检测物体与所述自行车本体之间的距离；

S23，所述处理器根据两个相邻时刻的所述距离与所述记录时间值，得出每一所述被检测物体与所述自行车本体之间的沿所述自行车本体运动方向的相对速度V_相对，其满足：

式中：R_f和t_f分别为两个相邻时刻的前一时刻的所述距离和所述记录时间值，R_b和t_b分别为两个相邻时刻的后一时刻的所述距离和所述记录时间值；

S24，所述处理器对比所述相对速度V_相对，若多个所述相对速度V_相对相等，则具有该相对速度V_相对的所述被检测物体为后方静止物体，反之，所述毫米波雷达未检测到所述后方静止物体。

与现有技术相比较，本发明具有以下优点：

1、本发明一种自动获取绝对速度的智能自行车中，采用毫米波雷达与加速度传感器相配合的工作方式，处理器通过毫米波雷达与加速度传感器获得自行车本体的绝对速度，同时，毫米波雷达测得的速度可以作为加速度传感器测速初始值的修正，加速度传感器测得的速度可以对雷达监测不到后方静止物体情况的补充，保证了速度获取装置的测速结果的准确性。

附图说明

附图1是本发明一种自动获取绝对速度的智能自行车的结构示意图。

附图2是本发明一种自动获取绝对速度的智能自行车的速度获取装置的方框图。

附图3是本发明一种自动获取绝对速度的智能自行车的控制方法的流程示意图。

附图4是本发明一种自动获取绝对速度的智能自行车的相对速度计算示意图。

主要元件符号说明

自行车本体100、速度获取装置200、尾灯300、车座110、车身120、座垫杆130、毫米波雷达210、加速度传感器220、处理器230、显示装置400。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

请参考图1-2，实施例中，一种自动获取绝对速度的智能自行车，包括自行车本体100和速度获取装置200；所述自行车本体100包括车座110、车身120以及连接于所述车座100以及所述车身120之间的座垫杆130；所述速度获取装置200设置于所述座垫杆130靠近后轮的一侧；所述速度获取装置200包括毫米波雷达210、加速度传感器220以及处理器230；所述毫米波雷达210和所述加速度传感器220均与所述处理器230电连接；所述毫米波雷达210用于实时检测后方静止物体，并根据所述静止物体获取所述自行车本体100的第一绝对速度；所述加速度传感器220用于获取所述自行车本体100在运动方向上的加速度；所述处理器230用于在所述毫米波雷达210检测不到后方静止物体时，根据上一刻所记录的绝对速度以及加速度获取所述自行车本体100的第二绝对速度，并根据所述第一绝对速度和所述第二绝对速度实时更新和记录当前绝对速度。

请参考图2，实施例中，所述智能自行车进一步包括尾灯300，所述尾灯300设置于所述座垫杆130靠近所述后轮的一侧，为了减少体积以及便于拆卸，所述速度获取装置200设置于所述尾灯300内。所述速度获取装置200设置于所述尾灯300内，使得所述速度获取装置200易于安装拆卸，携带方便。所述尾灯300与所述处理器230电连接，使得所述尾灯300不需要再额外的与电源连接，通过所述处理器230即可获得电源。所述处理器220也可控制所述尾灯300闪烁警告等。

为了减少能耗，所述加速度传感器220用于在所述毫米波雷达210检测不到所述后方静止物体时获取所述自行车本体100在运动方向上的加速度。通过所述加速度传感器220与所述毫米波雷达210之间的配合，所述处理器230能够更准确的得到所述自行车本体100的绝对速度，在所述毫米波雷达210检测不到所述后方静止物体，不能工作的情况下，所述加速度传感器220也能够获得所述自行车本体100的所述当前绝对速度，避免了因为所述毫米波雷达210未工作而导致的不能获取所述当前绝对速度。

为了实时显示所述当前绝对速度，让骑行者对自己的速度有一个直观的感受，所述智能自行车进一步包括显示装置400，所述显示装置400与所述处理器230连接，用于显示所述自行车本体的当前绝对速度。所述显示装置与所述处理器230之间可通过有线连接或者无线连接，为了方便安装以及不影响所述自行车本体100的正常运行，优选的，所述显示装置400与所述处理器230通过无线连接，更优选的，所述显示装置300与所述处理器230通过蓝牙连接，可以保证传输信号良好。

请参考图3，实施例中，一种自动获取绝对速度的智能自行车的控制方法，包括以下几个步骤：

S1，开启速度获取装置，所述处理器将当前绝对速度重置为0m/s，并清除时间记录值；

S2，所述处理器检测所述毫米波雷达是否检测到后方静止物体，若是，进入步骤S3，若否，进入步骤S4；

S3，所述处理器记录所述毫米波雷达检测后方静止物体得到的所述第一绝对速度，所述处理器更新并记录所述当前绝对速度和当前时间值，进入步骤S2；

S4，所述加速度传感器检测所述自行车本体在运动方向上向前的加速度a(t)；

S5，所述处理器根据所述加速度a(t)，得出所述第二绝对速度，所述处理器更新并记录所述当前绝对速度和所述当前时间值，进入步骤S2。

实施例中，在步骤S3中，所述处理器记录所述毫米波雷达检测后方静止物体得到的所述第一绝对速度，所述处理器更新并记录所述当前绝对速度和当前时间值的步骤进一步包括：

S31，所述毫米波雷达检测所述自行车本体在t1时刻，相对于车后方静止物体的第一绝对速度V1；

S32，所述处理器更新所述当前绝对速度V，其满足：V＝V1；

S33，所述处理器更新所述当前时间值t，其满足：t＝t1，进入步骤S2。

实施例中，在步骤S5中，所述处理器根据所述加速度a(t)，得出所述第二绝对速度，所述处理器更新并记录所述当前绝对速度和所述当前时间值的步骤进一步包括：

S51，所述处理器记录产生所述加速度a(t)的时间t2，对t2时间内的所述加速度a(t)积分：

获得所述自行车本体基于所述加速度a(t)的速度增量V_a；其中t0为上一次检测后记录的时间值；

S52，所述处理器根据所述速度增量V_a，得出所述自行车本体的所述第二绝对速度V2，其满足：V2＝V_a+V₀

式中：V₀为上一次检测后记录的当前绝对速度值；

S53，所述处理器更新所述当前绝对速度V，其满足：V＝V2；

S54，所述处理器更新所述当前时间值t，其满足：t＝t2,进入步骤S2。

实施例中，在步骤S2中，所述处理器230检测所述毫米波雷达210是否检测到所述后方静止物体的步骤进一步包括：

S21，所述处理器230每隔一段相同间隔时间对所述毫米波雷达210的反馈信号进行频谱分析，得出所述毫米波雷达210检测范围内的至少两个被检测物体各自对应的谱线，并记录得出所述谱线的记录时间值；

S22，所述处理器230根据所述谱线得出每一所述被检测物体与所述自行车本体之间的距离；

S23，所述处理器根据两个相邻时刻的所述距离与所述记录时间值，得出每一所述被检测物体与所述自行车本体之间的沿所述自行车本体运动方向的相对速度V_相对，其满足：

式中：R_f和t_f分别为两个相邻时刻的前一时刻的所述距离和所述记录时间值，R_b和t_b分别为两个相邻时刻的后一时刻的所述距离和所述记录时间值；

S24，所述处理器230对比所述相对速度V_相对，若多个所述相对速度V_相对相等，则具有该相对速度V_相对的所述被检测物体为后方静止物体，反之，所述毫米波雷达未检测到所述后方静止物体。

请参考图4，X方向为所述自行车本体的运动方向，在步骤S23中，因为两个相邻时刻的间隔非常小，两个相邻时刻非常接近，所以可认为此时所述自行车本体在做匀速运动，因此根据公式：可以得出所述每一所述被检测物体与所述自行车本体之间的相对速度V_相对。

若多个所述相对速度V_相对相等，则具有该相对速度V_相对的所述被检测物体为后方静止物体，该所述后方静止物体的所述相对速度V_相对则为所述自行车本体100的第一绝对速度。

优选的，若所述毫米波雷达210检测所得谱线仅为一条或者没有，则所述处理器230判断为未检测到所述后方静止物体，直接启动所述加速度传感器220进行所述绝对速度获取。

在实际应用中，所述加速度传感器220与所述毫米波雷达210之间相互配合，所述处理器230能够更准确的得到所述自行车本体100的绝对速度，在所述毫米波雷达210检测不到所述后方静止物体，不能工作的情况下，所述加速度传感器220也能够获得所述自行车本体100的所述当前绝对速度，避免了因为所述毫米波雷达210未工作而导致的不能获取所述当前绝对速度，使得所述速度获取装置能够获得更准确的所述当前绝对速度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种自动获取绝对速度的智能自行车，其特征在于：包括自行车本体和速度获取装置；所述自行车本体包括车座、车身以及连接于所述车座以及所述车身之间的座垫杆；所述速度获取装置设置于所述座垫杆靠近后轮的一侧；所述速度获取装置包括毫米波雷达、加速度传感器以及处理器；所述毫米波雷达和所述加速度传感器均与所述处理器电连接；所述毫米波雷达用于实时检测后方静止物体，并根据所述后方静止物体获取所述自行车本体的第一绝对速度；所述加速度传感器用于获取所述自行车本体在运动方向上的加速度；所述处理器用于在所述毫米波雷达检测不到所述后方静止物体时，根据上一刻所记录的绝对速度以及加速度获取所述自行车本体的第二绝对速度，并根据所述第一绝对速度和所述第二绝对速度实时更新和记录当前绝对速度。

2.根据权利要求1所述的智能自行车，其特征在于，进一步包括尾灯，所述速度获取装置设置于所述尾灯内。

3.根据权利要求1所述的智能自行车，其特征在于，所述加速度传感器用于在所述毫米波雷达检测不到所述后方静止物体时获取所述自行车本体在运动方向上的加速度。

4.根据权利要求1所述的智能自行车，其特征在于，进一步包括显示装置，所述显示装置与所述处理器连接，用于显示所述自行车本体的当前绝对速度。

5.如权利要求1所述的智能自行车的控制方法，其特征在于：包括以下几个步骤：

S1，开启速度获取装置，所述处理器将当前绝对速度重置为0m/s，并清除时间记录值；

S2，所述处理器检测所述毫米波雷达是否检测到所述后方静止物体，若是，进入步骤S3，若否，进入步骤S4；

S3，所述处理器记录所述毫米波雷达检测所述后方静止物体得到的所述第一绝对速度，所述处理器更新并记录所述当前绝对速度和当前时间值，进入步骤S2；

S4，所述加速度传感器检测所述自行车本体在运动方向上向前的加速度a(t)；

S5，所述处理器根据所述加速度a(t)，得出所述第二绝对速度，所述处理器更新并记录所述当前绝对速度和所述当前时间值，进入步骤S2。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，在步骤S3中，所述处理器记录所述毫米波雷达检测所述后方静止物体得到的所述第一绝对速度，所述处理器更新并记录所述当前绝对速度和当前时间值的步骤进一步包括：

S31，所述毫米波雷达检测所述自行车本体在t1时刻，相对于所述后方静止物体的第一绝对速度V1；

S32，所述处理器更新所述当前绝对速度V，其满足：V＝V1；

S33，所述处理器更新所述当前时间值t，其满足：t＝t1，进入步骤S2。

7.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，在步骤S5中，所述处理器根据所述加速度a(t)，得出所述第二绝对速度，所述处理器更新并记录所述当前绝对速度和所述当前时间值的步骤进一步包括：

S51，所述处理器记录产生所述加速度a(t)的时间t2，对t2时间内的所述加速度a(t)积分：

<mrow> <msub> <mi>V</mi> <mi>a</mi> </msub> <mo>=</mo> <msubsup> <mo>&amp;Integral;</mo> <mrow> <mi>t</mi> <mn>0</mn> </mrow> <mrow> <mi>t</mi> <mn>2</mn> </mrow> </msubsup> <mi>a</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mi>d</mi> <mi>t</mi> </mrow>

获得所述自行车本体基于所述加速度a(t)的速度增量V_a；其中t0为上一次检测后记录的时间值；

S52，所述处理器根据所述速度增量V_a，得出所述自行车本体的所述第二绝对速度V2，其满足：V2＝V_a+V₀

式中：V₀为上一次检测后记录的当前绝对速度值；

S53，所述处理器更新所述当前绝对速度V，其满足：V＝V2；

S54，所述处理器更新所述当前时间值t，其满足：t＝t2,进入步骤S2。

8.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，在步骤S2中，所述处理器检测所述毫米波雷达是否检测到所述后方静止物体的步骤进一步包括：

S21，所述处理器每隔一段相同间隔时间对所述毫米波雷达的反馈信号进行频谱分析，得出所述毫米波雷达检测范围内的至少两个被检测物体各自对应的谱线，并记录得出所述谱线的记录时间值；

S22，所述处理器根据所述谱线得出每一所述被检测物体与所述自行车本体之间的距离；

S23，所述处理器根据两个相邻时刻的所述距离与所述记录时间值，得出每一所述被检测物体与所述自行车本体之间的沿所述自行车本体运动方向的相对速度V_相对，其满足：

式中：R_f和t_f分别为两个相邻时刻的前一时刻的所述距离和所述记录时间值，R_b和t_b分别为两个相邻时刻的后一时刻的所述距离和所述记录时间值；

S24，所述处理器对比所述相对速度V_相对，若多个所述相对速度V_相对相等，则具有该相对速度V_相对的所述被检测物体为后方静止物体，反之，所述毫米波雷达未检测到所述后方静止物体。