CN109974662B - 用于道路信息采集的自行车与道路信息采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于道路信息采集的自行车，用于根据检测间距对道路信息进行分段检测，所述检测间距用于将待测道路段划分为若干分段区间；包括安装在自行车上的配置有采集控制程序的采集控制器、力传感器、称重传感器与角度编码器；采集控制器固定安装在车架上，力传感器安装在后轮转轴上，用于实时检测作用在后轮转轴上的驱动力；角度编码器安装在前轮或后轮转轴上。还公开了一种道路信息采集方法，采用本发明的用于道路信息采集的自行车，能够采个分段区间的集路面综合阻力信息与坡度。本发明能够用于实现对道路信息的采集，降低道路信息采集成本，便于推广应用。

Description

用于道路信息采集的自行车与道路信息采集方法

技术领域

本发明涉及自行车与交通信息技术领域，具体涉道一种用于道路信息采集的自行车以及一种道路信息采集方法。

背景技术

自行车在道路行驶时，所受到的阻力包括：路面滚动阻力、路面坡度阻力、自行车加速阻力、自行车空气阻力。其中，自行车的路面滚动阻力和坡度阻力与道路路面直接相关，且与自行车的重量成正比，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，为了表征路面对自行车的阻碍作用，发明人特此提出“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自行车(车轮)作用的影响，路面综合阻力系数可拆分成路面滚动阻力系数与坡度阻力系数。

自行车在平直路段行驶，可以看作只受滚动阻力的影响，不受坡度阻力的影响，因此滚动阻力系数可单独进行检测，但自行车在行驶过程中不可能只受坡度影响而不与路面产生摩擦，因此坡度阻力系数无法单独进行检测，本发明提供了一种利用自行车检测路面坡度阻力系数进而获取路面坡度信息的方法。

自行车作为一种绿色交通工具，具有结构简单、成本低，便于改造的优点。因此对自行车进行改造，来获取其行驶过程中的相关参数用于采集道路信息，能够大大降低道路信息采集成本，并且便于推广应用。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种用于道路信息采集的自行车，能够用于实现对道路信息的采集，降低道路信息采集成本，便于推广应用。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：一种用于道路信息采集的自行车，用于根据检测间距对道路信息进行分段检测，所述检测间距用于将待测道路段划分为若干分段区间；包括安装在自行车上的采集控制器、力传感器、称重传感器与角度编码器；

采集控制器固定安装在车架上，并且采集控制器的信号输入端分别与参数设置模块、力传感器、称重传感器、角度编码器、按键组连接；所述称重传感器安装于坐垫上，用于检测骑行者的体重；所述力传感器安装在后轮转轴上，用于实时检测作用在后轮转轴上的驱动力；所述角度编码器安装在前轮或后轮转轴上；

参数设置模块用于设置包括自行车总质量、自行车转动部分的等效质量、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；

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、标记点计数器与采集控制程序；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时增加一个计数；

按键组包括体重标定按键与采集控制开关按键；体重标定按键用于触发称重传感器工作或停止工作；采集控制开关按键用于采集控制程序启动或停止。

进一步的，自行车的瞬时线速度按如下方式计算：计算第一角度计数器当前时刻到其计数值+1时刻的时间间隔ΔT，自行车当前时刻的瞬时角速度

其中，Δθ为角度计数器每增加一个计数值所对应的自行车后轮的角度增量；当前时刻的瞬时线速度v_i＝ω_i·r，其中，r为车轮半径。

进一步的，按键组还包括滚动阻力系数标定按键，用于启动路面滚动阻力系数标定程序；采集控制器中还配置有路面滚动阻力系数标定程序，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：当后轮驱动力为0时，采样并计算当前瞬时速度v_k；同时，计时器开始计时，第一角度计数器开始计数；

B4：当瞬时速度为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s_k：

s_k＝(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，g表示重力加速度；m表示自行车总质量，m₀表示自行车转动部分的等效质量，m₁表示骑行者体重；

B7：退出标定程序。

进一步的，本发明的用于道路信息采集的自行车用于采集各分段区间的路面综合阻力系数；所述采集控制程序包括以下步骤：

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，表示自行车进行待测道路段起点，也表示进入第一分段区间的起点；

S4：采集自行车经过待测道路段起点位置时的自行车后轮的驱动力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，表示自行车到达当前分段区间终点，当前标记点计数值M＝M+1；并同时采集自行车经过当前分段区间终点时的自行车后轮的驱动力F′_2,M、瞬时角速度ω_2,M与瞬时线速度v_2,M；

S6：将自行车经过上一分段区间终点时的自行车后轮的驱动力F′_2,M-1、瞬时角速度ω_2,M-1、瞬时线速度v_2,M-1，分别作为自行车经过当前分段区间起点时的自行车后轮的驱动力F′_1，M、瞬时角速度ω_1,M、瞬时线速度v_1,M，并计算自行车在当前分段区间内行驶的加速度a_M、平均速度v_M、平均牵引力F_M与空气阻力f_a,M；当M＝1时，F′_1,1＝F′₀，ω_1,1＝ω₀，v_1,1＝v₀；

根据自行车在当前分段区间内行驶的加速度a_M、平均速度v_M、平均牵引力F_M与空气阻力f_a,M，计算当前分段区间的路面综合阻力系数ρ_M：

其中，c表示风阻系数，A表示迎风面积；m表示自行车总质量，m₀表示自行车转动部分的等效质量，m₁表示骑行者体重；

S7：以待测道路段的编号为主名称并按照当前标记点计数值M对当前分段区间编号，存储当前分段区间的路面综合阻力系数；第二角度编码器计数值与计时器同时复位；

S8：判断是否收到停止采集控制程序的信号；若否，则回到步骤S5；若是，则保存当前标记点计数值，退出程序。

进一步的，本发明的用于道路信息采集的自行车，还用于采集各分段区间的坡度；所述采集控制程序在执行步骤S6时，在计算出当前分段区间的路面综合阻力系数ρ_M后，再根据路面滚动阻力系数k与当前分段区间的路面综合阻力系数ρ_M，计算当前分段区间的坡度角φ_M；采集控制程序在执行步骤S7时，以待测道路段的编号为主名称并按照当前标记点计数值M对当前分段区间编号，存储当前分段区间的路面综合阻力系数与坡度；第二角度编码器计数值与计时器同时复位。

进一步的，所述采集控制器的信号输入端还连接有卫星定位模块，并且卫星定位模块为每个分段区间进行定位，在进行步骤S7时，以当前道路段编号为主名称，按标记点计数值对分段区间编号并存储当前分段区间的路面综合阻力系数、坡度角与卫星定位位置信息。

本发明还提供一种道路信息采集方法，采用上述用于道路信息采集的自行车，包括以下步骤：

步骤1：骑行者坐在车座上，按下体重标定按键，称重传感器对骑行者进行称重，得到骑行者体重m₁，并且采集控制器将骑行者体重m₁发送给采集控制器：

步骤2：通过参数设置模块设置以下参数：自行车总质量、自行车转动部分的等效质量、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；

检测间距按如下规则确定：每个检测间距内车后轮行驶的圈数小于

即

其中，d表示检测间距，r表示后轮半径；

步骤3：选取待测道路段上的平直路段，启动自行车，使自行车行驶在所选取的待测道路的平直路段上；按下滚动阻力系数标定按键，启动路面滚动阻力系数标定程序；

步骤4：瞬间停止施加脚踏力，使自行车依靠惯性沿直线行驶直到停止；并且在后轮驱动力为0时，采样并计算当前瞬时速度v_k；滚动阻力系数标定程序运行完毕，得到路面滚动阻力系数k，采集控制器保存路面滚动阻力系数k；

步骤5：自行车位于待测道路段起点位置时，按下采集控制开关按键，启动采集控制程序；

步骤6：自行车持续行驶在待测道路段上，由于检测间距的作用，使得自行车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；采集控制程序自动运行；

步骤7：自行车行驶至待测道路段终点位置后，再次按下采集控制开关按键，采集控制程序运行完毕，从而获得各分段区间的路面综合阻力系数与坡度角。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明采用自行车作为道路信息采集的媒介，并增加相应的传感器与控制器来采集自行车运行过程中的参数，能够用于实现对道路信息的采集，降低道路信息采集成本，便于推广应用；并且能够对道路段进行分段检测，检测效率高，能进行长距离检测。

2、本发明通过数据采集控制程序自动完成路面综合阻力系数检测过程的控制，降低人力成本与劳动强度。

3、本发明的在检测过程中实时计算当前采样时刻的区间行驶路程，并判断区间行驶路程是否等于检测间距，从而确定瞬时速度(线速度)与瞬时驱动力的采集时刻，实现按需采集，这样能够大大降低数据采集量与计算量，从而节省数据存储空间与功耗。

4、本发明根据分段区间进行数据采集、计算与存储，从而将路面综合阻力系数、坡度信息精细化到各个分段区间，提高了路面综合阻力系数、坡度信息的准确性。另外，通过卫星定位模块采集各分段区间的位置信息，将位置信息与路面综合阻力系数、坡度信息相结合，能够更好的将路面综合阻力系数、坡度信息应用于智能交通和城市规划设计中。

5、本发明的在设定的道路段编号相同、道路段的起点相同、设定的检测间距互为整数倍的前提下，可对多次采集的数据进行平均计算处理，能够不断修正和提高数据精度。

6、本发明的自行车导航系统在提供位置信息的同时，一并提供路面综合阻力系数和坡度信息，为智能交通打下了基础。本发明的自行车配置有本发明的自行车导航系统，能够根据自行车导航系统提供的路面综合阻力系数、坡度信息，计算出在行驶路段上受到的路面综合阻力，能够有助于提高无人车的智能化水平和城市规划设计的准确性，如根据路面综合阻力的大小，自动控制增加或减少驱动力，为无人驾驶提供辅助作用。

7、本发明的采集控制过程以采集到的角度编码器的第二角度计数器的计数值作为控制依据，实现了每到达分段区间终点自动采集相关参数(瞬时角速度、瞬时速度、瞬时驱动力)。对于瞬时速度的计算则根据第一角度计数器当前时刻到其计数值+1时刻的时间间隔ΔT，由于计数值+1的角度增量是固定的，时间间隔可以达到较高的精度，如微秒级别，因此能够大大提高瞬时速度的计算精度。

附图说明

图1是本具体实施方式中用于道路信息采集的自行车的结构示意图；

图2是本具体实施方式中采集系统的电路框图；

图3是本具体实施方式中电脑用户软件功能模块图；

图4是待测道路段分段区间划分参考图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

参考图1与图2所示，一种用于道路信息采集的自行车，用于根据检测间距对道路信息进行分段检测，所述检测间距用于将待测道路段划分为若干分段区间；包括安装在自行车上的角度编码器1、力传感器2、称重传感器3采集控制器4、卫星定位模块5与车载电池6；还包括能够与采集控制器双向通信连接的电脑7。

采集控制器固定安装在车架上，并且采集控制器的信号输入端分别与参数设置模块、力传感器、称重传感器、角度编码器、按键组连接。所述角度编码器安装在前轮或后轮转轴上。

参考图3所示，参数设置模块与按键组均通过用户软件配置在电脑7内，并能显示在电脑屏幕上。称重传感器3安装于坐垫上，用于检测骑行者的体重；称重传感器一端连接在坐垫底面，一端连接在坐垫的支撑架上，当骑行者座在坐垫上后，压力便通过坐垫传递给称重传感器，从而能够测量骑行者的体重。

力传感器安装在后轮转轴上，用于实时检测作用在后轮转轴上的驱动力；力传感器可采用现有技术中驱动力传感器实现，如下方案：

脚踏力经过链条传递至后轮小飞链轮上，小飞链轮输出轴连接一个行星齿轮机构传递动力，由行星齿轮组(或太阳轮)输入动力、由太阳轮(或行星齿轮组)输出动力，在预留一定转动幅度且具有弹性限位的外齿圈上安装力传感器，通过检测与输入力成正比的外齿圈上的转动力，即可测出作为至后轮的驱动力力实时值。该方案可具体参见专利：一种行星力矩传感器，公开(公告)号103162885A。

参数设置模块用于设置包括自行车总质量、转动部分等效质量、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；

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、标记点计数器与采集控制程序；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时增加一个计数；

按键组包括体重标定按键与采集控制开关按键；体重标定按键用于触发称重传感器工作或停止工作；采集控制开关按键用于采集控制程序启动或停止。

本具体实施方式中，所述采集控制器的信号输入端还连接有卫星定位模块，并且卫星定位模块为每个分段区间进行定位。

本具体实施方式中，自行车的瞬时线速度按如下方式计算：计算第一角度计数器当前时刻到其计数值+1时刻的时间间隔ΔT，自行车当前时刻的瞬时角速度

其中，Δθ为角度计数器每增加一个计数值所对应的自行车后轮轴的角度增量；当前时刻的瞬时线速度v_i＝ω_i·r，其中，r为车轮半径。

本具体实施方式中，按键组还包括滚动阻力系数标定按键，用于启动路面滚动阻力系数标定程序；采集控制器中还配置有路面滚动阻力系数标定程序，包括以下步骤：

B1：判断是否收到启动标定程序的信号(按下滚动阻力系数标定按键，标定程序启动)；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：当力传感器检测到后轮驱动力为0时(停止脚踏时，驱动力为0)，采样并计算当前瞬时速度v_k；同时，计时器开始计时，第一角度计数器开始计数；

B4：当瞬时速度为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s_k：

s_k＝(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，g表示重力加速度；m表示自行车总质量，m₀表示自行车转动部分的等效质量，m₁表示骑行者体重；

B7：退出标定程序。

路面滚动阻力系数k的推导过程如下：

由于做减速运动，运动速度较低，可忽略风阻作用，因此在自行车滑行过程中看作只受到路面阻碍作用的匀减速运动，则在水平方向摩擦力f_摩等于合力f_合，f_摩＝k(m+m₁)g，f_合＝(m+m₀+m₁)a，则

a表示加速度，由于v_k ²＝2a·s_k，代入得到

本具体实施方式中，为实现用于采集各分段区间的路面综合阻力系数；所述采集控制程序包括以下步骤：

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，表示自行车进行待测道路段起点，也表示进入第一分段区间的起点；

S4：采集自行车经过待测道路段起点位置时的自行车后轮的驱动力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，表示自行车到达当前分段区间终点，当前标记点计数值M＝M+1；并同时采集自行车经过当前分段区间终点时的自行车后轮的驱动力F′_2,M、瞬时角速度ω_2,M与瞬时线速度v_2,M；

S6：将自行车经过上一分段区间终点时的自行车后轮的驱动力F′_2,M-1、瞬时角速度ω_2,M-1、瞬时线速度v_2,M-1，分别作为自行车经过当前分段区间起点时的自行车后轮的驱动力F′_1,M、瞬时角速度ω_1,M、瞬时线速度v_1,M，并计算自行车在当前分段区间内行驶的加速度a_M、平均速度v_M、平均牵引力F_M与空气阻力f_a,M；当M＝1时，F′_1,1＝F′₀，ω_1,1＝ω₀，v_1,1＝v₀；

加速度

t_M为当前分段区间的行驶时间；

平均速度

平均牵引力

空气阻力

c表示风阻系数，A表示迎风面积；

根据自行车在当前分段区间内行驶的加速度a_M、平均速度v_M、平均牵引力F_M与空气阻力f_a,M，计算当前分段区间的路面综合阻力系数ρ_M：

其中，c表示风阻系数，A表示迎风面积；m表示自行车总质量，m₀表示自行车转动部分的等效质量，m₁表示骑行者体重；

S7：以待测道路段的编号为主名称并按照当前标记点计数值M对当前分段区间编号，存储当前分段区间的路面综合阻力系数；第二角度编码器计数值与计时器同时复位；

S8：判断是否收到停止采集控制程序的信号；若否，则回到步骤S5；若是，则保存当前标记点计数值，退出程序。

本具体实施方式中，为实现用于采集各分段区间的坡度；所述采集控制程序在执行步骤S6时，在计算出当前分段区间的路面综合阻力系数ρ_M后，再根据路面滚动阻力系数k与当前分段区间的路面综合阻力系数ρ_M，计算当前分段区间的坡度角φ_M；采集控制程序在执行步骤S7时，以待测道路段的编号为主名称并按照当前标记点计数值M对当前分段区间编号，存储当前分段区间的路面综合阻力系数与坡度；第二角度编码器计数值与计时器同时复位。

在步骤S6中可采用以下两种方式计算当前分段区间的坡度角φ_M：

(一)按如下公式实时计算：ρ_M＝kcosφ_M+sinφ_M，ρ_M表示当前分段区间的路面综合阻力系数。

(二)采用查表法计算前分段区间的坡度角φ_M：根据预先列出的路面综合阻力系数-坡度角映射表，查找当前分段区间的路面综合阻力系数ρ_M所对应的坡度角作为当前分段区间的前分段区间的坡度角φ_M；所述路面综合阻力系数-坡度角映射表按如下方式获取：以Δφ为坡度角计算精度，φ_j＝φ_j-1+Δφ，φ₁＝Δφ，j∈{1,2,.....,H}，H为路面综合阻力系数-坡度角映射表中坡度角的个数，并根据公式ρ_j＝kcosφ_j+sinφ_j计算出φ_j所对应的ρ_j。

本具体实施方式中，所述采集控制器的信号输入端还连接有卫星定位模块，并且卫星定位模块为每个分段区间进行定位，在进行步骤S7时，以当前道路段编号为主名称，按标记点计数值对分段区间编号并存储当前分段区间的路面综合阻力系数、坡度角与卫星定位位置信息。

一种道路信息采集方法，采用本具体实施方式的用于道路信息采集的自行车，包括以下步骤：

步骤1：骑行者坐在车座上，按下体重标定按键，称重传感器对骑行者进行称重，得到骑行者体重m₁，并且采集控制器将骑行者体重m₁发送给采集控制器。

步骤2：通过参数设置模块设置以下参数：自行车总质量、转动部分等效质量、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。

检测间距按如下规则确定：每个检测间距内车后轮行驶的圈数小于

即

其中，d表示检测间距，r表示后轮半径，另外根据d＝2πrL/x，即可求出检测间距所对应的分段区间角度计数增量值L，x为后轮转一圈角度编码器的脉冲数(计数值)。

步骤3：选取待测道路段上的平直路段，参考图4所示，启动自行车，使自行车行驶在所选取的待测道路的平直路段上；按下滚动阻力系数标定按键，启动路面滚动阻力系数标定程序。

平直路段可按如下原则选取：道路一般是连续的，各分段区间的材料、光洁度、干湿度、温度差异不大，故分段区间的路面滚动摩擦系数大体一致，故可任意选取一平直路段进行标定。若待测道路上存在材料、光洁度、干湿度、温度差较大的路段，则可分割为若干路面滚动摩擦系数大致相同的路段分别标定，即材料、光洁度、干湿度、温度差大致相同的路段采用同一平直路段进行标定，并采用同一滚动阻力系数来计算综合阻力系数。

步骤4：骑行到一定速度，瞬间停止施加脚踏力，使自行车依靠惯性沿直线行驶直到停止；并且在后轮驱动力为0时，采样并计算当前瞬时速度v_k；滚动阻力系数标定程序运行完毕，得到路面滚动阻力系数k，采集控制器保存路面滚动阻力系数k。

步骤5：自行车位于待测道路段起点位置时，按下采集控制开关按键，启动采集控制程序。

步骤6：自行车持续行驶在待测道路段上，由于检测间距的作用，使得自行车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；采集控制程序自动运行。

步骤7：自行车行驶至待测道路段终点位置后，再次按下采集控制开关按键，采集控制程序运行完毕，从而获得各分段区间的路面综合阻力系数、坡度角与卫星定位位置信息。

Claims (10)

1.一种用于道路信息采集的自行车，其特征在于：用于根据检测间距对道路信息进行分段检测，所述检测间距用于将待测道路段划分为若干分段区间；包括安装在自行车上的采集控制器、力传感器、称重传感器与角度编码器；

采集控制器固定安装在车架上，并且采集控制器的信号输入端分别与参数设置模块、力传感器、称重传感器、角度编码器、按键组连接；所述称重传感器安装于坐垫上，用于检测骑行者的体重；所述力传感器安装在后轮转轴上，用于实时检测作用在后轮转轴上的驱动力；所述角度编码器安装在前轮或后轮转轴上；

参数设置模块用于设置包括自行车总质量、自行车转动部分的等效质量、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；

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、标记点计数器与采集控制程序；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时增加一个计数；

按键组包括体重标定按键与采集控制开关按键；体重标定按键用于触发称重传感器工作或停止工作；采集控制开关按键用于采集控制程序启动或停止。

2.根据权利要求1所述的用于道路信息采集的自行车，其特征在于：自行车的瞬时线速度按如下方式计算：计算第一角度计数器当前时刻到其计数值+1时刻的时间间隔ΔT，自行车当前时刻的瞬时角速度

其中，Δθ为角度计数器每增加一个计数值所对应的自行车后轮的角度增量；当前时刻的瞬时线速度v_i＝ω_i·r，其中，r为车轮半径。

3.根据权利要求1所述的用于道路信息采集的自行车，其特征在于：按键组还包括滚动阻力系数标定按键，用于启动路面滚动阻力系数标定程序；采集控制器中还配置有路面滚动阻力系数标定程序，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：当后轮驱动力为0时，采样并计算当前瞬时速度v_k；同时，计时器开始计时，第一角度计数器开始计数；

B4：当瞬时速度为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s_k：

s_k＝(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，g表示重力加速度；m表示自行车总质量，m₀表示自行车转动部分的等效质量，m₁表示骑行者体重；

B7：退出标定程序。

4.根据权利要求3所述的用于道路信息采集的自行车，其特征在于：用于采集各分段区间的路面综合阻力系数；所述采集控制程序包括以下步骤：

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，表示自行车进行待测道路段起点，也表示进入第一分段区间的起点；

S4：采集自行车经过待测道路段起点位置时的自行车后轮的驱动力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，表示自行车到达当前分段区间终点，当前标记点计数值M＝M+1；并同时采集自行车经过当前分段区间终点时的自行车后轮的驱动力F′_2,M、瞬时角速度ω_2,M与瞬时线速度v_2,M；

S6：将自行车经过上一分段区间终点时的自行车后轮的驱动力F′_2,M-1、瞬时角速度ω_2,M-1、瞬时线速度v_2,M-1，分别作为自行车经过当前分段区间起点时的自行车后轮的驱动力F′_1,M、瞬时角速度ω_1,M、瞬时线速度v_1,M，并计算自行车在当前分段区间内行驶的加速度a_M、平均速度v_M、平均牵引力F_M与空气阻力f_a,M；当M＝1时，F′_1,1＝F′₀，ω_1,1＝ω₀，v_1,1＝v₀；

根据自行车在当前分段区间内行驶的加速度a_M、平均速度v_M、平均牵引力F_M与空气阻力f_a,M，计算当前分段区间的路面综合阻力系数ρ_M：

其中，空气阻力

c表示风阻系数，A表示迎风面积；

S7：以待测道路段的编号为主名称并按照当前标记点计数值M对当前分段区间编号，存储当前分段区间的路面综合阻力系数；第二角度编码器计数值与计时器同时复位；

S8：判断是否收到停止采集控制程序的信号；若否，则回到步骤S5；若是，则保存当前标记点计数值，退出程序。

5.根据权利要求4所述的用于道路信息采集的自行车，其特征在于：还用于采集各分段区间的坡度；所述采集控制程序在执行步骤S6时，在计算出当前分段区间的路面综合阻力系数ρ_M后，再根据路面滚动阻力系数k与当前分段区间的路面综合阻力系数ρ_M，计算当前分段区间的坡度角φ_M；采集控制程序在执行步骤S7时，以待测道路段的编号为主名称并按照当前标记点计数值M对当前分段区间编号，存储当前分段区间的路面综合阻力系数与坡度；第二角度编码器计数值与计时器同时复位。

6.根据权利要求5所述的用于道路信息采集的自行车，其特征在于：当前分段区间的坡度角φ_M按如下公式计算：ρ_M＝kcosφ_M+sinφ_M。

7.根据权利要求5所述的用于道路信息采集的自行车，其特征在于：采用查表法计算前分段区间的坡度角φ_M：根据预先列出的路面综合阻力系数-坡度角映射表，查找当前分段区间的路面综合阻力系数ρ_M所对应的坡度角作为当前分段区间的前分段区间的坡度角φ_M；所述路面综合阻力系数-坡度角映射表按如下方式获取：以Δφ为坡度角计算精度，φ_j＝φ_j-1+Δφ，φ₁＝Δφ，j∈{1,2,.....,H}，H为路面综合阻力系数-坡度角映射表中坡度角的个数，并根据公式ρ_j＝kcosφ_j+sinφ_j计算出φ_j所对应的ρ_j。

8.根据权利要求5所述的用于道路信息采集的自行车，其特征在于：所述采集控制器的信号输入端还连接有卫星定位模块，并且卫星定位模块为每个分段区间进行定位，在进行步骤S7时，以当前道路段编号为主名称，按标记点计数值对分段区间编号并存储当前分段区间的路面综合阻力系数、坡度角与卫星定位位置信息。

9.根据权利要求2所述的用于道路信息采集的自行车，其特征在于：还包括能够与采集控制器双向通信连接的电脑，参数设置模块与按键组均通过用户软件配置在电脑内，并能显示在电脑屏幕上。

10.一种道路信息采集方法，其特征在于，采用如权利要求5所述的用于道路信息采集的自行车，包括以下步骤：

步骤1：骑行者坐在车座上，按下体重标定按键，称重传感器对骑行者进行称重，得到骑行者体重m₁，并且采集控制器将骑行者体重m₁发送给采集控制器：

步骤2：通过参数设置模块设置以下参数：自行车总质量、自行车转动部分的等效质量、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；

检测间距按如下规则确定：每个检测间距内车后轮行驶的圈数小于

即

其中，d表示检测间距，r表示后轮半径；

步骤3：选取待测道路段上的平直路段，启动自行车，使自行车行驶在所选取的待测道路的平直路段上；按下滚动阻力系数标定按键，启动路面滚动阻力系数标定程序；

步骤4：瞬间停止施加脚踏力，使自行车依靠惯性沿直线行驶直到停止；并且在后轮驱动力为0时，采样并计算当前瞬时速度v_k；滚动阻力系数标定程序运行完毕，得到路面滚动阻力系数k，采集控制器保存路面滚动阻力系数k；

步骤5：自行车位于待测道路段起点位置时，按下采集控制开关按键，启动采集控制程序；

步骤6：自行车持续行驶在待测道路段上，由于检测间距的作用，使得自行车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；采集控制程序自动运行；

步骤7：自行车行驶至待测道路段终点位置后，再次按下采集控制开关按键，采集控制程序运行完毕，从而获得各分段区间的路面综合阻力系数与坡度角。

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