CN109990766A - 基于路面综合阻力系数的道路坡度检测方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明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ρ_i；根据以下公式计算各分段区间的坡度角φ_i：ρ_i＝kcosφ_i+sinφ_i。还公开了一种道路坡度检测系统，用于实现本发明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。

Description

基于路面综合阻力系数的道路坡度检测方法与系统

技术领域

本发明属于交通信息技术领域，具体涉道路坡度检测方法与系统。

背景技术

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，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车辆(车轮)作用的影响。发明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。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明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。

为实现上述发明目的，本发明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ρ_i，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φ_i：ρ_i＝kcosφ_i+sinφ_i；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v_k，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s_k；

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f_a：

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-f_a＝(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。

本发明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v_k；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，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ω_2,M与瞬时线速度v_2,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ω_2,M-1、瞬时线速度v_2,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ω_1,M、瞬时线速度v_1,M，并计算车辆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；

根据车辆在当前分段区间内行驶的加速度a_M、平均加速度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：

S7：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_i：ρ_i＝kcosφ_i+sinφ_i；

S8：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坡度；第二角度编码器计数值与计时器同时复位；

S9：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，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坡度与卫星定位位置信息。

进一步的，采集控制器的信号输出端可插拔连接有外置存储器，并以道路段编号为主名，按标记点计数值对分段区间编号，将分段区间的坡度与卫星定位位置信息存储到外置存储器中。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明基于路面综合阻力系数对道路坡度进行检测，并且是分段检测，符合道路高度起伏的真实情况，并且检测效率高，能进行长距离检测。

2、本发明通过坡度采集控制程序自动完成路面综合阻力系数、坡度值检测过程的控制，无需人工干预，降低人力成本与劳动强度。

3、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、坡度值精细化到各个分段区间，提高了路面综合阻力系数、坡度值的准确性。另外，通过卫星定位模块采集各分段区间的位置信息，将位置信息与坡度值相结合，能够更好的将坡度值应用于智能交通和城市道路规划设计中。

5、本发明的检测系统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、本发明的标定程序能够根据车速自动控制标定过程，减少人工干预，降低人工操作引起的动作延时误差，提供对路面滚动阻力系数k的标定精度。

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道路坡度检测方法的原理图；

图2是本具体实施方式中待测道路段分段区间划分参考图；

图3是是检测间距的设定规则原理图；

图4是本具体实施方式中道路坡度检测系统的电路框图；

图5是标定程序的流程图；

图6是坡度采集控制程序的流程图。

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所示，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。

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2：采集待测道路段上各分段区间的路面综合阻力系数ρ_i，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φ_i：ρ_i＝kcosφ_i+sinφ_i；从而获得待测道路各分段区间的坡度。

本具体实施方式中，按如下方式对路面滚动阻力系数k进行标定：

首先，车辆行驶在所选取的待测道路的平直路段上；

然后，瞬间切断车辆的动力输出(导致车辆动力输出轴的驱动力为0)，并同时采集车辆被瞬间切断动力输出时的行驶速度v_k，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s_k；

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。

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，因此在车辆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·g，f_合＝(m+m₀)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，按如下方式采集各分段区间的路面综合阻力系数：参考图2所示，将待测道路段按照检测间距划分为若干分段区间；参考图3所示，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f_a：

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-f_a＝(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。

为实现本发明的基于路面综合阻力系数的道路坡度检测方法，参考图4所示，还提供了一种道路坡度检测系统，包括采集控制器4、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1、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。

由于不同类型的轮胎的摩擦系数有差异，故设置轮胎类型，以表明检测出的路面综合阻力系数适用于何种类型的轮胎，方便用于进行选择性应用。

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2，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。

力传感器可采用现有技术中力传感器实现，如以下两种方案：

1)车辆驱动力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，即可测出车辆驱动动力实时值。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。

2)车辆驱动力输出轴连接一个可产生微量扭曲变形的弹性扭转机构且作为其输入轴，弹性扭转机构的输出轴采用可轴向移动的滚珠螺旋槽方式与输入轴滑动连接，车辆驱动力变化就造成输出轴沿轴线方向的弹性位移，采用固定于车架上的位移传感器即可测出输出轴的轴向位移进而测出车辆驱动动力实时值。该方案可具体参见现有汽车电动助力转向机构中的方向盘转向力传感器结构。

本具体实施方式中，车辆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，车辆当前时刻的瞬时角速度其中，Δθ为每增加一个计数值所对应的车辆驱动力输出轴的角度增量；当前时刻的瞬时线速度其中，r为车轮半径，β车辆减速比。

本具体实施方式中，参考图5所示，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。通过按下标定按键产生启动标定程序的信号。

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。路面滚动阻力系数k计算并保存完成后自动退出标定程序。

本具体实施方式中，参考图6所示，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ω_2,M与瞬时线速度v_2,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ω_2,M-1、瞬时线速度v_2,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ω_1,M、瞬时线速度v_1,M，并计算车辆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；

根据车辆在当前分段区间内行驶的加速度a_M、平均加速度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：

S7：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_i：ρ_i＝kcosφ_i+sinφ_i；

S8：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坡度；第二角度编码器计数值与计时器同时复位；

S9：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，所述采集控制器的信号输入端还连接有卫星定位模块3，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坡度与卫星定位位置信息。

本具体实施方式中，采集控制器的信号输出端可插拔连接有外置存储器5，并以道路段编号为主名，按标记点计数值对分段区间编号，将分段区间的坡度与卫星定位位置信息存储到外置存储器中。

Claims (9)

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ρ_i，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φ_i：ρ_i＝k cosφ_i+sinφ_i；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v_k，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s_k；

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f_a：

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-f_a＝(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。

5.根据权利要求4所述的道路坡度检测系统，其特征在于：车辆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，车辆当前时刻的瞬时角速度其中，Δθ为每增加一个计数值所对应的车辆驱动力输出轴的角度增量；当前时刻的瞬时线速度其中，r为车轮半径，β车辆减速比。

6.根据权利要求5所述的道路坡度检测系统，其特征在于：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。

7.根据权利要求5所述的道路坡度检测系统，其特征在于：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ω_2,M与瞬时线速度v_2,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ω_2,M-1、瞬时线速度v_2,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ω_1,M、瞬时线速度v_1,M，并计算车辆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；

根据车辆在当前分段区间内行驶的加速度a_M、平均加速度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：

S7：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_i：ρ_i＝k cosφ_i+sinφ_i；

S8：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坡度；第二角度编码器计数值与计时器同时复位；

S9：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。

8.根据权利要求5所述的道路坡度检测系统，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坡度与卫星定位位置信息。

9.根据权利要求8所述的道路坡度检测系统，其特征在于：采集控制器的信号输出端可插拔连接有外置存储器，并以道路段编号为主名，按标记点计数值对分段区间编号，将分段区间的坡度与卫星定位位置信息存储到外置存储器中。