车辆轮胎转数的测量装置及出租车计价装置的制作方法

本实用新型涉及计量技术，尤其涉及一种车辆轮胎转数的测量装置及出租车计价装置。

背景技术：

近年来，各城市的交通拥堵日益严峻，私家车拥有量的膨胀进一步加剧城市拥堵，公交优先已成为各城市的发展策略，作为准公交的出租车也从中受益，出租车数量的增长速度明显提高。出租车，是一种收费的交通工具，通常根据出租车的行驶距离确定乘客需付费用。

现有技术中，通常是在出租车变速箱的输出轴上安装软轴，软轴上安装有计价传感器，计价传感器通过导线与计价器连接；在车辆行驶过程中，变速箱的输出轴带动软轴转动，且软轴与输出轴转速同步，通过软轴将输出轴转动的机械信号传递给计价传感器，而计价传感器将输出轴转动的机械信号转换成相应的电信号，并将该电信号传递给所述计价器，以使计价器根据该电信号确定出租车的行驶距离，进而确定乘客需付费用。

然而，由于现有车辆上没有连接传感器的机械接口造成的转数测量困难，以及软轴等机械连接传感器方式造成的安装和维护困难的问题，导致车辆行驶距离测量的可操作性和可行性存在困难。

技术实现要素：

针对现有技术中的上述缺陷，本实用新型提供一种车辆轮胎转数的测量装置及出租车计价装置，有助于提高车辆行驶距离的测量的可操作性和可行性。

本实用新型的第一个方面是提供一种车辆轮胎转数的测量装置，包括：

加速度传感器、第一无线传输模块和第一微处理器，所述加速度传感器和所述第一微处理器通讯连接，所述第一无线传输模块与所述第一微处理器通讯连接；

其中，所述加速度传感器用于检测车辆轮胎的加速度信息；所述第一微处理器用于根据所述加速度信息确定所述车辆轮胎的转数；所述第一无线传输模块用于将所述第一微处理器确定的所述车辆轮胎的转数通过无线传输的方式发送给相应的接收设备。

进一步地，所述第一微处理器包括：

确定模块，用于根据所述车辆轮胎的加速度信息，确定车辆轮胎上的加速度传感器的切向加速度；

以及，处理模块，用于根据所述车辆轮胎上的加速度传感器的切向加速度和所述加速度传感器的重力加速度，确定所述加速度传感器的加速度的波形曲线，并根据所述波形曲线确定所述车辆轮胎的转数。

进一步地，所述确定模块具体用于根据下述第一公式确定所述加速度传感器的切向加速度：

其中，a₂₁为加速度传感器的切向加速度；a₁为车辆轮胎加速度；r为加速度传感器与车辆轮胎的圆心之间的距离；R为车辆轮胎的半径；

所述处理模块具体用于根据下述第二公式确定所述加速度传感器的加速度的波形曲线：

a₂＝cosθ×G-a₂₁；

其中，a₂为加速度传感器的加速度；θ为加速度传感器当前位置对应的半径与起始位置对应的半径之间的夹角；G为加速度传感器的重力加速度；a₂₁为加速度传感器的切向加速度。

进一步地，所述处理模块还用于确定所述波形曲线上的曲线段的个数，所述曲线段的个数为所述车辆轮胎的转数；其中，所述曲线段为所述波形曲线相邻的两个最低点之间的曲线段。

进一步地，所述车辆轮胎转数的测量装置还包括：角速度传感器，与所述第一微处理器通讯连结，用于检测所述车辆轮胎的角速度，以对所述加速度传感器检测的加速度信息进行校准。

进一步地，所述车辆轮胎转数的测量装置还包括：电源模块，与所述第一微处理器电连接，用于给所述车辆轮胎转数的测量装置提供电能。

本实用新型的另一个方面是提供一种出租车计价装置，包括：车辆轮胎转数的测量装置和接收设备，所述车辆轮胎转数的测量装置为前述任一项所述的车辆轮胎转数的测量装置；其中，所述车辆轮胎转数的测量装置用于将测量的车辆轮胎的转数发送给所述接收设备，所述接收设备用于根据接收到的所述车辆轮胎的转数确定车辆行驶的里程。

本实用新型提供的车辆轮胎转数的测量装置及出租车计价装置，通过加速度传感器获取车辆轮胎的加速度信息，并由微处理器根据加速度信息确定车辆轮胎的转数，通过第一无线传输模块将车辆轮胎的转数传发送出去，以根据该转数确定车辆的行驶距离，有助于提高车辆行驶距离的测量的可操作性和可行性。

附图说明

图1为本实用新型车辆轮胎转数的测量装置一实施例的结构示意图；

图2为本实用新型车辆轮胎转数的测量装置的测量原理示意图；

图3为本实用新型车辆轮胎转数的测量装置中加速度传感器的加速度的波形曲线图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于方便描述不同的部件，而不能理解为指示或暗示顺序关系、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至少一个该特征。

图1为本实用新型车辆轮胎转数的测量装置一实施例的结构示意图；请参照图1，车辆轮胎转数的测量装置包括：加速度传感器10、第一无线传输模块30和第一微处理器20，加速度传感器10和第一微处理器20通讯连接，第一无线传输模块30与第一微处理器20通讯连接；

其中，加速度传感器10用于检测车辆轮胎的加速度信息；第一微处理器20用于根据加速度信息确定车辆轮胎的转数；第一无线传输模块30用于将第一微处理器20确定的车辆轮胎的转数通过无线传输的方式发送给相应的接收设备。

具体地，加速度传感器10可以安装在车辆轮胎的轮毂上，具体的安装方式本实施例不做具体限定，本领域技术人员可以根据实际需要进行设置；加速度传感器10可以为六轴加速度传感器或者九轴加速度传感器。

第一微处理器30可以根据车辆轮胎在旋转一周时的加速度方向的变化，以及根据方向的不同反应出车辆轮胎的转数，以便于根据该转数确定车辆的行驶距离。由于车辆轮胎的周长为已知量，因此，可以由该转数表示车辆的行驶距离，或者由该转数与车辆轮胎的周长的乘积表示车辆的行驶距离。

本实施例中，通过无线传输的方式，既能够准确地测量出车辆的行驶里程，并且无须连接与车辆轮胎转数的测量方法对应的装置和与该装置相对应的接收设备的线缆，便于与车辆轮胎转数的测量方法对应的装置的安装。

可以理解的是：在微处理器20确定出一个转数时，第一无线传输模块30可以向接收设备发送一次信号，由接收设备确定车辆轮胎总的转数。或者，在微处理器20确定车辆轮胎总的转数后，第一无线传输模块30将总的转数发送给接收设备，本实施例以该方式为例。

本实施例提供的车辆轮胎转数的测量装置，通过加速度传感器10检测车辆轮胎的加速度信息，并通过第一微处理器20根据加速度信息确定车辆轮胎的转数，通过第一无线传输模块30将车辆轮胎的转数传发送出去，以根据该转数确定车辆的行驶距离，有助于避免现有技术中车辆行驶距离测量的可操作性和可行性存在困难问题。

进一步地，第一微处理器20包括：确定模块，用于根据车辆轮胎的加速度信息，确定车辆轮胎上的加速度传感器10的切向加速度；

具体地，进一步地，确定模块具体用于根据下述第一公式确定加速度传感器10的切向加速度：

其中，a₂₁为加速度传感器10的切向加速度；a₁为车辆轮胎加速度(也即车辆加速度)；r为加速度传感器10与车辆轮胎的圆心之间的距离；R为车辆轮胎的半径。

第一微处理器20还包括：处理模块，用于根据车辆轮胎上的加速度传感器10的切向加速度和加速度传感器10的重力加速度，确定加速度传感器10的加速度的波形曲线，并根据波形曲线确定车辆轮胎的转数。

具体地，处理模块用于根据下述第二公式确定加速度传感器的加速度的波形曲线：

a₂＝cosθ×G-a₂₁；

其中，a₂为加速度传感器的加速度；θ为加速度传感器当前位置对应的半径与起始位置对应的半径之间的夹角；G为加速度传感器的重力加速度；a₂₁为加速度传感器的切向加速度。

其中，由于随时间的变化，θ也会发生变化，因此，加速度传感器的加速度的波形曲线为随时间变化的余弦波。由于加速度传感器的切向加速度a₂₁对余弦波的幅度的干扰，余弦波并不是很标准，然而，这并不会影响余弦波的周期；其中，周期为波形曲线上相邻的两个最低点之间的曲线段所对应的时间。余弦波的周期随车辆速度变化而变化：车辆速度越快，周期越短，波越密集；车辆速度越慢，周期越长，波越疏散。

处理模块还用于确定波形曲线上的曲线段的个数，曲线段的个数为车辆轮胎的转数；其中，曲线段为波形曲线相邻的两个最低点之间的曲线段。

可以理解的是：相邻的两个最低点之间的曲线段相当于一个周期内的余弦波，每确定出一个余弦波则表示车辆轮胎转了一圈。波形曲线上的曲线段的个数也即波形曲线上余弦波的周期个数。

由于车辆刚起步时，车辆轮胎的加速度变化较快，不容易判别，为进一步提高车辆的行驶距离的测量的准确性，车辆轮胎转数的测量装置，还包括：角速度传感器，与第一微处理器20通讯连结，用于检测车辆轮胎的角速度，以对加速度传感器10检测的加速度信息进行校准。

为进一步简化车辆轮胎转数的测量装置的线路连接，车辆轮胎转数的测量装置还包括：电源模块，与第一微处理器电连接，用于给车辆轮胎转数的测量装置提供电能。电源模块可以为纽扣电池或者蓄电池等。本实施例的车辆轮胎转数的测量装置的直径可以为27毫米，高度可以为18毫米，结构简单，尺寸较小，便于携带和安装。

上述各实施例中的车辆轮胎转数的测量装置不仅适用于出租车等需要计距离的汽车，还适用于需要计距离的轨道车辆；当上述各实施例中的车辆轮胎转数的测量装置适用于轨道车辆时，车辆轮胎为轨道车辆的轮轨。

图2为本实用新型车辆轮胎转数的测量装置的测量原理示意图；图3为本实用新型车辆轮胎转数的测量装置中加速度传感器的加速度的波形曲线图；请参照图2-3，下面举例说明车辆轮胎转数的测量装置测量车辆轮胎转数的原理：

如图2所示，小正方形表示加速度传感器10，加速度传感器10到车辆轮胎中心的距离为r,车辆轮胎半径为R。半径为r的圆表示传感器的运动轨迹，半径为R的圆表示车辆轮胎的边缘。a、b、c、d分别为加速度传感器10平面四个方向，A、B、C、D分别为加速度传感器10四个主要位置：正上、正下、正左和正右。假设A处为传感器的初始位置，那么车轮走一圈，传感器的位置变化为A→B→C→D→A。

当车辆开始行驶后，加速度传感器10随车辆轮胎转动起来，加速度传感器10会受到三个方向的力：重力、向心力和切线方向的力。

以c和d两个面的加速度为例，对加速度传感器10的加速度变化情况进行分析。假设，以正右方向为起始，加速度传感器10运动半径与起始水平线的夹角为θ。d受力为正，c受力为负。

加速度传感器10c和d面的加速度受重力加速度和车轮切线方向上的加速度影响；切线方向上的加速度与车辆前进和后退的加速度成正比；车辆加速度为a1，则加速度传感器10的切线方向上的加速度就为a21＝a1*r/R。加速度传感器10的加速度便为a2＝cosθ*G-a21。由公式得知，如果a21值不变，那么加速度传感器10在B处的加速度a2为正的最大值，在D处的加速度a2为负的最大值。

然后再分析实际情况中a21的大小。一般轿车10秒内可从零加速到100km/h，合27.78m/s，平均加速度为2.778m/s²，即大约0.28G，最大加速度可达到0.6G左右。如果是超跑，加速度可超过1G。

图3中，横轴线表示时间；靠左的纵轴线表示加速度传感器10的加速度；靠右的纵轴线表示车辆的速度；V对应的曲线为车辆的速度曲线；a2对应的曲线为加速度传感器10的加速度曲线，又称G值曲线。

由图3可知，车辆加速度在起步的时候会很快到达一个峰值，当车辆的速度V起来后，车辆加速度会稳定在0.2G-0.3G之间，在换挡的时候车辆加速度会掉下来。并且车辆加速度的值在整个加速过程中，不是均匀变化的，有大约0.15G左右的跳动。

车辆刚起步的时候，加速度变化较快，不容易判别，需要加入角速度传感器数据来校准。根据公式a2＝cosθ*G-a21，加速度就是一个随时间变化的余弦波。这个波形的周期，随车辆速度变化而变化。车辆速度越快，周期越短，波越密集；车辆速度越慢，周期越长，波越疏散。当然这个余弦波不是很标准，它收到了切线方向加速度a21的干扰。不过，在波形分析上。它的影响可以忽略不计。

每计算出一个余弦波，表示车辆轮胎转了一圈，根据这个原理，就能得出乘客乘坐期间车辆轮胎的转数。此外，根据余弦波间隔的时间，可以计算出轮胎的转速。

本实施例提供的车辆轮胎转数的测量装置的工作过程可以为：

通过加速度传感器10检测车辆轮胎的加速度信息；

第一微处理器20根据车辆轮胎的加速度信息，确定车辆轮胎上的加速度传感器的切向加速度，具体地，根据下述第一公式确定加速度传感器的切向加速度：

其中，a₂₁为加速度传感器的切向加速度；a₁为车辆轮胎加速度；r为加速度传感器与车辆轮胎的圆心之间的距离，也即r为加速度传感器的运动轨迹的圆的半径；R为车辆轮胎的半径。

第一微处理器20根据车辆轮胎上的加速度传感器的切向加速度和加速度传感器的重力加速度，确定加速度传感器的加速度的波形曲线，具体地，根据下述第二公式确定加速度传感器的加速度的波形曲线：

a₂＝cosθ×G-a₂₁；

其中，a₂为加速度传感器的加速度；θ为加速度传感器当前位置对应的半径与起始位置对应的半径之间的夹角；G为加速度传感器的重力加速度；a₂₁为加速度传感器的切向加速度；

第一微处理器20根据波形曲线确定车辆轮胎的转数，具体地，确定波形曲线上的曲线段的个数，曲线段的个数为车辆轮胎的转数；其中，曲线段为波形曲线相邻的两个最低点之间的曲线段。

第一无线传输模块30用于在确定车辆轮胎的转数之后，通过无线传输的方式将第一微处理器20确定的车辆轮胎的转数发送给相应的接收设备。

本实施例还提供一种出租车计价装置，包括：车辆轮胎转数的测量系统和接收设备，车辆轮胎转数的测量系统为上述任一实施例中的车辆轮胎转数的测量系统；其中，车辆轮胎转数的测量系统用于将测量的车辆轮胎的转数发送给接收设备，接收设备用于根据接收到的车辆轮胎的转数确定车辆行驶的里程。

本实施例中，出租车中例如出租车的仪表板上还可以安装有接收设备，接收设备可以包括第二无线传输模块、第二微处理器、显示器和串口；第二无线传输模块、显示器和串口均可以与第二微处理器通讯连接；第二微处理器还可以与电源装置电连接，该电源装置可以为独立的电源装置，也可以为出租车本身的电源。

其中，第二无线传输模块可以用于与车辆轮胎转数的测量系统中的第一无线传输模块通信；第二微处理器可以用于对测量的车辆轮胎的转数进行处理并确定出乘客需付费用；显示器可以用于向乘坐人员显示车辆的行驶里程等信息；串口可以用于与其它设备连接。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。