【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及车辆控制领域，尤其涉及一种监听发动机运行音频信号的车辆载重监测方法。
技术介绍
1、随着交通运输业的迅速发展，车辆载重的精确测量对于确保道路安全、降低运输成本以及提高运输效率具有至关重要的意义。在现有
，汽车载重的测量方式主要为静态称重技术、动态称重技术和车载称重技术。
2、静态称重技术：主要通过安装在地面的电子地磅对经过的车辆进行称量[1]。
3、动态称重技术：主要有轴重检测和桥梁应变检测两种，轴重检测主要是利用埋置于道路表面的动态称重传感器测量移动中车辆轮胎作用于地面的压力信号，从而获取车辆行驶速度、轴距、轴重、总重等丰富的车辆信息。桥梁应变检测通过安装在桥梁底部的传感器获取被测车辆通过桥梁时所产生的桥梁响应，并利用所建立的算法反算出被测车辆的车速、轴数、轴距和轴重等信息。
4、车载称重技术：主要通过在车辆受力部件上安装传感器，采集受力部件上随载荷变化而变化的数据，通过建立采集数据与载荷的对应关系实现称重，常见的安装位置有板簧簧片表面、车架横梁底部、车桥表面等。
5、静态称重技术需要在车辆停稳后进行测量，因此其测量效率较低，不利于大规模应用。
6、动态称重技术虽然能够测量行驶中车辆的载重，但称重设备与车辆是分离的，无法实现对车辆状态的实时监控，并且对无法铺设地下称重设备的地区难以进行超载管制。
7、车载称重传感器通常安装在汽车底部，容易受到周围环境的影响，如高温、低温、湿度、尘土等，这些因素可能导致传感器的损坏或误差增大，增加了维护成
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种监听发动机运行音频信号的车辆载重监测方法，解决了其他载荷检测方法无法动态监测以及监测成本高等问题，包括使用发动机工况图计算汽车功率等步骤实现低成本动态实时监测车辆载荷的目的。
2、本专利技术采用的技术方案是：
3、一种监听发动机运行音频信号的车辆载重监测方法，包括以下步骤：
4、步骤s1、通过音频采集设备采集发动机音频数据；
5、步骤s2、对发动机的音频信号进行分析并提取关于发动机转速的信息，再计算发动机的转速；
6、步骤s3、根据发动机工况图得到发动机在不同转速下输出功率的大小；
7、步骤s4、获取陀螺仪得到的汽车的行驶速度，根据功率公式p＝f1v计算出车轮驱动力f1，其中，p是由工况图得出当前转速下的输出功率，v是陀螺仪得到的汽车的行驶速度；
8、步骤s5、计算车在运动过程所受到的纵向牵引力f11，具体计算公式为：
9、f11＝f1-f1-f2-f3，
10、其中，f1是车轮驱动力，f1是汽车的路面摩擦阻力，f2是汽车所受风阻，f3是汽车因为重力在坡度上受到的阻力；
11、步骤s6、从陀螺仪中获取车辆陀螺仪得到的加速度a1，基于牛顿第二定律f11＝ma1计算得车辆总质量m，再将车辆总质量减去汽车重量得到车辆载荷；通过车辆载荷与规定载荷对比以判断车辆是否超载。
12、进一步地，所述步骤s2进一步具体为：
13、步骤s21、将采集到的发动机音频数据即原始模拟信号转换成数字信号，使用音频处理软件对信号进行预处理，以提高信号的清晰度和准确性；
14、步骤s22、对预处理后的音频信号进行频谱分析，找出信号中的基频；基频指的是低频区域的峰值所对应的频率点；
15、具体地，发动机运转时除了气缸运动之外还有其他振动会产生一系列谐波，其中基频(最低频率)与发动机的转速直接相关。
16、步骤s23、根据公式n＝60×(c/2)×fbase/i，得出发动机转速，其中n代表发动机转速，c代表发动机冲程数，fbase表示基频，i表示发动机的缸数。
17、进一步地，步骤s21中音频处理软件包括audacity、matlab。
18、进一步地，步骤s21中预处理包括降噪、滤波等。
19、进一步地，所述步骤s5进一步具体为：
20、步骤s51、根据库仑摩擦定律公式f1＝u1ncosθ计算得出f1，其中n代表正压力，根据公式n＝g+m1g得出；其中，g为车辆的重力，是出发前根据汽车数据手册等得到的已知的值；m1为货物的重量，表示待求取的未知值；g表示重力加速度，θ为根据陀螺仪得出的道路坡度角，u1为动摩擦力系数，取相邻时间段的两个时刻的转速，
21、步骤s52、根据公式f1＝ρv2u2a/2计算得出f2，其中ρ是空气密度可根据地区和温度来估算，v2是车速平方可根据陀螺仪得出；u2是汽车风阻系数，可根据官方产品手册途径得出；a是汽车迎风面积可以根据汽车的尺寸和形状来估算；
22、步骤s53、根据公式f3＝nsinθ计算得出f3，其中n代表正压力，根据公式n＝g+m1g得出，其中g为车辆的重力，m1为货物的重量，g表示重力加速度，θ为道路坡度角可根据陀螺仪得出。
23、进一步地，步骤s51中动摩擦力系数的计算步骤如下：
24、步骤s51-1，获取相邻时间段的前一个时间段的车轮驱动力f1，对应公式为：①f1-u1ncosθ-f2-f3＝ma1，f2是汽车所受风阻，f3是汽车因为重力在坡度上受到的阻力；a1为陀螺仪得到的前一个时间段的加速度；
25、步骤s51-2，获取相邻时间段的后一个时间段的车轮驱动力f2，对应公式f2-u1ncosθ-f2-f3＝ma2，f2是汽车所受风阻，f3是汽车因为重力在坡度上受到的阻力；a2为陀螺仪得到的前一个时间段的加速度；
26、步骤s51-3，联立并计算这两个公式即可得出动摩擦力系数u1。
27、进一步地，步骤s52中空气密度ρ的取值一般在1.2kg/m3左右。
28、本专利技术采用以上技术方案，做到了从源头管理车辆，并且车辆不受位置限制可随时称重。相较于常见的车载称重传感器，本设备的安装环境更良好，且成本更低，维护更方便。本技术方案的实现有助于提高道路安全性，保障车辆的使用寿命，提高相关部门和车辆管理者的管理效率，解决交通监管部门无法监测普通公路上车辆是否超载的问题，维护运输企业市场秩序，保护环境和资源。
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1.一种监听发动机运行音频信号的车辆载重监测方法，其特征在于：其包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种监听发动机运行音频信号的车辆载重监测方法，其特征在于：所述步骤S2进一步具体为：
3.根据权利要求2所述的一种监听发动机运行音频信号的车辆载重监测方法，其特征在于：步骤S21中音频处理软件包括Audacity、MATLAB。
4.根据权利要求2所述的一种监听发动机运行音频信号的车辆载重监测方法，其特征在于：步骤S21中预处理包括降噪、滤波等。
5.根据权利要求1所述的一种监听发动机运行音频信号的车辆载重监测方法，其特征在于：步骤S5具体步骤为：
6.根据权利要求5所述的一种监听发动机运行音频信号的车辆载重监测方法，其特征在于：步骤S51中动摩擦力系数的计算步骤如下：
7.根据权利要求5所述的一种监听发动机运行音频信号的车辆载重监测方法，其特征在于：步骤S52中空气密度ρ的取值一般在1.2kg/m3左右。
【技术特征摘要】
1.一种监听发动机运行音频信号的车辆载重监测方法，其特征在于：其包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种监听发动机运行音频信号的车辆载重监测方法，其特征在于：所述步骤s2进一步具体为：
3.根据权利要求2所述的一种监听发动机运行音频信号的车辆载重监测方法，其特征在于：步骤s21中音频处理软件包括audacity、matlab。
4.根据权利要求2所述的一种监听发动机运行音频信号的车辆载重监测方法，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：甘振华，陈淑婷，黄胤翰，陈帮达，邹复民，郭峰，包琴，
申请(专利权)人：福建理工大学，
类型：发明
国别省市：
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