一种共享电动车智能安全骑行系统

技术领域

本发明涉及公共交通技术领域，尤其涉及一种共享电动车智能安全骑行系统。

背景技术

随着城市化进程的发展，城市规模不断扩大，城市人口逐年增加，城市交通问题日益突出。为了改善居民出行条件，许多城市致力于发展公共交通体系，建设以轨道交通为骨干以常规公交为主体的公共交通系统成为近年来发展的重点方向，但公交、轨道两大系统存在共性问题，即如何有效解决“出行最后一公里”难题。随着共享出行方式的诞生，部分城市通过在公交站点和轨道交通车站附近规划共享单车和共享电动车租赁还车点，以期提高轨道、公交与共享单车、共享电动车的接驳换乘率，有效解决“出行最后一公里”的问题，提高城市居民的出行效率，缩短出行时间。但目前，共享电动车的出行方式存在几大难题。

一、乘客在用车前无法判断车辆剩余电量情况，乘客往往先借用车辆、成功解锁后才能查看该车电量，则可能存在车辆剩余电量不足、无法帮助乘客完成剩余出行距离的问题。同时乘客也无法根据出行目的地准确估计电量是否充足，存在出行中电量不足需再次租借车辆的情况。

二、乘客在用车过程中没有线路引导和停车点引导，对出行路线不熟悉的乘客往往需要一边骑车一边查看地图软件，影响骑行安全。同时，在到达目的地附近后仍需通过特定的软件或目测寻找停放区域，车辆本身无法引导乘客规范停车。

三、共享电动车的头盔一般放置在车筐中，没有任何遮挡装置，长期暴露在外界环境下会沉积灰尘，部分乘客在骑行中会因卫生问题而拒绝佩戴头盔，一旦发生事故会严重威胁乘客的人身安全。

四、共享电动车的额定载客量为1人，但部分乘客在骑行过程中违规载人，甚至存在严重超载的情况，更有乘客危险骑行，如醉酒后骑行电动车，或者骑行中单手握把手，严重威胁乘客的骑行安全。

发明内容

针对现有算法的不足，本发明可根据乘客输入的目的地自动进行电量判别，乘客可自行选择是否需要线路引导。同时，当系统检测到乘客未佩戴头盔时车辆无法启动，乘客危险骑行、违规载人和单手握车把手时系统自动发出警报，共享电动车智能安全骑行系统在保证乘客骑行安全的同时能最大化为乘客出行提供便利，能有效改善“出行最后一公里”的难题。

本发明所采用的技术方案是：一种共享电动车智能安全骑行系统包括智能骑行模块，智能骑行模块包括智能显示屏、信息集成芯片、行程估计装置、电源感应模块、地图导航模块、语音播报模块和站点检测装置；

智能显示屏用于显示车辆剩余电量，在输入框中输入目的地，为乘客显示出行路线，选择线路导航和语音播报；

信息集成芯片用于接收行程估计装置、电源感应模块的处理结果，并将处理结果发送给智能显示屏；

行程估计装置用于接收车辆剩余电量信息和出行路径信息，并根据出行距离估计电量是否充足；

电源感应模块用于实时监测车辆电池剩余电量；

地图导航模块用于乘客查找目的地，并规划导航乘客行走路线；

语音播报模块播报地图导航模块的行走路线；

站点检测装置用于提示乘客可还车位置。

进一步的，根据出行距离估计电量是否充足的公式为：

W

P-电机功率；

U-电机电压；

μ-电池容量损耗系数；

θ-电池容量的折损比例；

T-当前环境温度。

进一步的，站点检测装置包括车辆蓝牙装置、车辆停靠点蓝牙装置、信息集成装置和信息传输装置，当乘客骑行至目的地附近时，车辆蓝牙装置与附近一定范围内的车辆停靠点蓝牙装置连接，并将停靠点位置信息传输至信息集成装置，信息集成装置汇总信息后传递给信息传输装置，通过地图导航模块接收信息后传输至显示屏，方便乘客在显示屏上查看附近的停车点位置。

进一步的，还包括安全骑行模块，安全骑行模块包括头盔传感装置、轨迹稳定性检测装置、超载感应装置和握力监测装置；

头盔传感装置用于放置头盔、对头盔进行消毒、检测乘客是否佩戴头盔以及判断还车时的头盔是否归还；

轨迹稳定性检测装置用于检测乘客是否处于危险骑行状态；

超载感应装置用于检测车辆是否超载；

握力感应器用于检测乘客是否规范骑车。

进一步的，检测乘客是否佩戴头盔的流程包括：

根据胡克定律计算最小拉力预设值：弹性劲度系数*(头盔与车筐连接线缆安全佩戴姿势下伸长长度-头盔与车筐连接线缆的常态收缩状态下的长度)，判断弹簧拉力是否超过最小拉力预设值；且判断锁扣传感器电路是否连通。

进一步的，头盔传感装置包括：安全头盔、头盔锁具、封闭式车载置物架、锁扣连接感应器、拉力传感器、信息集成器和消毒装置；

封闭式车载置物架由架体、顶盖和底板构成，顶盖设置按压式锁扣，密闭式结构防止头盔沉积灰尘、雨雪侵蚀；

头盔锁具用于检测到乘客是否归还头盔，并将结果传递给消毒装置；

锁扣连接感应器用于检测头盔绳子是否扣紧；

拉力传感器用于判断乘客是否取出头盔；

信息集成器用于收集到锁扣和拉力传感器信息，判断乘客是否正确佩戴头盔，并将判断结果传递给车辆动力系统；

消毒装置通过紫外线对安全头盔进行杀毒。

进一步的，轨迹稳定性检测装置包括信息集成芯片和三轴加速度传感器，通过三轴加速度传感器检测车辆行驶中的角度偏移量，判断乘客是否处于危险骑行状态。

进一步的，超载感应装置包括压力传感器、重量传感器和重量信息集成器，压力传感器用于检测座椅形变；重量传感器用于检测座椅承载重量，将座椅形变和重量进行差值运算，超过预设值时判断车辆超载。

进一步的，握力监测装置包括左右把手的握力感应器，用于检测乘客是否双手握把手。

进一步的，当乘客处于车辆超载、非双手握把手、危险骑行状态时切断车辆动力系统。

还包括：报警装置，报警装置与站点检测装置、轨迹稳定性检测装置、超载感应装置和握力监测装置连接，用于数据异常时的报警。

本发明的有益效果：

1、可根据乘客输入的目的地进行电量估计、路线导航和语音辅助，可自动检测乘客头盔佩戴情况、车辆骑行速度、车辆超载情况和不按规定握把手的情况，检测到异常情况时通过与动力系统和报警装置的连接提醒乘客注意以及对乘客骑行状态加以限制，提高乘客骑行效率、缩短出行时间、保证骑行过程中的安全性、降低乘客意外伤害事件的发生概率和危害程度。

附图说明

图1是本发明的共享电动车智能安全骑行系统框图；

图2是本发明的智能显示屏位置；

图3是本发明的地图导航模块和语音播报模块结构组成；

图4是本发明的行程估计装置、信息集成芯片和电源感应模块结构组成；

图5是本发明的站点检测装置和报警装置结构组成；

图6是本发明的头盔传感装置结构组成；

图7是本发明的轨迹稳定性检测装置结构组成；

图8是本发明的超载感应装置结构组成；

图9是本发明的握力监测装置结构组成。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，此图为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示，一种共享电动车智能安全骑行系统包括：智能骑行模块和安全骑行模块，智能骑行模块包括智能显示屏、信息集成芯片、电源感应模块、行程估计装置、地图导航模块、语音播报模块、站点检测装置和报警装置；安全骑行模块包括头盔传感装置、轨迹稳定性检测装置、超载感应装置、握力监测装置和报警装置。

如图2所示，智能骑行模块中的智能显示屏设置在共享电动车左右把手中间位置，屏幕为可触摸模式，乘客在选择车辆前双击显示屏，则屏幕点亮，为乘客显示车辆剩余电量，乘客也可在显示屏输入框中输入目的地，显示屏内置的地图导航模块为乘客显示最佳出行路线，乘客可点击屏幕上的按钮是或否自由选择线路导航与语音播报。

如图3所示，智能显示屏中内置地图导航模块和语音播报模块；其中，地图导航模块包括定位器、地图信息集成器和路径生成器，地图信息集成器完成城市地图信息采集和更新过程，并将信息传递至路径生成器，通过定位器实时跟踪车辆的位置，在乘客输入目的地后，定位器将信息传递至路径生成器，根据起终点位置和地图信息，路径生成器计算最佳出行线路，并将线路信息通过连接电路传递至显示屏和语音播报模块，乘客在显示屏上看到推荐线路后可根据自身对路径的熟悉程度选择是否需要导航辅助，在乘客点击按钮“是”后，则显示屏切换到导航模式。语音播报模块包括信息接收器IRD-V和播音装置，在显示屏切换到导航模式后，乘客可点击按钮“是”或“否”选择语音辅助功能，在选择按钮“是”后，则通过信息接收器IRD-V接收到的路径信息引导乘客直行、左转、右转。

如图4所示，智能显示屏中内置行程估计装置、信息集成芯片和电源感应模块；其中，行程估计装置包括信息接收器IRD-T和行程计算器，信息接收器IRD-T连接电源感应模块和地图导航模块，接收车辆剩余电量信息和出行路径信息，并传递给行程计算器估计电量是否充足，并将判断结果传输至信息集成芯片，信息集成芯片接收信息后，将剩余电量估计结果通过“剩余电量可行驶里程XX km”等字样在屏幕中显示，电源感应模块主要是实时监测车辆电池剩余电量情况，并通过编码器和连接电路将信息编译后传递至信息集成芯片，信息集成芯片接收到电量信息后通过显示屏电量显示区实时显示剩余电量，供乘客查看。

现有共享电单车剩余电量显示主要以剩余电池容量所能支撑行驶的距离进行显示以告知骑行者，但是并没有考虑温度以及电池损耗对蓄电池组放电电流的影响，因此将导致实际显示剩余行驶里程精确度较低，本发明构造以下剩余行驶里程公式：

W

P-电机功率，单位：W；

U-电机电压，单位：V；

μ-电池容量损耗系数，通常在0.7～1.0之间；

θ-据统计相较于标准温度25℃，温度每下降1℃，电池容量的折损比例，本发明中取值0.08；

T-当前环境温度，单位：℃。

如图5所示，智能显示屏中内置站点检测装置和报警装置，站点检测装置包括车辆蓝牙装置、车辆停靠点蓝牙装置、信息集成装置和信息传输装置，当乘客骑行至目的地附近时，车辆蓝牙装置与附近一定范围内的车辆停靠点蓝牙装置连接，并将停靠点位置信息传输至信息集成装置，信息集成装置汇总信息后传递给信息传输装置，通过电路连接地图导航模块完成传输过程，地图导航模块接收信息后传输至显示屏，则乘客便可在显示屏上查看附近的停车点位置。

报警装置包括蜂鸣器、电路连接和感应开关S，蜂鸣器通过电路连接信息集成芯片，电路中设置感应开关S，当定位器显示车辆位置不在停靠点时，则感应开关S闭合，电路接通，触发蜂鸣器发出警报并拒绝乘客还车，当定位器显示车辆位置在停靠点时，则感应开关S断开，乘客可以正常还车。感应开关S采用的是发明人之前申请的专利“一种为公共自行车乘客提供站点信息的显示装置”中的结构，电路为现有市场上常见电动车的内置连接电路。

智能骑行模式流程包括：①在乘客选择车辆前，可通过屏幕实时显示车辆剩余电量；②在乘客输入目的地后，根据车辆状态智能判别该车是否能够供乘客骑行到目的地；③根据起点和终点位置，智能为乘客推荐路线，乘客可根据自身对道路熟悉程度自由选择是否需要导航辅助模块，在乘客选择导航辅助后可通过语音播报引导乘客骑行；④乘客接近目的地时，显示屏为乘客推荐最近的车辆停靠点，引导乘客规范停车。

如图6所示，本发明安全骑行模块中的头盔传感装置包括安全头盔、头盔锁具、封闭式车载置物架、锁扣连接感应器、拉力传感器、信息集成器、消毒装置和连接电路。其中，封闭式车载置物架由架体、顶盖和底板构成，顶盖设置按压式锁扣，密闭式结构可防止头盔沉积灰尘、雨雪侵蚀，保持头盔干净整洁，方便乘客佩戴，封闭式车载置物架上的弹簧绳出口是在乘客取出头盔后弹簧绳拉出的位置；封闭式置物架底板设置消毒装置，乘客骑行结束，头盔锁具检测到归还头盔的信息并传递给消毒装置，消毒装置通过紫外杀菌对头盔整体进行消毒，减少共享头盔造成的疾病传播，消毒装置采用的是文献“一种电动车用车筐组件及共享电动车”中提到的消毒构件。其中，锁扣连接感应器主要是检测头盔绳子是否扣紧，防止出现乘客戴上头盔后忘记将绑绳扎紧的情况发生，感应器检测到锁扣扣紧时将信息传递给信息集成器；拉力传感器是安装于置物架内壁上固定位置，其另一端连接拉力弹簧，在乘客取出头盔时弹簧会伸长产生拉力，通过拉力传感器可以检测其数值，超过预设的拉力范围时则认为乘客已佩戴头盔，拉力传感器将信息传递至信息集成器，信息集成器收集到锁扣扣紧且弹簧拉力超过预设值时才判定乘客已正确佩戴头盔，具体判定流程如下：

(1)头盔与车筐连接线缆的常态收缩状态下的长度为0.5m，弹性劲度系数为5N/m，安全佩戴姿势下将至少伸长至1.2m,因此根据胡克定律有最小拉力值5*(1.2-0.5)＝3.5N时，认为乘客已佩戴头盔，此为判定条件A；

(2)如图6所示，头盔锁扣配置有微型传感器，当车辆启动时，传感器开始工作，当锁扣未扣紧时传感器电路未连通、传回信号为0，当锁扣扣紧时，传感器电路连通、传回信号为1；当传回信号1时认为乘客头盔锁扣已经扣紧，此为判定条件B；

(3)当且仅当判定条件A和B同时成立时，车载系统才会判定骑乘人员已正确佩戴好头盔。

将头盔正确佩戴信息传递至车辆动力系统，乘客才能正常启动车辆，双重保障能够使乘客正确使用头盔，减小意外碰撞时的伤害程度。头盔锁具是固定头盔的装置，设置在置物架内壁上，避免车辆颠簸造成头盔与置物架内壁碰撞的情况，乘客在还车时要先将头盔正确连接头盔锁具，该头盔锁具采用的是文献“一种电控头盔锁”中的结构，实现头盔归还状态的信息传递，当头盔锁具检测到头盔未正确归还时乘客无法归还车辆。

如图7所示，轨迹稳定性检测装置主要包括信息集成芯片、三轴加速度传感器，设置在智能显示屏内，主要是检测乘客在骑行中的轨迹动态，用以判别乘客是否存在危险骑行(如醉酒)的情况。三轴加速度传感器可以检测车辆行驶中的角度偏移量并传递给信息集成芯片，在芯片中预设时间范围和角度范围，当车辆在短时间内左右角度频繁偏移且超过预设值时，说明骑行者无法保持直线行驶，可能是处于危险状态。本发明中采用MPU6050型号的高性能三轴加速传感器，左右偏移角度设为15°、方向变化频率阈值设为3Hz,即当检测到车辆方向偏移角度超过15°且左右偏移频率超过3次/秒时启动危险骑行预警。信息集成芯片对乘客危险骑行状态信息编码后，将信息传递至报警装置和车辆动力系统，报警装置的感应开关S闭合，电路接通，车辆发出警报，车辆动力系统停止动力供应，则乘客无法继续骑行，避免乘客因醉酒骑车而引发交通事故。

如图8所示，超载感应装置包括设置在车辆座椅下方的压力传感器、重量传感器、重量信息集成器，乘客坐在座椅上时则压力传感器检测座椅形变、重量传感器检测承载重量，并将形变、重量信息传递至重量信息集成器，当第二个乘客坐在座椅上后压力传感器再次检测座椅形变、重量传感器再次检测承载重量，并将信息传递至重量信息集成器，重量信息集成器对两次收集到的形变和重量进行差值运算，当超过系统预设的范围值时则认为车辆超载，记重量传感器第一次检测得到的载重为W千克，考虑到乘客可能会有随身携带包裹物品等，因此设置额外15kg的偏差，因为普通小孩和成年人的重量远远高过15kg，当传感器再次检测到15kg以上的重量则发出超载报警。若检测到超载，则将超载信息传递给信息集成芯片，信息集成芯片与报警装置之间的感应开关S闭合，电路接通，车辆发出警报，同时信息集成芯片将信息传递至车辆动力系统，则车辆无法启动。

如图9所示，握力监测装置由设置在左把手处的握力感应器1、设置在右把手处的握力感应器2组成，握力监测装置的功能是检测乘客在骑行中的手握把手情况，主要是乘客在骑行中是否存在单手握把手的情况，当检测到乘客单手骑行的情况时，将信息反馈给信息集成芯片，则信息集成芯片与报警装置的感应开关S闭合，电路接通，报警器发生蜂鸣声，通过连接电路将信息传递至车辆动力系统，停止动力供应，保证乘客能够规范骑车。

安全骑行模式流程包括：①在车辆启动前，检测乘客头盔佩戴情况，并将检测结果反馈到车辆启动系统；②在乘客骑行过程中，实时进行车辆轨迹稳定性检测，当乘客骑行时左右偏离角度过大且过于频繁及时发出警报，并将数据反馈给动力系统，则车辆失去动力、无法前行；③当感应器检测到车辆超载时，车辆动力系统接收数据终止车辆动力供应；④在乘客骑行过程中，实时检测乘客手握把手的情况，当检测到乘客单手握把手时发出警报、停止动力供应。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。