PL246655B1 - Method and system for measuring the speed and direction of the actual wind acting on a moving object, in particular a vehicle - Google Patents
Method and system for measuring the speed and direction of the actual wind acting on a moving object, in particular a vehicle Download PDFInfo
- Publication number
- PL246655B1 PL246655B1 PL432634A PL43263420A PL246655B1 PL 246655 B1 PL246655 B1 PL 246655B1 PL 432634 A PL432634 A PL 432634A PL 43263420 A PL43263420 A PL 43263420A PL 246655 B1 PL246655 B1 PL 246655B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- vehicle
- speed
- value
- projection
- measuring
- Prior art date
Links
Landscapes
- Indicating Or Recording The Presence, Absence, Or Direction Of Movement (AREA)
Abstract
System (100) pomiaru prędkości i zwrotu rzutu wiatru rzeczywistego oddziałującego na poruszający się obiekt, w szczególności pojazd (170) zawiera co najmniej jeden układ elektroniczny (150) z wbudowanym w swoją strukturę blokiem przetwarzania analogowego (152) oraz połączonym z nim blokiem przetwarzania analogowo-cyfrowego (151) przystosowanymi do dokonywania operacji algebraicznych na sygnałach elektrycznych. Wspomniany układ elektroniczny (150) połączony jest z co najmniej jednym miernikiem (130) prędkości ruchu pojazdu (170) względem ziemi oraz z co najmniej jednym anemometrem (140) mierzącym wartość rzutu prędkości wiatru pozornego na kierunek ruchu pojazdu (170). Co najmniej jeden miernik (130) prędkości ruchu pojazdu (170) względem ziemi ma wbudowany w swoją strukturę co najmniej jeden układ zliczający (131) obroty koła pojazdu (170) oraz układ przeliczający (132) obroty koła pojazdu (170) na prędkość postępową. Z kolei co najmniej jeden anemometr (140) mierzący wartość rzutu prędkości wiatru pozornego na kierunek ruchu pojazdu (170) ma wbudowaną w swoją strukturę jednokierunkową sondę.A system (100) for measuring the speed and direction of the projection of the actual wind acting on a moving object, in particular a vehicle (170), comprises at least one electronic system (150) with an analog processing block (152) built into its structure and an analog-digital processing block (151) connected thereto, adapted to perform algebraic operations on electric signals. Said electronic system (150) is connected to at least one meter (130) for measuring the speed of the vehicle (170) relative to the ground and to at least one anemometer (140) measuring the value of the projection of the apparent wind speed on the direction of the vehicle (170) movement. At least one meter (130) for measuring the speed of the vehicle (170) relative to the ground has built into its structure at least one system for counting (131) the revolutions of the vehicle's wheel (170) and a system for converting (132) the revolutions of the vehicle's wheel (170) into forward speed. In turn, at least one anemometer (140) measuring the value of the projection of the apparent wind speed onto the direction of movement of the vehicle (170) has a unidirectional probe built into its structure.
Description
Opis wynalazkuDescription of the invention
Dziedzina wynalazkuField of invention
Przedmiotem wynalazku jest sposób oraz system pomiaru prędkości i zwrotu rzutu wiatru rzeczywistego oddziałującego na poruszający się obiekt, w szczególności pojazd, co ma na celu określenie warunków podróży, przykładowo do wyboru trasy dla której wiatr jest sprzyjający lub też do optymalizacji kształtu pojazdu przy uwzględnieniu wartości prędkości i zwrotu rzutu wiatru rzeczywistego na kierunek ruchu pojazdu.The subject of the invention is a method and system for measuring the speed and direction of the actual wind acting on a moving object, in particular a vehicle, the purpose of which is to determine travel conditions, for example to select a route for which the wind is favorable or to optimize the shape of the vehicle taking into account the value of the speed and direction of the actual wind acting on the direction of vehicle movement.
Niniejszy wynalazek dotyczy ogólnie dziedziny aerodynamiki a zatem dotyczy zjawisk związanych z ruchem gazów, a także ruchu ciał stałych w ośrodku gazowym i sił działających na te ciała. Ponadto wynalazek ujmuje także w swoim zakresie układy elektroniczne i pomiarowe biorące udział w określaniu elementów składowych odpowiednich systemów pomiarowych.The present invention relates generally to the field of aerodynamics and therefore relates to phenomena related to the movement of gases, as well as the movement of solid bodies in a gaseous medium and the forces acting on these bodies. Furthermore, the invention also includes within its scope electronic and measuring systems involved in determining the components of the respective measuring systems.
Tło wynalazkuBackground of the invention
W świetle niniejszego wynalazku istotną kwestią, mającą wpływ na poruszający się obiekt w szczególności pojazd jest opór aerodynamiczny. Dzięki, zmniejszeniu oporu aerodynamicznego można uzyskać większą prędkość. Stąd też bardzo dużo wysiłku i pieniędzy wkłada się w badania fizycznych cech oporu aerodynamicznego, po to aby produkować bardziej aerodynamiczny sprzęt.In light of this invention, an important issue that affects a moving object, especially a vehicle, is aerodynamic drag. By reducing aerodynamic drag, greater speed can be achieved. Therefore, a lot of effort and money is put into researching the physical characteristics of aerodynamic drag in order to produce more aerodynamic equipment.
Siła aerodynamiczna powstaje podczas ruchu ciała, gdy ruch ciała ustaje, siła oporu zanika. Opór aerodynamiczny traktować można jako rodzaj siły biernej, przyłożonej do poruszającego się ciała. Każdy obiekt poruszający się w płynie napotyka siłę działającą przeciwnie do kierunku jego ruchu. Siła ta wynika z oddziaływania cząstek cieczy lub gazu na bryłę obiektu. W przypadku poruszania się w powietrzu siła ta nosi nazwę oporu aerodynamicznego. Wartość tej siły dla indywidualnego obiektu zależy od szeregu czynników, głównie od kształtu obiektu, prędkości poruszania się oraz właściwości fizycznych ośrodka, wśród których niezwykle istotna jest wartość prędkości, kierunek i zwrot ruchu powietrza względem obiektu.Aerodynamic force is created during the movement of a body, when the body stops moving, the drag force disappears. Aerodynamic drag can be treated as a type of passive force applied to a moving body. Every object moving in a fluid encounters a force acting opposite to the direction of its movement. This force results from the interaction of liquid or gas particles with the body of the object. In the case of movement in the air, this force is called aerodynamic drag. The value of this force for an individual object depends on a number of factors, mainly the shape of the object, the speed of movement and the physical properties of the medium, among which the value of the speed, direction and sense of air movement relative to the object are extremely important.
Oddziaływanie pomiędzy poruszającym się obiektem i powietrzem nosi nazwę wiatru pozornego, który jest wypadkową wiatru rzeczywistego i wiatru własnego. Wiatr rzeczywisty jest to ruch powietrza w terenie, w którym porusza się obiekt. Wartość wektora wiatru rzeczywistego jest zawsze większa lub równa zeru, natomiast kierunek może przyjmować dowolny azymut w zakresie od 0 do 360° w biegunowym układzie współrzędnych. Wiatr własny powstaje w wyniku poruszania się obiektu. Wartość wektora wiatru własnego jest równa prędkości ruchu obiektu względem ziemi, kierunek jest zgodny natomiast ze zwrotem przeciwnie skierowanym do ruchu obiektu. Wiatr pozorny odpowiada za wartość sił aerodynamicznych oddziałujących na poruszający się obiekt. Dla poruszającego się obiektu w danym kierunku wartość oporu aerodynamicznego zależy od wartości rzutu, wektora wiatru rzeczywistego na kierunek jazdy, który jest zmienny i zależy od wiatru rzeczywistego.The interaction between a moving object and the air is called apparent wind, which is the resultant of the true wind and its own wind. The true wind is the movement of air in the terrain in which the object is moving. The value of the true wind vector is always greater than or equal to zero, while the direction can take any azimuth from 0 to 360° in the polar coordinate system. The natural wind is created as a result of the object moving. The value of the natural wind vector is equal to the speed of the object's movement relative to the ground, while the direction is consistent with the direction opposite to the object's movement. The apparent wind is responsible for the value of aerodynamic forces acting on the moving object. For an object moving in a given direction, the value of aerodynamic drag depends on the value of the projection of the true wind vector on the direction of travel, which is variable and depends on the true wind.
Opis stanu technikiDescription of the state of the art
Rozwój technologii w dziedzinie aerodynamiki w świetle opisanych powyżej zjawisk daje w tym zakresie coraz więcej możliwości ograniczania oporu aerodynamicznego. W stanie techniki brak jest jednak komplementarnego sposobu oraz systemu, który na podstawie pomiaru prędkości obiektu względem ziemi oraz względem powietrza wyznacza wartość prędkości i zwrotu rzutu wiatru rzeczywistego na kierunek jazdy w warunkach ruchu obiektu, w tym przypadku pojazdu, w szczególności pojazdu dwukołowego.The development of technology in the field of aerodynamics in light of the phenomena described above provides more and more possibilities for reducing aerodynamic drag in this area. However, the state of the art lacks a complementary method and system that, based on the measurement of the object's speed relative to the ground and relative to the air, determines the value of the speed and return of the actual wind projection on the direction of travel in the conditions of the object's movement, in this case a vehicle, in particular a two-wheeled vehicle.
W stanie techniki znane jest wprawdzie amerykańskie zgłoszenie o numerze US20170361890A1 pod tytułem „ Sports-related measurement systems ”, w którym opisany jest system pomiarowy związany ze sportem, który może zawierać kamerę skierowaną do przodu, odbiornik satelitarny do globalnego pozycjonowania oraz niezbędne funkcje gromadzenia i przetwarzania danych w celu obliczenia oporu aerodynamicznego poruszającego się obiektu. Zgromadzone dane mogą obejmować wysokość, ciśnienie powietrza, wilgotność powietrza, temperaturę i tym podobne. Sam system może zawierać wyświetlacz do prezentacji danych dla użytkownika, a także może zawierać pamięć do przechowywania danych, zdjęć, wideo i tym podobnych. W niektórych przykładach wykonania system może być skonfigurowany jako komputer rowerowy przystosowany do zamontowania na rowerze.In the prior art, there is known US application number US20170361890A1 entitled " Sports-related measurement systems ", which describes a sports-related measurement system that may include a forward-facing camera, a global positioning satellite receiver, and necessary data collection and processing functions to calculate the aerodynamic drag of a moving object. The collected data may include altitude, air pressure, air humidity, temperature, and the like. The system itself may include a display for presenting data to a user, and may also include memory for storing data, images, video, and the like. In some embodiments, the system may be configured as a bicycle computer adapted to be mounted on a bicycle.
Znane jest także zgłoszenie amerykańskie US20130054143A1 pod tytułem „Real-Time Calculation of Total Longitudinal Force and Aerodynamic Drag Acting on a Rider on a Vehicle”, w którym opisany został system i metoda obliczania w zmiennych warunkach oporu aerodynamicznego w czasie rzeczywistym oddziałującego na rowerzystę na rowerze. Komputer odbiera sygnał wskazujący na siłę działającą na rowerzystę na rowerze z co najmniej jednego czujnika siły umieszczonego w co najmniej jednym punkcie kontaktu między rowerzystą a rowerem. Na podstawie odebranego sygnału komputer określa opór aerodynamiczny oddziałujący na rowerzystę na rowerze. Etapy te powtarza się w zmieniających się warunkach.Also known is the American application US20130054143A1 entitled "Real-Time Calculation of Total Longitudinal Force and Aerodynamic Drag Acting on a Rider on a Vehicle", which describes a system and method for calculating, in changing conditions, the real-time aerodynamic drag acting on a cyclist on a bicycle. The computer receives a signal indicating the force acting on the cyclist on a bicycle from at least one force sensor placed at at least one point of contact between the cyclist and the bicycle. Based on the received signal, the computer determines the aerodynamic drag acting on the cyclist on a bicycle. These stages are repeated under changing conditions.
W stanie techniki znane jest również zgłoszenie międzynarodowe WO2019200465 pod tytułem „Aerodynamic drag monitoring system and method’, w którym opisano różne przykłady wykonania systemu oraz sposobu monitorowania oporu aerodynamicznego. W jednym z tych przykładów wykonania opisany jest system obejmujący czujnik ruchu i czujnik aerodynamiczny działające w celu uzyskania odpowiednich wartości czujnikowych, z których każda związana jest z odpowiednią wariancją szumu czujnika, przy czym cyfrowy nośnik danych ma zapisany model dynamiki ruchu cyfrowego i ustawione parametry inicjalizacji, oraz cyfrowy procesor danych zdolny do iteracyjnego przetwarzania zmierzonych wartości czujnikowych względem modelu, w celu wygenerowania. przewidywanej wartości dla przewidywanej zmiennej prędkości aerodynamicznej w czasie, z uwzględnieniem każdej wariancji szumu czujnika.Also known in the art is International Application WO2019200465 entitled "Aerodynamic drag monitoring system and method", which describes various embodiments of a system and method for monitoring aerodynamic drag. In one of these embodiments, a system is described that includes a motion sensor and an aerodynamic sensor operable to obtain corresponding sensor values, each associated with a corresponding sensor noise variance, the digital data carrier having a stored digital motion dynamics model and set initialization parameters, and a digital data processor capable of iteratively processing the measured sensor values with respect to the model to generate a predicted value for a predicted time-varying aerodynamic speed, taking into account any sensor noise variance.
Niemniej te rozwiązania w stosunku do zastrzeganego rozwiązania według wynalazku dotyczą określenia siły oporu aerodynamicznego poprzez pomiar pośrednich wielkości mierzonych za pomocą czujników wielkości fizycznych innych niż pomiar prędkości ruchu ośrodka w którym porusza się pojazd. W rozwiązaniu według wynalazku prowadzony jest pomiar prędkości pozornej wiatru oddziałującego na pojazd, która to prędkość bezpośrednio związana jest z wartością oporu aerodynamicznego.However, these solutions in relation to the claimed solution according to the invention relate to determining the aerodynamic drag force by measuring indirect values measured by means of physical quantity sensors other than measuring the speed of the medium in which the vehicle moves. In the solution according to the invention, the apparent speed of the wind acting on the vehicle is measured, which speed is directly related to the value of aerodynamic drag.
Wyżej opisane rozwiązania ze stanu techniki oraz szerzej rozwiązania dotyczące ograniczenia oporu aerodynamicznego bazują na zasadzie pomiarów wielkości fizycznych które są wynikiem występowania oporu aerodynamicznego a nie przyczyną (tj. wartości rzutu wiatru rzeczywistego na kierunek jazdy) w stosunku do zastrzeganego rozwiązania, które jest rozwiązaniem komplementarnym. W rezultacie, takie podejście znacząco usprawnia dokładność pomiarów skraca cały proces wyznaczania wartości prędkości i zwrotu rzutu wiatru rzeczywistego na kierunek ruchu obiektu, co prowadzi do generowania niższych kosztów w stosunku do rozwiązań ze stanu techniki.The above-described solutions from the state of the art and more broadly the solutions concerning the reduction of aerodynamic drag are based on the principle of measuring physical quantities which are the result of the occurrence of aerodynamic drag and not the cause (i.e. the value of the projection of the actual wind onto the direction of travel) in relation to the claimed solution, which is a complementary solution. As a result, such an approach significantly improves the accuracy of measurements and shortens the entire process of determining the value of the speed and the return of the projection of the actual wind onto the direction of the object's movement, which leads to generating lower costs in relation to the solutions from the state of the art.
Podkreślenia wymaga także fakt, że zastrzegane rozwiązanie według wynalazku w stosunku do stanu techniki wykorzystuje ponadto inne środki techniczne w celu realizacji założeń stawianych niniejszemu wynalazkowi.It should also be emphasized that the claimed solution according to the invention, in comparison with the prior art, also uses other technical means in order to implement the assumptions set for the present invention.
Istota wynalazkuThe essence of the invention
Przedmiotem niniejszego wynalazku jest opracowanie nowego rozwiązania w postaci sposobu oraz systemu pomiaru prędkości i zwrotu rzutu wiatru rzeczywistego oddziałującego na poruszający się obiekt w oparciu o wyznaczanie wartości prędkości i zwrotu rzutu wiatru rzeczywistego na kierunek ruchu obiektu, w tym przypadku pojazdu, w szczególności pojazdu dwukołowego z wykorzystaniem zaprojektowanych elementów elektronicznych oraz układów według wynalazku.The subject of the present invention is to develop a new solution in the form of a method and system for measuring the speed and direction of the actual wind acting on a moving object based on determining the value of the speed and direction of the actual wind acting on the direction of movement of the object, in this case a vehicle, in particular a two-wheeled vehicle, using the designed electronic components and systems according to the invention.
Celem niniejszego wynalazku jest zatem opracowanie całkowicie nowego rozwiązania według wynalazku polegającego na pomiarze prędkości ruchu ośrodka w którym porusza się obiekt, co ma przyczynić się do obniżenia oporu aerodynamicznego poruszającego się obiektu, w tym przypadku pojazdu, w szczególności pojazdu dwukołowego. Co więcej rozwiązanie według wynalazku ma na celu określenie wartości prędkości i zwrotu rzutu wiatru rzeczywistego na kierunek ruchu obiektu, w tym przypadku pojazdu, w szczególności pojazdu dwukołowego. Informacja ta może być wykorzystana do określenia warunków podróży, przykładowo do wyboru odpowiedniej trasy dla danego kierunku wiatru dla której wiatr jest sprzyjający lub do optymalizacji kształtu poruszającego się obiektu, w tym przypadku pojazdu, w szczególności pojazdu dwukołowego według wynalazku.The purpose of the present invention is therefore to develop a completely new solution according to the invention consisting in measuring the speed of the medium in which the object moves, which is to contribute to reducing the aerodynamic drag of the moving object, in this case a vehicle, in particular a two-wheeled vehicle. Moreover, the solution according to the invention is to determine the value of the speed and the direction of the projection of the actual wind on the direction of the object's movement, in this case a vehicle, in particular a two-wheeled vehicle. This information can be used to determine the travel conditions, for example to select the appropriate route for a given wind direction for which the wind is favorable or to optimize the shape of the moving object, in this case a vehicle, in particular a two-wheeled vehicle according to the invention.
W celu osiągnięcia powyższych celów, zgodnie z jednym z aspektów niniejszego wynalazku, niniejszy wynalazek zapewnia sposób pomiaru prędkości i zwrotu rzutu wiatru rzeczywistego oddziałującego na poruszający się obiekt, w szczególności pojazd, polegający na tym, że poprzez moduł transmitujący oraz połączony z nim interfejs wyjściowy wyświetla się kierującemu pojazdem dane teleinformatyczne dotyczące wartości prędkości i zwrotu rzutu wiatru rzeczywistego na kierunek jazdy w warunkach ruchu pojazdu, charakteryzujący się tym, że za pomocą co najmniej jednego układu elektronicznego z wbudowanym w swoją strukturę blokiem przetwarzania analogowego oraz połączonym z nim blokiem analogowo-cyfrowym wyznacza się na podstawie różnicy sygnałów elektrycznych wartość prędkości i zwrotu rzutu wektora wiatru rzeczywistego na kierunek poruszania się pojazdu z co najmniej jednego anemometru mierzącego wartość rzutu prędkości wiatru pozornego na kierunek ruchu pojazdu oraz miernika prędkości ruchu pojazdu względem ziemi, przy czym wartość rzutu prędkości ruchu pojazdu względem ziemi wyznacza się jako odjemną a wskazanie co najmniej jednego anemometru mierzącego wartość rzutu prędkości wiatru pozornego na kierunek ruchu pojazdu odjemnikiem, natomiast wartość zwrotu rzutu wektora wiatru rzeczywistego w stosunku do wartości zwrotu wektora ruchu pojazdu wyznacza się poprzez znak różnicy wskazań z miernika prędkości ruchu pojazdu oraz anemometru mierzącego wartość rzutu prędkości wiatru pozornego na kierunek ruchu pojazdu, przy czym w przypadku ujemnej wartości różnicy, wartość zwrotu wiatru rzeczywistego na kierunku ruchu pojazdu jest przeciwna do wartości zwrotu ruchu pojazdu, a dla dodatniej wartości oba zwroty są zgodne.In order to achieve the above objectives, in accordance with one aspect of the present invention, the present invention provides a method for measuring the speed and direction of the projection of the actual wind affecting a moving object, in particular a vehicle, consisting in that, through a transmitting module and an output interface connected thereto, teleinformatic data are displayed to the vehicle driver concerning the value of the speed and direction of the projection of the actual wind onto the direction of travel in the conditions of vehicle movement, characterized in that, by means of at least one electronic system with an analog processing block built into its structure and an analog-digital block connected thereto, the value of the speed and direction of the projection of the actual wind vector onto the direction of vehicle movement is determined based on the difference in electric signals from at least one anemometer measuring the value of the projection of the apparent wind speed onto the direction of vehicle movement and a vehicle speed meter relative to the ground, wherein the value of the projection of the vehicle speed relative to the ground is determined as the minus and the indication of at least one anemometer measuring the value of the projection of the apparent wind speed onto the direction of vehicle movement is the subtrahend, while the value of the direction of the projection of the actual wind vector is determined in relation to the value of the return of the vehicle movement vector is determined by the sign of the difference in the readings of the vehicle speed meter and the anemometer measuring the value of the projection of the apparent wind speed onto the direction of the vehicle's movement, whereby in the case of a negative value of the difference, the value of the actual wind direction in the direction of the vehicle's movement is opposite to the value of the vehicle's movement direction, and for a positive value, both directions are the same.
Korzystnie wartość rzutu prędkości ruchu pojazdu względem ziemi wyznacza się na podstawie zliczania obrotów koła pojazdu poprzez rejestrację momentu sygnału przejścia magnesu lub elementu wykonanego z materiału ferromagnetycznego umieszczonego na kole pojazdu za pomocą układu zliczającego w którym wzbudza się sygnał elektryczny na zasadzie indukcji, przy czym następnie na podstawie sygnału przejścia wyznacza się częstotliwość obrotów koła pojazdu oraz za pomocą układu przeliczającego na podstawie informacji o średnicy koła pojazdu przelicza się prędkość ruchu pojazdu.Preferably, the value of the projection of the speed of the vehicle's movement relative to the ground is determined on the basis of counting the revolutions of the vehicle's wheel by registering the moment of the transition signal of a magnet or an element made of ferromagnetic material placed on the vehicle's wheel by means of a counting system in which an electric signal is excited based on the principle of induction, wherein then the frequency of the vehicle's wheel's rotation is determined on the basis of the transition signal and the vehicle's movement speed is calculated by means of a conversion system based on information about the vehicle's wheel diameter.
Korzystnie wartość rzutu prędkości, wiatru pozornego na kierunek ruchu pojazdu wyznacza się z prędkości obrotowej wirnika na podstawie pomiaru ciśnienia wiatru pozornego oddziałującego na łopatki sondy wiatraczkowej wbudowanej w co najmniej jeden anemometr lub wartość rzutu prędkości wiatru pozornego na kierunek ruchu pojazdu wyznacza się z ciśnienia dynamicznego na podstawie sondy opartej na piezoelektrycznym pomiarze ciśnienia wbudowanej w co najmniej jeden anemometr polegający na tym, że na otworze czołowym rurki Pitota mierzy się różnicę ciśnienia całkowitego oraz ciśnienia statycznego mierzonego na otworze znajdującym się na rurce Pitota o średnicy wynoszącej od 4 mm do 10 mm w odległości wynoszącej od 5 do 18 średnic rurki Pitota od otworu czołowego.Preferably, the value of the projection of the apparent wind speed onto the direction of vehicle movement is determined from the rotational speed of the rotor on the basis of a measurement of the apparent wind pressure acting on the blades of a vane probe built into at least one anemometer, or the value of the projection of the apparent wind speed onto the direction of vehicle movement is determined from the dynamic pressure on the basis of a probe based on piezoelectric pressure measurement built into at least one anemometer, consisting in measuring at the front opening of the Pitot tube the difference between the total pressure and the static pressure measured at the opening located on the Pitot tube with a diameter of 4 mm to 10 mm at a distance of 5 to 18 Pitot tube diameters from the front opening.
Zgodnie z kolejnym aspektem niniejszego wynalazku, niniejszy wynalazek zapewnia system pomiaru prędkości i zwrotu rzutu wiatru rzeczywistego oddziałującego na poruszający się obiekt, w szczególności pojazd, który posiada moduł transmitujący oraz połączony z nim interfejs wyjściowy do wyświetlania danych teleinformatycznych kierującemu pojazdem, charakteryzujący się tym, że zawiera co najmniej jeden układ elektroniczny z wbudowanym w swoją strukturę blokiem przetwarzania analogowego oraz połączonym z nim blokiem przetwarzania analogowo-cyfrowego przystosowanymi do dokonywania operacji algebraicznych na sygnałach elektrycznych, z którym to układem elektronicznym połączony jest co najmniej jeden miernik prędkości ruchu pojazdu względem ziemi oraz co najmniej jeden anemometr mierzący wartość rzutu prędkości wiatru pozornego na kierunek ruchu pojazdu, przy czym co najmniej jeden miernik prędkości ruchu pojazdu względem ziemi ma wbudowany w swoją strukturę co najmniej jeden układ zliczający obroty koła pojazdu oraz układ przeliczający obroty koła pojazdu na prędkość postępową, a co najmniej jeden anemometr mierzący wartość rzutu prędkości wiatru pozornego na kierunek ruchu pojazdu ma wbudowaną w swoją strukturę jednokierunkową sondę.According to a further aspect of the present invention, the present invention provides a system for measuring the speed and direction of the projection of the actual wind acting on a moving object, in particular a vehicle, which has a transmitting module and an output interface connected thereto for displaying teleinformatic data to the vehicle driver, characterized in that it comprises at least one electronic system with an analog processing block built into its structure and an analog-digital processing block connected thereto adapted to perform algebraic operations on electric signals, with which electronic system is connected at least one vehicle speed meter relative to the ground and at least one anemometer measuring the value of the projection of the apparent wind speed onto the direction of the vehicle's movement, wherein at least one vehicle speed meter relative to the ground has at least one system built into its structure for counting the revolutions of the vehicle's wheel and a system for converting the revolutions of the vehicle's wheel into forward speed, and at least one anemometer measuring the value of the projection of the apparent wind speed onto the direction of the vehicle's movement has a unidirectional probe built into its structure.
Korzystnie jednokierunkowa sonda anemometryczna wbudowana w anemometr jest sondą termoanemometryczną lub sondą opartą na piezoelektrycznym pomiarze ciśnienia lub sondą wiatraczkową opartą na zastosowaniu otunelowanego wirnika, który obracany jest przez siłę generowaną przez ciśnienie wiatru pozornego oddziałującego na łopatki.Preferably, the unidirectional anemometric probe built into the anemometer is a thermoanemometric probe or a probe based on piezoelectric pressure measurement or a vane probe based on the use of a tunneled rotor which is rotated by the force generated by the apparent wind pressure acting on the blades.
Korzystnie wszystkie elementy składowe systemu są usytuowane na pojeździe.Preferably, all components of the system are located on the vehicle.
Przewidziane rozwiązanie według zaproponowanych powyżej aspektów zapewnia odpowiedni sposób oraz system pomiaru prędkości i zwrotu rzutu wiatru rzeczywistego oddziałującego na poruszający się obiekt, w tym przypadku pojazd, w szczególności pojazd dwukołowy z wykorzystaniem zaprojektowanych elementów elektronicznych oraz układów według wynalazku.The envisaged solution according to the aspects proposed above provides an appropriate method and system for measuring the speed and direction of the actual wind acting on a moving object, in this case a vehicle, in particular a two-wheeled vehicle, using the designed electronic components and systems according to the invention.
Niewątpliwą zaletą jest to, że rozwiązanie według wynalazku uwzględnia wartość prędkości i zwrotu rzutu wiatru rzeczywistego w otoczeniu obiektu, w tym przypadku pojazdu, w szczególności pojazdu dwukołowego, co przekłada się na określenie optymalnych warunków podróży, przykładowo do wyboru trasy dla której wiatr jest sprzyjający.An undoubted advantage is that the solution according to the invention takes into account the value of the speed and direction of the actual wind throw in the vicinity of the object, in this case a vehicle, in particular a two-wheeled vehicle, which translates into determining the optimal travel conditions, for example for choosing a route for which the wind is favorable.
Jednocześnie dzięki uwzględnieniu wartości prędkości i zwrotu rzutu wiatru rzeczywistego w otoczeniu poruszającego się obiektu uzyskuje się możliwość przyjęcia optymalnego dla danego kierunku wiatru kształtu pojazdu przykładowo poprzez zmianę pozycji kierującego. Zmiana konfiguracji pojazdu na optymalną dla danych warunków wiatru przyczyni się do obniżenia oporu aerodynamicznego co wpłynie bezpośrednio na zmniejszenie wydatku energetycznego potrzebnego do poruszania się z daną prędkością. W efekcie w przypadku pojazdów z napędem mięśniowym nastąpi poprawa wyników sportowych, natomiast w przypadku pojazdów z napędem spalinowym nastąpi zmniejszenie zużycia paliwa.At the same time, by taking into account the speed and the direction of the actual wind in the surroundings of the moving object, it is possible to adopt the vehicle shape that is optimal for a given wind direction, for example by changing the driver's position. Changing the vehicle configuration to the optimal one for the given wind conditions will contribute to reducing aerodynamic drag, which will directly reduce the energy expenditure needed to move at a given speed. As a result, in the case of vehicles with muscle drive, sports results will improve, while in the case of vehicles with combustion drive, fuel consumption will decrease.
Rozwiązanie według wynalazku prowadzi do ograniczenia oporu aerodynamicznego, które występują w dotychczasowym stanie techniki. Ponadto rozwiązanie według wynalazku jest uniwersalne w stosunku do znanych rozwiązań, a ponadto jest łatwe w implementacji.The solution according to the invention leads to a reduction of aerodynamic drag, which occurs in the prior art. In addition, the solution according to the invention is universal in relation to known solutions, and is also easy to implement.
Krótki opis rysunkówBrief description of the drawings
Przedmiot wynalazku uwidoczniony jest w przykładzie wykonania, w odniesieniu do załączonych rysunków, na których:The subject of the invention is illustrated in an embodiment with reference to the attached drawings, in which:
FIG. 1 przedstawia schemat blokowy systemu pomiaru prędkości i zwrotu rzutu wiatru rzeczywistego oddziałującego na poruszający się obiekt, w tym przypadku pojazd, w szczególności pojazd dwukołowy z wykorzystaniem zaprojektowanych elementów elektronicznych oraz układów, według wynalazku.FIG. 1 shows a block diagram of a system for measuring the speed and direction of the actual wind acting on a moving object, in this case a vehicle, in particular a two-wheeled vehicle, using the designed electronic components and systems according to the invention.
Opis szczegółowy wynalazkuDetailed description of the invention
Poniżej, opisano szczegółowo przedmiot niniejszego wynalazku w odniesieniu do załączonych Figur i przykładów wykonania. Niniejszy wynalazek nie ogranicza się jedynie do szczegółowych przykładów wykonania tutaj opisanych.The present invention will now be described in detail with reference to the accompanying Figures and embodiments. The present invention is not limited to the specific embodiments described herein.
W przedstawionym przykładzie wykonania na FIG. 1 zilustrowano system 100 pomiaru prędkości i zwrotu rzutu wiatru rzeczywistego oddziałującego na poruszający się obiekt w szczególności pojazd 170. Pojazd 170 w przykładzie wykonania jest pojazdem dwukołowym w postaci roweru, który przy uwzględnieniu wartości prędkości i zwrotu rzutu wiatru rzeczywistego na kierunek jego ruchu umożliwia w tym przypadku rowerzyście wybranie trasy dla której wiatr jest sprzyjający.In the presented embodiment, FIG. 1 illustrates a system 100 for measuring the speed and direction of the actual wind acting on a moving object, in particular a vehicle 170. In the embodiment, the vehicle 170 is a two-wheeled vehicle in the form of a bicycle, which, taking into account the value of the speed and the direction of the actual wind acting on the direction of its movement, enables the cyclist to choose a route for which the wind is favorable.
W przykładzie wykonania według wynalazku system 100 pomiaru prędkości i zwrotu rzutu wiatru rzeczywistego wyposażony jest w układ elektroniczny 150 z wbudowanym w swoją strukturę blokiem przetwarzania analogowego 152 oraz połączonym z nim blokiem przetwarzania analogowo-cyfrowego 151, przy czym bloki te przystosowane są do dokonywania operacji algebraicznych na sygnałach elektrycznych. Z układem elektronicznym 150 połączony jest element elektroniczny w postaci miernika 130 prędkości ruchu pojazdu 170 względem ziemi oraz element elektroniczny w postaci anemometru 140 mierzącego wartość rzutu prędkości wiatru pozornego na kierunek ruchu pojazdu 170.In an embodiment according to the invention, the system 100 for measuring the speed and return of the projection of the actual wind is equipped with an electronic system 150 with an analog processing block 152 built into its structure and an analog-digital processing block 151 connected thereto, wherein these blocks are adapted to perform algebraic operations on electric signals. An electronic element in the form of a meter 130 of the speed of movement of the vehicle 170 relative to the ground and an electronic element in the form of an anemometer 140 measuring the value of the projection of the apparent wind speed on the direction of movement of the vehicle 170 are connected to the electronic system 150.
Wspomniany blok przetwarzania analogowego 152 w przykładzie wykonania według wynalazku dokonuje operacji odejmowania napięciowych sygnałów analogowych otrzymywanych z wyżej wymienionych elementów elektronicznych. Realizacja tej operacji w przykładzie wykonania według wynalazku odbywa się poprzez układ odejmujący z wykorzystaniem dodawania ze wzmacniaczem realizującym operację zamiany znaku w jednym z przykładów wykonania wynalazku lub poprzez układ odejmujący ze wzmacniaczem operacyjnym w innym przykładzie wykonania wynalazku. Wartość różnicy sygnałów z obu elementów elektronicznych, gdzie wskazanie miernika 130 prędkości ruchu względem ziemi jest odjemną, a wskazanie anemometru 140 odjemnikiem, będzie wartością rzutu prędkości wiatru rzeczywistego na kierunek ruchu, natomiast znak tej różnicy będzie wskazywał jego zwrot w stosunku do zwrotu wektora ruchu pojazdu 170. W przypadku ujemnej wartości różnicy zwrot wiatru rzeczywistego na kierunku ruchu jest przeciwny do zwrotu ruchu pojazdu 170, a dla dodatniej oba zwroty są zgodne.The aforementioned analog processing block 152 in an embodiment according to the invention performs the operation of subtracting voltage analog signals received from the above-mentioned electronic components. The implementation of this operation in an embodiment according to the invention is carried out by means of a subtractor circuit using addition with an amplifier performing the sign change operation in one of the embodiments of the invention or by means of a subtractor circuit with an operational amplifier in another embodiment of the invention. The value of the difference of signals from both electronic components, where the indication of the meter 130 of the speed of movement relative to the ground is the minus, and the indication of the anemometer 140 is the subtrahend, will be the value of the projection of the true wind speed onto the direction of movement, while the sign of this difference will indicate its direction in relation to the direction of the vehicle 170 movement vector. In the case of a negative value of the difference, the direction of the true wind on the direction of movement is opposite to the direction of the vehicle 170 movement, and for a positive value, both directions are the same.
Z kolei blok przetwarzania analogowo-cyfrowego 151 w przykładzie wykonania według wynalazku realizuje przetwarzanie sygnału różnicy wskazań wyżej wymienionych elementów elektronicznych na postać cyfrową, która jest przekazana w postaci danych teleinformatycznych poprzez moduł transmitujący 110 oraz połączony z nim interfejs wyjściowy 120 do innych systemów na pojeździe lub poza nim.In turn, the analog-to-digital processing block 151 in the embodiment according to the invention processes the difference signal of the indications of the above-mentioned electronic elements into a digital form, which is transmitted in the form of teleinformatic data via the transmitting module 110 and the output interface 120 connected thereto to other systems on the vehicle or outside it.
W przykładzie wykonania według wynalazku dane teleinformatyczne dotyczą wartości prędkości i zwrotu rzutu wiatru rzeczywistego na kierunek jazdy w warunkach ruchu pojazdu 170. W szczególności, w przykładzie wykonania według wynalazku dane teleinformatyczne wyświetlane są kierującemu pojazdem 170 w tym przypadku rowerzyście. W przypadku roweru całość systemu może stanowić element typowego licznika rowerowego z wyświetlaczem, tak aby rowerzysta miał możliwość podglądu informacji o bieżącej wartości prędkości i zwrocie rzutu wiatru rzeczywistego na kierunek ruchu.In an embodiment according to the invention, the teleinformatic data relate to the speed value and the direction of the actual wind projection onto the direction of travel in the conditions of the vehicle 170's movement. In particular, in an embodiment according to the invention, the teleinformatic data are displayed to the driver of the vehicle 170, in this case a cyclist. In the case of a bicycle, the entire system may constitute an element of a typical bicycle counter with a display, so that the cyclist has the possibility of viewing information on the current speed value and the direction of the actual wind projection onto the direction of travel.
Pierwszy z wyżej wspomnianych elementów elektronicznych w postaci miernika 130 prędkości ruchu pojazdu 170 względem ziemi ma wbudowany w swoją strukturę układ zliczający 131 obroty koła pojazdu 170 oraz układ przeliczający 132 obroty koła pojazdu 170 na prędkość postępową. Prędkość ruchu pojazdu 170 względem ziemi w przykładzie wykonania wyznacza się na podstawię zliczania obrotów koła pojazdu 170 poprzez rejestrację momentu sygnału przejścia elementu wykonanego z materiału ferromagnetycznego umieszczonego na kole pojazdu 170 za pomocą układu zliczającego 131, w którym wzbudza się sygnał elektryczny na zasadzie indukcji. Sygnał przejścia przesyła się przewodem elektrycznym w jednym przykładzie wykonania lub drogą radiową w innym przykładzie wykonania do układu przeliczającego (132), który na jego podstawie wyznacza częstotliwość obrotów koła pojazdu (170) i na podstawie informacji o średnicy koła pojazdu (170) przelicza prędkość ruchu pojazdu (170).The first of the above-mentioned electronic elements in the form of a meter 130 of the speed of movement of the vehicle 170 relative to the ground has a built-in system 131 for counting the revolutions of the vehicle wheel 170 and a system 132 for converting the revolutions of the vehicle wheel 170 into forward speed. The speed of movement of the vehicle 170 relative to the ground in the example of the embodiment is determined on the basis of counting the revolutions of the vehicle wheel 170 by registering the moment of the transition signal of the element made of ferromagnetic material placed on the vehicle wheel 170 by means of the counting system 131, in which an electric signal is excited on the principle of induction. The transition signal is transmitted via an electric wire in one example of the embodiment or via radio in another example of the embodiment to the conversion system (132), which on the basis of the signal determines the frequency of the rotations of the vehicle wheel (170) and on the basis of the information on the diameter of the vehicle wheel (170) converts the speed of movement of the vehicle (170).
Drugi z wyżej wspomnianych elementów elektronicznych w postaci anemometru 140 mierzącego wartość rzutu prędkości wiatru pozornego na kierunek ruchu pojazdu 170 z kolei ma wbudowaną w swoją strukturę jednokierunkową sondę. W jednym z przykładów wykonania według wynalazku jednokierunkowa sonda anemometryczna wbudowana w anemometr 140 jest sondą opartą na piezoelektrycznym pomiarze ciśnienia. W takim przykładzie wykonania wartość rzutu prędkości wiatru pozornego na kierunek ruchu pojazdu 170 wyznacza się z ciśnienia dynamicznego polegającego na tym, że na otworze czołowym rurki Pitota mierzy się różnicę ciśnienia całkowitego oraz ciśnienia statycznego mierzonego na otworze znajdującym się na rurce Pitota o średnicy 7 mm w odległości wynoszącej 7 średnic rurki Pitota od otworu czołowego. W innym przykładzie wykonania jednokierunkowa sonda anemometryczna wbudowana w anemometr 140 jest sondą wiatraczkową opartą na zastosowaniu otunelowanego wirnika, który obracany jest przez siłę generowaną przez ciśnienie wiatru pozornego oddziałującego na łopatki. Niezależnie od tego wspomniany anemometr 140 mierzący wartość rzutu prędkości wiatru pozornego na kierunek ruchu pojazdu jest umieszczony na główce ramy pojazdu 170, który we wspomnianym przykładzie wykonania jest rowerem.The second of the above-mentioned electronic elements in the form of an anemometer 140 measuring the value of the projection of the apparent wind speed onto the direction of movement of the vehicle 170 in turn has a unidirectional probe built into its structure. In one of the embodiments according to the invention, the unidirectional anemometric probe built into the anemometer 140 is a probe based on piezoelectric pressure measurement. In such an embodiment, the value of the projection of the apparent wind speed onto the direction of movement of the vehicle 170 is determined from the dynamic pressure consisting in the fact that the difference between the total pressure and the static pressure measured at the hole located on the Pitot tube with a diameter of 7 mm at a distance of 7 Pitot tube diameters from the front hole is measured. In another embodiment, the unidirectional anemometric probe built into the anemometer 140 is a vane probe based on the use of a tunneled rotor, which is rotated by the force generated by the pressure of the apparent wind acting on the blades. Regardless of this, said anemometer 140 measuring the value of the projection of the apparent wind speed onto the direction of movement of the vehicle is placed on the head frame of the vehicle 170, which in said embodiment is a bicycle.
Powyższy opis przedstawionych przykładów wykonania jest dostarczony w celu umożliwienia dowolnemu znawcy zrealizowanie lub wykorzystanie niniejszego wynalazku. Możliwe są także różne modyfikacje przedstawionego przykładu wykonania obejmujące wszystkie takie zmiany, modyfikacje i odmiany, które wchodzą w obszar istoty i zakresu załączonych zastrzeżeń patentowych. Podstawowe zasady tu określone mogą być zatem zastosowane w innych przykładach wykonania bez wykraczania poza zakres wynalazku. Zatem, zamierzeniem niniejszego wynalazku nie jest ograniczanie go do przykładów wykonania tu przedstawionych, ale aby był zgodny z najszerszym zakresem odpowiadającym przedstawionym tu zasadom i nowym cechom.The foregoing description of the disclosed embodiments is provided to enable any person skilled in the art to make or use the present invention. Various modifications to the disclosed embodiment are possible, including all such changes, modifications, and variations as come within the spirit and scope of the appended claims. The generic principles defined herein may therefore be applied to other embodiments without departing from the scope of the invention. Therefore, it is not intended that the present invention be limited to the embodiments disclosed herein, but is to be accorded the widest scope consistent with the principles and novel features disclosed herein.
Niniejsze rozwiązanie według wynalazku oferuje zatem przy użyciu wyżej wymienionych środków technicznych jak wskazano na FIG. 1 system pomiaru prędkości i zwrotu rzutu wiatru rzeczywistego oddziałującego na poruszający się obiekt, w tym przypadku pojazd, w szczególności pojazd dwukołowy z wykorzystaniem zaprojektowanych elementów elektronicznych oraz układów przeznaczonych do wyznaczenia wartości prędkości i zwrotu rzutu wiatru rzeczywistego oddziałującego bezpośrednio na obiekt, w tym przypadku pojazd, w szczególności pojazd dwukołowy.The present solution according to the invention therefore offers, using the above-mentioned technical means as indicated in FIG. 1, a system for measuring the speed and direction of the actual wind acting on a moving object, in this case a vehicle, in particular a two-wheeled vehicle, using designed electronic components and systems intended to determine the value of the speed and direction of the actual wind acting directly on the object, in this case a vehicle, in particular a two-wheeled vehicle.
Wynalazek może znaleźć zastosowanie, w szczególności wszędzie tam, gdzie istnieje potrzeba wyznaczenia wartości prędkości i zwrotu rzutu wiatru rzeczywistego na kierunek poruszającego się obiektu. Informacja ta może być wykorzystana do określenia warunków podróży, przykładowo do wyboru trasy dla której wiatr jest sprzyjający lub też do optymalizacji kształtu obiektu.The invention can be used, in particular, wherever there is a need to determine the speed and the direction of the projection of the actual wind on the direction of a moving object. This information can be used to determine travel conditions, for example to choose a route for which the wind is favorable or to optimize the shape of an object.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL432634A PL246655B1 (en) | 2020-01-20 | 2020-01-20 | Method and system for measuring the speed and direction of the actual wind acting on a moving object, in particular a vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL432634A PL246655B1 (en) | 2020-01-20 | 2020-01-20 | Method and system for measuring the speed and direction of the actual wind acting on a moving object, in particular a vehicle |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL432634A1 PL432634A1 (en) | 2021-07-26 |
| PL246655B1 true PL246655B1 (en) | 2025-02-24 |
Family
ID=77077863
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL432634A PL246655B1 (en) | 2020-01-20 | 2020-01-20 | Method and system for measuring the speed and direction of the actual wind acting on a moving object, in particular a vehicle |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL246655B1 (en) |
-
2020
- 2020-01-20 PL PL432634A patent/PL246655B1/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL432634A1 (en) | 2021-07-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11408906B2 (en) | Method and apparatus for monitoring fluid dynamic drag | |
| CN101517353B (en) | Apparatus for measuring total force in opposition to a moving vehicle and method of using | |
| JP3234894B2 (en) | Method and apparatus for measuring unsteady flow velocity | |
| CN101634659A (en) | Rotating speed or speed measuring device and detection method based on accelerometer | |
| KR20040013439A (en) | Attitude error compensation system of fluxgate and method thereof | |
| CN112923924B (en) | Method and system for monitoring posture and position of anchoring ship | |
| JPH09304091A (en) | Navigator | |
| CN103439525B (en) | Based on the ship velocity detection method of visible remote sensing image | |
| JP2007240167A (en) | Vehicle-mounted travel distance measuring apparatus | |
| JP4930356B2 (en) | Rotation speed detection system | |
| GB2568885A (en) | Methods and apparatus for performance testing of human powered vehicles | |
| PL246655B1 (en) | Method and system for measuring the speed and direction of the actual wind acting on a moving object, in particular a vehicle | |
| US12130213B2 (en) | System for measuring real-time aerodynamic drag | |
| CN110207647A (en) | A kind of armlet attitude angle calculation method based on complementary Kalman filter | |
| CN103591925B (en) | Based on the mobile platform rotation angle measurement method of 3-axis acceleration sensor | |
| WO2005054872A2 (en) | Method and device for determination of airspeed in human-powered motion, and methods for accurate calibration thereof | |
| CN101187672A (en) | Device and method for measuring flow velocity and direction | |
| US11397101B2 (en) | Flow meter | |
| CN204158397U (en) | A kind of body motion detector | |
| CN111780712A (en) | Detection equipment, method and device for obtaining vehicle direction angle when vehicle is parked statically | |
| US11927505B2 (en) | Aerodynamic characteristic estimation device, aerodynamic characteristic estimation method and program | |
| US20040016141A1 (en) | Method and system to measure distance travelled by a cart, buggy or trolley | |
| CN214279164U (en) | Bicycle speed measuring device capable of displaying speed and ponding road overspeed alarm | |
| CN207540560U (en) | A kind of device for being used to detect indoor effectively displacement | |
| CN106154355A (en) | A kind of pour angle compensation method of mooring system sonde |