專利名稱：一種道路摩擦系數(shù)測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種對(duì)道路表面特性進(jìn)行測(cè)量的裝置，尤其涉及對(duì)道路摩擦系數(shù)(又稱附著系數(shù))進(jìn)行測(cè)量，具體地說(shuō)，是涉及一種旋轉(zhuǎn)式路面摩擦系數(shù)測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
路面摩擦系數(shù)的測(cè)量一直是路面摩擦課題研究的重點(diǎn)，目前采用的道路路面摩擦系數(shù)測(cè)量方法很多，但概括起來(lái)可分為制動(dòng)距離法、擺式儀法和測(cè)試車法三種。
制動(dòng)距離法為較為簡(jiǎn)單的檢測(cè)計(jì)算方法。以一定速度在潮濕的路面上行駛的四輪小客車或輕貨車，當(dāng)四個(gè)車輪被制動(dòng)時(shí)，根據(jù)汽車在均勻低速行駛條件下制動(dòng)方程得出摩擦系數(shù)。制動(dòng)方程式為cp=V2/2gS。由該公式可知，只要測(cè)出初始速度V和停車距離s就
可以得出摩擦系數(shù)Φ。由于測(cè)得的摩擦系數(shù)值與車速有關(guān)，所以求出的值只能看作是制動(dòng)開始至完全停車時(shí)的速度范圍的平均值。因此該方法所測(cè)得的摩擦系數(shù)不能完全表明實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)的路面滑溜性。這種方法的特點(diǎn)是測(cè)試方法簡(jiǎn)單，測(cè)試速度快，但精度不高，而且在測(cè)試過(guò)程中必須中斷交通。特別是在較高速度下進(jìn)行連續(xù)性剎車，在易滑路面上有一定的危險(xiǎn)性。所以此法一般在實(shí)際中較少使用，僅僅作為輔助測(cè)定手段。擺式儀法是基于擺式儀的測(cè)量方法。擺式儀是由英國(guó)開發(fā)的，根據(jù)能量守恒原理所研制的。擺式儀的擺錘底面裝一橡膠滑塊，當(dāng)擺錘從一定高度自由下擺時(shí)，滑塊面同實(shí)驗(yàn)擺面接觸。由于擺錘同實(shí)驗(yàn)面之間的摩擦而產(chǎn)生制動(dòng)，使擺錘不能回到原來(lái)的高度，只能回到一定高度。摩擦系數(shù)值由擺動(dòng)的指針指定值來(lái)反映。此方法的優(yōu)點(diǎn)是原理簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)便，在微糙紋理機(jī)構(gòu)路面上能反映出低速行駛(例如IOkmh)時(shí)的實(shí)際摩擦系數(shù)。不僅可以用于室內(nèi)也可用于野外測(cè)試浙青路面及水泥混凝土路面。缺點(diǎn)是在用擺式儀進(jìn)行路面抗滑性測(cè)試，速度慢，效率低，從而不能對(duì)里程較長(zhǎng)的公路進(jìn)行全線測(cè)試，而只能選擇某些路段抽樣調(diào)查，這使得測(cè)試結(jié)果表征路面抗滑性的具有一定的片面性。另外，測(cè)試時(shí)是定點(diǎn)測(cè)試，在測(cè)試過(guò)程中必須中斷交通以保證工作人員的安全，影響了交通，也影響了道路運(yùn)營(yíng)的經(jīng)濟(jì)效益，測(cè)試結(jié)果受人為因素影響大，檢測(cè)速度慢，只適用于一般公路不具備摩擦系數(shù)測(cè)試車時(shí)的抗滑性能檢測(cè)。測(cè)試車法是利用一個(gè)測(cè)試車進(jìn)行測(cè)量的方法。測(cè)試車有拖掛式和單體式。蘇聯(lián)、日本、英國(guó)相繼開發(fā)出自己的產(chǎn)品。由于測(cè)試車的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，過(guò)去主要用于科研工作，現(xiàn)已被一些發(fā)達(dá)國(guó)家用于實(shí)際摩擦系數(shù)測(cè)量工作。通過(guò)在車輛上增設(shè)測(cè)試輪以及相應(yīng)設(shè)備，可以測(cè)量不同車速和不同車輪荷載下的摩擦系數(shù)。這是一種相對(duì)可靠的摩擦系數(shù)測(cè)定方法。這種方法效率高，但價(jià)格十分昂貴。因此，傳統(tǒng)摩擦系數(shù)測(cè)量裝置各有缺陷。制動(dòng)距離法精度低，測(cè)量方法復(fù)雜。擺式儀法只能做定點(diǎn)測(cè)試，測(cè)量數(shù)據(jù)具有片面性，尤其不適用于高速和里程較長(zhǎng)的路面摩擦系數(shù)測(cè)試。測(cè)試車法結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高昂，維護(hù)困難，無(wú)法大量應(yīng)用
實(shí)用新型內(nèi)容
[0007]在深入研究路面摩擦系數(shù)測(cè)試原理的基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)內(nèi)外路面摩擦系數(shù)測(cè)量設(shè)備的特點(diǎn)，運(yùn)用電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，本實(shí)用新型提供一種新型路面摩擦系數(shù)測(cè)量設(shè)備，測(cè)量范圍廣，便攜性好，數(shù)據(jù)精度高，成本低，操作簡(jiǎn)單。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種道路摩擦系數(shù)測(cè)量裝置，其特征在于，包括計(jì)算機(jī)、控制儀表和摩擦系數(shù)測(cè)量?jī)x，其中所述摩擦系數(shù)測(cè)量?jī)x包括飛輪、電機(jī)、傳感器和至少三個(gè)橡膠塊，其中所述電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)所述飛輪以預(yù)定速度旋轉(zhuǎn)，所述橡膠塊位于所述飛輪的下表面，用于與待測(cè)量道路表面相接觸，所述傳感器用于測(cè)量所述飛輪的轉(zhuǎn)速變化和所述橡膠塊在所述飛輪旋轉(zhuǎn)過(guò)程中所受到的摩擦力；所述控制儀表與所述摩擦系數(shù)測(cè)量?jī)x相連接，用于采集所述傳感器所測(cè)量的轉(zhuǎn)速和摩擦力數(shù)據(jù)，并發(fā)送給所述計(jì)算機(jī)；所述計(jì)算機(jī)與所述控制儀表相連接，用于根據(jù)測(cè)量的所述轉(zhuǎn)速和摩擦力得出所述待測(cè)量道路表面的摩擦系數(shù)并顯示測(cè)量結(jié)果。 優(yōu)選的，所述傳感器包括轉(zhuǎn)速傳感器和力傳感器，所述轉(zhuǎn)速傳感器用于測(cè)量以預(yù)定速度旋轉(zhuǎn)的所述飛輪在所述電機(jī)斷電后至停止過(guò)程中的轉(zhuǎn)速，所述力傳感器用于測(cè)量在不同轉(zhuǎn)速下所述橡膠塊所受到的摩擦力。優(yōu)選的，在所述控制儀表和所述摩擦系數(shù)測(cè)量?jī)x之間還包括電子控制閥門，所述電子控制閥門用于根據(jù)所述控制儀表的指令控制所述電機(jī)的通斷。優(yōu)選的，所述控制儀表包括存儲(chǔ)器和控制器，所述存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)采集的轉(zhuǎn)速和摩擦力，所述控制器用于控制所述電機(jī)的轉(zhuǎn)速、數(shù)據(jù)的收發(fā)和所述電子控制閥門的通斷。優(yōu)選的，所述控制器為ARM器件。優(yōu)選的，所述橡膠塊為固定肖氏硬度的標(biāo)準(zhǔn)橡膠塊，均勻分布在所述飛輪的下表面。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)本實(shí)用新型的測(cè)量裝置體積小，精度高，便攜性強(qiáng)，操作簡(jiǎn)單方便，在野外可由汽車蓄電池供電工作，適用于浙青、水泥等各種路面摩擦系數(shù)測(cè)試。本實(shí)用新型的測(cè)量裝置充分運(yùn)用路面檢測(cè)技術(shù)、物理學(xué)、電子學(xué)、計(jì)算機(jī)軟件、自動(dòng)控制等成熟技術(shù)，并符合國(guó)家制定的路面檢測(cè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。具體的，具有以下幾個(gè)方面的優(yōu)
占-
^ \\\ ·(I)通用性好能直接用于多種不同材料的路面摩擦系數(shù)的檢測(cè)，能適應(yīng)在較高車速和在多種天氣情況下的路面檢測(cè)。(2)易于擴(kuò)充具有良好的擴(kuò)充機(jī)制和擴(kuò)充接口。一方面可以在確保系統(tǒng)兼容性的前提下安全快速的加入對(duì)新設(shè)備的支持，另一方面可以允許用戶根據(jù)實(shí)際情況對(duì)本系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)進(jìn)行二次開發(fā)。(3)穩(wěn)定可靠考慮到設(shè)備的實(shí)際工作環(huán)境中溫度、濕度、壓力、震動(dòng)等因素對(duì)設(shè)備所造成的影響，保證系統(tǒng)在規(guī)定的工作環(huán)境下工作可靠、性能穩(wěn)定。對(duì)于本實(shí)用新型的測(cè)量裝置的供電、接地也都應(yīng)進(jìn)行了相應(yīng)處理，數(shù)據(jù)采集、過(guò)程控制一般都了進(jìn)行隔離。(4)智能化[0024]整個(gè)測(cè)量過(guò)程實(shí)現(xiàn)高度智能化自動(dòng)化，最大限度的減少人工干預(yù)。(5)升級(jí)容易本實(shí)用新型的測(cè)量裝置的軟件及嵌入式系統(tǒng)建立在一個(gè)具有良好發(fā)展前景的開放式平臺(tái)上，較長(zhǎng)的一段時(shí)期內(nèi)可以通過(guò)小規(guī)模的升級(jí)，迅速適應(yīng)新的應(yīng)用需求，不斷完善已有功能。本實(shí)用新型的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說(shuō)明書中闡述，并且，部分地從說(shuō)明書中變得顯而易見，或者通過(guò)實(shí)施本實(shí)用新型而了解。本實(shí)用新型的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)在說(shuō)明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。

附圖用來(lái)提供對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書的一部分，與本實(shí)用新型的實(shí)施例一起用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的限制。在附圖中圖I是根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的工作原理框圖；圖2是根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下將結(jié)合附圖及實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型的實(shí)施方式，借此對(duì)本實(shí)用新型如何應(yīng)用技術(shù)手段來(lái)解決技術(shù)問(wèn)題，并達(dá)成技術(shù)效果的實(shí)現(xiàn)過(guò)程能充分理解并據(jù)以實(shí)施。需要說(shuō)明的是，只要不構(gòu)成沖突，本實(shí)用新型中的各個(gè)實(shí)施例以及各實(shí)施例中的各個(gè)特征可以相互結(jié)合，所形成的技術(shù)方案均在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。圖I為根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的工作原理框圖。本實(shí)用新型的摩擦系數(shù)測(cè)量裝置主要由摩擦系數(shù)測(cè)量?jī)x、控制儀表和便攜式計(jì)算機(jī)組成。圖2是根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。參照?qǐng)D2，摩擦系數(shù)測(cè)量?jī)x包含傳感器、高速電機(jī)，飛輪，橡膠塊以及各部分相連接的機(jī)械結(jié)構(gòu)等。高速電機(jī)驅(qū)動(dòng)飛輪達(dá)到測(cè)試要求的速度，通過(guò)傳感器在測(cè)試過(guò)程中不斷發(fā)送大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)至與摩擦系數(shù)測(cè)量?jī)x通過(guò)信號(hào)傳輸線連接的控制儀表。橡膠塊為至少三個(gè)，均勻分布在飛輪的下表面，為固定肖氏硬度的標(biāo)準(zhǔn)橡膠塊，用于與待測(cè)量的道路表面相接觸。傳感器可包括轉(zhuǎn)速傳感器和力傳感器，分別用于測(cè)量飛輪的旋轉(zhuǎn)速度和橡膠塊所受的摩擦力。控制儀表采集傳感器數(shù)據(jù)，根據(jù)已設(shè)定測(cè)量參數(shù)對(duì)摩擦系數(shù)測(cè)量?jī)x進(jìn)行控制，在存儲(chǔ)傳感器數(shù)據(jù)的同時(shí)將數(shù)據(jù)發(fā)送至與控制儀表通過(guò)信號(hào)傳輸線連接的計(jì)算機(jī)。并可對(duì)測(cè)量過(guò)程實(shí)施人工干預(yù)，在控制儀表和摩擦系數(shù)測(cè)量?jī)x之間，可設(shè)置有電子控制閥門，電子控制閥門接受控制儀表的指令，對(duì)測(cè)量過(guò)程實(shí)施開關(guān)控制。控制儀表可包括存儲(chǔ)器和控制器，存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)采集的數(shù)據(jù)，控制器用于控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速、數(shù)據(jù)的收發(fā)和電子控制閥門的通斷。 計(jì)算機(jī)可以是便攜式計(jì)算機(jī)，接受數(shù)據(jù)后通過(guò)軟件顯示測(cè)量結(jié)果，并可根據(jù)需要設(shè)置讀取測(cè)量數(shù)據(jù)方式(例如曲線圖、報(bào)表等方式)。本實(shí)用新型的工作原理如下由物理學(xué)可知，在水平面上，摩擦系數(shù)是兩物體作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，接觸面的水平反向力與垂直力之比得到的無(wú)量綱系數(shù)。在物理學(xué)與實(shí)際工程應(yīng)用上就常用此法測(cè)定各種物體間表面的摩擦系數(shù)。[0038]在實(shí)際運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，路面相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)橡膠塊附著系數(shù)是經(jīng)常變化的。一定載荷的標(biāo)準(zhǔn)橡膠塊和路面接觸并以一定速度行進(jìn)，根據(jù)力學(xué)原理，峰值附著系數(shù)等于水平方向作用力的極限值與垂直方向作用力的比值。所以，只要測(cè)量水平方向作用力，即為標(biāo)準(zhǔn)橡膠塊與路面水平方向上的摩擦力。就能測(cè)得峰值附著系數(shù)。路面摩擦系數(shù)可用下式表達(dá)μ =f/
N0式中μ為摩擦系數(shù)；Ν為標(biāo)準(zhǔn)橡膠塊垂直方向上的正壓力(包含飛輪等機(jī)械固定裝置的重量)；f 為標(biāo)準(zhǔn)橡膠塊與地面水平方向上的摩擦力。因此，測(cè)得標(biāo)準(zhǔn)橡膠塊與路面的縱向摩擦力f，即水平方向拉力，就可得到路面的摩擦系數(shù)。根據(jù)以上原理，本實(shí)用新型的摩擦系數(shù)測(cè)量裝置利用飛輪和橡膠塊以及固定飛輪和橡膠塊的機(jī)械結(jié)構(gòu)的自身重量作為橡膠塊垂直方向上的正壓力N，通過(guò)測(cè)得橡膠塊所受的摩擦力f，計(jì)算出摩擦系數(shù)μ。在連接部分采用高性能軸承和滑軌，盡量保持正壓力N的穩(wěn)定。并使用高精度的轉(zhuǎn)速傳感器和力傳感器，保證測(cè)量數(shù)據(jù)的精確性。本實(shí)用新型的具體工作流程如下操作人員將摩擦系數(shù)測(cè)量?jī)x平置于需要測(cè)量摩擦系數(shù)的路面，將電子控制閥門至于測(cè)試準(zhǔn)備狀態(tài)，此時(shí)飛輪與路面無(wú)接觸，對(duì)高速電機(jī)供電后，飛輪高速旋轉(zhuǎn)，當(dāng)達(dá)到設(shè)置的速度(例如90公里/小時(shí))后，控制儀表自動(dòng)發(fā)送電機(jī)斷電指令，使飛輪和其固定的機(jī)械部分依靠自重與路面產(chǎn)生的摩擦力作用下逐漸停止，在此過(guò)程中，轉(zhuǎn)速傳感器和力傳感器將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至控制儀表。數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)控制儀表內(nèi)部電路處理后傳送至便攜式計(jì)算機(jī)得到測(cè)量結(jié)果(例如曲線圖或報(bào)表等)，整個(gè)測(cè)量過(guò)程完畢。由于測(cè)量過(guò)程時(shí)間很短，一般在3至5秒，測(cè)量的數(shù)據(jù)量非常大，傳輸和處理要求都很高，本實(shí)用新型中的控制儀表作為數(shù)據(jù)處理和控制核心，控制器的選擇起著至關(guān)重要的作用，它直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的性能?？刂破魇褂玫氖潜绕胀▎纹瑱C(jī)有更高集成度，有更快的CPU和更大容量的存儲(chǔ)器的ARM器件。本實(shí)用新型的應(yīng)用軟件是采用VC++語(yǔ)言開發(fā)的，之所以選用該語(yǔ)言是因?yàn)樵撜Z(yǔ)言的程序編譯執(zhí)行速度快，非常適合實(shí)時(shí)采集處理的需要。為了明確所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，首先要對(duì)所設(shè)計(jì)的軟件結(jié)構(gòu)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，即要明確上位機(jī)控制軟件要實(shí)現(xiàn)的功能。根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，在系統(tǒng)中，整個(gè)軟件部分包括數(shù)據(jù)測(cè)試和數(shù)據(jù)處理兩部分，其中測(cè)試部分包括通訊測(cè)試界面、輸入界面、顯示界面等功能。數(shù)據(jù)處理包括參數(shù)設(shè)定、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理和報(bào)表打印等功能。當(dāng)然，本實(shí)用新型還可有其他多種實(shí)施例，在不背離本實(shí)用新型精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本實(shí)用新型作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本實(shí)用新型的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種道路摩擦系數(shù)測(cè)量裝置，其特征在于，包括計(jì)算機(jī)、控制儀表和摩擦系數(shù)測(cè)量?jī)x，其中 所述摩擦系數(shù)測(cè)量?jī)x包括飛輪、電機(jī)、傳感器和至少三個(gè)橡膠塊，其中所述電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)所述飛輪以預(yù)定速度旋轉(zhuǎn)，所述橡膠塊位于所述飛輪的下表面，用于與待測(cè)量道路表面相接觸，所述傳感器用于測(cè)量所述飛輪的轉(zhuǎn)速變化和所述橡膠塊在所述飛輪旋轉(zhuǎn)過(guò)程中所受到的摩擦力； 所述控制儀表與所述摩擦系數(shù)測(cè)量?jī)x相連接，用于采集所述傳感器所測(cè)量的轉(zhuǎn)速和摩擦力，并發(fā)送給所述計(jì)算機(jī)； 所述計(jì)算機(jī)與所述控制儀表相連接，用于根據(jù)測(cè)量的所述轉(zhuǎn)速和摩擦力得出所述待測(cè)量道路表面的摩擦系數(shù)并顯示測(cè)量結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述傳感器包括轉(zhuǎn)速傳感器和力傳感器，所述轉(zhuǎn)速傳感器用于測(cè)量以預(yù)定速度旋轉(zhuǎn)的所述飛輪在所述電機(jī)斷電后至停止過(guò)程中的轉(zhuǎn)速，所述力傳感器用于測(cè)量在不同轉(zhuǎn)速下所述橡膠塊所受到的摩擦力。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，在所述控制儀表和所述摩擦系數(shù)測(cè)量?jī)x之間還包括電子控制閥門，所述電子控制閥門用于根據(jù)所述控制儀表的指令控制所述電機(jī)的通斷。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述控制儀表包括存儲(chǔ)器和控制器，所述存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)采集的轉(zhuǎn)速和摩擦力數(shù)據(jù)，所述控制器用于控制所述電機(jī)的轉(zhuǎn)速、數(shù)據(jù)的收發(fā)和所述電子控制閥門的通斷。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述控制儀表包括ARM器件。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述橡膠塊為固定肖氏硬度的標(biāo)準(zhǔn)橡膠塊，均勻分布在所述飛輪的下表面。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種道路摩擦系數(shù)測(cè)量裝置，包括計(jì)算機(jī)、控制儀表和摩擦系數(shù)測(cè)量?jī)x，所述摩擦系數(shù)測(cè)量?jī)x包括飛輪、電機(jī)、傳感器和至少三個(gè)橡膠塊，其中所述電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)所述飛輪以預(yù)定速度旋轉(zhuǎn)，所述橡膠塊位于所述飛輪的下表面，用于與待測(cè)量道路表面相接觸，所述傳感器用于測(cè)量所述飛輪的轉(zhuǎn)速變化和所述橡膠塊在所述飛輪旋轉(zhuǎn)過(guò)程中所受到的摩擦力；所述控制儀表與所述摩擦系數(shù)測(cè)量?jī)x相連接，用于采集所傳感器所測(cè)量的轉(zhuǎn)速和摩擦力，并發(fā)送給所述計(jì)算機(jī)；所述計(jì)算機(jī)與所述控制儀表相連接，用于根據(jù)測(cè)量的所述轉(zhuǎn)速和摩擦力得出所述待測(cè)量道路表面的摩擦系數(shù)并顯示測(cè)量結(jié)果。本實(shí)用新型測(cè)量范圍廣，便攜性好，數(shù)據(jù)精度高，成本低，操作簡(jiǎn)單。
文檔編號(hào)G01N19/02GK202372437SQ20112042908
公開日2012年8月8日 申請(qǐng)日期2011年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月2日
發(fā)明者何耀幫, 彭宏志 申請(qǐng)人:何耀幫, 彭宏志