專利名稱：一種路面平整度檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及光電技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種路面平整度檢測裝置。
背景技術(shù)：
路面平整度是評價路面使用性能的重要指標之一，隨著我國公路等級的不斷提 高，高等級公路網(wǎng)的日益完善，不良的路面平整度不僅影響道路行車安全，降低行車舒適 度，增大行車噪音污染；而且增加車輛的運行費用(如增加油耗、降低行車速度、增加車輛 機件磨損)，同時加速結(jié)構(gòu)破壞，影響路面的使用年限，縮短養(yǎng)護周期。因此，如何對路面平 整度進行檢測評定，是當前一個十分重要的課題。 現(xiàn)有在路面平整度的測量中，通常采用準慣性基準測量系統(tǒng)。該測量系統(tǒng)通過固 定在測量車車身上的一個激光傳感器和一個加速度傳感器的聯(lián)合來測量公路路面的相對 高程，進而通過世界銀行46號文件的計算模型計算路面平整度。 但是，應(yīng)用上述這種準慣性基準測量系統(tǒng)在山區(qū)進行路面平整度檢測時，由于山
區(qū)道路彎道多，拐彎半徑小，檢測車輛快速經(jīng)過彎道時，車身會發(fā)生傾斜。因此，各傳感器在
傾斜狀態(tài)下的輸出值與實際情況相比會出現(xiàn)較大偏差，通過多次采集數(shù)據(jù)并計算后得到的
路面相對高程值也會出現(xiàn)較大偏差，從而不能真實反映道路路面的平整度。 在目前與姿態(tài)相關(guān)的測量中，主要應(yīng)用到以下幾種傳感器陀螺儀、傾角儀和電子羅盤。 對于應(yīng)用陀螺儀測量姿態(tài)角，主要有以下幾個缺點一般陀螺儀穩(wěn)定性、重復(fù)性較 差，隨機漂移較大，另外陀螺儀在長時間工作時其溫度累積誤差會逐漸增大，甚至?xí)乐赜?響角度的測試精度。在公路路面平整度檢測中，由于測試全部是在戶外以車載的方式進行， 陀螺儀的使用環(huán)境較為惡劣，例如工作溫度可能從0攝氏度到近60攝氏度，并且需要連續(xù) 快速的測量。因此，當陀螺儀在戶外連續(xù)工作時，受到溫度及其他因素的影響，陀螺儀測量 的姿態(tài)角精度會大大降低。 傾角儀測量角度的精度較高，但是其響應(yīng)頻率較低，一般不超過30Hz，主要用于準
靜態(tài)情況下的測量。在公路路面平整度檢測中，測試車輛的行駛速度通常較快，一般70
80Km/h，此時，傾角儀的響應(yīng)頻率不夠，因而不能準確測量動態(tài)中的姿態(tài)角度。 電子羅盤儀的工作原理是測量地球磁場，其分辨率和精度較低。另外，如果在使用
的環(huán)境中有除地球以外的其他磁場且這些磁場無法有效的屏蔽時，那么電子羅盤的使用就
有很大的問題。

實用新型內(nèi)容有鑒于此，本實用新型提供一種路面平整度檢測裝置，在測量車車身發(fā)生傾斜時， 能夠準確測得路面的高程，以真實反映路面的平整度。 本實用新型實施例是這樣實現(xiàn)的 —種路面平整度檢測裝置，包括第一測距傳感器、第二測距傳感器及檢測輸出單兀； 所述第一測距傳感器和第二測距傳感器，用于分別輸出各自測點距離地面的第一 高程測量值和第二高程測量值； 所述檢測輸出單元接收所述第一高程測量值和第二高程測量值，根據(jù)第二高程測
量值對于第一高程測量值的修正，獲得路面平整度信息并輸出路面垂向高程值。 優(yōu)選的，所述第一測距傳感器連接有輸出端連接所述檢測輸出單元的第一修正裝
置，所述第一修正裝置用于修正所述第一高程測量值。 優(yōu)選的，所述第一修正裝置為加速度傳感器。 優(yōu)選的，所述第二測距傳感器連接有輸出端連接所述檢測輸出單元的第二修正裝
置，所述第二修正裝置用于修正所述第二高程測量值。 優(yōu)選的，所述第二修正裝置為加速度傳感器。 優(yōu)選的，所述第一測距傳感器和第二測距傳感器垂直投射至地面，且各自測點距 離地面的初始高程相等。 優(yōu)選的，所述路面平整度信息具體包括 所述路面平整度檢測裝置在測量車輛拐彎狀態(tài)下產(chǎn)生的同地面間的橫滾角。 優(yōu)選的，所述路面平整度信息還包括 在測量車輛加速狀態(tài)下產(chǎn)生的同地面間的仰角； 和/或在測量車輛減速狀態(tài)下產(chǎn)生的同地面間的俯角。 優(yōu)選的，所述測距傳感器包括激光傳感器。
同現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型提供的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點和特點 首先，通過在測量車使得安裝該檢測裝置，由沿車身方向橫向分布兩個測距傳感
器測量車在拐彎時檢測裝置相對于路面的實時橫滾角，通過計算來修正和補償測量車在拐 彎時車身發(fā)生的傾斜，計算得到真實的路面高程，因此能夠準確反映路面平整度； 除此之外，當該檢測裝置內(nèi)部的兩個測距傳感器沿車身縱向分布時，能夠通過計 算兩激光傳感器測得的高程差，得到測量車在加速、減速時檢測裝置分別相對于路面的仰 角和俯角。通過計算來修正和補償測量車在起步、剎車以及行駛過程中加減速時車身發(fā)生 的傾斜，計算得到真實的路面高程，因此能夠準確反映路面平整度。

圖1是本實用新型一種路面平整度檢測裝置實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本實用新型另一種路面平整度檢測裝置實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本實用新型測量及角度計算的數(shù)學(xué)模型示意圖。
具體實施方式在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本實用新型，但是本實用新 型還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本實 用新型內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本實用新型不受下面公開的具體實施例的限制。 其次，本實用新型結(jié)合示意圖進行詳細描述，在詳述本實用新型實施例時，為便于 說明，表示器件結(jié)構(gòu)的剖面圖會不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是示例，其在此不應(yīng)限制本實用新型保護的范圍。此外，在實際制作中應(yīng)包含長度、寬度及深度的三維空 間尺寸。 本實用新型提供了一種路面平整度檢測裝置實施例一，參考圖1，以方便在測量車 車身發(fā)生傾斜時，仍能夠準確測得路面的高程，真實反映路面的平整度。所述路面平整度 檢測裝置具體包括第一測距傳感器101、第二測距傳感器102及檢測輸出單元(圖中未示 出)； 所述第一測距傳感器101和第二測距傳感器102，用于分別輸出各自測點距離地 面的第一高程測量值和第二高程測量值； 所述檢測輸出單元接收所述第一高程測量值和第二高程測量值，根據(jù)第二高程測
量值對于第一高程測量值的修正，獲得路面平整度信息并輸出路面垂向高程值。 本實用新型實施例采用第二測距傳感器102測得的第二高程修正第一測距傳感
器101測得的第一高程，及時修正了當測量車輛在行駛過程中發(fā)生傾斜時測得的路面的垂
向高程，尤其適用于山區(qū)道路的平整度檢測。 為使本實用新型的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面將結(jié)合附圖，對 本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。 參考圖2，示出了本實用新型中一種路面平整度檢測裝置實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖， 所述路面平整度檢測裝置具體包括第一測距傳感器101、第二測距傳感器102及檢測輸出 單元(圖中未示出)；其中，所述第一測距傳感器101連接有第一修正裝置103，第一修正裝 置103的輸出端連接所述檢測輸出單元，所述第一修正裝置il03用于修正所述第一測距傳 感器101輸出的第一高程測量值。 為了提高檢測結(jié)果的精確度，所述第一測距傳感器101和第二測距傳感器102的 橫向間距固定，且各自測點距離地面初始高程相等。初始狀態(tài)時，所述第一測距傳感器101 和第二測距傳感器102垂直投射到地面方向，所述第一測距傳感器101和第二測距傳感器 102檢測到的距離地面的高程相同。 當應(yīng)用本實用新型時，將該檢測裝置固定在測量車輛車體上，測試時，第一測距傳 感器101和第二測距傳感器102始終監(jiān)測距離路面高程。由于車體受路面平整度的影響， 發(fā)生顛簸，這時第一測距傳感器101測出的各自測點距離地面的高程值將出現(xiàn)誤差，并不 能真實反映出路面平整度。 為了糾正測量車體在豎直方向上由于車身顛簸而導(dǎo)致的距離路面高程測量值的 誤差，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在第一測距傳感器101上設(shè)置第一修正裝置103，如加速度傳感 器，第一修正裝置103和第一測距傳感器101同軸處于豎直方向上，由第一修正裝置103修 正所述第一測距傳感器101輸出的第一高程測量值。 當所述第一修正裝置為加速度傳感器(此處稱為第一加速度傳感器)時，所述修 正過程可以簡單介紹如下，對所述第一加速度傳感器輸出的加速度信號進行積分處理，一 次積分輸出速度信號、二次積分輸出位移信號，這樣就量化了車體受路面平整度影響產(chǎn)生 的豎直方向上的震動位移，用該位移信號同第一測距傳感器101輸出的第一高程測量值進 行互差，從而消除車體的震動位移，得到修正后的實際的第一高程測量值。這部分屬于本領(lǐng) 域技術(shù)人員所熟知的技術(shù)，本實用新型在此僅做簡單介紹，不再進行贅述。此時，所述檢測 輸出單元采集到的是第一高程測量值、第二高程測量值以及第一加速度傳感器輸出的第一
5震動位移值。 當測量車輛拐彎時，所述第一測距傳感器101和第二測距傳感器102會隨測量車 身發(fā)生傾斜，兩路測距傳感器對地面的投射也同時發(fā)生傾斜，由此造成兩路測距傳感器檢 測到的距離地面的高程值出現(xiàn)不同。此時，檢測裝置內(nèi)部的檢測輸出單元經(jīng)過內(nèi)部運算，獲 得根據(jù)所述第一震動位移值修正后的第一高程測量值；隨后，通過比較所述修正后的第一 高程測量值和第二高程測量值之差，實時計算出車身發(fā)生傾斜的角度。利用此角度，可以修 正和補償車輛在拐彎時車身發(fā)生的傾斜造成的高程測量值的偏差。 本實施例所涉及的測量及角度計算的數(shù)學(xué)模型如圖3所示，第二測距傳感器102 與第一測距傳感器101的橫向間距為L，所述第一測距傳感器101和第二測距傳感器102的 投射在同一平面上。當車身發(fā)生傾斜時，例如測量車輛拐彎、行駛過程中加速、減速以及起 步、停車時車身發(fā)生橫向或縱向傾斜，所述第一測距傳感器101、第二測距傳感器102和第 一修正裝置103會隨車身一起傾斜，此時所述第一測距傳感器101和第二測距傳感器102 測得的高程值分別為H和H1，從圖3中可以看出所述高程值H和H1已不是真實的測點距離 地面的垂向高程值，如果直接應(yīng)用所述高程值H和Hl，將會對最終測量結(jié)果產(chǎn)生誤差。 為了避免誤差的產(chǎn)生，由圖3可計算出檢測裝置發(fā)生傾斜的實際角度值a ，該角 度值也即測量車輛發(fā)生傾斜的角度值 a = arctg((Hl_H)/U ; 利用角度值a ，分別對所述第一測距傳感器和第一加速度傳感器的測量偏差進行 修正 1、對于第一加速度傳感器的修正 參考上述圖3，在車身發(fā)生傾斜時，通常意義上的第一加速度傳感器的測量結(jié)果不 能正確地反映由于車身傾斜對第一測距傳感器101造成的震動位移。需要根據(jù)上述測得的 傾斜角a ，將第一加速度傳感器的測量值修正到與地面垂直的方向上。 根據(jù)加速度傳感器的檢測原理，設(shè)加速度傳感器測得的加速度值為a，對a進行積 分，計算得出所述第一加速度傳感器在豎直方向上的位移為la。 2、對于第一測距傳感器101的修正 將傾斜角a引入到第一測距傳感器IOI的修正中，經(jīng)過修正，第一測距傳感器IOI 測得的路面高程H。應(yīng)為H。 = H cos a -la。 H。值即為實際的路面垂向高程值，從而通過H。值可以了解路面的平整度。 所述檢測輸出單元還連接有外部顯示輸出裝置，如顯示屏或打印裝置，可方便將
得到的實際的路面垂向高程值實時提供給檢測人員。 需要說明的是，上述實施例中所述的傾斜角a包括檢測裝置在測試車輛拐彎狀 態(tài)時產(chǎn)生的同地面間的橫滾角、在測量車輛加速及起步狀態(tài)下產(chǎn)生的同地面間的仰角和/ 或在測量車輛減速、停車狀態(tài)下產(chǎn)生的同地面間的俯角。在測試所述橫滾角時，應(yīng)將所述第 一測距傳感器101和第二測距傳感器102沿車身橫向設(shè)置；而在測試俯角和仰角時，應(yīng)將所 述第一測距傳感器101和第二測距傳感器102沿車身縱向設(shè)置。本實用新型分別利用橫向 和縱向的高程修正，從而最終獲得實際的垂向高程，因此能夠提高路面平整度檢測的精確 度，從而準確反映路面平整度。在具體應(yīng)用時，可將該檢測裝置安裝在車身側(cè)面或車頭的橫 梁位置，本實用新型在此不做具體限定。[0056] 可見，本實用新型尤其適用于彎路較多或是上下坡路較多的山路，同傳統(tǒng)檢測裝 置相比，能夠大大提高檢測的準確性。 本實用新型中另一種路面平整度檢測裝置實施例三中，應(yīng)用本實用新型技術(shù)方案 時，為了進一步提高最終測量的精確度，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要在第二測距傳感器 上同時設(shè)置第二修正裝置，例如也為一加速度傳感器，由第二修正裝置修正所述第二測距 傳感器輸出的第二高程測量值，進而利用修正之后的第二高程測量值進一步對第一高程測 量值進行修正。 上述實施例中，所述的測距傳感器可以為激光傳感器，也可以為其他傳感器。當使 用激光傳感器時，與前述陀螺儀、傾角儀、電子羅盤等方法相比較，激光傳感器的采樣頻率 較高，一般可達16KHz ;同時，精度高，最小分辨率可達0. Olmm，能夠在具體檢測的響應(yīng)頻率 和精度方面滿足實際的工況的需求。另外，激光傳感器穩(wěn)定性好，不會隨溫度和時間產(chǎn)生系 統(tǒng)累積誤差，可靠性高。 此外，在應(yīng)用本實用新型技術(shù)方案時，還應(yīng)注意以下應(yīng)用環(huán)境對于測量結(jié)果的影 響 (1)路面清潔度的影響。 在路面平整度檢測中，道路的表面清潔度對測量結(jié)果有著一定的影響。例如道路 表面有樹葉等垃圾或雜物時，當測試車行駛經(jīng)過時，測試結(jié)果就有可能反映的是樹葉表面 的平整度值，而無法測得路面的真實平整度數(shù)據(jù)。 (2)在測試過程中，應(yīng)盡量使測試車始終保持勻速狀態(tài)。根據(jù)對檢測結(jié)果的分析， 該檢測裝置在50 80km的時速下測量結(jié)果更精確，所以在檢測過程中，應(yīng)維持正在測試的 車道的暢通，減小車速的影響。 (3)當檢測長坡路段時，應(yīng)注意上下坡時數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。對于本實用新型中的檢測 裝置，其在下坡測得的平整度值一般略大于上坡測試的結(jié)果。為此，檢測人員應(yīng)掌握這個規(guī) 律，以便在實際測試中的數(shù)據(jù)更為準確可靠。
(4)測試車在不同的載重下對測量結(jié)果也存在一定影響，主要由于不同的載重會
影響輪胎的氣壓等原因，造成測試車橫梁高程的變化，產(chǎn)生數(shù)據(jù)偏差。這就要求保證測試時
車輛的荷載，一般僅由駕駛員和操作手兩人為宜。
(5)在雨天或路面潮濕有水的情況下.不能進行檢測。 以激光傳感器為例，當路面有水時.激光發(fā)射到地面后會產(chǎn)生散射，因此測得的 數(shù)據(jù)就不準確。其它各類儀器也普遍存在這個問題。 以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，并非對本實用新型作任何形式上 的限制。 對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本實用新 型。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定 義的一般原理可以在不脫離本實用新型的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因 此，本實用新型將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理 和新穎特點相一致的最寬的范圍。
權(quán)利要求一種路面平整度檢測裝置，其特征在于，包括第一測距傳感器、第二測距傳感器及檢測輸出單元；所述第一測距傳感器和第二測距傳感器，用于分別輸出各自測點距離地面的第一高程測量值和第二高程測量值；所述檢測輸出單元接收所述第一高程測量值和第二高程測量值，根據(jù)第二高程測量值對于第一高程測量值的修正，獲得路面平整度信息并輸出路面垂向高程值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的路面平整度檢測裝置，其特征在于，所述第一測距傳感器連 接有輸出端連接所述檢測輸出單元的第一修正裝置，所述第一修正裝置用于修正所述第一 高程測量值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的路面平整度檢測裝置，其特征在于，所述第一修正裝置為加 速度傳感器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的路面平整度檢測裝置，其特征在于，所述第二測距傳感器連 接有輸出端連接所述檢測輸出單元的第二修正裝置，所述第二修正裝置用于修正所述第二 高程測量值。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的路面平整度檢測裝置，其特征在于，所述第二修正裝置為加 速度傳感器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的路面平整度檢測裝置，其特征在于，所述測距傳 感器包括激光傳感器。
專利摘要本實用新型公開了一種路面平整度檢測裝置，包括第一測距傳感器、第二測距傳感器及檢測輸出單元；所述第一測距傳感器和第二測距傳感器，用于分別輸出各自測點距離地面的第一高程測量值和第二高程測量值；所述檢測輸出單元接收所述第一高程測量值和第二高程測量值，根據(jù)第二高程測量值對于第一高程測量值的修正，獲得路面平整度信息并輸出路面垂向高程值。根據(jù)本實用新型，能夠在測量車車身發(fā)生傾斜時，仍能夠準確測得路面的高程，以真實反映路面的平整度。
文檔編號G01B11/30GK201530980SQ200920109978
公開日2010年7月21日 申請日期2009年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月13日
發(fā)明者侯君輝, 孫成來, 李孝兵 申請人:北京市路興公路新技術(shù)有限公司