專利名稱：一種道路摩擦系數(shù)測量裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種對道路表面特性進行測量的裝置，尤其涉及對道路摩擦系數(shù)(又稱附著系數(shù))進行測量，具體地說，是涉及一種旋轉式路面摩擦系數(shù)測量裝置。
背景技術：
路面摩擦系數(shù)的測量一直是路面摩擦課題研究的重點，目前采用的道路路面摩擦系數(shù)測量方法很多，但概括起來可分為制動距離法、擺式儀法和測試車法三種。
制動距離法為較為簡單的檢測計算方法。以一定速度在潮濕的路面上行駛的四輪小客車或輕貨車，當四個車輪被制動時，根據(jù)汽車在均勻低速行駛條件下制動方程得出摩擦系數(shù)。制動方程式為cp=V2/2gS。由該公式可知，只要測出初始速度V和停車距離s就
可以得出摩擦系數(shù)Φ。由于測得的摩擦系數(shù)值與車速有關，所以求出的值只能看作是制動開始至完全停車時的速度范圍的平均值。因此該方法所測得的摩擦系數(shù)不能完全表明實驗地點的路面滑溜性。這種方法的特點是測試方法簡單，測試速度快，但精度不高，而且在測試過程中必須中斷交通。特別是在較高速度下進行連續(xù)性剎車，在易滑路面上有一定的危險性。所以此法一般在實際中較少使用，僅僅作為輔助測定手段。擺式儀法是基于擺式儀的測量方法。擺式儀是由英國開發(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，當擺錘從一定高度自由下擺時，滑塊面同實驗擺面接觸。由于擺錘同實驗面之間的摩擦而產生制動，使擺錘不能回到原來的高度，只能回到一定高度。摩擦系數(shù)值由擺動的指針指定值來反映。此方法的優(yōu)點是原理簡單，實驗簡便，在微糙紋理機構路面上能反映出低速行駛(例如IOkmh)時的實際摩擦系數(shù)。不僅可以用于室內也可用于野外測試浙青路面及水泥混凝土路面。缺點是在用擺式儀進行路面抗滑性測試，速度慢，效率低，從而不能對里程較長的公路進行全線測試，而只能選擇某些路段抽樣調查，這使得測試結果表征路面抗滑性的具有一定的片面性。另外，測試時是定點測試，在測試過程中必須中斷交通以保證工作人員的安全，影響了交通，也影響了道路運營的經(jīng)濟效益，測試結果受人為因素影響大，檢測速度慢，只適用于一般公路不具備摩擦系數(shù)測試車時的抗滑性能檢測。測試車法是利用一個測試車進行測量的方法。測試車有拖掛式和單體式。蘇聯(lián)、日本、英國相繼開發(fā)出自己的產品。由于測試車的結構復雜，過去主要用于科研工作，現(xiàn)已被一些發(fā)達國家用于實際摩擦系數(shù)測量工作。通過在車輛上增設測試輪以及相應設備，可以測量不同車速和不同車輪荷載下的摩擦系數(shù)。這是一種相對可靠的摩擦系數(shù)測定方法。這種方法效率高，但價格十分昂貴。因此，傳統(tǒng)摩擦系數(shù)測量裝置各有缺陷。制動距離法精度低，測量方法復雜。擺式儀法只能做定點測試，測量數(shù)據(jù)具有片面性，尤其不適用于高速和里程較長的路面摩擦系數(shù)測試。測試車法結構復雜，成本高昂，維護困難，無法大量應用
實用新型內容
[0007]在深入研究路面摩擦系數(shù)測試原理的基礎上，結合國內外路面摩擦系數(shù)測量設備的特點，運用電子技術和計算機技術，本實用新型提供一種新型路面摩擦系數(shù)測量設備，測量范圍廣，便攜性好，數(shù)據(jù)精度高，成本低，操作簡單。為了解決上述技術問題，本實用新型提供了一種道路摩擦系數(shù)測量裝置，其特征在于，包括計算機、控制儀表和摩擦系數(shù)測量儀，其中所述摩擦系數(shù)測量儀包括飛輪、電機、傳感器和至少三個橡膠塊，其中所述電機用于驅動所述飛輪以預定速度旋轉，所述橡膠塊位于所述飛輪的下表面，用于與待測量道路表面相接觸，所述傳感器用于測量所述飛輪的轉速變化和所述橡膠塊在所述飛輪旋轉過程中所受到的摩擦力；所述控制儀表與所述摩擦系數(shù)測量儀相連接，用于采集所述傳感器所測量的轉速和摩擦力數(shù)據(jù)，并發(fā)送給所述計算機；所述計算機與所述控制儀表相連接，用于根據(jù)測量的所述轉速和摩擦力得出所述待測量道路表面的摩擦系數(shù)并顯示測量結果。 優(yōu)選的，所述傳感器包括轉速傳感器和力傳感器，所述轉速傳感器用于測量以預定速度旋轉的所述飛輪在所述電機斷電后至停止過程中的轉速，所述力傳感器用于測量在不同轉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)測量儀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的通斷。優(yōu)選的，所述控制儀表包括存儲器和控制器，所述存儲器用于存儲采集的轉速和摩擦力，所述控制器用于控制所述電機的轉速、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準橡膠塊，均勻分布在所述飛輪的下表面。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有以下優(yōu)點本實用新型的測量裝置體積小，精度高，便攜性強，操作簡單方便，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)測試。本實用新型的測量裝置充分運用路面檢測技術、物理學、電子學、計算機軟件、自動控制等成熟技術，并符合國家制定的路面檢測相關標準。具體的，具有以下幾個方面的優(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，能適應在較高車速和在多種天氣情況下的路面檢測。(2)易于擴充具有良好的擴充機制和擴充接口。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新設備的支持，另一方面可以允許用戶根據(jù)實際情況對本系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)進行二次開發(fā)。(3)穩(wěn)定可靠考慮到設備的實際工作環(huán)境中溫度、濕度、壓力、震動等因素對設備所造成的影響，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。對于本實用新型的測量裝置的供電、接地也都應進行了相應處理，數(shù)據(jù)采集、過程控制一般都了進行隔離。(4)智能化[0024]整個測量過程實現(xiàn)高度智能化自動化，最大限度的減少人工干預。(5)升級容易本實用新型的測量裝置的軟件及嵌入式系統(tǒng)建立在一個具有良好發(fā)展前景的開放式平臺上，較長的一段時期內可以通過小規(guī)模的升級，迅速適應新的應用需求，不斷完善已有功能。本實用新型的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本實用新型而了解。本實用新型的目的和其他優(yōu)點可通過在說明書、權利要求書以及附圖中所特別指出的結構來實現(xiàn)和獲得。

附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本實用新型的實施例一起用于解釋本實用新型，并不構成對本實用新型的限制。在附圖中圖I是根據(jù)本實用新型的實施例的工作原理框圖；圖2是根據(jù)本實用新型的實施例結構示意圖。
具體實施方式
以下將結合附圖及實施例來詳細說明本實用新型的實施方式，借此對本實用新型如何應用技術手段來解決技術問題，并達成技術效果的實現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實施。需要說明的是，只要不構成沖突，本實用新型中的各個實施例以及各實施例中的各個特征可以相互結合，所形成的技術方案均在本實用新型的保護范圍之內。圖I為根據(jù)本實用新型的實施例的工作原理框圖。本實用新型的摩擦系數(shù)測量裝置主要由摩擦系數(shù)測量儀、控制儀表和便攜式計算機組成。圖2是根據(jù)本實用新型的實施例結構示意圖。參照圖2，摩擦系數(shù)測量儀包含傳感器、高速電機，飛輪，橡膠塊以及各部分相連接的機械結構等。高速電機驅動飛輪達到測試要求的速度，通過傳感器在測試過程中不斷發(fā)送大量實時數(shù)據(jù)至與摩擦系數(shù)測量儀通過信號傳輸線連接的控制儀表。橡膠塊為至少三個，均勻分布在飛輪的下表面，為固定肖氏硬度的標準橡膠塊，用于與待測量的道路表面相接觸。傳感器可包括轉速傳感器和力傳感器，分別用于測量飛輪的旋轉速度和橡膠塊所受的摩擦力?？刂苾x表采集傳感器數(shù)據(jù)，根據(jù)已設定測量參數(shù)對摩擦系數(shù)測量儀進行控制，在存儲傳感器數(shù)據(jù)的同時將數(shù)據(jù)發(fā)送至與控制儀表通過信號傳輸線連接的計算機。并可對測量過程實施人工干預，在控制儀表和摩擦系數(shù)測量儀之間，可設置有電子控制閥門，電子控制閥門接受控制儀表的指令，對測量過程實施開關控制?？刂苾x表可包括存儲器和控制器，存儲器用于存儲采集的數(shù)據(jù)，控制器用于控制電機的轉速、數(shù)據(jù)的收發(fā)和電子控制閥門的通斷。 計算機可以是便攜式計算機，接受數(shù)據(jù)后通過軟件顯示測量結果，并可根據(jù)需要設置讀取測量數(shù)據(jù)方式(例如曲線圖、報表等方式)。本實用新型的工作原理如下由物理學可知，在水平面上，摩擦系數(shù)是兩物體作相對運動時，接觸面的水平反向力與垂直力之比得到的無量綱系數(shù)。在物理學與實際工程應用上就常用此法測定各種物體間表面的摩擦系數(shù)。[0038]在實際運動過程中，路面相對標準橡膠塊附著系數(shù)是經(jīng)常變化的。一定載荷的標準橡膠塊和路面接觸并以一定速度行進，根據(jù)力學原理，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，只要測量水平方向作用力，即為標準橡膠塊與路面水平方向上的摩擦力。就能測得峰值附著系數(shù)。路面摩擦系數(shù)可用下式表達μ =f/
N0式中μ為摩擦系數(shù)；Ν為標準橡膠塊垂直方向上的正壓力(包含飛輪等機械固定裝置的重量)；f 為標準橡膠塊與地面水平方向上的摩擦力。因此，測得標準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，本實用新型的摩擦系數(shù)測量裝置利用飛輪和橡膠塊以及固定飛輪和橡膠塊的機械結構的自身重量作為橡膠塊垂直方向上的正壓力N，通過測得橡膠塊所受的摩擦力f，計算出摩擦系數(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。并使用高精度的轉速傳感器和力傳感器，保證測量數(shù)據(jù)的精確性。本實用新型的具體工作流程如下操作人員將摩擦系數(shù)測量儀平置于需要測量摩擦系數(shù)的路面，將電子控制閥門至于測試準備狀態(tài)，此時飛輪與路面無接觸，對高速電機供電后，飛輪高速旋轉，當達到設置的速度(例如90公里/小時)后，控制儀表自動發(fā)送電機斷電指令，使飛輪和其固定的機械部分依靠自重與路面產生的摩擦力作用下逐漸停止，在此過程中，轉速傳感器和力傳感器將數(shù)據(jù)實時傳輸至控制儀表。數(shù)據(jù)經(jīng)過控制儀表內部電路處理后傳送至便攜式計算機得到測量結果(例如曲線圖或報表等)，整個測量過程完畢。由于測量過程時間很短，一般在3至5秒，測量的數(shù)據(jù)量非常大，傳輸和處理要求都很高，本實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重要的作用，它直接影響著整個系統(tǒng)的性能?？刂破魇褂玫氖潜绕胀▎纹瑱C有更高集成度，有更快的CPU和更大容量的存儲器的ARM器件。本實用新型的應用軟件是采用VC++語言開發(fā)的，之所以選用該語言是因為該語言的程序編譯執(zhí)行速度快，非常適合實時采集處理的需要。為了明確所設計的系統(tǒng)，首先要對所設計的軟件結構進行總體設計，即要明確上位機控制軟件要實現(xiàn)的功能。根據(jù)系統(tǒng)的設計要求，在系統(tǒng)中，整個軟件部分包括數(shù)據(jù)測試和數(shù)據(jù)處理兩部分，其中測試部分包括通訊測試界面、輸入界面、顯示界面等功能。數(shù)據(jù)處理包括參數(shù)設定、數(shù)據(jù)統(tǒng)計處理和報表打印等功能。當然，本實用新型還可有其他多種實施例，在不背離本實用新型精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據(jù)本實用新型作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本實用新型的權利要求的保護范圍。
權利要求1.一種道路摩擦系數(shù)測量裝置，其特征在于，包括計算機、控制儀表和摩擦系數(shù)測量儀，其中 所述摩擦系數(shù)測量儀包括飛輪、電機、傳感器和至少三個橡膠塊，其中所述電機用于驅動所述飛輪以預定速度旋轉，所述橡膠塊位于所述飛輪的下表面，用于與待測量道路表面相接觸，所述傳感器用于測量所述飛輪的轉速變化和所述橡膠塊在所述飛輪旋轉過程中所受到的摩擦力； 所述控制儀表與所述摩擦系數(shù)測量儀相連接，用于采集所述傳感器所測量的轉速和摩擦力，并發(fā)送給所述計算機； 所述計算機與所述控制儀表相連接，用于根據(jù)測量的所述轉速和摩擦力得出所述待測量道路表面的摩擦系數(shù)并顯示測量結果。
2.根據(jù)權利要求I所述的裝置，其特征在于，所述傳感器包括轉速傳感器和力傳感器，所述轉速傳感器用于測量以預定速度旋轉的所述飛輪在所述電機斷電后至停止過程中的轉速，所述力傳感器用于測量在不同轉速下所述橡膠塊所受到的摩擦力。
3.根據(jù)權利要求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)測量儀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的通斷。
4.根據(jù)權利要求3所述的裝置，其特征在于，所述控制儀表包括存儲器和控制器，所述存儲器用于存儲采集的轉速和摩擦力數(shù)據(jù)，所述控制器用于控制所述電機的轉速、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準橡膠塊，均勻分布在所述飛輪的下表面。
專利摘要本實用新型公開了一種道路摩擦系數(shù)測量裝置，包括計算機、控制儀表和摩擦系數(shù)測量儀，所述摩擦系數(shù)測量儀包括飛輪、電機、傳感器和至少三個橡膠塊，其中所述電機用于驅動所述飛輪以預定速度旋轉，所述橡膠塊位于所述飛輪的下表面，用于與待測量道路表面相接觸，所述傳感器用于測量所述飛輪的轉速變化和所述橡膠塊在所述飛輪旋轉過程中所受到的摩擦力；所述控制儀表與所述摩擦系數(shù)測量儀相連接，用于采集所傳感器所測量的轉速和摩擦力，并發(fā)送給所述計算機；所述計算機與所述控制儀表相連接，用于根據(jù)測量的所述轉速和摩擦力得出所述待測量道路表面的摩擦系數(shù)并顯示測量結果。本實用新型測量范圍廣，便攜性好，數(shù)據(jù)精度高，成本低，操作簡單。
文檔編號G01N19/02GK202372437SQ20112042908
公開日2012年8月8日 申請日期2011年11月2日 優(yōu)先權日2011年11月2日
發(fā)明者何耀幫, 彭宏志 申請人:何耀幫, 彭宏志