BRPI0805432A2 - sistema de medição de irregularidades de superfìcie - Google Patents
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Abstract
SISTEMA DE MEDIçãO DE IRREGULARIDADES DE SUPERFìCIE. Existente do tipo resposta depende da velocidade de medição e ficam restritos a uma velocidade fixa de operação. O sistema de medição de irregularidades de superficie por topografia é muito demorado e tem custo elevado. A solução proposta consiste em um sistema de medição de irregularidades de superficie baseado no método de medida em três pontos referenciado que permite a medição com precisão topográfica podendo ser operado em qualquer velocidade. O sistema é composto por uma estrutura rígida principal (1) com três rodas (3, 4 e 5). Possui uma estrutura secundária (2) que suporta a roda central (4) e que se movimenta em relação à estrutura principal (1) guiada pelo eixo de articulação (14). A estrutura secundária (2) é articulada em relação à estrutura rígida principal (1) o que permite o movimento relativo da roda central. A estrutura rígida principal (1) forma um sistema de referencia móvel, necessário para o processamento dos sinais que é realizado apenas com a variação da posição da estrutura secundária (2). Os movimentos verticais são medidos pelo medidor de deslocamento (8) conforme pulsos gerados por um gerador de pulsos do tipo tacográfico (9) instalado no eixo da roda central (4). Uma barra de acoplamento e arraste (11) faz a ligação entre o eixo dianteiro (13) e o veículo de reboque através da conexão de arraste (12). LIà neste pedido 10 reivindicações e quatro figuras.
Description
"SISTEMA DE MEDIÇÃO DE IRREGULARIDADES DE SUPERFÍCIE"
CAMPO DE APLICAÇÃO DA INVENÇÃO
O invento proposto consiste na criação inédita de um sistema de mediçãode irregularidades de superfície de pavimento rodoviário ou via férrea utilizando ométodo de três pontos referenciado.
O presente pedido refere-se a Classe 033 correspondente a InstrumentosGeométricos (GEOMETRICAL INSTRUMENTS). O presente pedido refere-se aSubclasse 27.12 para Seguidores de Superfície (PATTERN FOLLOWER).
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
A superfície do pavimento rodoviário ou da via férrea possui um traçadonominal pré-definido, ligando duas localidades e acompanha o relevo do terreno,formando a geometria da estrada ou da via férrea. Este traçado possui comprimentos deonda de grande magnitude que acompanha ou contornam as montanhas eventualmentecontidas no trajeto. A superfície (pavimento ou via) também possui irregularidades demédio e pequeno comprimento de onda, devido a qualidade da superfície ou devido adegradação da geometria ou danos causados durante a sua utilização. A serventia dopavimento rodoviário ou da via férrea está ligada com a qualidade e regularidade da suasuperfície. Portanto a quantificação da irregularidade é de fundamental importância parao gerenciamento, conservação e manutenção do sistema viário de uma estrada ou malhaférrea de uma ferrovia.
A principal restrição do sistema de medição de irregularidades desuperfície existente é que, em geral, há dependência da velocidade de medição e ficam,portanto restritos a operar em a uma velocidade fixa. O sistema de medição deirregularidades de superfície por topografia tem uma excelente precisão, entretanto é umprocesso muito demorado e, portanto tem custo elevado.
A solução aqui proposta consiste em um sistema de medição deirregularidades de superfície baseado no método de medida em três pontos referenciadoque permite a medição com precisão topográfica e pode ser operado em qualquerf velocidade. Desta forma as principais restrições dos sistemas existentes ficameliminadas.O sistema de medição de irregularidades de superfície proposto baseadono método de medida em três pontos referenciado é composto por uma estrutura rígidaprincipal (1) com três rodas (3, 4 e 5) sendo que a roda central é móvel. Possui umaestrutura secundária (2) que se movimenta em relação à estrutura principal articuladaem uma de suas extremidades e que suporta a roda central (4). Possui um sistema desuspensão inercial que permite que a medição seja realizada em alta velocidade e comelevada precisão e alta produtividade.
OBJETIVO DA INVENÇÃO
O invento proposto consiste na criação inédita de um sistema de mediçãode irregularidades de superfície de pavimento rodoviário ou de via férrea baseado nométodo de medida em três pontos referenciado, realiza a tarefa de medir a quantidade emagnitude das irregularidades verticais da superfície de forma a permitir areconstituição geométrica completa da topografia do pavimento sendo independente davelocidade de medição e capaz de realizar as medições com elevada precisão e altaprodutividade.
ESTADO DA TÉCNICA
Atualmente existem os seguintes tipos de sistemas de medição: A)Sistema do tipo resposta, B) Sistema do tipo BUMP, C) Sistema inercial, D) Mediçãopor técnica de topografia.
O sistema do tipo resposta consiste em um medidor de deslocamento doeixo traseiro de um veículo convencional. Tal sistema mede o movimento do eixo e faza contagem de unidades de deslocamento que a suspensão descreve em uma dadatrajetória. Como movimento depende da resposta dinâmica do veículo, a mediçãoproduz resultado que depende da velocidade de medição. Desta forma este tipo dedispositivo só pode operar em velocidade fixa, em geral 80 km/h, limitando seu usourbano ou em estradas com restrição de velocidade (estrada de terra com grandeirregularidade). Como o veículo tem quatro rodas que se apoiam em quatro pontosdistintos da superfície, a identificação em geral resulta como uma medida média destesquatro amostras da superfície. Adicionalmente a suspensão de um veiculo temcaracterísticas não lineares que compromete a qualidade do resultado de mediçãoO sistema do tipo BUMP consiste em uma massa inercial suspensa que éarrastada por uma carreta e que faz papel idêntico a um veículo e, portanto depende davelocidade de medição.
Os sistemas do tipo inercial utilizam acelerômetros tri-direcionais,combinados com gravimetros, magnetômetros ou medidores de atitude direcional (rategyro). Estes sistemas em geral dependem da velocidade do sistema de medição ecarecem de qualidade e precisão do referencial inercial. Modelos desse tipo podem serobservados nas patentes: US 6,550,151 B2- 2003 e a patente US 5,065,618 - 1991, queutiliza acelerômetros, magnetômetros e gravimetros.
A patente US 6,161,429 - 2000 e a patente US 5,774,374 - 1998 serefere a um sistema com múltiplas rodas com movimentação manual o que complicasobre maneira o tratamento dos sinais medidos. Adicionalmente estes sistemas nãopossuem estabilidade dinâmica para medidas em alta velocidade.
Patente norte americana número US 6,647,636 B2 (Fukuhara et al.) quese refere ao Método de Medida do Perfil Longitudinal da Superfície de Estrada (Methodfor Measuring Road Surface Longitudinal Profile) se refere a um sistema de trailer comtrês eixos com movimento angular relativo entre eles e vinculado ao veículo por umabarra que mede a posição angular. O sistema é muito complexo e com severosproblemas de resposta dinâmica para medidas em altas velocidades.
Patente norte americana número US 4,741,207 (Spangler) de 1988 que serefere ao Método de Medida do Perfil Longitudinal da Superfície de Estrada (Methodand System for Measuring the Road Profile) com integrador da medida da aceleração dasuspensão traseira do veículo. É evidente que o veículo trafega por duas trilhas (rodas adireita e rodas à esquerda). Desta forma o que está em avaliação será uma média entreas quatro rodas. Adicionalmente este tipo de sistema depende do comportamento linearda suspensão do veículo e de seus modos naturais de vibrar.
Patente norte americana número US 6.682.261 Bl (Karaminhas et al.) serefere ao Método de Correção da Irregularidade do Pavimento (Method for Correctingthe Rougness of Pavement) e relata vários métodos de correção das irregularidadesexistentes na superfície.A Patente Européia número WO 2004/067847 Al (RUZICKA) publicadaem 2004 se refere ao Método de Correção da Irregularidade do Pavimento (Method forRepairing Defects of a Wearing Course of Road Surface...) e descreve métodos decorreção de desgastes da superfície do pavimento.
Um sistema do tipo três rodas com movimento relativo na roda centralpode ser observado na patente US 6,508,008 - 2003, na patente US 6,035,542 - 2000,na patente US 5,535,143 - 1996, na patente US 5,107,598 - 1992 e na patente US4,858,329 - 1989. Estes sistemas são de acionamento manual e não possuem suspensãoo que prejudica o desempenho e produtividade da medida. O atual invento se diferenciapelo sistema de suspensão inercial utilizado que garante o contato das rodas com opavimento mesmo em alta velocidade e pista de elevada irregularidade. O sistema demedição é acoplado na traseira de um veículo rebocador o que permite fazer as medidasde forma rápida em sistema digital de alta precisão produzindo um alto desempenho demedição.
DESCRIÇÃO DO INVENTO
O sistema de medição de irregularidades de superfície baseado nométodo de medida em três pontos referenciado é composto por uma estrutura rígidaprincipal (1) com três rodas (3, 4 e 5), conforme mostrado na figura 1 em umamontagem preferencial. Possui uma estrutura secundária (2) que suporta a roda central(4) e que se movimenta em relação à estrutura rígida principal (1) guiada pelo eixo dearticulação (14). A estrutura secundária (2) é articulada em relação à estrutura principalo que permite o movimento relativo da roda central (4). O conjunto possui um sistemade suspensão elástico (6) entre a estrutura secundária (2) articulada e a estrutura rígidaprincipal (1) de forma a garantir o contato permanente da roda central (4) ao pavimento.Possui ainda dois sistemas de suspensão inercial elástico e dissipativo (7) solidárioscom a estrutura rígida principal (1) de forma a garantir o contato permanente das rodasexternas (3 e 5) ao pavimento. A estrutura rígida principal (1) forma um sistema dereferencia móvel, necessário para o processamento dos sinais que é realizado apenascom a variação da posição da estrutura secundária (2).
O sistema de medição de irregularidades de superfície é baseado nométodo de medida em três pontos e realiza a medida da cota vertical. Possui um sistemadigital de amostragem de dados (16), computador portátil (17), associado com umsistema de condicionamento de sinais (15) e realiza a medida na forma de amostras dacota vertical medida por um medidor de deslocamento (8), vinculado com osmovimentos verticais da roda central (4). O sistema pode operar em alta velocidade emfunção do sistema de suspensão que garante a manutenção do contato das rodas com apista. O medidor de deslocamento (8) mede os movimentos relativos entre a estruturasecundária (2) que suporta a roda central (4) e a estrutura rígida principal (1). Osmovimentos verticais são medidos pelo medidor de deslocamento (8) conforme pulsosgerados por um gerador de pulsos do tipo tacográfico (9) instalado no eixo da rodacentral (4). Uma ligação cruzada composta pelo cabo flexível (10) entre a roda dianteira(3) e a roda traseira (5) faz a vinculação oposta adequada do ângulo de direção de cadaeixo durante a inscrição de uma curva. Uma barra de acoplamento e arraste (11) faz aligação entre o eixo dianteiro (13) e o veículo de reboque através da conexão de arraste(12).
As medidas da variação da cota vertical da roda central (4) e, portanto dairregularidade da superfície, são amostras de forma repetitiva segundo informaçãotacográfica produzida por gerador de pulsos do tipo tacográfico (9) e armazenadas naforma digital em memória de computador portátil (17).
As medidas são coletadas de forma repetitiva em função do sinal dogerador de pulsos do tipo tacográfico (9) que opera de forma proporcional à distânciapercorrida. As medidas dos pulsos tacográficos permitem determinar a velocidade e adistância percorrida do sistema.
O sistema de medição de irregularidades de superfície realizaamostragem por pulsos tacográficos proporcional à distância percorrida pelo sistema,permitindo, portanto que a medição seja independente da velocidade de tráfego.
O sistema de medição de irregularidades de superfície pode serconduzido em linha reta ou percorrer curvas devido ao fato das rodas dianteira (3) etraseira (5) serem direcionais. As rodas dianteira (3) e traseira (5) direcionais se movemde forma oposta e ponderada pela distância que as separa da roda central (4) devido aum cabo flexível (10) que garante o movimento relativo adequado entre as rodasdirecionais (3 e 5).O sistema de medição de irregularidades de superfície é rebocado pelabarra de acoplamento e arraste (11) mecânica com um veiculo propulsor. A ligaçãomecânica da barra de acoplamento e arraste (11) com o veiculo propulsor é realizadapor uma conexão de arraste (12) do tipo cardan e ligação mecânica do eixo de arrastecom a roda dianteira (3) da estrutura rígida principal (1) é realizada por um eixodianteiro (13).
O sistema é simples, pois tem apenas uma parte em movimento (estruturasecundária (2)) e permite a medição em alta velocidade devido à estabilidade do sistemade suspensão inercial (7). O tratamento do sinal da medição é simples pelo fato deconsiderar o referencial móvel descrito pela estrutura rígida principal (1) e amostrarapenas uma variável correspondente à posição vertical da roda central (4). A barra deacoplamento e arraste (11) produz a estabilidade dinâmica necessária para medidas emalta velocidade quando rebocado por veículo automotor garantindo alta produtividadedo sistema de medição.
DESCRIÇÃO DETALHADA DOS DESENHOS
A Fig. - 1 mostra o desenho geral correspondente do esquemapreferencial de montagem do dispositivo de medida contendo uma estrutura rígidaprincipal (1) com três rodas (3,4 e 5). Possui uma estrutura secundária (2) que suporta aroda central (4) e que se movimenta em relação à estrutura rígida principal (1). Aestrutura secundária (2) é articulada pelo eixo de articulação (14) em relação à estruturarígida principal (1) o que permite o movimento relativo da roda central (4) solidária àestrutura secundária (2). O conjunto possui um sistema de suspensão elástico (6) entre aestrutura secundária (2) articulada e a estrutura rígida principal (1) de forma a garantir ocontato permanente da roda central (4) ao pavimento. Possui ainda dois sistemas desuspensão inercial elástico e dissipativo (7) solidários com a estrutura rígida principal(1) de forma a garantir o contato permanente das rodas externas (3 e 5) ao pavimento.Um medidor de deslocamento (8) mede os movimentos relativos entre a estruturasecundária (2) que suporta a roda central (4) e a estrutura rígida principal (1). Umgerador de pulsos do tipo tacográfico (9) é instalado no eixo da roda central (4). Umaligação cruzada composta pelo cabo flexível (10) entre a roda dianteira (3) e a rodatraseira (5) faz a vinculação oposta adequada do ângulo de direção de cada eixo durantea inscrição de uma curva. Uma barra de acoplamento e arraste (11) faz a ligação entre oeixo dianteiro (13) e o veículo de reboque através da conexão de arraste (12).
A Fig. - 2 mostra o detalhe do arranjo preferencial da estruturasecundária (2). A roda central (4) gira sobre um eixo que contem também gerador depulsos do tipo tacográfico (9) fixo na estrutura secundária (2) móvel e arrasta o geradorde pulsos do tipo tacográfico (9). O movimento angular da estrutura secundária (2)ocorre em torno do eixo de articulação (14). Os movimentos são amparados pelosistema de suspensão elástico (6) que liga o gerador de pulsos do tipo tacográfico (9) e aestrutura rígida principal (1). Possui um medidor de deslocamento (8) que mede osmovimentos da estrutura secundária (2) em relação à estrutura rígida principal (1).
A Fig. - 3 mostra o arranjo preferencial da barra de acoplamento e arraste(11). A roda dianteira (3) é arrastada através de seu eixo dianteiro (13) pela barra deacoplamento e arraste (11) que é ligada ao veículo de reboque pela conexão de airaste(12). Esta conexão de arraste (12) permite os movimentos vertical e lateral da estruturarígida principal (1) e movimento angular de direcionamento da roda (3) em relação àestrutura rígida principal (1).
A Fig. - 4 mostra a arquitetura preferencial do sistema eletro-eletrônicode amostragem e armazenagem de dados digitais do dispositivo de medida deirregularidade do pavimento. O sistema eletrônico de amostragem e armazenagem dedados é composto por um conjunto de sistema de condicionamento de sinais (15) querecebe sinais do medidor de deslocamento (8) e do gerador de pulsos do tipo tacográfico(9). Os sinais condicionados são amostrados pelo sistema digital de amostragem dedados (16), gerenciado pelo computador portátil (17) e armazenados em mídia digital dealta capacidade.
INOVAÇÕES
As inovações do sistema de medição de irregularidades de superfícieproposto consistem no fato da medição ser realizada de forma geométrica em uma trilhaem função da posição ao longo da superfície, não depende da velocidade do sistema demedição de irregularidades de superfície, se baseia em cotas verticais da superfície enão depende da resposta dinâmica dos movimentos do sistema, podendo, portantooperar em qualquer velocidade, possuindo estabilidade dinâmica devido aos doissistemas de suspensão inercial elástico e dissipativo (7) que permite a medição em altavelocidade.
VANTAGENS
A vantagem do sistema de medição de irregularidades de superfícieproposto é que a medição é realizada de forma geométrica em função da posição aolongo da superfície e não depende da velocidade do sistema de medição.
O sistema de medição de irregularidades de superfície tem a vantagem deser simples com apenas uma parte em movimento que é a estrutura secundária (2), ummedidor de deslocamento (8) e permite a medição em alta velocidade devido aos doissistemas de suspensão inercial elástico e dissipativo (7).
O sistema de medição de irregularidades de superfície proposto se baseiaem cotas verticais da superfície e não depende da resposta dinâmica dos movimentos doveículo, podendo, portanto operar em qualquer velocidade.
O sistema de medição de irregularidades de superfície proposto medediretamente a cota-vertical apenas da trilha percorrida pelas rodas (3, 4 e 5) comvantagem em relação aos sistemas inerciais amparados por veículo que se apóia emquatro pontos da superfície sendo uma referencia média.
O tratamento do sinal da medição tem a vantagem de ser simples pelofato de considerar o referencial móvel descrito pela estrutura rígida principal (1) eamostrar apenas uma variável correspondente à posição vertical da roda central (4)medida pelo medidor de deslocamento (8).
O sistema de medição de irregularidades de superfície proposto tem avantagem de permitir a inscrição em curvas devido à articulação das rodas (3 e 5) semprejuízo da medição. O sistema de medição de irregularidades de superfície propostopossui estabilidade dinâmica devido ao dois sistemas de suspensão inercial elástico edissipativo (7) para medição em alta velocidade quando rebocado por veículo automotorpela conexão de arraste (12), garantindo alta produtividade do sistema de medição.
O sistema de medição de irregularidades de superfície proposto tem,portanto, a vantagem de realizar medição em linha reta e em curva sem perda dequalidade. Pode realizar as medições em alta velocidade sem perda de qualidade dasmedições devido aos dois sistemas de suspensão inercial elástico e dissipativo (7)utilizados e permite a operação em velocidade variável.
Claims (10)
1. "SISTEMA DE MEDIÇÃO DE IRREGULARIDADES DE SUPERFÍCIE" baseadono método de medida em três pontos referenciado composto por uma estruturarígida principal (1) com três rodas (3, 4 e 5) sendo caracterizado por ter umaestrutura rígida principal (1) que forma um sistema de referencia móvel, necessáriopara a identificação da cota vertical da superfície, composto por uma estruturasecundária (2) que suporta a roda central (4) e que se movimenta em relação àestrutura principal (1)
2. "SISTEMA DE MEDIÇÃO DE IRREGULARIDADES DE SUPERFÍCIE"conforme mencionado acima, composto por uma estrutura secundária (2) ligada noeixo de articulação (14) que permite o movimento relativo da roda central (4) emrelação à estrutura principal (1), caracterizado por um sistema de suspensão elástico(6) entre a estrutura secundária (2) e a estrutura rígida principal (1) de forma agarantir o contato permanente da roda central (4) ao pavimento
3. "SISTEMA DE MEDIÇÃO DE IRREGULARIDADES DE SUPERFÍCIE"conforme mencionado acima, caracterizada pela composição de dois sistemas desuspensão inercial elástico e dissipativo (7) solidários com a estrutura rígidaprincipal (1) de forma a garantir o contato permanente das rodas dianteira (3) etraseira (5) ao pavimento e realiza a medida pelo método de cota vertical em trêspontos correspondente às roda dianteira (3), roda central (4) e roda traseira (5)através de um sistema de condicionamento (15), sistema digital de amostragem dedados (16) e computador portátil (17) para armazenagem de informações digitais emmemória do computador portátil (17)
4. "SISTEMA DE MEDIÇÃO DE IRREGULARIDADES DE SUPERFÍCIE"conforme mencionado acima, realiza a medição na forma de amostras da cotavertical caracterizada por um medidor de deslocamento (8) de alta precisão ouqualquer outro tipo de sensor de movimento de translação, vinculado com osmovimentos verticais da roda central (4) solidária à estrutura secundária (2) que semovimenta em relação à estrutura rígida principal (1) realizando a medição pelosistema de amostragem de dados (16) da variação da cota vertical da roda central (4)e que armazena as amostras medidas de cota vertical na forma digital em memóriade computador portátil (17) ou qualquer outro tipo de sistema de amostragem earmazenamento de informações digitais
5. "SISTEMA DE MEDIÇÃO DE IRREGULARIDADES DE SUPERFÍCIE"conforme mencionado acima, caracterizado por possuir um gerador de pulsos dotipo tacográfico (9) instalado na roda central (4) ou qualquer outro tipo de sensor derotação e que realiza a medição de forma repetitiva em função da distânciapercorrida segundo a informação tacográfica produzida pelo gerador de pulsos dotipo tacográfico (9), ou seja, possui um gerador de pulsos do tipo tacográfico (9) queopera de forma proporcional à distância percorrida
6. "SISTEMA DE MEDIÇÃO DE IRREGULARIDADES DE SUPERFÍCIE"conforme mencionado acima, caracterizado por possuir um gerador de pulsos dotipo tacográfico (9) instalado na roda central (4) ou qualquer outro tipo de sensor derotação para determinar a velocidade de movimento do sistema e que usa o geradorde pulsos do tipo tacográfico (9) para determinar a distância percorrida pelo sistemao que permite que a medição seja independente da velocidade de tráfego e que poderealizar a medição em alta velocidade sem perda de qualidade
7. "SISTEMA DE MEDIÇÃO DE IRREGULARIDADES DE SUPERFÍCIE"conforme mencionado acima, é caracterizado por ser conduzido em linha reta oupercorrer curvas sem prejuízo da amostragem da geometria da superfície
8. "SISTEMA DE MEDIÇÃO DE IRREGULARIDADES DE SUPERFÍCIE"conforme mencionado acima, onde a roda dianteira (3) e traseira (5) direcionais sãointerligadas por um cabo flexível (10) caracterizado pela garantia do movimentorelativo adequado entre as rodas direcionais para efeito de inscrição adequada dacurva e se movimentam de forma oposta e ponderada pela distância que as separa daroda central (4)
9. "SISTEMA DE MEDIÇÃO DE IRREGULARIDADES DE SUPERFÍCIE"conforme mencionado acima, onde a estrutura rígida principal (1) é rebocada poruma peça caracterizada por uma barra de acoplamento e arraste (11) com umveiculo propulsor, esta ligação é realizada por uma conexão de arraste (12) do tipocardan onde barra de acoplamento e arraste (11), roda dianteira (3) e a estruturarígida principal (1), são arrastadas por um eixo dianteiro (13)
10. "SISTEMA DE MEDIÇÃO DE IRREGULARIDADES DE SUPERFÍCIE"conforme mencionado acima, é caracterizado pela estabilidade dinâmica paramedidas em alta velocidade sem perda de qualidade da medição, quando rebocadopor veículo automotor, garantindo alta produtividade do sistema de medição deirregularidades de superfície.
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