CN102156095B - 改进的路面滑度测量仪 - Google Patents

Abstract

一种改进的路面滑度测量仪，配备有置于路面上的测量轮和参考轮，测量轮和参考轮被安装到一个摆动框内，摆动框通过枢轴连接铰接在配备有多个支撑轮的支撑架上，测量轮和参考轮的轴线是水平的并且相互平行，当测量仪被拉动向前运动时测量轮和参考轮开始转动，参考轮以在路面上没有滑动地滚动的方式自由转动，而测量轮则借助液压减速机构，以不变的滑动率在路面上滚动的方式减速转动，通过测量施加在测量轮上使其减速转动的力偶矩，推算出路面滑度，测量仪还包括两个力传感器，位于摆动框两侧，设置在测量轮的轴线所在的水平平面P1和枢轴连接的两个重合的轴线所在的垂直平面P2的相交界处，用于测量施加在测量轮上的纵向反作用力。

Description

改进的路面滑度测量仪

技术领域

本发明是对FR8916834号专利的改进，该专利涉及一种例如公路或者机场跑道的路面的滑度测量仪，该路面滑度测量仪配备有放置在路面上的一个测量轮和一个参考轮，两个轮的轴是水平的而且互相平行，当该路面滑度测量仪被推动向前运动时两个轮开始转动，参考轮以在地面上不滑动地进行滚动的方式自由转动，而测量轮以不变的滑动率进行滚动的方式减速转动，于是可通过测量施加在测量轮上使其减速转动的力，推算出路面滑度。

背景技术

上述专利提出的测量仪对现有技术做了很大贡献，在现有技术的测量仪中，施加在测量轮上使其减速转动的力是借助机械装置而得到的，该机械装置由盘式制动器构成，以使测量轮保持不变的滑动率的方式受到控制，然而，上述专利提出的测量仪仍然存在不能辨别被测量路面上的污染物的缺点。

发明内容

因此本发明的目的在于提出一种与上述测量仪同种类型的测量仪，该测量仪另外能够测量轮在路面上移动时，检测到污染物的存在。

这些目的通过根据本发明改进的测量仪来达到，该测量仪配备有置于路面上的测量轮和参考轮，所述测量轮和参考轮被安装到一个摆动框内，该摆动框通过枢轴连接铰接在支撑架上，该支撑架配备有多个支撑轮，所述测量轮和参考轮的轴线是水平的并且相互平行，当测量仪被拉动向前运动时所述测量轮和参考轮开始转动，参考轮以在路面上没有滑动地滚动的方式自由转动，而测量轮则借助液压减速机构，以不变的滑动率在路面上滚动的方式减速转动，通过测量施加在测量轮上使其减速转动的力偶矩，推算出路面滑度，其特征在于，还包括两个力传感器，位于所述摆动框两侧，设置在测量轮的所述轴线所在的水平平面P1和所述枢轴连接的两个重合的轴线所在的垂直平面P2的相交处，用于测量施加在所述测量轮上的纵向反作用力。

这样，在给测量仪增加测量施加在测量轮上的纵向防作用力的能力时，我们还能够用其检测可能覆盖在测量仪经过的路面上的污染物的厚度。

在一个优选的实施方式中，每个所述力传感器位于所述水平平面P1上在连杆的底部和所述支撑架的构成限位件的部分之间，该连杆确保所述支撑架和摆动框在两个重合的轴线处进行所述枢轴连接。

有利地是，施加在所述测量轮上的所述减速转动力偶矩通过力偶矩传感器测量，该力偶矩传感器处于与所述测量轮转动连接的带有所述液压减速机构的传动链上。

优选地，该测量仪还包括比较装置，以比较所述力偶矩传感器所获得的减速转动力偶矩和所述力传感器所获得的所述纵向反作用力，如此量化出与测量轮的前进方向相反的拖拉力。

通常，所述测量仪具有独立的支撑架，这时支撑架构成挂钩在牵引车上的拖车。它也可被安装在一辆装配有支撑轮的机动车辆上，此时，它的支撑架为该机动车辆的底盘。

附图说明

本发明的其它特点和优点将通过下文参照附图对非限制性实施例的描述清楚地显示出来，图中：

图1是表示本发明的测量仪去掉了外壳，液压液体的主储罐以及支撑主储罐的框架也被略去的平面图。

图2是示意地表示图1中的测量仪的支撑架和摆动架之间的铰接连接的侧视图。

图3是用于图1的测量仪的电和液压线路图。

图4A和图4B表示根据本发明的测量仪分别驶过没有或有污染物的路面时，发挥作用的各种机械力。

图5表示的是以路面有水时为例的测量结果。

具体实施方式

图1所示的测量仪提供了一种单轴拖车的形式。该拖车包括：图中未示出的外壳，这个轴上的多个支撑轮2所支撑的支撑架1，支撑架1与中心摇杆3连接成一体，中心摇杆3挂钩在图中未示的牵引车上。每个支撑轮2都固定在自己的轴4上，轴4安装在摆动臂5上，摆动臂5通过水平的铰接轴6与支撑架1相连。在每个摆动臂5和支撑架1之间放置缓冲悬挂机构7。支撑架1呈长方形，具有中间大的空间部分，其中有第一摆动框8，第一摆动框8与支撑架1通过在两重合轴线处的枢轴连接进行铰接，轴线10-1相对的是第一摆动框8而另一个轴线10-2相对的是支撑架1，这两个轴线位于测量仪的前部的垂直平面内，而支撑轮2支撑的轴的轴线11则处于后方。

在第一摆动框8中、在两个支撑轮2的正中安装装有置于路面上的光滑轮胎的轮12，其绕着水平轴线13转动，水平轴线13与轴线11位于同一个垂直平面内。轮12通过轴14支撑，轴14安装到第一摆动框8内。在轴14上固定齿轮15，齿轮15通过开槽的同步齿形带16与另一齿轮17配合工作，齿轮17固定在轴18上，轴18与轴14平行，在第一摆动框8内转动。轴18通过力偶矩传感器19，与以同样方式安装的轴20配合工作，这两个轴18和20在一条直线上。固定在轴20上的齿轮21通过开槽的同步齿形带22与另一个齿轮23配合工作，齿轮23固定在液压伺服电动机24的轴上，液压伺服电动机24安装在第一摆动框8上。齿轮23和液压伺服电动机24的轴线与第一摆动框8铰接到支撑架1上的轴线中的一个结合在一起。发电机/转速计组合25固定在伺服电动机24上，发电机/转速计组合25伸出的轴与伺服电动机24的轴成对联接。

尽管如此，将注意的是，不能局限于这种配置，显然例如开槽的同步齿形带16可以直接分别通过齿轮15和齿轮23将轴14与液压伺服电动机24的轴成对联接。按照图中的情况，力偶矩传感器19将安装在连接液压伺服电动机24和齿轮23的轴上，置于液压伺服电动机24和齿轮23之间。另外，齿轮23和伺服电动机24的轴线也可以不与摆动框8铰接到支撑架1上的轴线中的一个结合在一起。

另一方面，第一摆动框8还装配有参考轮26，可以自由地绕着它的轴的轴线27转动，该轴通过吊架弹簧(图中未示)和在垂直平面内绕轴线50摆动的臂49连接到第一摆动框8上，臂49以使参考轮26与路面永久接触且不弹起的方式连接到第一摆动框8上。参考轮26的轴线27与支撑轴的轴线11处于同一垂直平面内。参考轮26与发电机/转速计组合28配合工作，置于路面上，为测量轮12提供参考转动速度，而且能够测量拖车驶过的距离。

再次将注意的是，不需要局限于这种配置，为每个支撑轮2配置发电机/转速计组合28，支撑轮2也可以被用作为测量轮12提供转动速度参考，这样做能够测量拖车驶过的距离。这个系统还有利地能够获得两个支撑轮2的转动速度的平均值，如此提供了参考转动速度的精确信息，特别是当测量仪沿曲线移动时。

根据本发明，在包含测量轮12的轴线13的水平平面P1和包含两个重合的轴线10-1和10-2的垂直平面P2的交界处，还在第一摆动框8两侧设置有两个力传感器54，用于测量支撑架1和第一摆动框8之间的纵向反作用力，量化与测量轮12前进的方向相反的拖拉力。更确切地说，支撑架1和第一摆动框8之间的连接是由置于平面P2上的两个连杆55实现，两个连杆55在第一摆动框8两侧，连杆55的一个端部形成连杆55的底部，直接在水平平面P1上的轴线10-1处与第一摆动框8铰接，连杆55的另一个端部形成了连杆55的头部，通过该另一个端部处的支撑框架56在轴线10-2处与支撑架1铰接。

在包含轴线13和轴线10-1的平面P1上，两个力传感器54中的每一个被设置在形成连杆55的底部的上述端部和与支撑架1连接的支撑框架56之间，支撑框架56在此构成限位件。这样，所有施加在测量轮12上的纵向反作用力被直接加到轴线10-1上，因此对应于两个力传感器54测得的力之和。

图3示出测量仪中应用的电和液压线路图的例子，本发明不以该例为限。用于向伺服电动机24提供液压液体的主储罐31被安装到第二摆动框(图中未示出)上，第二摆动框铰接在第一摆动框8上，其铰接轴线与将第一摆动框8铰接在支撑架1上的铰接轴线10-1和10-2相平行。主储罐31中的液体通过液压增压泵29保持承压状态(液体的压力值被压力限制器43限制在5巴之内)，液压增压泵29被支撑轮2中的一个通过两齿轮和开槽的同步齿形带30所带动。主储罐31由对称地处于测量轮12两侧的两个半部分构成，主储罐31作为将测量轮12压向路面的负载(100到200daN)中的大部分，这个负载是通过设置在第二摆动框和第一摆动框8之间的缓冲器(图中未示出)而加到测量轮12上的。至于参考轮26，没有给其施加任何具体负载。它受到它的吊架弹簧的相对弱的作用力而只是被置于路面上。

伺服电动机24受伺服阀32的控制，伺服阀32置于连接伺服电动机24和主储罐31的液压管道33上。伺服阀32本身通过流向控制阀34受控制模块35控制，控制模块35通过线路36和37接收由发电机/转速计组合25，28提供的分别代表测量轮12和参考轮26的转动速度的测量信号。流向控制阀34接收到来自液压泵38的高压(由于压力限制器44的作用液体压力不高于100巴)液体，液压泵38通过齿轮和同步齿形带39被支撑轮2带动，该支撑轮2与带动增压泵29的那个支撑轮2对称。液压泵38由辅储罐40提供液压液体，另外还有一条来自伺服电动机24的排液管41通到辅储罐40。与辅储罐40相对称地，还有另一个相同的辅储罐42安装到支撑架1上，辅储罐42确保向增压泵29供液。

为了优化系统的功能，考虑到液压电动机的特点是在开路状态下不可避免地存在剩余阻抗耦合，并且考虑到测量仪在一些因天气条件恶劣而著称的国家使用的可能性，在传动链中设置一个小功率的液压电动机51，以在测量到的摩擦系数低于0.15的情况下补偿前述的剩余阻抗耦合。液压电动机51通过机械传动装置52连接在主伺服电动机24的伸出的轴颈上(见图1)。

为了测量地面的滑度，我们使挂钩在牵引车上的拖车匀速前进。参考轮26自由转动，无滑动地在地面上滚动，转动速度与拖车前进的速度成比例，通过发电机/转速计组合28由控制模块35提供。相反，测量轮12同样在地面上滚动，但带有滑动，被伺服电动机24减速转动，测量轮12通过前面提到的传动链与伺服电动机24相连。测量轮12减速转动的程度受控制模块35的控制，控制模块35通过流向控制阀34作用于伺服阀32，方式是伺服电动机24向测量轮12施加一个减速转动力偶矩，以使在任何路面滑度状态下，测量轮12和参考轮26的转动速度的相对差保持在一个合适的常量，上述两转动速度通过发电机/转速计组合25和28由控制模块35提供。

在实际应用中，测量轮12的滑动率选为15％左右，该数值与在潮湿的路面被减速转动的轮子的摩擦系数相同。通过控制模块35的调节，很容易保持想要的所有滑动率值，也能够应对测量轮12因磨损而造成的直径减小。

对力偶矩的摩擦系数的测量是由力偶矩传感器19实现的，力偶矩传感器19设置在连接测量轮12和伺服电动机24的传动链上。事实上，力偶矩传感器19传送由伺服电动机24加到测量轮12的代表减速转动力偶矩的信号，减速转动力偶矩使测量轮12相对于参考轮26产生不变的滑动率。这样测出的力偶矩能直接确定力偶矩的摩擦系数，由测得的力偶矩推断的测量轮12在路面上所受的摩擦力和加在测量轮12上的垂直负载之间的比例是不变的。作为一个变型，我们可以借助安装在伺服电动机24的液压回路中的伺服阀32出口处的压力传感器45，实现对伺服电动机24产生的减速转动力偶矩的间接测量。事实上，在液压回路中的这个位置起控制作用的液体压力实际上与减速转动力偶矩相关，其函数关系可通过标定而确定。

至于纵向摩擦系数，则是借助于两个力传感器54和施加在测量轮12上的垂直负载而测量出来的。当路面没有污染物(雪，水和/或雪-水混合物)时，这个纵向摩擦系数等于力偶矩的摩擦系数(图4A)。相反，当测量仪驶过的路面上有这些污染物时，这两个系数之间的差异就可以被测量出来。这个差异是由于污染物产生拖拉力，拖拉力不同地影响了测量减速转动力偶矩的力偶矩传感器19和测量纵向反作用力的力传感器54(图4B)。这样，比较减速转动力偶矩的测量值和纵向反作用力的测量值就可以量化出与测量轮12的前进方向相反的拖拉力，其与测量轮12前面的污染物的厚度具有函数关系，如图5中的表格所示，所测得的水的深度是测量仪在潮湿路面上移动时记录的拖拉力的函数，移动速度是65km/h，测量轮的滑动率是15％。

测量信号有的由力偶矩传感器19发出，有的由压力传感器45发出，还有些来自力传感器54，均进入到封装电子模块46中，通过有线或无线的通信模块47，例如WiFi这种类型的，封装电子模块46将测量信号送到外部信息处理装置以便处理。封装电子模块46同样能够传送来自两个发电机/转速计组合28和25的信号。

所述测量仪以拖车的形式实现，同样可以安装在一辆机动载重车辆上。在这个变型中，支撑架1被取消，此时载重车辆的底盘起到支撑架1的作用。仅存摇摆框8，它要像铰接到拖车的支撑架1上时一样铰接到载重车辆的底盘上，也就是说通过多个连杆55进行连接。根据所使用的车辆的类型以及后桥是否存在，则测量轮12和参考轮26的水平轴线位于或不位于载重车辆的后轮的轴线所在的垂直平面。至于液压伺服电动机24和液压阀32的运转所需的机械和液压元件，则被安装到车辆上并被车辆自身的引擎驱动。

Claims (6)

1.一种改进的路面滑度测量仪，配备有置于路面上的测量轮(12)和参考轮(26)，所述测量轮和参考轮(12,26)被安装到一个摆动框(8)内，该摆动框(8)通过枢轴连接铰接在支撑架(1)上，该支撑架(1)配备有多个支撑轮(2)，所述测量轮和参考轮(12,26)的轴线(13,27)是水平的并且相互平行，当测量仪被拉动向前运动时所述测量轮和参考轮(12,26)开始转动，所述参考轮(26)以在路面上没有滑动地滚动的方式自由转动，而所述测量轮(12)则借助液压减速机构(24)，以不变的滑动率在路面上滚动的方式减速转动，通过测量施加在所述测量轮(12)上使其减速转动的力偶矩，推算出路面滑度，其特征在于：还包括两个力传感器(54)，位于所述摆动框(8)两侧，设置在所述测量轮(12)的所述轴线(13)所在的水平平面P1和所述枢轴连接的两个重合的轴线(10-1,12-2)所在的垂直平面P2的相交处，用于测量施加在所述测量轮(12)上的纵向反作用力；

在所述路面滑度测量仪中设置有液压电动机(51)，以在测量到的摩擦系数低于0.15的情况下补充剩余阻抗耦合；

所述液压电动机通过机械传动装置(52)连接在所述液压减速机构(24)的轴颈上。

2.根据权利要求1所述的改进的路面滑度测量仪，其特征在于，每个所述力传感器(54)在所述水平平面P1上置于连杆(55)的底部和所述支撑架(1)的形成限位件(56)的部分之间，该连杆(55)确保所述支撑架(1)和摆动框(8)在两个重合的轴线处进行所述枢轴连接。

3.根据权利要求1所述的改进的路面滑度测量仪，其特征在于，施加在所述测量轮(12)上的减速转动力偶矩通过力偶矩传感器(19)测量，力偶矩传感器(19)处于与所述测量轮转动连接的带有所述液压减速机构的传动链上。

4.根据权利要求2或3所述的改进的路面滑度测量仪，其特征在于，还包括比较装置(46)，以比较所述力偶矩传感器(19)所获得的所述减速转动力偶矩和所述力传感器(54)所获得的所述纵向反作用力，如此量化出与所述测量轮(12)的前进方向相反的拖拉力。

5.根据权利要求1所述的改进的路面滑度测量仪，其特征在于，所述支撑架(1)是独立的，可作为一辆可被挂钩到牵引车上的拖车。

6.根据权利要求1所述的改进的路面滑度测量仪，其特征在于，该改进的路面滑度测量仪被安装在一辆装配有支撑轮的机动车辆上，它的支撑架为该机动车辆的底盘。