CN109029838A - 用于横向摩擦力校准的恒拉力牵引装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于横向摩擦力校准的恒拉力牵引装置，包括：牵引力模块、阻尼模块和牵引阻尼控制器；所述牵引阻尼控制器与所述牵引力模块连接，所述牵引力模块与测试车的牵引端连接，所述牵引阻尼控制器用于控制所述牵引力模块为所述测试车提供向前的牵引力；所述牵引阻尼控制器与所述阻尼模块连接，所述阻尼模块与所述测试车的轮轴连接，所述牵引阻尼控制器用于控制所述阻尼模块为所述测试车提供向后的阻尼力，达到使测试车收到恒定向前的拉力，进而保证向前恒定的速度，进而速度稳定增加，降低干扰信号对摩擦力测量数据的影响并增强数据稳定性，有助于准确提取真实的摩擦力数据的技术效果。
Description
技术领域
本发明涉及横向摩擦力检测技术领域，尤其是涉及一种用于横向摩擦 力校准的恒拉力牵引装置。
背景技术
路面抗滑是保障公路交通安全的重要措施。美国国家交通安全委员会 (NTSB)和联邦公路局(FHWA)的研究数据表明，大约13.5％的致命交 通事故发生在湿滑路面，而在全部交通事故中，因路面摩擦原因造成的交 通事故则高达25％。近年来，我国公路建设实现了跨越式的发展，高速公 路和国、省干线公路占整个国家公路网的比例不断提高，道路的平均行车 速度有了很大程度的提高。同时，交通事故数量也在不断增加，尤其是在 雨雪天气条件下，由于路面摩擦不足的所导致的交通事故，越来越得到公 路管理部门的重视。
摩擦系数是评定路面抗滑性能的重要指标，摩擦系数测定是评价和提 升道路行车安全性的一项重要的技术手段。双轮式横向摩擦系数测试系统 是一种连续、快速的测量路面横向摩擦系数的专用设备，主要用于新建、 改建路面工程的质量验收和正常行车条件下无严重坑槽、车辙等病害的沥 青路面或水泥混凝土路面横向摩擦系数的测定。
双轮式横向摩擦系数测试系统的工作原理为：当牵引车按一定的测试 速度牵引拖车行驶时，处于工作位置的两测试轮因夹角的存在而受到一个 向外的横向摩擦力，测量装置测量、换算得到此横向摩擦力，并与两测试 轮作用在地面上的垂直荷载相比，得到横向力摩擦系数。
然而，目前，在使用牵引车牵引法和人工牵引法的共同点是牵引速度 不稳定，拖车在运行过程中速度波动性大、存在较大的加速度，拖车反馈 到测试系统的数据存在严重的干扰信号且无规律可循，在后期计算过程中 无法准确提取真实的摩擦力数据。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于横向摩擦力校准的恒拉力 牵引装置，以缓解现有技术中存在的牵引速度不稳定，拖车在运行过程中 速度波动性大、存在较大的加速度，拖车反馈到测试系统的数据存在严重 的干扰信号且无规律可循，在后期计算过程中无法准确提取真实的摩擦力 数据的技术问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种用于横向摩擦力校准的恒拉力牵 引装置，包括：牵引力模块、阻尼模块和牵引阻尼控制器；
所述牵引阻尼控制器与所述牵引力模块连接，所述牵引力模块与测试 车的牵引端连接，所述牵引阻尼控制器用于控制所述牵引力模块为所述测 试车提供向前的牵引力；
所述牵引阻尼控制器与所述阻尼模块连接，所述阻尼模块与所述测试 车的轮轴连接，所述牵引阻尼控制器用于控制所述阻尼模块为所述测试车 提供向后的阻尼力。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方 式，其中，还包括：反馈模块和数据处理模块；
所述反馈模块设置于所述测试车上，用于采集实际牵引力值、实际阻 力值和实际速度值，并发送给所述数据处理模块；
所述数据处理模块用于根据所述实际牵引力值、所述实际阻力值和所 述实际速度值确定牵引力控制参数和阻尼控制参数，并将所述牵引力控制 参数和所述阻尼控制参数发送给所述牵引阻尼控制器，以使所述牵引阻尼 控制器利用所述牵引力控制参数修正所述牵引模块提供的牵引力，利用所 述阻尼控制参数修正所述阻尼模块提供的阻尼力。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方 式，其中，所述反馈模块包括：牵引力传感器、阻尼力传感器和速度传感 器；
所述牵引力传感器设置于所述牵引端处，用于采集所述牵引模块为所 述测试车提供牵引力的所述实际牵引力值；
所述阻尼力传感器设置于所述测试车的轮轴上，用于采集所述阻尼模 块为所述测试车提供阻尼力的所述实际阻力值；
所述速度传感器设置于所述测试车上，用于采集所述测试车的所述实 际速度值。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方 式，其中，还包括：导向模块；
所述导向模块，用于对所述轮轴的左右方向进行限位。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方 式，其中，所述导向模块包括：万向滚轮和设置于测试路面上的导槽；
所述万向滚轮安装于所述测试车的轮轴上，所述万向滚轮沿所述导槽 滚动。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方 式，其中，还包括：压力缓冲模块；
所述压力缓冲模块设置于所述万向滚轮的根部。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方 式，其中，所述牵引力大于或者等于19600牛顿；
所述阻尼力大于或者等于9800牛顿。
本发明实施例带来了以下有益效果：本发明实施例通过令所述牵引阻 尼控制器与所述牵引力模块连接，所述牵引力模块与测试车的牵引端连接， 所述牵引阻尼控制器用于控制所述牵引力模块为所述测试车提供向前的牵 引力；令所述牵引阻尼控制器与所述阻尼模块连接，所述阻尼模块与所述 测试车的轮轴连接，所述牵引阻尼控制器用于控制所述阻尼模块为所述测 试车提供向后的阻尼力。
本发明实施例通过牵引阻尼控制器控制牵引力模块为测试车提供恒定 向前的牵引力，通过牵引阻尼控制器控制阻尼模块为测试车提供恒定向后 的阻尼力，进而牵引力和阻尼力的合力与测试车受到的干扰力平衡，进而 保证向前恒定的速度，降低干扰力对摩擦力测量数据的影响并增强数据稳 定性，有助于准确提取真实的摩擦力数据。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从 说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其 他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实 施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下 面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍， 显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普 通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获 得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种用于横向摩擦力校准的恒拉力牵引装 置的一种结构示意图；
图2为本发明实施例中检测车所受到的牵引力、侧向合力和牵引力与 侧向分力的合力之间的关系；
图3为本发明实施例中检测车所受到的牵引力、左侧向分力和右向分 力的受力分析示意图；
图4为本发明实施例中检测车整体受力分析示意图；
图5为本发明实施例提供的一种用于横向摩擦力校准的恒拉力牵引装 置的另一种结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附 图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是 本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本 领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例， 都属于本发明保护的范围。
目前在使用牵引车牵引法和人工牵引法的共同点是牵引速度不稳定， 拖车在运行过程中速度波动性大、存在较大的加速度，拖车反馈到测试系 统的数据存在严重的干扰信号且无规律可循，在后期计算过程中无法准确 提取真实的摩擦力数据，基于此，本发明实施例提供的一种用于横向摩擦 力校准的恒拉力牵引装置，可以通过牵引阻尼控制器控制牵引力模块为测 试车提供恒定向前的牵引力，通过牵引阻尼控制器控制阻尼模块为测试车 提供恒定向后的牵引力，可以使测试车收到恒定向前的拉力，进而保证向 前恒定的加速度，进而速度稳定增加，降低干扰信号对摩擦力测量数据的 影响并增强数据稳定性，有助于准确提取真实的摩擦力数据。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种用于 横向摩擦力校准的恒拉力牵引装置进行详细介绍，如图1所示，所述用于 横向摩擦力校准的恒拉力牵引装置包括：牵引力模块11、阻尼模块12和牵 引阻尼控制器13；
所述牵引阻尼控制器13与所述牵引力模块11连接，所述牵引力模块 11与测试车的牵引端连接，所述牵引阻尼控制器13用于控制所述牵引力模 块11为所述测试车提供向前的牵引力；所述牵引阻尼控制器13与所述阻 尼模块12连接，所述阻尼模块12与所述测试车的轮轴连接，所述牵引阻 尼控制器13用于控制所述阻尼模块12为所述测试车提供向后的阻尼力。
考虑到双轮式横向力摩擦系数测试系统的质量分布和摩擦力产生特点， 本发明实施例采用较大的牵引力和阻力，力值远远大于双轮式横向力摩擦 系数车质量分布不均匀及测试面摩擦不均匀产生的杂散分力，从源头上极 大降低测试过程中双轮式横向力摩擦系数车外部力值干扰因素，保证拖车 运行的平稳性和速度的均匀性。示例性的，所述牵引力大于或者等于2000kg 力，也即：19600牛顿，力值精度不大于0.02％，所述阻尼力大于或者等于 1000kg力，也即：9800牛顿，力值精度不大于0.02％。
在牵引力值足够强大，牵引过程平稳的条件下，对拖车的运动方向进 行限位，实现拖车运行轨迹的一致性，可以保证摩擦计量过程标准面的统 一。
采用恒定牵引装置进行检测的基本原理：在牵引力和阻尼力的驱动力 值远远大于检测车质量分布不均匀和摩擦面不均匀引入的各项分力值(各 项分力值是在测量过程中测量环境引入的，是不确定的，量值大小、类型 随着环境的不同不所不同。比如在室外位移的测量过程中，风速、振动、 温度的影响在测量过程中会引入)时，检测车的运动状态直接取决于牵引 力和阻尼力值比较，从力学原理上提供了一种恒定拉力，这个恒定拉力与检测车受到的干扰力(干扰力指风速、振动、温度、摩擦力不均匀、质量 分布不均、受力点偏离重心方向等的影响在测量过程中会引入)相等，检 测车受力均衡，则可以保持恒定速度行驶，提高整个检测过程的准确性。
如图2所示，当检测车牵引力远远大于检测车质量分布不均匀引入的 侧向分力时，侧向合力(如图3所示的左侧向分力和右向分力的合力)可 以忽略不计，减小质量分布不均匀引入的侧向分力。
检测车牵引力远远大于检测车质量分布不均匀引入的侧向分力时，侧 向合力可以忽略不计，其原理在于：牵引力与侧向分力的合力与牵引力FW和侧向合力FC之间的关系如式(1)所示，
当牵引力FW？FC时，侧向合力FC的影响对牵引力影响不大可以忽略 不计，所以有牵引力与侧向分力的合力F′W＝FW，FW为牵引力。
如图4所示，当牵引力远远大于检测车摩擦面不均匀引入的摩擦波动 分力时，摩擦力波动引入的分力可以忽略不计，提高摩擦力测量精度。
通过加大力牵引力值和阻尼力值可以忽略摩擦力波力引入力值对测 量结果的影响其原理在于，如式(2)所示：
Fh＝FW-F′Z-f′m±fb＝0 式(2)
当FW？f′m？fb时，fb可以忽略不计，f′m可以较精度的提取出来，
表1
在本发明的又一实施例中，所述用于横向摩擦力校准的恒拉力牵引装 置还包括：反馈模块14和数据处理模块15；
所述反馈模块14设置于所述测试车上，用于采集实际牵引力值、实际 阻力值和实际速度值，并发送给所述数据处理模块15；
所述数据处理模块15用于根据所述实际牵引力值、所述实际阻力值和 所述实际速度值确定牵引力控制参数和阻尼控制参数，并将所述牵引力控 制参数和所述阻尼控制参数发送给所述牵引阻尼控制器13，以使所述牵引 阻尼控制器13利用所述牵引力控制参数修正所述牵引模块提供的牵引力， 利用所述阻尼控制参数修正所述阻尼模块12提供的阻尼力。
在本发明实施例中，所述反馈模块14包括：牵引力传感器、阻尼力传 感器和速度传感器；所述牵引力传感器设置于所述牵引端处，用于采集所 述牵引模块为所述测试车提供牵引力的所述实际牵引力值；所述阻尼力传 感器设置于所述测试车的轮轴上，用于采集所述阻尼模块12为所述测试车 提供阻尼力的所述实际阻力值；所述速度传感器设置于所述测试车上，用 于采集所述测试车的所述实际速度值。
在采集到所述实际牵引力值、实际阻力值和实际速度值后，可以通过 多通道A/D转换模块对传感器采集的数据进行转化。
基于牵引力系统和阻力系统的力值采集、力值曲线图分析方法、力值 反馈系统，对收集到的力值数据进行分析，进行数据计算，实时修正牵引 力和阻力。通过牵引力控制器的自动转向来提高测试系统行驶时的轨迹跟 踪性和操纵稳定性，牵引力控制器的应用可以使系统精确地跟踪指定轨迹。
理论上说测试车应该在预定的轨道上运行，但实际测试车加工，安装 过程中存在质点分布不均匀的问题，这个问题是实实在在存在也不可能彻 底解决的，只能采角有效的方法降低此项指标。如果质点分布不均匀或外 部空气、振动干扰测试车在行驶过程中必然发生轨道偏移，通过转角控制 器的实进监控实现驱动自动转向装置实时调整，达到测试车按预定轨道行 驶的目的。
在本发明的又一实施例中，所述用于横向摩擦力校准的恒拉力牵引装 置还包括：用于对所述轮轴的左右方向进行限位的导向模块16；所述导向 模块16包括：万向滚轮和设置于测试路面上的导槽；所述万向滚轮安装于 所述测试车的轮轴上，所述万向滚轮沿所述导槽滚动。
当相对横摆角过大时，牵引力控制器的导向模块和反馈模块通过控制 车轮转角使测试系统按照预设路径行驶，这样就有效地提高了系统工作稳 定性，并且控制器能很好地抑制参数不确定性的影响。
在本发明的又一实施例中，所述用于横向摩擦力校准的恒拉力牵引装 置还包括：还包括：压力缓冲模块；所述压力缓冲模块设置于所述万向滚 轮的根部，用于避免在横向摩擦力检测过程中产生阻力死区(阻力出现死 区使阻力无限增大，导致测试车无法运行或者部件损坏)，实现测线的一致 性。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述 描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过 程，在此不再赘述。
另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安 装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可 拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直 接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对 于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的 具体含义。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使 用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发 明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的 部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储 介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服 务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步 骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光 盘等各种可以存储程序代码的介质。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、 “右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所 示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示 或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作， 因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用 于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用 以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于 此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术 人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围 内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变 化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都 应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利 要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种用于横向摩擦力校准的恒拉力牵引装置，其特征在于，包括：牵引力模块、阻尼模块和牵引阻尼控制器；
所述牵引阻尼控制器与所述牵引力模块连接，所述牵引力模块与测试车的牵引端连接，所述牵引阻尼控制器用于控制所述牵引力模块为所述测试车提供向前的牵引力；
所述牵引阻尼控制器与所述阻尼模块连接，所述阻尼模块与所述测试车的轮轴连接，所述牵引阻尼控制器用于控制所述阻尼模块为所述测试车提供向后的阻尼力。
2.根据权利要求1所述的用于横向摩擦力校准的恒拉力牵引装置，其特征在于，还包括：反馈模块和数据处理模块；
所述反馈模块设置于所述测试车上，用于采集实际牵引力值、实际阻力值和实际速度值，并发送给所述数据处理模块；
所述数据处理模块用于根据所述实际牵引力值、所述实际阻力值和所述实际速度值确定牵引力控制参数和阻尼控制参数，并将所述牵引力控制参数和所述阻尼控制参数发送给所述牵引阻尼控制器，以使所述牵引阻尼控制器利用所述牵引力控制参数修正所述牵引模块提供的牵引力，利用所述阻尼控制参数修正所述阻尼模块提供的阻尼力。
3.根据权利要求2所述的用于横向摩擦力校准的恒拉力牵引装置，其特征在于，所述反馈模块包括：牵引力传感器、阻尼力传感器和速度传感器；
所述牵引力传感器设置于所述牵引端处，用于采集所述牵引模块为所述测试车提供牵引力的所述实际牵引力值；
所述阻尼力传感器设置于所述测试车的轮轴上，用于采集所述阻尼模块为所述测试车提供阻尼力的所述实际阻力值；
所述速度传感器设置于所述测试车上，用于采集所述测试车的所述实际速度值。
4.根据权利要求1至3任一所述的用于横向摩擦力校准的恒拉力牵引装置，其特征在于，还包括：导向模块；
所述导向模块，用于对所述轮轴的左右方向进行限位。
5.根据权利要求4所述的用于横向摩擦力校准的恒拉力牵引装置，其特征在于，所述导向模块包括：万向滚轮和设置于测试路面上的导槽；
所述万向滚轮安装于所述测试车的轮轴上，所述万向滚轮沿所述导槽滚动。
6.根据权利要求5所述的用于横向摩擦力校准的恒拉力牵引装置，其特征在于，还包括：压力缓冲模块；
所述压力缓冲模块设置于所述万向滚轮的根部。
7.根据权利要求6所述的用于横向摩擦力校准的恒拉力牵引装置，其特征在于，所述牵引力大于或者等于19600牛顿；
所述阻尼力大于或者等于9800牛顿。
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