CN110887783A

CN110887783A - 横向力摩擦系数校验系统、校准方法及重复性试验方法

Info

Publication number: CN110887783A
Application number: CN201911199421.0A
Authority: CN
Inventors: 刘璐; 陈磊; 蔡嘉程; 荆根强; 郭鸿博; 张冰; 苗娜
Original assignee: Research Institute of Highway Ministry of Transport
Current assignee: Research Institute of Highway Ministry of Transport
Priority date: 2019-11-29
Filing date: 2019-11-29
Publication date: 2020-03-17

Abstract

本发明公开了一种横向力摩擦系数校验系统、校准方法及重复性试验方法，校验系统包括：置于待校验的测试轮下方用于模拟行驶中的路面的路面模拟装置、设置于路面行驶装置上的标准传感器以及测试仪；待校验的测试轮在路面模拟装置的驱动下转动进而模拟测试轮在路面上行驶的状态，标准传感器通过测试轮与路面模拟装置之间的力矩测量测试轮受到路面模拟装置驱动时的横向力摩擦系数的标准数据，测试仪分别与路面模拟装置、待校验的所述测试轮以及标准传感器数据连接以控制校验过程并获取校验结果。本发明的校验系统不受外界采集环境的影响，不仅提高了测量精度，也提高了测量效率。

Description

横向力摩擦系数校验系统、校准方法及重复性试验方法

技术领域

本发明涉及力学特性测试试验技术领域，尤其涉及一种用于校验单轮式横向力摩擦系数测试轮的校验系统、校准方法及重复性试验方法。

背景技术

SFC值，即横向力系数，是路面动态摩擦系数的一种，是评价路面抗滑性能最重要的指标之一。

目前，本领域技术人员通常采用单轮式横向力系数测试仪测定路面的SFC值，具体的，是指与行车方向成20°偏角的测定轮以一定速度行驶时，专用轮胎与潮湿路面之间的测试轮产生轴向摩擦阻力，轴向摩擦阻力与垂直荷载的比值就是SFC值。测定测试车行驶过程中的横向力，利用测试轮的竖向荷载力能够计算得到路面的SFC值，即可表征车辆制动距离的长短，还能体现路面防止车辆发生侧滑的能力。

单轮式横向力系数测试仪的在动态测试中的影响因素很多，其重复性的校准会受到路面环境等因素的影响，且无法对其SFC输出值的准确性进行反映，影响了对路面抗滑性能的评价。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种横向力摩擦系数校验系统、校准方法及重复性试验方法，对单轮式横向力摩擦系数测试轮进行校准和重复性试验。

根据本发明的一个方面，提供了一种横向力摩擦系数校验系统，包括：置于待校验的测试轮下方用于模拟行驶中的路面的路面模拟装置、设置于路面行驶装置上的标准传感器以及测试仪；待校验的测试轮在路面模拟装置的驱动下转动进而模拟测试轮在路面上行驶的状态，标准传感器通过测试轮与路面模拟装置之间的力矩测量测试轮受到路面模拟装置驱动时的横向力摩擦系数的标准数据，测试仪分别与路面模拟装置、待校验的测试轮以及标准传感器数据连接以控制校验过程并获取校验结果。

可选择地，路面模拟装置包括：基座，基座水平放置；链轮结构，链轮结构设置于基座上，链轮结构在基座上传动；承载板，承载板铺设于链轮结构上，链轮结构传送时承载板形成匀速平面进而模拟待测试的测试轮的行驶路面；驱动装置，驱动装置与链轮结构连接用于驱动路面模拟机构传动。

可选择地，校验系统进一步包括支撑结构，支撑结构设置于路面模拟装置的基座上，支撑机构位于承载板下方，支撑机构的高度与承载板等高或略低于承载板的高度以防止承载板受到测试轮的压力向下移动。

可选择地，标准传感器设置于路面模拟装置的基座的底面，标准传感器分别读取测试轮向承载板施加的竖向荷载以及承载板对测试轮产生的横向摩擦力，标准传感器将测量得到的竖向荷载和横向摩擦力分别转换成压电信号并传输给测试仪，测试仪根据竖向荷载和横向摩擦力计算得出横向摩擦系数的标准数据。

根据本发明的另一个方面，提供了一种横向力摩擦系数的校准方法，在本发明的横向力摩擦系数校验系统中校准，校准方法包括以下步骤：

a)将待测试的测试轮置于路面模拟装置上，路面模拟装置驱动测试轮转动。

b)测试仪获取测试轮在预定时间的测试数值作为横向力摩擦系数的待校准数据；测试试仪获取标准传感器在预定时间的测试数值作为横向力摩擦系数的标准数据。

c)将横向力摩擦系数的待校准数据与标准数据进行比较得到比较结果。

d)根据比较结果更新测试轮的测试数值作为测试轮的校准数值。

可选择地，步骤c之后，步骤d之前，进一步包括：将比较结果与测试仪预先设置的标准差值比较，比较结果在标准差值范围内则校准停止，比较结果超出标准差值则进入步骤d。

可选择地，步骤d校准完成后重复步骤a-d，直到步骤c之后比较结果在标准差值内，停止校准。

根据本发明的再一个方面，提供了一种横向力摩擦系数的重复性试验方法，在本发明的横向力摩擦系数校验系统中进行试验，重复性试验方法，包括以下步骤：

S1将待测试的测试轮置于路面模拟装置上，路面模拟装置驱动测试轮转动。

S2测试轮在路面模拟装置上按照预定速度旋转一段时间后，在第一预定时间获取测试轮检测的横向力摩擦系数的测试数值，每间隔单位时间或每间隔单位距离记录一次测试轮的测试数值，得到一组测试数值组。

S3重复步骤S1、S2若干次，得到若干组测试数值组。

S4将若干组测试数值组进行横向对比，选取测试数值中离散程度最大的时间点或距离点，并根据此时间点或距离点的横向测试数值计算变异系数Cv。

可选择地，步骤S4中：变异系数Cv的计算公式如下：

其中，S为标准差，

为平均值。

可选择地，步骤S2中，测试轮在路面模拟装置上按照预定速度旋转一段时间后，测试仪设定试验时间段，在设定时间段内设定若干个时间点定时读取测试轮的测试数值，得到一组测试数值组并存储于测试仪中。

本发明的校验系统为测试轮提供了测试路面模拟，无需在测试路段进行动态测试，只需处于固定的位置即可进行动态的测试及校验，将路面模拟装置模拟的匀速平面置于测试轮下方，通过承载板的传动带动测试轮的旋转，即可模拟测试轮在路面行驶。

本发明校验系统可用于对路面横向力系数测试轮的校准，不受外界采集环境的影响，不仅提高了测量精度，也提高了测量效率；还可以用于对单轮式横向力系数测试轮进行检定，通过承载板传动的方式带动测试轮并输出横向摩擦力系数测值，有效地评估横向摩擦力系数测值的重复性和准确性，保证了测量结果的准确性，为评估测试轮的稳定性提供了更准确的参考。

本发明的校准方法，测试轮在承载板上的运动产生竖向和横向两个方向的力值，为标准传感器提供了激励信号，同时标准传感器也会对相同的驱动源的力值信号进行输出，通过传感器的输出信号的计算与测试轮的测试数值比较，完成对测试轮的校准。

本发明通过通过模拟匀速路面带动测试轮模拟路面行驶，实现对横向摩擦系数的重复性试验，无需在道路现场进行动态测试，无需收到环境因素影响，在静态的情况下即可得到准确的试验结果，有效的提高了工作效率，尤其适用于大量集中的测试轮检测当中。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明的横向力摩擦系数校验系统的示意图；

图2示出了本发明的横向力摩擦系数校验系统的侧视图；

图3示出了本发明的横向力摩擦系数校验系统的俯视图。

图4示出了本发明的横向力摩擦系数的校准方法的流程图。

图5示出了本发明的横向力摩擦系数的重复性试验方法的流程图。

附图标记：1、测试轮；2、标准传感器；3、驱动装置；4、承载板；5、测试仪；6、基座；7、链轮结构；8、控制系统。

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，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征向量可以相互任意组合。

如图1-3所示，一种横向力摩擦系数校验系统，包括：置于待校验的测试轮1下方用于模拟行驶中的路面的路面模拟装置、设置于路面行驶装置上的标准传感器2以及测试仪4；待校验的测试轮1在路面模拟装置的驱动下转动进而模拟测试轮1在路面上行驶的状态，标准传感器2通过测试轮1与路面模拟装置之间的力矩测量测试轮1受到路面模拟装置驱动时的横向力摩擦系数的标准数据，测试仪4分别与路面模拟装置、待校验的测试轮1以及标准传感器2数据连接以控制校验过程并获取校验结果。其中，测试仪5内安装有校准程序和试验程序。

如图1-3所示，路面模拟装置包括：基座6，基座6水平放置；链轮结构7，链轮结构7设置于基座6上，链轮结构7在基座6上传动；承载板4，承载板4铺设于链轮结构7上，链轮结构7传送时承载板4形成匀速平面进而模拟待测试的测试轮1的行驶路面；驱动装置3，驱动装置3与链轮结构7连接用于驱动路面模拟机构传动。其中，驱动装置3与控制系统8连接，控制系统8通过驱动装置3进而控制链轮结构7的传送状态，在实际应用过程中，驱动装置3可以为电机，优选变速电机。例如，驱动装置3可以为额定电压380V，输出功率5.6kW，额定转速1980r/min的电机。

优选地，路面模拟装置的承载板4的表面设置有一个为了在方便承载平面上添加模拟材料的焊接螺母，在此条件下，可在承载板4表面设置不同摩擦系数的材料，测试轮1可在路面模拟装置对不同摩擦系数的路面材料的横向摩擦系数进行测试。

优选地，校验系统进一步包括支撑结构，支撑结构设置于路面模拟装置的基座6上，支撑机构位于承载板4下方，支撑机构的高度与承载板4等高或略低于承载板4的高度以防止承载板4受到测试轮1的压力向下移动。

如图1所示，标准传感器设置与路面模拟装置的基座6的底面，标准传感器2分别读取测试轮1向承载板4施加的竖向荷载以及承载板4对测试轮1产生的横向摩擦力，标准传感器2将测量得到的竖向荷载和横向摩擦力分别转换成压电信号并传输给测试仪4，测试仪4根据竖向荷载和横向摩擦力计算得出横向摩擦系数的标准数据。

优选地，基座6通过膨胀螺栓固定在地面防止校准过程中产生震动。

如图4所示，一种横向力摩擦系数的校准方法，包括以下步骤：

a)将测试轮置于工作原位，启动路面模拟装置，路面模拟装置以预定速度匀速传送形成匀速平面后，缓慢将测试轮降下直到测试轮的重量完全施加到路面模拟装置上，测试轮在路面模拟装置形成的匀速平面的驱动下旋转。

b)测试仪获取测试轮在预定时间的测试数值作为横向力摩擦系数的待校准数据SFC_待校准；测试试仪获取标准传感器在预定时间的测试数值作为横向力摩擦系数的标准数据SFC_标准。

c)将横向力摩擦系数的待校准数据与标准数据SFC_标准进行比较得到比较结果SFC_标准-SFC_待校准。

d)将比较结果SFC_标准-SFC_待校准与测试仪预先设置的标准差值a比较，比较结果在标准差值范围内则校准停止，比较结果超出标准差值则进入步骤e。

e)根据比较结果SFC_标准-SFC_待校准更新测试轮的测试数值作为测试轮的校准数值SFC_校准。

f)步骤e校准完成后重复步骤a-e，直到步骤c之后比较结果SFC_标准-SFC_待校准在标准差值a的范围内，停止校准。

如图5所示，一种横向力摩擦系数的重复性试验方法，包括以下步骤：

S1将测试轮置于工作原位，启动路面模拟装置，路面模拟装置以预定速度匀速传送形成匀速平面后，缓慢将测试轮降下直到测试轮的重量完全施加到路面模拟装置上，测试轮在路面模拟装置形成的匀速平面的驱动下旋转；

S2测试轮在路面模拟装置上按照预定速度旋转一段时间后，测试仪设定试验时间段，在设定时间段内设定若干个时间点定时读取测试轮的测试数值，得到一组测试数值组并存储于测试仪中。

S3重复步骤S1、S2若干次，得到若干组测试数值组。

S4将若干组测试数值组进行横向对比，选取测试数值中离散程度最大的时间点或距离点，并根据此时间点或距离点的横向测试数值计算变异系数C_v。

其中，步骤S4中：变异系数C_v的计算公式如下：

其中，S为标准差，

为平均值。

作为本发明的一个非限制性实施方式一，本发明的单轮式横向力摩擦系数重复性校准系统的方法以时间为单位测量。

驱动链轮结构传动进而带动承载板以预定速度匀速传送形成匀速平面，匀速平面的传送速度为50km/h，将测试轮置于工作原位，缓慢将测试轮降下直到测试轮的重量完全施加到承载板上，测试轮在承载板形成的匀速平面的驱动下旋转。

测试轮在路面模拟装置上按照50km/h旋转一段时间后，测试仪在预定时间开始测试，每间隔10s测试一次，连续测5次，得到第一组测试轮的测试数值组SFC¹ ₁₀、SFC¹ ₂₀、SFC¹ ₂₀、SFC¹ ₄₀、SFC¹ ₅₀，第一组测试数值存储在测试仪中。重复以上步骤5次，得到5组测试数值组，如表1所示。

表1本发明的重复性试验的测试数值组

	第一组	第二组	第三组	第四组	第五组
						t10	SFC<sup>1</sup><sub>10</sub>	SFC<sup>2</sup><sub>10</sub>	SFC<sup>3</sup><sub>10</sub>	SFC<sup>4</sup><sub>10</sub>	SFC<sup>5</sup><sub>10</sub>
t 20	SFC<sup>1</sup><sub>20</sub>	SFC<sup>2</sup><sub>20</sub>	SFC<sup>3</sup><sub>20</sub>	SFC<sup>4</sup><sub>20</sub>	SFC<sup>5</sup><sub>20</sub>
						t 30	SFC<sup>1</sup><sub>30</sub>	SFC<sup>2</sup><sub>30</sub>	SFC<sup>3</sup><sub>30</sub>	SFC<sup>4</sup><sub>30</sub>	SFC<sup>5</sup><sub>30</sub>
t 40	SFC<sup>1</sup><sub>40</sub>	SFC<sup>2</sup><sub>40</sub>	SFC<sup>3</sup><sub>40</sub>	SFC<sup>4</sup><sub>40</sub>	SFC<sup>5</sup><sub>40</sub>
						t 50	SFC<sup>1</sup><sub>50</sub>	SFC<sup>2</sup><sub>50</sub>	SFC<sup>3</sup><sub>50</sub>	SFC<sup>4</sup><sub>50</sub>	SFC<sup>5</sup><sub>50</sub>

将测试数值组进行横向对比，选取测试数值中离散程度最大的时间点或距离点，并根据此时间点或距离点的横向测试数值计算变异系数C_v。例如，当t 20的5组测试数值离散程度最大，变异系数C_v的计算公式如下：

其中，S为SFC¹ ₂₀、SFC² ₂₀、SFC³ ₂₀、SFC⁴ ₂₀、SFC⁵ ₂₀的标准差，

为SFC¹ ₂₀、SFC² ₂₀、SFC³ ₂₀、SFC⁴ ₂₀、SFC⁵ ₂₀的平均值。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，仅仅参照较佳实施例对本发明进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种横向力摩擦系数校验系统，其特征在于，包括：置于待校验的测试轮(1)下方用于模拟行驶中的路面的路面模拟装置、设置于所述路面行驶装置上的标准传感器(2)以及测试仪(4)；

待校验的所述测试轮(1)在所述路面模拟装置的驱动下转动进而模拟所述测试轮(1)在路面上行驶的状态，所述标准传感器(2)通过所述测试轮(1)与路面模拟装置之间的力矩测量所述测试轮(1)受到所述路面模拟装置驱动时的横向力摩擦系数的标准数据，所述测试仪(4)分别与所述路面模拟装置、待校验的所述测试轮(1)以及所述标准传感器(2)数据连接以控制校验过程并获取校验结果。

2.如权利要求1所述的横向力摩擦系数校验系统，其特征在于，所述路面模拟装置包括：

基座(6)，所述基座(6)水平放置；

链轮结构(7)，所述链轮结构(7)设置于所述基座(6)上，所述链轮结构(7)在所述基座(6)上传动；

承载板(4)，所述承载板(4)铺设于所述链轮结构(7)上，所述链轮结构(7)传送时所述承载板(4)形成匀速平面进而模拟待测试的测试轮(1)的行驶路面；

驱动装置(3)，所述驱动装置(3)与所述链轮结构(7)连接用于驱动所述路面模拟机构传动。

3.如权利要求2所述的横向力摩擦系数校验系统，其特征在于，所述校验系统进一步包括支撑结构，所述支撑结构设置于所述路面模拟装置的所述基座(6)上，所述支撑机构位于所述承载板(4)下方，所述支撑机构的高度与所述承载板(4)等高或略低于所述承载板(4)的高度以防止所述承载板(4)受到所述测试轮(1)的压力向下移动。

4.如权利要求2所述的横向力摩擦系数校验系统，其特征在于，所述标准传感器(2)设置于所述路面模拟装置的所述基座(6)的底面，所述标准传感器(2)分别读取所述测试轮(1)向所述承载板(4)施加的竖向荷载以及所述承载板(4)对所述测试轮(1)产生的横向摩擦力，所述标准传感器(2)将测量得到的竖向荷载和横向摩擦力分别转换成压电信号并传输给所述测试仪(4)，所述测试仪(4)根据所述竖向荷载和所述横向摩擦力计算得出所述横向摩擦系数的标准数据。

5.一种横向力摩擦系数的校准方法，其特征在于，在如权利要求1～4中任一项所述的横向力摩擦系数校验系统中校准，所述校准方法包括以下步骤：

a)将待测试的测试轮置于路面模拟装置上，所述路面模拟装置驱动所述测试轮转动；

b)测试仪获取测试轮在预定时间的测试数值作为横向力摩擦系数的待校准数据；测试试仪获取标准传感器在预定时间的测试数值作为横向力摩擦系数的标准数据；

c)将横向力摩擦系数的待校准数据与标准数据进行比较得到比较结果；

d)根据比较结果更新所述测试轮的测试数值作为所述测试轮的校准数值。

6.如权利要求5所述的横向力摩擦系数的校准方法，其特征在于，步骤c之后，步骤d之前，进一步包括：将所述比较结果与所述测试仪预先设置的标准差值比较，所述比较结果在所述标准差值范围内则校准停止，所述比较结果超出所述标准差值则进入步骤d。

7.如权利要求6所述的横向力摩擦系数的校准方法，其特征在于，步骤d校准完成后重复步骤a-d，直到步骤c之后所述比较结果在所述标准差值内，停止校准。

8.一种横向力摩擦系数的重复性试验方法，其特征在于，在权利要求1～4中任一项所述的横向力摩擦系数校验系统中进行试验，所述重复性试验方法，包括以下步骤：

S1将待测试的测试轮置于路面模拟装置上，所述路面模拟装置驱动所述测试轮转动；

S2测试轮在路面模拟装置上按照预定速度旋转一段时间后，在第一预定时间获取所述测试轮检测的横向力摩擦系数的测试数值，每间隔单位时间或每间隔单位距离记录一次测试轮的测试数值，得到一组测试数值组；

S3重复步骤S1、S2若干次，得到若干组测试数值组；

9.如权利要求8所述的横向力摩擦系数的重复性试验方法，其特征在于，步骤S4中：所述变异系数C_v的计算公式如下：

所述

其中，S为标准差，

为平均值。

10.如权利要求8所述的横向力摩擦系数的重复性试验方法，其特征在于，步骤S2中，所述测试轮在所述路面模拟装置上按照预定速度旋转一段时间后，所述测试仪设定试验时间段，在设定时间段内设定若干个时间点定时读取所述测试轮的测试数值，得到一组测试数值组并存储于所述测试仪中。