CN201530980U

CN201530980U - 一种路面平整度检测装置

Info

Publication number: CN201530980U
Application number: CN2009201099786U
Authority: CN
Inventors: 李孝兵; 孙成来; 侯君辉
Original assignee: Beijing Luxing New Road Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Luxing New Road Technology Co Ltd
Priority date: 2009-07-13
Filing date: 2009-07-13
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2019-07-13

Abstract

本实用新型公开了一种路面平整度检测装置，包括：第一测距传感器、第二测距传感器及检测输出单元；所述第一测距传感器和第二测距传感器，用于分别输出各自测点距离地面的第一高程测量值和第二高程测量值；所述检测输出单元接收所述第一高程测量值和第二高程测量值，根据第二高程测量值对于第一高程测量值的修正，获得路面平整度信息并输出路面垂向高程值。根据本实用新型，能够在测量车车身发生倾斜时，仍能够准确测得路面的高程，以真实反映路面的平整度。

Description

一种路面平整度检测装置

技术领域

本实用新型涉及光电技术领域，更具体地说，涉及一种路面平整度检测装置。

背景技术

路面平整度是评价路面使用性能的重要指标之一，随着我国公路等级的不断提高，高等级公路网的日益完善，不良的路面平整度不仅影响道路行车安全，降低行车舒适度，增大行车噪音污染；而且增加车辆的运行费用(如增加油耗、降低行车速度、增加车辆机件磨损)，同时加速结构破坏，影响路面的使用年限，缩短养护周期。因此，如何对路面平整度进行检测评定，是当前一个十分重要的课题。

现有在路面平整度的测量中，通常采用准惯性基准测量系统。该测量系统通过固定在测量车车身上的一个激光传感器和一个加速度传感器的联合来测量公路路面的相对高程，进而通过世界银行46号文件的计算模型计算路面平整度。

但是，应用上述这种准惯性基准测量系统在山区进行路面平整度检测时，由于山区道路弯道多，拐弯半径小，检测车辆快速经过弯道时，车身会发生倾斜。因此，各传感器在倾斜状态下的输出值与实际情况相比会出现较大偏差，通过多次采集数据并计算后得到的路面相对高程值也会出现较大偏差，从而不能真实反映道路路面的平整度。

在目前与姿态相关的测量中，主要应用到以下几种传感器：陀螺仪、倾角仪和电子罗盘。

对于应用陀螺仪测量姿态角，主要有以下几个缺点：一般陀螺仪稳定性、重复性较差，随机漂移较大，另外陀螺仪在长时间工作时其温度累积误差会逐渐增大，甚至会严重影响角度的测试精度。在公路路面平整度检测中，由于测试全部是在户外以车载的方式进行，陀螺仪的使用环境较为恶劣，例如：工作温度可能从0摄氏度到近60摄氏度，并且需要连续快速的测量。因此，当陀螺仪在户外连续工作时，受到温度及其他因素的影响，陀螺仪测量的姿态角精度会大大降低。

倾角仪测量角度的精度较高，但是其响应频率较低，一般不超过30Hz，主要用于准静态情况下的测量。在公路路面平整度检测中，测试车辆的行驶速度通常较快，一般70～80Km/h，此时，倾角仪的响应频率不够，因而不能准确测量动态中的姿态角度。

电子罗盘仪的工作原理是测量地球磁场，其分辨率和精度较低。另外，如果在使用的环境中有除地球以外的其他磁场且这些磁场无法有效的屏蔽时，那么电子罗盘的使用就有很大的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种路面平整度检测装置，在测量车车身发生倾斜时，能够准确测得路面的高程，以真实反映路面的平整度。

本实用新型实施例是这样实现的：

一种路面平整度检测装置，包括：第一测距传感器、第二测距传感器及检测输出单元；

所述第一测距传感器和第二测距传感器，用于分别输出各自测点距离地面的第一高程测量值和第二高程测量值；

所述检测输出单元接收所述第一高程测量值和第二高程测量值，根据第二高程测量值对于第一高程测量值的修正，获得路面平整度信息并输出路面垂向高程值。

优选的，所述第一测距传感器连接有输出端连接所述检测输出单元的第一修正装置，所述第一修正装置用于修正所述第一高程测量值。

优选的，所述第一修正装置为加速度传感器。

优选的，所述第二测距传感器连接有输出端连接所述检测输出单元的第二修正装置，所述第二修正装置用于修正所述第二高程测量值。

优选的，所述第二修正装置为加速度传感器。

优选的，所述第一测距传感器和第二测距传感器垂直投射至地面，且各自测点距离地面的初始高程相等。

优选的，所述路面平整度信息具体包括：

所述路面平整度检测装置在测量车辆拐弯状态下产生的同地面间的横滚角。

优选的，所述路面平整度信息还包括：

在测量车辆加速状态下产生的同地面间的仰角；

和/或在测量车辆减速状态下产生的同地面间的俯角。

优选的，所述测距传感器包括：激光传感器。

同现有技术相比，本实用新型提供的技术方案具有以下优点和特点：

首先，通过在测量车使得安装该检测装置，由沿车身方向横向分布两个测距传感器测量车在拐弯时检测装置相对于路面的实时横滚角，通过计算来修正和补偿测量车在拐弯时车身发生的倾斜，计算得到真实的路面高程，因此能够准确反映路面平整度；

除此之外，当该检测装置内部的两个测距传感器沿车身纵向分布时，能够通过计算两激光传感器测得的高程差，得到测量车在加速、减速时检测装置分别相对于路面的仰角和俯角。通过计算来修正和补偿测量车在起步、刹车以及行驶过程中加减速时车身发生的倾斜，计算得到真实的路面高程，因此能够准确反映路面平整度。

附图说明

图1是本实用新型一种路面平整度检测装置实施例一的结构示意图；

图2是本实用新型另一种路面平整度检测装置实施例二的结构示意图；

图3是本实用新型测量及角度计算的数学模型示意图。

具体实施方式

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本实用新型结合示意图进行详细描述，在详述本实用新型实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本实用新型保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

本实用新型提供了一种路面平整度检测装置实施例一，参考图1，以方便在测量车车身发生倾斜时，仍能够准确测得路面的高程，真实反映路面的平整度。所述路面平整度检测装置具体包括：第一测距传感器101、第二测距传感器102及检测输出单元(图中未示出)；

所述第一测距传感器101和第二测距传感器102，用于分别输出各自测点距离地面的第一高程测量值和第二高程测量值；

本实用新型实施例采用第二测距传感器102测得的第二高程修正第一测距传感器101测得的第一高程，及时修正了当测量车辆在行驶过程中发生倾斜时测得的路面的垂向高程，尤其适用于山区道路的平整度检测。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

参考图2，示出了本实用新型中一种路面平整度检测装置实施例二的结构示意图，所述路面平整度检测装置具体包括：第一测距传感器101、第二测距传感器102及检测输出单元(图中未示出)；其中，所述第一测距传感器101连接有第一修正装置103，第一修正装置103的输出端连接所述检测输出单元，所述第一修正装置i103用于修正所述第一测距传感器101输出的第一高程测量值。

为了提高检测结果的精确度，所述第一测距传感器101和第二测距传感器102的横向间距固定，且各自测点距离地面初始高程相等。初始状态时，所述第一测距传感器101和第二测距传感器102垂直投射到地面方向，所述第一测距传感器101和第二测距传感器102检测到的距离地面的高程相同。

当应用本实用新型时，将该检测装置固定在测量车辆车体上，测试时，第一测距传感器101和第二测距传感器102始终监测距离路面高程。由于车体受路面平整度的影响，发生颠簸，这时第一测距传感器101测出的各自测点距离地面的高程值将出现误差，并不能真实反映出路面平整度。

为了纠正测量车体在竖直方向上由于车身颠簸而导致的距离路面高程测量值的误差，本领域技术人员可以在第一测距传感器101上设置第一修正装置103，如加速度传感器，第一修正装置103和第一测距传感器101同轴处于竖直方向上，由第一修正装置103修正所述第一测距传感器101输出的第一高程测量值。

当所述第一修正装置为加速度传感器(此处称为第一加速度传感器)时，所述修正过程可以简单介绍如下，对所述第一加速度传感器输出的加速度信号进行积分处理，一次积分输出速度信号、二次积分输出位移信号，这样就量化了车体受路面平整度影响产生的竖直方向上的震动位移，用该位移信号同第一测距传感器101输出的第一高程测量值进行互差，从而消除车体的震动位移，得到修正后的实际的第一高程测量值。这部分属于本领域技术人员所熟知的技术，本实用新型在此仅做简单介绍，不再进行赘述。此时，所述检测输出单元采集到的是第一高程测量值、第二高程测量值以及第一加速度传感器输出的第一震动位移值。

当测量车辆拐弯时，所述第一测距传感器101和第二测距传感器102会随测量车身发生倾斜，两路测距传感器对地面的投射也同时发生倾斜，由此造成两路测距传感器检测到的距离地面的高程值出现不同。此时，检测装置内部的检测输出单元经过内部运算，获得根据所述第一震动位移值修正后的第一高程测量值；随后，通过比较所述修正后的第一高程测量值和第二高程测量值之差，实时计算出车身发生倾斜的角度。利用此角度，可以修正和补偿车辆在拐弯时车身发生的倾斜造成的高程测量值的偏差。

本实施例所涉及的测量及角度计算的数学模型如图3所示，第二测距传感器102与第一测距传感器101的横向间距为L，所述第一测距传感器101和第二测距传感器102的投射在同一平面上。当车身发生倾斜时，例如测量车辆拐弯、行驶过程中加速、减速以及起步、停车时车身发生横向或纵向倾斜，所述第一测距传感器101、第二测距传感器102和第一修正装置103会随车身一起倾斜，此时所述第一测距传感器101和第二测距传感器102测得的高程值分别为H和H1，从图3中可以看出所述高程值H和H1已不是真实的测点距离地面的垂向高程值，如果直接应用所述高程值H和H1，将会对最终测量结果产生误差。

为了避免误差的产生，由图3可计算出检测装置发生倾斜的实际角度值α，该角度值也即测量车辆发生倾斜的角度值：

α＝arctg((H1-H)/L)；

利用角度值α，分别对所述第一测距传感器和第一加速度传感器的测量偏差进行修正：

1、对于第一加速度传感器的修正

参考上述图3，在车身发生倾斜时，通常意义上的第一加速度传感器的测量结果不能正确地反映由于车身倾斜对第一测距传感器101造成的震动位移。需要根据上述测得的倾斜角α，将第一加速度传感器的测量值修正到与地面垂直的方向上。

根据加速度传感器的检测原理，设加速度传感器测得的加速度值为a，对a进行积分，计算得出所述第一加速度传感器在竖直方向上的位移为l_a。

2、对于第一测距传感器101的修正

将倾斜角α引入到第一测距传感器101的修正中，经过修正，第一测距传感器101测得的路面高程H₀应为：H₀＝H·cosα-l_a。

H₀值即为实际的路面垂向高程值，从而通过H₀值可以了解路面的平整度。

所述检测输出单元还连接有外部显示输出装置，如显示屏或打印装置，可方便将得到的实际的路面垂向高程值实时提供给检测人员。

需要说明的是，上述实施例中所述的倾斜角α包括检测装置在测试车辆拐弯状态时产生的同地面间的横滚角、在测量车辆加速及起步状态下产生的同地面间的仰角和/或在测量车辆减速、停车状态下产生的同地面间的俯角。在测试所述横滚角时，应将所述第一测距传感器101和第二测距传感器102沿车身横向设置；而在测试俯角和仰角时，应将所述第一测距传感器101和第二测距传感器102沿车身纵向设置。本实用新型分别利用横向和纵向的高程修正，从而最终获得实际的垂向高程，因此能够提高路面平整度检测的精确度，从而准确反映路面平整度。在具体应用时，可将该检测装置安装在车身侧面或车头的横梁位置，本实用新型在此不做具体限定。

可见，本实用新型尤其适用于弯路较多或是上下坡路较多的山路，同传统检测装置相比，能够大大提高检测的准确性。

本实用新型中另一种路面平整度检测装置实施例三中，应用本实用新型技术方案时，为了进一步提高最终测量的精确度，本领域技术人员可以根据需要在第二测距传感器上同时设置第二修正装置，例如也为一加速度传感器，由第二修正装置修正所述第二测距传感器输出的第二高程测量值，进而利用修正之后的第二高程测量值进一步对第一高程测量值进行修正。

上述实施例中，所述的测距传感器可以为激光传感器，也可以为其他传感器。当使用激光传感器时，与前述陀螺仪、倾角仪、电子罗盘等方法相比较，激光传感器的采样频率较高，一般可达16KHz；同时，精度高，最小分辨率可达0.01mm，能够在具体检测的响应频率和精度方面满足实际的工况的需求。另外，激光传感器稳定性好，不会随温度和时间产生系统累积误差，可靠性高。

此外，在应用本实用新型技术方案时，还应注意以下应用环境对于测量结果的影响：

(1)路面清洁度的影响。

在路面平整度检测中，道路的表面清洁度对测量结果有着一定的影响。例如道路表面有树叶等垃圾或杂物时，当测试车行驶经过时，测试结果就有可能反映的是树叶表面的平整度值，而无法测得路面的真实平整度数据。

(2)在测试过程中，应尽量使测试车始终保持匀速状态。根据对检测结果的分析，该检测装置在50～80km的时速下测量结果更精确，所以在检测过程中，应维持正在测试的车道的畅通，减小车速的影响。

(3)当检测长坡路段时，应注意上下坡时数据的稳定性。对于本实用新型中的检测装置，其在下坡测得的平整度值一般略大于上坡测试的结果。为此，检测人员应掌握这个规律，以便在实际测试中的数据更为准确可靠。

(4)测试车在不同的载重下对测量结果也存在一定影响，主要由于不同的载重会影响轮胎的气压等原因，造成测试车横梁高程的变化，产生数据偏差。这就要求保证测试时车辆的荷载，一般仅由驾驶员和操作手两人为宜。

(5)在雨天或路面潮湿有水的情况下.不能进行检测。

以激光传感器为例，当路面有水时.激光发射到地面后会产生散射，因此测得的数据就不准确。其它各类仪器也普遍存在这个问题。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种路面平整度检测装置，其特征在于，包括：第一测距传感器、第二测距传感器及检测输出单元；

2.根据权利要求1所述的路面平整度检测装置，其特征在于，所述第一测距传感器连接有输出端连接所述检测输出单元的第一修正装置，所述第一修正装置用于修正所述第一高程测量值。

3.根据权利要求2所述的路面平整度检测装置，其特征在于，所述第一修正装置为加速度传感器。

4.根据权利要求1所述的路面平整度检测装置，其特征在于，所述第二测距传感器连接有输出端连接所述检测输出单元的第二修正装置，所述第二修正装置用于修正所述第二高程测量值。

5.根据权利要求4所述的路面平整度检测装置，其特征在于，所述第二修正装置为加速度传感器。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的路面平整度检测装置，其特征在于，所述测距传感器包括：激光传感器。