RU2112829C1

RU2112829C1 - Device for measuring coefficient of adhesion between wheels of vehicle and pavement surface

Info

Publication number: RU2112829C1
Application number: RU96121810/28A
Authority: RU
Inventors: В.Г. Транквиллевский; В.В. Порубай; Г.Ф. Таранов
Original assignee: Акционерное общество "АвтоВАЗ"
Priority date: 1996-11-10
Filing date: 1996-11-10
Publication date: 1998-06-10

Abstract

FIELD: adhesion investigation instruments. SUBSTANCE: this relates to investigation of airfield and road pavements by mechanical means. Device is of simplified design and higher measuring accuracy. Device has carriage with body, setting wheels mounted on axle-shafts, and mechanical measuring system with measuring wheel, reducer, measuring wheel loading unit, measuring converter of braking force, and calculating unit. Device is also provided with unit for determining angle between surface of pavement and reducer. Axle-shafts of carriage are made oscillating and are pivotally connected with setting wheels. Measuring system is located in body of carriage and is independent from carriage suspension. It is connected with carriage body through pivoted joint. EFFECT: higher efficiency. 2 dwg

Description

Изобретение относится к средствам исследования материалов механическим способоом, а именно к средствам оценки коэффициента сцепления транспортного средства с поверхностью дорожного покрытия. The invention relates to means for studying materials by mechanical means, namely to means for assessing the coefficient of adhesion of a vehicle to the surface of the road surface.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство [1], которое представляет собой подвесной агрегат автомобиля, закрепленный на балке его заднего моста. Для определения искомой величины известное устройство содержит механическую измерительную систему с измерительными датчиками, преобразующими величины измеряемых сил в электрические сигналы, и электронный блок с регистрирующими устройствами, в котором указанные электрические сигналы преобразуются в искомую величину коэффициента сцепления. Механическая измерительная система представляет собой подвесной агрегат автомобиля, закрепленный на балке его заднего моста. Closest to the proposed invention is a device [1], which is a suspension unit of a car, mounted on a beam of its rear axle. To determine the desired value, the known device comprises a mechanical measuring system with measuring sensors that convert the magnitude of the measured forces into electrical signals, and an electronic unit with recording devices in which these electrical signals are converted to the desired magnitude of the coefficient of adhesion. The mechanical measuring system is a suspension unit of a vehicle mounted on a beam of its rear axle.

В механическую измерительную систему входят двухступенчатый цепной редуктор, размещенный в составном шарнирно сочлененном корпусе, измерительный датчик, установленный в ступице измерительного колеса, дифференциал и полуоси, размещенные в жесткой балке заднего моста, и задающие колеса, роль которых выполняет неведущие (опорные) колеса транспортного средства. The mechanical measuring system includes a two-stage chain reducer located in a composite articulated housing, a measuring sensor installed in the hub of the measuring wheel, a differential and half shafts located in the rigid beam of the rear axle, and driving wheels, which are played by non-driving (supporting) wheels of the vehicle .

Измерительный преобразователь, размещенный в ступице измерительного колеса и представляющий собой тензоизмерительную систему, измеряет величину усилий, действующих между измерительным колесом и корпусом редуктора в вертикальной и горизонтальной плоскостях. A measuring transducer located in the hub of the measuring wheel and representing a strain gauge system measures the magnitude of the forces acting between the measuring wheel and the gear housing in vertical and horizontal planes.

Нагружение измерительного колеса вертикальной силой осуществляется грузом, шарнирно закрепленным на кузове автомобиля и воздействующим на измерительное колесо через упругую стойку, корпус редуктора и ступицу измерительного колеса с измерительным датчиком.Нагружение измерительного колеса крутящим моментом, обеспечивающим ему заданную величину проскальзывания относительно поверхности дороги, осуществляется от задних колес автомобиля, размещенных на жесткой балке заднего моста, через полуоси, проходящие внутри этой балки, дифференциал, вращающийся относительно балки в подшипниках, и двухступенчатый цепной редуктор, ведущая звездочка которого закреплена на коробке дифференциала, и ведомая - на выходном валу редуктора, соединенном с измерительным колесом. The measuring wheel is loaded with vertical force by a load pivotally mounted on the car body and acting on the measuring wheel through an elastic strut, gear housing and measuring wheel hub with a measuring sensor. The measuring wheel is loaded with a torque that provides it with a predetermined slip value relative to the road surface from the rear car wheels placed on a rigid beam of the rear axle, through the axle shafts passing inside this beam, different IAL rotatable relative to the beam in bearings, and a two-stage reduction gear chain, the drive sprocket is fixed to a differential box and driven - at the output shaft gear coupled to the measuring wheel.

Недостатком известного устройства является сложность конструкции, заключающаяся в разделении корпуса редуктора на две части, сложности конструкции измерительной ступицы. Кроме того, известное устройство имеет сложную многозвенную силовую схему с тремя независимыми колебательными системами: кузовом, измерительной системой и измерительным колесом, что вызывает возникновение в измерительном канале трех независимых погрешностей, снижающих точность измерения. A disadvantage of the known device is the design complexity, which consists in dividing the gear housing into two parts, the design complexity of the measuring hub. In addition, the known device has a complex multi-link power circuit with three independent oscillatory systems: a body, a measuring system and a measuring wheel, which causes the appearance of three independent errors in the measuring channel, which reduce the measurement accuracy.

На точность измерения известного устройства влияет также и тот факт, что измерение горизонтальной силы осуществляется тензодатчиками, размещенными в ступице измерительного колеса, преобразующими в измеряемый сигнал величину деформации измерительных балок, которая пропорциональна величине горизонтальной и вертикальной сил. Однако деформация измерительных балок сопряжена с изменением положения измерительного колеса относительно несущего корпуса, а следовательно, возрастание измеряемой силы увеличивает отклонение плоскости вращения измерительного колеса от плоскости движения автомобиля, вызывающее возникновение в измерительной системе появление боковых сил, что вносит дополнительную погрешность в измеряемую величину. The accuracy of the measurement of the known device is also affected by the fact that the horizontal force is measured by load cells located in the hub of the measuring wheel, which transforms the measured beam deformation into the measured signal, which is proportional to the horizontal and vertical forces. However, the deformation of the measuring beams is associated with a change in the position of the measuring wheel relative to the bearing body, and therefore, an increase in the measured force increases the deviation of the plane of rotation of the measuring wheel from the plane of movement of the car, causing the appearance of lateral forces in the measuring system, which introduces an additional error in the measured value.

Задача изобретения направлена на упрощение конструкции и повышение точности измерения механической измерительной системы. The objective of the invention is aimed at simplifying the design and improving the measurement accuracy of a mechanical measuring system.

Для решения этой задачи предлагается конструкция, содержащая тележку с кузовом и установленными на полуосях задающими колесами и в которую введен узел определения угла между поверхностью дороги и редуктором, подключенный выходом к вычислительному блоку, полуоси тележки выполнены качающимися и соединены с задающими колесами шарнирно, измерительная система размещена на кузове тележки независимо от ее подвески и связана с кузовом посредством шарнирного соединения, имеющего вращательную степень свободы в плоскости движения тележки, и измерительного преобразователя, установленного с возможностью предотвращения поворота измерительной системы вокруг опорного шарнира. To solve this problem, a design is proposed that contains a trolley with a body and driving wheels mounted on the half shafts and into which an angle determination unit between the road surface and the gear is connected, connected to the computing unit by an output, the trolley shafts are pivoted and pivotally connected to the setting wheels, the measuring system is placed on the carriage body, regardless of its suspension, and is connected to the body by means of an articulation having a rotational degree of freedom in the plane of movement of the carriage, and Tonnage converter mounted for preventing rotation of the measuring system about the reference hinge.

Сравнение заявленного технического решения с уровнем техники по научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежных рубриках показывает, что совокупность существенных признаков заявленного решения не была известна, следовательно, оно соответствует условию патентноспособности "новизна". Comparison of the claimed technical solution with the prior art in scientific, technical and patent documentation on the priority date in the main and related sections shows that the set of essential features of the claimed solution was not known, therefore, it meets the patentability condition of “novelty”.

Анализ известных технических решений в данной области техники показал, что предложенное устройство имеет признаки, которые отсутствуют в известных технических решениях, а использование их в заявленной совокупности признаков дает возможность получить новый технический эффект, следовательно, предложенное техническое решение имеет изобретательский уровень по сравнению с существующим уровнем техники. The analysis of known technical solutions in the art showed that the proposed device has features that are not available in the known technical solutions, and their use in the claimed combination of features makes it possible to obtain a new technical effect, therefore, the proposed technical solution has an inventive step compared to the existing level technicians.

Предложенное техническое решение промышленно применимо, т.к. может быть изготовлено промышленным способом, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, следовательно, соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость". The proposed technical solution is industrially applicable, because can be manufactured industrially, efficiently, feasibly and reproducibly, therefore, meets the patentability condition "industrial applicability".

На фиг. 1 представлен вид сбоку на механическую измерительную систему; фиг. 2 - то же, вид сверху. In FIG. 1 is a side view of a mechanical measuring system; FIG. 2 - the same, top view.

Механическая измерительная система соединена с кузовом 1 транспортного средства независимо от его подвески посредством опорного шарнира 2, имеющего вращательную степень свободы в плоскости движения транспортного средства, и измерительного преобразователя 3, предотвращающего поворот механической измерительной системы вокруг опорного шарнира 2. Основа механической измерительной системы образована редуктором 4 и рычагом 5, соединенными между собой шарниром 6. На свободном конце редуктора размещено колесо 7. При этой реакция измерительного преобразователя 3 пропорциональна силе, действующей на измерительное колесо 7. The mechanical measuring system is connected to the vehicle body 1 regardless of its suspension by means of a support hinge 2 having a rotational degree of freedom in the plane of movement of the vehicle, and a measuring transducer 3 preventing rotation of the mechanical measurement system around the support hinge 2. The basis of the mechanical measurement system is formed by a gearbox 4 and a lever 5, interconnected by a hinge 6. A wheel 7 is placed on the free end of the gearbox. of the converter 3 is proportional to the force acting on the measuring wheel 7.

Для нагружения измерительного колеса 7 вертикальной нагрузкой в механической измерительной системе имеется груз 8, закрепленный на рычаге 9, соединенном с рычагом 5 посредством шарнира 10. Нагружающее усилие от груза 8 на измерительное колесо 7 передается посредством упругой связи 11 (например, пружины), а относительное колебание рычага 9 и редуктора 4 гасится при помощи демпфера 12. Нагружение измерительного колеса 7 задающим крутящим моментом осуществляется от неведущих (опорных) колес 13 транспортного средства через шарнирные качающие полуоси 14, 15 и редуктор 4. To load the measuring wheel 7 with a vertical load, in the mechanical measuring system there is a load 8 fixed on a lever 9 connected to the lever 5 by means of a hinge 10. The load force from the load 8 to the measuring wheel 7 is transmitted by means of an elastic coupling 11 (for example, a spring), and the relative the vibration of the lever 9 and the gearbox 4 is damped by means of a damper 12. The measuring wheel 7 is loaded with the driving torque from the non-driving (supporting) wheels 13 of the vehicle through the articulated swinging half and 14, 15 and the gear 4.

При переводе механической измерительной системы в измерительное положение подъемный механизм опускает редуктор 4, при этом поток мощности, идущий от задних неведущих колес 13 через шарнирные качающие полуоси 14, 15, редуктор 4 начинает передаваться на измерительное колесо 7, которое начинает вращаться. При дальнейшем опускании механической измерительной системы измерительное колесо 7 входит в контакт с покрытием и прижимается к нему с заданным усилием, создаваемым при помощи груза 8. When transferring the mechanical measuring system to the measuring position, the lifting mechanism lowers the gearbox 4, while the power flow coming from the rear non-driven wheels 13 through the articulated swing axles 14, 15, the gearbox 4 starts to be transmitted to the measuring wheel 7, which starts to rotate. With further lowering of the mechanical measuring system, the measuring wheel 7 comes into contact with the coating and is pressed against it with a predetermined force created by the load 8.

Вследствие разницы радиусов качения задающих 13 (r₁) и измерительного 7 (r₂) колес (r₁ > r₂), измерительное колесо 7 при одинаковых с задающими колесами 13 оборотах начинает с постоянным коэффициентом проскальзывать относительно покрытия, вследствие чего на него начинает действовать сила торможения (F_т), которая передается через вал измерительного колеса 7 на корпус редуктора 4 и далее через шарнир 6, рычаг 5 на измерительный преобразователь 3, преобразовывающую полученную силу в выходной измерительный сигнал, пропорциональный величине измеренной силы.Due to the difference in the rolling radii of the driving 13 (r ₁ ) and measuring 7 (r ₂ ) wheels (r ₁ > r ₂ ), the measuring wheel 7 starts to slip with a constant coefficient relative to the coating at the same speed as the driving wheels 13, as a result of which it begins to act on it braking force (F _t ), which is transmitted through the shaft of the measuring wheel 7 to the gear housing 4 and then through the hinge 6, the lever 5 to the measuring transducer 3, converting the received force into an output measuring signal proportional to the measured value Noah power.

Одновременно специальным измерителем (не показан) осуществляется регистрация действующего значения угла α , образуемого с поверхностью дороги редуктором 4. Измеренные величины F_т и α непрерывно вводятся в процессор, в память которого предварительно введена определенная при предварительных замерах величина силы нормального давления (P_н.д.) измерительного колеса 7 на покрытие.At the same time, a special meter (not shown) records the actual value of the angle α formed by the road surface with the reducer 4. The measured values of F _t and α are continuously entered into the processor, in the memory of which the normal pressure force determined during preliminary measurements (P _{n.d .} ) measuring wheel 7 on the coating.

Процессор вычисляет искомую величину коэффициента сцепления (K_сц.) по следующей формуле

где
K_п - коэффициент пропорциональности, определяемый передачей тензоусилителя и соотношение плеч рычагов узла подвеса редуктора;
F_т - сила, действующая на измерительное колесо со стороны покрытия, обусловленная трением колеса при проскальзывании;
P_н.д. - сила нормального давления измерительного колеса на покрытие, замеренная в статике;
r - радиус качения измерительного колеса;
l - расстояние между осью дифференциала и осью измерительного колеса;
α - угол между линией, проходящей через ось дифференциала и измерительного колеса и горизонтальной поверхности покрытия.The processor calculates the desired value of the coefficient of adhesion (K _sc. ) According to the following formula

Where
K _p - the coefficient of proportionality, determined by the transfer of the strain gauge and the ratio of the shoulders of the levers of the suspension unit of the gearbox;
F _t - the force acting on the measuring wheel from the side of the coating, due to friction of the wheel during slippage;
P _n.d. - the force of the normal pressure of the measuring wheel on the coating, measured in statics;
r is the rolling radius of the measuring wheel;
l is the distance between the differential axis and the axis of the measuring wheel;
α is the angle between the line passing through the axis of the differential and the measuring wheel and the horizontal surface of the coating.

Применение предлагаемого устройства аэродромными службами позволяет оперативно оценивать фрикционные свойства покрытия взлетно-посадочной полосы аэродрома, что имеет особое значение для обеспечения безопасности полетов самолетов. The use of the proposed device by the aerodrome services allows you to quickly evaluate the frictional properties of the coating of the runway of the airfield, which is of particular importance for ensuring the safety of aircraft flights.

Claims

A device for measuring the coefficient of adhesion of airfield and road surfaces, comprising a trolley with a body and driving wheels mounted on half shafts, a mechanical measuring system consisting of a measuring wheel made with a diameter larger than the diameter of the driving wheels of the trolley, and connected through a gearbox and a corresponding half shaft at least with one of the driving wheels, the organs of loading the measuring wheel with vertical load and torque, and the measuring transducer of braking force, connect with an exit to the computing unit, a mechanism for moving the measuring system to the transport or measuring position, characterized in that an angle determining unit between the road surface and the gearbox is inserted into it, connected to the computing unit by an output, the axles of the trolley are swinging and connected to the driving wheels pivotally, measuring the system is placed on the body of the trolley regardless of its suspension and is connected to the body by means of an articulation having a rotational degree of freedom in the plane of movement trolley, and a measuring transducer installed with the possibility of preventing the rotation of the measuring system around the reference hinge.