RU2415990C1

RU2415990C1 - Device to measure coefficient of adhesion of vehicle wheel to road and aerodrome surface

Info

Publication number: RU2415990C1
Application number: RU2009143857/03A
Authority: RU
Inventors: Владимир Иванович Кычкин (RU); Владимир Иванович Кычкин; Алексей Владимирович Кычкин (RU); Алексей Владимирович Кычкин; Дмитрий Александрович Болотов (RU); Дмитрий Александрович Болотов
Priority date: 2009-11-26
Filing date: 2009-11-26
Publication date: 2011-04-10

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: device comprises a trailer with a braking system and a control unit. A measuring wheel and a freely rolling wheel are installed on two axles on the trailer with wheel rpm sensors installed on according axles, outlets of which are joined to the inlet of the control unit. The control unit includes a measurement system and a registration unit. The braking system is equipped with a hydraulic pump installed on the axle of the measuring wheel and joined by a hydraulic line to a hydraulic tank, a safety valve and a track choke with a control element, a pressure sensor is installed at the inlet of the track choke. The outlet of the pressure sensor and the control element of the track choke are connected to the control unit.

EFFECT: higher accuracy and validity of measurements of a coefficient of adhesion between vehicle wheels and movement surface with a capital coating with expansion of operating conditions range: increased speed of motion of a towing vehicle and normal load at a measuring wheel.

1 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для оперативного контроля коэффициента сцепления колеса с сооружаемыми и эксплуатируемыми дорогами и аэродромами с твердым покрытием и может быть использовано при расследовании дорожно-транспортных происшествий и нештатных ситуаций взлета и приземления воздушных судов.The invention relates to a device for the operational control of the coefficient of adhesion of a wheel to paved and constructed roads and airfields and can be used in the investigation of traffic accidents and emergency situations of takeoff and landing of aircraft.

Известно устройство для измерения коэффициента сцепления колеса транспортного средства с дорожным и аэродромным покрытием, содержащее двухосный прицеп с межосевой тормозной системой, приспособление для измерения тормозного усилия, тормозящую систему, выполненную в виде коробки передач и дифференциальными механизмами (редукторами) и сцепной муфтой на одном из карданных валов, а также регистрирующую аппаратуру (авт. св. СССР №1604881, Е01С 23/07, 1988 г.).A device for measuring the adhesion coefficient of a vehicle wheel with a road and airfield coating, comprising a biaxial trailer with an interaxle brake system, a device for measuring braking force, a braking system made in the form of a gearbox and differential mechanisms (gearboxes) and a coupling on one of the universal joints shafts, as well as recording equipment (ed. St. USSR No. 1604881, ЕСС 23/07, 1988).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится то, что известное устройство использует динамометрический способ и эффективно при измерениях коэффициента сцепления на горизонтальных поверхностях. Это обуславливает ограниченные технологические возможности устройства и недостаточную точность и достоверность результатов измерений, особенно на участках дорог с различными продольными и поперечными уклонами, радиусами поворотов и значительной вибрации.The reasons that impede the achievement of the following technical result when using the known device include the fact that the known device uses a dynamometric method and is effective in measuring adhesion coefficient on horizontal surfaces. This leads to limited technological capabilities of the device and insufficient accuracy and reliability of the measurement results, especially on road sections with different longitudinal and transverse slopes, turning radii and significant vibration.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является динамометрический прицеп типа ПКРС - 2У для измерения коэффициента сцепления колеса автомобиля и дорожного покрытия. Он представляет собой одноколесный прицеп, буксируемый автомобилем и состоит из дополнительного груза, емкости с водой, тормозящей и измерительной систем, блока регистрации. Измерительная система состоит из датчика линейных перемещений модели 19500, регистрирующего прогиб металлической пластины под действием на нее усилий от заторможенного измерительного колеса в режиме блокировки (см. ГОСТ 30413-96 «Метод определения коэффициента сцепления колеса автомобиля с дорожным покрытием»). Данное устройство принято за прототип.The closest device of the same purpose to the claimed invention in terms of features is a dynamometer trailer of the PKRS - 2U type for measuring the coefficient of adhesion of a car wheel and road surface. It is a one-wheeled trailer towed by a car and consists of additional cargo, a water tank, braking and measuring systems, and a registration unit. The measuring system consists of a linear displacement sensor model 19500, which records the deflection of a metal plate under the action of forces from a braked measuring wheel in the locking mode (see GOST 30413-96 “Method for determining the coefficient of adhesion of a car wheel to a road surface”). This device is taken as a prototype.

Признаки прототипа, являющиеся общими с заявляемым изобретением - прицеп с измерительной и тормозящей системами; блок регистрации.Signs of the prototype, which are common with the claimed invention is a trailer with measuring and braking systems; registration unit.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относят то, что известное устройство измеряет коэффициент сцепления при полном затормаживании колеса устройства, что не позволяет получить точные и достоверные данные о коэффициенте сцепления транспортных средств, оснащенных антиблокировочными системами (АБС).The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the known device adopted as a prototype include the fact that the known device measures the coefficient of adhesion when the wheel of the device is completely braked, which does not allow obtaining accurate and reliable data on the coefficient of adhesion of vehicles equipped with anti-lock systems (ABS).

Задачей изобретения является повышение точности и достоверности измерений коэффициента сцепления колеса транспортного средства с поверхностью движения с капитальным покрытием при расширении диапазона условий эксплуатации: увеличении скорости движения автомобиля-буксировщика и нормальной нагрузки на измерительное колесо.The objective of the invention is to increase the accuracy and reliability of measurements of the coefficient of adhesion of the vehicle’s wheel with the surface of movement with a capital coating while expanding the range of operating conditions: increasing the speed of the towing vehicle and the normal load on the measuring wheel.

Поставленная задача решается за счет того, что в известном устройстве для измерения коэффициента сцепления колеса транспортного средства с дорожным и аэродромным покрытием, включающем прицеп с измерительной и тормозящей системами и блок регистрации, на прицепе размещены на двух полуосях измерительное и свободно катящееся колеса с установленными на соответствующих полуосях датчиками оборотов колес, тормозящая система снабжена гидравлическим насосом, установленным на полуоси измерительного колеса и связанным гидролинией с гидробаком, предохранительным клапаном и путевым дросселем с управляющим элементом, на входе путевого дросселя установлен датчик давления, при этом устройство снабжено блоком управления, включающим измерительную систему и блок регистрации, вход блока управления соединен с выходами датчиков оборотов колес, выходом датчика давления и управляющим элементом путевого дросселя.The problem is solved due to the fact that in the known device for measuring the coefficient of adhesion of a vehicle’s wheel with a road and airfield coating, including a trailer with measuring and braking systems and a registration unit, a measuring and freely rolling wheels with two wheels mounted on two axles are mounted on the trailer axles with wheel speed sensors, the braking system is equipped with a hydraulic pump mounted on the axles of the measuring wheel and connected by a hydraulic line to the hydraulic tank m, a safety valve and a travel choke with a control element, a pressure sensor is installed at the inlet of the travel choke, while the device is equipped with a control unit that includes a measuring system and a recording unit, the input of the control unit is connected to the outputs of the wheel speed sensors, the output of the pressure sensor and the control element of the track throttle.

Признаки предлагаемого устройства, отличительные от прототипа - установка на прицепе на двух полуосях измерительного и свободно катящегося колеса; установка на соответствующих полуосях датчиков оборотов колес; наличие у тормозящей системы гидравлического насоса, установленного на полуоси измерительного колеса и связанного гидролинией с гидробаком, предохранительным клапаном и путевым дросселем с управляющим элементом; установка на входе путевого дросселя датчика давления; наличие блока управления, включающего измерительную систему и блок регистрации; вход блока управления соединен с выходами датчиков оборотов колес, выходом датчика давления и управляющим элементом путевого дросселя.Signs of the proposed device, distinctive from the prototype - installation on a trailer on two axles of the measuring and freely rolling wheels; installation of wheel speed sensors on the corresponding axles; the presence of a hydraulic pump in the braking system mounted on the semiaxis of the measuring wheel and connected by a hydraulic line to a hydraulic tank, a safety valve and a travel choke with a control element; installation of a pressure sensor at the inlet of the track throttle; the presence of a control unit including a measuring system and a registration unit; the input of the control unit is connected to the outputs of the wheel speed sensors, the output of the pressure sensor and the control element of the track throttle.

Отличительные признаки в совокупности с известными позволяют повысить точность и достоверность измерений коэффициента сцепления колеса транспортного средства с поверхностью движения с капитальным покрытием при расширении диапазона условий эксплуатации: увеличении скорости движения автомобиля-буксировщика и нормальной нагрузки на измерительное колесо. За счет создания гидравлического сопротивления в нагнетательной гидролинии тормозной системы управляющим элементом путевого дросселя возникает тормозящий момент измерительного колеса, соответствующий определенному скольжению, что позволяет получить достоверный результат коэффициента сцепления в зависимости от скорости движения транспортного средства, покрытия дороги, состояния поверхности качения. За счет измерения давления и чисел оборотов колес получают информацию о коэффициенте сцепления колеса транспортного средства с дорожным и аэродромным покрытием с высокой точностью. При этом обеспечивается возможность бесступенчатого регулирования и передачи параметров процесса торможения при расширении диапазона условий эксплуатации устройства.Distinctive features, together with the known ones, allow to increase the accuracy and reliability of measurements of the coefficient of adhesion of a vehicle’s wheel with a traffic surface with a capital coating while expanding the range of operating conditions: increasing the speed of the towing vehicle and normal load on the measuring wheel. Due to the creation of hydraulic resistance in the injection hydraulic line of the brake system, the control element of the track throttle produces a braking moment of the measuring wheel corresponding to a certain slip, which allows to obtain a reliable result of the coefficient of adhesion depending on the speed of the vehicle, road surface, and condition of the rolling surface. By measuring pressure and wheel speed, information is obtained on the coefficient of adhesion of the vehicle’s wheels to the road and airfield pavement with high accuracy. This provides the possibility of stepless regulation and transmission of the parameters of the braking process while expanding the range of operating conditions of the device.

На чертеже изображена схема взаимосвязей элементов устройства для определения коэффициента сцепления колеса транспортного средства с дорожным и аэродромным покрытием.The drawing shows a diagram of the relationship of the elements of the device for determining the coefficient of adhesion of the vehicle wheel with road and airfield coating.

Устройство содержит прицеп с установленными на двух полуосях 1 и 2 измерительным 3 и свободно катящимся 4 колесами. Обороты колес 3,4 контролируются с помощью датчиков оборотов 5 и 6, установленных на соответствующих полуосях 1 и 2 прицепа. Выходы сигналов с датчиков оборотов 5, 6 колес связаны с входом блока управления 7. Блок управления 7 включает измерительную систему и блок регистрации (на чертеже не показаны). На раме 8 прицепа размещен дополнительный груз 9, который обеспечивает нормальную нагрузку на измерительное колесо 3. Тормозящая система снабжена гидравлическим насосом 10, установленным на полуоси 1 измерительного колеса 3 и связанным гидролинией с гидробаком 11, предохранительным клапаном 12 и путевым дросселем 13 с управляющим элементом. На входе путевого дросселя 13 установлен датчик давления 14. Выход датчика давления 14 соединен с входом блока управления 7 и управляющий элемент путевого дросселя 13 соединен с блоком управления 7. Движение устройства осуществляется по поверхности дорожного или аэродромного покрытия 15.The device contains a trailer mounted on two axles 1 and 2 measuring 3 and freely rolling 4 wheels. Wheel revolutions 3,4 are monitored with the help of speed sensors 5 and 6 mounted on the corresponding axles 1 and 2 of the trailer. The outputs of the signals from the wheel speed sensors 5, 6 are connected to the input of the control unit 7. The control unit 7 includes a measuring system and a recording unit (not shown in the drawing). An additional load 9 is placed on the frame 8 of the trailer, which provides a normal load on the measuring wheel 3. The braking system is equipped with a hydraulic pump 10 mounted on the axle shaft 1 of the measuring wheel 3 and connected by a hydraulic line with a hydraulic tank 11, a safety valve 12 and a travel choke 13 with a control element. A pressure sensor 14 is installed at the input of the track throttle 13. The output of the pressure sensor 14 is connected to the input of the control unit 7 and the control element of the track throttle 13 is connected to the control unit 7. The device is moved along the surface of the road or airfield pavement 15.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Устройство жестко прицепляется к автомобилю-буксировщику, нагружается дополнительными грузами 9 для создания давления колеса 3 на поверхность движения. Автомобиль-буксировщик разгоняется до принимаемой скорости, при этом путевой дроссель 13 настроен на соответствующую скорость движения. При взаимодействии с поверхностью движения измерительное колесо 3 передает вращающий момент через жесткую связь на полуось 1 и тем самым - гидравлическому насосу 10, который вращательную энергию колеса 3 преобразует в гидравлическую энергию потока рабочей жидкости из гидробака 11 в путевой дроссель 13. Путевой дроссель 13 по команде управления от блока управления 7 изменяет проходное сечение и создает соответствующее гидравлическое сопротивление гидролинии. Таким образом, возрастает нагрузка на гидронасос 10, а следовательно, и на измерительное колесо 3, что создает проскальзывание измерительного колеса 3. Возникающее давление рабочей жидкости перед путевым дросселем 13 регистрируется датчиком давления 14, который передает сигнал в блок управления 7. Предохранительный клапан 12 служит для сброса давления и защищает гидравлический насос 10 и гидролинию от разрушения. Датчик оборотов 5 измерительного колеса 3 и датчик оборотов 6 свободно катящего колеса 4 позволяют измерить число оборотов колес устройства и задавать величину проскальзывания измерительного колеса 3 в процессе движения автомобиля-буксировщика и устройства.The device is rigidly attached to the towing vehicle, loaded with additional loads 9 to create pressure of the wheel 3 on the surface of movement. The towing vehicle accelerates to an acceptable speed, while the track throttle 13 is set to the appropriate speed. When interacting with the motion surface, the measuring wheel 3 transmits the torque through a rigid connection to the half shaft 1 and thereby to the hydraulic pump 10, which converts the rotational energy of the wheel 3 into the hydraulic energy of the flow of working fluid from the hydraulic tank 11 to the track throttle 13. Track throttle 13 by command control from the control unit 7 changes the flow area and creates the corresponding hydraulic resistance of the hydraulic line. Thus, the load on the hydraulic pump 10 and, consequently, on the measuring wheel 3 increases, which creates a slipping of the measuring wheel 3. The resulting pressure of the working fluid in front of the track throttle 13 is registered by the pressure sensor 14, which transmits a signal to the control unit 7. The safety valve 12 serves to relieve pressure and protects the hydraulic pump 10 and the hydraulic line from destruction. The speed sensor 5 of the measuring wheel 3 and the speed sensor 6 of the freely rolling wheel 4 allow you to measure the number of wheel turns of the device and set the slippage of the measuring wheel 3 during the movement of the towing vehicle and the device.

Величина коэффициента сцепления будет пропорциональна измеряемому давлению, возникающему в тормозной системе при вращении измерительного колеса в режиме проскальзывания.The value of the coefficient of adhesion will be proportional to the measured pressure that occurs in the brake system when the measuring wheel rotates in slippage mode.

Коэффициент сцепления определяется при радиусе колеса Г_к и нормальной нагрузке N по соотношению:The coefficient of adhesion is determined when the radius of the wheel G _to and the normal load N by the ratio:

,

где M_T=f(S, q₀, ΔP),where M _T = f (S, q ₀ , ΔP),

где S - скольжение колеса;where S is the slip of the wheel;

ΔР - перепад давления на насосе;ΔР - pressure drop across the pump;

q₀ - рабочий объем насоса.q ₀ - the working volume of the pump.

При полной блокировке измерительного колеса определяется коэффициент трения скольжения.When the measuring wheel is completely locked, the coefficient of sliding friction is determined.

Чем выше коэффициент сцепления, тем больший момент вращения развивает измерительное колесо и тем самым выше давление в тормозной системе. Полученные показатели давления переводятся в коэффициент сцепления по средствам тарировочных коэффициентов.The higher the coefficient of adhesion, the greater the torque developed by the measuring wheel and thereby higher the pressure in the brake system. The obtained pressure indicators are converted into the coefficient of adhesion by means of calibration factors.

Преимущество предлагаемого устройства состоит в том, что оно позволяет повысить точность и достоверность измерений коэффициента сцепления колеса транспортного средства с поверхностью движения с капитальным покрытием при расширении диапазона условий эксплуатации.The advantage of the proposed device is that it allows to increase the accuracy and reliability of measurements of the coefficient of adhesion of the vehicle’s wheel to the surface of movement with a capital coating while expanding the range of operating conditions.

Claims

A device for measuring the adhesion coefficient of a vehicle’s wheel with a road and airfield coating, including a trailer with measuring and braking systems and a registration unit, characterized in that the trailer has two measuring axles and freely rolling wheels with wheel speed sensors installed on the corresponding axles, braking the system is equipped with a hydraulic pump mounted on the semiaxis of the measuring wheel and connected by a hydraulic line with a hydraulic tank, a safety valve and a path th from a throttle control member, inlet throttle track mounted pressure sensor, wherein the apparatus is provided with a control unit comprising a measuring system and recording unit, the input control unit connected to the outputs of revolutions of the wheel sensors, the pressure sensor output and the control element a throttle track.