CN202372437U - 一种道路摩擦系数测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种道路摩擦系数测量装置，包括计算机、控制仪表和摩擦系数测量仪，所述摩擦系数测量仪包括飞轮、电机、传感器和至少三个橡胶块，其中所述电机用于驱动所述飞轮以预定速度旋转，所述橡胶块位于所述飞轮的下表面，用于与待测量道路表面相接触，所述传感器用于测量所述飞轮的转速变化和所述橡胶块在所述飞轮旋转过程中所受到的摩擦力；所述控制仪表与所述摩擦系数测量仪相连接，用于采集所传感器所测量的转速和摩擦力，并发送给所述计算机；所述计算机与所述控制仪表相连接，用于根据测量的所述转速和摩擦力得出所述待测量道路表面的摩擦系数并显示测量结果。本实用新型测量范围广，便携性好，数据精度高，成本低，操作简单。

Description

一种道路摩擦系数测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种对道路表面特性进行测量的装置，尤其涉及对道路摩擦系数（又称附着系数）进行测量，具体地说，是涉及一种旋转式路面摩擦系数测量装置。 

背景技术

路面摩擦系数的测量一直是路面摩擦课题研究的重点，目前采用的道路路面摩擦系数测量方法很多，但概括起来可分为制动距离法、摆式仪法和测试车法三种。 

制动距离法为较为简单的检测计算方法。以一定速度在潮湿的路面上行驶的四轮小客车或轻货车，当四个车轮被制动时，根据汽车在均匀低速行驶条件下制动方程得出摩擦系数。制动方程式为： 

由该公式可知，只要测出初始速度v和停车距离s就可以得出摩擦系数φ。由于测得的摩擦系数值与车速有关，所以求出的值只能看作是制动开始至完全停车时的速度范围的平均值。因此该方法所测得的摩擦系数不能完全表明实验地点的路面滑溜性。这种方法的特点是测试方法简单，测试速度快，但精度不高，而且在测试过程中必须中断交通。特别是在较高速度下进行连续性刹车，在易滑路面上有一定的危险性。所以此法一般在实际中较少使用，仅仅作为辅助测定手段。 

摆式仪法是基于摆式仪的测量方法。摆式仪是由英国开发的，根据能量守恒原理所研制的。摆式仪的摆锤底面装一橡胶滑块，当摆锤从一定高度自由下摆时，滑块面同实验摆面接触。由于摆锤同实验面之间的摩擦而产生制动，使摆锤不能回到原来的高度，只能回到一定高度。摩擦系数值由摆动的指针指定值来反映。此方法的优点是原理简单，实验简便，在微糙纹理机构 路面上能反映出低速行驶(例如10kmh)时的实际摩擦系数。不仅可以用于室内也可用于野外测试沥青路面及水泥混凝土路面。缺点是在用摆式仪进行路面抗滑性测试，速度慢，效率低，从而不能对里程较长的公路进行全线测试，而只能选择某些路段抽样调查，这使得测试结果表征路面抗滑性的具有一定的片面性。另外，测试时是定点测试，在测试过程中必须中断交通以保证工作人员的安全，影响了交通，也影响了道路运营的经济效益，测试结果受人为因素影响大，检测速度慢，只适用于一般公路不具备摩擦系数测试车时的抗滑性能检测。 

测试车法是利用一个测试车进行测量的方法。测试车有拖挂式和单体式。苏联、日本、英国相继开发出自己的产品。由于测试车的结构复杂，过去主要用于科研工作，现已被一些发达国家用于实际摩擦系数测量工作。通过在车辆上增设测试轮以及相应设备，可以测量不同车速和不同车轮荷载下的摩擦系数。这是一种相对可靠的摩擦系数测定方法。这种方法效率高，但价格十分昂贵。 

因此，传统摩擦系数测量装置各有缺陷。制动距离法精度低，测量方法复杂。摆式仪法只能做定点测试，测量数据具有片面性，尤其不适用于高速和里程较长的路面摩擦系数测试。测试车法结构复杂，成本高昂，维护困难，无法大量应用。 

实用新型内容

在深入研究路面摩擦系数测试原理的基础上，结合国内外路面摩擦系数测量设备的特点，运用电子技术和计算机技术，本实用新型提供一种新型路面摩擦系数测量设备，测量范围广，便携性好，数据精度高，成本低，操作简单。 

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种道路摩擦系数测量装置，其特征在于，包括计算机、控制仪表和摩擦系数测量仪，其中：所述摩擦系数测量仪包括飞轮、电机、传感器和至少三个橡胶块，其中所述电机用于驱动所述飞轮以预定速度旋转，所述橡胶块位于所述飞轮的下表面，用于与待测量道路表面相接触，所述传感器用于测量所述飞轮的转速变化和所述 橡胶块在所述飞轮旋转过程中所受到的摩擦力；所述控制仪表与所述摩擦系数测量仪相连接，用于采集所述传感器所测量的转速和摩擦力数据，并发送给所述计算机；所述计算机与所述控制仪表相连接，用于根据测量的所述转速和摩擦力得出所述待测量道路表面的摩擦系数并显示测量结果。 

优选的，所述传感器包括转速传感器和力传感器，所述转速传感器用于测量以预定速度旋转的所述飞轮在所述电机断电后至停止过程中的转速，所述力传感器用于测量在不同转速下所述橡胶块所受到的摩擦力。 

优选的，在所述控制仪表和所述摩擦系数测量仪之间还包括电子控制阀门，所述电子控制阀门用于根据所述控制仪表的指令控制所述电机的通断。 

优选的，所述控制仪表包括存储器和控制器，所述存储器用于存储采集的转速和摩擦力，所述控制器用于控制所述电机的转速、数据的收发和所述电子控制阀门的通断。 

优选的，所述控制器为ARM器件。 

优选的，所述橡胶块为固定肖氏硬度的标准橡胶块，均匀分布在所述飞轮的下表面。 

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点： 

本实用新型的测量装置体积小，精度高，便携性强，操作简单方便，在野外可由汽车蓄电池供电工作，适用于沥青、水泥等各种路面摩擦系数测试。 

本实用新型的测量装置充分运用路面检测技术、物理学、电子学、计算机软件、自动控制等成熟技术，并符合国家制定的路面检测相关标准。具体的，具有以下几个方面的优点： 

（1）通用性好 

能直接用于多种不同材料的路面摩擦系数的检测，能适应在较高车速和在多种天气情况下的路面检测。 

（2）易于扩充 

具有良好的扩充机制和扩充接口。一方面可以在确保系统兼容性的前提 下安全快速的加入对新设备的支持，另一方面可以允许用户根据实际情况对本系统的硬件系统和软件系统进行二次开发。 

（3）稳定可靠 

考虑到设备的实际工作环境中温度、湿度、压力、震动等因素对设备所造成的影响，保证系统在规定的工作环境下工作可靠、性能稳定。对于本实用新型的测量装置的供电、接地也都应进行了相应处理,数据采集、过程控制一般都了进行隔离。 

（4）智能化 

整个测量过程实现高度智能化自动化，最大限度的减少人工干预。 

（5）升级容易 

本实用新型的测量装置的软件及嵌入式系统建立在一个具有良好发展前景的开放式平台上，较长的一段时期内可以通过小规模的升级，迅速适应新的应用需求，不断完善已有功能。 

本实用新型的其它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，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。 

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中： 

图1是根据本实用新型的实施例的工作原理框图； 

图2是根据本实用新型的实施例结构示意图。 

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本实用新型的实施方式，借此对本 实用新型如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本实用新型中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本实用新型的保护范围之内。 

图1为根据本实用新型的实施例的工作原理框图。本实用新型的摩擦系数测量装置主要由摩擦系数测量仪、控制仪表和便携式计算机组成。 

图2是根据本实用新型的实施例结构示意图。参照图2，摩擦系数测量仪包含传感器、高速电机，飞轮，橡胶块以及各部分相连接的机械结构等。高速电机驱动飞轮达到测试要求的速度，通过传感器在测试过程中不断发送大量实时数据至与摩擦系数测量仪通过信号传输线连接的控制仪表。橡胶块为至少三个，均匀分布在飞轮的下表面，为固定肖氏硬度的标准橡胶块，用于与待测量的道路表面相接触。传感器可包括转速传感器和力传感器，分别用于测量飞轮的旋转速度和橡胶块所受的摩擦力。 

控制仪表采集传感器数据，根据已设定测量参数对摩擦系数测量仪进行控制，在存储传感器数据的同时将数据发送至与控制仪表通过信号传输线连接的计算机。并可对测量过程实施人工干预，在控制仪表和摩擦系数测量仪之间，可设置有电子控制阀门，电子控制阀门接受控制仪表的指令，对测量过程实施开关控制。控制仪表可包括存储器和控制器，存储器用于存储采集的数据，控制器用于控制电机的转速、数据的收发和电子控制阀门的通断。 

计算机可以是便携式计算机，接受数据后通过软件显示测量结果，并可根据需要设置读取测量数据方式（例如曲线图、报表等方式）。 

本实用新型的工作原理如下： 

由物理学可知，在水平面上，摩擦系数是两物体作相对运动时，接触面的水平反向力与垂直力之比得到的无量纲系数。在物理学与实际工程应用上就常用此法测定各种物体间表面的摩擦系数。 

在实际运动过程中，路面相对标准橡胶块附着系数是经常变化的。一定载荷的标准橡胶块和路面接触并以一定速度行进，根据力学原理，峰值附着系数等于水平方向作用力的极限值与垂直方向作用力的比值。所以，只要测量水平方向作用力，即为标准橡胶块与路面水平方向上的摩擦力。就能测得 峰值附着系数。路面摩擦系数可用下式表达：μ=f/N。 

式中：μ为摩擦系数；N为标准橡胶块垂直方向上的正压力（包含飞轮等机械固定装置的重量）；f为标准橡胶块与地面水平方向上的摩擦力。 

因此，测得标准橡胶块与路面的纵向摩擦力f，即水平方向拉力，就可得到路面的摩擦系数。 

根据以上原理，本实用新型的摩擦系数测量装置利用飞轮和橡胶块以及固定飞轮和橡胶块的机械结构的自身重量作为橡胶块垂直方向上的正压力N，通过测得橡胶块所受的摩擦力f，计算出摩擦系数μ。在连接部分采用高性能轴承和滑轨，尽量保持正压力N的稳定。并使用高精度的转速传感器和力传感器，保证测量数据的精确性。 

本实用新型的具体工作流程如下： 

操作人员将摩擦系数测量仪平置于需要测量摩擦系数的路面，将电子控制阀门至于测试准备状态，此时飞轮与路面无接触，对高速电机供电后，飞轮高速旋转，当达到设置的速度（例如90公里/小时）后，控制仪表自动发送电机断电指令，使飞轮和其固定的机械部分依靠自重与路面产生的摩擦力作用下逐渐停止，在此过程中，转速传感器和力传感器将数据实时传输至控制仪表。数据经过控制仪表内部电路处理后传送至便携式计算机得到测量结果（例如曲线图或报表等），整个测量过程完毕。 

由于测量过程时间很短，一般在3至5秒，测量的数据量非常大，传输和处理要求都很高，本实用新型中的控制仪表作为数据处理和控制核心，控制器的选择起着至关重要的作用，它直接影响着整个系统的性能。控制器使用的是比普通单片机有更高集成度，有更快的CPU和更大容量的存储器的ARM器件。 

本实用新型的应用软件是采用VC++语言开发的，之所以选用该语言是因为该语言的程序编译执行速度快，非常适合实时采集处理的需要。为了明确所设计的系统，首先要对所设计的软件结构进行总体设计，即要明确上位机控制软件要实现的功能。根据系统的设计要求，在系统中，整个软件部分包括数据测试和数据处理两部分，其中测试部分包括通讯测试界面、输入界面、显示界面等功能。数据处理包括参数设定、数据统计处理和报表打印等 功能。 

当然，本实用新型还可有其他多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型的权利要求的保护范围。 

Claims (6)

1.一种道路摩擦系数测量装置，其特征在于，包括计算机、控制仪表和摩擦系数测量仪，其中：

所述摩擦系数测量仪包括飞轮、电机、传感器和至少三个橡胶块，其中所述电机用于驱动所述飞轮以预定速度旋转，所述橡胶块位于所述飞轮的下表面，用于与待测量道路表面相接触，所述传感器用于测量所述飞轮的转速变化和所述橡胶块在所述飞轮旋转过程中所受到的摩擦力；

所述控制仪表与所述摩擦系数测量仪相连接，用于采集所述传感器所测量的转速和摩擦力，并发送给所述计算机；

所述计算机与所述控制仪表相连接，用于根据测量的所述转速和摩擦力得出所述待测量道路表面的摩擦系数并显示测量结果。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述传感器包括转速传感器和力传感器，所述转速传感器用于测量以预定速度旋转的所述飞轮在所述电机断电后至停止过程中的转速，所述力传感器用于测量在不同转速下所述橡胶块所受到的摩擦力。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，在所述控制仪表和所述摩擦系数测量仪之间还包括电子控制阀门，所述电子控制阀门用于根据所述控制仪表的指令控制所述电机的通断。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述控制仪表包括存储器和控制器，所述存储器用于存储采集的转速和摩擦力数据，所述控制器用于控制所述电机的转速、数据的收发和所述电子控制阀门的通断。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制仪表包括ARM器件。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述橡胶块为固定肖氏硬度的标准橡胶块，均匀分布在所述飞轮的下表面。