專(zhuān)利名稱(chēng)：輪胎對(duì)地壓力動(dòng)態(tài)分布實(shí)時(shí)測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型適用于道路交通工程、機(jī)場(chǎng)工程中對(duì)車(chē)輛、飛機(jī)等輪載的測(cè)量和分析，具體 涉及一種輪胎對(duì)地壓力動(dòng)態(tài)分布實(shí)時(shí)測(cè)量裝置，測(cè)量結(jié)果可用于輪載對(duì)地壓力分布的模型化， 車(chē)輛或飛機(jī)軸載譜和輪載譜的研究，路面結(jié)構(gòu)對(duì)荷載的響應(yīng)力分析計(jì)算，以及路面和場(chǎng)道結(jié) 構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在路面和機(jī)場(chǎng)場(chǎng)道設(shè)計(jì)中，荷載對(duì)地壓力分布形式被簡(jiǎn)化為圓形、均勻分布的靜荷載。 但實(shí)際上，車(chē)輛荷載對(duì)地壓力分布十分復(fù)雜，表現(xiàn)為以下幾方面1. 輪胎作用于路面的接地形狀不是圓形，而更大程度上表現(xiàn)為矩形，隨著車(chē)輛載荷的增 力口，矩形形狀越來(lái)越明顯；2. 對(duì)地壓力的分布不是均勻分布的，而是隨著車(chē)輛負(fù)荷的增減以及輪胎胎壓的不同而發(fā)生很大的變化；3. 輪胎的胎面有花紋存在，而且花紋的形式各種各樣，花紋的這種復(fù)雜多樣性決定了對(duì) 地壓力的非均布性和復(fù)雜性；4. 車(chē)輛或飛機(jī)在行駛狀態(tài)下，輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的剛度變化、與路面之間短暫地接觸時(shí)間都會(huì) 導(dǎo)致其對(duì)地壓力分布產(chǎn)生極大變化，與靜態(tài)條件下的壓力分布有很大不同；因此，為了提高路面設(shè)計(jì)中對(duì)荷載描述的精確性，以保證設(shè)計(jì)結(jié)果的可靠性，必須對(duì)車(chē) 輛輪胎對(duì)地壓力分布進(jìn)行精確地、動(dòng)態(tài)地實(shí)時(shí)測(cè)量。目前對(duì)這種輪胎對(duì)地壓力分布的測(cè)量都是在靜態(tài)條件下或者在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)高速輪轂上進(jìn)行 的，測(cè)試方法主要有壓力板法、壓力傳感器法、壓敏膜法和光吸收法等。這些測(cè)量方法都 能較好較快的測(cè)量出輪胎對(duì)路面作用力的大小及其分布，但就輪胎接地壓力測(cè)量方面來(lái)看， 它們也有一些不足之處，主要表現(xiàn)在1.測(cè)量是在靜態(tài)條件下進(jìn)行的，與實(shí)際行駛條件不相符；某些測(cè)量方法可以讓輪胎以一 個(gè)小速率通過(guò)測(cè)試臺(tái)，但是這個(gè)速率普遍小于1公里/小時(shí)，與車(chē)輛的實(shí)際行駛速度相 差很大，不能模擬實(shí)際的動(dòng)態(tài)效果；而在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的高速輪轂上進(jìn)行的高速試驗(yàn)，由 于受實(shí)驗(yàn)室制約條件，可以測(cè)量的車(chē)型是非常有限的，而且不同尺寸從輪胎需要配備 不同尺寸的輪轂，造價(jià)昂貴，極少進(jìn)行該類(lèi)試驗(yàn)；2. 由于壓力傳感器點(diǎn)陣分布，而傳感器之間存在間隙，使輪胎的實(shí)際觸地面積減少、壓 強(qiáng)增大，從而會(huì)使得測(cè)量結(jié)果的偏差；3. 這些測(cè)量都是在鋼承載臺(tái)上進(jìn)行的，由于鋼與路面材質(zhì)存在很大的剛度差別，因此難 以模擬實(shí)際路面上的協(xié)調(diào)變形，導(dǎo)致的測(cè)量結(jié)果的偏差；發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種不僅可以自動(dòng)測(cè)量、自動(dòng)記錄、自動(dòng)傳輸處 理，而且還可以在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行高速行駛狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)測(cè)量，最終實(shí)現(xiàn)高精度現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化測(cè)量， 提高了測(cè)量效率，延伸了測(cè)量的能力的輪胎對(duì)地壓力動(dòng)態(tài)分布實(shí)時(shí)測(cè)量裝置，以克服現(xiàn)有技 術(shù)存在的上述缺陷。本實(shí)用新型解決技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下一種輪胎對(duì)地壓力動(dòng)態(tài)分布實(shí)時(shí)測(cè)量裝置，其特征在于，包括測(cè)試臺(tái)、數(shù)據(jù)掃描儀、數(shù) 據(jù)緩存器和計(jì)算機(jī)，所述測(cè)試臺(tái)內(nèi)設(shè)置壓力傳感器，所述壓力傳感器與數(shù)據(jù)掃描儀通過(guò)數(shù)據(jù) 線相連，數(shù)據(jù)緩存器設(shè)置在數(shù)據(jù)掃描儀內(nèi)，通過(guò)數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)通訊，所述測(cè)試臺(tái)為鋼制底 座，其上鋪設(shè)瀝青混凝土層，所述壓力傳感器埋設(shè)在混凝土層內(nèi)。所述測(cè)試臺(tái)可埋設(shè)于路面內(nèi)表面與路面齊平，讓車(chē)輛直接行駛通過(guò)其上；本實(shí)用新型具有的優(yōu)點(diǎn)(1)該設(shè)備通過(guò)將具有三維測(cè)量能力的傳感器埋設(shè)于瀝青混凝 土基座中，能夠與路面協(xié)調(diào)變形，在受力上更加逼近實(shí)際路面效果，保證了測(cè)量結(jié)果的可靠 性；(2)傳感器埋設(shè)于瀝青混凝土中，避免了傳感器之間的空隙，避免了由于受力面積減小 而造成的傳感器受力增大，從而減小了測(cè)量誤差；(3)由于對(duì)傳感器進(jìn)行了高頻掃描，因此 可以實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)采集，可對(duì)高速通過(guò)的輪胎進(jìn)行測(cè)量，可完成試驗(yàn)室外的現(xiàn)場(chǎng)高速測(cè)量， 這是目前其他設(shè)備不具備的；(4)采用計(jì)算機(jī)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，極大的提高了對(duì)數(shù)據(jù)的 處理能力，這也是以往設(shè)備不具有的能力；(5)測(cè)量可采用手動(dòng)和自動(dòng)兩種測(cè)量模式，測(cè)量 方式更加方便靈活；(6)設(shè)備集成化程度高，便于運(yùn)輸攜帶，實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)都能良好的開(kāi)展 測(cè)量，具有很好的可拓展能力。本實(shí)用新型采用瀝青混凝土承載臺(tái)，并在其表面埋設(shè)陣列壓力傳感器，不僅消除了采用 剛性承載臺(tái)的變形不協(xié)調(diào)問(wèn)題，而且同時(shí)消除了傳感器之間的空隙，極大的提高了測(cè)量的精 度；采用了高速數(shù)據(jù)采集設(shè)備，對(duì)傳感器陣列進(jìn)行高頻率掃描和高速緩存，實(shí)現(xiàn)了對(duì)壓力數(shù) 據(jù)的高靈敏、高速測(cè)量，使輪胎對(duì)地壓力分布的動(dòng)態(tài)測(cè)量成為可能。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際可靠性測(cè)試表 明，該實(shí)用新型可對(duì)行駛速度高達(dá)160公里的行駛車(chē)輛進(jìn)行動(dòng)態(tài)的對(duì)地壓力精確測(cè)量，測(cè)量數(shù)據(jù)可靠，從而實(shí)現(xiàn)了真正地動(dòng)態(tài)測(cè)量。本實(shí)用新型對(duì)車(chē)輛單輪測(cè)量的總荷重高達(dá)24噸，因此可對(duì)各型車(chē)輛進(jìn)行不同行駛速度的動(dòng)態(tài)測(cè)量；測(cè)量數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，可用于車(chē)輛荷載研究和 路面設(shè)計(jì)，對(duì)于提高交通參數(shù)分析的準(zhǔn)確性和路面設(shè)計(jì)的可靠性具有重要的意義。


圖1為輪胎對(duì)地壓力動(dòng)態(tài)分布實(shí)時(shí)測(cè)量裝置圖； 圖2為測(cè)試臺(tái)上傳感器布置俯視圖具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖與具體實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型。如圖1所示，本實(shí)用新型輪胎對(duì)地壓力動(dòng)態(tài)分布實(shí)時(shí)測(cè)量裝置，包括測(cè)試臺(tái)1、數(shù)據(jù)掃描 儀2、數(shù)據(jù)緩存器3和計(jì)算機(jī)4，所述測(cè)試臺(tái)1內(nèi)設(shè)置壓力傳感器5，所述壓力傳感器5與數(shù) 據(jù)掃描儀2通過(guò)數(shù)據(jù)線相連，數(shù)據(jù)緩存器3設(shè)置在數(shù)據(jù)掃描儀內(nèi)，通過(guò)數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)通訊， 所述測(cè)試臺(tái)包括鋼制底座11和其上鋪設(shè)的瀝青混凝土層12，所述壓力傳感器5埋設(shè)在混凝土 層內(nèi)。測(cè)試臺(tái)尺寸為600mm (長(zhǎng))X600mm (寬)X100mm (高)，可承受0 24噸的輪載， 可埋設(shè)于路面內(nèi)(表面與路面齊平)，讓車(chē)輛直接行駛通過(guò)其上；所述測(cè)試臺(tái)的鋼制底座11 厚度為lOmm，其上鋪設(shè)的瀝青混凝土層12厚度為卯mm，如圖2所示，壓力傳感器5測(cè)試面與瀝青混凝土層12表面齊平。所述壓力傳感器5呈陣 列交錯(cuò)排列，所述壓力傳感器有23只，每只傳感器垂直力量程1噸，側(cè)向力量程為500公斤， 傳感器間距L為50mm。所述數(shù)據(jù)掃描儀與每只傳感器5相聯(lián)，以100Hz的頻率對(duì)傳感器掃 描，并將采集數(shù)據(jù)儲(chǔ)存于數(shù)據(jù)緩存器內(nèi)。后經(jīng)通訊接口傳入計(jì)算機(jī)并顯示和記錄，供后期分 析之用。本實(shí)用新型工作流程如下-a) 首先將測(cè)試臺(tái)埋設(shè)于測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)，使其表面與路面齊平，以保證車(chē)輛或飛機(jī)平穩(wěn)通過(guò)；b) 用一定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)連接線將測(cè)試臺(tái)內(nèi)的傳感器與數(shù)據(jù)掃描儀連接，并將數(shù)據(jù)掃描儀安 置于安全區(qū)域內(nèi)，再與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)接口相連接；c) 確定可靠連接后，系統(tǒng)通電啟動(dòng)；d) 在計(jì)算機(jī)控制軟件中設(shè)置測(cè)試模式(1)手動(dòng)模式，適合測(cè)量靜載；(2)自動(dòng)模式， 適合測(cè)量高速輪載；5e)手動(dòng)模式下，讓車(chē)輛或飛機(jī)駛上測(cè)試臺(tái)，確保輪胎正好位于測(cè)試臺(tái)i^^啟動(dòng)手動(dòng)數(shù)據(jù)采集按鈕，計(jì)算機(jī)將自動(dòng)顯示并記錄輪胎壓力分布的數(shù)據(jù)； 0自動(dòng)模式下，首先啟動(dòng)自動(dòng)數(shù)據(jù)采集按鈕，系統(tǒng)隨即進(jìn)入數(shù)據(jù)采集等待狀態(tài)，讓車(chē)輛或飛機(jī)以一定行駛速度通過(guò)測(cè)試臺(tái)，動(dòng)態(tài)下的輪胎對(duì)地壓力分布將自動(dòng)被記錄和顯示;采用此方法可以對(duì)不同行駛速度下的輪胎對(duì)地壓力分布進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量； g)測(cè)量數(shù)據(jù)將自動(dòng)存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)文件，以備后期分析； 本實(shí)用新型的基本工作原理是1) 埋設(shè)于瀝青混凝土內(nèi)的傳感器，能夠與路面協(xié)調(diào)變形，在受力上更加逼近實(shí)際路 面效果；2) 每個(gè)傳感器的垂直荷載量程為1噸，側(cè)向力量程為500公斤，可實(shí)現(xiàn)對(duì)輪胎對(duì)地 壓力的三維測(cè)量；3) 當(dāng)輪胎作用在測(cè)試臺(tái)上時(shí)，同時(shí)與傳感器接觸，不同位置上的傳感器將測(cè)量得到 該位置的三維壓力值；4) 數(shù)據(jù)掃描儀以100Hz速率對(duì)傳感器進(jìn)行掃描，并將掃描得到的數(shù)據(jù)暫存于緩沖器 內(nèi)，再傳輸至計(jì)算機(jī)；5) 計(jì)算機(jī)軟件將每一個(gè)位置傳感器傳回的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并通過(guò)圖形軟件顯示并記 錄于數(shù)據(jù)文件中，以備后用。
權(quán)利要求1. 一種輪胎對(duì)地壓力動(dòng)態(tài)分布實(shí)時(shí)測(cè)量裝置，其特征在于，包括測(cè)試臺(tái)(1)、數(shù)據(jù)掃描儀(2)、數(shù)據(jù)緩存器(3)和計(jì)算機(jī)(4)，所述測(cè)試臺(tái)(1)內(nèi)設(shè)置壓力傳感器(5)，所述壓力傳感器(5)與數(shù)據(jù)掃描儀(2)通過(guò)數(shù)據(jù)線相連，數(shù)據(jù)緩存器(3)設(shè)置在數(shù)據(jù)掃描儀(2)內(nèi)，通過(guò)數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)(4)通訊，所述測(cè)試臺(tái)(1)包括鋼制底座(11)和其上鋪設(shè)的瀝青混凝土層(12)，所述壓力傳感器埋設(shè)在混凝土層(12)內(nèi)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪胎對(duì)地壓力動(dòng)態(tài)分布實(shí)時(shí)測(cè)量裝置，其特征在于，所述測(cè)試 臺(tái)的鋼制底座(11)厚度為10mm,其上鋪設(shè)的瀝青混凝土層(12)厚度為卯mm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪胎對(duì)地壓力動(dòng)態(tài)分布實(shí)時(shí)測(cè)量裝置，其特征在于，壓力傳感 器(5)測(cè)試面與瀝青混凝土層(12)表面齊平。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪胎對(duì)地壓力動(dòng)態(tài)分布實(shí)時(shí)測(cè)量裝置，其特征在于，所述壓力 傳感器(5)呈陣列交錯(cuò)排列。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的輪胎對(duì)地壓力動(dòng)態(tài)分布實(shí)時(shí)測(cè)量裝置，其特征在于，所述壓力 傳感器(5)有23只，每只傳感器垂直力量程1噸，側(cè)向力量程為500公斤，傳感器間距50mm。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的輪胎對(duì)地壓力動(dòng)態(tài)分布實(shí)時(shí)測(cè)量裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù) 掃描儀(2)與每只傳感器(5)相聯(lián)。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種輪胎對(duì)地壓力動(dòng)態(tài)分布實(shí)時(shí)測(cè)量裝置，包括測(cè)試臺(tái)、數(shù)據(jù)掃描儀、數(shù)據(jù)緩存器和計(jì)算機(jī)，所述測(cè)試臺(tái)內(nèi)設(shè)置壓力傳感器，所述壓力傳感器與數(shù)據(jù)掃描儀通過(guò)數(shù)據(jù)線相連，數(shù)據(jù)緩存器設(shè)置在數(shù)據(jù)掃描儀內(nèi)，通過(guò)數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)通訊，所述測(cè)試臺(tái)為鋼制底座，其上鋪設(shè)瀝青混凝土層，所述壓力傳感器埋設(shè)在混凝土層內(nèi)。本實(shí)用新型可以自動(dòng)測(cè)量、自動(dòng)記錄、自動(dòng)傳輸處理，而且還可以在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行高速行駛狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)測(cè)量，最終實(shí)現(xiàn)高精度現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化測(cè)量，提高了測(cè)量效率，延伸了測(cè)量的能力。
文檔編號(hào)G01L5/00GK201289413SQ200820153268
公開(kāi)日2009年8月12日 申請(qǐng)日期2008年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月19日
發(fā)明者張宏超, 杜群樂(lè), 畢玉峰 申請(qǐng)人:張宏超