專利名稱：一種便攜式路面摩擦系數(shù)測(cè)試裝置及測(cè)試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到路面抗滑性檢測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及一種便攜式路面摩擦系數(shù)測(cè)試裝置及使用該裝置用于測(cè)試路面摩擦系數(shù)方法。
背景技術(shù)：
路面摩擦系數(shù)作為路面抗滑性檢測(cè)領(lǐng)域中的一個(gè)非常重要的參數(shù)，倍受人們重視。所以正確的對(duì)路面進(jìn)行摩擦系數(shù)的測(cè)量對(duì)路面的抗滑性分析具有非常大的作用?？v向路面摩擦系數(shù)和橫向路面摩擦系數(shù)都是評(píng)價(jià)路面抗滑性的重要指標(biāo)，在交通事故分析中也需精確測(cè)量縱向和橫向路面摩擦系數(shù)。摩擦系數(shù)檢測(cè)設(shè)備按照檢測(cè)方式的不同可分為定點(diǎn)式摩擦系數(shù)測(cè)試儀和連續(xù)式摩擦系數(shù)測(cè)試儀(Continual Friction Measure Equipment)兩種。前者主要指英國(guó)的擺式摩擦系數(shù)儀BPT (British Pendulum Tester)及動(dòng)態(tài)摩擦系數(shù)測(cè)試儀(DFT)。其便攜性較差，也無(wú)法實(shí)現(xiàn)連續(xù)存儲(chǔ)。CFME可以分為四種基本類型鎖定輪型(Locked Wheel Tester)、側(cè)向力型(Side Force Measurement)、固定滑移率型(Fixed Slip Device)和可變滑移率型(Variable Slip Device)。這些設(shè)備大多是拖車式的，也難以實(shí)現(xiàn)快速、便捷的測(cè)量。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種便攜式路面摩擦系數(shù)測(cè)試裝置及其采用上述便攜式路面摩擦系數(shù)測(cè)試裝置用于測(cè)試路面摩擦系數(shù)方法，能夠有效解決便攜式路面摩擦系數(shù)測(cè)試裝置的單一測(cè)量問(wèn)題及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)問(wèn)題。為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采用如下技術(shù)解決方案予以實(shí)現(xiàn)一種便攜式路面摩擦系數(shù)測(cè)試裝置，包括測(cè)試箱體，在測(cè)試箱體內(nèi)有電路板，其特征在于所述的測(cè)試箱體頂面有縱向鍵、橫向鍵、電源鍵、顯示屏，測(cè)試箱體底面下方設(shè)置有仿橡膠輪胎，測(cè)試箱體的兩個(gè)互為垂直的側(cè)面上，分別設(shè)置有第一拉環(huán)、第一配重板插槽、第二拉環(huán)、第二配重板插槽，第一、第二拉環(huán)分別位于配重板插槽的中部，在測(cè)試箱體的側(cè)面還設(shè)置有存儲(chǔ)卡插槽和充電插孔；所述的測(cè)試箱體內(nèi)的電路板有單片機(jī)，在單片機(jī)上連接有按鍵控制器，兩個(gè)加速度傳感器、兩個(gè)力傳感器、顯示器和電源，其中按鍵控制器與單片機(jī)通過(guò)串口相連接，對(duì)縱向鍵、橫向鍵進(jìn)行選擇控制；電源鍵與電路板的電源相連接；兩個(gè)加速度傳感器和兩個(gè)力傳感器通過(guò)串口與單片機(jī)相連接構(gòu)成數(shù)據(jù)采集模塊， 其中第一力傳感器連接第一拉環(huán)，第二力傳感器連接第二拉環(huán)；所述的顯示器控制顯示屏實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)采集模塊的數(shù)據(jù)信息； 所述的單片機(jī)通過(guò)USB設(shè)備連接U盤，用于實(shí)時(shí)存儲(chǔ)采集模塊的數(shù)據(jù)。所述的兩個(gè)力傳感器采用CLBS3拉壓力傳感器，能同時(shí)測(cè)量拉力及其法向力；
所述兩個(gè)加速度傳感器采用MMA7260QT加速度傳感器。所述的第一、第二配重板插槽用于連接配重板。所述的單片機(jī)采用ATmegal6L單片機(jī)。所述USB設(shè)備為USB系統(tǒng)，包括USB主機(jī)和USB外設(shè)，所述USB主機(jī)為單片機(jī) ATmegal6L,所述USB外設(shè)為U盤。上述便攜式路面摩擦系數(shù)測(cè)試裝置用于測(cè)試路面摩擦系數(shù)的方法，其特征在于， 具體包括下列步驟I)根據(jù)測(cè)量情況需要，在測(cè)試箱體的配重板插槽內(nèi)安裝配重；2)將測(cè)試箱體的仿橡膠輪胎部放置于所選擇的道路上，所述道路測(cè)點(diǎn)應(yīng)在事故發(fā)生路段選擇有代表性的若干個(gè)測(cè)點(diǎn)，每一測(cè)點(diǎn)相聚5-10米，測(cè)點(diǎn)距路面邊緣不小于I米；3)測(cè)試時(shí)，將測(cè)試箱體的仿橡膠輪胎部放置于測(cè)點(diǎn)上，通過(guò)按鍵控制器開(kāi)啟電源； 按下電源開(kāi)關(guān)，啟動(dòng)測(cè)試裝置；當(dāng)測(cè)量縱向路面摩擦系數(shù)時(shí)，按下縱向鍵(1)，使測(cè)試箱體的移動(dòng)方向與事故發(fā)生車輛行駛方向一致；當(dāng)測(cè)量橫向路面摩擦系數(shù)時(shí)，按下橫向鍵(2)， 使測(cè)試箱體的移動(dòng)方向與事故發(fā)生車輛行駛方向垂直；4)然后勻速拖動(dòng)測(cè)試箱體，拖動(dòng)的距離應(yīng)不小于I米，拖動(dòng)測(cè)試箱體的時(shí)間應(yīng)不小于5秒鐘；5)通過(guò)顯示屏顯示出本次測(cè)量獲得的路面摩擦系數(shù)，并可根據(jù)要求在該測(cè)點(diǎn)測(cè)量若干次，每次測(cè)定記錄數(shù)據(jù)后，按復(fù)位清零鍵恢復(fù)原位；6)然后再根據(jù)測(cè)量要求選擇測(cè)量該測(cè)點(diǎn)或其它測(cè)點(diǎn)的縱向或橫向摩擦系數(shù)，并進(jìn)行以上步驟2) 步驟5)的操作。7)計(jì)算多次的測(cè)量平均值作為該點(diǎn)的橫向或縱向道路摩擦系數(shù)。
本發(fā)明的便攜式路面摩擦系數(shù)測(cè)試裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，攜帶方便，經(jīng)申請(qǐng)人的試用，其測(cè)試精度高，使用范圍廣，安全可靠。


圖I為本發(fā)明的便攜式路面摩擦系數(shù)測(cè)試裝置外形示意圖。圖2為本發(fā)明的便攜式路面摩擦系數(shù)測(cè)試裝置電路硬件結(jié)構(gòu)框圖。圖3為USB主機(jī)中設(shè)備控制器SL811HS的功能框圖。圖4為單片機(jī)ATmegal6L與USB主機(jī)中的設(shè)備控制器SL811HS的連接圖。圖5為USB主機(jī)軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。圖6為USB系統(tǒng)主程序流程圖。圖7為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的工作流程圖。圖8為按鍵控制器的軟件流程圖。圖9為裝置工作流程圖。圖10為測(cè)量時(shí)顯示器顯示數(shù)據(jù)的計(jì)算過(guò)程。圖11是摩擦系數(shù)曲線；其中(a)是開(kāi)始拖動(dòng)測(cè)試箱體時(shí)的摩擦系數(shù)曲線，(b)是 Ca)中的摩擦系數(shù)曲線擬合得到的摩擦系數(shù)曲線。附圖標(biāo)記分別表示圖I中，I、縱向鍵；2、橫向鍵；3、電源鍵；4、顯不屏；5、第一拉環(huán)；6、第一配重板插槽；7、存儲(chǔ)卡插槽；8、充電插孔；9、仿橡膠輪胎，10、第二拉環(huán)，11、第二配重板插槽。圖5中，51、USB主機(jī)協(xié)議系統(tǒng)軟件；52、Mass Storage類協(xié)議；53、FAT文件系統(tǒng)。以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
具體實(shí)施例方式參見(jiàn)圖I和圖2，本實(shí)施例給出一種便攜式路面摩擦系數(shù)測(cè)試裝置，包括測(cè)試箱體，在測(cè)試箱體內(nèi)有電路板。測(cè)試箱體頂面上設(shè)置有縱向鍵I、橫向鍵2、電源鍵3和顯示屏4，測(cè)試箱體底面下方設(shè)置有仿橡膠輪胎9，測(cè)試箱體的兩個(gè)互為垂直的側(cè)面上，分別設(shè)置有第一拉環(huán)5、第一配重板插槽6、第二拉環(huán)10、第二配重板插槽11，第一、第二拉環(huán)(5，10)分別位于第一第二配重板插槽(6、11)的中部，在測(cè)試箱體的側(cè)面還設(shè)置有存儲(chǔ)卡插槽7和充電插孔8 ;測(cè)試箱體內(nèi)的電路板包括有單片機(jī)，在單片機(jī)上連接有按鍵控制器，兩個(gè)加速度傳感器、兩個(gè)力傳感器、顯示 器和電源，其中按鍵控制器與單片機(jī)通過(guò)串口相連接，對(duì)縱向鍵I、橫向鍵2進(jìn)行選擇控制；電源鍵3和電路板的電源相連接；兩個(gè)加速度傳感器和兩個(gè)力傳感器通過(guò)串口與單片機(jī)相連接構(gòu)成數(shù)據(jù)采集模塊， 其中第一力傳感器連接第一拉環(huán)5,第二力傳感器連接第二拉環(huán)10 ；顯示器控制顯示屏4實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)采集模塊的數(shù)據(jù)信息；單片機(jī)通過(guò)USB設(shè)備連接卡插槽7上的U盤，用于實(shí)時(shí)存儲(chǔ)采集模塊的數(shù)據(jù)。仿橡膠輪胎9為裝置與道路接觸測(cè)試的道路接觸部，用于模擬汽車制動(dòng)時(shí)輪胎的抱死情況。本實(shí)施例中，單片機(jī)選擇ATmegal6L單片機(jī)，其包括高性能、低功耗的8位AVR微處理器，先進(jìn)的RISC結(jié)構(gòu)，512字節(jié)的EEPROM可擦寫10，000次，四通道PWM，8路10位ADC。 該單片機(jī)能按照按鍵的狀態(tài)選擇數(shù)據(jù)采集模塊的采集方式，實(shí)時(shí)的接收數(shù)據(jù)采集模塊與存儲(chǔ)器所傳送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)信息，并對(duì)這些信息進(jìn)行快速準(zhǔn)確的處理，然后對(duì)這些實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、曲線向存儲(chǔ)器進(jìn)行存儲(chǔ)，并向顯示屏輸出處理后的信息。 按鍵控制器包括電源鍵，縱向鍵和橫向鍵，并能通過(guò)人工控制按鍵的不同，來(lái)選擇路面測(cè)量的方式，并進(jìn)而通過(guò)單片機(jī)控制數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集模塊包括兩個(gè)力傳感器及加速度傳感器。其中力傳感器采用CLBS3拉壓力傳感器，能同時(shí)測(cè)量拉力及其法向力；所述加速度傳感器采用MMA7260QT加速度傳感器， 能正確的測(cè)量?jī)x器的加速度，并將其加速度電壓信號(hào)送入速度積分器處理，通過(guò)速度積分器將實(shí)時(shí)速度積出，送入單片機(jī)處理。該模塊有兩種路面摩擦系數(shù)的測(cè)量數(shù)據(jù)采集方式，一種是測(cè)量縱向摩擦系數(shù)的數(shù)據(jù)采集方式，另一種是測(cè)量橫向摩擦系數(shù)的采集方式，需根據(jù)用戶按鍵的不同進(jìn)行選擇，選擇后利用力傳感器與加速度傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)測(cè)量，并把它測(cè)量的信息傳入單片機(jī)處理。本實(shí)施例中，USB設(shè)備為USB系統(tǒng)，包括USB主機(jī)和USB外設(shè)，USB主機(jī)為單片機(jī) ATmegal6L, USB外設(shè)為U盤，任何一次USB的數(shù)據(jù)傳輸都必須由USB主機(jī)來(lái)發(fā)起和控制，USB 外設(shè)只能和USB主機(jī)/設(shè)備控制器連接；單片機(jī)需要通過(guò)USB主機(jī)對(duì)U盤進(jìn)行讀寫實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)，USB主機(jī)中的設(shè)備控制器為SL811HS芯片(圖3)，其可作為USB主機(jī)或者設(shè)備的接口控制器，支持USB協(xié)議I. I，提供全速和低速2種USB總線速度方式，片上集成了 SIE、單端口根Hub、USB收發(fā)器和256字節(jié)的SRAM ；3. 3V工作電壓，接口兼容5V電壓，硬件自動(dòng)產(chǎn)生幀起始包SOF和CRC5 / 16校驗(yàn)。該模塊使用FAT文件系統(tǒng)，支持U盤即插即用，測(cè)量方式 (橫向或縱向)每次開(kāi)啟，模塊將在U盤中建立一個(gè)文件夾，然后在文件夾中建立一個(gè)數(shù)字文件。文件夾的命名采用順序編號(hào)排列，比如，第一次開(kāi)啟測(cè)量模式后，系統(tǒng)創(chuàng)建額文件名為 DATA1,則關(guān)閉測(cè)量模式再打開(kāi)該測(cè)量模式后，系統(tǒng)創(chuàng)建的文件名為DATA2，永不重復(fù)，避免數(shù)據(jù)被覆蓋，并且關(guān)閉電源后數(shù)據(jù)也不會(huì)消失，不同的測(cè)量方式用不同的文件名。之后將U 盤中數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)上讀出來(lái)以獲取數(shù)據(jù)。電源可以為單片機(jī)提供穩(wěn)定的工作電壓。顯示器可以將單片機(jī)處理后的數(shù)據(jù)信息通過(guò)測(cè)試箱體上的顯示屏4實(shí)時(shí)顯示出 來(lái)。圖3為USB主機(jī)中設(shè)備控制器SL811HS的功能框圖。SL811HS是可支持全速數(shù)據(jù)傳輸?shù)腢SB控制芯片，該芯片采用28腳PLCC和48腳TQFP兩種封裝形式，且內(nèi)含USB主/ 從控制器，支持全速/低速數(shù)據(jù)傳輸，并能自動(dòng)識(shí)別低速或全速設(shè)備。SL811HS所提供的接口遵從USB I. I標(biāo)準(zhǔn)，處理器接口提供了數(shù)據(jù)、地址和控制信號(hào)線，方便和單片機(jī)、DSP和嵌入式微處理器連接，并受到CPU的控制。中斷控制器通過(guò)檢測(cè)各種USB總線的狀態(tài)變化，如設(shè)備的接人、設(shè)備掛起模式的喚醒等，并以中斷形式表現(xiàn)，可通過(guò)檢測(cè)中斷狀態(tài)寄存器來(lái)了解設(shè)備的狀態(tài)。RAM—方面提供了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的緩沖區(qū)，另一方面又定義了各種寄存器用于控制SL811HS，外部的CPU通過(guò)訪問(wèn)這些寄存器便可了解USB的狀態(tài)和相關(guān)信息。SIE實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)并、串轉(zhuǎn)換。集成的根Hub提供USB設(shè)備的連接點(diǎn)。時(shí)鐘發(fā)生器模塊需要外接晶振為 SL811HS提供時(shí)鐘。圖4為USB主機(jī)單片機(jī)ATmegal6L與USB主機(jī)中的設(shè)備控制器SL81IHS的連接圖。 SL811HS是3. 3V供電的系統(tǒng)，而ATmegal6L是5V供電的系統(tǒng)，但二者的端口能夠彼此兼容對(duì)方的高低電平。因此SL811HS的數(shù)據(jù)引腳D(TD7直接與單片機(jī)的低八位地址，數(shù)據(jù)總線引腳ΡΑ(ΓΡΑ7連接，讀寫選通引腳nRD、nWR則直接與單片機(jī)的讀寫線/RD、/WR接，ATmegal6L 單片機(jī)通過(guò)接口，到達(dá)SL81IHS內(nèi)部的緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)，分兩個(gè)步驟先將AO置0，通過(guò)8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用線進(jìn)行寫地址；再將AO置1，通過(guò)8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用線向緩沖區(qū)讀寫數(shù)據(jù)。SL811HS的Μ/S引腳經(jīng)下拉電阻后接地，使得其工作于主機(jī)控制器模式。此外，SL811HS 的中斷請(qǐng)求信號(hào)為高電平有效，則反向后連接到ATmegal6L的外部中斷引腳/INTO。本系統(tǒng)沒(méi)有采用SL811HS內(nèi)部的鎖相環(huán)，直接使用外部的48MHz有源晶振作為時(shí)鐘源。存儲(chǔ)模塊是主機(jī)系統(tǒng)，其PCB板上安裝有插座，用于為U盤提供連接點(diǎn)。圖5是USB主機(jī)軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)?？紤]到一般的USB主機(jī)僅配置一個(gè)USB設(shè)備，由于其數(shù)據(jù)量較小。傳輸時(shí)間較短，故忽略了 USBHUB協(xié)議、電源管理等功能，側(cè)重于枚舉過(guò)程， 標(biāo)準(zhǔn)控制請(qǐng)求命令的實(shí)現(xiàn)，以及海量存儲(chǔ)類驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)。另外為了讀寫存儲(chǔ)器的需要，需要在主機(jī)系統(tǒng)建立一個(gè)精簡(jiǎn)的FAT系統(tǒng)。所以USB主機(jī)協(xié)議的系統(tǒng)軟件、Mass Storage類協(xié)議軟件、FAT文件系統(tǒng)軟件等3部分是整個(gè)USB主機(jī)系統(tǒng)的核心軟件。USB主機(jī)協(xié)議系統(tǒng)軟件主要用于控制主機(jī)控制器來(lái)管理主機(jī)和設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸，包括USB主控制器驅(qū)動(dòng)程序和USB核心驅(qū)動(dòng)程序。USB主控制器驅(qū)動(dòng)程序是USB軟件協(xié)議棧最底層一部分，是對(duì)USB 主機(jī)控制器硬件和數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N抽象。HCD向下直接管理和檢測(cè)主控制器硬件的各種行為。向上則為USB核心驅(qū)動(dòng)程序服務(wù)，HCD提供了一個(gè)軟件接口，使得各種USB主機(jī)控制器的硬件特性都被軟件化，并受核心驅(qū)動(dòng)程序的調(diào)用和管理。而USB核心驅(qū)動(dòng)程序是整個(gè)體系的中樞，具有一系列機(jī)制來(lái)檢測(cè)和管理USB系統(tǒng)的所有活動(dòng)，并向上通過(guò)管道機(jī)制和命令機(jī)制接受USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和用戶程序的各種請(qǐng)求命令和數(shù)據(jù)，向下把處理好的各種數(shù)據(jù)發(fā)送給HCD，以實(shí)現(xiàn)上層的各種服務(wù)，并最終與設(shè)備進(jìn)行通信。Mass Storage類協(xié)議主要為U盤建立USB接口，根據(jù)U盤接口構(gòu)成了 Mass Storage類的子類，他們都有自己的規(guī)范， 并通過(guò)命令的形式實(shí)現(xiàn)各種功能。FAT文件系統(tǒng)方面主要指的是U盤符合FAT文件系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，以文件的形式管理和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，所以需要建立一個(gè)精簡(jiǎn)的文件系統(tǒng)。整個(gè)文件系統(tǒng)通過(guò)Mass Storage的UFI命令與外設(shè)的磁盤建立聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)建立FAT表、FDT表、查找文件、 寫文件和讀文件等一系列功能。圖6是USB系統(tǒng)主程序流程圖。該流程如下(a)系統(tǒng)初始化包括單片機(jī)的初始化和SL811HS的初始化。單片機(jī)的初始化主要是完成外部中斷INTO、I/O 口等的初始化。SL811HS的初始化包括工作方式設(shè)定、初值設(shè)置、 相關(guān)的數(shù)據(jù)緩沖器清零等。進(jìn)入(b)
(b)如果有U盤插入時(shí)，SL811HS會(huì)以中斷方式通知單片機(jī)，單片機(jī)收到中斷后，可以對(duì)U盤進(jìn)行復(fù)位，進(jìn)入(C);否則返回繼續(xù)等待中斷；(c) SL811HS對(duì)U盤進(jìn)行配置，獲得設(shè)備描述符，以判別設(shè)備是哪一類設(shè)備，此時(shí) USB設(shè)備默認(rèn)地址為0，通信采用控制傳輸。接下來(lái)主機(jī)對(duì)USB設(shè)備分配地址，在以后與USB 設(shè)備通信時(shí)就用此地址。然后獲取有關(guān)設(shè)備配置的描述符，獲取此描述符要進(jìn)行兩次請(qǐng)求， 第一次是試探性的，以便得到相關(guān)數(shù)據(jù)的具體長(zhǎng)度，第二次才返回接口以及端點(diǎn)的全部信息。最后按照得到的數(shù)據(jù)對(duì)USB設(shè)備進(jìn)行正確的配置，至此USB枚舉過(guò)程結(jié)束。進(jìn)入(d);(d)如果U盤準(zhǔn)備好，則進(jìn)入(e);否則SL811HS繼續(xù)對(duì)U盤進(jìn)行配置；(e)創(chuàng)建并打開(kāi)文件。文件的建立和打開(kāi)都需要先指定路徑，設(shè)定好路徑后，就可以創(chuàng)建或打開(kāi)文件了，打開(kāi)文件或目錄需要指定的函數(shù)，創(chuàng)建文件也需要指定的函數(shù)，需要注意的是如果存在同名文件，那么該同名文件將首先被刪除，然后再新建文件。如果不希望已有文件被刪除，那么應(yīng)該事先調(diào)用指定函數(shù)確認(rèn)文件不存在后再新建，在文件創(chuàng)建成功后，文件會(huì)自動(dòng)打開(kāi)，以供讀寫。如果文件打開(kāi)或創(chuàng)建失敗，會(huì)返回相應(yīng)的錯(cuò)誤碼，程序應(yīng)根據(jù)錯(cuò)誤碼的類型做相應(yīng)的處理，進(jìn)入(f)。(f)對(duì)文件進(jìn)行讀寫。對(duì)U盤的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)進(jìn)行讀取，然后尋找文件的空簇鏈表及空目錄項(xiàng)，修改文件分配表FAT，最后寫目錄項(xiàng)，寫數(shù)據(jù)。結(jié)束圖7是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的工作流程圖，工作流程如下a)打開(kāi)電源，按鍵開(kāi)啟某個(gè)測(cè)量方式。如果按鍵為縱向鍵1，模塊識(shí)別U盤V子目錄中data文件的個(gè)數(shù)m,并建立一個(gè)新文件data (m+1). txt ;如果按鍵為橫向鍵2,模塊識(shí)別U盤H子目錄中data文件的個(gè)數(shù)η,并建立一個(gè)新文件data (n+l).txt,進(jìn)入(b)；b)開(kāi)啟某個(gè)測(cè)量方式后，顯示屏清零，人工拉動(dòng)測(cè)量?jī)x器，數(shù)據(jù)采集模塊開(kāi)始采集，當(dāng)拉力在t=ls內(nèi)保持FS ε ( ε =0.001)時(shí)，停止數(shù)據(jù)采集并在新文件中建立新的一列，存儲(chǔ)與新文件該列中；否則繼續(xù)拖動(dòng)箱體進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；c)該測(cè)量過(guò)程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)完畢后，新文件有效。d)若長(zhǎng)按該測(cè)量方式鍵，則該測(cè)量方式結(jié)束，并關(guān)閉數(shù)據(jù)文件；否則清零，繼續(xù)測(cè)量，返回;圖8為按鍵控制器的軟件流程圖，工作過(guò)程如下(a)打開(kāi)電源，縱向鍵I、橫向鍵2鍵端ロ置低電平，進(jìn)入(b)；(b)如果CPU訪問(wèn)并查詢有端ロ(縱向鍵I、橫向鍵2鍵中的ー個(gè)端ロ)變?yōu)楦唠娖?，進(jìn)入(c)，否則CPU繼續(xù)訪問(wèn)查詢；(c) CPU判斷有電位變化按鍵，則CPU確定鍵號(hào)為A，進(jìn)入(d)；(d)根據(jù)延時(shí)去抖動(dòng)程序判斷的按鍵響應(yīng)時(shí)間，如果按鍵響應(yīng)時(shí)間(t>2s)為“長(zhǎng)按”，則執(zhí)行按鍵A “長(zhǎng)按”的功能(該測(cè)量方式關(guān)閉)，然后返回，否則進(jìn)入(e)；(e)執(zhí)行按鍵A的功能，返回。圖9為本實(shí)施例的便攜式路面摩擦系數(shù)測(cè)試裝置用于測(cè)試路面摩擦系數(shù)的工作流程圖，其工作過(guò)程如下I)打開(kāi)電源，按鍵開(kāi)啟某個(gè)測(cè)量方式。如果按鍵為縱向鍵1，則清零并拖動(dòng)箱體進(jìn)行縱向數(shù)據(jù)采集；若按鍵為橫向鍵2，則清零并拖動(dòng)箱體進(jìn)行橫向數(shù)據(jù)采集；2)當(dāng)拉カ在t = Is內(nèi)保持F < ε ( ε =0. 001)時(shí),停止采集數(shù)據(jù)并進(jìn)行顯示存儲(chǔ)；否則繼續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；3)如果長(zhǎng)按該測(cè)量方式鍵，則顯示屏清屏，測(cè)量方式結(jié)束；否則顯示屏清零繼續(xù)進(jìn)行測(cè)量；圖10為測(cè)量時(shí)顯示器顯示數(shù)據(jù)的計(jì)算過(guò)程。仿橡膠輪胎9底座部分為該裝置與道路接觸測(cè)試的道路接觸部，輪胎與路面之間的嚙合所傳遞的切向カ則是有限的。仿橡膠輪胎與路面之間切向力的最大值為
_4] Fxmax=UFz式中，F(xiàn)xmax為作用在輪胎上切向力的極限值；FZ為作用在輪胎上的載荷；μ為路面摩擦系數(shù)。路面摩擦系數(shù)測(cè)試的基本測(cè)量原理是根據(jù)其受力模型得出F_f = ma，由于f = μ N，得出的瞬時(shí)摩擦系數(shù)為μ = (F-ma) /N在保證傳感器采集速率同步的基礎(chǔ)上，得出μ為較準(zhǔn)確的瞬時(shí)路面摩擦系數(shù)。其中F為カ傳感器所測(cè)得的拉力，a為加速度傳感器測(cè)得的測(cè)試儀加速度，m為該測(cè)試裝置的質(zhì)量，N為カ傳感器所測(cè)得的測(cè)試儀法向反力。如圖11 (a)所示，由于在開(kāi)始拖動(dòng)測(cè)試箱體及停止拖動(dòng)測(cè)試箱體時(shí)的加速度a瞬時(shí)增大，致使瞬時(shí)路面摩擦系數(shù)μ較小，不能有效的反應(yīng)該路面的摩擦系數(shù)，所以應(yīng)取該 曲線的穩(wěn)定段來(lái)描述其拖動(dòng)路段的抗滑性。本實(shí)施例設(shè)拖動(dòng)測(cè)試箱體的時(shí)間為t，且采用Λ μ =0. 06的兩條平行線從曲線縱坐標(biāo)最大值處往縱坐標(biāo)減小的方向掃描，掃描出能夠出現(xiàn)在Λ μ =0. 06范圍內(nèi)的最長(zhǎng)時(shí)間曲線段At，且At.彡0.3t，設(shè)At兩端分別記為tl及t2，將圖11 (a)中的曲線擬合，得
圖11 (b)中的曲線μ (t)，在圖11 (b)中，tl至t2段中進(jìn)行積分得則顯示屏讀數(shù)可設(shè)為リ=J12MO 麻
權(quán)利要求
1.一種便攜式路面摩擦系數(shù)測(cè)試裝置，包括測(cè)試箱體，在測(cè)試箱體內(nèi)有電路板，其特征在于 所述的測(cè)試箱體頂面有縱向鍵(I)、橫向鍵(2)、電源鍵(3)、顯示屏(4)，測(cè)試箱體底面下方設(shè)置有仿橡膠輪胎(9)，測(cè)試箱體的兩個(gè)互為垂直的側(cè)面上，分別設(shè)置有第一拉環(huán)(5)、第一配重板插槽(6)、第二拉環(huán)(10)、第二配重板插槽(11)，第一、第二拉環(huán)(5，10)分別位于第一、第二配重板插槽(6、11)的中部，在測(cè)試箱體的側(cè)面還設(shè)置有存儲(chǔ)卡插槽(7)和充電插孔(8)； 所述的測(cè)試箱體內(nèi)的電路板包括有單片機(jī)，在單片機(jī)上連接有按鍵控制器，兩個(gè)加速度傳感器、兩個(gè)力傳感器、顯示器和電源，其中 按鍵控制器與單片機(jī)通過(guò)串口相連接，對(duì)縱向鍵(I)、橫向鍵(2)進(jìn)行選擇控制；電源鍵(3)與電路板的電源相連接； 兩個(gè)加速度傳感器和兩個(gè)力傳感器通過(guò)串口與單片機(jī)相連接構(gòu)成數(shù)據(jù)采集模塊，其中第一力傳感器連接第一拉環(huán)(5)，第二力傳感器連接第二拉環(huán)(10); 顯示器控制顯示屏(4)實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)采集模塊的數(shù)據(jù)信息； 單片機(jī)通過(guò)USB設(shè)備連接卡插槽(7)上的U盤，用于實(shí)時(shí)存儲(chǔ)采集模塊的數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求I所述的便攜式路面摩擦系數(shù)測(cè)試裝置，其特征在于，所述的兩個(gè)力傳感器采用CLBS3拉壓力傳感器，能同時(shí)測(cè)量拉力及其法向力；所述兩個(gè)加速度傳感器采用MMA7260QT加速度傳感器。
3.如權(quán)利要求I所述的便攜式路面摩擦系數(shù)測(cè)試裝置，其特征在于，所述的第一、第二配重板插槽(6，11)用于連接配重板。
4.如權(quán)利要求I所述的便攜式路面摩擦系數(shù)測(cè)試裝置，其特征在于，所述的單片機(jī)采用ATmegal6L單片機(jī)。
5.如權(quán)利要求I所述的便攜式路面摩擦系數(shù)測(cè)試裝置，其特征在于，所述USB設(shè)備為USB系統(tǒng)，包括USB主機(jī)和USB外設(shè)，所述USB主機(jī)為單片機(jī)ATmegal6L，所述USB外設(shè)為U盤。
6.權(quán)利要求I所述的便攜式路面摩擦系數(shù)測(cè)試裝置用于測(cè)試路面摩擦系數(shù)的方法，其特征在于，具體包括下列步驟 1)根據(jù)測(cè)量情況需要，在測(cè)試箱體的配重板插槽內(nèi)安裝配重； 2)將測(cè)試箱體的仿橡膠輪胎部放置于所選擇的道路上，所述道路測(cè)點(diǎn)應(yīng)在事故發(fā)生路段選擇有代表性的若干個(gè)測(cè)點(diǎn)，每一測(cè)點(diǎn)相聚5-10米，測(cè)點(diǎn)距路面邊緣不小于I米； 3)測(cè)試時(shí)，將測(cè)試箱體的仿橡膠輪胎部放置于測(cè)點(diǎn)上，通過(guò)按鍵控制器按下電源開(kāi)關(guān)，啟動(dòng)測(cè)試裝置；當(dāng)測(cè)量縱向路面摩擦系數(shù)時(shí)，按下縱向鍵(1)，使測(cè)試箱體的移動(dòng)方向與事故發(fā)生車輛行駛方向一致；當(dāng)測(cè)量橫向路面摩擦系數(shù)時(shí)，按下橫向鍵(2)，使測(cè)試箱體的移動(dòng)方向與事故發(fā)生車輛行駛方向垂直； 4)然后勻速拖動(dòng)測(cè)試箱體，拖動(dòng)的距離應(yīng)不小于I米，拖動(dòng)測(cè)試箱體的時(shí)間應(yīng)不小于5秒鐘； 5)通過(guò)顯示屏顯示出本次路面摩擦系數(shù)，并根據(jù)要求在該測(cè)點(diǎn)測(cè)量若干次，每次測(cè)定記錄數(shù)據(jù)后，按復(fù)位清零鍵恢復(fù)原位； 6)然后再根據(jù)測(cè)量要求選擇測(cè)量該測(cè)點(diǎn)或其它測(cè)點(diǎn)的縱向或橫向摩擦系數(shù)，并進(jìn)行以上步驟2) 步驟5)的操作。 7)計(jì)算多次的測(cè)量平均值作為該點(diǎn)的橫向或縱向道路摩擦系數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種便攜式路面摩擦系數(shù)測(cè)試裝置及其測(cè)試方法，裝置包括測(cè)試裝置箱體，在測(cè)試箱體內(nèi)有電路板，測(cè)試箱體頂面上設(shè)置有縱向鍵、橫向鍵、電源鍵和顯示屏，測(cè)試箱體底面下方設(shè)置有仿橡膠輪胎，測(cè)試箱體的側(cè)面上分別設(shè)置有拉環(huán)和配重板插槽，拉環(huán)設(shè)置在兩個(gè)配重板插槽中部，其中一個(gè)設(shè)置有拉環(huán)和配重板插槽的箱面上還設(shè)置有存儲(chǔ)卡插槽和充電插孔。測(cè)試箱體內(nèi)的電路板有單片機(jī)，在單片機(jī)上連接有按鍵控制器，兩個(gè)加速度傳感器、兩個(gè)力傳感器、顯示器和電源，單片機(jī)通過(guò)USB設(shè)備連接U盤，用于實(shí)時(shí)存儲(chǔ)采集模塊的數(shù)據(jù)。采用該裝置能精確測(cè)量道路的橫、縱向附著系數(shù)，解決了便攜式路面摩擦系數(shù)測(cè)試裝置的雙向測(cè)量問(wèn)題，并有效進(jìn)行了數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。
文檔編號(hào)G01N19/02GK102706799SQ201210158449
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月21日
發(fā)明者周維新, 孟令智, 張韋華, 李春明, 王棟, 袁望方, 陳濤, 魏朗 申請(qǐng)人:長(zhǎng)安大學(xué)