連續式路面摩擦係數測試方法
2023-12-09 00:29:41 2
專利名稱：連續式路面摩擦係數測試方法
技術領域：
本發明涉及一種測試方法，尤其是涉及一種測試路面摩擦係數、考核路面抗滑性能的連續式路面摩擦係數測試方法。
背景技術：
目前，我國在路面縱向抗滑能力測試方面主要採用的是擺式摩擦係數儀。擺式摩擦係數儀作為傳統的公路檢測儀器，其採用擺捶的勢能與路面在一定條件下接觸瞬間所產生的摩擦阻力來度量摩擦係數，長期以來在公路建設和養護方面發揮了較大的作用。但隨著我國公路交通事業的迅猛發展，高級公路裡程的迅速增長，傳統的擺式摩擦係數儀已經越來越不適應我國高速公路建設的需要。一方面該測試儀所採用的摩擦係數測試方法是靜態單點抽樣檢測，需要多人在道路上進行試驗作業，存在較大的安全隱患，同時檢測速度緩慢，對交通的影響也較大；另一方面該類測試不能很好地反映路面的宏觀紋理構造對摩擦係數的影響，而同時宏觀紋理構造是高速公路影響路面抗滑能力好壞的決定因素；另外，在測試過程中需要大量的人為操作，效率低，誤差來源多，可重複性差，數值往往有較大的誤差，其測試效率、檢測頻率和可靠性均無法滿足高等級公路管理、養護的現實需要。
在2006年7月12日公告的實用新型專利CN2795847Y中披露了一種智能擺式摩擦係數測定儀，該實用新型對傳統的擺式摩擦係數測定儀作了較大改進。在該實用新型中，提出採用光電編碼器測定擺動角度，並採用單片機進行數據採集處理的一套相應的摩擦係數測試方法，其誤差小、測量的準確度高、重複性好，克服傳統的擺式摩擦係數測定儀的一些不足。但是其終究是一種擺式摩擦係數測試儀，隨著近年人們對汽車動力學、輪胎力學、車輪與道路相互作用的深入研究，人們已經認識到，擺式摩擦係數儀的測量方法不足以反映輪胎和道路間的摩擦作用。
尤其當汽車制動防暴死裝置ABS系統已經成為汽車的標準配置時，該問題顯得尤為突出。當前迫切需要一種安全、高效、準確、能客觀地反映路面與車輪附著性能的道路摩擦係數測試方法，能克服上述現有技術中存在的缺陷及不足。
發明內容
本發明所要解決的技術問題在於針對上述現有技術中的不足，提供一種連續式路面摩擦係數測試方法，該測試方法操作步驟簡便，安全、高效、準確，而且能夠實現摩擦係數的高速連續式檢測。
為解決上述技術問題，本發明的技術方案是一種連續式路面摩擦係數測試方法，包括如下步驟 (a)檢測輪速信號，獲取車輪的滑移率S將檢測獲得的測試輪6與輔助輪7的兩路輪速信號傳入ECU控制單元4，計算得出車輪的滑移率S； (b)控制調節制動力調控單元3，將車輪的滑移率S調至100％或控制在15％-25％的範圍內ECU控制單元4根據計算得出的滑移率數值，對制動力調控單元3發出相應控制指令，相應地不斷控制調節施加在測試輪6上的制動力，從而將車輪的滑移率S調至100％或控制在15％-25％的範圍內； (c)檢測車輪與地面之間的制動力與法向力，獲取對應的道路摩擦係數φ將ECU控制單元4對傳入的兩路檢測獲得信號進行同步諧調處理，並計算得出對應的道路滑動摩擦係數φs或道路峰值摩擦係數φp； 上述各步驟中，ECU控制單元4同時將測得的數據即時傳給上位機5進行顯示、保存及處理。
所述步驟(a)中將所測得的測試輪6的輪速信號數值VR與輔助輪7的輪速信號數值VF，帶入公式S＝(VF-VR)/VF×100％，即可計算得出車輪的滑移率S。而ECU控制單元4根據輸入的兩路輪速信號，對測試輪的運動狀態進行監測和判定，並採用邏輯門限法經過內部計算得出車輪的滑移率S。
所述步驟b中控制調節制動力調控單3將車輪的滑移率S調至100％，當S＜100％時，持續控制調節制動力調控單元3，增大測試輪6的制動力，使得滑移率S逐漸增大至100％；測試完後立即減小測試輪6的制動力。
所述控制調節制動力調控單元3將滑移率S控制在15％-25％範圍內，當S＜15％時，控制調節制動力調控單元3，增大測試輪6的制動力，使得滑移率S逐漸增大；當S＞25％時，控制調節制動力調控單元3，增大測試輪6的制動力，使得滑移率S逐漸減小。
作為本發明的一種優選實施方式，所述步驟d中，車輪輪胎與路面之間的制動力，採用制動力傳感器或扭矩傳感器進行檢測。
作為本發明的另一種優選實施方式，所述步驟d中，車輪輪胎與路面之間的法向力，採用法向力傳感器或加速度傳感器進行檢測。
綜上所述，採用本發明一種連續式路面摩擦係數測試方法，具有以下優點1、該方法操作步驟簡單、方便而且測量過程中安全係數高，能夠有效保證操作人員、檢測設備和其他車輛行駛的安全性。2、測量準確度高，測得數據的真實性、有效性、精確性高，可重複性好，具有較高的測試效率、檢測頻率和可靠性。3、該測試方法能夠較好地反映路面的宏觀紋理構造對摩擦係數的影響，真正客觀反映實際車輛行駛過程中車輪與道路的相互作用情況；尤其針對汽車ABS的大量使用，在測量道路滑動摩擦係數的同時，也能測量對應於ABS系統工作範圍中的峰值附著係數的道路峰值摩擦係數。4、能夠提高測試效率和測試速度，實現摩擦係數的高速連續式檢測。
下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。
圖1是連續式摩擦係數測試裝置的整體結構示意圖。
圖2是本發明優選實施方式的整體測試控制流程圖。
圖3是不同路面上車輪滑移率與縱向附著係數間關係的對照圖。
圖4是滑移率控制與附著係數間的關係示意圖。
附圖標記說明 1-輪速檢測單元； 2-力檢測單元； 3-制動力調控單元； 4-ECU控制單元；5-上位機； 6-測試輪； 7-輔助輪； 8-幹混凝土；9-幹瀝青； 10-溼瀝青；11-雪地； 12-冰地；
具體實施例方式 如圖1所示，連續式摩擦係數測試裝置由輪速檢測單元1、力檢測單元2、制動力調控單元3、ECU控制單元4以及上位機5五部分組成。
如圖2所示，所述的連續式路面摩擦係數測試方法包括如下步驟 第一步、檢測輪速信號，獲取車輪的滑移率S將輪速傳感器檢測獲得的測試輪6與輔助輪7的兩路輪速信號傳入ECU控制單元4，計算得出車輪的滑移率S。
根據汽車動力學及輪胎力學的研究成果，道路摩擦係數φ(即車輪附著係數)隨車輪滑移率S的變化而變化。在圖3中提供了在幹混凝土8、幹瀝青9、溼瀝青10、雪地11以及冰地12五種不同的路面上車輪滑移率與縱向附著係數間關係的對照圖。如圖3所示，在不同的路面上，車輪附著係數隨車輪滑移率的變化而呈一定的規律變化。車輪滑移率是指車輪在制動過程中滑移成份在車輪縱向運動中所佔的比例，用「S」表示。則其定義表達式為S＝(VF-VR)/VF×100％，其中S為制動時車輪滑移率，VF為實際車速，VR為車輪滾動時圓周速率。由上式可知當汽車的實際車速等於車輪滾動時的圓周速度(VF＝VR)時，滑移率為零(S＝0)，車輪為純滾動；當VR＝0時，S＝100％，車輪完全抱死而作純滑(移)動；當0＜S＜100％時，車輪既滾動又滑動。因而，滑移率S相應地反映了車輪的不同運動狀態。
在連續式路面摩擦係數測試方法中，先由輪速檢測單元1中的輪速傳感器檢測獲得測試輪6與輔助輪7的兩路輪速信號，其中所測得的測試輪的輪速信號數值即為車輪滾動時圓周速率VR，所測得的輔助輪的輪速信號數值即為實際車速VF，上述測得的數值帶入公式S＝(VF-VR)/VF×100％，即可計算得出滑移率的數值大小。測試過程中，將所測得的測試輪6與輔助輪7的兩路輪速信號傳入ECU控制單元4。ECU控制單元4根據輸入的兩路輪速信號，對測試輪的瞬時運動狀態進行監測和判定。
第二步、控制調節制動力調控單元3，將車輪的滑移率S調至100％或控制在15％-25％的範圍內ECU控制單元4根據計算得出的滑移率數值，對制動力調控單元3發出相應控制指令，相應地不斷控制調節施加在測試輪6上的制動力，從而將車輪的滑移率S調至100％或控制在15％-25％的範圍內。
在實際車輪制動動過程中，車輪所受的地面制動力Fxb與法向力Fz的比值Fxb/Fz是變化的，其大小隨著車輪滑移率的變化而變化。實驗測定，當滑移率為15％-25％的範圍內的某一點時，Fxb/Fz達到最大值，此時車輪具有最大的縱向附著係數，稱為峰值附著係數φp，該附著係數代表了路面的最佳抗滑性能，也是裝備有ABS(或ASR)的車輛起作用的附著係數；當滑移率S調至100％時，車輪具有穩定的縱向附著係數，稱為滑動附著係數φs，該附著係數代表了路面的穩態抗滑性能，也是沒有裝備ABS(或ASR)車輛的起作用的附著係數，通常所說的路面摩擦係數指的就是滑動附著係數φs。
峰值附著係數φp和滑動附著係數φs均可代表路面的抗滑性能，對於高速公路及等級路面，峰值附著係數和滑動附著係數互相之間存在著一定的對應關係，參見表1。
從理論上講，滑動附著係數φs準確地代表了普通制動系統的車輛與路面之間的附著性，而峰值附著係數φp則準確地代表了配置有ABS(或ASR)的車輛與路面之間的附著性。剎車式摩擦係數測試儀所檢測的就是滑動附著係數。而峰值附著係數檢測設備屬於不完全剎車式摩擦係數測試儀，具有檢測速度高、數值準確、測試輪磨損小、使用壽命長等優點，是國內外路面抗滑測試設備的必然發展方向。因而在今後的發展過程中，對峰值附著係數φp的測量日益重要。雖然從表1可以看出，峰值附著係數和滑動附著係數互相之間存在著一定的良好對應關係，但是在實踐中若純粹地依此對應關係來確定道路摩擦係數，也存在一定的誤差。
表1 路面峰值附著係數滑動附著係數 瀝青或混凝土(幹)0.8～0.90.75 瀝青(溼)0.5～0.70.45～0.6 混凝土(溼) 0.7～0.80.6～0.7 圖4是滑移率控制與附著係數間的關係示意圖。如圖4所示，當滑移率S＝100％時，所測得的摩擦係數為道路滑動摩擦係數φs；而當滑移率S在15％-25％範圍內的某一點Sp時，車輪具有最大的縱向附著係數φp，稱為峰值附著係數，也就是說此時測得的摩擦係數為道路峰值摩擦係數φp。因此若測量道路滑動摩擦係數φs，需要把測試輪的滑移率S調至100％，而若測量道路峰值摩擦係數φp，需要把測試輪的滑移率控制在Sp附近的某個區間，通常為15％-25％之間。
若所測得的滑移率數值未達到100％或者不在15％-25％範圍內時，通過對制動力調控單元3的控制調節來相應改變測試輪6的制動力大小，改變測試輪6的車速，進而進一步改變滑移率數值，以保證將滑移率S調至100％或控制在15％-25％範圍內。當需要測量道路滑動摩擦係數φs時，若S＜100％，持續控制調節制動力調控單元3，增大測試輪6的制動力，使得滑移率S逐漸增大至100％，此時測得的即為道路滑動摩擦係數；測試完後立即減小測試輪6的制動力。而當需要測量道路峰值摩擦係數φp時，若S＜15％，控制調節制動力調控單元3，增大測試輪6的制動力，使得滑移率S逐漸增大；若S＞25％，控制調節制動力調控單元3，增大測試輪6的制動力，使得滑移率S逐漸減小。總之，通過對制動力調控單元3的不斷控制調節，將滑移率S調至100％或控制在15％-25％範圍內。
第三步、檢測車輪與地面之間的制動力與法向力，獲取對應的道路摩擦係數φECU控制單元4對傳入的兩路檢測獲得信號同步進行實時的採集和處理，計算得出對應的道路滑動摩擦係數φs或道路峰值摩擦係數φp。
根據輪胎力學的原理，峰值附著係數φp＝Fx/Fz，其中Fx為輪胎與路面之間的制動力的極限值(即車輪所受的地面制動力Fxb)，Fz為輪胎與路面之間的法向力，因而只需要測得輪胎與路面之間的制動力Fx和輪胎與路面之間的法向力Fz即可獲得車輪峰值附著係數φp。實驗測定當車輪滑移率S＝100％時，經過檢測計算得出的比值Fx/Fz即為車輪滑動附著係數φs；而當車輪滑移率S被控制在Sp附近的範圍(15％-25％)內時，經過檢測計算得出的比值Fx/Fz即為車輪峰值附著係數φp。因而，只需測得當S≈100％或15％＜S＜25％時，輪胎與路面之間的制動力Fx和輪胎與路面之間的法向力Fz，二者的比值即為道路滑動摩擦係數φs或道路峰值摩擦係數φp。
本測試方法中，採用制動力傳感器或扭矩傳感器檢測獲得輪胎與路面之間的制動力Fx，而採用法向力傳感器或加速度傳感器來檢測獲得輪胎與路面之間的法向力Fz。其中扭矩傳感器測得的扭矩信號數值N，利用公式F＝N/r(其中r為車輪的滾動半徑)，即可換算得出輪胎與路面之間的制動力Fx。而加速度傳感器測得的加速度信號a，利用公式F＝ma(其中m為車輪實際質量)，即可換算得出輪胎與路面之間的法向力Fz。
上述各傳感器分別連續動態測量每一瞬間測試輪6所受地面的制動力Fx和法向力Fz，並將測得信號輸入到ECU控制單元4，由ECU控制單元4對輸的制動力Fx與法向力Fz數值進行分析、判斷，在此基礎上進行同步諧調處理且進行有關計算，從而得到道路滑動摩擦係數φs或道路峰值摩擦係數φp。
與此同時，在上述三步測試過程中，ECU控制單元4將測得的數據即時傳給上位機5進行顯示、保存並處理。而上位機5相當於一個人工操作界面，可以進行測量滑動摩擦係數或峰值摩擦係數的狀態選擇，設定進行連續測量或間隔測量的狀態等，之後控制ECU控制單元4執行相對應的控制指令。根據上位機5的控制指令，ECU控制單元4也可實現連續長距離高速的峰值摩擦係數檢測，也根據設定的時間步長或距離步長進行間隔性峰值摩擦係數檢測。在測量滑動摩擦係數時，因為需要將滑移率S調至100％，因而在一次測量結束後，ECU控制單元4通過控制制動力調控單元3，立即減小施加在測試輪6上的制動力；之後根據上位機5的控制指令，再連續進行下次滑動摩擦係數測量。
最後所應說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和範圍。
權利要求
1.一種連續式路面摩擦係數測試方法，其特徵在於包括如下步驟
(a)檢測輪速信號，獲取車輪的滑移率S將檢測獲得的測試輪(6)與輔助輪(7)的兩路輪速信號傳入ECU控制單元(4)，計算得出車輪的滑移率S；
(b)控制調節制動力調控單元(3)，將車輪的滑移率S調至100％或控制在15％-25％的範圍內ECU控制單元(4)根據計算得出的滑移率數值，對制動力調控單元(3)發出相應控制指令，相應地不斷控制調節施加在測試輪(6)上的制動力，從而將車輪的滑移率S調至100％或控制在15％-25％的範圍內；
(c)檢測車輪與地面之間的制動力與法向力，獲取對應的道路摩擦係數φ將ECU控制單元(4)對傳入的兩路檢測獲得信號進行同步諧調處理，並計算得出對應的道路滑動摩擦係數φ s或道路峰值摩擦係數φp；
上述各步驟中，ECU控制單元(4)同時將測得的數據即時傳給上位機(5)進行顯示、保存及處理。
2.按照權利要求1所述的連續式路面摩擦係數測試方法，其特徵在於所述步驟(a)中將所測得的測試輪(6)的輪速信號數值VR與輔助輪(7)的輪速信號數值VF，帶入公式S＝(VF-VR)/VF×100％，計算得出車輪的滑移率S。
3.按照權利要求1或2所述的連續式路面摩擦係數測試方法，其特徵在於所述步驟(a)中ECU控制單元4根據輸入的兩路輪速信號，對測試輪的運動狀態進行監測和判定，並採用邏輯門限法經過內部計算得出車輪的滑移率S。
4.按照權利要求1或2所述的連續式路面摩擦係數測試方法，其特徵在於所述步驟(b)中控制調節制動力調控單元(3)將車輪的滑移率S調至100％，當S＜100％時，持續控制調節制動力調控單元(3)，增大測試輪(6)的制動力，使得滑移率S逐漸增大至100％；測試完後立即減小測試輪(6)的制動力。
5.按照權利要求1或2所述的連續式路面摩擦係數測試方法，其特徵在於所述步驟(b)中控制調節制動力調控單元(3)將滑移率S控制在15％-25％範圍內，當S＜15％時，控制調節制動力調控單元(3)，增大測試輪(6)的制動力，使得滑移率S逐漸增大；當S＞25％時，控制調節制動力調控單元(3)，增大測試輪(6)的制動力，使得滑移率S逐漸減小。
6.按照權利要求1或2所述的連續式路面摩擦係數測試方法，其特徵在於所述步驟(d)中車輪輪胎與路面之間的制動力，採用制動力傳感器或扭矩傳感器進行檢測。
7.按照權利要求1或2所述的連續式路面摩擦係數測試方法，其特徵在於所述步驟(d)中車輪輪胎與路面之間的法向力，採用法向力傳感器或加速度傳感器進行檢測。
全文摘要
本發明公開了一種連續式路面摩擦係數測試方法，包括如下步驟檢測輪速信號，獲取車輪的滑移率；ECU控制單元根據計算得出的滑移率數值控制調節制動力調控單元，將車輪的滑移率調至100％或控制在15％-25％的範圍內；ECU控制單元對傳入的檢測得到的車輪與地面之間的制動力與法向力進行同步諧調處理，計算得出對應的道路滑動摩擦係數或道路峰值摩擦係數；上述各步驟中，ECU控制單元同時將測得的數據即時傳給上位機進行顯示、保存及處理。本測試方法操作步驟簡便，安全、高效、準確，在測量道路滑動摩擦係數的同時，也能測量對應於ABS系統工作範圍中的峰值附著係數的道路峰值摩擦係數，且能夠實現摩擦係數的高速連續式檢測。
文檔編號G01N19/02GK101109695SQ20071001859
公開日2008年1月23日 申請日期2007年9月5日 優先權日2007年9月5日
發明者張啟明, 田見校, 建 馬, 王雨臣, 陳德迎, 範陸軍 申請人:張啟明, 田見校, 建 馬, 王雨臣, 陳德迎, 範陸軍