专利名称：轮胎对地压力动态分布实时测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型适用于道路交通工程、机场工程中对车辆、飞机等轮载的测量和分析，具体 涉及一种轮胎对地压力动态分布实时测量装置，测量结果可用于轮载对地压力分布的模型化， 车辆或飞机轴载谱和轮载谱的研究，路面结构对荷载的响应力分析计算，以及路面和场道结 构强度设计等领域。
背景技术：
在路面和机场场道设计中，荷载对地压力分布形式被简化为圆形、均匀分布的静荷载。 但实际上，车辆荷载对地压力分布十分复杂，表现为以下几方面1. 轮胎作用于路面的接地形状不是圆形，而更大程度上表现为矩形，随着车辆载荷的增 力口，矩形形状越来越明显；2. 对地压力的分布不是均匀分布的，而是随着车辆负荷的增减以及轮胎胎压的不同而发生很大的变化；3. 轮胎的胎面有花纹存在，而且花纹的形式各种各样，花纹的这种复杂多样性决定了对 地压力的非均布性和复杂性；4. 车辆或飞机在行驶状态下，轮胎转动时的刚度变化、与路面之间短暂地接触时间都会 导致其对地压力分布产生极大变化，与静态条件下的压力分布有很大不同；因此，为了提高路面设计中对荷载描述的精确性，以保证设计结果的可靠性，必须对车 辆轮胎对地压力分布进行精确地、动态地实时测量。目前对这种轮胎对地压力分布的测量都是在静态条件下或者在实验室内高速轮毂上进行 的，测试方法主要有压力板法、压力传感器法、压敏膜法和光吸收法等。这些测量方法都 能较好较快的测量出轮胎对路面作用力的大小及其分布，但就轮胎接地压力测量方面来看， 它们也有一些不足之处，主要表现在1.测量是在静态条件下进行的，与实际行驶条件不相符；某些测量方法可以让轮胎以一 个小速率通过测试台，但是这个速率普遍小于1公里/小时，与车辆的实际行驶速度相 差很大，不能模拟实际的动态效果；而在实验室内的高速轮毂上进行的高速试验，由 于受实验室制约条件，可以测量的车型是非常有限的，而且不同尺寸从轮胎需要配备 不同尺寸的轮毂，造价昂贵，极少进行该类试验；2. 由于压力传感器点阵分布，而传感器之间存在间隙，使轮胎的实际触地面积减少、压 强增大，从而会使得测量结果的偏差；3. 这些测量都是在钢承载台上进行的，由于钢与路面材质存在很大的刚度差别，因此难 以模拟实际路面上的协调变形，导致的测量结果的偏差；发明内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种不仅可以自动测量、自动记录、自动传输处 理，而且还可以在现场进行高速行驶状态下的动态测量，最终实现高精度现场自动化测量， 提高了测量效率，延伸了测量的能力的轮胎对地压力动态分布实时测量装置，以克服现有技 术存在的上述缺陷。本实用新型解决技术问题的技术方案如下一种轮胎对地压力动态分布实时测量装置，其特征在于，包括测试台、数据扫描仪、数 据缓存器和计算机，所述测试台内设置压力传感器，所述压力传感器与数据扫描仪通过数据 线相连，数据缓存器设置在数据扫描仪内，通过数据线与计算机通讯，所述测试台为钢制底 座，其上铺设沥青混凝土层，所述压力传感器埋设在混凝土层内。所述测试台可埋设于路面内表面与路面齐平，让车辆直接行驶通过其上；本实用新型具有的优点(1)该设备通过将具有三维测量能力的传感器埋设于沥青混凝 土基座中，能够与路面协调变形，在受力上更加逼近实际路面效果，保证了测量结果的可靠 性；(2)传感器埋设于沥青混凝土中，避免了传感器之间的空隙，避免了由于受力面积减小 而造成的传感器受力增大，从而减小了测量误差；(3)由于对传感器进行了高频扫描，因此 可以实现高速数据采集，可对高速通过的轮胎进行测量，可完成试验室外的现场高速测量， 这是目前其他设备不具备的；(4)采用计算机对测量数据进行处理，极大的提高了对数据的 处理能力，这也是以往设备不具有的能力；(5)测量可采用手动和自动两种测量模式，测量 方式更加方便灵活；(6)设备集成化程度高，便于运输携带，实验室和现场都能良好的开展 测量，具有很好的可拓展能力。本实用新型采用沥青混凝土承载台，并在其表面埋设阵列压力传感器，不仅消除了采用 刚性承载台的变形不协调问题，而且同时消除了传感器之间的空隙，极大的提高了测量的精 度；采用了高速数据采集设备，对传感器阵列进行高频率扫描和高速缓存，实现了对压力数 据的高灵敏、高速测量，使轮胎对地压力分布的动态测量成为可能。现场实际可靠性测试表 明，该实用新型可对行驶速度高达160公里的行驶车辆进行动态的对地压力精确测量，测量数据可靠，从而实现了真正地动态测量。本实用新型对车辆单轮测量的总荷重高达24吨，因此可对各型车辆进行不同行驶速度的动态测量；测量数据稳定可靠，可用于车辆荷载研究和 路面设计，对于提高交通参数分析的准确性和路面设计的可靠性具有重要的意义。
图1为轮胎对地压力动态分布实时测量装置图； 图2为测试台上传感器布置俯视图具体实施方式
以下结合附图与具体实施例进一步说明本实用新型。如图1所示，本实用新型轮胎对地压力动态分布实时测量装置，包括测试台1、数据扫描 仪2、数据缓存器3和计算机4，所述测试台1内设置压力传感器5，所述压力传感器5与数 据扫描仪2通过数据线相连，数据缓存器3设置在数据扫描仪内，通过数据线与计算机通讯， 所述测试台包括钢制底座11和其上铺设的沥青混凝土层12，所述压力传感器5埋设在混凝土 层内。测试台尺寸为600mm (长)X600mm (宽)X100mm (高)，可承受0 24吨的轮载， 可埋设于路面内(表面与路面齐平)，让车辆直接行驶通过其上；所述测试台的钢制底座11 厚度为lOmm，其上铺设的沥青混凝土层12厚度为卯mm，如图2所示，压力传感器5测试面与沥青混凝土层12表面齐平。所述压力传感器5呈阵 列交错排列，所述压力传感器有23只，每只传感器垂直力量程1吨，侧向力量程为500公斤， 传感器间距L为50mm。所述数据扫描仪与每只传感器5相联，以100Hz的频率对传感器扫 描，并将采集数据储存于数据缓存器内。后经通讯接口传入计算机并显示和记录，供后期分 析之用。本实用新型工作流程如下-a) 首先将测试台埋设于测试现场，使其表面与路面齐平，以保证车辆或飞机平稳通过；b) 用一定长度的数据连接线将测试台内的传感器与数据扫描仪连接，并将数据扫描仪安 置于安全区域内，再与计算机数据接口相连接；c) 确定可靠连接后，系统通电启动；d) 在计算机控制软件中设置测试模式(1)手动模式，适合测量静载；(2)自动模式， 适合测量高速轮载；5e)手动模式下，让车辆或飞机驶上测试台，确保轮胎正好位于测试台i^^启动手动数据采集按钮，计算机将自动显示并记录轮胎压力分布的数据； 0自动模式下，首先启动自动数据采集按钮，系统随即进入数据采集等待状态，让车辆或飞机以一定行驶速度通过测试台，动态下的轮胎对地压力分布将自动被记录和显示;采用此方法可以对不同行驶速度下的轮胎对地压力分布进行自动测量； g)测量数据将自动存储到计算机中的数据文件，以备后期分析； 本实用新型的基本工作原理是1) 埋设于沥青混凝土内的传感器，能够与路面协调变形，在受力上更加逼近实际路 面效果；2) 每个传感器的垂直荷载量程为1吨，侧向力量程为500公斤，可实现对轮胎对地 压力的三维测量；3) 当轮胎作用在测试台上时，同时与传感器接触，不同位置上的传感器将测量得到 该位置的三维压力值；4) 数据扫描仪以100Hz速率对传感器进行扫描，并将扫描得到的数据暂存于缓冲器 内，再传输至计算机；5) 计算机软件将每一个位置传感器传回的数据进行分析，并通过图形软件显示并记 录于数据文件中，以备后用。
权利要求1. 一种轮胎对地压力动态分布实时测量装置，其特征在于，包括测试台(1)、数据扫描仪(2)、数据缓存器(3)和计算机(4)，所述测试台(1)内设置压力传感器(5)，所述压力传感器(5)与数据扫描仪(2)通过数据线相连，数据缓存器(3)设置在数据扫描仪(2)内，通过数据线与计算机(4)通讯，所述测试台(1)包括钢制底座(11)和其上铺设的沥青混凝土层(12)，所述压力传感器埋设在混凝土层(12)内。
2. 根据权利要求1所述的轮胎对地压力动态分布实时测量装置，其特征在于，所述测试 台的钢制底座(11)厚度为10mm,其上铺设的沥青混凝土层(12)厚度为卯mm。
3. 根据权利要求1所述的轮胎对地压力动态分布实时测量装置，其特征在于，压力传感 器(5)测试面与沥青混凝土层(12)表面齐平。
4. 根据权利要求1所述的轮胎对地压力动态分布实时测量装置，其特征在于，所述压力 传感器(5)呈阵列交错排列。
5. 根据权利要求4所述的轮胎对地压力动态分布实时测量装置，其特征在于，所述压力 传感器(5)有23只，每只传感器垂直力量程1吨，侧向力量程为500公斤，传感器间距50mm。
6. 根据权利要求5所述的轮胎对地压力动态分布实时测量装置，其特征在于，所述数据 扫描仪(2)与每只传感器(5)相联。
专利摘要本实用新型公开了一种轮胎对地压力动态分布实时测量装置，包括测试台、数据扫描仪、数据缓存器和计算机，所述测试台内设置压力传感器，所述压力传感器与数据扫描仪通过数据线相连，数据缓存器设置在数据扫描仪内，通过数据线与计算机通讯，所述测试台为钢制底座，其上铺设沥青混凝土层，所述压力传感器埋设在混凝土层内。本实用新型可以自动测量、自动记录、自动传输处理，而且还可以在现场进行高速行驶状态下的动态测量，最终实现高精度现场自动化测量，提高了测量效率，延伸了测量的能力。
文档编号G01L5/00GK201289413SQ200820153268
公开日2009年8月12日 申请日期2008年9月19日 优先权日2008年9月19日
发明者张宏超, 杜群乐, 毕玉峰 申请人:张宏超