路面材料摩擦性能測試裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種路面材料摩擦性能測試裝置及方法。該裝置包括第一測試用輪胎、第二測試用輪胎、承載單元、驅(qū)動單元、加載單元、輪胎制動控制與測試單元和數(shù)據(jù)采集單元。本發(fā)明利用輪胎制動控制與測試單元實時控制測試用輪胎的滑移率，能實現(xiàn)對路面材料摩擦性能的準確模擬及測試。
【專利說明】
路面材料摩擦性能測試裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種路面材料摩擦性能測試裝置及方法，尤其是涉及一種道路工程領(lǐng) 域的路面材料摩擦性能測試裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，各類汽車保有量急速上升，公路作為不可或缺的物流 大通道之一得到了前所未有的發(fā)展。一方面，高速公路的持續(xù)建設(shè)促進運輸業(yè)的飛速發(fā)展， 然而另一方面，交通事故的不斷出現(xiàn)也引發(fā)人們對行車安全的日益關(guān)注。交通事故的發(fā)生 與路面防滑性能密切相關(guān)，而輪胎與路面間的摩擦系數(shù)對路面防滑性能有著直接的影響。 因此，路面防滑能力成為評價路面材料摩擦性能的一項重要評價指標。
[0003] 現(xiàn)有的路面材料摩擦性能測試裝置總體可分為室內(nèi)和室外兩類。室外多為各類摩 擦系數(shù)測試車在實體路面上進行測試，測試效率高，數(shù)據(jù)可靠度大，但通常測試成本高，并 且受測試方法限制，只能用于對已建成路面材料摩擦性能的"事后評價"。
[0004] 目前，對于路面材料摩擦性能的前期研究多在實驗室中進行，但是室內(nèi)對路面材 料摩擦性能測試也主要依靠擺式摩擦儀，雖然該方法簡單易行，然而精度不高，不適用于表 面紋理構(gòu)造粗糙的路面材料摩擦性能測試;并且從測試原理上看，該方法只能模擬輪胎胎 面在低速和極低的接觸壓強下與路面之間的摩擦狀態(tài)，與實際胎路摩擦耦合工況差距顯 著，因而不足以用于路面防滑能力的全面評價。
[0005] 類似地，體積較小的動態(tài)摩擦系數(shù)測試儀DFT也模擬了胎面橡膠與路面材料在高 速但極低接觸壓強下的摩擦狀態(tài);然而，由于粗糙材料摩擦特性與接觸壓強直接相關(guān)，因 此，該儀器也同樣無法測試胎路摩擦的真實摩擦狀態(tài)。
[0006] 在車路耦合系統(tǒng)中，滑移率是表征車輪運動中滑動成分所占比例的重要參數(shù)，對 輪胎一路面之間的耦合摩擦行為影響顯著;然而，目前用于室內(nèi)輪胎滾動以及滑動行為的 測試裝置或方法中，在胎路耦合接觸類的試驗中并未對輪胎滑移率進行實時控制，導(dǎo)致現(xiàn) 有對試驗結(jié)果的評價多建立在未知滑移率的條件下進行，造成試驗結(jié)果準確性和有效性的 降低。
[0007] CN102435449A公開了一種復(fù)合四連桿輪胎力學(xué)特性試驗機，主要從輪胎力學(xué)的角 度進行了輪胎性能的全面測試，但是對于從路面角度研究胎路摩擦問題而言，則同樣由于 欠缺對滑移率的設(shè)定，而使得對路面防滑性能的原因分析難以準確進行。CN101532934A公 開了一種主驅(qū)動輪式路面材料加速加載測試裝置，該裝置在充分考慮了輪胎受力的基礎(chǔ) 上，通過環(huán)形整體試件與輪胎的摩擦以獲取各級速度下胎路摩擦的實時數(shù)據(jù)，但同樣由于 忽略了不同速度下輪胎與路面之間的滑移率的變化測試和控制，因此產(chǎn)生測試數(shù)據(jù)誤差及 分析誤差，從而降低了試驗結(jié)果的參考價值。
[0008] CN105083292A公開了 一種預(yù)估未知路面摩擦系數(shù)的方法，該方法通過將已知實驗 輪胎安裝在測試實驗臺上，設(shè)定實驗已知路面，測量被測輪胎在已知路面上的縱向滑移剛 度，測量輪胎在已知路面上運動時的縱向力、垂向力以及滑移率，測量輪胎在預(yù)估路面上運 動時的縱向力、垂向力以及滑移率，以預(yù)估路面的摩擦系數(shù)。然而，該方法中雖然提及滑移 率，但未述及對輪胎滑移率進行實時控制的問題。CN203720064U公開了一種路面摩擦系數(shù) 測定儀，并未記載對輪胎滑移率進行實時控制的技術(shù)方案。另外，CN105510223A公開了用于 使用自校準扭矩估計路面摩擦系數(shù)的方法，該方法基于轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)確定至少一個狀態(tài)評估 值，基于狀態(tài)評估值確定特征組以包括自校準扭矩(SAT )、滑移角、SAT差異、轉(zhuǎn)向速率和側(cè) 向加速度中的至少一個，使用模式分類技術(shù)處理在轉(zhuǎn)向操縱期間獲得并且與特征組相關(guān)的 轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)，以及基于處理來確定表面類型。然而，該方法中也沒有記載對輪胎滑移率進行實 時控制的技術(shù)方案。
[0009] 由以上現(xiàn)有技術(shù)可知，目前可用于路面防滑性能室內(nèi)測試的裝置無法同時實現(xiàn)基 于實際胎路接觸工況下輪胎胎壓、接地壓強、接地壓力非均勻分布特征，以及輪胎在高速情 況下滑動/滾動、并且在不同滑移率下與路面耦合摩擦接觸工況的模擬，因此目前對胎路摩 擦的實驗分析并不準確。
[0010] 因此，迫切需要一種路面材料摩擦性能測試裝置及方法，在外部荷載、輪胎類型、 胎壓、輪胎相對運動速度、輪胎的滑移率、路面材料試件的多種可變條件下，能準確而有效 地對測試用輪胎與路面之間的摩擦性能進行測試。通過獲取上部荷載、摩擦力的實時數(shù)據(jù)， 獲取輪胎與路面之間的摩擦系數(shù)，實現(xiàn)對路面防滑性能的準確評價，從而彌補現(xiàn)有技術(shù)中 對于路面材料摩擦性能測試手段的不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明的目的之一是提供一種路面材料摩擦性能測試裝置，該裝置可以實時控制 測試用輪胎的滑移率，能實現(xiàn)對路面材料摩擦性能的準確模擬及測試。
[0012] 本發(fā)明的另一目的是提供一種路面材料摩擦性能測試方法，利用該路面材料摩擦 性能測試方法能夠更準確而有效地測試路面材料摩擦性能。
[0013] 本發(fā)明提供一種路面材料摩擦性能測試裝置，該裝置包括第一測試用輪胎、第二 測試用輪胎、承載單元、驅(qū)動單元、加載單元、輪胎制動控制與測試單元以及數(shù)據(jù)采集單元；
[0014] 承載單元位于驅(qū)動單元與第一測試用輪胎、第二測試用輪胎之間，用于承載路面 材料試件;驅(qū)動單元用于驅(qū)動所述承載單元進行運動;加載單元位于第一測試用輪胎和第 二測試用輪胎的上方，用于施加荷載于第一測試用輪胎和第二測試用輪胎；
[0015] 所述輪胎制動控制與測試單元包括第一制動器、第二制動器、第一轉(zhuǎn)速傳感器、第 二轉(zhuǎn)速傳感器、第三轉(zhuǎn)速傳感器、壓力傳感器、第一拉力傳感器和第二拉力傳感器;第一制 動器安裝于第一測試用輪胎上，用于實時控制該第一測試用輪胎的滑移率;第二制動器安 裝于第二測試用輪胎上，用于實時控制該第二測試用輪胎的滑移率;第一轉(zhuǎn)速傳感器安裝 于第一試用輪胎上，用于測量該第一測試用輪胎的角速度;第二轉(zhuǎn)速傳感器安裝于第二試 用輪胎上，用于測量該第二測試用輪胎的角速度;第三轉(zhuǎn)速傳感器安裝于承載單元的轉(zhuǎn)軸 上，用于測量承載單元的轉(zhuǎn)速;壓力傳感器安裝于加載單元上，用于測量施加給第一測試用 輪胎和第二測試用輪胎的壓力；第一拉力傳感器用于測量作用于第一測試用輪胎的拉力， 第二拉力傳感器用于測量作用于第二測試用輪胎的拉力；以及
[0016] 所述數(shù)據(jù)采集單元用于對全部傳感器的測試數(shù)據(jù)進行實時采集并且進行記錄。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明所述的裝置，優(yōu)選地，所述驅(qū)動單元包括電機、減速器和變頻器，電機 通過齒輪與減速器進行動力傳遞，變頻器用于改變電機的轉(zhuǎn)速，進而控制所述承載單元的 轉(zhuǎn)速。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明所述的裝置，優(yōu)選地，所述的承載單元包括承載盤和承重板;所述承載 盤位于承重板上方;所述承載盤用于承載路面材料試件。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明所述的裝置，優(yōu)選地，所述加載單元包括加壓活塞和加載橫桿;所述加 壓活塞安裝于所述加載橫桿的上方，所述壓力傳感器設(shè)置在所述加壓活塞與所述加載橫桿 之間。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明所述的裝置，優(yōu)選地，所述第一測試用輪胎和第二測試用輪胎對稱設(shè) 置在所述加載橫桿的下方。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明所述的裝置，優(yōu)選地，所述的裝置滿足以下條件之一：
[0022] 所述第一制動器和第二制動器均為盤式制動器；
[0023]所述第一轉(zhuǎn)速傳感器、第二轉(zhuǎn)速傳感器和第三轉(zhuǎn)速傳感器均為霍爾傳感器；
[0024] 所述第一制動器和第二制動器的驅(qū)動方式為電磁驅(qū)動或液壓驅(qū)動。
[0025]根據(jù)本發(fā)明所述的裝置，優(yōu)選地，還包括第一拉力傳感器固定裝置和第二拉力傳 感器固定裝置;所述第一拉力傳感器固定裝置設(shè)置有第一空腔，以使得在第一測試用輪胎 運動過程中第一拉力傳感器的中心與第一測試用輪胎的中心保持平行;所述第二拉力傳感 器固定裝置設(shè)置有第二空腔，以使得在第二測試用輪胎運動過程中第二拉力傳感器的中心 與第二測試用輪胎的中心保持平行。
[0026] 本發(fā)明還提供利用上述裝置進行路面材料摩擦性能測試的方法，包括以下步驟：
[0027] (1)將路面材料試件固定于所述承載單元上，通過驅(qū)動單元驅(qū)動所述承載單元進 行轉(zhuǎn)動，從而使得所述路面材料試件進行轉(zhuǎn)動；
[0028] (2)通過加載單元對第一測試用輪胎和第二測試用輪胎施以荷載，以使第一測試 用輪胎和第二測試用輪胎均與所述路面材料試件接觸，進而使得第一測試用輪胎和第二測 試用輪胎運動；
[0029] (3)采用第一轉(zhuǎn)速傳感器測量第一測試用輪胎的角速度cou，采用第二轉(zhuǎn)速傳感器 測量第二測試用輪胎的角速度ω L2，當ω L1- ω 12在〇~jt/36弧度/秒時，將（ω u+ ω L2)/2作 為測試用輪胎的平均角速度采用第三轉(zhuǎn)速傳感器測量所述承載單元的轉(zhuǎn)速ω〇,利用如 下公式計算滑移率s :
[0030]
[0031]式中，s為測試用輪胎與路面材料試件之間的滑移率，u為路面材料試件與測試用 輪胎的接觸點的線速度，V為測試用輪胎的輪緣線速度，r為測試用輪胎的半徑;R為測試用 輪胎與路面材料試件的接觸點的旋轉(zhuǎn)半徑，ω〇為測試用輪胎與路面材料試件的接觸點的 旋轉(zhuǎn)角速度、即承載單元的轉(zhuǎn)速，為測試用輪胎的平均角速度，下標1和2分別表示第一 測試用輪胎和第二測試用輪胎；
[0032] (4)采用第一制動器和第二制動器分別控制第一測試用輪胎的角速度OU1和第二 測試用輪胎的角速度ω L2，以使得滑移率s控制至期望值Sl;然后采用壓力傳感器測量第一 測試用輪胎和第二測試用輪胎的壓力化，采用第一拉力傳感器和第二拉力傳感器測量第一 測試用輪胎和第二測試用輪胎的摩擦力F1，根據(jù)如下公式獲得測試用輪胎與路面材料試件 之間的摩擦系數(shù)μη
[0033] Pi = FiZiNi，其中，i為自然數(shù)；
[0034] (5)改變滑移率S1，重復(fù)步驟(4)，獲得不同滑移率時的摩擦系數(shù)以1，繪制摩擦系數(shù)μ 隨滑移率s變化的曲線μ = f (s)。
[0035]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，優(yōu)選地，所述承載單元的轉(zhuǎn)速為3.25~16.6轉(zhuǎn)/秒，所述 加載單元施加的荷載為0~90kgf。
[0036] 根據(jù)本發(fā)明所述的方法，優(yōu)選地，所述第一測試用輪胎和第二測試用輪胎均為充 氣輪胎，其胎壓均為2~3kgf/cm2 〇
[0037] 采用本發(fā)明的路面材料摩擦性能測試裝置及方法，可以實時控制輪胎滑移率，能 夠?qū)崿F(xiàn)對路面材料摩擦性能的準確模擬及測試。此外，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的實施方案，本發(fā)明 能夠評價可變荷載、速度(輪胎角速度及線速度）、壓力等關(guān)鍵因素對路面材料抗滑性能的 影響，能夠進行全天候連續(xù)測試，測試結(jié)果較為精確，精度能達到所測受力的萬分之三，并 且測試結(jié)果穩(wěn)定性好。
【附圖說明】
[0038] 圖1為本發(fā)明的路面材料摩擦性能測試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0039] 附圖標記說明：
[0040] 11-第一測試用輪胎；12-第二測試用輪胎;2-路面材料試件;3-承載盤;4-承重板； 5_電機;6-加壓活塞;7-加載橫桿;81-第一制動器;82-第二制動器;83-第一轉(zhuǎn)速傳感器； 84-第二轉(zhuǎn)速傳感器;85-第三轉(zhuǎn)速傳感器;86-壓力傳感器。
【具體實施方式】
[0041] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】本發(fā)明作進一步的說明，但本發(fā)明的保護范圍并不 限于此。
[0042] 在本發(fā)明中，"滑移率"表示測試用輪胎接觸點的線速度u減去車輪輪緣線速度V所 得之差與測試用輪胎接觸點的線速度u的比值。
[0043] 在本發(fā)明中，"轉(zhuǎn)速"表示旋轉(zhuǎn)體(本發(fā)明中例舉了測試用輪胎和承載單元)的旋轉(zhuǎn) 速度，可用線速度、角速度或單位時間(分鐘、秒等）內(nèi)的轉(zhuǎn)動圈數(shù)進行表征。
[0044] 在本發(fā)明中，"對稱設(shè)置"表示第一測試用輪胎和第二測試用輪胎相對于加載橫桿 的中心而言位于該加載橫桿的對稱兩端。
[0045] 〈路面材料摩擦性能測試裝置〉
[0046] 本發(fā)明中，路面材料摩擦性能測試裝置包括第一測試用輪胎、第二測試用輪胎、承 載單元、驅(qū)動單元、加載單元、輪胎制動控制與測試單元以及數(shù)據(jù)采集單元。為了模擬真實 的車輛行駛狀況，本發(fā)明的裝置還可以包括第三測試用輪胎和/或第四測試用輪胎。
[0047]本發(fā)明的測試用輪胎可以為充氣輪胎。其胎壓可以為2~3kgf/cm2,優(yōu)選為2.3~ 2.6kgf/cm2，更優(yōu)選為2.5 ± 0.1kgf /cm2。本發(fā)明的測試用輪胎的實例包括但不限于青島金 良專用車輛有限公司生產(chǎn)的充氣輪胎(直徑150mm、輪寬30mm、外胎花紋為塊狀、最大負荷 100kg、最大氣壓30PSI)。在本發(fā)明中，通過加載單元對第一測試用輪胎和第二測試用輪胎 施以荷載，以使第一測試用輪胎和第二測試用輪胎均與所述路面材料試件接觸，進而使得 第一測試用輪胎和第二測試用輪胎運動。因此，根據(jù)本發(fā)明的一個【具體實施方式】，第一測試 用輪胎、第二測試用輪胎不另設(shè)驅(qū)動單元。
[0048] 本發(fā)明的承載單元位于驅(qū)動單元與第一測試用輪胎、第二測試用輪胎之間，用于 承載路面材料試件。根據(jù)本發(fā)明的一個【具體實施方式】，所述的承載單元包括承載盤和承重 板;所述承載盤位于承重板上方;所述承載盤用于承載路面材料試件。在承載盤和承重板之 間設(shè)置有軸承，以保證承載盤轉(zhuǎn)動時承重板保持靜止狀態(tài)。作為優(yōu)選，承載盤上設(shè)置試件固 定單元，以使得將路面材料試件固定在承載盤上。本發(fā)明的試件固定單元可以采用本領(lǐng)域 已知的那些，例如螺栓固定，這里不再贅述。
[0049] 本發(fā)明的路面材料試件亦稱為車轍板試件，利用車轍板成型儀對瀝青混合料(包 括瀝青、集料、礦粉和纖維等物質(zhì)）進行成型加工而得，一般經(jīng)拌合、壓實等工序，測試時其 取樣大小一般為300 X 300 X 50mm。
[0050] 本發(fā)明的驅(qū)動單元用于驅(qū)動所述承載單元進行運動。本發(fā)明的驅(qū)動單元可以包括 電機、減速器和變頻器，電機通過齒輪與減速器進行動力傳遞，變頻器用于改變電機的轉(zhuǎn) 速，進而控制所述承載單元的轉(zhuǎn)速。如果電機本身為變頻電機，也可省去變頻器。減速器的 減速比可根據(jù)所傳遞的動力、速度要求而適當設(shè)定。在本發(fā)明中，所述電機可以安裝于承重 板下方，固定于一塊豎向鋼板上。所述電機通過位于承重板下方的齒輪與減速器、變頻器傳 動，并將動力傳至承載盤。本發(fā)明的變頻器可以采用上海亞泰儀表有限公司生產(chǎn)YTA通用變 頻器。根據(jù)本發(fā)明的一個【具體實施方式】，電機初始轉(zhuǎn)速可以為24轉(zhuǎn)/秒，通過減速比為2:1的 減速機將其將至12轉(zhuǎn)/秒，然后再通過變頻器改變實際旋轉(zhuǎn)速度。
[0051] 本發(fā)明的加載單元位于第一測試用輪胎和第二測試用輪胎的上方，用于施加荷載 于第一測試用輪胎和第二測試用輪胎。本發(fā)明的加載單元包括加壓活塞和加載橫桿;所述 加壓活塞安裝于所述加載橫桿的上方，所述加壓活塞與所述加載橫桿之間設(shè)置有壓力傳感 器。根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式，所述第一測試用輪胎和第二測試用輪胎對稱設(shè)置在 所述加載橫桿的下方。在本發(fā)明中，加載單元還可以包括由液壓動力機構(gòu)和液壓反饋機構(gòu) 組成的閉環(huán)電液伺服控制系統(tǒng)，其能夠?qū)崿F(xiàn)對荷載壓力的精確控制。本發(fā)明通過變換外部 液壓、輪胎胎壓，并結(jié)合輪胎-路面實際接觸面積的測量，最終可以實現(xiàn)測試用輪胎的接地 壓強的調(diào)控，例如控制在0.03~1.2MPa。
[0052]本發(fā)明的輪胎制動控制與測試單元包括第一制動器、第二制動器、第一轉(zhuǎn)速傳感 器、第二轉(zhuǎn)速傳感器、第三轉(zhuǎn)速傳感器、壓力傳感器、第一拉力傳感器和第二拉力傳感器。在 測試用輪胎數(shù)量增加的情況下，本發(fā)明的輪胎制動控制與測試單元還可以包括另設(shè)的制動 器、另設(shè)的轉(zhuǎn)速傳感器。
[0053] 本發(fā)明的第一制動器安裝于第一測試用輪胎上，用于實時控制該第一測試用輪胎 的滑移率;第二制動器安裝于第二測試用輪胎上，用于實時控制該第二測試用輪胎的滑移 率。本發(fā)明的第一制動器和第二制動器并沒有特別限制。所述第一制動器和第二制動器均 為鼓式制動器或盤式制動器，優(yōu)選為盤式制動器。所述第一制動器和第二制動器的驅(qū)動方 式可以為電磁驅(qū)動或液壓驅(qū)動，優(yōu)選為電磁驅(qū)動。
[0054] 本發(fā)明的第一轉(zhuǎn)速傳感器安裝于第一試用輪胎上，用于測量該第一測試用輪胎的 角速度;第二轉(zhuǎn)速傳感器安裝于第二試用輪胎上，用于測量該第二測試用輪胎的角速度;第 三轉(zhuǎn)速傳感器安裝于承載單元的轉(zhuǎn)軸上，用于測量承載單元的轉(zhuǎn)速。作為優(yōu)選，本發(fā)明的所 述第一轉(zhuǎn)速傳感器、第二轉(zhuǎn)速傳感器和第三轉(zhuǎn)速傳感器均為霍爾傳感器。
[0055]本發(fā)明的壓力傳感器安裝于加載單元上，用于測量施加給第一測試用輪胎和第二 測試用輪胎的壓力；第一拉力傳感器用于測量作用于第一測試用輪胎的拉力，第二拉力傳 感器用于測量作用于第二測試用輪胎的拉力。在本發(fā)明中，壓力傳感器、第一拉力傳感器和 第二拉力傳感器的種類并沒有特別的限定，可以采用本領(lǐng)域常規(guī)的那些。例如，第一拉力傳 感器和第二拉力傳感器可以采用量程200kg、精度0.03%F · S的CFBLSM型拉力傳感器。 [0056]本發(fā)明的裝置還包括第一拉力傳感器固定裝置和第二拉力傳感器固定裝置。所述 第一拉力傳感器固定裝置設(shè)置有第一空腔，以使得在第一測試用輪胎運動過程中第一拉力 傳感器的中心與第一測試用輪胎的中心保持平行;所述第二拉力傳感器固定裝置設(shè)置有第 二空腔，以使得在第二測試用輪胎運動過程中第二拉力傳感器的中心與第二測試用輪胎的 中心保持平行。當測試用輪胎采用充氣輪胎時，當其承受荷載后輪胎會發(fā)生形變，輪胎中心 高度會隨之降低;每次試驗結(jié)束后，兩側(cè)測試用輪胎會產(chǎn)生細微位移。為了保證拉力傳感器 (包括第一和第二拉力傳感器）中心始終處與測試用輪胎中心平行，可以在拉力傳感器一側(cè) 固定板上鑿出高度約30mm的豎向槽，而在另一側(cè)固定板上鑿出寬度約為20mm的橫向槽，從 而使拉力傳感器整體可在豎向及橫向兩個方向上具有一定的自由度。
[0057]本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集單元用于對全部傳感器的測試數(shù)據(jù)進行實時采集并且進行記 錄。全部傳感器包括但不限于第一轉(zhuǎn)速傳感器、第二轉(zhuǎn)速傳感器、第三轉(zhuǎn)速傳感器、壓力傳 感器、第一拉力傳感器和第二拉力傳感器。
[0058]〈路面材料摩擦性能測試方法〉
[0059] 本發(fā)明還提供利用上述裝置進行路面材料摩擦性能測試的方法。本發(fā)明的步驟 (1)為:將路面材料試件固定于承載單元上，通過驅(qū)動單元驅(qū)動承載單元進行轉(zhuǎn)動，從而使 得路面材料試件進行轉(zhuǎn)動。將路面材料試件固定于承載單元上的固定方式并沒有特別限 制，可以采用本領(lǐng)域常用的那些。驅(qū)動單元及其驅(qū)動方式如前所述，這里不再贅述。
[0060] 本發(fā)明的步驟(2)為:通過加載單元對第一測試用輪胎和第二測試用輪胎施以荷 載，以使第一測試用輪胎和第二測試用輪胎均與路面材料試件接觸，進而使得第一測試用 輪胎和第二測試用輪胎運動。因此，本發(fā)明的第一測試用輪胎、第二測試用輪胎可以不另設(shè) 驅(qū)動單元。
[0061] 本發(fā)明的步驟(3)為:采用第一轉(zhuǎn)速傳感器測量第一測試用輪胎的角速度cou，采 用第二轉(zhuǎn)速傳感器測量第二測試用輪胎的角速度ω L2，當ω L1 - ω L2為〇~π/36弧度/秒時， 將（ω u+ω L2)/2作為測試用輪胎的平均角速度ω L;采用第三轉(zhuǎn)速傳感器測量承載單元的轉(zhuǎn) 速ω 〇,利用如下公式計算滑移率s:
[0062]
[0063] 瓦甲，s73測試用牝脂與蹐囬柯科試懺乙I日」的涫移準，U73路面材料試件與測試用 輪胎的接觸點的線速度（用以模擬車輛行進速度），v為測試用輪胎的輪緣線速度，r為測試 用輪胎的半徑;R為測試用輪胎與路面材料試件的接觸點的旋轉(zhuǎn)半徑，ω〇為測試用輪胎與 路面材料試件的接觸點的旋轉(zhuǎn)角速度、即承載單元的轉(zhuǎn)速，為測試用輪胎的平均角速 度，下標1和2分別表示第一測試用輪胎和第二測試用輪胎。
[0064]由上式可知，在r、R固定的情況下，測出ω ω 〇，就可以得出滑移率s。在u(即ω 〇) 給定的情況下，通過制動器來控制就可以將使測試用車輪處于期望的滑移狀態(tài)(s)。 [0065] 為了保證滑移率s的準確性，當coL1 - coL2為〇~jt/36弧度/秒、優(yōu)選為0~π/72弧 度/秒、更優(yōu)選為〇~V180弧度/秒時，才開始測試，并將（0^+0^2)/2作為測試用輪胎的平 均角速度《 Lo
[0066] 本發(fā)明的步驟(4)為:采用第一制動器和第二制動器分別控制第一測試用輪胎的 角速度OH1和第二測試用輪胎的角速度OH 2，以使得滑移率s控制至期望值Sl;然后采用壓力 傳感器測量第一測試用輪胎和第二測試用輪胎的壓力N 1，采用第一拉力傳感器和第二拉力 傳感器測量第一測試用輪胎和第二測試用輪胎的摩擦力F1，根據(jù)如下公式獲得測試用輪胎 與路面材料試件之間的摩擦系數(shù)Pi:
[0067] yi = Fi/Ni，其中，i為自然數(shù)。
[0068]如果采用第一拉力傳感器測量的第一測試用輪胎摩擦力F11與采用第二拉力傳感 器測量的第二測試用輪胎的摩擦力F12差別較大，則說明兩個測試用輪胎未處于對稱位置或 安裝有兩個測試用輪胎的加載橫桿未保持水平，應(yīng)及時修正。將(Fu+F l2)/2作為第一測試 用輪胎和第二測試用輪胎的摩擦力F1。由于拉力傳感器誤差與量程相關(guān)，本發(fā)明優(yōu)選采用 20N量程的傳感器。
[0069] 本發(fā)明的步驟(5)為:改變滑移率81，重復(fù)步驟(4)，獲得不同滑移率時的摩擦系數(shù) ，繪制摩擦系數(shù)μ隨滑移率s變化的曲線y = f(s)。上述曲線給出了不同滑移率時的摩擦系 數(shù)，更加接近真實路況下的輪胎與路面的動態(tài)摩擦行為，且實現(xiàn)了路面材料在已知給定滑 移率下的測試，因此對路面抗滑性能的評價也更為準確。
[0070] 為了保證裝置運行的穩(wěn)定性和測試精確度，承載單元的轉(zhuǎn)速可以控制在3.25~ 16.6轉(zhuǎn)/秒，優(yōu)選為5~10轉(zhuǎn)/秒;加載單元施加的荷載可以控制在0~90kgf;測試用輪胎的 胎壓控制在2~3kgf/cm 2〇
[0071] 實施例1
[0072] 圖1為本發(fā)明的路面材料摩擦性能測試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本發(fā)明的 路面材料摩擦性能測試裝置包括第一測試用輪胎11、第二測試用輪胎12、承載單元、驅(qū)動單 元、加載單元、輪胎制動控制與測試單元以及數(shù)據(jù)采集單元。
[0073] 本發(fā)明的承載單元位于驅(qū)動單元與第一測試用輪胎11、第二測試用輪胎12之間， 用于承載路面材料試件2。其中，承載單元包括承載盤3和承重板4，承載盤3位于承重板4上 方，路面材料試件2固定在承載盤3上。
[0074] 本發(fā)明的驅(qū)動單元用于驅(qū)動承載單元進行運動，其包括電機5、減速器和變頻器 (圖中未示出）。電機5通過齒輪(圖中未示出）與減速器進行動力傳遞，變頻器用于改變電機 5的轉(zhuǎn)速，進而控制承載單元以及路面材料試件2的轉(zhuǎn)速。電機5為普通電機、即不帶變頻器 的電機，其初始轉(zhuǎn)速選為24轉(zhuǎn)/秒，減速器的減速比為2:1。
[0075] 本發(fā)明的加載單元位于第一測試用輪胎11和第二測試用輪胎12的上方，用于施加 荷載于第一測試用輪胎11和第二測試用輪胎12。加載單元包括加壓活塞6和加載橫桿7,加 壓活塞6安裝于加載橫桿7的上方，壓力傳感器86設(shè)置在加壓活塞6與加載橫桿7之間。
[0076]本發(fā)明的輪胎制動控制與測試單元包括第一制動器81、第二制動器82、第一轉(zhuǎn)速 傳感器83、第二轉(zhuǎn)速傳感器84、第三轉(zhuǎn)速傳感器85、壓力傳感器86、第一拉力傳感器和第二 拉力傳感器（圖中未示出）。第一制動器81安裝于第一測試用輪胎11上，用于實時控制第一 測試用輪胎11的滑移率;第二制動器82安裝于第二測試用輪胎12上，用于實時控制第二測 試用輪胎12的滑移率;第一轉(zhuǎn)速傳感器83安裝于第一試用輪胎11上，用于測量第一測試用 輪胎11的角速度;第二轉(zhuǎn)速傳感器84安裝于第二試用輪胎12上，用于測量第二測試用輪胎 12的角速度;第三轉(zhuǎn)速傳感器85安裝于承載單元的轉(zhuǎn)軸上，用于測量承載單元的轉(zhuǎn)速;壓力 傳感器86安裝于加載單元上，用于測量施加給第一測試用輪胎11和第二測試用輪胎12的壓 力；第一拉力傳感器用于測量作用于第一測試用輪胎11的摩擦力，第二拉力傳感器用于測 量作用于第二測試用輪胎12的摩擦力。
[0077]此外，本發(fā)明的裝置還包括數(shù)據(jù)采集單元（圖中未示出），用于對全部傳感器的測 試數(shù)據(jù)進行實時采集并且進行記錄。
[0078]本實施例中，為了能實時控制測試用輪胎的滑移率，第一制動器81和第二制動器 82選用盤式制動器，其驅(qū)動方式選用電磁驅(qū)動。另外，為了能測出測試用輪胎、承載盤的旋 轉(zhuǎn)速度，第一轉(zhuǎn)速傳感器83、第二轉(zhuǎn)速傳感器84、第三轉(zhuǎn)速傳感器85均選用霍爾傳感器。第 一測試用輪胎11和第二測試用輪胎12均為充氣輪胎，其胎壓為2.5±0.1kgf/cm 2。路面材料 試件2的尺寸為300 X 300 X 50mm。
[0079] 實施例2
[0080] 除了將實施例1中的第一制動器81和第二制動器82由盤式制動器替換為鼓式制動 器之外，其余部件和參數(shù)與實施例1相同。
[0081 ] 實施例3
[0082] 除了將實施例1中的電機5替換為變頻電機并省去變頻器之外，其余部件和參數(shù)與 實施例1相同。
[0083] 實施例4
[0084] 除了將實施例1中的制動器驅(qū)動方式由電磁驅(qū)動替換為液壓驅(qū)動之外，其余部件 和參數(shù)與實施例1相同。
[0085] 實施例5
[0086] 本發(fā)明的路面材料摩擦性能測試方法包括以下步驟：
[0087] (1)將路面材料試件2(尺寸為300X300 X 50mm)通過螺栓固定于承載單元的承載 盤3上，啟動驅(qū)動單元的電機5,通過承重板4下方的齒輪與減速器進行動力傳遞，變頻器用 于改變電機5的轉(zhuǎn)速，進而控制承載單元以及路面材料試件2的轉(zhuǎn)速。電機5的初始轉(zhuǎn)速選為 24轉(zhuǎn)/秒，減速器的減速比為2:1。
[0088] (2)加載單元的加壓活塞6施加載荷，并通過加載橫桿7施加至第一測試用輪胎11 和第二測試用輪胎12(二者的胎壓為2.5±0.1kgf/cm 2)，以使它們均與路面材料試件2接 觸，進而使得第一測試用輪胎11和第二測試用輪胎12運動；
[0089] (3)采用第一轉(zhuǎn)速傳感器83測量第一測試用輪胎11的角速度ω L1，采用第二轉(zhuǎn)速傳 感器84測量第二測試用輪胎12的角速度ω L2，當ω L1 - ω L2小于jt/72弧度/秒時，將（ω L1+ ?L2)/2作為測試用輪胎的平均角速度col;采用第三轉(zhuǎn)速傳感器85測量承載單元的轉(zhuǎn)速 ω〇。利用如下公式計算滑移率s:
[0090]
[0091] (4)采用第一制動器81和第二制動器82控制第一測試用輪胎11的角速度coL1和第 二測試用輪胎12的角速度OU 2，以使得滑移率s控制至期望值Sl;然后采用壓力傳感器86測 量第一測試用輪胎11和第二測試用輪胎12的壓力N 1。采用第一拉力傳感器(圖中未示出）測 量第一測試用輪胎摩擦力F11;采用第二拉力傳感器(圖中未示出）測量第二測試用輪胎的摩 擦力F 12。當二者差別較大時調(diào)整第一測試用輪胎11和第二測試用輪胎12的對稱位置以及水 平位置。將(Fn+Fl2)/2作為第一測試用輪胎和第二測試用輪胎的摩擦力K。
[0092] 根據(jù)如下公式獲得測試用輪胎與路面材料試件2之間的摩擦系數(shù)μ1:
[0093] yi = Fi/Ni，其中，i為自然數(shù)，（i = l，2,3,4,5,6……）。
[0094] (5)改變滑移率S1，重復(fù)步驟(4)，獲得不同滑移率時的摩擦系數(shù)以1，繪制摩擦系數(shù)μ 隨滑移率s變化的曲線μ = f (s)。
[0095]在上述步驟中，承載單元的轉(zhuǎn)速為3.25~16.6轉(zhuǎn)/秒，加載單元施加的荷載為0~ 90kgf〇
[0096] 實施例6~8
[0097] 除了采用實施例2~4的裝置之外，其余部件和參數(shù)與實施例5相同。
[0098] 在不背離本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到的任何變形、改 進、替換均落入本發(fā)明的范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種路面材料摩擦性能測試裝置，其特征在于，該裝置包括第一測試用輪胎、第二測 試用輪胎、承載單元、驅(qū)動單元、加載單元、輪胎制動控制與測試單元以及數(shù)據(jù)采集單元； 承載單元位于驅(qū)動單元與第一測試用輪胎、第二測試用輪胎之間，用于承載路面材料 試件;驅(qū)動單元用于驅(qū)動所述承載單元進行運動；加載單元位于第一測試用輪胎和第二測 試用輪胎的上方，用于施加荷載于第一測試用輪胎和第二測試用輪胎； 所述輪胎制動控制與測試單元包括第一制動器、第二制動器、第一轉(zhuǎn)速傳感器、第二轉(zhuǎn) 速傳感器、第三轉(zhuǎn)速傳感器、壓力傳感器、第一拉力傳感器和第二拉力傳感器;第一制動器 安裝于第一測試用輪胎上，用于實時控制該第一測試用輪胎的滑移率;第二制動器安裝于 第二測試用輪胎上，用于實時控制該第二測試用輪胎的滑移率;第一轉(zhuǎn)速傳感器安裝于第 一試用輪胎上，用于測量該第一測試用輪胎的角速度;第二轉(zhuǎn)速傳感器安裝于第二試用輪 胎上，用于測量該第二測試用輪胎的角速度;第三轉(zhuǎn)速傳感器安裝于承載單元的轉(zhuǎn)軸上，用 于測量承載單元的轉(zhuǎn)速;壓力傳感器安裝于加載單元上，用于測量施加給第一測試用輪胎 和第二測試用輪胎的壓力；第一拉力傳感器用于測量作用于第一測試用輪胎的拉力，第二 拉力傳感器用于測量作用于第二測試用輪胎的拉力；以及 所述數(shù)據(jù)采集單元用于對全部傳感器的測試數(shù)據(jù)進行實時采集并且進行記錄。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于： 所述的承載單元包括承載盤和承重板;所述承載盤位于承重板上方;所述承載盤用于 承載路面材料試件。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:所述驅(qū)動單元包括電機、減速器和變頻器， 電機通過齒輪與減速器進行動力傳遞，變頻器用于改變電機的轉(zhuǎn)速，進而控制所述承載單 元的轉(zhuǎn)速。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于： 所述加載單元包括加壓活塞和加載橫桿;所述加壓活塞安裝于所述加載橫桿的上方， 所述壓力傳感器設(shè)置在所述加壓活塞與所述加載橫桿之間。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一測試用輪胎和第二測試用輪胎對 稱設(shè)置在所述加載橫桿的下方。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的裝置滿足以下條件之一： 所述第一制動器和第二制動器均為盤式制動器； 所述第一轉(zhuǎn)速傳感器、第二轉(zhuǎn)速傳感器和第三轉(zhuǎn)速傳感器均為霍爾傳感器； 所述第一制動器和第二制動器的驅(qū)動方式為電磁驅(qū)動或液壓驅(qū)動。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的裝置還包括第一拉力傳感器固定裝 置和第二拉力傳感器固定裝置;所述第一拉力傳感器固定裝置設(shè)置有第一空腔，以使得在 第一測試用輪胎運動過程中第一拉力傳感器的中心與第一測試用輪胎的中心保持平行;所 述第二拉力傳感器固定裝置設(shè)置有第二空腔，以使得在第二測試用輪胎運動過程中第二拉 力傳感器的中心與第二測試用輪胎的中心保持平行。8. 利用權(quán)利要求1~7任一項所述的裝置進行路面材料摩擦性能測試的方法，其特征在 于，包括以下步驟： (1)將路面材料試件固定于所述承載單元上，通過驅(qū)動單元驅(qū)動所述承載單元進行轉(zhuǎn) 動，從而使得所述路面材料試件進行轉(zhuǎn)動； (2) 通過加載單元對第一測試用輪胎和第二測試用輪胎施以荷載，以使第一測試用輪 胎和第二測試用輪胎均與所述路面材料試件接觸，進而使得第一測試用輪胎和第二測試用 輪胎運動； (3) 采用第一轉(zhuǎn)速傳感器測量第一測試用輪胎的角速度cou，采用第二轉(zhuǎn)速傳感器測量 第二測試用輪胎的角速度WL2,當coL1- GH2在〇~JT/36弧度/秒時，將（COL1+COL2)/2作為測 試用輪胎的平均角速度ωυ采用第三轉(zhuǎn)速傳感器測量所述承載單元的轉(zhuǎn)速ω〇,利用如下公 式計算滑移率s :式中，s為測試用輪胎與路面材料試件之間的滑移率，u為路面材料試件與測試用輪胎 的接觸點的線速度，V為測試用輪胎的輪緣線速度，r為測試用輪胎的半徑;R為測試用輪胎 與路面材料試件的接觸點的旋轉(zhuǎn)半徑，ω〇為測試用輪胎與路面材料試件的接觸點的旋轉(zhuǎn) 角速度、即承載單元的轉(zhuǎn)速，為測試用輪胎的平均角速度，下標1和2分別表示第一測試 用輪胎和第二測試用輪胎； (4) 采用第一制動器和第二制動器分別控制第一測試用輪胎的角速度OU1和第二測試 用輪胎的角速度ω?2,以使得滑移率s控制至期望值 Sl;然后采用壓力傳感器測量第一測試 用輪胎和第二測試用輪胎的壓力N1，采用第一拉力傳感器和第二拉力傳感器分別測量第一 測試用輪胎和第二測試用輪胎的摩擦力F 1，根據(jù)如下公式獲得測試用輪胎與路面材料試件 之間的摩擦系數(shù)μη yi=Fi/Ni，其中，i為自然數(shù)； (5) 改變滑移率S1，重復(fù)步驟(4)，獲得不同滑移率時的摩擦系數(shù)&，繪制摩擦系數(shù)μ隨滑 移率s變化的曲線 y = f(s)。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于:所述承載單元的轉(zhuǎn)速為3.25~16.6轉(zhuǎn)/秒， 所述加載單元施加的荷載為〇~90kgf。10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于:所述第一測試用輪胎和第二測試用輪胎 均為充氣輪胎，其胎壓均為2~3kgf/cm 2。
【文檔編號】G01N19/02GK105891107SQ201610493178
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月29日
【發(fā)明人】余苗, 吳國雄, 楊志剛, 肖博, 丁靜聲, 孔令云, 王修云, 王韜, 楊丹彤
【申請人】重慶交通大學(xué)