[其他]路形计

说明书

本发明涉及一种路面不平度测量的结构，是按平均等基长采样，以三角求和原理实现的测量结构。

现有与我们方案有关的路面计是美国阿伯丁军用试验场的路面轮廓仪和苏联的斜率测量车。但这两种装置采取了与本发明不同的测量方案和采样原理。它们是采用单角度或两角度求和的测量方案与误差较大的路面线积分采样原理。这两种装置采取的测量方案和采样原理都不能反映路面实际情况，包含着较大的误差。另一种美国GMR路面计，由于用时间样本记录转化成空间（长度）样本，並且由于没有考虑测量车自身的纵向与横向倾角，将给测量结果造成一定误差。

为了在路面角度任意，车架姿态任意状态下完成路面的测量，本发明采用了两个传感器和一个水平陀螺，以反映三个角度；一个安装在测量车轮胎侧面，随路面不平度类型不同的测量车轮的有效滚动半径变化而进行调整的采样传感器来实现按平均等基长采样。

以下结合附图对发明作进一步详细描述。

图1是本发明采用平均等基长采样，按三角求和原理实现路面测量的结构图，图中〔1〕是测量车，〔2〕是牵引臂，〔3〕是轮架，〔4〕是测量轮，〔5〕是做为水平基准的航空陀螺，〔6〕是两个角度传感器。

图2是采用本结构的装置所测量的三个角度的示意图，图中A为水平基准线、B为车架平面，角α₂＋α′₂表征车架平面和牵引臂之间夹角，角α₁＋α′₁是牵引臂和轮架之间夹角，角α₃则是由航空陀螺指示出的车架与水平基准之间的夹角。对（α₂＋α′₂）取负号，然后对角度求和，根据内错角相等和角α等于路面和水平基准夹角α₁，路面各点不平度：

Xj＝△XSINα_i

i＝1

式中△X为测量轮的轮距

图1所示路形计结构中，理论上说牵引臂〔2〕的长度不影响按本发明结构制成仪器的特性，但为了保证牵引臂与水平基准线之间夹角α₂较小时，仪器能方便的进行测量，可根据测量车来选定其长度。例如测量车采用BJ－212型车时，推荐臂长采用1100mm。

轮架〔3〕是根据其上所安装的测量轮的轮距和自身强度要求而设计的。测量轮〔4〕的轮距是根据分析最短波（路面波）的波长需要而设计的，轮距可选为150mm。测量轮的直径越小，对路面不平度的反应越灵敏，本结构中推荐采用φ＝100mm的实心橡胶轮。

航空陀螺〔5〕可采用CT－6或其他性能相近的型号。

角度传感器〔6〕可采用28XX4D线性旋转变压器。

实际被测路面是含有各种频率成分的随机曲线，但是由于汽车轮胎的几何尺寸和包涵作用，使之成为良好的低通机械滤波器，图4是用汽车轮胎做低通滤波的示意图，图中曲线〔1〕是真实路面，曲线〔2〕为低通滤波后的路面，即车轮行驶轨迹。它与曲线〔1〕相比，高频成分减少，曲线变的平滑，在此轨迹曲线上采样，减少了高频成分所造成的误差，因此本发明采用了在测量车轮胎侧面安装采样传感器的结构，实现平均等基长采样。

图3是装在测量车轮胎侧面的可调采样传感器结构，图中〔1〕是测量车轮胎剖面，〔2〕是采样传感器，其顶部的传动轮〔7〕直径为38mm，〔3〕是压紧弹簧，本发明推荐使用市售自行车发电机的压紧机构即可。由于路面类型不同以及由于测量车轮的有效滚动半径因胎压，磨损，承载等因素而发生变化时，将引起采样平均基长的变化。这时只需调整安装在支架〔6〕上的调节机构〔4〕进行粗调和〔5〕进行微调，使采样传感器〔2〕沿高度方向升、降（每次可升、降20mm），从而调节了传感器与轮胎间无级传动的速比，使之能按照预先规定的行驶距离闭合触点，产生脉冲信号。做为计算机采集时的外时钟信号，该信号与路面信号（即图1中传感器〔6〕采集的角度信号）同时记录在磁带上，显然，这种采样方法和可调采样传感器结构，本身就是一种距离和速度的测量机构。

按本发明原理和结构制成的仪器配以计算机和处理程序便可具有高的测量精度，以及稳定、可靠的测量结果。仪器技术指标超过目前国内、外先进水平。如果在测量车的左、右侧各装一套本发明结构的仪器，它就可同时测量二车辙路面不平度真实时间历程的参数，经过计算机处理可以得到路面不平度的多种信息，包括时间域、幅值域和频率域的多种统计特性，以及两车辙互功率谱密度、相干函数等。这些数据是近代车辆承载系统设计、试验、研究的基础。按照本发明原理、结构制造的仪器，对公路部门来说，它是公路分级必须的设备。它能为道路工程和机场工程中的路面破坏机理研究、路面质量管理体系研究等提供重要的基础数据。