СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НЕРОВНОСТЕЙ ДОРОЖНЫХ И АЭРОДРОМНЫХ ПОКРЫТИЙ Российский патент 1998 года по МПК E01C23/07 

Изобретение относится к области оценки транспортно-эксплуатационного состояния автомобильных дорог и аэродромов.

Известен способ измерения деформаций продольного профиля дорожного полотна (Япония; заявка N 2-485; УДК 625.72; (65) (43) 60-233211, 85 11 19; МКИ5 E 01 C 23/01,G 01 C 7/02; публикация 90 01 08 N 4-13; заявитель Кокусай коге К. К.), заключающийся в том, что с помощью датчиков сначала определяют условную высоту деформации дорожного покрытия, а затем посредством соответствующей коррекции измерений получают фактическую высотную деформацию дорожного покрытия. Недостатком этого способа является необходимость коррекции измеренных величин, что приводит к снижению точности оценки тех неровностей, длины волн которых существенно больше длины базиса прибора.

Известен способ измерения неровностей дорожных покрытий (СССР; а.с. 1624085; (51) 5 E 01 C 23/07; (46) 91 01 30 N 04), согласно которому на оси автомобиля размещают пороговые акселерометры и при движении автомобиля со скоростью V фиксируют интервалы времени Δt₁ и Δt₂ , в течение которых вертикальное ускорение превышает заданные пороговые значения a₁ и a₂, а амплитуду и длину неровности определяют из системы уравнений. Недостатком этого способа является неравноточность результатов измерений для различных частей спектра неровностей. Волны с малой амплитудой в этом способе не определяются или определяются с низкой точностью.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является известный способ определения неровностей покрытий автодорог с применением виброизмерителя колебательных ускорений или датчика ускорений, установленного на оси колеса транспортного средства. Способ описан в отчете о НИР : Разработка прибора контроля ровности автомобильных дорог, тема N 741/89, Ташкентский автомобильно-дорожный институт, 1989г. Вертикальные ускорения, измеренные датчиком ускорений (т.е. акселерометром), преобразуют с помощью электронного блока в средние скорости, которые затем записывают в регистратор. Недостатком этого способа является "сглаживание" неровностей с малыми длинами волн, соизмеримыми с размерами колеса автомобиля (прицепа), что приводит к снижению точности определений, а также необходимость ограничения скорости движения автомобиля до величин, исключающих временный отрыв колеса от покрытия дороги из-за больших амплитуд неровностей.

Задачей, решаемой изобретением, является создание способа определения неровностей дорожных и аэродромных покрытий, позволяющего повысить точность измерений, расширить диапазон длин волн измеряемых неровностей вплоть до шероховатости и не ограничивать скорость движения автомобиля.

Указанная задача решается за счет того, что в способе определения неровностей дорожных и аэродромных покрытий, включающем непрерывное измерение на автомобиле вертикального ускорения с помощью акселерометра, дополнительно непрерывно измеряют высоту акселерометра над покрытием с помощью бесконтактного высотомера, размещенного рядом с акселерометром на подрессоренной части автомобиля, выходные сигналы которых, преобразуют в электронном блоке так, чтобы получить сигнал, пропорциональный высоте или скорости изменения высоты вертикального профиля покрытия над уровневой поверхностью.

Двойное интегрирование по времени переменной части вертикального ускорения, измеряемого акселерометром, дает вертикальное перемещение. Постоянную часть измеряемого ускорения нужно отфильтровывать, потому что она является ускорением силы тяжести Земли. Поэтому с помощью акселерометра получают вертикальный профиль линии, описываемой точкой размещения акселерометра на движущемся автомобиле. Эта линия не совпадает по высоте с профилем покрытия, по которому движется автомобиль, на величину h, переменная часть Δh которой является ошибкой измерений. Она появляется вследствие неполного обкатывания колесом автомобиля (прицепа) всех неровностей покрытия, особенно мелких волн с длинами, соизмеримыми с размерами колеса. Если акселерометр установлен на подрессоренной части автомобиля (выше рессор), то добавляется ошибка из-за качания автомобиля на рессорах. Только поэтому у прототипа акселерометр размещен на оси колеса.

Величину Δh можно измерять непосредственно с помощью бесконтактного высотомера. Сигналом с высотомера исправляют измерения, полученные акселерометром, в результате чего кроме указанных достоинств появляется возможность разместить приборы на подрессоренной части автомобиля.

Сигналы с двух приборов - акселерометра и высотомера можно обрабатывать (смешивать) в электронном блоке двумя способами. В первом способе переменную часть измеренного акселерометром ускорения дважды интегрируют по времени и затем суммируют в нужной пропорции с сигналом высотомера. Получают сигнал, пропорциональный высоте вертикального профиля покрытия над уровенной поверхностью. Во втором способе переменную часть измеренного ускорения интегрируют один раз и складывают с производной по времени сигнала с высотомера. Получают сигнал, пропорциональный скорости изменения высоты вертикального профиля. По высоте или скорости изменения высоты вертикального профиля можно получить нужные показатели неровности покрытия.

Для испытания способа был изготовлен высотомер на основе светодальномера с фазовым методом измерений. Структурно высотомер содержит блок питания, генератор для модуляции света, инфракрасный светодиод излучателя, объектив приемника отраженного от покрытия света, фотодиод, резонансный усилитель, фазоизмеритель, усилитель. На выходе высотомера вырабатывается напряжение, пропорциональное изменению высоты прибора над покрытием с точностью около 2%, что вполне достаточно. Выходное напряжение складывается с напряжением, пропорциональным вертикальному перемещению, получаемому с помощью акселерометра и интегрирующего блока. Суммарный сигнал записывается на бумажную ленту быстродействующего самописца Н381. По продольной оси диаграммной ленты откладывается пройденный автомобилем путь, по поперечной оси - суммарное вертикальное перемещение.

Способ был испытан путем многократной записи профиля одного и того же участка автомобильной дороги длиной около 1 км. Приборы были установлены на переднем бампере автомобиля на высоте 40 см над покрытием. Половина записей была выполнена при закрытом объективе высотомера, что равносильно отключению его работы. Анализ записей показал, что только высотомер обеспечивал запись коротких волн неровностей длиной от 50-20 см до 1,0-0,5 см, потому что на записях с отключенным высотомером этих коротких волн нет. Нижняя граница указанного диапазона зависит от разрешающей способности высотомера - размера пятна на покрытии, отраженный свет с которого попадает на фотоприемник. Заметно повышение точности и для других волн неровностей, в том числе и самых длинных - 30-50 м. Сходимость между собой записей профиля с работающим высотомером заметно лучше (на 20- 25%) по сравнению с записями при отключенном высотомере.

Есть ряд других вариантов совместной обработки сигналов с акселерометра и высотомера. Выходная информация может вводиться в любое запоминающее устройство.

Таким образом, испытания способа подтвердили его работоспособность и указанные достоинства.

Изобретение относится к области оценки транспортно-эксплуатационного состояния автомобильных дорог и аэродромов. Для повышения точности измерений, расширения диапазона длин волн измеряемых неровностей без ограничения скорости движения автомобиля в способе осуществляют непрерывное измерение на автомобиле вертикального ускорения с помощью акселерометра. Дополнительно непрерывно измеряют высоту акселерометра над покрытием с помощью бесконтактного высотомера, размещенного рядом с акселерометром на подрессоренной части автомобиля. Выходные сигналы акселерометра и высотометра преобразуют в электронном блоке, так, чтобы получить сигнал, пропорциональный высоте или скорости изменения высоты вертикального профиля покрытия над уровневой поверхностью.

Способ определения неровностей дорожных и аэродромных покрытий, включающий непрерывное измерение на автомобиле вертикального ускорения с помощью акселерометра, отличающийся тем, что дополнительно непрерывно измеряют высоту акселерометра над покрытием с помощью бесконтактного высотомера, размещенного рядом с акселерометром на подрессоренной части автомобиля, выходные сигналы которых преобразуют в электронном блоке так, чтобы получить сигнал, пропорциональный высоте или скорости изменения высоты вертикального профиля покрытия над уровневой поверхностью.