一种基于单向位移传感的路面颠簸程度的测量方法和装置

技术领域

本发明涉及公路测量领域，特别是指一种基于单向位移传感的路面颠簸程度的测量方法和装置。

背景技术

路面颠簸程度或路面平整度，影响车辆行驶舒适性和安全性。在过去的半个多世纪里，公路工程技术人员提出了多种路面颠簸程度检测方法和检测技术，包括三米直尺、水准塔尺、颠簸累积仪和激光断面仪。但是直到现在，路面颠簸程度测量不准确，仍是世界关注的关键共性技术问题。我国有400多万公里的铺面农村公路，随着农村公路养护规模的快速扩大，农村公路路面颠簸程度的检测准确性，受到行业内外广泛关注。

颠簸累积仪和激光断面仪，为最近20年最常用的两种可大规模应用的检测方法，但是两种方法均存在突出的问题，1)路面颠簸累积仪，通过测量载体与后轴的相对位移，间接反映路面的颠簸程度，其准确性，受载体质量和减震系统影响严重，同一设备在不同载体上会产生不同的检测结果，设备间的检测数据没有有效的可比性；2)激光断面仪，通过激光测距和加速度计位移矫正，测量至路面的距离，经过滤波处理获得路面纵断面的相对高程。大量检测数据证明，激光断面仪只在各类技术规范规定的平直路段匀速检测条件下有效工作，许多场合，如山区弯道路段、变速检测时，载体的倾斜将使安装在载体上的激光测距和加速度计位移校正同步发生偏离，二者叠加严重影响检测数据的准确性。其中的影响因素，主要是激光测量部件通常较大，需要安装在车体的后车架上，而车体作为载体随着加速、减速、弯路、颠簸等因素伴随在一起，发生较大的偏移。这些偏移量，后期基于激光测量到的高程，通过陀螺仪、加速度计等设备，进行修正。

目前，在应用山区公路弯道检测数据时，现有技术的这种修正，只能通过从车体上测量到的路面高程，减去车体在运动中的变形的高程，最后获得实际的路面的高程。这种采用简单的剔除方法的数据剔除，对于弯路路段路况检测，几乎失效。

例如，按照现有技术标准《车载式路面激光平整度仪》JT/T 676-2007(交通部，2007)开发的车载式激光断面仪在弯道路段(桩号200.0～250.0、长度50m、半径R20m)上的路面平整度(路面纵断面高程的函数)检测结果；数据如图1显示，弯道部分路面纵断面高程的检测结果随着载体的行驶速度变化而变化，检测结果不准确(图的右侧)，高程的测量从上至下依次为在速度40km/h、30km/h、20km/h、10km/h、真实高程的测量曲线结果，并且与真实路面断面数据(红色，即图中右侧的位于最低部的曲线)具有很大的差异。

公路管理机构缺乏有效可靠的检测方法获得山区公路弯道路段的路面颠簸程度数据，无法有效指导后续的养护工作。

发明内容

有鉴于此，本发明在于提供一种基于单向位移传感的路面颠簸程度的测量方法和装置，以解决上述的技术问题。

为解决上述问题，本发明提供一种基于单向位移传感的路面颠簸程度的测量方法，其特征在于，包括：

在测量车的车轴轴承或车轴轴承刚性连接的构件上，安装有用于测量轮胎升降变化的加速度计，

在测量车的移动过程中，以预定间隔，通过加速度的二次积分计算轮胎纵向位移h

处理器采用以下公式，接收所述加速度计产生的信号，确定在一定距离内的路面颠簸值；

所述公式包括：

式中：

LPD-路面颠簸值(mm/km)，单位长度轮胎纵向升/降位移累计均值；

h

n-检测的位移数量；

路面平整度LPDS；

LPDS-路面平整度(mm

Δhi-检测点i的路面纵断面高程偏差，mm。

所述加速度计水平安装。

所述加速度计通过用于吸收振动的弹性部件与车体铰接；

或，安装在用于固定编码器的固定装置内。

通过同侧的前后车轮测量的同一位置的LPD或LPDS，修正为一个数据。

本发明还提供一种路面颠簸程度的测量装置，包括：

用于安装在测量车的车轴轴承或车轴轴承刚性连接的构件上、测量轮胎升降变化的加速度计；

处理器，用于执行上述的方法，确定所述路面颠簸值LPD和/或LPDS。

实施例的有益效果，可以解决现有技术中测量设备复杂，采用激光惯导测量设备，高昂的设备成本，通常一个激光惯导测量设备十多万，构造复杂，需要用各种设备计算车体在运动中的各方向倾角，并通过数学方式消除车体在运动中的高程；而实施例中的方案，不要借助陀螺仪或角度传感器测量这些车体弯道位移的误差数据，测量到的数据就是真实的路面的颠簸高程断面数据，无需现有技术中，测量数据需要去除弯道车体位移高程；可以在弯路地区、加速/减速状态下，现有的激光测量设备的数据完全失效、测不准的情况下，测量出有效性断面高程，且测量成本很低，结构简单，容易后期维护。养护成本更加节约，养护策略和养护效果更加精准。

附图说明

图1是采用现有技术以不同的车速对弯路进行测量的高程示意图；

图2是本发明实施例的装置安装在车体上的示意图；

图3是本发明实施例的装置在测量过程中获得路面高程的示意图：

图4是本发明的方法实施例的流程图；

图5是本发明实施例中用于固定安装加速度计的编码器固定装置；

图6是本发明实施例中装置重新测量现有技术中路段，与真实的测量结果高程偏差的示意图；

图7是现有技术中在不同车速下经过弯路的IRI指标重复性及与真实高程之间的偏差；

图8是采用本发明实施例的方案，在不同车速下经过弯路的路面平整度LPDS指标重复性及与真实高程之间的偏差。

具体实施方式

为清楚说明本发明中的方案，下面给出优选的实施例并结合附图详细说明。

本发明的实施例具体可参见图2和图3，将加速度计安装在车轴轴承或车轴轴承刚性连接的构件上。优先安装在距离轮胎较近的位置，可提升测量的精度。

本发明实施例的方法包括以下步骤，参见图3，包括：

S1：在测量车的车轴轴承或车轴轴承刚性连接的构件上，安装有用于测量轮胎升降变化的加速度计；

S2：在测量车的移动过程中，以预定间隔，通过加速度的二次积分计算轮胎纵向位移h

S3：处理器采用以下公式，接收所述加速度计产生的信号，确定在一定距离内的路面颠簸值LPD和路面平整度LPDS；

所述公式包括：

式中：

LPD-路面颠簸值(mm/km)，单位长度轮胎纵向升/降位移累计均值；

h

n-检测的位移数量；

路面颠簸均值LPDS；

LPDS-路面平整度(mm

Δhi-检测点i的路面纵断面高程偏差，mm。

加速度计在颠簸过程中，处理器通过对采集的加速度计的信号进行积分，获得上升/下降的高程距离h

通过上述的实施例，可实现准确的测量路面颠簸的高程变化，且不受车体在弯路或加减速的影响。方法简单、成本低廉，可靠性、有效性都很高。相比十多万、几十万的检测设备，降低了大量的检测成本。不要借助陀螺仪或角度传感器测量这些车体形变的误差数据，测量到的数据就是真实的路面的颠簸高程数据，无需现有技术中，测量数据需要去除车体位移高程；可以在弯路地区、加速/减速状态下，现有的激光测量设备的数据完全失效，测不准的情况下，测量出有效性断面高程，且测量成本很低，结构简单，容易后期维护。

通过这些数据，可以用于后期确定相应的路面养护方案。参照相关的高程变化量，确定不同的养护方案。本发明的实施例适用各类弯路和有上升、下降的环山起伏的弯路，即便在车速变化下，测量的弯路依然精度度高。

优选地，在实施例中，所述加速度计可水平安装。便于后续的检测和测量。可以采用单向加速度计。

优选地，在实施例中，所述加速度计通过用于吸收振动的弹性部件与车体铰接；如图2、图3所示，弹性部件的一端连接加速度计，另一端与车体振动较小的位置铰接，如与车轴轴承刚性连接的其他位置。

或，与用于固定编码器的固定装置安装在一起，如图5所示。具体可采用申请号201310496426.6的专利中提到的产品结构，该固定装置内不仅有调节纵向压力、竖直向上的减震部件，还有调节水平压力的偏转力矩双向摆角调整器。从而可以进一步过滤震动，提升测量精度。

优选的，本发明的加速度计的安装，也可以安装调节纵向压力、竖直向上的减震部件，还有调节水平压力的偏转力矩双向摆角调整器。以实现相同的技术效果。

优选地，通过同侧的前后车轮测量的同一位置的LPD或LPDS，修正为一个数据。

通过上述测量的数据，同侧的前后车轮分别获得两部分高程数据，将路面相同位置的数据进行修正。例如，车体的前后轮的距离为n米，根据车速或GPS，可获得在车体移动n米后，后轮的测量数据，将两个数据修正为一个数据，采用这种修正方式，相对于在一个车轮上的测量，可以进一步提升测量的精准度。

优选地，本发明的实施例还提供一种路面颠簸程度的测量装置，包括：

用于安装在测量车的车轴轴承或车轴轴承刚性连接的构件上、测量轮胎升降变化的加速度计；

处理器，用于执行上述实施例中所述的方法，确定所述路面颠簸值LPD和路面平整度LPDS。

本发明的装置，可以集成在编码器内部，也可以在外部。

采用本发明实施例中的方法，对背景技术中同样的路段在同样的测试条件下以三种不同车速进行测量后，取得很好的测量效果，即测量高程几乎一致且和实际高度的吻合度很好。如图6所示，实践表明，可有效的消除在弯路的路段，特别是农村、郊区的盘山路等，特别是有起伏的环山路况，在弯路需要加速、减速，均可以获得更准确的反应路段的高程变化。

优选的，本发明的实施例还可以进一步用于测量国际平整度指数IRI。在弯曲的待保养路段分别以不同速度测试高程，分别采用有车载式激光断面仪和基于本发明实施例的方法进行测量的结果。经过真实的测量，分别获得如图7、图8所示，两幅图像中，实线为当前路段采用水准仪等测量设备测量出的路面的真实高程。其余各个间断线段分别为不同的车速在弯路上测量出的各个高程。

通过上述图中的图像对比可知，在图7中，各个间断线分别表示不同车速下，测量到的高程，图中示出了不同车速的高程各不一致，且均偏离真实高度较远。

在图8中，显示了采用本申请的单向位移传感的方案测量的路面平整度LPDS。各个间断线分别表示不同车速下，测量到的高程的LPDS，图中示出了不同车速的路面平整度LPDS几乎一致，且均偏离真实高度较少。

在本专利的附图中，用于展示的高程变化的附图，横坐标为距离，纵坐标为测量的高程，各个线段用于表示不同的速度下的测量结果，或真实的路况高程变化的结果。

对于本发明各个实施例中所阐述的方案，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。