[发明专利]测量路面三维轮廓的方法及用于实现该方法的装置

说明书

技术领域

本发明涉及测量其上可行驶汽车的路面的三维轮廓的方法。本发明亦涉及用于实现这种方法的装置。 

背景技术

虽然不限于这种应用，但本发明将更具体地通过参考安装于汽车类型的车辆上的轮胎加以说明。 

当这种车辆行驶于通常由沥青或混凝土型路面组成的道路上或跑道上时，安装于所述车辆上的轮胎的抓地(grip)性能对于加速和制动扭矩的传递以及对于车辆的稳定性来说是最基本的影响因素。车辆的“稳定性”这一术语特别地被理解为车辆轨迹的导向和保持的意思。 

在例如由一层沥青组成的路面上的轮胎的抓地力，实质上是轮胎胎面的橡胶混合物通过其在所述沥青层的凸凹不平部分(asperities)上滑动而受到挤压(indentation)从而使凸凹不平部分受力被压进所述轮胎混合物的表面之中的现象而导致的结果。这种由滑动所导致的且伴随有发生变形的橡胶混合物的迟滞性的挤压现象，在轮胎和路面之间产生与滑动方向相反的力，致使轮胎可抓住所述路面。 

对于这种抓地现象可以明确的是，其上行驶着所述车辆的路面的表面状况在确定抓地力大小时将起主要作用。本领域的技术人员已了解的是，路面的粗糙程度或所述路面的凸凹不平部分的尺寸均会对抓地力的大小产生影响，该影响是通过形成所述路面的粒料的尺寸和所述粒料的表面光整度(surface finish)而产生的。术语“宏观粗糙度(macroroughness)”被用于衡量对应一毫米级的尺度的粒料的尺寸，术语“微观粗糙度(microroughness)”被用于衡量对应一微米级的尺度的表面光整度。术语“中等粗糙度(medio-roughness)”(或中间粗糙度)也被用于在两个尺寸尺度之间的中间尺度上(亦即大约十微米 级上)衡量粒料的表面状况。 

因此，为在设计轮胎的时候将这些因素考虑进去，通常需寻求鉴定其上行驶着车辆的路面的性能。当需要分析在所给路面上滚动的轮胎的性能时，这种鉴定变得更加重要。 

因而，人们已经了解一些测量其上行驶着安装有轮胎的车辆的路面的轮廓的方法。因此，通常寻求限定根据宏观粗糙度的轮廓，特别是为了实现使路面具有在潮湿天气中排水的能力，或者当需要鉴定所述路面上的轮胎的抓地性能的时候，寻求限定根据宏观粗糙度和微观粗糙度二者的轮廓。 

特别地，人们已经了解路上测量技术，其在于例如使用放在路面上的复写纸或者带有墨水沉淀物的简单的纸来取得压痕。这种测量可从宏观视角确定所给路面上的轮胎的接触区域。然而，这种测量特别地不精确且可复制性差。 

其它的已知测量技术在于，例如通过钻孔取芯(coring)技术取得路面的样本，从而可以随后在实验室中完成测量。因此，所完成的测量可以非常的精确，包括在一微米级的尺度上的测量。这种方法的缺点在于其具有破坏性，因为其需要采集样本。因为路面表面的这种分析最好是在一些随机选择的点上完成以获得所述路面的统计模型(statistical representation)，可明确的是由于这些破坏性的方法所引起的破坏，其仅具有较低价值。 

在已说明的测量技术之间的技术在于，通过将路面制模取得压痕，从而可在实验室中分析所述模型或一个反模型。该制模可使用例如粘牙类型的材料完成。结果所使用的材料仅限于宏观尺度上对路面轮廓的分析，所述路面的微观轮廓在制模的过程中丢失。 

同样已知的，特别是从文件US 2003/0000097，US5 790243和SE 527 952所知的是，由许多测量所组成的以确定道路的横向宏观轮廓，特别是由车辆交通形成的车辙的二维测量方法。将这些技术变换为较小尺度，特别是如上文所释的一微米的级别，将特别地要求克服与时间有关的误差，例如热量扩散效果。这是因为使用一微米级的分辨率应用这种方法将需要多个测量，从而用于这些测量的时间将非常长并将导致由于环境的物理作用而产生的精确度下降，在这些 测量期间中，物理作用将发生变化从而足以产生不能为所需精度接受的测量偏差。 

发明内容

因此，发明人的目的是确定测量道路类型路面的轮廓的方法，该方法可分析所述的三维表面而不对其产生破坏且具有一微米级的精度。另一目的是确定可靠和可复制的测量方法。 

这些目的根据本发明的三维测量方法得以实现，该方法可测量其上可行驶安装有至少一个轮胎的车辆的路面的轮廓，其中第一地形测量可在现场完成，其具有所述路面的样本表面的至少一毫米的精度，从而其中在所述表面和所给轮胎的胎面之间的接触点得以限定，并且其中用所述接触点的微观粗糙度的一微米级分辨率在现场完成所述接触点的至少一个第二地形测量以获得模型。