[发明专利]路面材料摩擦性能测试装置及方法

权利要求书

1.一种利用路面材料摩擦性能测试装置进行路面材料摩擦性能测试的方法，其特征在于，所述路面材料摩擦性能测试装置包括第一测试用轮胎、第二测试用轮胎、承载单元、驱动单元、加载单元、轮胎制动控制与测试单元以及数据采集单元；

承载单元位于驱动单元与第一测试用轮胎、第二测试用轮胎之间，用于承载路面材料试件；驱动单元用于驱动所述承载单元进行运动；加载单元位于第一测试用轮胎和第二测试用轮胎的上方，用于施加荷载于第一测试用轮胎和第二测试用轮胎；

所述轮胎制动控制与测试单元包括第一制动器、第二制动器、第一转速传感器、第二转速传感器、第三转速传感器、压力传感器、第一拉力传感器和第二拉力传感器；第一制动器安装于第一测试用轮胎上，用于实时控制该第一测试用轮胎的滑移率；第二制动器安装于第二测试用轮胎上，用于实时控制该第二测试用轮胎的滑移率；第一转速传感器安装于第一试用轮胎上，用于测量该第一测试用轮胎的角速度；第二转速传感器安装于第二试用轮胎上，用于测量该第二测试用轮胎的角速度；第三转速传感器安装于承载单元的转轴上，用于测量承载单元的转速；压力传感器安装于加载单元上，用于测量施加给第一测试用轮胎和第二测试用轮胎的压力；第一拉力传感器用于测量作用于第一测试用轮胎的拉力，第二拉力传感器用于测量作用于第二测试用轮胎的拉力；以及

所述数据采集单元用于对全部传感器的测试数据进行实时采集并且进行记录；

所述的承载单元包括承载盘和承重板；所述承载盘位于承重板上方；所述承载盘用于承载路面材料试件；

所述驱动单元包括电机、减速器和变频器，电机通过齿轮与减速器进行动力传递，变频器用于改变电机的转速，进而控制所述承载单元的转速；所述电机安装于所述承重板的下方，并且固定于一块竖向钢板上；

所述的路面材料摩擦性能测试装置还包括第一拉力传感器固定装置和第二拉力传感器固定装置；所述第一拉力传感器固定装置设置有第一空腔，以使得在第一测试用轮胎运动过程中第一拉力传感器的中心与第一测试用轮胎的中心保持平行；所述第二拉力传感器固定装置设置有第二空腔，以使得在第二测试用轮胎运动过程中第二拉力传感器的中心与第二测试用轮胎的中心保持平行；

所述的方法包括以下步骤：

(1)将路面材料试件固定于所述承载单元上，通过驱动单元驱动所述承载单元进行转动，从而使得所述路面材料试件进行转动；

(2)通过加载单元对第一测试用轮胎和第二测试用轮胎施以荷载，以使第一测试用轮胎和第二测试用轮胎均与所述路面材料试件接触，进而使得第一测试用轮胎和第二测试用轮胎运动；

(3)采用第一转速传感器测量第一测试用轮胎的角速度ω_L1，采用第二转速传感器测量第二测试用轮胎的角速度ω_L2，当ω_L1－ω_L2在0～π/36弧度/秒时，将(ω_L1+ω_L2)/2作为测试用轮胎的平均角速度ω_L；采用第三转速传感器测量所述承载单元的转速ω₀，利用如下公式计算滑移率s：

式中，s为测试用轮胎与路面材料试件之间的滑移率，u为路面材料试件与测试用轮胎的接触点的线速度，ν为测试用轮胎的轮缘线速度，r为测试用轮胎的半径；R为测试用轮胎与路面材料试件的接触点的旋转半径，ω₀为测试用轮胎与路面材料试件的接触点的旋转角速度、即承载单元的转速，ω_L为测试用轮胎的平均角速度，下标1和2分别表示第一测试用轮胎和第二测试用轮胎；

(4)采用第一制动器和第二制动器分别控制第一测试用轮胎的角速度ω_L1和第二测试用轮胎的角速度ω_L2，以使得滑移率s控制至期望值s_i；然后采用压力传感器测量第一测试用轮胎和第二测试用轮胎的压力N_i，采用第一拉力传感器和第二拉力传感器分别测量第一测试用轮胎和第二测试用轮胎的摩擦力F_i，根据如下公式获得测试用轮胎与路面材料试件之间的摩擦系数μ_i：

μ_i＝F_i/N_i，其中，i为自然数；

(5)改变滑移率s_i，重复步骤(4)，获得不同滑移率时的摩擦系数μ_i，绘制摩擦系数μ随滑移率s变化的曲线μ＝f(s)；

其中，所述承载单元的转速为5～10转/秒；所述加载单元施加的荷载为0～90kgf；所述第一测试用轮胎和第二测试用轮胎均为充气轮胎，其胎压均为2～3kgf/cm²。