NO327696B1

NO327696B1 - friction Maler

Info

Publication number: NO327696B1
Application number: NO20076309A
Authority: NO
Inventors: Erik Espe
Original assignee: Viatech As
Priority date: 2007-12-07
Filing date: 2007-12-07
Publication date: 2009-09-14
Also published as: WO2009072902A1; NO20076309L

Abstract

Det er beskrevet et apparat for å måle friksjonsegenskapene til en overflate, idet nevnte apparat er innrettet til å slepes av et kjøretøy, hvor apparatet inkluderer et målehjul (1) som rulles langs overflaten mens det presses mot overflaten med en forhåndsdefinert kraft (Fload), nevnte apparat videre inkluderer en elektrisk generator (2) som er koblet til målehjulet (1) og drives av nevnte målehjul(1), en belastningsmotstand (4) som er koblet til nevnte generator (2) og innrettet til å dissipere elektrisk effekt generert av generatoren (2), midler for å måle effekten generert av generatoren, og midler for å bestemme overflatens friksjonsegenskaper fra den målte effekt.An apparatus for measuring the friction properties of a surface is described, said apparatus being adapted to be towed by a vehicle, the apparatus including a measuring wheel (1) which is rolled along the surface while being pressed against the surface with a predefined force (Fload). said apparatus further includes an electric generator (2) connected to the measuring wheel (1) and driven by said measuring wheel (1), a load resistor (4) connected to said generator (2) and arranged to dissipate electric power generated by the generator (2), means for measuring the power generated by the generator, and means for determining the frictional properties of the surface from the measured power.

Description

APPARAT FOR MÅLING AV FRIKSJONSEGENSKAPENE TIL EN OVERFLATE APPARATUS FOR MEASURING THE FRICTION PROPERTIES OF A SURFACE

Oppfinnelsens område Field of the invention

Foreliggende oppfinnelse vedrører et apparat for å måle friksjonsegenskapene til topplaget av en vei eller rullebane. The present invention relates to an apparatus for measuring the frictional properties of the top layer of a road or runway.

Teknisk bakgrunn Technical background

Friksjonsmålinger blir rutinemessig utført av vei- og lufthavnsmyndigheter, enten for å innføre beskyttende inngrep hvis veien/rullebanen blir for glatt, eller for å undersøke egenskapene til forskjellige overflatelag. Friction measurements are routinely carried out by road and airport authorities, either to introduce protective interventions if the road/runway becomes too slippery, or to investigate the properties of different surface layers.

Slike målinger blir vanligvis utført ved å slepe et målehjul bak et kjøretøy. Hjulet blir bremset for å oppnå et slipp av omtrent 18 % mellom hjulet og veien. Bremsevirkningen kan oppnås med mekaniske eller hydrauliske midler. Deretter måles arbeidet utført av hjulet. Slike system har flere ulemper. Både mekaniske og hydrauliske system er meget temperaturfølsomme, ettersom friksjonen av bremsebånd eller viskositeten av hydrauliske oljer varierer med temperaturen. Spesielt hydrauliske måleenheter er kompliserte og kostbare å produsere og vedlikeholde. I tillegg har tidligere kjente målehjul tendens til å hoppe eller riste på ujevne veioverflater, hvilket introduserer støy i målingene. Such measurements are usually carried out by towing a measuring wheel behind a vehicle. The wheel is braked to achieve a slip of about 18% between the wheel and the road. The braking effect can be achieved by mechanical or hydraulic means. The work done by the wheel is then measured. Such systems have several disadvantages. Both mechanical and hydraulic systems are very temperature sensitive, as the friction of brake bands or the viscosity of hydraulic oils varies with temperature. Hydraulic measuring units in particular are complicated and expensive to manufacture and maintain. In addition, previously known measuring wheels tend to jump or shake on uneven road surfaces, which introduces noise into the measurements.

Fra Statens vegvesen er det kjent to rapporter som belyser den tekniske bakgrunn for friksjonsmåling på vei: Nonstad, B.: "Test av ViaFriction", Rapport, datert 2007.09.21, Statens vegvesen There are two reports from the Swedish Road Administration that shed light on the technical background for friction measurement on roads: Nonstad, B.: "Test av ViaFriction", Report, dated 2007.09.21, Swedish Road Administration

Groth, J.B.: "Friksjonsmåling på veger", Intern rapport nr. 2376, datert 2005.02, Statens vegvesen Groth, J.B.: "Friction measurement on roads", Internal report no. 2376, dated 2005.02, Norwegian Road Administration

Ingen av disse rapportene beskriver foreliggende oppfinnelse. None of these reports describe the present invention.

Sammenfatning av oppfinnelsen Summary of the Invention

Det er en hensikt med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe et forbedret apparat for å måle friksjon, som avhjelper noen av ulempene assosiert med tidligere kjente målehjul nevnt ovenfor. It is an aim of the present invention to provide an improved apparatus for measuring friction, which remedies some of the disadvantages associated with previously known measuring wheels mentioned above.

Dette oppnås i et apparat for å måle friksjonsegenskapene til en overflate, ifølge det vedføyde krav 1. Nærmere bestemt inkluderer apparatet et målehjul som rulles langs overflaten mens det presses mot overflaten med en forhåndsdefinert kraft, en elektrisk generator som er koblet til målehjulet og drives av nevnte målehjul, en belastningsmotstand som er koblet til nevnte generator og innrettet til å dissipere elektrisk effekt generert av generatoren, midler for å måle effekten generert av generatoren, og midler for å bestemme overflatens friksjonsegenskaper fra den målte effekt. This is achieved in an apparatus for measuring the frictional properties of a surface, according to the appended claim 1. More specifically, the apparatus includes a measuring wheel which is rolled along the surface while being pressed against the surface with a predefined force, an electric generator which is connected to the measuring wheel and is driven by said measuring wheel, a load resistor connected to said generator and arranged to dissipate electrical power generated by the generator, means for measuring the power generated by the generator, and means for determining the friction properties of the surface from the measured power.

Kortfattet beskrivelse av tegningene Brief description of the drawings

Fig. 1 er en skjematisk tegning som illustrerer måleprinsippet benyttet i oppfinnelsen, Fig. 2 illustrerer den mekaniske konstruksjonen av en måleenhet ifølge foreliggende oppfinnelse. Fig. 1 is a schematic drawing illustrating the measuring principle used in the invention, Fig. 2 illustrates the mechanical construction of a measuring unit according to the present invention.

Detaljert beskrivelse Detailed description

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet i detalj ved henvisning til de ovenfor nevnte tegningene. The invention will now be described in detail with reference to the above-mentioned drawings.

Fig. 1 illustrerer skjematisk hvordan målingene utføres i et apparat ifølge foreliggende oppfinnelse. Måleoppsettet inkluderer et målehjul 1 som slepes etter et kjøretøy (ikke Fig. 1 schematically illustrates how the measurements are carried out in an apparatus according to the present invention. The measuring set-up includes a measuring wheel 1 which is towed behind a vehicle (not

vist) mens det presses mot veioverflaten med en forhåndsdefinert kraft Fw. Den tykke pilsen indikerer bevegelsesretningen. Hjulet 1 driver en elektrisk generator 2 gjennom et belte 3. Generatoren 2 er koblet til en lastmotstand 4, og virker slik til å bremse hjulet 1. Bremsekraften F drag kontrolleres av en kontroller 5. Kontrolleren 5 kontrollerer den elektriske effekten som avsettes i lasten 4 ved å kontrollere magnetiseringen av generatorens rotor. Effekten levert av generatoren er proporsjonal med omdreiningshastigheten og magnetiseringsstrømmen. Oppsettet inkluderer også midler for å måle spenningen over lastmotstanden 4, og midler for å beregne shown) while pushing against the road surface with a predefined force Fw. The thick arrow indicates the direction of movement. The wheel 1 drives an electric generator 2 through a belt 3. The generator 2 is connected to a load resistance 4, and thus acts to brake the wheel 1. The braking force F drag is controlled by a controller 5. The controller 5 controls the electrical power that is deposited in the load 4 by controlling the magnetization of the generator's rotor. The power delivered by the generator is proportional to the speed of rotation and the magnetizing current. The setup also includes means for measuring the voltage across the load resistor 4, and means for calculating

friksjonsegenskapene til overflaten fra disse målingene. Disse midlene er ikke vist i illustrasjonen. the friction properties of the surface from these measurements. These means are not shown in the illustration.

Lastmotstanden 4 konverterer effekten generert av generatoren 2 til varme. Lastmotstanden er laget av en spesiell legering, som er stabil med temperaturen. Dette betyr at belastningen vil forbli konstant selv om effektnivået varierer. Dette betyr også en forenkling av effektmålingen, etter som vi kan måle spenningen u over lasten og beregne effekten p: The load resistor 4 converts the power generated by the generator 2 into heat. The load resistor is made of a special alloy, which is stable with temperature. This means that the load will remain constant even if the power level varies. This also means a simplification of the power measurement, after which we can measure the voltage u across the load and calculate the power p:

Hvor r er resistansen i lasten. Where r is the resistance in the load.

F drag kan beregnes fra det etterfølgende forholdet: F drag can be calculated from the following relationship:

Hvor t[ er graden av effektivitet (en konstant) og v er hastigheten. Where t[ is the degree of efficiency (a constant) and v is the velocity.

Deretter er friksjonskoeffisienten u gitt ved: Then the friction coefficient u is given by:

Fig. 2 illustrerer den mekaniske konstruksjonen av oppfinnelsen. Friksjonsmåleapparatet har en mekanisk konstruksjon som sikter mot å redusere feil fra et ujevnt underlag. Siden friksjonskoeffisienten er et forhold mellom Fdrag og Fioad, er systemet avhengig av at Fu, ad er så stabil som mulig, uten å påvirkes av akselerasjoner forårsaket av underlaget. Fig. 2 illustrates the mechanical construction of the invention. The friction measuring device has a mechanical construction that aims to reduce errors from an uneven surface. Since the friction coefficient is a ratio between Fdrag and Fioad, the system depends on Fu, ad being as stable as possible, without being affected by accelerations caused by the surface.

I Fig. 2 er målehjulet 1 opphengt i en kontrollarm 6. Kontrollarmen 6 er festet til en målevogn 7 i et hengselpunkt 8. En fjærdemperenhet 9 er koblet mellom armen 6 og vognen 7 og demper virkningen av armen. Vognen er koblet til kjøretøyet 10 i et frittsvingende dreiepunkt 11. På denne måten er målehjulet fjæropphengt og dempet mot vognen, mens vognen kan bevege seg fritt vertikalt. Hvis det er et passende forhold mellom fjæropphengt og ikke fjæropphengt masse, vil uønsket støy forårsaket av variasjoner i den vertikale avstanden mellom hjulet og vognen bli dempet. Hvis massen av vognen er minst fem ganger massen av målehjulet, vil støybidraget være omtrent 1/6 sammenlignet med et tradisjonelt stivt måleoppsett. In Fig. 2, the measuring wheel 1 is suspended in a control arm 6. The control arm 6 is attached to a measuring carriage 7 in a hinge point 8. A spring damper unit 9 is connected between the arm 6 and the carriage 7 and dampens the action of the arm. The carriage is connected to the vehicle 10 in a freely swinging pivot point 11. In this way, the measuring wheel is spring-suspended and cushioned against the carriage, while the carriage can move freely vertically. If there is an appropriate ratio of sprung to unsprung mass, unwanted noise caused by variations in the vertical distance between the wheel and the carriage will be dampened. If the mass of the carriage is at least five times the mass of the measuring wheel, the noise contribution will be approximately 1/6 compared to a traditional rigid measuring setup.

Claims

1. Apparatus for measuring the frictional properties of a surface, said apparatus being adapted to be towed by a vehicle (10), the apparatus including a measuring wheel (1) which is rolled along the surface while being pressed against the surface with a predefined force (Fioad) , characterized by an electric generator (2) which is connected to the measuring wheel (1) and is driven by said measuring wheel (1), a load resistor (4) which is connected to said generator (2) and arranged to dissipate electrical power generated by the generator (2), means of measuring the power generated by the generator, and means of determining the surface's frictional properties from the measured power.

2. Apparatus according to claim 1, wherein said apparatus includes a controller (5) arranged to control the power generated by the generator (2), until a predefined slip is achieved between the measuring wheel (1) and the surface.

3. Apparatus according to claim 2, where the controller (5) controls a magnetizing current in said generator (2).

4. Apparatus according to claim 1, wherein said apparatus includes a measuring carriage (7) which is connected to the vehicle (10) in a freely swinging pivot point (11), where the measuring wheel (1) is suspended in a control arm (6) which is connected to the measuring carriage (7) in a hinge point (8), as a spring damper unit (9) is connected between the control arm (6) and the measuring carriage (7).

5. Apparatus according to claim 4, where the mass of the measuring carriage (7) is at least five times the mass of the measuring wheel (1).