潮湿路面实际摩擦系数检测装置与方法与流程

本发明涉及交通运输领域，具体而言，涉及一种潮湿路面实际摩擦系数检测装置与方法。

背景技术：

公路路面应具备足够的抗滑能力，以保证行车安全，路面抗滑能力不足时，会对行车安全产生重大影响。汽车在弯道上行驶，容易产生横向滑移；高速行车时紧急制动，所需的制动距离就会增长。例如，根据有关研究，沥青路面摩擦系数从0.8变化到0.4时，同一车辆80km/h车速的制动距离可从100米增加到140米，当车辆在存在冰雪的路面上行驶时，制动距离与正常条件相比更是要增加一倍以上。美国联邦公路局(FHWA)的事故统计表明：大约有22％的交通事故与不良天气条件相关，近10年的统计显示，平均每年天气有关事故造成将近6000人死亡、44.5万人受伤，其中路面潮湿与积水状态造成的死亡与受伤人数占比最高，分别是13％和15％，相应的，雨天分别是8％和10％，冰雪天气大约是6％和7％。在我国，根据公安部的交通事故统计年报，每年在雨雪不良天气和湿滑路面条件下的事故占比大约10％。国内外的研究表明，积水、结冰、积雪等湿滑路面状态下的交通事故率与干燥路面相比，高出3-7倍。

现有技术中，通常采用激光技术、遥感式安装方式在检测路面干燥、潮湿、积水、冰雪等路面状态基础上，结合一定的算法估算出路面的湿滑指数，传感器输出的湿滑指数或路面摩擦系数值来反映实时检测的路面抗滑性能，但是上述的湿滑系数的采集方式采用多波段激光器技术原理检测路面状态，进而估算路面摩擦系数。但是上述的检测设备价格高昂，对于用户而言，这种昂贵的传感器或设备严重的制约了其广泛应用，目前仅有极少量的应用，根本无法满足公路运营管理部门对于实施路面抗滑性能的监测需求，并且计算得出的路面摩擦系数精确度低。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种潮湿路面实际摩擦系数检测装置与方法。

第一方面，本发明实施例提供了一种潮湿路面实际摩擦系数检测装置，所述潮湿路面实际摩擦系数检测装置包括：

地表电阻检测模块，用于检测待检测路面的地表电阻值；

交通流检测模块，用于在每辆车辆通过待检测路面时生成一次感应信号；

控制器，与所述交通流检测模块电连接，用于接收所述交通流检测模块发送的感应信号，在每接收到一次所述感应信号时进行一次计数并获得交通流量值；

温度传感器，与所述控制器电连接，用于检测待测路面的温度值；

所述控制器还用于依据所述地表电阻值、所述交通流量值以及所述温度值计算出路面实际摩擦系数。

第二方面，本发明实施例还提供了一种路面实际摩擦系数检测方法，所述路面实际摩擦系数检测方法包括：

检测待检测路面的地表电阻值与温度值；

在每辆车辆通过待检测路面时生成一次感应信号；

在每生成一次所述感应信号时进行一次计数并获得交通流量值；

依据所述地表电阻值、所述交通流量值以及所述温度值计算出路面实际摩擦系数。

与现有技术相比，本发明提供的潮湿路面实际摩擦系数检测装置与方法，分别通过地表电阻检测模块检测待测路面的电阻值、交通流检测模块检测通过路面交通流量值、温度传感器检测待测路面的温度值；再通过控制器依据采集到的电阻值、交通流量值以及温度值计算得出路面实际摩擦系数，该潮湿路面实际摩擦系数检测装置价格低廉，适用范围广，并且检测得出的路面实际摩擦系数精确度高。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1本发明实施例提供的一种潮湿路面实际摩擦系数检测装置的电路连接框图；

图2本发明实施例提供的预设的第一路面基准摩擦系数随交通流量值变化而变化的示意图；

图3本发明实施例提供的在待检测路面的水汽条件为潮湿时，待检测路面的实际摩擦系数随着温度变化而变化的示意图；

图4本发明实施例提供的预设的第二路面基准摩擦系数随待检测路面建成投入使用后所经历时间变化而变化的示意图；

图5本发明实施例提供的一种潮湿路面实际摩擦系数检测方法的流程图。

其中，附图标记与部件名称之间的对应关系如下：地表电阻检测模块101，交通流检测模块102，控制器103，温度传感器104，计时器105，位置信息采集模块106，通信接口107，电源管理模块108。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例提供的一种潮湿路面实际摩擦系数检测装置，潮湿路面实际摩擦系数检测装置包括地表电阻检测模块101、交通流检测模块102、控制器103、温度传感器104、电源管理模块108、位置信息采集模块106以及通信接口107。

地表电阻检测模块101用于检测待检测路面的地表电阻值。

地表电阻检测模块101通常安装于待检测路面的地表，且在通常情况下，在不同的水汽条件下待检测路面的电阻不同，因此安装与待检测路面的地表电阻检测模块101的两个检测电极间的阻值存在显著差异，可以通过这种差异的变化来区分路面不同的水汽条件。路面的水汽条件包括“干燥”、“潮湿”、“积水”，由于待检测路面越干燥待检测路面的电阻值越大，在具体实施时，需要通过设定电阻值区间，得到不同路面状态时的地表电阻检测模块101的检测电极间的电阻值的范围，例如，当“干燥”时，预设定的电阻值的范围大于R1；当”潮湿”时，预设定的电阻值的范围大于R2；当”积水”时，预设定的电阻值的范围大于R3。在判断路面的水汽条件时，仅需按照特定时间间隔采样检测电极间的电阻值，剔除异常值后，判断其均值位于哪个电阻值区间，即可确定路面的水汽条件。

交通流检测模块102用于在每辆车辆通过待检测路面时生成一次感应信号。

本实施例中，交通流检测模块102采用但不限于地磁传感器，例如交通流检测模块102还可以采用微波收发器、红外线收发器。当交通流检测模块102采用地磁传感器时，当车辆从地磁传感器上方或侧方通过时，地磁传感器的磁阻会产生变化从而生成感应信号。

控制器103分别与交通流检测模块102、地表电阻检测模块101电连接，控制器103用于接收交通流检测模块102发送的感应信号，在每接收到一次感应信号时进行一次计数并获得交通流量值。

控制器103通过是否接收到地磁传感器生成的感应信号来判断是否有车辆通过，控制器103在每接收到一次感应信号时进行一次计数并获得交通流量值。

温度传感器104与控制器103电连接，温度传感器104用于检测待测路面的温度值。

控制器103还用于依据地表电阻值、交通流量值以及温度值计算出路面实际摩擦系数。

控制器103还用于若地表电阻值小于或等于预设的第一阈值时，依据算式计算出路面实际摩擦系数，其中，CFT为路面实际摩擦系数，第一路面基准摩擦系数，且第一路面基准摩擦系数依据预设的第一曲线及交通流量值求得，ΔCFT_T为单位路面温度变化引起的摩擦系数变化量，K为获得第一路面基准摩擦系数的路面温度值，T为检测到的温度值。

本实施例中，当地表电阻值小于或等于预设的第一阈值时，说明待检测路面的水汽条件为潮湿。

第一路面基准摩擦系数采用动态旋转式摩擦系数测试法，在路面温度20度、橡胶滑块线速度在60km/h速度测出。经发明人研究，导致路面的摩擦系数变化的主要原因是车辆轮胎对路面的碾压与磨耗作用，尤其是对于交通流量高的道路，第一路面基准摩擦系数值会在相对更短的时间内按照如图2所示的第一曲线的变化趋势发生变化。图2中，横轴表示路面铺装投入使用以来待检测路面通过的交通流量值V，第一路面基准摩擦系数依据预设的第一曲线及交通流量值求得。若新铺装路面与潮湿路面实际摩擦系数检测装置同步投入时，交通流量值V可以直接采用潮湿路面实际摩擦系数检测装置检测的交通流量值V；若潮湿路面实际摩擦系数检测装置在新铺装路面投入使用一段时间后安装时，交通流量值V需要在潮湿路面实际摩擦系数检测装置检测的交通流量基础上，额外加上路面铺装投入使用至潮湿路面实际摩擦系数检测装置安装之间的时间段车道通过的交通流量。

本实施例中，由于第一路面基准摩擦系数在路面潮湿、路面温度为20度的条件下测试的，因此，潮湿路面条件下的路面实际摩擦系数CFT估算可以简化为在第一路面基准摩擦系数的基础上进行修正。如图3所示，经发明人试验，路面温度对路面实际摩擦系数的影响，随着待检测路面温度的升高而降低，且近似呈现线性关系变化，横坐标表示路面温度；纵坐标表示水汽条件为潮湿时的路面实际摩擦系数。因此控制器103可依据算式计算出路面实际摩擦系数CFT。

进一步地，潮湿路面实际摩擦系数检测装置还包括：

计时器105，与控制器103电连接，计时器105用于计算以待检测路面建成通车日为时间起点到检测待检测路面的潮湿路面实际摩擦系数的时刻所经历的时间。

控制器103还用于若地表电阻值小于或等于预设的第一阈值时，依据算式计算出路面实际摩擦系数，其中，CFT为路面实际摩擦系数，为权重系数，且第一路面基准摩擦系数，且第一路面基准摩擦系数依据预设的第一曲线及交通流量值求得，为第二路面基准摩擦系数，且第二路面基准摩擦系数依据预设的第二曲线及路面建成时间求得，K为获得第一路面基准摩擦系数和第二路面基准摩擦系数的路面温度值，ΔCFT_T为单位路面温度变化引起的摩擦系数变化量，T为检测到的温度值。本实施例中，ΔCFT_T的取值范围为0.0022～0.0025，优选地，ΔCFT_T可取0.0023。

第二路面基准摩擦系数采用动态旋转式摩擦系数测试法，在路面温度20度、橡胶滑块线速度在60km/h速度测出。需要说明的是，经发明人研究，在公路的使用过程中，由于车辆行驶时轮胎的磨擦以及环境因素的侵蚀等影响，路面的摩擦系数还随着时间而不断变化。对于第二路面基准摩擦系数经发明人反复试验，新建公路未通车时，因沥青面层骨料表面附着一层沥青薄膜，第二路面基准摩擦系数略小。通车后由于车辆轮胎的摩擦，沥青薄膜很快消失，第二路面基准摩擦系数达到最大值，这一阶段路面的抗滑性能最好。在此后约1～2年的时间里，第二路面基准摩擦系数还将继续减小(正常降低幅度在15％～25％范围内)，然后能保持较长时间的稳定状态。根据大量研究与测试结果，新建公路的第二路面基准摩擦系数在0.60以上；运营2～5年的公路，第二路面基准摩擦系数为0.40～0.50。

图4为本发明实施例预设的第二路面基准摩擦系数随时间变化的第二曲线。图4中横坐标表示时间；纵坐标表示第二路面基准摩擦系数总体而言，第二路面基准摩擦系数变化大致分为三个阶段：[0，T1]，第二路面基准摩擦系数由CFTs0快速升至CFTs1；[T1，T2]，第二路面基准摩擦系数由CFTs1快速降至CFTs2；[T2，T3]，第二路面基准摩擦系数由CFTs2缓慢降至CFTs3。因此，控制器103在地表电阻值小于或等于预设的第一阈值时，依据算式计算出路面实际摩擦系数，利用该方式计算得出的路面实际摩擦系数准确度更高，与现实情况更加接近。

所示电源管理模块108与控制器103电连接，电源管理模块108负责电源管理用于为整个潮湿路面实际摩擦系数检测装置，并且还具有稳压、限压、调压、限流等作用，如果采用太阳能供电方式，电源模块还须具备蓄电池储能原件的充放电电路。

位置信息采集模块106与控制器103电连接，位置信息采集模块106用于采集潮湿路面实际摩擦系数检测装置当前的位置信息。本实施例中，位置信息采集模块可以采用但不限于GPS定位模块、网络地址定位模块以及桩号定位模块。

通信接口107与控制器103电连接，控制器103还用于将采集到位置信息和计算得出的路面实际摩擦系数通过通信接口107发送至一智能终端。

工作人员即可在智能终端查看到当前的位置信息及与该位置信息关联的路段的实际路面摩擦系数。

请参阅图5，本发明实施例还提供了一种潮湿路面实际摩擦系数检测方法，需要说明的是，本实施例所提供的潮湿路面实际摩擦系数检测方法，其基本原理及产生的技术效果和上述实施例相同，为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考上述的实施例中相应内容。潮湿路面实际摩擦系数检测方法包括：

步骤S501：检测待检测路面的地表电阻值与温度值并采集当前的位置信息。

步骤S502：在每辆车辆通过待检测路面时生成一次感应信号。

步骤S503：在每生成一次感应信号时进行一次计数并获得交通流量值。

步骤S504：计算以待检测路面建成通车日为时间起点到检测待检测路面的潮湿路面实际摩擦系数的时刻所经历的时间。

步骤S505：依据地表电阻值、交通流量值以及温度值计算出路面实际摩擦系数。

具体地，步骤S505包括：若地表电阻值小于或等于预设的第一阈值时，依据算式计算出路面实际摩擦系数，其中，CFT为路面实际摩擦系数，第一路面基准摩擦系数，且第一路面基准摩擦系数依据预设的第一曲线及交通流量值求得，ΔCFT_T为单位路面温度变化引起的摩擦系数变化量，K为获得第一路面基准摩擦系数的路面温度值，ΔCFT_T的取值范围为0.0022～0.0025，T为检测到的温度值。

更进一步地，步骤S505包括若地表电阻值小于或等于预设的第一阈值时，依据算式计算出路面实际摩擦系数，其中，CFT为路面实际摩擦系数，为权重系数，且第一路面基准摩擦系数，且第一路面基准摩擦系数依据预设的第一曲线及交通流量值求得，为第二路面基准摩擦系数，且第二路面基准摩擦系数依据预设的第二曲线及路面建成时间求得，K为获得第一路面基准摩擦系数和第二路面基准摩擦系数的路面温度值，ΔCFT_T为单位路面温度变化引起的摩擦系数变化量，T为检测到的温度值。

步骤S506：将采集到的位置信息和计算得出的路面实际摩擦系数发送至一智能终端。

综上，本发明提供的潮湿路面实际摩擦系数检测装置与方法，分别通过地表电阻检测模块101检测待测路面的电阻值、交通流检测模块102检测通过路面交通流量值、计时器105计量以待检测路面建成通车日为时间起点到检测待检测路面的潮湿路面实际摩擦系数的时刻所经历的时间、以及温度传感器104检测待测路面的温度值；再通过控制器103依据采集到的电阻值、交通流量值、以待检测路面建成通车日为时间起点到检测待检测路面的潮湿路面实际摩擦系数的时刻所经历的时间、以及温度值计算得出路面实际摩擦系数，该潮湿路面实际摩擦系数检测装置价格低廉，适用范围广，并且检测得出的路面实际摩擦系数精确度高。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。