本发明涉及道路应力测试领域，特别涉及一种动态胎与路接地应力测量装置及方法。
背景技术：
随着我国经济的快速发展，交通运输业突出表现为交通量大汽车载重增加，车速加快等特点。道路交通运输量越来越大，轮胎的结构不断更新发展，使得人们对路面的经济性、安全性、耐久性提出更高的要求。同时轮胎路面接触力影响车辆行驶的各种驾驶行为，所以对轮胎路面接触应力的测量提出更迫切的要求。目前沥青路面设计载荷采用的是双圆垂直均匀分布的静态载荷与实际运行状况有很大的差别，使对胎-路受力的实际分布测试需求更加紧迫。
现有的实测轮胎路面接触力的方法有理论分析法和实测法两种，理论分析法包括弹性力学法，有限元法等虽然取得一定得预测结果，但是需要结合实际结果进行分析与校正。
传统的轮胎接地压力测量方法主要有：压力板法、压力传感器法、压力敏感膜法、光吸收法。这四种方法中压力传感器法是目前准确度最高且能够动态测量轮胎接地压力的方法，动态测量比静态测量轮胎路面接触压力分布更有参考价值，但是动态测量有很多局限性如测量数据获取困难，轮胎转轴固定不动，车速不能太快等等，严重影响了测量结果的准确性及真实性。
技术实现要素：
本发明提供一种动态胎与路接地应力测量装置及方法，解决了或部分解决了现有技术中轮胎路面接地压力测量方法准确度低、无法测量行驶状态下的轮胎接地压力、无法反映轮胎与地面接触应力分布情况的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种动态胎与路接地应力测量装置包括：第一压电传感器，上设置有若干行第一导体；第二压电传感器，上设置有若干列第二导体，所述第二压电传感器与所述第一压电传感器连接，若干行所述第一导体与若干列所述第二导体交叉接触，所述若干行所述第一导体与若干列所述第二导体形成若干交叉点，若干所述交叉点形成若干传感点，若干所述传感点形成传感点阵列，若干所述传感点中的每一个传感点组成一个测量单元；电荷放大器，第一端与所述第二压电传感器及所述第一压电传感器连接；A/D转换器，第一端与所述电荷放大器的第二端连接；信号采集仪，第一端与所述A/D转换器的第二端连接；数据处理单元，与所述信号采集仪的第二端连接。
进一步地，所述第二压电传感器及所述第一压电传感器为PZT压电薄膜传感器；所述PZT压电薄膜传感器的厚度为0.1-1mm。
进一步地，所述传感点阵列为网格状。
进一步地，若干行所述第一导体与若干列所述第二导体的外表面上设置有压敏半导体材料涂层。
进一步地，若干行所述第一导体等间距布置在所述第一压电传感器上；若干列所述第二导体等间距布置在所述第二压电传感器上。
基于相同的发明构思，本发明还提供一种动态胎与路接地应力测量方法包括以下步骤：将第一压电传感器及第二压电传感器连接后布置在待测车辆与路面之间；所述第一压电传感器上设置的若干行第一导体与所述第二压电传感器上设置的若干列第二导体交叉接触，所述若干行所述第一导体与若干列所述第二导体形成若干交叉点，若干所述交叉点形成若干传感点，若干所述传感点形成传感点阵列，若干所述传感点中的每一个传感点组成一个测量单元；让待测车辆的轮胎以任意滚动方向并以一定得速度行使在第一压电传感器上，所述轮胎的胎面与测量单元保持接触，轮胎可根据测量需要以任意速度进行滚动，所述轮胎滚动的同时使轮胎与路面接触压力产生变化，接触压力的变化会导致所述测量单元的电阻及电荷的变化；所述测量单元的电荷分布产生变化，所述第一压电传感器及第二压电传感器将电荷变化信号通过电荷放大器放大后发送给A/D转换器，信号采集仪将A/D转换器转换后的电荷变换信号发送给数据处理单元；所述数据处理单元获得所述第一压电传感器及第二压电传感器内若干所述传感点相应的电荷分布，根据电荷应力的关系计算得到所述第一压电传感器及第二压电传感器上的应力分布。
进一步地，所述第二压电传感器及所述第一压电传感器为PZT压电薄膜传感器；所述PZT压电薄膜传感器的厚度为0.1-1mm。
进一步地，所述传感点阵列为网格状。
进一步地，若干行所述第一导体与若干列所述第二导体的外表面上设置有压敏半导体材料涂层。
进一步地，若干行所述第一导体等间距布置在所述第一压电传感器上；若干列所述第二导体等间距布置在所述第二压电传感器上。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
由于将第一压电传感器及第二压电传感器连接后布置在待测车辆与路面之间，所以第一压电传感器及第二压电传感器可直接放置于路面上，与轮胎路面直接接触，这使得轮胎在转动过程中与第一压电传感器及第二压电传感器可模拟轮胎实际工况如侧滑、转弯等，从而实现动态接地应力分布的测量，由于第一压电传感器上设置的若干行第一导体与第二压电传感器上设置的若干列第二导体交叉接触，若干行第一导体与若干列第二导体形成若干交叉点，若干交叉点形成若干传感点，若干传感点形成传感点阵列，若干传感点中的每一个传感点组成一个测量单元，让待测车辆的轮胎以任意滚动方向并以一定得速度行使在第一压电传感器上，轮胎的胎面与测量单元保持接触，轮胎可根据测量需要以任意速度进行滚动，所以，轮胎可以以任意速度旋转，而测试平台固定不动，模拟环境更真实，实现了轮胎实际的侧滑、转弯等驾驶行为，使模拟环境更贴近实际，由于轮胎滚动的同时使轮胎与路面接触压力产生变化，接触压力的变化会导致测量单元的电阻及电荷的变化，测量单元的电荷分布产生变化，第一压电传感器及第二压电传感器将电荷变化信号通过电荷放大器放大后发送给A/D转换器，信号采集仪将A/D转换器转换后的电荷变换信号发送给数据处理单元，数据处理单元获得第一压电传感器及第二压电传感器内若干传感点相应的电荷分布，根据电荷应力的关系计算得到第一压电传感器及第二压电传感器上的应力分布，不仅能够测量动态静态轮胎接地应力，还能够测量胎路接地应力分布，准确度高，测量数据更精确。
附图说明
图1为本发明实施例提供的动态胎与路接地应力测量装置布置示意图；
图2为本发明实施例提供的动态胎与路接地应力测量装置的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的动态胎与路接地应力测量装置的信号传递图。
具体实施方式
参见图1-3，本发明实施例提供的一种动态胎与路接地应力测量装置包括：第一压电传感器1、第二压电传感器2、电荷放大器、A/D转换器、信号采集仪及数据处理单元。
所述第一压电传感器1上设置有若干行第一导体1-1。
所述第二压电传感器2上设置有若干列第二导体2-1，所述第二压电传感器2与所述第一压电传感器1连接，若干行所述第一导体1-1与若干列所述第二导体2-1交叉接触，所述若干行所述第一导体1-1与若干列所述第二导体2-1形成若干交叉点，若干所述交叉点形成若干传感点，若干所述传感点形成传感点阵列，若干所述传感点中的每一个传感点组成一个测量单元。
所述电荷放大器第一端与所述第二压电传感器及所述第一压电传感器连接。
所述A/D转换器第一端与所述电荷放大器的第二端连接。
所述信号采集仪第一端与所述A/D转换器的第二端连接。
所述数据处理单元与所述信号采集仪的第二端连接。
本申请具体实施方式由于将第一压电传感器及第二压电传感器连接后布置在待测车辆与路面之间，所以第一压电传感器及第二压电传感器可直接放置于路面上，与轮胎路面直接接触，这使得轮胎在转动过程中与第一压电传感器及第二压电传感器可模拟轮胎实际工况如侧滑、转弯等，从而实现动态接地应力分布的测量，由于第一压电传感器上设置的若干行第一导体与第二压电传感器上设置的若干列第二导体交叉接触，若干行第一导体与若干列第二导体形成若干交叉点，若干交叉点形成若干传感点，若干传感点形成传感点阵列，若干传感点中的每一个传感点组成一个测量单元，让待测车辆的轮胎以任意滚动方向并以一定得速度行使在第一压电传感器上，轮胎的胎面与测量单元保持接触，轮胎可根据测量需要以任意速度进行滚动，所以，轮胎可以以任意速度旋转，而测试平台固定不动，模拟环境更真实，实现了轮胎实际的侧滑、转弯等驾驶行为，使模拟环境更贴近实际，由于轮胎滚动的同时使轮胎与路面接触压力产生变化，接触压力的变化会导致测量单元的电阻及电荷的变化，测量单元的电荷分布产生变化，第一压电传感器及第二压电传感器将电荷变化信号通过电荷放大器放大后发送给A/D转换器，信号采集仪将A/D转换器转换后的电荷变换信号发送给数据处理单元，数据处理单元获得第一压电传感器及第二压电传感器内若干传感点相应的电荷分布，根据电荷应力的关系计算得到第一压电传感器及第二压电传感器上的应力分布，不仅能够测量动态静态轮胎接地应力，还能够测量胎路接地应力分布，准确度高，测量数据更精确。
详细介绍第一压电传感器及第二压电传感器的结构。
所述第二压电传感器2及所述第一压电传感器1为PZT(锆钛酸铅压电陶瓷)压电薄膜传感器；所述PZT压电薄膜传感器的厚度为0.1-1mm，使应力检测更精确。
所述第二压电传感器2的内表面上涂有第二压敏半导体材料涂层2-2，可以放大压电效应产生的信号；所述第一压电传感器1的内表面上涂有第一压敏半导体材料涂层1-2，可以放大压电效应产生的信号。
所述传感点阵列为网格状，使应力检测更充分。
若干行所述第一导体1-1与若干列所述第二导体2-1的外表面上设置有压敏半导体材料涂层，可以放大压电效应产生的信号。
若干行所述第一导体1-1等间距布置在所述第一压电传感器1上，使应力检测更精确。
若干列所述第二导体2-1等间距布置在所述第二压电传感器2上，使应力检测更精确。
基于相同的发明构思，本发明还提供一种动态胎与路接地应力测量方法包括以下步骤：
步骤1，将第一压电传感器1及第二压电传感器2连接后布置在待测车辆与路面4之间。
步骤2，所述第一压电传感器1上设置的若干行第一导体1-1与所述第二压电传感器2上设置的若干列第二导体2-1交叉接触，所述若干行所述第一导体1-1与若干列所述第二导体2-1形成若干交叉点，若干所述交叉点形成若干传感点，若干所述传感点形成传感点阵列，若干所述传感点中的每一个传感点组成一个测量单元。
步骤3，让待测车辆的轮胎3以任意滚动方向并以一定得速度行使在第一压电传感器1上，所述轮胎3的胎面与测量单元保持接触，所述轮胎3可根据测量需要以任意速度进行滚动，所述轮胎3滚动的同时使轮胎3与路面4接触压力产生变化，接触压力的变化会导致所述测量单元的电阻及电荷的变化。
步骤4，所述测量单元的电荷分布产生变化，所述第一压电传感器1及第二压电传感器2将电荷变化信号通过电荷放大器放大后发送给A/D转换器，信号采集仪将A/D转换器转换后的电荷变换信号发送给数据处理单元。
步骤5，所述数据处理单元获得所述第一压电传感器及第二压电传感器内若干所述传感点相应的电荷分布，根据电荷应力的关系计算得到所述第一压电传感器及第二压电传感器上的应力分布。
详细介绍第一压电传感器及第二压电传感器的结构。
所述第二压电传感器2及所述第一压电传感器1为PZT(锆钛酸铅压电陶瓷)压电薄膜传感器；所述PZT压电薄膜传感器的厚度为0.1-1mm，使应力检测更精确。
所述第二压电传感器2的内表面上涂有第二压敏半导体材料涂层2-2，可以放大压电效应产生的信号；所述第一压电传感器1的内表面上涂有第一压敏半导体材料涂层1-2，可以放大压电效应产生的信号。
所述传感点阵列为网格状，使应力检测更充分。
若干行所述第一导体1-1与若干列所述第二导体2-1的外表面上设置有压敏半导体材料涂层，可以放大压电效应产生的信号。
若干行所述第一导体1-1等间距布置在所述第一压电传感器1上，使应力检测更精确。
若干列所述第二导体2-1等间距布置在所述第二压电传感器2上，使应力检测更精确。
为了更清楚本发明实施例，下面从本发明实施例的使用方法上予以介绍。
将第一压电传感器1及第二压电传感器2连接后布置在待测车辆与路面4之间。第一压电传感器1上设置的若干行第一导体1-1与第二压电传感器2上设置的若干列第二导体2-1交叉接触，若干行第一导体1-1与若干列第二导体2-1形成若干交叉点，若干交叉点形成若干传感点，若干传感点形成传感点阵列，若干传感点中的每一个传感点组成一个测量单元。若干第一导体1-1及若干第二导体2-1本身的宽度以及若干第一导体1-1及若干第二导体2-1之间距离可以根据不同的测量需要而设计，若干第一导体1-1及若干第二导体2-1的阻值会随外力成比例变化，压力为零时，阻值最大，压力越小，阻值越小。
让待测车辆轮胎3以任意滚动方向和速度通过第一压电传感器1上，轮胎3的胎面与测量单元保持接触，轮胎3可根据测量需要以任意速度进行滚动，轮胎3滚动的同时使轮胎3与路面接触压力产生变化，通过轮胎3对第一压电传感器1及第二压电传感器2的传感点施加向下的外力，第一压电传感器1及第二压电传感器2的内部以及传感点与轮胎3和路面4上均产生非均匀分布的应力，根据第一压电传感器1及第二压电传感器2的压电效应，传感点的应力变化会导致第一压电传感器1及第二压电传感器2的电阻和电荷分布变化，该电荷分布变化同时传递到传感点上。第一压电传感器1及第二压电传感器2将电荷变化信号通过电荷放大器放大后发送给A/D转换器，信号采集仪将A/D转换器转换后的电荷变换信号发送给数据处理单元。数据处理单元获得第一压电传感器1及第二压电传感器2内若干传感点相应的电荷分布，根据电荷应力的关系计算得到第一压电传感器1及第二压电传感器2上的应力分布。
在轮胎3滚动过程中，第一压电传感器1及第二压电传感器2相对静止，测量轮胎3在第一压电传感器1及第二压电传感器2上接触的所有传感点，就能一次性的测量出轮胎周向上所有传感点的接地压力及应力分布，可以获得实际的胎-路接地应力分布。同时可以直接将本发明一种胎路接地应力动态测量装置放置于路面上或者其他的轮胎测试平台上，轮胎滚动时作用于传感单元2上，再由数据采集及处理系统提供相应的应力分布。
本发明最有益效果是：
1)由于第一压电传感器1及第二压电传感器2可直接放置于路面4上，它与轮胎3及路面4直接接触，这使得轮胎3在转动过程中与第一压电传感器1及第二压电传感器2可模拟轮胎3实际工况如侧滑、转弯等，从而实现动态接地应力分布的测量；
2)传统的轮胎接地压力分布的测量方法一般都是让轮胎3保持固定不动而靠拖动平板或驱动转鼓实现动态测量，而本申请是轮胎3可以以任意速度旋转，而测试平台固定不动，模拟环境更真实；
3)轮胎3在第一压电传感器1及第二压电传感器2上自由滚动，突破了传统测试方法中只能使轮胎的转动平面垂直于路面的局限,实现了轮胎实际的侧滑、转弯等驾驶行为，使模拟环境更贴近实际；
4)在传统的胎-路接地应力实测方法中，测试平台需要一定的长度，以满足轮胎定向滚动，而本申请只需要一小块区域以满足轮胎的接地需要即可；
5)在用转鼓试验机测量高速转动下胎-路接地压力分布时，转鼓上的压力传感器与胎面接触有一定的时间周期，而本申请可以满足轮胎3与第一压电传感器1及第二压电传感器2时刻保持接触从而能够一次性测量出轮胎整个周向上所有接触点的应力值。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。