Датчик давления колеса автомобиля на дорожное покрытие

Полезная модель относится к области измерительной техники и предназначена для измерения давления колеса на дорожное покрытие. Может быть использована в автомобильных весах для взвешивания отдельных автомобилей в движении с остановкой на весах и в общем потоке движущихся по дороге автомобилей без остановки.
Аналог. Известно устройство для измерения давления колеса автомобиля на дорожное покрытие (патент КНР № CN 203083677 "Bending plate type weighing sensor", G01G 19/02, 2013).
Недостатком устройства - аналога является большая высота, усложняющая его установку в дорожное покрытие, т.к. требуется обязательное выполнение глубокого приямка в асфальтобетоне или бетоне. Если же укладывать известное устройство на поверхность дорожного покрытия без приямка, то при наезде на него возникает подпрыгивание колеса, резко ухудшающее работу датчика и точность измерений.
Прототип. Наиболее близким к предложенному устройству по совокупности существенных признаков, т.е. прототипом, является устройство для измерения давления колеса автомобиля на дорожное покрытие (патент КНР № WO 2013139284 "Device for weighing vehicles in motion", G01G 19/02, G01G 19/03, 2013), содержащее весоизмерительную платформу, выполненную заодно целое с упругими элементами, которые, в свою очередь, опираются на плиту - основание. На упругих элементах находятся сенсоры, преобразующие вес колеса в электрический сигнал.
Данное техническое решение позволяет несколько уменьшить габаритные размеры, в частности высоту, но не настолько, чтобы можно было обойтись без приямка при установке датчика-прототипа в дорожное покрытие, либо установить его непосредственно на дорожное покрытие. Кроме того, из-за конструктивного разделения весоизмерительной платформы и упругих элементов устройство-прототип имеет и большие линейные размеры в плане, что затрудняет его установку в виде набора нескольких устройств - датчиков давления колеса на дорожное покрытие, перекрывающих полосу движения на требуемые длину и ширину. Нужно уменьшать габаритные размеры.
Предложенное устройство направлено на устранение отмеченных недостатков.
Указанный технический результат достигается тем, что в датчик давления колеса автомобиля на дорожное покрытие, содержащий весоприемную плиту, деформируемые упругие элементы с размещенными на них чувствительными элементами, введена прямоугольная опорная пластина, весоприемная плита выполнена в виде прямоугольной в плане мембраны постоянной толщины с утолщенным опорным краем, чувствительные элементы выполнены в виде тензорезисторов, расположенных на нижней поверхности мембраны постояной толщины, утолщенный опорный край весоприемной плиты жестко соединен с прямоугольной опорной пластиной, при этом длина прямоугольной опорной пластины составляет 1,05-1,35 длины весоприемной плиты, ширина прямоугольной опорной пластины составляет 1,05-1,35 ширины весоприемной плиты, а толщина мембраны постоянной толщины назначена из условия
0,5
h=К×а×(р/(ε×Е)),
2
2
где обозначено: h - толщина мембраны, см, К - безразмерный экспериментальный коэффициент, лежащий в диапазоне (0,1…1,0), а - длина наименьшей стороны прямоугольной мембраны, см, р - давление в шине автомобильного колеса, кгс/см, ε - номинальное значение паспортной деформации тензорезистора, безразмерное, Е - модуль упругости материала прямоугольной мембраны, кгс/см.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых показаны:
Фиг. 1. Датчик давления колеса автомобиля на дорожное покрытие в разрезе.
Фиг. 2. Датчик давления колеса автомобиля на дорожное покрытие, вид снизу со снятой герметизацией.
Фиг. 3. Датчик давления колеса автомобиля на дорожное покрытие, установленный в приямок, выполненный в дорожном покрытии.
Фиг. 4. Датчик давления колеса автомобиля на дорожное покрытие, установленный непосредственно на дорожное покрытие без приямка.
Для удобства чтения номера позиций на чертеже приведены в таблице 1.
Датчик давления колеса автомобиля на дорожное покрытие содержит весоприемную плиту 1, жестко соединенную с прямоугольной опорной пластиной 2, весоприемная плита 1 выполнена в виде прямоугольной в плане мембраны 3 постоянной толщины с утолщенным опорным краем 4, тензорезисторы 5 расположены на нижней поверхности мембраны 3 постоянной толщины. Утолщенный опорный край 4 весоприемной плиты 1 опирается на опорную пластину 2.
Колесо 6 автомобиля (на чертеже не показано) проезжает через весоприемную плиту 1. Пятно 7 контакта шины с дорожным покрытием или его часть при проезде без остановки или при проезде с остановкой находится на мембране 3 постоянной толщины. Весоприемная плита 1 с прямоугольной опорной пластиной 2 размещены либо в дорожном покрытии 8, либо на его поверхности.
Экспериментально, методом подбора, установлены оптимальные соотношения размеров весоприемной плиты 1, прямоугольной в плане мембраны 3 и параметров тензорезисторов 5, при которых устройство работоспособно в заданных условиях эксплуатации т.е. на реальной автомобильной дороге.
Для этого длина «В» прямоугольной опорной пластины должна составлять 1,05-1,35 длины «b» весоприемной плиты, ширина «Н» прямоугольной опорной пластины должна составлять 1,05-1,35 ширины «h» весоприемной плиты, а толщина мембраны постоянной толщины назначается из условия
0,5
h=K×a×(p/(ε×E)),
2
2
где h - толщина мембраны, см, К - безразмерный экспериментальный коэффициент, лежащий в диапазоне (0,1…1,0), а - длина наименьшей стороны прямоугольной мембраны, см, р - давление в шине автомобильного колеса, кгс/см, ε - номинальное значение паспортной деформации тензорезистора, безразмерное, Е - модуль упругости материала прямоугольной мембраны, кгс/см.
Тензорезисторы 5 соединены с электронной аппаратурой (на чертеже не показана).
Датчик давления колеса автомобиля на дорожное покрытие работает следующим образом.
Сначала рассмотрим статическое взвешивание, т.е. когда колесо 6 автомобиля наезжает на весоприемную плиту 1 и останавливается на ней. Пятно 7 контакта шины с дорожным покрытием давит на прямоугольную в плане мембрану 3. Прямоугольная в плане мембрана 3 деформируется, так как ее утолщенный опорный край 4 опирается на прямоугольную опорную пластину 2. Тензорезисторы 5 преобразуют деформацию изгиба прямоугольной в плане мембраны 3 в электрический сигнал, который обрабатывается электронной аппаратурой (на чертеже не показана).
В случае взвешивания без остановки, т.е. в движении, устройство работает аналогично.
Небольшие линейные размеры датчика давления колеса 6 автомобиля на дорожное покрытие 8 упрощают его установку в дорожное покрытие 8, а в некоторых случаях датчик может быть просто уложен на поверхность дорожного покрытия 8 без выполнения приямка. При этом его для предотвращения уноса или сдвига весоприемной плиты 1 колесами 6 при наезде и съезде можно прикрепить прямоугольную опорную пластину 2 к поверхности дорожного покрытия 8 клеем, толстой липкой лентой по краю при временной установке или прикрепить к дорожному покрытию 8 специальными шурупами или строительными гвоздями.
В случае необходимости перекрытия всей полосы движения на дорожном покрытии 8 можно разместить датчики давления колеса автомобиля рядом, по прямой или косой линии.