ITTO20100720A1

ITTO20100720A1 - Sistema e metodo di misura della rugosita' di una superficie stradale

Info

Publication number: ITTO20100720A1
Application number: IT000720A
Authority: IT
Inventors: Lorenzo Alleva
Original assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2010-08-30
Filing date: 2010-08-30
Publication date: 2012-03-01
Also published as: WO2012029026A1

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

"SISTEMA E METODO DI MISURA DELLA RUGOSITÀ' DI UNA SUPERFICIE STRADALE"

SETTORE DELLA TECNICA

La presente invenzione è relativa ad sistema e ad un metodo di misura della rugosità ( "roughness") o struttura ("texture") di una superficie stradale.

ARTE ANTERIORE

Le prestazioni fornite dai pneumatici di un veicolo dipendono in modo sensibile dalla rugosità della superficie stradale su cui rotolano, per cui per potere comparare correttamente tra loro i risultati di prove eseguite su pneumatici in tempi diversi e/o su piste di prova diverse è necessario individuare con precisione le eventuali differenze di rugosità delle superfici stradali per potere tenere conto delle influenze delle superfici stradali sui risultati .

Inoltre, nelle competizioni motoristiche è utile conoscere con precisione la rugosità della superficie stradale della pista in modo da potere orientare con criteri oggettivi la scelta del tipo di mescola da utilizzare nelle gare (particolarmente con i regolamenti degli ultimi anni che limitano considerevolmente il numero di mescole diverse che possono venire utilizzate ad ogni gara).

In particolare, risulta particolarmente utile conoscere con precisione la macro-rugosità della superficie stradale che è costituita dalle asperità della superficie stradale aventi una lunghezza d'onda λ nel piano orizzontale compresa tra 0,5 mm e 50 mm (per una lunghezza d'onda λ inferiore a 0,5 mm le asperità della superficie stradale vengono definite micro-rugosità mentre per una lunghezza d'onda λ superiore a 50 mm le asperità della superficie stradale vengono definite mega-rugosità).

Attualmente, per determinare la macro-rugosità di una superficie stradale vengono utilizzati diversi sistemi di misura; i sistemi di misura più precisi sono i profilometri laser stazionari che permettono di determinare la macrorugosità di una limitata area di superficie stradale. Per le misure in continuo, cioè per determinare la macrorugosità di una area estesa di superficie stradale, viene utilizzata una strumentazione denominata commercialmente ARAN (Automatic Road Analyzer) della ditta "Fugro Roadware" che comprende un veicolo a quattro ruote (tipicamente un piccolo furgone) che supporta uno o più distanziometri laser che sono disposti in posizione fissa sul veicolo e sono puntati verticalmente verso il basso in modo da "guardare" la superficie stradale. In uso, il veicolo viene fatto avanzare a velocità relativamente elevata (fino a 100 Km/h) lungo la superficie stradale da investigare mentre ciascun distanziometro laser rileva con una frequenza di acquisizione costante la distanza esistente tra lo strumento e la superficie stradale; l'insieme delle distanze rilevate da ciascun distanziometro laser costituisce il profilo bidimensionale della superficie stradale lungo la traiettoria percorsa dal veicolo. Da tale profilo bidimensionale della superficie stradale è possibile ricavare la rugosità della superficie stradale, cioè le variazioni verticali punto per punto della superficie stradale.

Durante il moto, il veicolo non rimane fermo nel piano verticale, ma compie delle continue oscillazioni verticali che determinano una conseguente oscillazione verticale dei distanziometri laser che costituisce un evidente disturbo indesiderato nella misurazione della distanza esistente tra lo strumento e la superficie stradale. Per compensare le oscillazioni verticali del veicolo durante il moto, il veicolo stesso è provvisto di un sistema di accelerometri che determinano istante per istante l'accelerazione verticale; dalla accelerazione verticale istantanea ed attraverso un processo di doppia integrazione nel tempo è possibile ricavare la variazione istantanea della posizione verticale del veicolo e quindi è possibile compensare di conseguenza le distanze misurate dai distanziometri laser.

Tuttavia, la sopra descritta strumentazione "ARAN" presenta due grossi difetti. In primo luogo, la misurazione del profilo bidimensionale della superficie stradale è meno precisa rispetto ai profilometri laser stazionari. Inoltre, la misurazione risulta possibile solo lungo traiettorie rettilinee o sostanzialmente rettilinee, in quanto durante la percorrenza di curve il veicolo si inclina lateralmente in modo evidente per effetto del rollio determinando una analoga inclinazione dei distanziometri laser che introduce un errore difficilmente compensabile e molto rilevante sulle misure fatte dai distanziometri laser stessi; quindi, la sopra descritta strumentazione "ARAN" è adatta a misurazioni su tratti autostradali, ma non è assolutamente utilizzabile nei circuiti per competizioni motoristiche che sono molto ricchi di curve anche di piccolissimo diametro.

DESCRIZIONE DELLA INVENZIONE

Scopo della presente invenzione è di fornire un sistema ed un metodo di misura della rugosità di una superficie stradale che siano esenti dagli inconvenienti sopra descritti e siano, in particolare, di facile ed economica realizzazione.

Secondo la presente invenzione vengono forniti un sistema ed un metodo di misura della rugosità di una superficie stradale secondo quanto stabilito nelle rivendicazioni allegate.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui:

• la figura 1 è una vista schematica di un sistema di misura della rugosità di una superficie stradale realizzato in accordo con la presente invenzione;

• la figura 2 è un grafico che mostra il risultato di una misura della rugosità di una superficie stradale; e

• le figure 3 illustrano una ruota posteriore di un veicolo del sistema di misura della figura 1 in condizione di scarico ed in condizione di carico. FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL'INVENZIONE

Nella figura 1, con il numero 1 è indicato nel suo complesso un sistema di misura della rugosità o struttura di una superficie 2 stradale. In particolare, il sistema 1 di misura è in grado di misurare la cosiddetta macrorugosità della superficie 2 stradale costituita dalle asperità della superficie 2 stradale aventi una lunghezza d'onda λ nel piano orizzontale compresa tra 0,5 mm e 50 mm; inoltre, il sistema 1 di misura potrebbe essere anche in grado di misurare la cosiddetta micro-rugosità della superficie 2 stradale costituita dalle asperità della superficie 2 stradale aventi una lunghezza d'onda λ nel piano orizzontale inferiore a 0,5 mm. Invece, il sistema 1 di misura non è normalmente adatto (se non opportunamente modificato) a misurare la cosiddetta mega-rugosità della superficie 2 stradale costituita dalle asperità della superficie 2 stradale aventi una lunghezza d'onda λ nel piano orizzontale superiore a 50 mm.

Il sistema 1 di misura comprende un veicolo 3 che in uso viene fatto avanzare lungo la superficie 2 stradale da misurare lungo un percorso di misura. Il veicolo 3 è un motoveicolo conformato a triciclo ed avente un telaio 4 che supporta due ruote 5 anteriori (solo una delle quali è illustrata nella figura 1) ed una singola ruota 6 posteriore motrice. Le due ruote 5 anteriori limitano fortemente il rollio rispetto ad una configurazione con solo una ruota anteriore. La ruota 6 posteriore motrice riceve la coppia motrice generata da un motore 7 elettrico che è disposto in posizione centrale ed è controllato da una unità 8 di controllo. Inoltre, le ruote 5 anteriori sono anche sterzanti e l'angolo di sterzo viene controllato mediante un manubrio 9. Il telaio 4 supporta a sbalzo una sella 10 per il guidatore che è disposta in posizione posteriore sostanzialmente sopra alla ruota 6 posteriore; in questo modo il peso del guidatore grava in gran parte sulla ruota 6 posteriore.

Il veicolo 3 supporta almeno un distanziometro 11 laser che comunica con l'unità 8 di controllo, è montato sul veicolo 3 in posizione verticale fissa ad una ridotta distanza D dalla superficie 2 stradale ed è puntato verticalmente verso il basso in modo da "guardare" la superficie 2 stradale stessa; in particolare, al telaio 4 è collegata a sbalzo una staffa 12 di supporto che scavalca la ruota 6 posteriore ed alla sua estremità supporta il distanziometro 11 laser che è disposto dietro alla ruota 6 posteriore. Infine, il veicolo 3 comprende un sensore 13 di posizione angolare (in particolare un encoder angolare ad alta risoluzione) che comunica con l'unità 8 di controllo e rileva la posizione angolare della ruota 6 posteriore per determinare l'avanzamento del veicolo 3; dalla posizione angolare della ruota 6 posteriore e conoscendo la circonferenza della ruota 6 posteriore stessa è semplice risalire alla posizione X del veicolo 3 lungo il percorso di misura seguito dal veicolo 3.

Il sistema 1 di misura comprende una unità 14 di elaborazione (tipicamente costituita da un computer portatile di piccola dimensione che è portato dal veicolo 3) che elabora le misure eseguite dal distanziometro il laser e dal sensore 13 di posizione angolare.

In uso, il veicolo 1 viene condotto da un guidatore per seguire il percorso di misura lungo la superficie 2 stradale mentre il distanziometro il laser ed il sensore 13 di posizione angolare eseguono una successione di misure i cui risultati vengono memorizzati in una memoria della unità 14 di elaborazione; al termine del percorso, le misure eseguite dal distanziometro il laser e dal sensore 13 di posizione angolare e memorizzate nella memoria della unità 14 di elaborazione vengono elaborate dalla unità 14 di elaborazione mediante un software dedicato.

Quando il veicolo 1 viene condotto lungo il percorso di misura, l'unità 8 di controllo pilota il distanziometro il laser in funzione dell'avanzamento del veicolo 3 lungo il percorso di misura in modo tale da misurare la distanza D rispetto alla superficie 2 stradale con un passo di misura rigidamente costante e predeterminato; tale passo di misura deve essere compatibile con la grandezza che si vuole misurare (micro-rugosità o macro-rugosità). In altre parole, le misurazioni della distanza D eseguite dal distanziometro il laser sono tra loro rigidamente equispaziate, in modo tale che il passo di misura tra due misurazioni della distanza D sia sempre lo stesso indipendentemente dalla velocità v di avanzamento del veicolo 3 lungo il percorso di misura. Inoltre, a ciascuna misura della distanza D rilevata dal distanziometro 11 laser viene associata la corrispondente posizione X della misura della distanza D lungo il percorso di misura utilizzando i rilievi eseguita dal sensore 13 di posizione angolare.

Per garantire che le misurazioni della distanza D eseguite dal distanziometro 11 laser siano tra loro rigidamente equispaziate, l'unità 8 di controllo pilota il motore 7 elettrico del veicolo 3 in modo tale che la velocità v di avanzamento del veicolo 3 lungo il percorso di misura sia sempre inferiore ad una velocità massima pari al prodotto tra il passo di misura (cioè la distanza tra due misure successive della distanza D) e la massima frequenza di misura del distanziometro 11 laser; in questo modo viene garantito che l'effettiva frequenza di misura del distanziometro 11 laser sia sempre minore alla massima frequenza di misura del distanziometro 11 laser e quindi viene garantito che il distanziometro 11 laser sia sempre in grado di mantenere costante il passo di misura tra le misure delle distanza D.

Al termine del percorso di misura, la sequenza di misure della distanza D in funzione della posizione X lungo il percorso di misura vengono elaborate dalla unità 14 di elaborazione che applica alla sequenza di misure della distanza D un filtro passa-alto nel dominio dello spazio che elimina i segnali aventi una lunghezza d'onda superiore ad una soglia di filtraggio predeterminata. In altre parole, nella sequenza di misure della distanza D vengono eliminati tutti i segnali che nel dominio dello spazio hanno una lunghezza d'onda superiore alla soglia di filtraggio e vengono mantenuti tutti i segnali che nel dominio dello spazio hanno una lunghezza d'onda inferiore alla soglia di filtraggio. La soglia di filtraggio predeterminata viene scelta in modo da essere (adeguatamente) superiore alla massima lunghezza d'onda della macro-rugosità (quindi maggiore di 50 mm) e da essere (adeguatamente) inferiore ad una lunghezza λ d'onda di oscillazione verticale del telaio 4 del veicolo 3 rispetto alla superficie 2 stradale.

Tale filtraggio è necessario, in quanto il telaio 4 del veicolo 3 che supporta il distanziometro 11 laser è un corpo che appoggia alla superficie 2 stradale mediante un sistema elastico costituito essenzialmente dai pneumatici delle ruote 5 e 6 e viene eccitato verticalmente durante l'avanzamento lungo il percorso di misura dalle irregolarità della superficie 2 stradale; di conseguenza, durante l'avanzamento lungo il percorso di misura il telaio 4 che supporta il distanziometro 11 laser oscilla verticalmente rispetto alla superficie 2 stradale introducendo quindi un errore non trascurabile nelle misure della distanza D. Tale situazione è bene evidenziata nel grafico della figura 2 che illustra l'evoluzione della distanza D in funzione della posizione X lungo il percorso di misura prima dell'operazione di filtraggio: al valore ricercato che oscilla nello spazio con una lunghezza d'onda corta si sovrappone un rumore N indesiderato che è determinato dalla oscillazione verticale del telaio 4 rispetto alla superficie 2 stradale ed oscilla nello spazio con una lunghezza d'onda lunga. Dal grafico della figura 2 appare evidente che il rumore N indesiderato presenta una ampiezza che può arrivare al 50% dell'ampiezza del valore ricercato e quindi sfalsa completamente la misura se non viene eliminato.

E' importante osservare che il filtraggio passa basso nel dominio dello spazio della sequenza di misure della distanza D in funzione della posizione X lungo il percorso di misura è possibile in quanto il passo di misura delle misurazioni della distanza D è rigidamente costante e predeterminato. Infatti, se il passo di misura delle misurazioni della distanza D fosse variabile in modo casuale non sarebbe possibile applicare alla sequenza di misure della distanza D in funzione della posizione X lungo il percorso di misura il filtraggio passa basso nel dominio dello spazio. Nei sistemi convenzionali le misure del distanziometro laser sono effettuate generalmente a frequenza fissa indipendentemente dalla velocità del mezzo; successivamente un algoritmo converte il tempo tra le varie distanze in distanza per distribuire le misure nello spazio. Tuttavia, questa operazione introduce un errore significativo rispetto a quanto proposto nella presente invenzione.

L'eliminazione del rumore N indesiderato provocato dalla oscillazione verticale del telaio 4 rispetto alla superficie 2 stradale dalla sequenza di misure della distanza D in funzione della posizione X lungo il percorso di misura mediante il filtraggio passa-alto nel dominio dello spazio è possibile in quanto il telaio 4 oscilla verticalmente rispetto alla superficie 2 stradale con una lunghezza λ d'onda di oscillazione verticale (abbondantemente) superiore alla massima lunghezza d'onda della macro-rugosità. Tale condizione non è casuale, ma viene appositamente ricercata (essendo indispensabile) registrando (cioè variando in modo opportuno) la frequenza f propria di oscillazione verticale del telaio 4 e la velocità v di avanzamento del veicolo 3 lungo il percorso di misura; in altre parole, la frequenza f propria di oscillazione verticale del telaio 4 e la velocità v di avanzamento del veicolo 3 lungo il percorso di misura vengono registrati (ottimizzati) variando se necessario le rigidezze/masse sospese del sistema in modo tale che la lunghezza λ d'onda di oscillazione verticale del telaio 4 sia adeguatamente superiore alla massima lunghezza d'onda della macro-rugosità.

Secondo quanto illustrato nelle figure 3, la frequenza f propria di oscillazione verticale del telaio 4 viene determinata in funzione di un abbassamento Δχ del telaio 4 conseguente al passaggio dalla condizione di scarico (cioè di veicolo 3 senza guidatore come illustrato nella figura 3a) alla condizione di carico (cioè di veicolo 3 con guidatore come illustrato nella figura 3b) che viene rilevato a veicolo 3 fermo mediante il distanziometro 11 laser. In altre parole, a veicolo 3 fermo la salita del guidatore sulla sella 10 del veicolo determina un abbassamento Δχ del telaio 4 rispetto alla superficie 2 stradale essenzialmente per effetto delle deformazione elastica del pneumatico della ruota 6 posteriore; per la conformazione del telaio 4 il peso del guidatore grava quasi completamente sulla ruota 6 posteriore e la staffa 12 di supporto del distanziometro 11 laser è collegata ala telaio 4 in prossimità della ruota 6 posteriore, quindi è possibile ipotizzare senza commettere un errore apprezzabile che l'abbassamento Δχ del telaio 4 sia dovuto solo alla deformazione elastica del pneumatico della ruota 6 posteriore (deformazione elastica che è regolabile variando la pressione di gonfiaggio del pneumatico della ruota 6 posteriore).

L'abbassamento Δχ del telaio 4 rispetto alla superficie 2 stradale è determinato dalla forza Fggravitazione del guidatore (cioè il peso del guidatore) che viene aggiunta al telaio 4 ed è fornita dalla sotto riportata equazione [1]; quando il sistema è in equilibrio, la forza Fggravitazione del guidatore è controbilanciata dalla forza Feelastica che è generata dal pneumatico della ruota 6 posteriore per effetto della propria deformazione (pari all'abbassamento Δχ del telaio 4) ed è fornita dalla sotto riportata equazione [2].

[1] Fg= m g

[2] Fe-k■Ax

Fgforza gravitazionale del guidatore [N];

m massa complessiva [kg];

g accelerazione di gravità [m/sec<2>];

Feforza elastica generata dal pneumatico della ruota 6 posteriore [N];

k costante elastica del pneumatico della ruota 6 posteriore [N/m];

Δχ abbassamento del telaio 4 per effetto della salita del guidatore.

Imponendo che in condizioni di equilibrio la forza Fggravitazione del guidatore sia identica alla forza Feelastica si ottiene la sotto riportata equazione [3].

La frequenza angolare ω di oscillazione verticale e la frequenza f di oscillazione verticale del telaio 4 rispetto alla superficie 2 stradale sono forniti dalle sotto riportate equazioni [4] e [5].

ω frequenza angolare di oscillazione verticale del telaio 4 [rad/sec];

k costante elastica del pneumatico della ruota 6 posteriore [N/m] ;

m massa complessiva [kg];

f frequenza di oscillazione verticale del telaio 4

[Hz] ;

Sostituendo nell'equazione [5] l'espressione della costante elastica k fornita dalla equazione [3] si ottiene la sotto riportata equazione [6].

La lunqhezza d'onda di oscillazione del telaio 4 con il quidatore è fornita dalla sotto riportata equazione [7]; sostituendo nella equazione [7] l'espressione della frequenza f di oscillazione verticale fornita dall'equazione [6] si ottiene l'equazione [8].

λ lunqhezza d'onda di oscillazione verticale del telaio 4 con il quidatore [m];

v velocità di avanzamento del veicolo 3 lunqo il percorso di misura [m/sec].

Utilizzando l'equazione [8] è possibile calcolare con sufficiente precisione la lunqhezza λ d'onda di oscillazione verticale del telaio 4 per verificare che effettivamente la lunqhezza λ d'onda di oscillazione verticale del telaio 4 sia adequatamente superiore alla massima lunghezza d'onda della macro-rugosità. Generalmente, per aumentare la lunghezza λ d'onda di oscillazione verticale del telaio 4 viene aumentata la velocità v di avanzamento del veicolo 3 lungo il percorso di misura, viene aumentata la massa del guidatore (evitando guidatori troppo leggeri) oppure viene diminuita la pressione di gonfiaggio del pneumatico della ruota 6 posteriore. In casi particolari, per aumentare la lunghezza λ d'onda di oscillazione verticale del telaio 4 è anche possibile utilizzare un pneumatico della ruota 6 posteriore diverso che presenta una elasticità più elevata (eventualmente realizzato su misura per questa applicazione) .

Quando il passo di misura tra due misurazioni della distanza D successive è dell'ordine di 1 mm, il sistema 1 di misura è in grado di misurare la macro-rugosità della superficie 2 stradale costituita dalle asperità della superficie 2 stradale aventi una lunghezza d'onda λ nel piano orizzontale compresa tra 0,5 mm e 50 mm (con un passo di misura di 1 mm e con una massima frequenza di misura del distanziometro 11 laser di 3 kHz, la massima velocità v di avanzamento del veicolo 3 lungo il percorso di misura è pari a 3 m/s). Utilizzando un distanziometro 11 laser più performante (essenzialmente in grado di lavorare con una massima frequenza di misura più elevata), è possibile ridurre considerevolmente il passo di misura che può arrivare a circa 0,1-0,3 mm (solo se la dimensione dello spot del distanziometro 11 laser presenta un diametro inferiore a 0,1 mm); con un simile passo di misura, il sistema 1 di misura è in grado di misurare anche la microrugosità della superficie 2 stradale costituita dalle asperità della superficie 2 stradale aventi una lunghezza d'onda λ nel piano orizzontale inferiore a 0,5 mm.

Secondo una preferita forma di attuazione illustrata nella figura 1, l'unità 8 di controllo è collegata ad un localizzatore satellitare 15 (o GPS 15) ad alta risoluzione (inferiore a 0.5 metri) che fornisce la posizione istantanea del veicolo 3 in coordinate geografiche; durante la misura delle distanze D, ad alcune distanze D (ad esempio ogni 500 distanze D misurate, ovvero tipicamente ogni 0,5 metri) l'unità 8 di controllo associa oltre alle corrispondenti posizioni X lungo il percorso di misura anche le corrispondenti posizioni in coordinate geografiche. In questo modo, è possibile sovrapporre le distanze D ad una mappa georeferenziata per potere individuare con precisione la rugosità della superficie 2 stradale in punti salienti (ad esempio all'ingresso di un particolare curva in una pista per competizioni motoristiche) .

Secondo una possibile forma di attuazione illustrata nella figura 1, l'unità 8 di controllo è collegata ad una fotocamera digitale 16 che presenta un obiettivo rivolto verticalmente verso il basso per inquadrare la superficie 2 stradale; durante la misura delle distanze D, la fotocamera digitale 16 viene ciclicamente attivata per acquisire delle immagini digitali fotografiche della superficie 2 stradale che documentano visivamente lo stato e la conformazione della superficie 2 stradale stessa. A ciascuna immagine digitale fotografica acquisita dalla fotocamera digitale 16 l'unità 8 di controllo associa la corrispondente posizione X lungo il percorso di misura e/o la corrispondente posizione in coordinate geografiche per potere associare con precisione l'immagine digitale fotografica al percorso di misura. La frequenza di acquisizione delle immagini digitali fotografiche può essere variabile in modo da acquisire più immagini nei punti più critici (ad esempio negli ingressi delle curve di una pista per competizioni motoristiche in cui avvengono le frenate più forti) e meno immagini nei punti meno critici (ad esempio le parti centrali dei rettilinei di una pista per competizioni motoristiche) . Le immagini digitali fotografiche possono essere molto importanti, in quanto permettono di capire se sulla superficie 2 stradale sono presenti materiali estranei (cioè "sporco" come ad esempio terriccio, sabbia, ghiaia, detriti formati da un incidente); infatti, in una zona in cui è stata rilevata una rugosità anomala della superficie 2 stradale potrebbero essere effettivamente presenti dei difetti dell'asfalto (situazione permanente e non modificabile se non a lungo periodo) oppure più semplicemente potrebbe solo esserci dello "sporco" (situazione temporanea e modificabile a brevissimo periodo).

Nella forma di attuazione illustrata nella figura 1, il veicolo 3 supporta un unico distanziometro 11 laser che misura le distanze D rispetto alla superficie 2 stradale lungo una singola traiettoria del percorso del misura; secondo una diversa forma di attuazione, il veicolo 3 supporta due o più (anche fino a quattro - sei) distanziometri 11 laser che misurano le distanze D rispetto alla superficie 2 stradale lungo due o più traiettorie tra loro parallele ed affiancate del percorso del misura.

Nella forma di attuazione illustrata nelle figure allegate, il veicolo 3 viene guidato da un guidatore lungo il percorso di misura. Secondo una diversa forma di attuazione (tipicamente quando il percorso di misura si sviluppa in una pista per competizioni motoristiche che è un ambiente noto e controllato), il veicolo 3 potrebbe venire guidato in automatico (in autonomia o con un radiocontrollo a distanza) lungo il percorso di misura ad esempio sfruttando le informazioni sulla posizione X lungo il percorso di misura fornire dal sensore 13 di posizione angolare e/o le informazioni sulla posizione geografica fornite dal localizzatore satellitare 15; in questo caso il veicolo 3 potrebbe essere provvisto di una o più telecamere di controllo che rilevano eventuali ostacoli presenti di fronte al veicolo 3.

Secondo una ulteriore forma di attuazione, il veicolo 3 potrebbe venire utilizzato per rilevare in automatico (cioè senza l'intervento del guidatore che scende dal veicolo 3) e con elevata precisione la micro-rugosità di una limitata porzione della superficie 2 stradale (indicativamente avente una area non superiore a 0,5 m<2>). In questo caso, il distanziometro 11 laser è montato su un cursore che scorre su una guida lineare a basso attrito ed è azionato da un motore a basso rumore molto preciso e controreazionato da una riga ottica ad alta risoluzione (sub-micron) il tutto installato in senso trasversale rispetto alla direzione di avanzamento del veicolo 3. Dopo aver effettuato una linea trasversale con un passo inferiore a 0,01 mm il distanziometro 11 laser torna alla sua posizione iniziale e il veicolo 3 viene fatto avanzare in automatico di una distanza inferiore al millimetro; quindi una nuova scansione trasversale viene effettuata in un processo sincronizzato gestito completamente dall'unità 14 di elaborazione che prevede la misura dell'area desiderata avente tipicamente una dimensione di 200 x 200 mm. In questo tipo di indagine, il passo di misura trasversale delle distanze D è molto piccolo (ad esempio dell'ordine di 0,01 mm - 0,1 mm) per potere rilevare con precisione la micro-rugosità della superficie 2 stradale.

E' importante sottolineare che il sistema 1 di misura sopra descritto prescinde dalla effettiva conformazione del veicolo 3 che può essere anche completamente diverso dal veicolo 3 a triciclo illustrato nelle figure allegate. In altre parole, l'unità 8 di controllo, il distanziometro 11 laser, il sensore 13 di posizionamento angolare, il localizzatore satellitare 15, e la fotocamera digitale 16 possono venire installati con facilità su qualsiasi veicolo previa la verifica del rollio e della risonanza radiale del veicolo stesso.

Il sistema 1 di misura della rugosità della superficie 2 stradale sopra descritto presenta numerosi vantaggi.

In primo luogo, sistema 1 di misura sopra descritto permette di misurare con rapidità ed elevata precisione la rugosità della superficie 2 stradale.

La conformazione del veicolo 3 permette al veicolo 3 di non avere un rollio significativo durante la percorrenza delle curve (soprattutto alle velocità modeste con cui procede il veicolo 3 durante la misura) e quindi durante la percorrenza delle curve il distanziometro 11 laser non subisce modifiche indesiderate della sua posizione verticale; in questo modo, viene garantita una elevata precisione di misura anche durante la percorrenza delle curve di medio e piccolo raggio.

Il sistema 1 di misura sopra descritto è di semplice ed economica realizzazione: il veicolo 3 è un comune triciclo elettrico disponibile in commercio e la strumentazione utilizzata (il distanziometro 11 laser ed il sensore 13 di posizione angolare) è commerciale e di costo relativamente ridotto.

Il sistema 1 di misura sopra descritto è poco ingombrante e leggero e può agevolmente venire trasportato anche in aereo; tale caratteristica è molto importante nelle competizioni automobilistiche che si svolgono in piste dislocate in tutto il mondo.

Claims

R IV E N D I CA Z I O N I 1) Sistema (1) di misura della rugosità di una superficie (2) stradale; il sistema (1) di misura comprende: un veicolo (3) atto ad avanzare lungo un percorso di misura sulla superficie (2) stradale; un primo dispositivo (11) di misura che è montato sul veicolo (3) in posizione verticale fissa ed è puntato verticalmente verso la superficie (2) stradale per misurare la distanza (D) rispetto alla superficie (2) stradale stessa; il sistema (1) di misura è caratterizzato dal fatto di comprendere : un secondo dispositivo (13) di misura per misurare l'avanzamento del veicolo (3) lungo il percorso di misura; ed una unità (8) di controllo che pilota il primo dispositivo (11) di misura in funzione dell'avanzamento del veicolo (3) lungo il percorso di misura in modo tale da misurare la distanza (D) rispetto alla superficie (2) stradale con un passo di misura rigidamente costante e predeterminato .
2) Sistema (1) di misura secondo la rivendicazione 1 e comprendente una unità (14) di elaborazione che applica alla sequenza di misure della distanza (D) un filtro passa alto nel dominio dello spazio che elimina i segnali aventi una lunghezza d'onda superiore ad una soglia di filtraggio predeterminata .
3) Sistema (1) di misura secondo la rivendicazione 2, in cui la soglia di filtraggio predeterminata è superiore alla massima lunghezza d'onda della macro-rugosità ed è inferiore ad una lunghezza (λ) d'onda di oscillazione verticale di un telaio (4) del veicolo (3) rispetto alla superficie (2) stradale.
4) Sistema (1) di misura secondo la rivendicazione 2 o 3, in cui il telaio (4) del veicolo (3) oscilla verticalmente rispetto alla superficie (2) stradale con una lunghezza (λ) d'onda di oscillazione verticale superiore alla massima lunghezza d'onda della macro-rugosità.
5) Sistema (1) di misura secondo la rivendicazione 4, in cui la frequenza (f) propria di oscillazione verticale del telaio (4) del veicolo (3) e la velocità (v) di avanzamento del veicolo (3) vengono registrati in modo tale che la lunghezza (λ) d'onda di oscillazione verticale del telaio (4) del veicolo (3) sia adeguatamente superiore alla massima lunghezza d'onda della macro-rugosità.
6) Sistema (1) di misura secondo una delle rivendicazioni da 3 a 5, in cui una frequenza (f) propria di oscillazione verticale del telaio (4) del veicolo (3) viene determinata in funzione di un abbassamento (Δχ) del telaio (4) conseguente al passaggio dalla condizione di scarico alla condizione di carico che viene rilevato a veicolo (3) fermo mediante il primo dispositivo (il) di misura.
7) Sistema (1) di misura secondo una delle rivendicazioni da 1 a 6, in cui il secondo dispositivo (13) di misura è un sensore (13) di posizione angolare solidale ad una ruota (6) del veicolo (3).
8) Sistema (1) di misura secondo una delle rivendicazioni da 1 a 7, in cui l'unità (8) di controllo pilota un motore (7) del veicolo (3) in modo tale che la velocità (v) di avanzamento del veicolo (3) lungo il percorso di misura sia sempre inferiore ad una velocità massima pari al prodotto tra il passo di misura e la massima frequenza di misura del primo dispositivo (il) di misura.
9) Sistema (1) di misura secondo una delle rivendicazioni da 1 a 8, in cui il veicolo (3) è un motoveicolo conformato a triciclo e comprende: un telaio (4); due ruote (5) anteriori sterzanti; una singola ruota (6) posteriore motrice; un motore (7) elettrico che è disposto in posizione centrale; ed una sella (10) per il guidatore che è disposta in posizione posteriore sostanzialmente sopra alla ruota (6) posteriore .
10) Sistema (1) di misura secondo la rivendicazione 9, in cui al telaio (4) è collegata a sbalzo una staffa (12) di supporto che scavalca la ruota (6) posteriore ed alla sua estremità supporta il primo dispositivo (11) di misura che è disposto dietro alla ruota (6) posteriore.
11) Sistema (1) di misura secondo una delle rivendicazioni da 1 a 10, in cui il primo dispositivo (11) di misura è disposto dietro ad una ruota (6) posteriore del veicolo (3).
12) Sistema (1) di misura secondo una delle rivendicazioni da 1 a 11, in cui l'unità (8) di controllo associa a ciascuna distanza (D) rispetto alla superficie (2) stradale una corrispondente posizione (X) lungo il percorso di misura rilevata dal secondo dispositivo (13) di misura.
13) Sistema (1) di misura secondo una delle rivendicazioni da 1 a 12 e comprendente un localizzatore satellitare (15) che fornisce la posizione istantanea del veicolo (3) in coordinate geografiche per associare ad almeno alcune distanze (D) rispetto alla superficie (2) stradale rispettive posizioni in coordinate geografiche rilevate dal localizzatore satellitare (15).
14) Sistema (1) di misura secondo la rivendicazione 13, in cui l'unità (8) di controllo associa a ciascuna immagine digitale fotografica acquisita dalla fotocamera digitale (16) la corrispondente posizione (X) lungo il percorso di misura e/o la corrispondente posizione in coordinate geografiche.
15) Metodo di misura della rugosità di una superficie (2) stradale; il metodo di misura comprende le fasi di: avanzare un veicolo (3) lungo un percorso di misura sulla superficie (2) stradale; misurare la distanza (D) rispetto alla superficie (2) stradale mediante un primo dispositivo (11) di misura che è montato sul veicolo (3) in posizione verticale fissa ed è puntato verticalmente verso la superficie (2) stradale stessa; il metodo di misura è caratterizzato dal fatto di conprendere le ulteriori fasi di: misurare l'avanzamento del veicolo (3) lungo il percorso di misura mediante un secondo dispositivo (13) di misura; e pilotare mediante una unità (8) di controllo il primo dispositivo (11) di misura in funzione dell'avanzamento del veicolo (3) lungo il percorso di misura in modo tale da misurare la distanza (D) rispetto alla superficie (2) stradale con un passo di misura rigidamente costante e predeterminato.