基于加权纵断面的路面平整度评价方法研究

摘要

路面平整度是路面性能评价的重要指标之一。持久良好的路面平整度可以保证车辆高速行车舒适性，减少轮胎动荷载对路面的破坏以及对车辆的冲击。目前断面类和反应类平整度评价方法虽然在一定程度上反映了路面服务性能水平及平整度随时间发展的趋势，但没有保留路面平整度具体变化的细节信息，只是一定长度路段的一个总体概括，存在一定的局限性。基于此考虑，本文采用加权纵断面评价方法(the Weighted Longitudinal Profile[WLP])，对平整度进行更为客观精确的评价。
　　首先，本文从路面波组成分析技术出发，采用傅里叶逆变换法构建路面平整度的时域激励模型，有效的避免了实际测量路面平整度的复杂工序，为汽车行驶平顺性仿真以及路面平整度的评价提供基础性的数据。
　　然后，运用车辆系统动力学软件CarSim/TruckSim进行汽车行驶平顺性仿真，并分析不同工况下行驶平顺性的变化趋势。仿真结果表明，路面等级、车速和车辆类型是影响车-路相互作用的重要因素，汽车行驶平顺性随路面等级的降低而不断变差，随车速增加而不断降低。不同因素对车身总加权加速度均方根aw影响的重要程度由大到小依次为:路面等级→车速→车型。
　　其次，推导加权纵断面平整度评价指标—加权纵断面标准差σw和极差△w的计算公式，在对德国平整度各项指标标准研究的基础上，确定了适用于我国路面设计、施工以及养护维修各阶段加权纵断面标准差σw和极差△w的建议容许值。运用该指标对各级标准路面平整度做出定量评价，并与CarSim/TruckSim软件仿真结果aw相比较，验证了所建立的平整度评价指标的正确性。
　　最后，依托实际工程项目，运用加权纵断面评价方法(WLP)对实测路面平整度进行分析与评价，评价结果与已有路面行驶质量指数RQI的评价相一致，适应我国现有路面养护体系。此外，加权纵断面评价方法的双指标控制方式能够区分平整度的不同表现形式，可以更准确的定位路面平整度出现不良状态的区域位置，进而较快捷的决定路面平整度养护时机，为道路管理部门在进行路面养护管理决策时提供更加可靠、稳定的评价标准。
　　本文对目前路面平整度评价指标存在的一些问题进行了改进，提出的加权纵断面平整度评价方法更为合理。加权纵断面标准差σw和极差△w的计算不受测试路段长度、样本数量以及车辆行驶速度的影响，且推导过程考虑了人和车辆的振动特性，有效的弥补了我国现有路面平整度评价指标的不足，具有一定的实际意义和理论价值。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 问题的提出

1．2 研究背景与意义

1．3 国内外研宄现状

1．3．1 路面平整度评价指标

1．3．2 常用评价指标综述

1．4 研究内容和技术路线

1．4．1 研究目标

1．4．2 研究内容

1．4．3 技术路线

第2章 路面平整度的描述与数值模拟

2．1 路面平整度概述

2．2 常用数值模拟方法简介

2．3 路面平整度模拟基础理论

2．3．1 功率谱密度

2．3．2 路面功率谱密度表示方法及其分级

2．4 路面平整度数值模拟

2．4．1 基于傅里叶逆变换的路面平整度模拟

2．4．2 路面平整度模拟结果与验证

2．5 本章小结

第3章 基于CarSim／TruckSim的车-路相互作用仿真

3．1 车辆-路面系统动力学

3．2 CarSim／TruckSim软件仿真模型的建立

3．2．1 车辆模型

3．2．2 道路模型

3．2．3 驾驶员控制模型

3．3 模拟工况设计

3．4 不同工况下车辆行驶平顺性仿真

3．4．1 车辆行驶平顺性评价指标

3．4．2 模拟工况敏感性分析

3．5 本章小结

第4章 基于WLP的路面平整度评价方法研究

4．1 功率谱密度描述方法及其局限性

4．2 平整度的极限值

4．3 加权纵断面(WLP)评价方法

4．3．1 评价方法概述

4．3．2 加权函数的推导

4．3．3 评价指标的验证

4．4 德国路面平整度评价标准

4．5 我国路面平整度评价指标

4．5．1 评价指标闶值的界定

4．5．2 标准路面加权纵断面评价

4．5．3 评价结果与其他指标的对比

4．6 本章小结

第5章 路面平整度评价实例及各指标对比研究

5．1 我国路面平整度养护标准

5．1．1 路面养护措施分类

5．1．2 路面养护质量标准

5．2 依托工程概况

5．3 路面平整度特征属性

5．3．1 功率谱密度等级

5．3．2 标准差

5．3．3 国际平整度指数

5．4 加权纵断面平整度评价方法

5．4．1 平整度评价结果

5．4．2 评价结果分析与比较

5．5 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 进一步研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表论文