基于瀝青路面表面形貌特性的車輛操縱穩(wěn)定性分析.pdf

1、路面的抗滑性能是保障車輛安全行駛的必要條件，路面的表面形貌決定其抗滑性能的優(yōu)劣，因而研究路面表面的紋理特性，及其在輪胎和路面相互接觸中的地位和作用就顯得尤為重要。常用的表面紋理測量方法和表征參數(shù)是對整個表面紋理水平的平均衡量，并不能量化表面輪廓微凸體的分布，也就無法揭示路表紋理對路面摩擦的影響，因而有必要研究路表紋理表征的新方法。此外，在車輛行駛安全的研究中，也鮮有關于路表形貌的考慮。故此，基于路面表面形貌特性的車輛-路面相互作用研究有

2、著必要的研究意義和客觀的研究空間。鑒于此，本文以路表的形貌特性為切入點，研究路面為保證車輛正常行駛所需的抗滑性能，以期為早期設計階段路面混合料的抗滑設計提供依據(jù)。
　　在總結已有粘附摩擦理論和遲滯摩擦理論的基礎上，本文首先對輪胎和路面相互作用的摩擦機理進行了研究。在詳細分析輪胎的運動狀態(tài)基礎上，揭示了胎面單元與路表接觸單元間的相互作用;進而就接觸面干燥和潮濕兩種狀態(tài)，分別闡述了路面表面不同尺度紋理在接觸作用中的地位;并基于此提出了

3、路面表面最優(yōu)紋理的選擇依據(jù)。
　　由于不同尺度的紋理對輪胎和路面間摩擦產(chǎn)生的機理并不相同，故對路表紋理的測量需要記錄其尺度范圍內(nèi)各尺度的分布。由此，本文基于激光測試技術，開發(fā)了靜態(tài)激光輪廓測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由激光傳感器和位移傳感器組成，分別記錄行進途中的垂向位移和水平位移，經(jīng)過后期數(shù)據(jù)處理，可獲得完整的測試表面輪廓曲線。首先，詳細介紹了測試系統(tǒng)的各組成部分和相關的技術參數(shù);然后，通過對幾種常見表面的測試，驗證了測試系統(tǒng)的有效性和

4、重復性;最后，分別闡述了現(xiàn)場路段測試表面和室內(nèi)試件測試表面的測試方法，為后文路表紋理水平的量化表征提供數(shù)據(jù)基礎。
　　針對目前常用紋理表征參數(shù)的不足，為了量化表征表面微凸體的分布，并與輪胎路面摩擦機理相連，本文分別基于譜分析方法和分形分析方法，研究了瀝青路面表面紋理特征的表征方法，并提出了與路面抗滑性能相關的路表紋理表征參數(shù)。首先，基于信號處理技術，對前文所測表面輪廓曲線進行數(shù)據(jù)分析，并根據(jù)ISO13473-4譜分析方法的算法，編

5、制計算程序，算得輪廓曲線的譜參數(shù);其次，分析了路面表面紋理輪廓曲線的分形特征，并根據(jù)分形分析法，計算得到輪廓曲線的分形參數(shù);然后，分別進行室內(nèi)和現(xiàn)場的摩擦和紋理測量試驗，求得各表征參數(shù)，驗證了本文所提路面表面紋理特征的測量方法和表征方法，并分析了各紋理表征參數(shù)與路面抗滑性能的相關性，為接下來的抗滑性能預測模型建立提供參數(shù)基礎。
　　抗滑性能預測模型的建立，一方面可以為混合料設計階段控制建成路面的抗滑性能提供依據(jù)，同時也可以為已建服

6、務期內(nèi)路面抗滑性能的監(jiān)測提供途徑。因此，本文在前文工作的基礎上，開展了路面抗滑性能預測模型的研究。首先，基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡和灰色關聯(lián)度分析方法，通過對已有試驗數(shù)據(jù)的訓練和學習，建立了隱式的預測模型，并對模型的預測效果進行了驗證;然后，結合最優(yōu)子集回歸分析方法，通過確定對抗滑影響顯著的紋理尺度區(qū)間，建立了以路表紋理水平參數(shù)為變量的顯式的預測模型;最后，基于顯式的抗滑性能預測模型，以紋理水平為橋梁，分別分析了混合料設計參數(shù)和施工條件參數(shù)對路面

7、抗滑性能的影響，為混合料的抗滑設計提供指導。
　　路面抗滑性能的設計是為了保證其上車輛的行駛安全。本文從車輛運行安全的角度，進行了路面抗滑性能對車輛操縱穩(wěn)定性及其制動距離的影響分析。首先，基于分形插值函數(shù)，構造路面表面輪廓，建立路面模型子模塊;然后，借鑒統(tǒng)一刷子輪胎模型，建立輪胎模型子模塊;第三，建立二自由度整車操縱穩(wěn)定性分析模型，進行車輛和路面相互仿真，分析了路面抗滑性能對操縱穩(wěn)定性的影響;最后，結合有限元模型，對車輛制動性能進