公路路面不平度测量技术分析综述

公路工程学课程文献

综述

学生：朱明辉

专业方向：工程项目管理

年级：2011级

学号：11101060140

任课教师：王首绪

2011 年 12月

公路路面不平度测量技术分析综述

（朱明辉）

（2011级管科学号：11101060140）

摘要: 公路路面不平度在汽车平顺性研究中有着重要的作用,也关系到车辆的运营时间和费用。该文综述了公路路面不平度测量技术在国内外的发展情况,在此基础上,分析了公路路面不平度数据测量的多种方法,指出了关于数据测量现存的问题并给予分析解决。最后讨论了公路路面不平度数据在车辆工程领域的应用及公路路面不平度数据测量技术的发展方向。

关键词: 公路路面不平度测量技术激光测量仪研究综述

车轮与地面接触的公路路面不平度(车辆学科称不平度,道路学科称平整度)不仅是衡量公路路面质量的指标,而且是影响运输经济性与汽车产品成本的一个重要因素。公路路面不平度的增大会导致乘坐的舒适性与车速降低,还直接影响到车辆运营时间及费用,因此公路路面不平度的研究受到了国内外学者的广泛关注。另外,路谱研究已拓展到任何涉及公路路面激励的场合,它对道路的分级及汽车平顺性试验研究都有较大的指导作用,其重要性和必要性对汽车工业的发展日益明显。同时,公路路面平整度差,车辙严重,造成道路使用年限缩短,使投资巨大的公路不能发挥其经济效益,造成了大量的人力物力浪费。所以,无论从车辆学科还是道路学科显得日益迫切。

但是,公路路面不平度的研究相对于空气动力学和流体力学的研究有着一定的困难,因为公路路面不像空气和水对飞机和船舶那样均匀和连续,而是一个随机的过程,所以它不但是一个数学问题,更是一个工程化应用问题。同时,一些关键的技术和方法也制约了公路路面不平度的研究,如快速傅立叶变换(FFT)直到1965年才由Cooley Tukey完成,有关谱窗、泄漏、误差等问题,国内在20世纪70年代还在探讨中。

1 公路路面不平度的表达方法

大量的测量分析结果表明,公路路面不平度具有随机、平稳和各态历经的特性,可用平稳随机过程理论来分析描述。由于各国对公路路面不平度的理解不同,各个国家及行业所采用的标准也不尽相同。国内车辆工程领域通常以道路垂直纵断面与道路表面的交线作为公路路面不平度的样本, 通过样本的数学特征方差和功率谱密度函数(PSD)来描述道路的公路路面状况。功率谱密度函数能够表示公路路面不平度能量在空间频域的分布,它刻画了公路路面不平度即公路路面波的结构.

2 国内外公路路面不平度数据测量现状

2.1 国外公路路面不平度测量现状

国外最具代表性的公路路面不平度测量项目是公路路面长期使用性能(LTPP)。作为一项持续20年的公路研究项目,LTPP始于1987年的美国战略公路研究计划(SHRP),在SHRP结束后由美国联邦公路局(FHWA)负责继续进行。LTPP的主要工作包括以下几个方面:对美国和加拿大正在服务的道路进行长期观测,从而测量和储存其公路路面性能数据;分析数据,描述公路路面使用性能,并解释不同公路路面性能出现的原因;将研究成果应用于公路路面的设计、维修、养护和管理。LTPP包括两大套试验:一般公路路面研究(GPS)和特殊公路路面研究(SPS),GPS有792个试验段,均为普通类型的公路路面;SPS有1250个试验段,均为考虑特定的工程因素而修建的,按特定的研究内容分为9种型。

按照LTPP计划,试验段测量的数据要能完全描述公路路面性能和其他一些相关信息,如公路路面结构材料、气候、交通量等。测量的数据包括:基本结构数据、试验数据、养护和重建数据、交通量数据、弯沉和破坏数据、摩擦系数数据、气候数据和荷载数据。将测得的数据进行处理, 得到一些不平度指数,比如IRI,RMSVA和Slope Variance等。

截至2005年,LTPP数据库中已经存有1000多条记录,数据测量工作仍将继续下去。除去数据采集,LTPP还要得出一系列成果供国家运输部门和其他机构使用,这些成果可以是指南、使用软件、设备等。如:Datepave、LTPPBind、刚性公路路面设计软件、公路路面养护和维修手册及公路路面纵断面仿真程序等。2007年,LTPP在北美进行了24个特殊公路路面的数据测量工作。

2.2 国内公路路面不平度测量历史与现状

国内于20世纪60年代开始公路路面不平度的测量与研究。1965年,长春汽车研究所用标杆法测量了江苏、安徽等省的若干公路的公路路面不平度,并进行了谱估计。70年代以来,一汽和吉林大学合作,在公路路面测量和统计分析方面作了较深入的工作,并完成了海南试验场可靠性跑道的设计与构筑。目前,较为完善的中国道路路谱数据相对匮乏,但其在汽车研发阶段的作用日益受到各大汽车公司的关注。早在1988年,为了使富康轿车能够适应中国的道路条件和使用条件, 中法双方专家就共同组织了在中国不同地区的行驶试验,包括多种地形、多种路况,记录了大量试验数据。通过对试验过程记录数据的分析,法专家对将要引进的产品提出了30项改进意见,以适应中国的道路条件和使用条件。1996年,美国通用公司派专家测量了中国的部分路谱, 根据路谱统计结果对上海通用公司产的轿车的悬挂系统做了改进。

近些年,一些企业、大学进行了越来越多的道路谱数据测量工作。从2008年8月起,国家“863”计划资助的项目开始在全国大范围内进行道路谱数据采集,旨在结合实际道路特点, 测量道路谱信息、地理信息以及视频信息,建立道路谱数据库,实现室内道路模拟等。

3 公路路面不平度数据测量

3.1 数据测量方法

道路谱数据测量有很多种分类方法,本文根据基准的不同而将测量方法分为6类。综合以上测量方法可知,在进行道路谱数据测量时,应当选择国内外技术成熟,满足精度高、重复性好、分辨率高等一系列基本技术指标的公路路面不平度测量仪器进行测量。

3.2 公路路面不平度测量仪器的两个重要参数

(1)公路路面测量的波长范围和采样间隔:公路路面测量的波长范围直接关系到对公路路面描述的准确程度,也影响到测量数据在车辆耐久性分析、模态、平顺性、操作稳定性等试验中的应用。公路路面测量的波长范围可以由使用条件给出,从汽车响应的频带范围可以算出相应的公路路面激励的波长范围,这个波长范围就是需要测量的波长范围。在文献[10]中规定一台断面仪测量公路路面不平度的一般要求是:可以测量的空间波长范围为0.15~ 67