基于人—车—路相互作用的沥青路面平整度评价方法研究

论文摘要

路面平整度对人的舒适性、车辆振动和路面使用寿命有显著影响。但分析现有的各种沥青路面平整度评价指标发现,人均没有包括在车辆模型中,评价指标与人的舒适性仅通过与主观评价试验相对照进行证明。因此,本文提出以人的加权加速度均方根值为评价方法研究沥青路面平整度具有重要的理论和现实意义。论文分析几种平稳Gaussian随机过程模拟路面高程的方法,从节约成本和缩短研究周期考虑,采用随机正弦波叠加法模拟1000m的路面长度,离散间隔为0.25m的A、B、C和D四个等级的路面,并对所模拟的路面模型进行验证,结果表明模拟路面高程在国标所要求的范围内。采用国际标准ISO2631标准中推荐的加权加速度均方根值对乘客振动进行评价,同时作为沥青路面平整度的评价指标。接着从研究的目的、计算简化和与实际情况接近等方面考虑,将车辆模型简化为三自由度车辆振动模型和五自由度车辆振动模型,同时依据牛顿法分别给出三自由度和五自由度车辆振动微分方程。采用传递矩阵法详细分析三自由度和五自由度车辆模型振动微分方程的计算过程,并用MATLAB编制成程序以便于计算;同时,分析三自由度和五自由度车辆模型参数对计算结果的影响。另外,选择国内外使用广泛的三种沥青路面平整度评价指标与加权加速度均方根值进行相关性研究,结果表明,加权加速度均方根值与国际平整度指数、功率谱密度和平整度标准差的相关系数R~2分别为:0.9263、0.8484和0.8713。最后,论文给出沥青路面平整度评价方法的步骤:首先获得路面纵断面高程、确定车辆模型和结构参数;其次,通过计算得到路段人的加权加速度均方根值,确定该路段人的舒适性,由此确定沥青路面平整度情况。同时,在模拟路面高程基础上,按照此步骤分析三自由度和五自由度车辆模型的沥青路面平整度评价算例。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 路面平整度重要性
• 1.2.1 路面平整度定义
• 1.2.2 路面平整度意义
• 1.3 沥青路面平整度指标研究现状
• 1.4 汽车平顺性国内外研究现状
• 1.5 本文主要研究内容和技术路线
• 1.5.1 主要研究内容
• 1.5.2 技术路线
• 第二章 路面模型和平整度评价指标
• 2.1 路面模型
• 2.1.1 白噪声激励模拟
• 2.1.2 离散时间随机序列生成法
• 2.1.3 基于傅立叶逆变换仿真模拟
• 2.1.4 随机正弦波叠加模拟
• 2.1.5 时域建模方法的分析
• 2.1.6 随机路面的实现
• 2.1.7 随机路面验证
• 2.2 平整度评价指标
• 2.3 本章小结
• 第三章 车辆模型与振动方程
• 3.1 车辆振动模型选择
• 3.1.1 车辆振动的起因
• 3.1.2 模型的简化前提
• 3.1.3 车辆的振动模型
• 3.2 三自由度车辆模型与振动方程
• 3.2.1 车辆模型
• 3.3.2 振动方程的建立
• 3.3 五自由度车辆模型与振动方程
• 3.3.1 车辆模型
• 3.3.2 振动方程的建立
• 3.4 本章小结
• 第四章 人—车—路相互作用分析方法
• 4.1 人—车—路相互作用分析方法评价与选择
• 4.1.1 Willson-θ法
• 4.1.2 Newmark-β法
• 4.1.3 传递矩阵法
• 4.2 基于三自由度车辆模型的人—车—路相互作用分析
• 4.3 基于五自由度车辆模型的人—车—路相互作用分析
• 4.4 影响因素分析
• 4.4.1 三自由度模型影响因素
• 4.4.2 五自由度模型影响因素
• 4.5 本章小结
• 第五章 基于人—车—路相互作用的沥青路面评价指标和其它指标对比
• 5.1 加权加速度均方根值与国际平整度指数的对比
• 5.1.1 国际平整度指数
• 5.1.2 加权加速度均方根值与IRI的对比
• 5.2 加权加速度均方根值与功率谱密度PSD的对比
• 5.2.1 功率谱密度
• 5.2.2 加权加速度均方根值与PSD的对比
• 5.3 加权加速度均方根值与标准差的对比
• 5.3.1 标准差
• 5.3.2 加权加速度均方根值与σ的对比
• 5.4 本章小结
• 第六章 基于人—车—路相互作用的沥青路面平整度评价方法
• 6.1 沥青路面平整度评价方法研究
• 6.2 沥青路面平整度评价方法算例
• 6.2.1 三自由度车辆模型的路面平整度
• 6.2.2 五自由度车辆模型的路面平整度
• 6.3 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 主要结论
• 7.2 展望
• 附录1 模拟路面纵断面高程值
• 附录2 模型状态变量的系数值
• 附录3 车辆模型各点加速度值
• 参考文献
• 致谢