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原文传递基于沥青路面表面形貌特性的车辆操纵稳定性分析

论文题名：	基于沥青路面表面形貌特性的车辆操纵稳定性分析
关键词：	沥青路面;表面形貌特性;车辆操纵;稳定性
摘要：	路面的抗滑性能是保障车辆安全行驶的必要条件，路面的表面形貌决定其抗滑性能的优劣，因而研究路面表面的纹理特性，及其在轮胎和路面相互接触中的地位和作用就显得尤为重要。常用的表面纹理测量方法和表征参数是对整个表面纹理水平的平均衡量，并不能量化表面轮廓微凸体的分布，也就无法揭示路表纹理对路面摩擦的影响，因而有必要研究路表纹理表征的新方法。此外，在车辆行驶安全的研究中，也鲜有关于路表形貌的考虑。故此，基于路面表面形貌特性的车辆-路面相互作用研究有着必要的研究意义和客观的研究空间。鉴于此，本文以路表的形貌特性为切入点，研究路面为保证车辆正常行驶所需的抗滑性能，以期为早期设计阶段路面混合料的抗滑设计提供依据。　　在总结已有粘附摩擦理论和迟滞摩擦理论的基础上，本文首先对轮胎和路面相互作用的摩擦机理进行了研究。在详细分析轮胎的运动状态基础上，揭示了胎面单元与路表接触单元间的相互作用;进而就接触面干燥和潮湿两种状态，分别阐述了路面表面不同尺度纹理在接触作用中的地位;并基于此提出了路面表面最优纹理的选择依据。　　由于不同尺度的纹理对轮胎和路面间摩擦产生的机理并不相同，故对路表纹理的测量需要记录其尺度范围内各尺度的分布。由此，本文基于激光测试技术，开发了静态激光轮廓测量系统。该系统主要由激光传感器和位移传感器组成，分别记录行进途中的垂向位移和水平位移，经过后期数据处理，可获得完整的测试表面轮廓曲线。首先，详细介绍了测试系统的各组成部分和相关的技术参数;然后，通过对几种常见表面的测试，验证了测试系统的有效性和重复性;最后，分别阐述了现场路段测试表面和室内试件测试表面的测试方法，为后文路表纹理水平的量化表征提供数据基础。　　针对目前常用纹理表征参数的不足，为了量化表征表面微凸体的分布，并与轮胎路面摩擦机理相连，本文分别基于谱分析方法和分形分析方法，研究了沥青路面表面纹理特征的表征方法，并提出了与路面抗滑性能相关的路表纹理表征参数。首先，基于信号处理技术，对前文所测表面轮廓曲线进行数据分析，并根据ISO13473-4谱分析方法的算法，编制计算程序，算得轮廓曲线的谱参数;其次，分析了路面表面纹理轮廓曲线的分形特征，并根据分形分析法，计算得到轮廓曲线的分形参数;然后，分别进行室内和现场的摩擦和纹理测量试验，求得各表征参数，验证了本文所提路面表面纹理特征的测量方法和表征方法，并分析了各纹理表征参数与路面抗滑性能的相关性，为接下来的抗滑性能预测模型建立提供参数基础。　　抗滑性能预测模型的建立，一方面可以为混合料设计阶段控制建成路面的抗滑性能提供依据，同时也可以为已建服务期内路面抗滑性能的监测提供途径。因此，本文在前文工作的基础上，开展了路面抗滑性能预测模型的研究。首先，基于BP神经网络和灰色关联度分析方法，通过对已有试验数据的训练和学习，建立了隐式的预测模型，并对模型的预测效果进行了验证;然后，结合最优子集回归分析方法，通过确定对抗滑影响显著的纹理尺度区间，建立了以路表纹理水平参数为变量的显式的预测模型;最后，基于显式的抗滑性能预测模型，以纹理水平为桥梁，分别分析了混合料设计参数和施工条件参数对路面抗滑性能的影响，为混合料的抗滑设计提供指导。　　路面抗滑性能的设计是为了保证其上车辆的行驶安全。本文从车辆运行安全的角度，进行了路面抗滑性能对车辆操纵稳定性及其制动距离的影响分析。首先，基于分形插值函数，构造路面表面轮廓，建立路面模型子模块;然后，借鉴统一刷子轮胎模型，建立轮胎模型子模块;第三，建立二自由度整车操纵稳定性分析模型，进行车辆和路面相互仿真，分析了路面抗滑性能对操纵稳定性的影响;最后，结合有限元模型，对车辆制动性能进行了模拟，提出了安全的制动距离对路面抗滑性能的要求，为路网抗滑性能养护的临界值提供了参考。
作者：	丛菱
专业：	交通运输工程;道路与铁道工程
导师：	黄晓明
授予学位：	博士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文