本發(fā)明涉及公路路面行駛質(zhì)量評價
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其是涉及一種適應(yīng)性好的軟土地區(qū)路面行駛質(zhì)量評價方法。
背景技術(shù)：
：道路用戶對不同等級的公路(行駛速度)有不同的行駛質(zhì)量要求或行駛舒適性期望。一般地，行駛質(zhì)量或行駛舒適性與路面的平整度緊密相關(guān)，現(xiàn)行《公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》(jtgh20-2007)即采用國際平整度指數(shù)iri換算為路面行駛質(zhì)量指數(shù)rqi的方法對路面行駛質(zhì)量進(jìn)行評價和劃分等級，該評價是公路養(yǎng)護決策的重要參考依據(jù)。我國東南沿海等地區(qū)分布著大量軟土，由于軟土地基的固結(jié)和次固結(jié)特性等原因，建造于軟土地區(qū)的公路，通車運營后往往發(fā)生較大的沉降和不均勻沉降。過大的沉降和不均勻沉降，使道路縱面線形變差，嚴(yán)重影響行駛質(zhì)量或行車舒適性。但受檢測車輛、設(shè)備標(biāo)定、操作誤差等限制，國際平整度指數(shù)檢測可反應(yīng)較小范圍內(nèi)的路面局部凹凸，對于較大范圍內(nèi)的沉降造成的起伏、波動適應(yīng)性較差，往往實際行駛感受很差的道路的國際平整度檢測結(jié)果卻是好的，說明上述標(biāo)準(zhǔn)評價軟土地區(qū)道路行駛質(zhì)量的適應(yīng)性較差。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的發(fā)明目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的國際平整度檢測方法的適應(yīng)性差的不足，提供了一種適應(yīng)性好的軟土地區(qū)路面行駛質(zhì)量評價方法。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種軟土地區(qū)路面行駛質(zhì)量評價方法，包括如下步驟：(1)利用車載激光儀檢測發(fā)生沉降后的公路車行軌跡線路面高程數(shù)據(jù)，采用三次樣條插值方法擬合縱面線形；(2)假設(shè)車輛左右對稱、勻速行駛和輪胎不脫離路面，求解車輛以一定速度通過評價路段的振動平衡微分方程組；(3)通過傅立葉變換將人和座椅的振動加速度時間歷程轉(zhuǎn)換為頻域頻率歷程通過頻率權(quán)函數(shù)w(f)的濾波網(wǎng)絡(luò)得到加權(quán)加速度，計算加權(quán)加速度均方根值aw；(4)設(shè)定人體舒適程度與加權(quán)加速度均方根值的對應(yīng)關(guān)系，其中，“保持舒適”對應(yīng)的比例為n1％，“稍不舒適”對應(yīng)的比例為n2％，“有些不舒適”對應(yīng)的比例為n3％，“不舒適”對應(yīng)的比例為n4％，“非常不舒適”對應(yīng)的比例為n5％，“特別不舒適”對應(yīng)的比例為n6％；(5)計算行車舒適性指數(shù)dci；(6)計算行駛質(zhì)量指數(shù)rqi；(7)以行駛質(zhì)量指數(shù)rqi為評價指標(biāo)，根據(jù)行駛質(zhì)量等級劃分標(biāo)準(zhǔn)表，確定單位長度里程的行駛質(zhì)量評價技術(shù)等級。本發(fā)明利用車載激光儀檢測發(fā)生沉降后的公路路面高程數(shù)據(jù)，提取車輛行駛軌跡線位置(一般為車道中行車輪跡帶)的路面連續(xù)高程；計算代表車輛以一定速度(一般為道路設(shè)計速度)在評價公路上勻速行駛過程中由于不均勻沉降引起的豎向的加權(quán)加速度均方根值；統(tǒng)計評價路段(一般為每公里)內(nèi)加權(quán)加速度均方根值在各舒適程度范圍的道路長度比例，依此比例計算行車舒適性指數(shù)dci和行駛質(zhì)量指數(shù)rqi，根據(jù)rqi的大小評價行駛質(zhì)量。本發(fā)明考慮了軟土地區(qū)公路運營后產(chǎn)生過大的沉降和不均勻沉降引起的縱面線形起伏變化，從行車舒適性的角度對公路行駛質(zhì)量進(jìn)行評價，可靈活進(jìn)行不同等級的公路、多車道公路的不同車道、同一公路不同速度情況下的行駛質(zhì)量評價，為養(yǎng)護決策、運營速度管理等提供技術(shù)支撐。本發(fā)明考慮了現(xiàn)有行駛質(zhì)量評價中受檢測車輛、設(shè)備標(biāo)定、公路等級、操作誤差等方面的影響，代之以理論計算結(jié)果進(jìn)行評價的方法，避開了實際檢測中的干擾因素，評價結(jié)果可靠性高、精度高。作為優(yōu)選，步驟(1-2)包括如下具體步驟：①任意時刻車輛-道路相互作用分析模型的振動平衡微分方程組如下：式中：ξ1、ξ2為前后輪路面高程；②設(shè)定式中，γ和β是控制分析精度和穩(wěn)定性的參數(shù)，假定在t到t+δt時間內(nèi)加速度為常數(shù)③根據(jù)(2-2)式可得用yt、yt+δt、表示的和式中：a6＝(1-γ)δt，a7＝γδt；④將(2-3)式代入到t+δt時刻的振動平衡方程得式中，⑤根據(jù)(2-4)式可求得yt+δt，代入到(2-3)式可求得和獲得各個時刻人和座椅的加速度作為優(yōu)選，利用如下公式計算加權(quán)加速度均方根值式中：頻域加權(quán)函數(shù)w(f)可以用下式表示：作為優(yōu)選，利用公式dci＝ω1·n1+ω2·n2+ω3·n3+ω4·n4+ω5·n5+ω6·n6計算行車舒適性指數(shù)dci；式中，ωi(i＝1，2，…，6)為相應(yīng)的權(quán)重系數(shù)。作為優(yōu)選，利用公式計算行駛質(zhì)量指數(shù)rqi；式中，a0、a1為系數(shù)。作為優(yōu)選，實測路面高程數(shù)據(jù)的縱向間距≤3m。本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明考慮了軟土地區(qū)公路運營后產(chǎn)生過大的沉降和不均勻沉降引起的縱面線形起伏變化，從行車舒適性的角度對公路行駛質(zhì)量進(jìn)行評價，可靈活進(jìn)行不同等級的公路、多車道公路的不同車道、同一公路不同速度情況下的行駛質(zhì)量評價，為養(yǎng)護決策、運營速度管理等提供技術(shù)支撐。本發(fā)明考慮了現(xiàn)有行駛質(zhì)量評價中受檢測車輛、設(shè)備標(biāo)定、公路等級、操作誤差等方面的影響，代之以理論計算結(jié)果進(jìn)行評價的方法，避開了實際檢測中的干擾因素，評價結(jié)果可靠性高、精度高。附圖說明圖1是本發(fā)明的車輛-道路相互作用模型分析圖；圖2是本發(fā)明的一種流程圖。圖：人和座椅1、車架2、前輪胎3、后輪胎4、路面5。具體實施方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。如圖1的實施例是一種軟土地區(qū)路面行駛質(zhì)量評價方法，圖1中包括人和座椅1、車架2、前輪胎3、后輪胎4和路面5；包括如下步驟：如圖2所示，步驟100，采集公路車行軌跡線路面高程數(shù)據(jù)，擬合縱面線形；利用車載激光儀檢測發(fā)生沉降后的公路車行軌跡線路面高程數(shù)據(jù)，采用三次樣條插值方法擬合縱面線形；利用車載激光儀檢測評價路段車行軌跡線(單個方向超車道右側(cè)輪跡帶，距右側(cè)車道分隔線0.9m)的路面高程數(shù)據(jù)(xk，yk)(k＝0，1，...，n)，其中，xk為里程樁號，yk為路面高程。數(shù)據(jù)的縱向間距hk＝xk+1-xk，hk＝1m，采用三次樣條插值方法對發(fā)生沉降后的公路縱面線形進(jìn)行擬合，具體步驟如下：①三次樣條插值函數(shù)is(x)是二階導(dǎo)數(shù)連續(xù)的分段插值函數(shù)，在每個小區(qū)間上是三次多項式，在所有插值節(jié)點xk滿足is(xk)＝y(tǒng)k，在中間節(jié)點xj(j＝1，2，…，n-1)滿足連續(xù)性條件is(xj-0)＝is(xj+0)、is′(xj-0)＝is′(xj+0)和is″(xj-0)＝is″(xj+0)；②is(x)在區(qū)間[xj，xj+1]上為三次多項式，所以is″(x)在[xj，xj+1]上是一次函數(shù)，可表示為式中：hj＝xj+1-xj；mj＝is″(xj)，即插值節(jié)點上的二階導(dǎo)數(shù)值；③對is″(x)進(jìn)行兩次積分，并根據(jù)is(xk)＝y(tǒng)k和is(xk+1)＝y(tǒng)k+1確定積分常數(shù)，可得三次樣條插值函數(shù)的表達(dá)式：④為確定mj(j＝0，1，…，n)，再對上式求導(dǎo)：利用連續(xù)性條件is′(xj-0)＝is′(xj+0)可得：(1-λj)mj-1+2mj+λjmj+1＝dj(j＝1，2，…，n-1)(1-4)式中：⑤在評價路段的起點x0和終點xn補充邊界條件is″(x0)＝is″(xn)＝0，與(1-4)式組成方程組可以解得mj(j＝0，1，…，n)，由此建立三次樣條插值函數(shù)在每個子區(qū)間的表達(dá)式，獲得三次樣條插值的擬合線形；步驟200，求解振動平衡微分方程組假設(shè)車輛左右對稱、勻速行駛和輪胎不脫離路面，求解車輛以120km/h的速度通過評價路段的振動平衡微分方程組；具體求解過程如下：①任意時刻車輛-道路相互作用分析模型的振動平衡微分方程組如下：式中：其中前后輪路面高程ξ1、ξ2根據(jù)步驟100中線形擬合函數(shù)is(x)計算獲得；②設(shè)定式中：γ和β是控制分析精度和穩(wěn)定性的參數(shù)，取γ＝0.5，β＝0.25，假定在t到t+δt時間內(nèi)加速度為常數(shù)③根據(jù)(2-2)式可得用yt、yt+δt、表示的和式中：a6＝(1-γ)δt，a7＝γδt；④將(2-3)式代入到t+δt時刻的振動平衡方程得式中：⑤根據(jù)(2-4)式可求得yt+δt，代入到(2-3)式可求得和由此可獲得各個時刻人和座椅的加速度步驟300，計算加權(quán)加速度均方根值由于人體對不同頻率范圍內(nèi)的振動加速度的敏感程度不同，通過傅立葉變換將人和座椅的振動加速度時間歷程轉(zhuǎn)換為頻域頻率歷程通過頻率權(quán)函數(shù)w(f)的濾波網(wǎng)絡(luò)得到加權(quán)加速度，計算加權(quán)加速度均方根值aw；式中，頻域加權(quán)函數(shù)w(f)可以用下式表示：步驟400，設(shè)定人體舒適程度與加權(quán)加速度均方根值的對應(yīng)關(guān)系如表2所示，設(shè)定人體舒適程度與加權(quán)加速度均方根值的對應(yīng)關(guān)系，其中，“保持舒適”對應(yīng)的比例為n1％，“稍不舒適”對應(yīng)的比例為n2％，“有些不舒適”對應(yīng)的比例為n3％，“不舒適”對應(yīng)的比例為n4％，“非常不舒適”對應(yīng)的比例為n5％，“特別不舒適”對應(yīng)的比例為n6％；n1的取值范圍為“＜0.315m/s2”，n2的取值范圍為“0.315～0.565m/s2”，n3的取值范圍為“0.565～0.900m/s2”，n4的取值范圍為“0.900～1.425m/s2”，n5的取值范圍為“1.425～2.250m/s2”，n6的取值范圍為“＞2.250m/s2”。需要指出的是，iso2631標(biāo)準(zhǔn)中相鄰舒適程度對應(yīng)的加權(quán)加速度均方根值存在小范圍重疊，本發(fā)明的表2取iso2631標(biāo)準(zhǔn)重疊范圍的中值界定相鄰的舒適程度；步驟500，計算行車舒適性指數(shù)按照下式計算行車舒適性指數(shù)dci：dci＝ω1·n1+ω2·n2+ω3·n3+ω4·n4+ω5·n5+ω6·n6式中：ωi(i＝1，2，…，6)為相應(yīng)的權(quán)重系數(shù)，按加權(quán)加速度均方根值大小分別取值0、0.315、0.565、0.9、1.425、2.25；步驟600，計算行駛質(zhì)量指數(shù)根據(jù)行車舒適性指數(shù)dci，按照下式計算行駛質(zhì)量指數(shù)rqi：式中：a0、a1為系數(shù)，對于高速公路，建議a0取0.026、a1取0.050；步驟700，確定單位長度里程的行駛質(zhì)量評價技術(shù)等級如表3所示，以行駛質(zhì)量指數(shù)rqi為評價指標(biāo)，根據(jù)行駛質(zhì)量等級劃分標(biāo)準(zhǔn)確定單位長度里程的行駛質(zhì)量評價技術(shù)等級。表1參數(shù)說明參數(shù)名稱參數(shù)取值座椅剛度系數(shù)k110500n/m人和座椅質(zhì)量m150kg前懸掛系統(tǒng)剛度系數(shù)k214985n/m前輪質(zhì)量m226kg前輪胎剛度系數(shù)k3116919n/m后輪質(zhì)量m365kg后懸掛系統(tǒng)剛度系數(shù)k435739n/m車架質(zhì)量m638.4kg后輪胎剛度系數(shù)k5162863n/m車架繞質(zhì)心轉(zhuǎn)動慣量j62226kg·m2座椅阻尼系數(shù)c1240n·s/m車輛前后軸軸距l(xiāng)1.840m前減震器等效阻尼系數(shù)c21082n·s/m前軸至車架質(zhì)心距離d0.883m前輪胎阻尼系數(shù)c30后軸至車架質(zhì)心距離b1.083m后減震器等效阻尼系數(shù)c41730n·s/m座椅至車架質(zhì)心距離a0.757m后輪胎阻尼系數(shù)c50表2表3應(yīng)理解，本實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。當(dāng)前第1頁12