孫鑫

1　平整度介紹

平整度常用定義為路面表面相對(duì)于理想平面的豎向偏差，而這種偏差會(huì)影響到車輛動(dòng)力特性、行駛質(zhì)量、路面所受動(dòng)荷載及排水。

有效的控制好路面平整度有易于提高乘客的舒適度及路面的安全性和壽命，并且路面平整度的準(zhǔn)確檢測能保證路面施工、養(yǎng)護(hù)的合理性。

常用的平整度指標(biāo)有國際平整度指數(shù)（IRI）、半車平整度指數(shù)（HRI）、最大間隙（h）、路面功率譜密度（PSD）、行駛質(zhì)量數(shù)（RN）等。

最大間隙（h）、平整度標(biāo)準(zhǔn)差（σ）、國際平整度指數(shù)（IRI）是我國實(shí)施的《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的3個(gè)平整度評(píng)價(jià)指標(biāo)。

2　IRI的建立

2.1　IRI的提出

Sayers等人于1982年在世界銀行資助下在巴西等國進(jìn)行路面平整度試驗(yàn)，提出了國際平整度指數(shù)（IRI）[1]。Sayers以1/4車輛模型來計(jì)算IRI，該車以規(guī)定速度（80km/h）行駛在路面上，在行駛距離內(nèi)由動(dòng)態(tài)反應(yīng)懸掛系統(tǒng)的累積豎向位移量作為IRI值。

2.2　建模方法

1/4車的實(shí)際模型如圖1，簡化模型如圖2。

圖1　實(shí)際模型圖

圖2　簡化模型圖

由圖2可知，本模型受到三種力的作用：彈簧彈性力、阻尼力、慣性力。采用隔離法對(duì)該模型進(jìn)行分析。

分別對(duì)彈簧質(zhì)量ms及非彈簧質(zhì)量mu進(jìn)行分析。彈簧質(zhì)量受到彈簧彈性力、阻尼力及慣性力，非彈簧質(zhì)量受到彈簧力（兩個(gè)）、阻尼力及慣性力，如圖3～4所示。

圖3　ms簡化模型

圖4　mu簡化模型圖

聯(lián)立方程組即為世界銀行提出國際平整度指數(shù)IRI時(shí)所建立的1/4車輛模型的動(dòng)力方程。

2.3　計(jì)算方法

國際平整度指數(shù)的定義為：

求解微分方程組的方法有解析和數(shù)值分析法。由于路面斷面高程函數(shù)的不連續(xù)性，很難用數(shù)學(xué)函數(shù)進(jìn)行解答，所以一般采用數(shù)值方法進(jìn)行計(jì)算。[3]

3　HRI的建立

3.1　HRI的提出

當(dāng)給定左右兩方軌跡的數(shù)據(jù)時(shí)，根據(jù)1/4車模型可以采用兩種方法計(jì)算路面平整度。

方法一：采用1/4模型進(jìn)行分析計(jì)算，分別計(jì)算兩個(gè)方向IRI，取兩個(gè)方向IRI的平均值來評(píng)價(jià)路面的平整度。

方法二：①平均出兩個(gè)方向路面所對(duì)應(yīng)點(diǎn)的原始數(shù)據(jù)；②采用1/4車模型分析計(jì)算出IRI。

采用方法二計(jì)算出的IRI就是HRI。[4]

3.2　建模方法

1/2車的簡化模型圖如5所示。[5]

圖5　1/2車簡化模型

方程的建立同1/4模型類似，將總模型拆分為彈簧質(zhì)量和非彈簧質(zhì)量進(jìn)行分析，最終得到以下方程組。

3.3　計(jì)算方法

計(jì)算方法同1/4車模型類似，不再贅述。

4　HRI與IRI的聯(lián)系與區(qū)別

4.1　聯(lián)系

（1）HRI與IRI有較高的相互關(guān)聯(lián)性，HRI總是不大于IRI，若左右兩側(cè)波形均為簡協(xié)函數(shù)，且相差T/2時(shí)，采用HRI計(jì)算出的結(jié)果為0，而實(shí)際路面可能不為0。

（2）進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，均采用1/4車模型進(jìn)行數(shù)據(jù)過濾。

（3）進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算時(shí)，均采用相同的方程求得平整度指標(biāo)。

（4）采用1/4車模型或者1/2車模型進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，規(guī)范速度均為80km/h。

4.2　區(qū)別

（1）采集數(shù)據(jù)時(shí)，HRI采用1/2車模型，而IRI采用1/4車模型；

（2）IRI接近路面的實(shí)際狀況，而HRI更接近于列車的實(shí)際行駛狀況；

（3）采用1/2車模型采集數(shù)據(jù)時(shí)，必須要保證左右車輪同步；

（4）IRI采用不同速度進(jìn)行模擬時(shí)可以換算為標(biāo)準(zhǔn)速度，而HRI必須采用標(biāo)準(zhǔn)速度。

[1]劉云，錢振東.路面平整度及車輛振動(dòng)模型的研究綜述[J].公路交通科技，2008（1）：51～57.

[2]楊東濤.國際平整度指數(shù)IRI求解過程解析[J].中國西部科技，2011，10（27）：21～22.

[3]周曉青，孫立軍.國際平整度指數(shù)與行駛車速的關(guān)系[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005（10）：47～51.

[4]Sayers M W，Karamihas S M.Interpretation Of Road Roughness Profile Data[J].Education，1996.

[5]Sayers M W.Two quarter-car models for defining road roughness：IRI and HRI[M].2013.