韓昕星

(甘肅省交通科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司)

路面粗糙度以及抗滑性能，是保證車輛安全運(yùn)行的基礎(chǔ)條件[1]。目前在我國公路路面建設(shè)問題中，瀝青混凝土路面被廣泛使用。而其表層早期損壞會直接影響路面駕駛質(zhì)量與抗滑性能[2]，因此研究路面的抗滑性能檢測方法具有重要意義。本文從路面安全性角度出發(fā)，提出了一種基于路面橫向力系數(shù)的檢測方法，該方法通過濕潤路面、使用測試車輛裝置和拉力傳感器等設(shè)備，獲取并分析橫向力數(shù)據(jù)，最終評估路面的抗滑性能水平。該方法為及時評估路面抗滑性能、指導(dǎo)防滑處理提供了科學(xué)有效的手段，對進(jìn)一步完善公路路面建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范具有積極促進(jìn)作用。

1 檢測方法

目前檢測路面抗滑性能的技術(shù)很多，本文使用路面橫向力系數(shù)測試車，以橫向力檢測的方式，分析公路瀝青混凝土路面抗滑性能，其原因如下：

⑴從瀝青混凝土路面抗滑性能檢測速度這一角度分析，路面橫向力系數(shù)測試車對路面抗滑性能的檢測速度更快，在路面的性能檢測評定中檢測效率顯著[3]。

⑵路面橫向力系數(shù)測試車可通過灑水的方式，濕潤路面模擬降雨天氣的交通工況，完成瀝青路面抗滑性能檢測工作，其采集的路面抗滑數(shù)據(jù)，更接近于實(shí)際情況。

⑶路面抗滑除了需要分析縱向摩擦系數(shù)外，還需要考慮橫向路面抗滑分量。路面橫向力系數(shù)測試車不僅能夠評估縱向路面抗滑性能，還可以同時分析橫向路面抗滑性能。通過測試車上的設(shè)備和傳感器收集并分析包括橫向力在內(nèi)的多項(xiàng)數(shù)據(jù)，以全面評估路面的抗滑性能。這樣就能夠準(zhǔn)確判斷路面整體的抗滑水平，為車輛行駛安全提供科學(xué)依據(jù)。

根據(jù)《城市道路工程技術(shù)規(guī)范》（GB51286-2018），表1中給出了路面橫向力系數(shù)測試車的技術(shù)性能指標(biāo)。

表1 路面橫向力系數(shù)測試車的技術(shù)性能指標(biāo)

橫向力系數(shù)的計算方法是：因路面橫向力系數(shù)測試車測量車輪，和車輛前進(jìn)方向存在20°角偏，此狀態(tài)中可以模擬彎道與制動時的滑動摩擦，滑動摩擦出現(xiàn)的橫向力系數(shù)SFC 可由拉力傳感器采集[4]。橫向力系數(shù)SFC的計算公式（1）如下：

其中，a、v分別代表瀝青混凝土路面橫向力、測量車輪的垂直力。

根據(jù)《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JPG B01-2014），表2 給出了路面橫向力系數(shù)的評定標(biāo)準(zhǔn)。

表2 橫向力系數(shù)評定標(biāo)準(zhǔn)

2 路面橫向力系數(shù)測試車結(jié)構(gòu)分析

我國在公路瀝青混凝土路面抗滑性能檢測方面的研究，起步相對來講并不早，以往主要使用傳統(tǒng)式擺式儀技術(shù)檢測，但此技術(shù)使用擺式儀時，需要保證其指針處于歸零標(biāo)定狀態(tài)，稍有不慎就會出現(xiàn)人工讀數(shù)誤差，導(dǎo)致抗滑性能檢測結(jié)果不準(zhǔn)確[5]?！奥访鏅M向力系數(shù)測試車”研發(fā)應(yīng)用優(yōu)化了公路瀝青混凝土路面抗滑性能檢測效果，滿足我國公路建設(shè)發(fā)展的要求。

路面橫向力系數(shù)測試設(shè)備結(jié)構(gòu)主要分為裝載車、檢測模塊、供水系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集處理模塊。每個模塊協(xié)同采集路面抗滑性數(shù)據(jù)，全部模塊的設(shè)備結(jié)構(gòu)都安裝在裝載車上，在特定速度下采集路面抗滑性數(shù)據(jù)。

檢測模塊能夠?qū)? 個具備恒定質(zhì)量的測量輪胎，安裝在裝載車前后軸之間，具備自由升降能力。測量輪胎位置設(shè)定在路面抗滑性能檢測點(diǎn)，測量輪胎和路面接觸后，自主轉(zhuǎn)動，拉力傳感器采集橫向力數(shù)據(jù)，由數(shù)據(jù)采集處理模塊分析。

供水系統(tǒng)主要用于濕潤測試輪前的路面，從而用于模擬惡劣工況，分析路面的橫向力系數(shù)。供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為水箱、水泵、水路。

數(shù)據(jù)采集處理模塊可把拉力傳感器獲得的信號進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

3 基于路面橫向力系數(shù)下路面抗滑性能檢測的操作要點(diǎn)

3.1 測試車的技術(shù)要求和標(biāo)定方法

⑴針對路面橫向力系數(shù)測試車而言，裝載車需要固定并配置載重底盤，若水箱水量已滿，裝載車便以50km/h 的速度行駛至瀝青混凝土路面采集公路瀝青混凝土路面抗滑性能數(shù)據(jù)。測量輪胎使用橡膠充氣式輪胎，采集公路瀝青混凝土路面抗滑性能數(shù)據(jù)時，需要保證測量車輪靜態(tài)垂直標(biāo)準(zhǔn)荷載是200kgf。拉力傳感器量程的標(biāo)準(zhǔn)條件是[0N，2000N]，非線性誤差需要小于0.05%。

⑵在每一個路面抗滑性能檢測點(diǎn)的檢測任務(wù)開始之前，或檢測距離已大于1000km，便需要標(biāo)定路面橫向力系數(shù)測試車?yán)鞲衅鳎⒓皶r記錄存檔檢測的橫向力系數(shù)SFC 數(shù)據(jù)。在公路瀝青混凝土路面抗滑性能檢測時，測量輪胎氣壓需滿足標(biāo)準(zhǔn)氣壓數(shù)值，還需實(shí)時關(guān)注測量輪胎是否磨損，若出現(xiàn)明顯的裂口缺陷，或輪胎直徑磨損已超過6mm，便需要更換輪胎，輪胎的氣壓需要設(shè)定為0.40MPa，使用的螺栓必須處于擰緊狀態(tài)。

⑶路面橫向力系數(shù)測試車灑水位置，需要在測量輪胎與公路瀝青混凝土路面接觸后，前方(400±50)mm 位置。且在公路瀝青混凝土路面抗滑性能檢測之前，要保證路面橫向力系數(shù)測試車的各個設(shè)備都處于正常狀態(tài)，在規(guī)定的時間內(nèi)，進(jìn)行通電預(yù)熱。

⑷距離標(biāo)定：進(jìn)入公路瀝青混凝土路面檢測點(diǎn)的前500m，標(biāo)記好起始位置，并繪制顯眼可見的標(biāo)志，司機(jī)駕駛路面橫向力系數(shù)測試車進(jìn)行預(yù)跑，駕駛速度需要勻速前進(jìn)，駕駛至終點(diǎn)方可停止，此時保證前輪中心和終點(diǎn)處于相同直線上。

⑸摩擦系數(shù)（橫向力系數(shù)SFC）標(biāo)定

路面橫向力系數(shù)測試車可以在任意速度條件下，對檢測路面進(jìn)行大范圍、連續(xù)式的抗滑性能檢測，且噴灑水量需滿足單次測試?yán)锍?0km，檢測結(jié)果需滿足車輛現(xiàn)實(shí)制動狀態(tài)。摩擦系數(shù)（橫向力系數(shù)SFC）標(biāo)定值使用式（2）計算：

式中，SFC標(biāo)、SFC測依次代表標(biāo)準(zhǔn)測試速度V標(biāo)中等效SFC、現(xiàn)場實(shí)際測試速度V測中SFC。

3.2 抗滑性能檢測步驟

⑴路面橫向力系數(shù)測試車通電預(yù)熱。

⑵路面橫向力系數(shù)測試車的測量車輪預(yù)跑。

⑶路面橫向力系數(shù)測試車需保持勻速行駛狀態(tài)，行駛于需檢測的瀝青混凝土路面，并采用固定出水控制模式，構(gòu)建抗滑性能檢測的瀝青混凝土路面環(huán)境。

⑷瀝青混凝土路面檢測完畢，路面橫向力系數(shù)測試車停止運(yùn)行，結(jié)束檢測程序，提升測量車輪，將全部設(shè)備均恢復(fù)至初始化狀態(tài)，關(guān)閉路面橫向力系數(shù)測試車電源。

⑸結(jié)合路面橫向力系數(shù)測試車檢測的橫向力系數(shù)SFC，參照表2 評定標(biāo)準(zhǔn)，分析公路瀝青混凝土路面抗滑性能。

3.3 抗滑性能檢測過程的數(shù)據(jù)處理

⑴數(shù)據(jù)采集：根據(jù)路面橫向力系數(shù)測試車在瀝青混凝土路面上行駛時，通過拉力傳感器等設(shè)備采集到的相關(guān)數(shù)據(jù)，包括車速、橫向力、載荷等。

⑵數(shù)據(jù)記錄：將采集到的數(shù)據(jù)記錄下來，本文使用電子記錄儀進(jìn)行自動記錄，以確保準(zhǔn)確性和實(shí)時性。

⑶數(shù)據(jù)清洗：對采集到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗和處理，去除異常值或錯誤數(shù)據(jù)，確保后續(xù)分析的準(zhǔn)確性。

⑷數(shù)據(jù)分析：根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)，計算出摩擦系數(shù)的數(shù)值，再根據(jù)設(shè)定的評定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析，判斷公路瀝青混凝土路面的抗滑性能是否符合要求。

本研究設(shè)置了5 個測量點(diǎn)對其車速、橫向力和載荷進(jìn)行測算，測試結(jié)果如表3所示。

表3 測量點(diǎn)抗滑性測試結(jié)果

根據(jù)表3 中所得出的結(jié)果可知，5 個測量點(diǎn)的摩擦系數(shù)均不小于0.55，與表2 設(shè)定的評定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析，最終判斷公路瀝青混凝土路面的抗滑性能符合要求。

4 結(jié)論

本文以公路瀝青混凝土路面的抗滑性能檢測問題進(jìn)行探究，提出基于路面橫向力系數(shù)測試車的瀝青混凝土路面抗滑性能檢測方法，通過實(shí)驗(yàn)表明，該方法是一種高效、準(zhǔn)確的技術(shù)。它具備自動化數(shù)據(jù)采集和處理的優(yōu)勢，能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍、連續(xù)性的檢測工作，利用拉力傳感器實(shí)時采集路面與車輛之間的摩擦力數(shù)據(jù)，可以全程自動化地完成數(shù)據(jù)采集和處理，提高了檢測效率。相對于傳統(tǒng)的人工檢測方法，該方法不僅減少了人工操作的誤差，還能夠?qū)崿F(xiàn)對大范圍路段的連續(xù)性檢測，保證了檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。為公路管理部門提供了重要的決策依據(jù)。另外，該方法對于公路維護(hù)和安全管理具有重要意義。通過及時評估瀝青混凝土路面的抗滑性能，可以有效預(yù)防交通事故的發(fā)生，提高道路通行的安全性和穩(wěn)定性。這對于保障交通運(yùn)輸?shù)臅惩ê吞嵘旭偸孢m度具有重要的實(shí)際意義，并有望在未來得到更廣泛的應(yīng)用和推廣。