基于刹车距离的路面抗滑性能一体化评价方法与流程

本发明属于道路工程，具体涉及一种基于刹车距离的路面抗滑性能一体化评价方法。

背景技术：

1、路面横向力系数(sideway force coefficient，简称sfc)是评价路面抗滑性能的重要指标，在高速公路运营期间，通常采用路面横向力系数评定该路面是否需要开展抗滑养护工作。在《公路技术状况评定标准》(jtg 5210-2018)发布以后，新增加一项评价路面抗滑性能的指标，该指标为路面磨耗率(wear ratio，简称wr)，路面磨耗率由激光平均断面深度(mean profile depth，简称mpd)根据特定模型公式计算得到。目前，行业内的专家学者以及现场施工人员都将路面横向力系数sfc和路面磨耗率wr作为两个独立的评价指标使用，养管单位在评价路面抗滑性能时，会根据实际需要选择其中一个指标进行测评。

2、沥青路面具有丰富的表面纹理，道路在建成通车初期呈现出优异的抗滑性能，但是在实际工程中，路表纹理受到持续不断的磨耗作用而不断衰减，这会导致路面横向力系数sfc在通车3-5年后开始快速衰减，在通车8-10年后局部段落低于养护阈值40。路面横向力系数sfc的测试原理和测试速度使其更多地偏重对路面微观纹理的评价，而沥青路面具有丰富宏观纹理的优势无法得到完全体现。路面磨耗率wr是一项基于激光平均断面深度mpd计算得到的指标，它在一定程度上能够表征路面的宏观纹理状况。

3、目前，我国大多数养管单位仍以路面横向力系数sfc作为路面抗滑性能的评价指标，这会导致路面抗滑性能的评价维度不全面。众所周知，行驶车辆的轮胎与路面接触受到摩擦力作用，当采取制动行为后，车辆的速度不断衰减直至刹停，车辆在整个过程行驶的距离即为刹车距离。刹车距离是路表宏观纹理和微观纹理耦合作用下路面摩擦力的综合体现，它能够真实地表征路面的抗滑性能，但是现有技术中没有记载任何将刹车距离与路面横向力系数sfc和激光平均断面深度mpd结合起来的关系模型，更没有记载任何基于刹车距离来评价路面抗滑性能的方法。因此，如何将路面横向力系数sfc和激光平均断面深度mpd两项指标结合起来作为一体化指标评价路面的抗滑性能是重要且迫切的需求。

4、申请公布号为cn115855798a的发明专利公开了一种动态能量耗散式路面抗滑性能测试仪及其方法，该测试仪包括整体支架、车辆轮胎、加速传动轴、速度控制器、车轮固定与松开装置、车辆轮胎升降控制器、车轮临界接触传感器及车轮抱死控制器、起始作用力与速度传感器、终止作用力与速度传感器、车轮滑动轨道和车轮制动轨道等。该测试方法包括以下步骤：设定车辆轮胎转速，通过加速传动轴将车辆轮胎加速至设定转速；控制车辆轮胎上下垂直移动至与测试路面刚接触状态，模拟紧急情况下完全刹车状态；测试车辆轮胎与测试路面刚接触时，车辆轮胎被抱死后的作用力和速度；车辆轮胎滑过测试路面的被测试面，经过一定的测试距离，达到测试终点位置时记录车辆轮胎的作用力与速度；通过计算与显示器显示出单位距离、单位时间内车辆轮胎与路面之间的动态耗散能；车辆轮胎进行缓冲减速，达到车轮强制制动卡轴位置时，被强制停止运行。该技术方案虽然在测试路面抗滑性能时引入了刹车距离，但是需要借助特定的测试仪器，而该测试仪器的结构较为复杂，结构越复杂，测试结果误差越大，测试可靠性和准确性都有待提高。

5、申请公布号为cn107798174a的发明专利公开了一种基于灰关联法的沥青路面抗滑影响因素评估方法，包括以下步骤：选取摆值、构造深度或横向力系数作为沥青路面抗滑性能的评价指标，并测量构成沥青路面面层的沥青混合料的物理性质；根据沥青路面表层的抗滑性能及沥青混合料的物理性能计算灰关联分析参数；根据灰关联分析参数计算灰关联度，然后根据灰关联度确定沥青混合料物理性能的变化对沥青路面表层抗滑性能的影响，完成基于灰关联法沥青路面抗滑影响因素的评估。该技术方案在评价路面抗滑性能时，选取了构造深度或者横向力系数作为评价指标，而构造深度侧重评价宏观纹理，横向力系数侧重评价微观纹理，该技术方案将这两个指标独立使用，所以不能全面地、综合地评价路面抗滑性能。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于刹车距离的路面抗滑性能一体化评价方法，按照先后顺序包括以下步骤：

2、步骤一：按照测试要求选取基准路面，将刹车测试系统安装到测试车辆上，测试车辆以设定速度匀速驶入基准路面，当测试车辆完全驶入基准路面后，操作人员以一定的踩踏力踩踏制动踏板，开始现场测试刹车距离；

3、步骤二：测试车辆在刹车过程中持续均匀减速，直至测试车辆平稳停车；待测试车辆平稳停车后，在刹车测试系统中获取测试车辆的制动初速度和刹车距离；

4、步骤三：按照设计的刹车系数模型计算测试车辆在不同测试路段上的刹车系数，并通过刹车系数判断该测试路段上的刹车距离是否有效，同时调试测试车辆的行驶状态和测试次数，以确保该测试路段上的刹车距离有效且符合设计要求；

5、步骤四：针对基准路面，建立刹车距离与路面横向力系数和激光平均断面深度的指数模型，同时在不同测试路段上分别测试刹车距离、路面横向力系数和激光平均断面深度三个参数，并将三个参数代入相应测试路段的指数模型中，经过拟合计算，获得指数模型中模型系数的具体值；将模型系数的具体值代入指数模型中，即可获得基准路面的刹车距离与路面横向力系数和激光平均断面深度的指数模型；

6、步骤五：根据《公路技术状况评定标准》(jtg 5210-2018)确定路面横向力系数的分级阈值，同时设计激光平均断面深度的分级阈值；按照不同评定级别，将路面横向力系数的分级阈值和激光平均断面深度的分级阈值代入基准路面的刹车距离与路面横向力系数和激光平均断面深度的指数模型中，经过计算，获得不同评定级别所对应的预测刹车距离的分级阈值；

7、步骤六：针对待测路面，在不同测试路段上分别测试路面横向力系数和激光平均断面深度两个参数，并将两个参数代入基准路面的刹车距离与路面横向力系数和激光平均断面深度的指数模型中，经过计算，获得不同测试路段的预测刹车距离；

8、步骤七：根据不同测试路段上预测刹车距离所处的预测刹车距离的分级阈值区间，即可一体化评价该待测路面上不同测试路段的抗滑性能。

9、优选的是，步骤一中，所述基准路面为平坦、硬实、清洁、干燥的路面，其国际平整度指数不大于2.3m/km、代表弯沉不大于8(0.01mm)、路面长度不小于100m、路面宽度不小于6m；所述测试车辆的胎压为162-168kpa、设定速度为18m/s、踩踏力不小于65n。

10、在上述任一方案中优选的是，步骤三中，所述刹车系数模型为式中，

11、sdn——测试车辆在不同测试路段上的刹车系数，无量纲；

12、v0——测试车辆的制动初速度，单位m/s；

13、sd——测试车辆的刹车距离，单位m；

14、g——重力加速度，单位m/s2，取9.8m/s2。

15、在上述任一方案中优选的是，步骤三中，在刹车过程中，如果测试车辆行驶在轮迹带外的距离超过刹车距离的20％或者刹车时测试车辆偏离测试车道，那么该次刹车测试无效；在同一测试路段上进行多次刹车测试，如果某一次刹车的刹车系数与多次刹车的刹车系数平均值相差超过5，那么该次刹车测试无效，每个测试路段上至少测试三次有效的刹车距离。

16、在上述任一方案中优选的是，步骤四中，针对基准路面，建立刹车距离与路面横向力系数和激光平均断面深度的指数模型，该指数模型为式中，sd——测试车辆的刹车距离，单位m；

17、t——模型转换系数，单位m，取1m；

18、a——模型系数，无量纲，变量；

19、b——模型系数，无量纲，变量；

20、e——自然常数，无量纲，取2.7；

21、sfc0——路面横向力系数设定值，无量纲，取48；

22、sfc——路面横向力系数，无量纲；

23、mpd0——激光平均断面深度设定值，单位mm，取0.8mm；

24、mpd——激光平均断面深度，单位mm。

25、在上述任一方案中优选的是，步骤四中，经过拟合计算，获得指数模型中模型系数的具体值，该模型系数为指数模型中的a和b。

26、在上述任一方案中优选的是，步骤五中，所述路面横向力系数的分级阈值按照评定级别优、良、中、次依次为48、40、35.5和27.5，所述激光平均断面深度的分级阈值按照评定级别优、良、中、次依次为0.8mm、0.55mm、0.4mm和0.25mm。

27、在上述任一方案中优选的是，在整个现场测试刹车距离的过程中，风速不大于3m/s，环境温度为5-35℃，路面温度为10-40℃，环境温度和路面温度的变化均不大于10℃。

28、本发明中，所使用的刹车测试系统、路面横向力系数测试系统、激光平均断面深度测试系统采用现有技术的系统或设备即可，对设备型号和使用方法没有特殊限定。在判断刹车距离是否有效时，所说的某一次刹车的刹车系数与多次刹车的刹车系数平均值相差超过5，即与刹车系数平均值相比，大于5或小于5都属于刹车测试无效。在确定模型系数a和b时，至少需要两组不同测试路段的测试数据，包括测试车辆的刹车距离sd、路面横向力系数sfc、激光平均断面深度mpd等三个参数，并且每个测试路段至少需要三次有效的刹车距离，也即每个测试路段上的三个参数都至少有三个有效数据，然后分别取平均值，将平均值代入指数模型中，经过拟合计算，获得模型系数a和b的具体值。

29、本发明的基于刹车距离的路面抗滑性能一体化评价方法，能够准确地测试车辆在路面上的刹车距离，并通过测试刹车距离，建立刹车距离与路面横向力系数和激光平均断面深度的指数模型，同时确定了预测刹车距离的分级阈值，进而全面地评价路面的真实抗滑性能，科学指导路面抗滑养护决策，解决了现有技术独立使用路面横向力系数或激光平均断面深度都无法全面评价路表纹理状况的难题。

30、本发明的基于刹车距离的路面抗滑性能一体化评价方法，具有如下有益效果：

31、(1)能够全面地评价路面的抗滑性能：路面的抗滑性能与路表微观纹理和宏观纹理均密切相关，但是目前采用的抗滑性能评价指标中，路面横向力系数主要受微观纹理的影响，激光平均断面深度主要受宏观纹理的影响。我国大多数养管单位仍以路面横向力系数作为路面抗滑性能的评价指标，这就导致抗滑性能的评定不够全面，而刹车距离是路表宏观纹理和微观纹理耦合作用下路面摩擦力的综合体现，它能够真实地表征路面的抗滑性能。

32、(2)能够避免采用路面横向力系数和激光平均断面深度评价抗滑性能出现矛盾：《公路技术状况评定标准》(jtg 5210-2018)规定路面抗滑性能指数sri和路面磨耗指数wri均可用于评定路面的抗滑性能，二选一即可。表1和表2分别给出了路面横向力系数和路面磨耗率的评定标准，由于两个评定指标之间完全独立、毫无关联，所以会出现二者的评定等级不一致的情况，使抗滑性能的评定出现矛盾。本发明耦合了路面横向力系数和激光平均断面深度两项指标，基于刹车距离构建了二者之间的相互关系模型，在模型中输入这两项指标的测试值后，即可获得刹车距离的预测值，从而基于刹车距离获得抗滑性能的唯一评定等级，避免出现矛盾情况。

33、表1路面横向力系数sfc的评定标准

34、 评定等级 优 良 中 次 差 sri ≥90 ≥80，＜90 ≥70，＜80 ≥60，＜70 ＜60 sfc ≥48 ≥40，＜48 ≥33.5，＜40 ≥27.5，＜33.5 ＜27.5

35、表2路面磨耗率wr的评定标准

36、 评定等级 优 良 中 次 差 pwi ≥90 ≥80，＜90 ≥70，＜80 ≥60，＜70 ＜60 wr(％) ≤9.6 ＞9.6，≤23.2 ＞23.2，≤38.9 ＞38.9，≤56.1 ＞56.1