基于路面水损坏的车路空气动力场分析及车载测试装置研究

发布时间：2019-11-13 23:04

【摘要】：伴随着汽车工业的发展,我国的公路事业也有了巨大的发展。公路是发挥汽车功能的基础,同时对于保障汽车行驶安全也有重要作用。路面技术状况的好坏对于车辆的行车舒适性、行驶安全性和运营成本都有直接的关系。目前我国的沥青路面普遍存在坑槽、翻浆、泛油等早期水损坏现象,对路面使用寿命和汽车行驶性能均有较大影响。为了减少水损坏的影响,公路工程师主要从道路结构、材料等方面进行了深入研究,车辆工程师的研究则更多地侧重于提升汽车本身的性能,尚未从公路和汽车两个行业的结合点对其进行分析。本文将从车路系统综合作用的角度出发,对车、水、气、路共同作用的结果进行理论分析、现场测试和室内验证,深入分析水损坏现象发生、发展的本质,为彻底解决路面水损坏提供基础。水损坏现象的评价是解决水损坏问题的基础。通过理论分析与室内试验相结合的方法,分析了水损坏现象产生的本质机理。同时在传统水损坏评价方法的基础上,突破了单纯考虑水、路作用的局限性,研发了一套能够模拟车、水、气、路综合作用的试验装置及相应的评价方法,该方法更加符合车路系统综合作用的实际情况,使分析结果更加具有说服力。车路系统是一个复合系统,包含了车、水、路、气等因素的综合作用。车辆行进过程中产生的空气动力、路面水膜在运动车辆碾压下形成的动水压力,都会加剧沥青路面的水损坏。针对车路系统中的空气动力以及动水压力进行了理论分析,并分别研发了空气动力的测量装置以及动水压力的模拟测量装置,测量结果与理论分析结果相近。通过理论分析与实际测量,研究了空气动力和动水压力在不同车速下的变化规律,得到了水损坏产生的直接诱发因素。轮胎接地压力是车路系统中各种因素相互作用的基础。高速运动状态下,轮胎接地形状接近矩形,而接地压力的分布呈现出明显的非均布特点。为了对轮胎接地压力的分布形式与荷载大小进行充分的研究,研发了一套路面接地压强的测量装置,在明确了该装置的基本原理与工作流程的基础上,开展了轮胎接地压力的现场测试工作,对于不同车型、不同行驶状态时候的接地压力分布规律进行了研究,建立了由正弦波和荷载间歇构成的两轴和三轴车典型动态加载波形,为沥青混合料力学性能试验提供了更加可靠的动态荷载参数。在车路系统中,空气动力以及动水压力对于沥青混合料渗透性能会产生较大的影响,从而间接影响路面的水损坏。在对沥青路面的常规透水性进行分析的基础上,提出了沥青混合料的空隙层次模型,并通过室内试验,研究了在常压、正压、负压和交替压力下沥青混合料吸水性能的变化,验证了空隙层次模型的可靠性。最后,对沥青混合料在动水压力下的渗透性能进行了试验研究,提出车路系统综合作用下产生的动水压力易引起路面渗透性能的大幅度增长,使路面水损坏的几率增加。考虑车路系统的综合作用,研发了能够有效地将动水压力、空气动力和荷载的综合作用施加于路面结构的路面结构试验平台,针对常规的无内部排水功能的半刚性基层路面和具有内部排水能力的LSPM柔性基层路面进行了水稳定性试验分析,首次通过试验的方法再现了水损坏的发生过程,并且验证了路面结构中对水应防堵与疏排相结合的防治思路。通过沥青路面MMLS3加速加载试验验证了研发平台的试验结果的可靠性。
【图文】：

裂缝,路面,外界

结料（主要指浙青）将粒径不同的碎石粘结到一起，从而形成一定的强度，当碎石之间的胶结作用消失，就会出现松散的现象，如图1-1所示，整段路面出现松散，沥青面层就会显得支离破碎，就像是低等级路面一样，懫用级配碎石进行铺筑，路面有较多的松散现象。为了保持较好的路面情况，只能将原路面挖除后重新铺筑新的面层。如果是出现局部的松散，在一定范围内的碎石颗粒会逐渐被车辆、雨水等带走，而在路表形成一系列的坑洞，称为坑槽，如图1-2所示。松散和坑槽主要是由浙青与集料之间的粘附性差导致的，是混合料水稳定性不足的表现形式[19PG】。if __iM图1?丨松散图1-2坑播如图1-3所示，当路面出现裂缝时，外界水通过裂缝不断渗入路面内部，如果排不出去

示意图,试装,压力传感器,示意图

前面已经提到过，轮胎接地压力试验装置以压力传感器测试法最为普遍，而压力传感器测试法中又分为单点测试法和多点测试法。图1-13是国外典型的轮胎对路面作用力测试装置，该测试装置由传感器阵列组成一个测试平台，如图l-13a,测试时该装置固定位置，如图l-13b,试验车静态置于或以一定速度驶上测试平台，，计算机获得传感器感应的数据之后进行收集、储存和分析处理。该装置主要针对轿车或轻型车轮胎进行试验，所施加的最大荷载为1.5t。H IPHFb(a) (b)图1-13多个压力传感器n,试装置示意图这些装置能又好又快的测量出轮胎接地压力的大小及分布，但也有一些不足11
【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U416.2;U461.51

【参考文献】