SchoolofTransportationSoutheastUniversity安全·環(huán)?！ぶ腔邸惩?019全國高速公路改擴(kuò)建關(guān)鍵技術(shù)研討會暨京臺高速（山東段）成果對接會東南大學(xué)交通學(xué)院瀝青路面抗滑需求分析與對策東南大學(xué)交通學(xué)院huangxm@Tel:

025-837951842019年10月24日目

錄概述01020304瀝青路面紋理特性的采集與表征輪胎-路面相互作用仿真分析結(jié)果拓寬工程的路面結(jié)構(gòu)與再生主要建議05一、概述路面結(jié)構(gòu)性能要求與抗滑性能

路面結(jié)構(gòu)性能要求?

結(jié)構(gòu)性能-抗疲勞、抗車轍、抗開裂?

服務(wù)性能-平整性、抗滑性?

材料特性-耐久性、穩(wěn)定性道路交通死亡人數(shù)持續(xù)攀升，2018年達(dá)

135萬人

事故起因

抗滑性能?

抗滑需求-與交通事故的關(guān)系?

抗滑檢測-概念與應(yīng)用?

抗滑保持-耐久性?

有人駕駛，人為失誤

57~65%?

車、路

單獨(dú)占比很小

2-3%?

良好路面抗滑與合理駕駛

減少25%抗滑性能與交通事故相關(guān)性的研究值得進(jìn)一步引起重視一、概述道路交通特點(diǎn)?

節(jié)假日流量大?

集中在大城市?

節(jié)點(diǎn)影響全局?

氣候影響極大節(jié)假日集中出行且天氣變化（降雨）事故是交通擁堵的主因一、概述高速公路抗滑研究及其意義

研究概況

研究方法特點(diǎn)分析?

路表抗滑特性(PIARC

Catagory)?

輪胎的接地行為(ONG

FWA)?

現(xiàn)場試驗(yàn)：費(fèi)用貴、危險(xiǎn)大?

車路協(xié)同：用于智能駕駛?

輪胎路面相互作用（MagicFormula）

?

仿真模擬：場景多，費(fèi)用少

抗滑性能提升主要因素?

駕駛行為與交通管理?

抗滑性能（尤其是雨天）-紋理類型?

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集并指導(dǎo)駕駛行為駕駛行為

+

抗滑性能

=

安全行駛仿真模擬飛速發(fā)展抗滑性能實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及預(yù)警對提高車輛行駛安全性意義重大一、概述路面結(jié)構(gòu)類型及選擇?半剛性基層瀝青路面

?柔性基層瀝青路面?全厚式瀝青路面◆

設(shè)計(jì)控制要素：瀝青層底拉應(yīng)變、無機(jī)結(jié)合料層底拉應(yīng)力、路基頂面壓應(yīng)變、車轍量

等?！?/p>

瀝青層材料：SMA、Superpave、ATB、AC

等?！?/p>

拓寬工程材料再生：SMA、Superpave、ATB、AC

等綜合或單獨(dú)再生。路面結(jié)構(gòu)組合類型我國瀝青路面半剛性基層破壞在拓寬工程中要考慮新的結(jié)構(gòu)類型目

錄概述01020304瀝青路面紋理特性的采集與表征輪胎-路面相互作用仿真分析結(jié)果拓寬工程的路面結(jié)構(gòu)與再生主要建議05二、瀝青路面紋理特性的采集與表征抗滑的來源?

輪胎與路面的粘附作用(黏附分量)?

路面對輪胎的刺入作用(遲滯分量)瀝青路面抗滑作用的主要來源：宏觀紋理與微觀紋理二、瀝青路面紋理特性的采集與表征測試規(guī)范?

①國內(nèi)瀝青路面抗滑特性的測定:單點(diǎn)紋理、多點(diǎn)紋理、靜態(tài)和動(dòng)態(tài)系數(shù)二、瀝青路面紋理特性的采集與表征測試規(guī)范?

②國外瀝青路面抗滑特性的測定:單點(diǎn)紋理、多點(diǎn)紋理、靜態(tài)和動(dòng)態(tài)系數(shù)二、瀝青路面紋理特性的采集與表征路面表面紋理變化特點(diǎn)?

表面紋理變小趨勢?

密?

不?沂淮段2012~2017年SFC均值變化趨勢圖淮排江水段路2面01與2~密20級17配年路S面FC摩均擦值系變數(shù)化衰趨減勢

圖抗滑特性的變化：與交通荷載、表層類型、評價(jià)指標(biāo)等有關(guān)二、瀝青路面紋理特性的采集與表征傳統(tǒng)能量理論（隨機(jī)點(diǎn)一維等值的表面紋理處理模式）滯后力粘滯力切削力分子引力有水情況下的變形變化儲能模量瀝青路面橡膠輪胎應(yīng)力領(lǐng)先應(yīng)變一個(gè)相位角粘彈性材料耗散模量摩擦力抗滑特性變化、分析方法的缺陷，導(dǎo)致抗滑指標(biāo)與事故關(guān)聯(lián)性差二、瀝青路面紋理特性的采集與表征Persson摩擦理論-分形理論

四個(gè)基本假設(shè)（來源、橡膠模型、表面維度、紋理特征）自相似表面示意圖分形原理示意圖橡膠-粗糙面接觸示意圖Persson遲滯

基于分形特性及路面功率譜

計(jì)入橡膠對表面粗糙度的有關(guān)尺度Persson摩擦理論密度

(PSD)

建立的接觸模型

變形響應(yīng)及滑動(dòng)摩擦對溫度依存性二、瀝青路面紋理特性的采集與表征Persson摩擦理論-通過建立表面譜密度的分形理論

推導(dǎo)運(yùn)用摩擦系數(shù)求解功率譜函數(shù)橡膠復(fù)模量表面功率譜橡膠塊與分形粗糙表面之間的摩擦系數(shù)求解包含功率譜密度的表面摩擦系數(shù)自相似表面功率譜示意圖快速建立路面紋理檢測與抗滑性能關(guān)系目

錄研究背景0102瀝青路面紋理特性的采集與表征03

輪胎-路面相互作用仿真分析結(jié)果拓寬工程的路面結(jié)構(gòu)與再生主要建議0405三、輪胎-路面相互作用仿真分析結(jié)果瀝青路面紋理識別系統(tǒng)自動(dòng)化近景攝影測量系統(tǒng)ACPR自動(dòng)化瀝青路面表面紋理圖像實(shí)時(shí)采集及預(yù)處理Visual

SFM開源框架編程逆向重構(gòu)瀝青路面3D模型GeoMagicMeshLab三維模型處理軟件紋理模型預(yù)處理，求解均方根粗糙度、構(gòu)造深度(a)

點(diǎn)云(b)

網(wǎng)格(c)

路面3D模型(d)

表征紋理的3D模型Persson摩擦理論模型Python編程計(jì)算路面功率譜密度曲線，求輪胎-路面的動(dòng)摩擦系數(shù)三、輪胎-路面相互作用仿真分析結(jié)果功率譜及摩擦系數(shù)計(jì)算AC-13干燥狀態(tài)干燥狀態(tài)潮濕狀態(tài)潮濕狀態(tài)瀝青路面功率譜密度SMA-13瀝青路面動(dòng)摩擦系數(shù)曲線OGFC-13干燥狀態(tài)潮濕狀態(tài)三、輪胎-路面相互作用仿真分析結(jié)果輪胎-路面相互作用的ABAQUS有限元模型建立輪胎水漂模型輪輞瀝青混凝土路面模型流體入口角速度軸載水膜模型線速度輪胎-水膜-路面耦合模型輪胎滑水云圖20km/h30km/h40km/h不同速度下部分滑水水膜流跡60km/h70km/h80km/h三、輪胎-路面相互作用仿真分析結(jié)果輪胎-路面相互作用時(shí)輪胎滑水速度影響因素1401351301251201151101051009516015014013012011010090ACSMAOGFCACSMAOGFC水膜厚度=

5mm輪胎充氣內(nèi)壓=

200kpa8090708580100

120

140

160

180

200

220

240

2600246810輪胎充氣內(nèi)壓(kpa)水膜厚度(mm)12011010090140130120110100900.5mm2mm5mm100kpa165.5kpa200kpa8010mm70250kpa80充氣內(nèi)壓165.5kpa水膜厚度0.5mm601.01.11.2MPD(mm)MPD(mm)不同表面特征條件下(AC

SMA

OGFC)、水膜厚度、輪胎壓力路面滑水速度三、輪胎-路面相互作用仿真分析結(jié)果輪胎-路面相互作用時(shí)輪胎滑水速度影響因素?路面摩擦系數(shù)特點(diǎn)分析：?

路表摩擦系數(shù)?

側(cè)向力與偏角關(guān)系?

數(shù)據(jù)特點(diǎn)?

干燥與潮濕路面抗滑特點(diǎn)：干燥OGFC>干燥SMA>干燥AC>潮濕OGFC>潮濕SMA>潮濕AC三、輪胎-路面相互作用仿真分析結(jié)果輪胎-路面相互作用時(shí)輪胎滑水速度影響因素?潮濕路面抗滑特點(diǎn)?

制動(dòng)距離與降雨的關(guān)系?

降雨強(qiáng)度10mm/h?

降雨強(qiáng)度25mm/h?

降雨強(qiáng)度50mm/h一般情況下AC>SMA>OGFC降雨強(qiáng)度增加，AC與SMA之間差異越來越小三、輪胎-路面相互作用仿真分析結(jié)果輪胎-路面相互作用時(shí)輪胎滑水速度影響因素?潮濕路面?zhèn)然攸c(diǎn)?

偏向偏移與降雨的關(guān)系?

降雨強(qiáng)度10mm/h?

降雨強(qiáng)度25mm/h?

降雨強(qiáng)度50mm/h一般情況下離心力的作用AC>SMA>OGFC降雨強(qiáng)度增加，AC與SMA之間差異越來越小三、輪胎-路面相互作用仿真分析結(jié)果輪胎-路面相互作用行車穩(wěn)定性MATLAB/Simulink-Carsim聯(lián)合仿真?

有人駕駛車輛制動(dòng)控制算法----Simulink實(shí)現(xiàn)勻速行駛?

路表附著特性----有限元理論計(jì)算獲得?

多工況（干燥/潮濕路面、曲線/直線、斜坡）緊急制動(dòng)制動(dòng)停止MATLAB/Simulink-Carsim耦合運(yùn)算示意圖三、輪胎-路面相互作用仿真分析結(jié)果輪胎-路面相互作用行車穩(wěn)定性MATLAB/Simulink-Carsim聯(lián)合仿真?

汽車制動(dòng)特點(diǎn)（盤式抱住輪胎）干燥路面抗滑試驗(yàn)車輛ABS的設(shè)計(jì)及使用的原理三、輪胎-路面相互作用仿真分析結(jié)果輪胎-路面相互作用行車穩(wěn)定性1.2無ABSABSMATLAB/Simulink-Carsim聯(lián)合仿真0.20.0考慮ABS的影響制動(dòng)總缸0.00.51.01.5時(shí)間

(s)2.02.53.0制動(dòng)踏板制動(dòng)盤加速器ABS控制滑移率對比圖1209060300無ABSABS實(shí)地試驗(yàn)結(jié)果制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器電子控制單元ABS警示燈ABS系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)管路0306090120150速度(km/h)行駛車輛抗滑供給與實(shí)時(shí)路表紋理有關(guān)ABS控制制動(dòng)距離對比圖三、輪胎-路面相互作用仿真分析結(jié)果輪胎-路面相互作用時(shí)車輛行駛側(cè)向加速度

等分析0.2干燥AC0.0干燥AC干燥SMA干燥OGFC干燥SMA干燥OGFC0.10.00123401234時(shí)間(s)時(shí)間

(s)實(shí)時(shí)側(cè)向加速度圖實(shí)時(shí)車身側(cè)傾角圖1.00.81mm5mm8mm601mm5mm8mm

通過路面紋理檢測實(shí)時(shí)監(jiān)控車輛行駛狀態(tài)，提高安全性0.4300.2200.0555560657075806065707580速度

(km/h)速度(km/h)不同水膜厚度瀝青路面上曲線側(cè)向偏移距離與速度關(guān)系圖不同水膜厚度瀝青路面上曲線制動(dòng)距離與速度關(guān)系圖三、輪胎-路面相互作用仿真分析結(jié)果抗滑標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求?

①公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范

(JTJ

014-1997)三、輪胎-路面相互作用仿真分析結(jié)果抗滑標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求?

②公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范

(JTG

D50-2006)三、輪胎-路面相互作用仿真分析結(jié)果抗滑標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求?

③公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范

(JTG

D50-2017)三、輪胎-路面相互作用仿真分析結(jié)果抗滑標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求?

④城鎮(zhèn)道路路面設(shè)計(jì)規(guī)范（CJJ

169-2011）三、輪胎-路面相互作用仿真分析結(jié)果抗滑標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求?

⑤澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)InvestigatorylevelofSFCSiteDescription0.30

0.35

0.40

0.45

0.50

0.551

Trafficlightspedestrianxings,etc.2

Tightcurves,freewayramps3

intersections4

Manoeuvre-freeundividedroads5

Manoeuvre-freedividedroads>

2,500

veh/lane.day<

2,500

veh/lane.dayAustralia三、輪胎-路面相互作用仿真分析結(jié)果抗滑標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求?

路面抗滑與路面類型關(guān)系密切，必須合理選擇路面抗滑層拓寬工程內(nèi)側(cè)高速車道排水瀝青路面表面抗滑：輪胎-路面積水、具有奇異紋理的路面

等目

錄研究背景01020304瀝青路面表面特性理論輪胎-路面相互作用模擬仿真拓寬工程的路面結(jié)構(gòu)與再生主要建議05四、拓寬工程的路面結(jié)構(gòu)與再生我國典型結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀與問題?

強(qiáng)度太高-路面結(jié)構(gòu)剛度太大引起開裂，承載力影響嗎彎G30（連-霍

高速公路）甘肅酒泉-嘉峪關(guān)段四、拓寬工程的路面結(jié)構(gòu)與再生傳統(tǒng)的基于壓應(yīng)力的結(jié)構(gòu)組合四、拓寬工程的路面結(jié)構(gòu)與再生應(yīng)力分布四、拓寬工程的路面結(jié)構(gòu)與再生拉應(yīng)力分布拉應(yīng)力分布四、