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摘要：介绍了国内外路面平整度检测方法的研究现状，为了研究颠簸累积仪检测路面平整度方法，针对于30km/h、40km/h、50km/h、60km/h四种行车速度进行测试，找出测试车速对于颠簸累积值的影响规律。
关键词：平整度，颠簸累积仪，测试车速，影响规律
1、路面平整度检测方法研究现状
自从人类修建道路以来，就对路面行驶舒适度很敏感。人们认识到路面的平整度是舒适度的主要影响因素，所以努力寻找能客观量测路面平整度的方法与仪器。平整度测定方法大体上可划分为三大类：（1）断面类平整度测定；（2）反应类平整度测定；（3）主观评估法。
断面类平整度测定方法可分为两类：静态纵断面测定与动态纵断面测定。早期路面平整度测定主要是通过静态法量测路表面的凹凸变化，沿行驶车辆的轮迹量测路表面的高程，得到纵断面，通过数学分析后采用一综合性统计量表征其平整度。水准测量就是应用水准仪量测路表高程，再得到路面纵断面。水准测量速度太慢，不适用于较长路段及大面积施工验收。之后发展了3m直尺测量方法，它是目前我国路面平整度主要测量方法之一，也是施工阶段控制路面平整度常用的方法，《公路工程质量检验评定标准》中对该方法有详细要求与标准。随后又推出了滑动直尺测量方法，它通过记录直尺中心处的偏差来测定平整度，结果以每英里的偏差表示。由于滑动直尺滑动时会有磨损与破坏等明显的不足，很快就在其基础上改进得到三轮仪，这也是英国运输和道路研究所研制的梁式断面仪的雏形。由于三轮仪是通过三点与地面接触，当其前轮、中轮及后轮经过路面颠簸处时，会分别记录一次，使某些路面变形在量测时增长了二倍，又由于基准长度有限，某些波长路面变形无法量测。为了克服三轮仪的这个问题，在前后轮处增加一系列的轮子，以所有轮子平均高程作为参照高程，量测中心轮对于参照高程的偏差。这种方法一直延续到今，如我国西安公路研究所、北京市政工程研究院及上海市政工程研究院于上世纪80年代初期所研制的连续式平整度仪等。直至该阶段，所用测量方法是直接测量道路表面凹凸状况得到纵断面。工程师又发明了很多巧妙的方法间接得到路面纵断面。主要是惯性断面仪，在测试车车身上安置竖向加速度计得到惯性参考系来计算车身的高程，然后再通过接触式或非接触式设备量测车身同路表面之间的距离，两者相结合得到路面纵断面高程。这类仪器有通用汽车公司的GMR类断面仪、法国桥路中心试验室(LCPC)的APL、各式激光断面仪等。
上世纪二十年代，公路工程师与汽车工程师意识到路面不平度是引起车辆振动的主要原因，从而尝试通过量测车辆振动反应来量测路面不平度。最早是纽约州通过测量客车悬挂系统的位移来评价路面不平度。由于车辆机械振动系统自身属性的差异对测量结果影响很大，接下来近十年内，试图建立标准化的测试车系统。1941年美国公路局研制BPR平整度仪，TRRL利用相同原理开发了颠簸累积仪。我国交通部公路科学研究所七五期间研制了简单式颠簸累积仪。该类平整度仪就是一辆单轮拖车，通过机械式积分器记录车辆振动反应量。该拖车尺寸、各部件的质量以及轮胎、悬挂系统都是标准配制，目的是使不同设备上的测量结果具有可比性。二十世纪六十年代AASHTO道路试验开发了另一种重要的平整度测量仪器CHLOE。CHLOE由一辆带两个小轮的拖车组成，通过记录两轮上的坡度偏差(SV)来表示平整度，而AASHTO通过SV建立路面服务性能指数(PSI)。由于以上设备测量时车速不能太快，为了能以正常行驶车速测量路面平整度，在二十世纪六十年代，开发了如Mays仪、PCA仪及澳大利亚NAASRA仪等平整度仪。这些仪器将测量设备直接安装在测量车内，通过测量累积车轴竖向位移量来表征车辆不平整度。这一类仪器就是反应类平整度测量系统(RTRRMS)。到了上世纪70年代后期，美国基本上一半的州使用这类仪器测定不平整度。
主观评估法：当精度要求不高时，可组织评分小组，根据乘车的体验或目测检查，对路面的行驶舒适性给予评分，依据小组平均评分的高低，评估路面的平整度。
2、颠簸累积仪简介
采用交通部公路科学研究所研制的ZCD2000型平整度测试仪。此测试仪属于车载式颠簸累积仪，通过测量车辆在路面上通行时后轴与车厢之间的单向位移累积值VBI来表示路面的平整度，单位cm/km。通过对车载式颠簸累积仪的标定换算，可以直接得到标准差σ（mm）和国际平整度指数IRI（m/km）。
ZCD2000型平整度测试车的测试精度和测试速度均较高，拥有良好的数据处理和输出功能，是测量道路平整度的高效反应类车载式测试仪器，具有自动、高效、高精度等特点，可即时显示路面任意段长度的国际平整度IRI、标准差σ、行驶质量指数RQI等参数，以及测试车的颠簸累积值VBI、测试时的速度及所测试的距离等数据，所有原始数据可自动保存，并可自动处理成每百米和每公里国际平整度指数IRI、标准差σ、行驶质量指数RQI，能直接进入CPMS路面管理系统。
数据采集处理系统中的下位机将采集到的位移和距离传感器的信号定时送到上位机进行处理并显示记录。位移传感器通过机壳上的固定孔安装到装载车的底板上。传感器的定量位移轮内装有日本OMRON公司的光电式旋转编码器，通过钢丝绳将此位移轮与汽车后桥相连。当车辆行驶时，由于路面的不平会使后桥与车厢之间产生上下相对位移，钢丝绳便带动定量位移轮转动，使其内部的光电编码器旋转，同时输出一系列脉冲信号。脉冲信号经信号处理盒内的转动方向判别电路滤取单向转动脉冲并分频换算，使每一脉冲输出成为一定的单向位移量信号，此信号经过计算机数据采集处理系统的预处理，连同行车的距离信号一起，经便携式计算机处理后显示出来，并以一定的数据模式记录在数据文件中，供进一步分析处理。
ZCD2000平整度测试车是反应类平整度测量仪器，测试车经过被测路面时，后车轴与车厢之间的单向位移累积值即表征了路面的平整度状况，路面平整度好的累积值小，路面平整度差的累积值大。此颠簸累积值的大小和仪器装载车的底盘悬挂性能有关，因此仪器装车后应经过标定校准，与国际平整度指数IRI和标准差σ建立起对应关系，方能投入正式使用。
3、不同车速对颠簸累积仪检测结果的影响
为分析不同测试速度对测试结果颠簸累计值VBI（mm/km）的影响规律，分别采用30km/h、40km/h、50km/h、60km/h四种行车速度进行测试。取500m路段做不同车速下的颠簸累积值测定，五种测试车速得到的颠簸累积值结果见表1和图1。
由表1和图1可以看出，在30km/h到60km/h范围内随着车速的增加，所得到的VBI值呈现减小的趋势，可见在这个车速范围内，随着车速的增加，行驶舒适性变好。
4、结论
目前平整度测定方法可划分为三大类：断面类平整度测定、反应类平整度测定和主观评估法。本研究采用的是交通部公路科学研究所研制的ZCD2000型平整度测试仪。研究结果表明，在30km/h~60km/h的测试车速范围内，随着车速的增加，行车舒适性有所提高。
注：文章内所有公式及圖表请用PDF形式查看。
关键词：平整度，颠簸累积仪，测试车速，影响规律
1、路面平整度检测方法研究现状
自从人类修建道路以来，就对路面行驶舒适度很敏感。人们认识到路面的平整度是舒适度的主要影响因素，所以努力寻找能客观量测路面平整度的方法与仪器。平整度测定方法大体上可划分为三大类：（1）断面类平整度测定；（2）反应类平整度测定；（3）主观评估法。
断面类平整度测定方法可分为两类：静态纵断面测定与动态纵断面测定。早期路面平整度测定主要是通过静态法量测路表面的凹凸变化，沿行驶车辆的轮迹量测路表面的高程，得到纵断面，通过数学分析后采用一综合性统计量表征其平整度。水准测量就是应用水准仪量测路表高程，再得到路面纵断面。水准测量速度太慢，不适用于较长路段及大面积施工验收。之后发展了3m直尺测量方法，它是目前我国路面平整度主要测量方法之一，也是施工阶段控制路面平整度常用的方法，《公路工程质量检验评定标准》中对该方法有详细要求与标准。随后又推出了滑动直尺测量方法，它通过记录直尺中心处的偏差来测定平整度，结果以每英里的偏差表示。由于滑动直尺滑动时会有磨损与破坏等明显的不足，很快就在其基础上改进得到三轮仪，这也是英国运输和道路研究所研制的梁式断面仪的雏形。由于三轮仪是通过三点与地面接触，当其前轮、中轮及后轮经过路面颠簸处时，会分别记录一次，使某些路面变形在量测时增长了二倍，又由于基准长度有限，某些波长路面变形无法量测。为了克服三轮仪的这个问题，在前后轮处增加一系列的轮子，以所有轮子平均高程作为参照高程，量测中心轮对于参照高程的偏差。这种方法一直延续到今，如我国西安公路研究所、北京市政工程研究院及上海市政工程研究院于上世纪80年代初期所研制的连续式平整度仪等。直至该阶段，所用测量方法是直接测量道路表面凹凸状况得到纵断面。工程师又发明了很多巧妙的方法间接得到路面纵断面。主要是惯性断面仪，在测试车车身上安置竖向加速度计得到惯性参考系来计算车身的高程，然后再通过接触式或非接触式设备量测车身同路表面之间的距离，两者相结合得到路面纵断面高程。这类仪器有通用汽车公司的GMR类断面仪、法国桥路中心试验室(LCPC)的APL、各式激光断面仪等。
上世纪二十年代，公路工程师与汽车工程师意识到路面不平度是引起车辆振动的主要原因，从而尝试通过量测车辆振动反应来量测路面不平度。最早是纽约州通过测量客车悬挂系统的位移来评价路面不平度。由于车辆机械振动系统自身属性的差异对测量结果影响很大，接下来近十年内，试图建立标准化的测试车系统。1941年美国公路局研制BPR平整度仪，TRRL利用相同原理开发了颠簸累积仪。我国交通部公路科学研究所七五期间研制了简单式颠簸累积仪。该类平整度仪就是一辆单轮拖车，通过机械式积分器记录车辆振动反应量。该拖车尺寸、各部件的质量以及轮胎、悬挂系统都是标准配制，目的是使不同设备上的测量结果具有可比性。二十世纪六十年代AASHTO道路试验开发了另一种重要的平整度测量仪器CHLOE。CHLOE由一辆带两个小轮的拖车组成，通过记录两轮上的坡度偏差(SV)来表示平整度，而AASHTO通过SV建立路面服务性能指数(PSI)。由于以上设备测量时车速不能太快，为了能以正常行驶车速测量路面平整度，在二十世纪六十年代，开发了如Mays仪、PCA仪及澳大利亚NAASRA仪等平整度仪。这些仪器将测量设备直接安装在测量车内，通过测量累积车轴竖向位移量来表征车辆不平整度。这一类仪器就是反应类平整度测量系统(RTRRMS)。到了上世纪70年代后期，美国基本上一半的州使用这类仪器测定不平整度。
主观评估法：当精度要求不高时，可组织评分小组，根据乘车的体验或目测检查，对路面的行驶舒适性给予评分，依据小组平均评分的高低，评估路面的平整度。
2、颠簸累积仪简介
采用交通部公路科学研究所研制的ZCD2000型平整度测试仪。此测试仪属于车载式颠簸累积仪，通过测量车辆在路面上通行时后轴与车厢之间的单向位移累积值VBI来表示路面的平整度，单位cm/km。通过对车载式颠簸累积仪的标定换算，可以直接得到标准差σ（mm）和国际平整度指数IRI（m/km）。
ZCD2000型平整度测试车的测试精度和测试速度均较高，拥有良好的数据处理和输出功能，是测量道路平整度的高效反应类车载式测试仪器，具有自动、高效、高精度等特点，可即时显示路面任意段长度的国际平整度IRI、标准差σ、行驶质量指数RQI等参数，以及测试车的颠簸累积值VBI、测试时的速度及所测试的距离等数据，所有原始数据可自动保存，并可自动处理成每百米和每公里国际平整度指数IRI、标准差σ、行驶质量指数RQI，能直接进入CPMS路面管理系统。
数据采集处理系统中的下位机将采集到的位移和距离传感器的信号定时送到上位机进行处理并显示记录。位移传感器通过机壳上的固定孔安装到装载车的底板上。传感器的定量位移轮内装有日本OMRON公司的光电式旋转编码器，通过钢丝绳将此位移轮与汽车后桥相连。当车辆行驶时，由于路面的不平会使后桥与车厢之间产生上下相对位移，钢丝绳便带动定量位移轮转动，使其内部的光电编码器旋转，同时输出一系列脉冲信号。脉冲信号经信号处理盒内的转动方向判别电路滤取单向转动脉冲并分频换算，使每一脉冲输出成为一定的单向位移量信号，此信号经过计算机数据采集处理系统的预处理，连同行车的距离信号一起，经便携式计算机处理后显示出来，并以一定的数据模式记录在数据文件中，供进一步分析处理。
ZCD2000平整度测试车是反应类平整度测量仪器，测试车经过被测路面时，后车轴与车厢之间的单向位移累积值即表征了路面的平整度状况，路面平整度好的累积值小，路面平整度差的累积值大。此颠簸累积值的大小和仪器装载车的底盘悬挂性能有关，因此仪器装车后应经过标定校准，与国际平整度指数IRI和标准差σ建立起对应关系，方能投入正式使用。
3、不同车速对颠簸累积仪检测结果的影响
为分析不同测试速度对测试结果颠簸累计值VBI（mm/km）的影响规律，分别采用30km/h、40km/h、50km/h、60km/h四种行车速度进行测试。取500m路段做不同车速下的颠簸累积值测定，五种测试车速得到的颠簸累积值结果见表1和图1。
由表1和图1可以看出，在30km/h到60km/h范围内随着车速的增加，所得到的VBI值呈现减小的趋势，可见在这个车速范围内，随着车速的增加，行驶舒适性变好。
4、结论
目前平整度测定方法可划分为三大类：断面类平整度测定、反应类平整度测定和主观评估法。本研究采用的是交通部公路科学研究所研制的ZCD2000型平整度测试仪。研究结果表明，在30km/h~60km/h的测试车速范围内，随着车速的增加，行车舒适性有所提高。
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