【摘 要】
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路面抗滑性能是确保行车安全的重要因素。当车辆在路面行驶时,轮胎与路面之间形成紧密的动力耦合作用体系,轮胎—路面动态摩擦行为将对路面抗滑性能产生直接影响。鉴于摩擦行为的复杂性,通常采用试验测试与仿真分析相结合的方法进行沥青路面摩擦性能的综合研究。然而,受算法及运算效率等因素的影响,目前在胎路耦合摩擦行为动态仿真方面的研究进展受限,沥青路面在轮胎制动工况中的动态摩擦行为机理也尚不明确。因此,为深入研究
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路面抗滑性能是确保行车安全的重要因素。当车辆在路面行驶时,轮胎与路面之间形成紧密的动力耦合作用体系,轮胎—路面动态摩擦行为将对路面抗滑性能产生直接影响。鉴于摩擦行为的复杂性,通常采用试验测试与仿真分析相结合的方法进行沥青路面摩擦性能的综合研究。然而,受算法及运算效率等因素的影响,目前在胎路耦合摩擦行为动态仿真方面的研究进展受限,沥青路面在轮胎制动工况中的动态摩擦行为机理也尚不明确。因此,为深入研究沥青路面摩擦性能,本文以轮胎——路面耦合为切入点,采用实验与数值模拟相结合的方法,全面评价了沥青路面在轮载作用下的结构动力学响应,深入剖析了沥青路面在行车荷载作用下的摩擦性能演变机理。考虑路表纹理的影响,成型了连续式密级配AC-13、间断级配SMA-13及大孔隙开级配OGFC-13等三种级配的沥青路面试件,每种级配下的粗集料分别选用玄武岩、石灰岩、花岗岩。基于此,进行了以下研究:首先,采用铺砂法与断面法测试了各路面试件路表纹理,分析了平均断面深度MPD、平均构造深度MTD与其它纹理参数的相关性。再利用摆式摩擦系数测定仪仪对各试件进行了抗滑测试,研究了各纹理参数与摆值BPN之间的关系。结果表明大部分纹理参数与BPN呈良好的线性关系,可用于路面抗滑性能的评价。由于摆式摩擦仪自身的单一性,仅能模拟低速状态下的路面抗滑特性。因此,接下来采用本课题组自主研发的轮胎——路面摩擦测试系统(Tire-Pavement Dynamic Friction Analyzer,简称TDFA),对路面试件进行了不同工况下的抗滑测试,研究了胎路接触状态、路面构造深度、荷载、速度及轮胎滑移率等因素对路面抗滑的影响。与此同时,考虑平均断面深度、平均压强、轮胎滑动速度与胎路动态摩擦系数T-PDFC的关系,推导出了沥青路面抗滑系数预估模型。为下一步在有限元模型研究中定义轮胎与路面的摩擦行为提供重要的依据。随后,在ABAQUS有限元软件中建立了AC、SMA、OGFC三种类型的路面构造模型,以及具有复杂力学特性的PIARC光圆轮胎模型。分析了不同荷载下的轮胎与路面的接触状态:荷载的增大会引起胎路接触面积与接触压强的增大;相同荷载下,AC路面的接触面积与压强均小于SMA、OGFC路面。紧接着,通过摩擦用户子程序将指数形式的摩擦模型导入了胎路有限元模型,在稳态分析中计算了不同工况下的抗滑系数。发现数值模拟与实验结果呈现相同的变化规律:当对轮胎进行有效制动时,抗滑系数随荷载增大而增大,随速度增大而减小;且存在最佳滑移率,使抗滑系数达到最大值。随后,将其与其它摩擦模型进行对比,证明了该模型的优越性与可靠性。最后,创建了轮胎在路面的滚动模型,并基于计算所得的摩擦系数,在该模型中研究了不同路面对轮胎制动距离的影响。验证了路面抗滑性能越强,轮胎的刹车距离越短的现象。此外,还分析了轮胎在ABS制动作用下的速度变化,发现其减速度在整体上呈逐渐增大的趋势。
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