[发明专利]一种基于道路纵断面信息的路面质量等级辨识方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种道路纵断面信息的量化处理方法，尤其涉及一种基于道路纵断面信息的路面质量等级辨识方法。

背景技术

随着汽车需求的日益增长，汽车市场日益呈现出前所未有的活力。自2009年以来，我国持续成为全球最大汽车产销国，在汽车的研发方面也逐步走向正轨，进入了自主研发的新阶段。在“路面-汽车-人”的基本系统研究构架下，路面不平度作为车辆最原始的激励，直接影响车辆的平顺性、乘坐舒适性以及承载系的可靠性和寿命。因此如何对道路信息进行有效地采集和处理，对路面的质量等级进行检测和评定，是汽车研发中一项重要的课题。

目前国内外常用的道路信息处理和路面性能评价指标主要有：国际平整度指数、直尺测量最大间隙与平整度标准差、纵断面指数、功率谱密度、平均评分等级、行驶质量系数和竖向加速度均方根值等，其中应用最广泛的为功率谱密度法和国际平整度指数法。

功率谱密度，即power spectral density，简称PSD。PSD法属于静态反应法，它把道路看成是由不同短波、中波、长波组成，根据对道路纵断面高程的测量结果得到路面的功率谱密度，进而评价道路的不平整特性。但是PSD法虽然计算精度较高，但是只能单一的通过分析某一条功率谱密度曲线对测试道路的路面质量做出评价，对于大量道路谱数据来说，没有统一的标准，多用于对某小段道路数据进行理论分析研究。国际平整度指数，即International Roughness Index，简称IRI。此方法属于动态反应法，即采用四分之一车辆模型，以规定速度(80km/h)在测试道路上行驶，然后计算出每公里距离内动态反应悬挂系统的累计垂向位移，即为IRI值。IRI法是一种间接测量方法，其计算比较简单，便于从宏观上评价整体道路的质量，但是其测量的准确性较大程度的依赖于测量仪器的精度，因此多应用于工程实践。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于道路纵断面信息的路面质量等级辨识方法，综合路面评价方法PSD法和IRI法的优点，基于道路纵断面高程信息，定量的辨识道路的质量等级分布情况，为大规模的汽车仿真实验提供有效的实验数据。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于道路纵断面信息的路面质量等级辨识方法，主要包含以下6个步骤：

步骤一、提取有效道路纵断面高程信息，建立道路数据库：将激光位移传感器安装在试验车上，采集测试道路的纵断面高程信息，构建道路纵断面空间域数据库；根据采样定理，对道路数据库中的空间域数据按照水平位移进行分段处理，即对整段长为L₁米的道路库数据进行分段处理，每L米为一段样本数据，则共有段样本数据，将每段空间域数据分别绘制成横坐标为水平位移，纵坐标为纵断面高程的空间域曲线；

步骤二、分段生成功率谱密度曲线，并进行带通滤波处理：对所述步骤一中测试道路的σ条纵断面曲线进行快速傅里叶变换，生成σ条功率谱密度曲线；同时对所得到的功率谱密度曲线按照倍频带、1/3倍频带和1/12倍频带的多倍频程的方式进行带通滤波处理，从而得到功率谱密度的光滑曲线；

步骤三、提取PSD路面特征参数，即路面不平度系数和频率指数：对所述步骤二中每条双对数坐标系下的功率谱密度曲线进行线性拟合，得到PSD路面特征参数，即路面不平度系数G_q(n₀)和频率指数W；

步骤四、建立PSD路面特征参数数据库，绘制PSD特征参数概率密度分布图：对步骤二中的σ条功率谱密度曲线重复所述步骤三的操作，得到σ个由路面不平度系数G_q(n₀)和频率指数W组成的二维数组，它们共同构成了该测试道路的PSD路面特征参数数据库；将得到的σ组数据绘制于横坐标为频率指数，纵坐标为路面不平度系数的对数坐标系下，统计每个特征点的概率密度，做出概率密度等高线，并用不同的灰度值表示不同的概率密度；

步骤五、将PSD特征参数转换成IRI值，生成三维map，做出道路质量等级等高线：将PSD特征参数，即路面不平度系数和频率指数转换成对应的IRI值，利用线性插值的方法生成x轴为频率指数，y轴为路面不平度系数，z轴为IRI值的三维map图；根据各等级路面的IRI门限值，在PSD特征参数对数坐标系下做出路面质量等级等高线，划分出不同等级路面的区域范围；