[发明专利]基于橡胶-粗糙表面接触的摩擦力学建模方法

说明书

本发明公开了一种基于橡胶‑粗糙表面接触的摩擦力学建模方法。具体步骤：建立DFT橡胶垫的几何模型、获取道路剖面图、对橡胶滑动部分与路表纹理剖面进行假定、计算橡胶粗糙路表接触的控制方程、基于数值分辨率简化算法计算及测定DFT橡胶垫特性。本发明通过建立动摩擦试验仪(DFT)橡胶几何模型、获取道路剖面图、对橡胶滑动部分与路表纹理进行假定、计算橡胶粗糙表面接触控制方程、基于数值分辨率建立橡胶粗糙表面接触的橡胶滞后摩擦计算方法，对摩擦系数进行求解，实现形貌快速检测代替现场摩擦检测，在提高检测人身安全、降低成本的同时提高路面抗滑性能。

技术领域

本发明属于路面特性及数值分析领域，具体涉及一种基于橡胶-粗糙表面接触的摩擦力学建模方法。

背景技术

抗滑性能是影响道路行车安全的主要要素之一，主要取决于车辆轮胎与路表之间产生的摩擦力，影响驾驶员控制车辆的方向与停车距离。轮胎-道路接触界面的摩擦特性不仅取决于橡胶纹理，还取决于轮胎特性(轮胎几何形状、充气应力、胎面深度和橡胶特性)、工作条件(滑移率和荷载)和路面状况(包括干燥、潮湿、雪和冰)。目前采用的人工方法测量轮胎-路面接触摩擦力不仅效率低下、检测速度跟不上路面损坏速度，而且会浪费大量的人力、物力、对工作人员产生较大的安全威胁；因此，路面抗滑研究已引起越来越多人的关注，对路面抗滑性能研究的关键在于轮胎-路面接触界面的摩擦力，因此对橡胶粗糙路表接触的摩擦系数计算已成为热点。目前已有研究技术多在物理基础上构建的，多从半经验方法与实验曲线拟合以及对剖面进行处理分析的方法入手对轮胎-路面摩擦进行研究。

但是，已有的研究技术多在物理基础上构建的，多从半经验方法与实验曲线拟合以及对剖面进行处理分析的方法入手对轮胎-路面摩擦进行研究。其缺点是：研究方法复杂，模型中所用系数计算困难、与实际情况不相符，甚至具有不确定性。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种基于橡胶-粗糙表面接触的摩擦力学建模方法；本发明基于橡胶粗糙表面接触进行摩擦力学建模，通过模型计算轮胎-路面接触的摩擦力；该模型易于实现，表面纹理为主要输入参数。未来将该模型应用到预测真实道路上的摩擦系数，易于实现，极大的解放人力、物力，对于道路管理人员拉说成本更低。

本发明的技术方案是：基于橡胶-粗糙表面接触的摩擦力学建模方法，具体步骤包括如下：

步骤(1.1)、参照DFT实际几何形状建立DFT橡胶垫的几何模型；

步骤(1.2)、利用CTM获取道路剖面图；

步骤(1.3)、对DFT橡胶垫在路表纹理上的滑动状态进行假定用以简化模型；

步骤(1.4)、根据DFT橡胶垫与路面接触状态确定橡胶粗糙路表接触的计算控制方程；

步骤(1.5)、基于数值分辨率简化算法计算道路剖面的平均摩擦力；步骤(1.6)、基于双变量牛顿法数值方程测定DFT橡胶垫的特性。

进一步的，在所述步骤(1.1)中，在建立DFT橡胶垫的几何模型中：所述几何模型的定义函数g(x)如式(1)所示：

所述DFT实际几何形状的定义如式(2)所示：

h(x)＝-g(x)+max(g(x)) (2)式中：g(x)表示定义函数，h_e表示最大的DFT橡胶垫厚度，x表示距离，L表示DFT橡胶垫的长度，h(x)表示DFT实际几何形状。

进一步的，在所述步骤(1.2)中，利用CTM获取道路剖面图的具体方法是：利用CTM测量路表纹理得到道路轮廓的高度值，将道路轮廓高度值作为摩擦力学模型的输入参数，计算获得DFT橡胶垫在道路滑动范围内剖面的高度构成道路剖面图；

具体的，输入参数的道路剖面高度如式(3)所示：