[发明专利]一种面向自动驾驶车队横向分布的路面车辙分析方法

权利要求书

1.一种面向自动驾驶车队横向分布的路面车辙分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、基于实际工程问题获取沥青路面结构和材料信息，建立横向二维沥青路面有限元模型；

步骤2、将轮胎接地形状由近似椭圆形转化为矩形，计算车辆荷载作用模式及参数，并据此在横向二维沥青路面有限元模型上划分出荷载作用区域；

步骤3、采用半正弦荷载表征单车荷载作用，计算前后车辆作用的间隔期和前后车队作用的休息期，通过荷载子程序实现车队重复荷载的加载；

步骤4、在荷载作用区域加载1000次的车队荷载，通过计算结果中面层顶部的竖向位移时程变化得到路表不同横向坐标点的初期车辙发展曲线，并以此预测后期车辙深度；

步骤5、采用半车道内的频率曲线描述横向分布，对半车道内的频率曲线进行等效离散并分配交通量，通过初期车辙发展曲线计算不同交通量下的车辙横向分布曲线，偏移后叠加得到车队横向分布下的路面车辙。

2.根据权利要求1所述一种面向自动驾驶车队横向分布的路面车辙分析方法，其特征在于，所述步骤2具体包括以下步骤：

步骤2.1：按应力等效原则，将近似椭圆荷载简化为矩形荷载，获取矩形荷载作用长度L、矩形荷载作用宽度B和两轮中心距D；

步骤2.1.1：根据实际工程情况计算出由一个0.4L^*×0.6L^*的矩形和两个半径为0.3L^*的半圆组成的近似椭圆形荷载，L^*为椭圆荷载作用长度，椭圆荷载作用宽度为0.6L^*，接触面积为A，公式表示为：

A＝0.4L^*×0.6L^*+(0.3L^*)²×π

A＝F/p

式中：F为单轮轴载，p为轮胎胎压；

步骤2.1.2：将步骤2.1.1得到的椭圆形荷载进一步等效简化为矩形荷载，公式表示为：

L＝0.8712L^*，B＝0.6L^*，D＝1.5d

式中：d为双圆均布荷载的单轮接地当量圆直径；

步骤2.2：根据计算出的矩形荷载划分出二维沥青路面有限元模型的荷载作用宽度范围，并针对二维平面问题，按静力等效原则计算施加荷载大小p^*，公式表示为：

p^*＝F/B。

3.根据权利要求1所述一种面向自动驾驶车队横向分布的路面车辙分析方法，其特征在于，所述步骤3具体包括以下步骤：

步骤3.1：选择半正弦荷载表征单车荷载作用，即荷载强度随时间t成半正弦函数变化，单车荷载模型p(t)如下式所示：

t₀＝12L/v

式中：p^*为二维平面问题的荷载大小，t₀为单车荷载作用时间，L为矩形荷载作用长度，v为行驶速度，t为时间；

步骤3.2：计算车队内前后车辆作用的间隔期t₁和前后车队作用的休息期t₂，则整个车队单次作用的一个周期T为：

T＝n×t₀+(n-1)×t₁+t₂

式中：n为车队的车辆数；

步骤3.3：在Dload子程序中，通过约束STEPTIME范围和设置MOD函数实现车队荷载重复作用。

4.根据权利要求1所述一种面向自动驾驶车队横向分布的路面车辙分析方法，其特征在于，所述步骤4具体包括以下步骤：

步骤4.1：确定车辆荷载对路面的横向影响范围，以车队沿道路中线行驶时的轮迹中心点为坐标原点，等间距取i个横向坐标点；

步骤4.2：对沥青路面施加沿道路中心线行驶的1000次车队重复荷载，输出i个横向坐标点处面层顶部的竖向位移时程曲线；

步骤4.3：取单个周期末尾的竖向位移值为该周期结束的车辙深度值，将初期竖向位移时程曲线转化为车辙深度与加载次数的关系曲线，拟合出关系式预测后期车辙发展。

5.根据权利要求4所述一种面向自动驾驶车队横向分布的路面车辙分析方法，其特征在于，所述步骤5具体包括以下步骤：

步骤5.1：采用数学方法描述横向分布得到半车道内的频率曲线，将车轮的分布范围均分为j个区间，各区间中间的频率值乘以对应的区间长度即为各区间内车队的分布频率，从而实现横向分布频率曲线的等效离散；

步骤5.2：各区间内车队的分布频率乘以总交通量得到车队作用于各区间的交通量，根据i个横向坐标点的初期车辙发展曲线计算出不同交通量下的车辙横向分布曲线即j个车辙横向分布曲线；

步骤5.3：偏移距离为各区间中点与车队沿道路中线行驶时的轮迹中心点的坐标差值，将j个车辙横向分布曲线按偏移距离偏移后进行i个横向坐标点的叠加，从而得到横向分布下的路面车辙。