基于分形理论的路面不平度特性研究

路面不平度使汽车在行驶中产生行驶阻力和振动。行驶阻力消耗车辆的功率并且影响车辆动力系统和传动系统的寿命。而在冲击下产生的振动，则直接影响了车辆平顺性、乘坐舒适性以及承载系的可靠性和寿命。随着研究的不断深入，人们逐渐开始认识到研究路面不平度的重要性。 本文对实测路面不平度数据进行了传统特性参数分析，结果发现：要完整描述路面的不平度特性需要较多的参数，而且参数值相同的表面其特性却可以相差很大，也就是说，传统参数无法唯一的表征路面不平度特性，而且参数值会随着测量仪器分辨率的改变而变化。因此，有必要寻找新的描述表面特性的参数。 分形理论是近几年发展起来的一个数学分支。它在信号描述、信号处理及其它众多领域中具有广泛的应用。它与表面不平度相结合的研究已成为一个重要的交叉科学研究分支。众多研究表明分形维数能够描述复杂现象的本质特性，本文利用分形理论对实测路面不平度的特性进行了系统研究。 本文对不同的分形维数计算方法进行了对比分析，结果显示，均方根法和半方差在计算过程中有较高的精度。鉴于本文的研究对象，我们采用了均方根法对采集的数据进行分析。结果表明，混凝土路面的分形维数最高，均大于1.84，砖路面的分形维数均在1.70左右，而土路面的分形维数较低，均小于1.62。分形维数D越大，轮廓曲线越复杂，同时发现，D与传统的粗糙度评定参数轮廓均方根偏差呈单调递减关系，但线性关系不明显。将两者结合起来的路面不平度指数是一个能够反映路面表面特性的综合参数。 W-M函数是描述具有分形特征的粗糙表面轮廓的最佳模型。文中首先分析了W-M分形函数的工程特性及W-M模型各参数的物理意义。然后利用W-M函数模拟了路面的轮廓曲线，经过对比分析发现该模型能反映实际轮廓曲线的本质特点。 本文最后利用图象处理技术对拍摄的路面图片进行了三维分形维数的计算，结果显示不同的路面其分形维数有明显的差别，利用该方法可以准确的进行路面的分类与分级，同时为路面不平度的三维空间的研究奠定了基础。