一種基于車載重力加速度傳感器的橋頭跳車檢測評價方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于路面質量檢測和信息自動采集技術領域，具體涉及一種基于車載重力 加速度傳感器的橋頭跳車檢測評價方法。
【背景技術】
[0002] 近些年來，我國公路建設取得了突飛猛進的成績，投入運營和使用的高等級公路 逐年增加，但從使用情況上看，由橋頭跳車產生的經濟損失和交通事故卻逐步上升，尤其在 一些軟土地基的區域更為嚴重，給養護和管理部門帶來了巨大困難。橋頭跳車現象是橋涵 構造物等在本身自重及常年行車荷載的作用下產生的路橋不均勻沉降，導致路橋接頭出現 橋頭臺階，當高速行駛的車輛通過臺背回填處時產生的跳躍顛簸現象。
[0003] 目前，橋頭跳車的研宄主要集中于其產生的原因、危害及對策方面，而缺少對橋頭 跳車發育程度的監測和判斷。僅僅依靠工程防治措施，很難滿足對橋頭跳車現象的治理，它 只能是被動的利用工程施工措施對已經發生的病害進行改善，而無法預防或阻止事故的發 生。而且在事故發生時也不能減小事故危害，在實際的運營過程中應該充分發揮主動性，合 理的針對橋頭跳車現象進行檢測和處治，提前預防事故的發生。
[0004] 傳統的橋頭跳車檢測方式大都基于道路平整度的檢測方法，如三米直尺法、水準 儀測量法、連續平整度儀、顛簸累積儀等等，這些方法不僅操作麻煩，使用和養護成本昂貴， 而且對測量環境要求高。測量的高程差參數也很難對養護維修提供直觀有效的數據支持。 因此需要一種快速、經濟、直觀的橋頭跳車檢測評價技術。

【發明內容】

[0005] 本發明的目的在于提供一種基于車載重力加速度傳感器的橋頭跳車檢測評價方 法，用于解決傳統橋頭跳車檢測方法耗時費力，成本昂貴等問題，并提出新的評價參數用來 準確評價橋頭跳車產生的影響。具體要解決的技術問題是，對車載重力加速度傳感器采集 的數據進行建模分析，找到影響人體行駛舒適性影響的關鍵參數，并提供量化這些影響的 方法，建立通用性的檢測方法和評價參數。
[0006] 本發明提出的基于車載重力加速度傳感器的橋頭跳車檢測評價方法，利用車載加 速度傳感器采集車輛加速度數據進而評價橋頭跳車，利用加權加速度均方根值和行駛煩惱 率來表征橋頭跳車產生的舒適性影響；根據系統響應理論，建立車輛簧載加速度變化與輪 底加速度變化的相關模型，進而求解當量沖擊系數來表征橋頭跳車的耐久性損壞影響，具 體步驟如下： (1)選取合適的重力加速度傳感器，量程滿足±8g要求，采樣頻率為20Hz，將所述重 力加速度傳感器安置于車內的左右后輪正上方位置； (2)選取合適的Zigbee遠程傳輸模塊以及GPS設備；所述Zigbee遠程傳輸模塊與重 力加速度傳感器互聯，用于發送重力加速度傳感器采集的車內加速度數據；利用GPS設備 采集位置信息數據及系統時間； (3) 根據交通流情況，確定測試車速，保證測試車輛在該速度下穩定行駛，建議車速為 5〇-60km/h ； (4) 檢測車輛以測試車速駛過橋頭跳車發生的路橋引渡段位置，通過重力加速度傳感 器采集在該路橋引渡段行駛的Z軸加速度及GPS信息，并依托Zigbee遠程傳輸設備將檢測 數據向電腦進行實時的傳輸和儲存； (5) 利用小波變換對步驟（4)中采集到的Z軸加速度數據進行分解，濾除高頻數據，保 留低頻加速度圖譜，確定加速度變化最大值，即橋頭跳車顛簸產生點； (6) 根據維納-辛欽公式，計算顛簸點前后I. 5s內所采集到的加速度數據的自相關函 數，并通過傅立葉轉換，得到加速度功率譜密度； (7) 利用三分之一倍頻程的方法對步驟（6)所獲得功率譜密度進行帶通濾波，對每個 波段進行積分，并計算積分開方值，求解在不同頻域間的功率譜密度均方根值：
【主權項】
1. 一種基于車載重力加速度傳感器的橋頭跳車檢測評價方法，其特征在于利用車載加 速度傳感器采集車輛加速度數據進而評價橋頭跳車，利用加權加速度均方根值和行駛煩惱 率來表征橋頭跳車產生的舒適性影響；根據系統響應理論，建立車輛黃載加速度變化與輪 底加速度變化的相關模型，進而求解當量沖擊系數來表征橋頭跳車的耐久性損壞影響，具 體步驟如下： (1)選取合適的重力加速度傳感器，量程滿足±8g要求，采樣頻率為20化，將所述重 力加速度傳感器安置于車內的左右后輪正上方位置； (2) 選取合適的Zigbee遠程傳輸模塊W及GI^S設備；所述Zigbee遠程傳輸模塊與重 力加速度傳感器互聯，用于發送重力加速度傳感器采集的車內加速度數據；利用GI^S設備 采集位置信息數據及系統時間； (3) 根據交通流情況，確定測試車速，保證測試車輛在該速度下穩定行駛，建議車速為 5〇-60km/h； (4) 檢測車輛W測試車速駛過橋頭跳車發生的路橋引渡段位置，通過重力加速度傳感 器采集在該路橋引渡段行駛的Z軸加速度及GI^S信息，并依托Zigbee遠程傳輸設備將檢測 數據向電腦進行實時的傳輸和儲存； 妨利用小波變換對步驟（4)中采集到的Z軸加速度數據進行分解，濾除高頻數據，保 留低頻加速度圖譜，確定加速度變化最大值，即橋頭跳車顛鑛產生點； (6) 根據維納-辛欽公式，計算顛鑛點前后1. 5s內所采集到的加速度數據的自相關函 數，并通過傅立葉轉換，得到加速度功率譜密度； (7) 利用=分之一倍頻程的方法對步驟（6)所獲得功率譜密度進行帶通濾波，對每個 波段進行積分，并計算積分開方值，求解在不同頻域間的功率譜密度均方根值：
式中；為第個波段內的功率譜密度均方根值，五,為波段內頻率下限，為波段內 頻率上限，6。(/)為加速度功率譜密度； (8) 根據國際標準IS02631中提出的軸向、位點加權系數進行數據加權，求解加權加速 度均方根值：
式中，^為加權加速度均方根值，M'i為頻率加權系數，tj?為軸向加權系數，7^1，2, 3分 別代表乂ZS軸，》為波段數，一般取77=23; (9) 根據加權加速度均方根值與人體感受性差異分布函數，求解行駛煩惱率：
式中，;，虹)為概念隸屬度函數，/w表征了人體的感受性差異，巧X)為煩惱率. (10)求解車內Z軸加速度功率譜密度均方根值，根據四分之一車模型的力學特征，利 用系統響應模型，預估輪底加速度數據的當量幅值，建立橋頭跳車系統響應模型；
式中，如為車內碰I加速度的功率譜密度函數，馬?(W)為系統響應的拉氏變換系數， 姑為譜密度均方值，a,.為輪底加速度的預估值，W為角速度； (11) 當量沖擊系數定義為橋頭跳車發生時車輛對橋梁結構產生的最大豎向動力比上 橋前平穩行駛的豎向動力的增大系數，將步驟（10)中方程帶入計算式中：
式中，/I為當量沖擊系數，為最大豎向輪底加速度，為平穩行駛時汽車的豎向輪 底加速度，?為車輛質量，\，^2為標定系數，當測試車輛不發生改變時，該變量為常數，若 首次測量，需標定，為橋頭跳車發生時的加速度功率譜密度，心）為平穩行駛時 的加速度功率譜密度； (12) 如果測量速度不在50-60缸?/A范圍內，則需利用速度修正系數進行結果校正。
【專利摘要】本發明涉及一種基于車載重力加速度傳感器的橋頭跳車檢測評價方法，選取重力加速度傳感器，采樣頻率及Zigbee遠程傳輸模塊和GPS設備；確定建議車速；通過重力加速度傳感器采集在橋頭跳車路段行駛的重力加速度信息；對重力加速度數據進行小波變換，找到橋頭跳車顛簸產生點；顛簸點周圍加速度數據通過離散傅里葉轉換后得到功率譜密度；利用三分之一倍頻程方法求解不同頻域間的譜密度均方根值；根據加權加速度均方根值及舒適性上下限，求解行駛煩惱率；利用系統響應算法及拉氏變換，求解橋頭跳車的當量沖擊系數；根據加權加速度均方根值和煩惱率對橋頭跳車的舒適性進行分級；根據當量沖擊系數對橋頭跳車的耐久性破壞進行分級；本發明解決傳統檢測方法耗時費力，價格昂貴等問題。
【IPC分類】G01N33-00
【公開號】CN104792937
【申請號】CN201510154084
【發明人】劉成龍, 杜豫川, 孫立軍, 李思雨
【申請人】同濟大學
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年4月2日