关于IRI与HRI的对比分析

孙鑫

1　平整度介绍

平整度常用定义为路面表面相对于理想平面的竖向偏差，而这种偏差会影响到车辆动力特性、行驶质量、路面所受动荷载及排水。

有效的控制好路面平整度有易于提高乘客的舒适度及路面的安全性和寿命，并且路面平整度的准确检测能保证路面施工、养护的合理性。

常用的平整度指标有国际平整度指数（IRI）、半车平整度指数（HRI）、最大间隙（h）、路面功率谱密度（PSD）、行驶质量数（RN）等。

最大间隙（h）、平整度标准差（σ）、国际平整度指数（IRI）是我国实施的《公路工程质量检验评定标准》规定的3个平整度评价指标。

2　IRI的建立

2.1　IRI的提出

Sayers等人于1982年在世界银行资助下在巴西等国进行路面平整度试验，提出了国际平整度指数（IRI）[1]。Sayers以1/4车辆模型来计算IRI，该车以规定速度（80km/h）行驶在路面上，在行驶距离内由动态反应悬挂系统的累积竖向位移量作为IRI值。

2.2　建模方法

1/4车的实际模型如图1，简化模型如图2。

图1　实际模型图

图2　简化模型图

由图2可知，本模型受到三种力的作用：弹簧弹性力、阻尼力、惯性力。采用隔离法对该模型进行分析。

分别对弹簧质量ms及非弹簧质量mu进行分析。弹簧质量受到弹簧弹性力、阻尼力及惯性力，非弹簧质量受到弹簧力（两个）、阻尼力及惯性力，如图3～4所示。

图3　ms简化模型

图4　mu简化模型图

联立方程组即为世界银行提出国际平整度指数IRI时所建立的1/4车辆模型的动力方程。

2.3　计算方法

国际平整度指数的定义为：

求解微分方程组的方法有解析和数值分析法。由于路面断面高程函数的不连续性，很难用数学函数进行解答，所以一般采用数值方法进行计算。[3]

3　HRI的建立

3.1　HRI的提出

当给定左右两方轨迹的数据时，根据1/4车模型可以采用两种方法计算路面平整度。

方法一：采用1/4模型进行分析计算，分别计算两个方向IRI，取两个方向IRI的平均值来评价路面的平整度。

方法二：①平均出两个方向路面所对应点的原始数据；②采用1/4车模型分析计算出IRI。

采用方法二计算出的IRI就是HRI。[4]

3.2　建模方法

1/2车的简化模型图如5所示。[5]

图5　1/2车简化模型

方程的建立同1/4模型类似，将总模型拆分为弹簧质量和非弹簧质量进行分析，最终得到以下方程组。

3.3　计算方法

计算方法同1/4车模型类似，不再赘述。

4　HRI与IRI的联系与区别

4.1　联系

（1）HRI与IRI有较高的相互关联性，HRI总是不大于IRI，若左右两侧波形均为简协函数，且相差T/2时，采用HRI计算出的结果为0，而实际路面可能不为0。

（2）进行数据处理时，均采用1/4车模型进行数据过滤。

（3）进行数据计算时，均采用相同的方程求得平整度指标。

（4）采用1/4车模型或者1/2车模型进行数据采集时，规范速度均为80km/h。

4.2　区别

（1）采集数据时，HRI采用1/2车模型，而IRI采用1/4车模型；

（2）IRI接近路面的实际状况，而HRI更接近于列车的实际行驶状况；

（3）采用1/2车模型采集数据时，必须要保证左右车轮同步；

（4）IRI采用不同速度进行模拟时可以换算为标准速度，而HRI必须采用标准速度。

[1]刘云，钱振东.路面平整度及车辆振动模型的研究综述[J].公路交通科技，2008（1）：51～57.

[2]杨东涛.国际平整度指数IRI求解过程解析[J].中国西部科技，2011，10（27）：21～22.

[3]周晓青，孙立军.国际平整度指数与行驶车速的关系[J].同济大学学报（自然科学版），2005（10）：47～51.

[4]Sayers M W，Karamihas S M.Interpretation Of Road Roughness Profile Data[J].Education，1996.

[5]Sayers M W.Two quarter-car models for defining road roughness：IRI and HRI[M].2013.