Взаимосвязь между коэффициентом скользкости и показателями сопротивления скольжению дорожного покрытия.

I. Введение

Метеорологические условия оказывают существенное влияние на безопасность дорожного движения. Неблагоприятные погодные условия, такие как дождь, снег и мороз, могут снизить коэффициент трения дорожного покрытия, что негативно сказывается на движении транспорта и безопасности дорожного движения. Основными факторами, приводящими к снижению коэффициента трения дорожного покрытия, являются стоячая вода, образующаяся в результате дождя, и обледенение дорог из-за дождя и снега. Поэтому быстрое определение характеристик сопротивления скольжению дорожного покрытия в неблагоприятных погодных условиях и оперативное информирование водителей позволяет транспортным средствам своевременно корректировать скорость, обеспечивая адекватный тормозной путь и устойчивость автомобиля, или выбирать альтернативные маршруты. Это может эффективно предотвращать и снижать количество дорожно-транспортных происшествий.

К распространенным методам измерения коэффициента трения дорожного покрытия относятся маятниковый фрикционный тестер, система измерения коэффициента поперечной силы и динамический роторный фрикционный тестер. С непрерывным развитием технологий мониторинга дорог для измерения состояния дорожного покрытия стали применяться бесконтактные датчики, что привело к появлению концепции коэффициента скользкости дорожного покрытия. Коэффициент скользкости дорожного покрытия определяется с помощью инфракрасной спектроскопии. На основе различий в поглощении света различными участками дорожного покрытия можно определить состояние дорожной поверхности, например, сухое, влажное, покрытое снегом или льдом. Путем комплексного анализа состояния поверхности дорожного покрытия и глубины обнаружения выводится оценочный индекс, представляющий степень скользкости дорожного покрытия. Этот оценочный индекс называется коэффициентом скользкости (G). Этот коэффициент используется для характеристики сопротивления скольжению дорожного покрытия и имеет такое же значение, как и коэффициент трения.

Детектор состояния дорожного покрытия с инфракрасным дистанционным зондированием основан на спектроскопии для дистанционного зондирования дорожного покрытия на близком расстоянии. Он имеет встроенный инфракрасный излучатель, направленный на выбранную точку на дорожном покрытии. Излучаемый свет отражается от измеряемой точки обратно к приемнику для интегрирования, что позволяет различать отражения определенных длин волн, вызванные водой, снегом и льдом на дорожном покрытии, и, таким образом, выдавать индекс коэффициента скользкости дорожного покрытия.

II. Коэффициенты скользкости при различных условиях дорожного покрытия

2.1 Влияние стоячей воды на коэффициент скользкости

Как показано на рисунке 1, с увеличением глубины стоячей воды коэффициент скользкости дорожного покрытия постепенно уменьшается. На стадии роста глубины воды от 1 до 5 мм коэффициент скользкости значительно снижается с 0,80 до примерно 0,50. Впоследствии, по мере дальнейшего увеличения глубины воды, снижение коэффициента скользкости уменьшается и стабилизируется. Измерения, проведенные с помощью маятникового фрикционного тестера на дорожном покрытии, показывают, что при глубине воды менее 1 мм маятниковое значение колеблется от 60 до 70, что указывает на хорошее сопротивление скольжению. Когда глубина воды составляет от 1 до 6 мм, коэффициент трения колеблется от 60 до 50, что указывает на снижение сопротивления скольжению дорожного покрытия. В этом случае передача соответствующего коэффициента скользкости транспортным средствам на дороге может предупредить водителей о необходимости принятия таких мер, как снижение скорости и соблюдение безопасной дистанции, для повышения безопасности дорожного движения.

2.2 Влияние снежного покрова на коэффициент скользкости

Как показано на рисунке 2, коэффициент скользкости непрерывно уменьшается с увеличением толщины снега, причем величина уменьшения существенна, падая с 0,80 до 0,10. Анализ данных показывает: при толщине снега менее 0,40 мм коэффициент скользкости превышает 0,60; при толщине снега от 0,40 до 1,00 мм коэффициент скользкости остается около 0,40; при толщине снега более 1,00 мм коэффициент скользкости резко падает примерно до 0,10, а при дальнейшем увеличении толщины снега он, как правило, колеблется в узком диапазоне около 0,10.

Когда толщина снежного покрова составляет менее 1,00 мм, измеренное значение маятника находится в диапазоне от 40 до 60. Когда толщина снежного покрова превышает 1,00 мм, измеренное значение маятника находится в диапазоне от 20 до 40.

2.3 Влияние образования льда на коэффициент скользкости

Как показано на рисунке 3, коэффициент скользкости резко снижается с увеличением толщины льда. Эта тенденция к снижению значительно более выражена по сравнению с условиями стоячей воды и снега. Когда толщина льда достигает 0,10 мм, коэффициент скользкости уже снижается примерно до 0,50. Когда толщина льда достигает 0,40 мм, коэффициент падает примерно до 0,30. Когда толщина льда достигает 0,80 мм или более, коэффициент скользкости падает примерно до 0,1. Явление, аналогичное наблюдаемому под снежным покровом, заключается в том, что когда толщина льда превышает 0,80 мм и продолжает расти, коэффициент скользкости в основном остается стабильным, колеблясь в узком диапазоне около 0,10. Измерения маятникового датчика на обледенелом покрытии в основном показывают значения ниже 30, при этом самое низкое значение составляет около 20. В этот момент коэффициент скользкости обычно поддерживается на уровне около 0,10, что указывает на то, что покрытие стало довольно скользким, и его сопротивление скольжению практически утрачено. Необходимо своевременно выносить предупреждения и принимать такие меры, как перекрытие движения или применение противогололедных солей для обеспечения безопасности дорожного движения.

III. Взаимосвязь между коэффициентом скользкости и коэффициентом трения (значение маятника)

Как показано на рисунке 4, чем меньше коэффициент скользкости дорожного покрытия, тем меньше значение маятника дорожного покрытия и тем хуже его сопротивление скольжению. И наоборот, большее значение маятника указывает на больший коэффициент скользкости и лучшее сопротивление скольжению. Следовательно, коэффициент скользкости можно использовать для характеристики сопротивления скольжению дорожного покрытия.

IV. Выводы и рекомендации

4.1 Выводы

(1) Коэффициент скользкости постепенно уменьшается с увеличением глубины стоячей воды. Снижение коэффициента скользкости из-за стоячей воды ограничено определенным диапазоном. Когда глубина воды превышает 5,00 мм, коэффициент скользкости уменьшается примерно до 0,50 и стабилизируется.

(2) Коэффициент скользкости непрерывно уменьшается с увеличением толщины снега, снижаясь с 0,80 до 0,10. Когда толщина снега достигает 1,00 мм или более, коэффициент скользкости уменьшается до 0,10, а затем слегка колеблется.

(3) Коэффициент скользкости резко и быстро снижается с увеличением толщины льда. Когда толщина льда достигает 0,10 мм, коэффициент скользкости уже падает примерно до 0,50. Когда толщина льда достигает 0,80 мм или более, коэффициент скользкости падает примерно до 0,10, а затем колеблется в небольшом диапазоне.

(4) Диапазон применимости коэффициента скользкости дорожного покрытия G определяется как 0,10–0,80. На основе этого коэффициента сопротивление скольжению дорожного покрытия можно классифицировать на четыре уровня.

4.2 Рекомендации

В практических инженерных приложениях коэффициент скользкости дорожного покрытия можно контролировать с помощью комбинации датчиков состояния дороги, установленных стационарно вдоль дороги на определенных участках, и датчиков состояния дороги, установленных на транспортных средствах, для обеспечения полного охвата. В условиях неблагоприятной погоды коэффициент скользкости дорожного покрытия можно контролировать своевременно. Собранные данные о коэффициенте скользкости G могут передаваться по беспроводной связи. После анализа и обработки уровень сопротивления скольжению дорожного покрытия может быть оперативно доведен до сведения водителей. Это позволяет водителям принимать необходимые меры в зависимости от уровня сопротивления скольжению, обеспечивая безопасность движения в неблагоприятных погодных условиях и снижая количество дорожно-транспортных происшествий.