基于伪白噪声的路面不平度模拟及其车辆平顺性
基于路面激励噪声的车身NVH性能优化
基于路面激励噪声的车身NVH性能优化
相象文;张国宁
【期刊名称】《山东交通学院学报》
【年(卷),期】2022(30)3
【摘要】为解决某轿车样车在粗糙沥青路面激励作用下车内出现噪声的问题,分析路面激励的传递路径,采用计算机辅助工程(computer aided engineering,CAE)软件对整车模型进行有限元仿真,分析引起车内噪声的主要结构板件。
通过在后备箱置物板上加装加强板、敷设阻尼材料的方法优化车身结构,进行CAE测试与实车试验。
结果表明:后备箱置物板加装加强板和敷设阻尼材料能明显降低由路面激励引起的车内低频噪声和高频噪声,可以实现车身振动、噪声和声振粗糙度(noise,vibration,harshness,NVH)性能优化。
【总页数】6页(P14-19)
【作者】相象文;张国宁
【作者单位】安徽交通职业技术学院;浙江吉利汽车研究院有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】U463.82
【相关文献】
1.基于模态分析的某客车车身NVH性能优化
2.基于动态响应分析的汽车车身NVH性能优化控制
3.随机路面激励下整车 NVH 有限元分析
4.基于辐射噪声响度的柴油机NVH性能优化
5.随机路面激励下汽车减振器的NVH特性研究
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用于车辆平顺性仿真的随机路面构造
现形式 ， 其原理如下 。
１ 模型构 造的理论基础
１ １ 路 面不平 度 的功 率谱 密度 ．
率谱 。但当需要考虑悬架 系统 中弹簧 、 减振器 以及 橡胶衬套等元件的非线性特性 ， 或设计悬架零部件 的疲劳寿命实验 以及需要导 出主动悬架 的控制
规律 时 ， 域 模 型 不 再 适 用 ， 要 构 建 路 面 的 时 域 频 就 １年 １ ２月
科
学
技
术
与
工
程
Ｖ０ ＿ ｌ Ｎｏ ３ ＤＣ ．２ １ ｌ１ ．５ Ｃ ０ ｌ
１７ — １１ （０ １ ３ —７ ６ ０ ６ １ ８ ５ ２ １ ） ５８ ９ —４
Ｓ ｉｎ ｅ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｎ ｇｎ ｅ ｉ ｇ ｃｅ ｃ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ａ ｄ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ
文献标志码
Ａ
在车辆动力学仿真过程 中， 需要根据仿 真要求
设 定不 同的路 面 。 目前 ， 国都 积 累 了不少 路 面 不 各
用路 面 不平 度 与 车 速 确 定 白 噪声 的 功 率 谱 密 度 函 数 然后 积分 的方 法 构 造路 面 ， 推 导 了其 离散 化 实 并
平度的测量统计资料， 说明“ 杂乱无章” 的路面起伏
议路 面 功率 谱 密度 Ｇ （ ） 。 ｎ 用式 （ ） 为拟 合 表 １作
达式 。
／ 一 、 一
法 等。而基 于 Ａ Ｒ方法 以及 Ａ Ｍ Ｒ Ａ方法 需
要先 由功 率谱 密度 求解 相 关 函数 ， 后求 解 Ｙ ｌ 然 ｕｅ—
Ｇ（） Ｇ（ ｌｂ ＝ ｝ ） Ｉ
当把 路 面的不 平 度作 为 车 辆 的振 动 输 入 时 ， 主 要采 用 路 面 功 率 谱 密 度 表 达 形 式 【 。这 反 映 在 ２ ］ １８ 年 国 际 标 准 化 组 织 在 文 件 ＩＯ Ｔ １８ ９４ Ｓ ／ Ｃ ０／ Ｓ２ ６ Ｃ Ｎ ７中提 出 的“ 路面不 平 度表 示 方法 草 案 ” 国 和 内由长春 汽车 研 究 所起 草 制 定 的 Ｇ ０ １ 车 辆 振 Ｂ７３ 《
白噪声路面不平度时域模型的建立与仿真
10.16638/ki.1671-7988.2019.03.026白噪声路面不平度时域模型的建立与仿真赵斌，董浩，黄波，张建（成都大学机械工程学院，四川成都610106）摘要：为合理模拟路面时域模型，通过路面不平度空间功率谱密度分析路面频域模型，并由路面频域模型推导路面时域模型的滤波白噪声数值模拟方法。
提出了采用滤波白噪声方法模拟路面时域模型时，改变仿真车速的同时调整不同的路面不平度系数，对30km/h、60km/h车速下B、C级路面的时域模型进行了仿真，仿真结果准确，可作为进一步的汽车动力学分析的路面输入，具有研究价值。
关键词：路面不平度；白噪声；时域中图分类号：U467.1 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2019)03-89-03Establishment and simulation of time domain model for Band-Limited WhiteNoise pavement roughnessZhao Bin, Dong Hao, Huang Bo, Zhang Jian( School of mechanical engineering, Chengdu University, Sichuan Chengdu 610106 )Abstract: In order to reasonably simulate the time domain model of road surface, the frequency domain model of road surface is analyzed by the spatial power spectral density of pavement roughness, and the numerical simulation method of filtering white noise is deduced from the road surface frequency domain model. This paper presents a method to simulate the time-domain model of road surface by filtering white noise, and to adjust the different roughness coefficients The simulation results of the time domain model of the B-and C-class pavement under the speed of 30km/h and 60km/h are accurate, which can be used as the road input for further analysis of vehicle dynamics, which has research value. Keywords: pavement roughness; Band-Limited White Noise; time domainCLC NO.: U467.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2019)03-89-031 路面不平度功率谱密度统计描述1984年国际标准化组织在文件ISO/TC108/SC2N67中提出了《路面不平度表示方法草案》，我国也参照制定了《机械振动—道路路面谱测量数据报告》（GB703—2005）。
路面不平度的模拟与汽车非线性随机振动的研究报告
清华大学学报自然科学版JOURNALOF TSINGHUAUNIVERSITY SCIENCEANDTECHNOLOGY1999年第39卷第8期Vol．39 No．81999路面不平度的模拟与汽车非线性随机振动的研究*金睿臣，宋健文摘预测汽车的随机振动响应对汽车的开发设计是非常重要的。
实际汽车存在许多非线性环节，需采用非线性振动模型进行研究，在这种情况下，通常采用的频域分析方法一般不再适用。
应用机械系统分析软件ADAMS建立了11自由度汽车非线性振动模型，并用由伪白噪声法生成的符合实际路面统计特性的伪随机序列来模拟路面不平度。
在此基础上，利用数值算法在时域中对汽车的非线性随机振动响应进行了计算机仿真计算研究。
结果表明，这种方法对研究汽车的非线性随机振动是有效的。
关键词汽车动力学；ADAMS软件；非线性随机振动；路面不平度分类号U 461；O 322Simulation of the road irregularity and study of nonlinear randomvibration of the automobileJIN Ruichen，SONG JianDepartment of Automotive Engineering，State Key Laboratory of Automotive Safety and Energy Conservation，Tsinghua University，Beijing 100084，China Abstract To use the simulation technique is very important to predict the random vibration of the automobile．Because there are many nonlinear factors in a real automobile，a nonlinear vibration model should be necessarily used．In this case，the frequency domain methods can not be applicable．Under the help of the mechanical system simulation program ADAMS，an 11 DOF nonlinear vibration model of the automobile was built．By means of pseudo white noise，pseudo random sequences，which can simulate the random irregularities of a road，were generated．Based on these，using numerical method，the random vibration of the automobile was studied．The results of simulation have demonstrated the validity of the method．Key words vehicle dynamics；program ADAMS；nonlinear random vibration; road irregularities汽车以一定的速度行驶时，路面的随机不平度通过轮胎、悬架等弹性、阻尼元件传递到车身上，并通过座椅将振动传递到人体。
基于ReliefF-RBF的路面不平度识别算法研究
基于ReliefF-RBF的路面不平度识别算法研究
陈凯;史少阳;程姗姗;秦也辰
【期刊名称】《汽车工程学报》
【年(卷),期】2024(14)1
【摘要】路面不平度对道路车辆行驶安全性及车辆动力学响应具有重要影响。
通过将路面不平度识别与先进悬架控制结合,有望能进一步提升乘员舒适性和车辆的操纵稳定性。
现有基于数据驱动的路面分类方法难以高效处理时变参数与车速,现有基于模型的路面识别算法需要已知精确车辆模型,在实际应用中面临车辆物理参数难以获得的问题。
提出一种融合模型和数据驱动的路面分类算法,采用基于模型的方法反算等效路面轮廓,结合数据预处理方法,对车辆响应和反算等效路面轮廓数据进行滤波;对等效路面轮廓和响应信息进行时域频域特征计算,采用ReliefF算法进行关键特征提取,构建基于径向基函数神经网络的路面分类器,进行路面分级识别;通过仿真试验和实车试验验证了不同车辆参数和车速下所提出的算法鲁棒性。
【总页数】11页(P49-59)
【作者】陈凯;史少阳;程姗姗;秦也辰
【作者单位】北京理工大学;交通运输部公路科学研究院
【正文语种】中文
【中图分类】U461.4
【相关文献】
1.基于悬架行程解耦的SUV路面不平度识别算法研究
2.基基于4种典型神经网络识别路面不平度的研究
3.基于深度学习的路面不平度等级识别研究
4.基于履带车辆车体动态响应的行驶路面不平度识别
5.基于增广卡尔曼滤波并考虑车辆加速度的路面不平度识别
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基于PID-LQR主动悬架控制策略的车辆平顺性研究
基于PID-LQR主动悬架控制策略的车辆平顺性研究高晋;艾田付;沈琳清;杨秀建;聂枝根【摘要】为了进一步提高悬架系统的综合平顺性能,建立了主动悬架系统的单轮车辆模型,以路面不平度作为车辆系统的干扰信号.考虑到带有LQR控制器的主动悬架,加权系数的确定受人为影响较大,故在LQR控制器中加入一个PID控制器,形成PID-LQR控制器.通过MATLAB对LQR及PID-LQR控制器分别建立了系统的Simulink模型,运用遗传算法和单纯形法,对LQR中加权系数矩阵L、M以及PID 控制器中的相关参数进行了优化,使悬架系统控制性能得到一定的提高.在同等情况下,与进行相同优化步骤的LQR控制器进行对比分析,得到两种悬架的平顺性性能差异.结果表明,相比传统的LQR主动悬架控制,所提出的PID-LQR悬架控制策略能在一定程度综合改善模型的平顺性能.【期刊名称】《农业装备与车辆工程》【年(卷),期】2018(056)005【总页数】5页(P32-36)【关键词】车辆工程;单轮车辆模型;PID-LQR控制器;遗传算法;单纯形法;平顺性【作者】高晋;艾田付;沈琳清;杨秀建;聂枝根【作者单位】650500云南省昆明市昆明理工大学交通工程学院;650500云南省昆明市昆明理工大学交通工程学院;650500云南省昆明市昆明理工大学交通工程学院;650500云南省昆明市昆明理工大学交通工程学院;650500云南省昆明市昆明理工大学交通工程学院【正文语种】中文【中图分类】U4690 引言随着工业化的不断进步和发展，人们对汽车性能的要求越来越严苛。
汽车作为交通工具已经不仅仅局限于短距离使用，还要求汽车具备中长距离舒适行驶的能力，故此在满足良好的动力性和经济性前提下，如何尽可能地提升整车的平顺性也成为汽车工业的相关研究热点。
多年来，许多国内外专家学者进行了许多平顺性的研究优化。
文献[1]利用Hyperworks及ADAMS软件得到整车刚柔耦合模型，运用Insight模块对悬架参数进行优化匹配提升了整车平顺性。
基于MATLAB／Simulink的汽车平顺性的仿真模型（可编辑）
基于MATLAB／Simulink的汽车平顺性的仿真模型摘要本文在分析平顺性的研究意义和研究内容的基础上,以数学仿真原理为理论基础,建立了以某经济型轿车为原型的整车八自由度汽车模型拉格朗日方程,并应用仿真软件MATLAB/Simulink建立了汽车平顺性的仿真模型。
按照国家标准模拟了不同车速下的汽车试验,得出了平顺性仿真在不同车速下时间域和频率域的仿真结果。
本文还参考了实车的平顺性试验,该试验参照国标GB/T4970?1996执行。
在国家B级路面上以不同车速对驾驶员座椅、副驾驶员座椅和后排左侧座椅的垂直加速度信号进行了测量,得出了平顺性试验在时间域和频率域的结果。
在汽车平顺性仿真与试验的基础上,文中对处理后的数据结果进行了比较分析,对试验所用汽车的平顺性作出了评价,给出了仿真与试验的相应结论。
关键词:平顺性,八自由度建模,路谱,MATLAB/SimulinkAbstractThis paper analyzes the significance of ride comfort and contents of research based on the principle of mathematical simulation based on the theory established by an economy car for the prototype vehicle eight degrees of freedom vehicle model Lagrange equation, and applying simulation software MATLAB / Simulink to establish a simulation model ofvehicle ride comfort. Simulated in accordance with national standards of vehicles under different speed test results, the simulation ride at different speeds time domain and frequency domain simulation results This article also during the actual car test ride, test the light of the implementation of national standard GB/T4970-1996. B-class roads in the country at different speeds on the driver's seat, co-pilot seat and left rear seat of the vertical acceleration signal was measured, obtained test ride in the time domain and frequency domain results. In the car ride simulation and experiment based on the text of the processed data results were compared, the test used in ride comfort has been evaluated, the simulation and testing the corresponding conclusionsKey words: Comfort,Eight degrees of freedom model, Road spectrum, MATLAB/Simulink 目录前言 11绪论 21.1汽车平顺性研究的意义21.2汽车平顺性研究的主要内容 21.3汽车行驶平顺性研究发展概况 42汽车行驶平顺性的评价 62.1行驶平顺性评价的研究62.2人体对振动的反应 62.3平顺性指标评价方法72.3.1ISO 2631标准评价法72.3.2吸收功率法112.4平顺性评价流程113随机路面模型的研究 133.1随机路面模型133.1.1路面不平度的概述133.1.2路面不平度的表达133.1.3时域模型143.1.4时域响应153.2建立随机路面模型 153.2.1汽车前轮所受路面随机激励153.2.2前后轮滞后输入的处理164汽车平顺性模型的建立及仿真184.1建模基本原理与要求184.1.1建模基本要求184.1.2建模基本原理194.2 汽车平顺性建模194.2.1 八自由度整车力学模型的建立204.2.2 数学模型的建立214.2.3 汽车座椅的布置254.2.4 汽车八自由度Simulink仿真模型的建立26 4.3整车平顺性仿真284.3.1仿真参数的选取 284.3.2 50km/h车速下汽车平顺性仿真结果304.3.3 60km/h车速下汽车平顺性仿真结果314.3.4 70km/h车速下汽车平顺性仿真结果325整车平顺性试验与结果分析335.1 平顺性试验原理及试验过程335.2 仿真与试验结果的数据处理345.3 仿真与试验结果的时域分析365.4 仿真与试验结果的频域分析37结论38致谢39参考文献40前言汽车平顺性主要是指保持汽车在行驶过程中产生的振动和冲击环境对乘员舒适性的影响在一定界限之内,对载货汽车还包括保持货物完好的性能,它是现代高速汽车的主要性能之一。
基于空间模型的轿车平顺性时域建模和仿真
(2)
式（ 2 ) 中， 《 = [心（ 〇,g2(〇,g3(〇， g4(〇]T; _ 0 0 o 2z x 9 Y + - 1 0 2 2z x 0 0 0 2 — V 」
仿真与控制。E -m a il:547284877@ 。 引用格式 : 赵 旗 ， 王 维 ， 罗 兰 ， 等.基于空间模型的轿车平顺性时域 建模和仿真[ J ] • 科学技术与工程， 2017， 17(4) :99— 104
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科 学 技 术 与 工 程
17卷
质心的垂直位移、 绕质心的侧倾角位移和绕质心的
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俯仰角位移， A、 z2、 z3 和 A 为左前、 右前、 左后和右 后非簧载质量的垂直位移， 《 1、 心、 & 、 如为左前、 右 前、 左后和右后车轮的路面激励。 2 . 2 振动能量
2 0 1 6 年 8 月 1 6 日收 到 中 国 汽 车 产 业 创 新 发 展 联 合 基 金 重 点 项 目 (U 1 5 6 4 2 1 3 ) 和国家自然科学基金国际（ 地区） 合作与
分析、 评价、 改进和优化提供工作基础。
1
1.1
四轮路面激励的滤波白噪声模型
单轮路面激励 基于滤波白噪声生成路面激励的方法， 是目前
2
轿车平顺性七自由度空间模型
2 .2 .1
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动能
2-^ A +
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2 . 1 模型描述 为建立轿车空间模型， 引入如下基本假设。 (1) 轿车相对于通过其质心的纵向垂直平面左 右对称， 考虑左右车轮的相干性。 2 (2) 不考虑轿车在水平面内的振动， 即不考虑 纵向水平振动、 侧向水平振动和绕垂直轴的角振动。 (3) 轿车作直线勻速运动， 在平衡位置作垂向、 俯仰和侧倾的微幅振动。 (4) 悬架简化为考虑刚度和阻尼的线性元件， 轮胎简化为仅考虑刚度的线性元件。 (5) 路面对轿车的激励保持在轮胎与路面的接 触点中心上。 根据以上基本假设， 建立轿车平顺性七自由度 空间力学模型， 如 图 1 所 示 。它由车身、 4 个悬架和 4 个车轮组成， 和 mby为车身（ 簧载)质量、 车 身绕质心％轴的转动惯量和车身绕质心7 轴的转动 惯量， 和％为左前、 右前、 左后和右后的 非簧载质量， csl、 C s 2、 C s 4和C s 3 为左前、 右前、 左后和 右后的悬架垂直阻尼， A : sl、 A : s 2、 A : s 3和A : s 4 为左前、 右 前、 左后和右后悬架的垂直刚度， 左前、 右前、 左后和右后轮胎的垂直刚度， 和k 为 为车
基于路面识别的自适应天地棚混合控制算法研究
由度半主动悬架的系统动力学模型。
该模型虽未对车身的侧倾与图1 二自由度1/4半主动悬架式中：m s为簧载质量的数值，单位kg；m t为非簧载质量的数值，单位kg；c0为悬架基础阻尼的数值，单位N/(m/s)；c f为可调阻尼系数的数值，单位N/(m/s)；k s、k t为悬架刚度系数的数值，N/m；x s为簧载质量位移的数值，单位m；x t为非簧载质量路面的接触性，路面激励的幅值随时间增大而递减，式中：x r(t)为路面垂向位移的数值，单位为频率数值，单位rad/s；v为车速数值，单位量纲；A0为初始路面振幅的数值，单位1.3 随机路面模型随机路面是最接近车辆实际运行工况的路面条件，考虑到路式中：n c为空间截止频率的数值，单位频率的数值，单位m-1；G0为路面不平度系数，无量纲高斯白噪声，无量纲；d为轮距的数值，单位的数值，单位m；x1、x2为状态变量，无量纲。
2 自适应控制策略研究2.1 路面频率识别因路面激励的频率输入与悬架振动的频率有较强的相关性，可通过采集减振器垂向振动的频率来替换路面激励输入的频率。
本文通过采用一阶过零点穿越法对频率进行估算，该算图2 路面频率识别模型式中：F ground为地棚阻尼力的数值，单位阻尼系数的数值，单位N/(m/s)。
2.2.3 SH-GH控制算法原理考虑到天棚控制与地棚控制分别只能改善车辆的平顺性与式如下：式中：F f为天地棚混合控制阻尼力的数值，单位权系数，无量纲。
图3 对扫频路面的识别结果与λground。
其表达式如下式中：λsky、λground分别为天棚控制与地棚控制的自适应增益系数，无量纲。
式中：F sky为天棚阻尼力的数值，单位数的数值，单位N/(m/s)。
2.2.2 地棚控制算法原理地棚控制算法与天棚控制算法的思路类似，假设一个虚拟的4和图5所示。
图4 随机路面下各评价指标对比曲线表1 有无自适应SH-GH 控制的悬架性能对比图5 扫频路面下各评价指标对比曲线性能指标参数被动悬架自适应SH-GH随机路面扫频路面随机路面扫频路面车身垂向加速度/（m/s 2）0.85181.05340.72810.8812轮胎动变形/m0.00190.00760.00180.0069仿真结果表明，配有自适应SH-GH 控制器的半主动悬架的车身垂向加速度（Sprung Mass Acceleration，SMA）与轮胎动变形（Dynamic Tyre Deformation，DTD）的均方根值均有不同程度的下降，具体数值如表1所示。
伪距和多普勒频移干扰下的公路平整度抗乘噪测量
伪距和多普勒频移干扰下的公路平整度抗乘噪测量
林朝飞
【期刊名称】《科技通报》
【年(卷),期】2014(30)5
【摘要】传统的滤波方法不能满足测量公路平整度的精度要求。
为此,提出一种新的用于公路平整度测量的滤波算法。
利用伪距和多普勒频移建立乘性噪声测量模型,利用二阶马尔卡夫对模型进行变换,在运用卡尔曼算法进行滤波,消除测量中的伪距和多普勒频移干扰误差,完成优化测量。
结果表明,利用该算法能够有效消除GPS信道中的乘性噪声,实现了对公路平整度的精确测量。
【总页数】4页(P168-171)
【关键词】乘性噪声干扰;GPS技术;公路平整度测量;卡尔曼算法
【作者】林朝飞
【作者单位】攀枝花学院交通与汽车学院
【正文语种】中文
【中图分类】U491.22
【相关文献】
1.干扰对GPS接收机伪距测量精度的影响 [J], 周坤芳;杨燕;王桂峰
2.乘性噪声干扰下的GPS公路平整度测量 [J], 李玮瑶;王小辉;吕海莲
3.基于伪距信息的GNSS双接收机抗转发式欺骗干扰检测算法 [J], 刘科;吴文启;唐康华;武智佳;张施豪
4.导航信号伪距测量抗干扰分析方法研究 [J], 金国平;马刘海;张天桥;
5.理论分析窄带干扰抑制对伪距测量偏差的影响 [J], 冉一航;刘禹圻;李鹏程;王淑君
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路面不平度研究综述_段虎明
振 动 与 冲 击第28卷第9期J OURNAL OF V IBRAT I ON AND SHOCKVo.l 28No .92009路面不平度研究综述基金项目:国家高技术发展(863计划)项目(No .2006AA110116)收稿日期:2008-09-28 修改稿收到日期:2008-11-17第一作者段虎明男,博士,工程师,1979年1月生段虎明,石 峰,谢 飞,张开斌(中国汽车工程研究院,重庆 400039)摘 要:回顾了近年来汽车理论研究和道路谱分析领域中路面不平度的理论研究和发展现状。
根据研究方向不同,分别从理论研究、试验分析和工程应用三个方面进行讨论。
理论研究主要从路面不平度的定义出发,分析了其数学模型的研究进展;试验分析包括路面不平度测试测量技术的发展和不同类型试验分析与仿真计算的研究状况;路面不平度的工程应用主要针对其在汽车和道路各个方面的应用进行了讨论。
综合论述了路面不平度的原理、特点及其在工程中的应用,最后还特别针对利用中国典型道路的路面不平度数据进行汽车设计与开发进行了阐述,并对路面不平度的研究前景进行了探讨和展望。
关键词:路面不平度;功率谱;时间序列;数值模拟中图分类号:U 416;U 461 文献标识码:A路面不平度通常用来描述路面的起伏程度,是汽车行驶过程中的主要激励,影响车辆行驶的平顺性、乘坐舒适性、操纵稳定性、零部件疲劳寿命、运输效率、油耗等各个方面。
所以对于汽车工程技术人员,研究分析路面不平度具有重要的意义。
目前国内外对路面不平度的研究最多的是公路部门,他们主要利用路面不平度的宏观统计参数来测量、评价一条道路的平整程度。
这里从车辆工程的角度出发探讨路面不平度在车辆设计、分析及应用中的功能和作用。
下面从不同的三个角度来阐述路面不平度的研究现状和发展前景:首先是理论研究,分别从路面不平度的定义和数学模型进行了分析和探讨;其次是路面不平度的试验分析研究,包括路面不平度的采集、测量和试验验证等;另外就是路面不平度的工程应用研究,描述路面不平度在道路工程与车辆设计和研发的各个领域的应用。
减振器示功图面积对车辆平顺性的影响
减振器示功图面积对车辆平顺性的影响殷春芳;张金超;汪少华;孙晓强;徐兴【摘要】为了研究减振器示功特性与车辆平顺性之间的影响机理,基于流体力学原理建立了液压双筒式减振器数学模型,并对其进行了台架试验.在此基础上,根据减振器外特性仿真曲线,提出了示功图总面积量化指标.结合车辆系统振动原理,建立了示功图总面积与簧上质量垂向振动加速度、悬架动行程以及轮胎动载荷之间的数学关系.基于整车振动模型,定量分析了示功图总面积对簧上质量垂向振动加速度、悬架动行程以及轮胎动载荷的影响规律.结果表明:当示功图总面积较小时,车辆平顺性和行驶安全性均出现明显恶化现象,但示功图总面积过大也会引起振动加速度和轮胎动载荷的增大,同时还会影响二者振动能量在频域内的分布.%To investigate the effects of damper indicator characteristics on vehicle ride comfort,the mathematical model of hydraulic double-tube damper was established based on the fluid mechanics theory,and the accuracy was verified by bench tests.According to the damper external characteristics simulation curve,a quantitative indicator of damper indicator diagram total area was bining the vibration principles of vehicle system,the mathematical relationships among indicator diagram total area and suspension performance indices of sprung mass vertical vibration acceleration,suspension dynamic travel and tire dynamic load were established,and the effect law was analyzed quantitatively based on the full-car vibration model.The results show that there is apparent deterioration phenomenon of vehicle ride comfort and safety when the indicator diagram total area is small.When the total area is too large,thesprung mass vibration acceleration and the tire dynamic load are increased,and the vibration energy distribution in frequency domain is influenced at the same time.【期刊名称】《江苏大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(038)006【总页数】7页(P645-651)【关键词】车辆;减振器;示功图面积;整车振动;平顺性【作者】殷春芳;张金超;汪少华;孙晓强;徐兴【作者单位】江苏大学电气信息工程学院,江苏镇江212013;博世汽车部件(苏州)有限公司,江苏苏州215024;江苏大学汽车与交通工程学院,江苏镇江212013;江苏大学汽车与交通工程学院,江苏镇江212013;江苏大学汽车与交通工程学院,江苏镇江212013【正文语种】中文【中图分类】U463.33减振器是车辆悬架系统的重要组成部分,随着人们对车辆性能要求的不断提高,减振器的研究成为车辆工程界关注的焦点.早在20世纪70年代,国外学者就针对减振器输出特性建模和分析开展了研究,通过克服传统设计方法需要反复调试、试验的弊端,开启了减振器研究新思路[1].国内关于减振器的特性研究成果也很丰富.谭超等[2]在北京切诺基、重庆长安等车用减振器分析的基础上,利用等效线性阻尼的方法提出了减振器分段线性模型.吕振华等[3]通过运用有限元分析方法建立了某双筒充气式减振器流固耦合模型,并对阀系结构动力学进行了深入研究.张立军等[4]运用热力学传导理论建立了减振器热力学模型,并提出减振器热平衡计算方法.通过总结国内外相关研究可以发现,减振器的建模工作日趋成熟,但减振器示功特性研究尚未广泛开展,多数学者仅针对减振器输出的最大复原阻尼力与最大压缩阻尼力间的关系进行分析,并未对减振器整个示功特性进行研究,也未提出示功图形貌特征等定量指标,更未分析这些指标对车辆减振性能的影响.因此,笔者基于流体力学原理建立某液压双筒式减振器数学模型,并对其准确性进行台架试验,基于仿真模型,提出减振器示功图总面积特征指标,并定量分析该指标对车辆平顺性的影响.1.1 拉伸行程所研究减振器为典型的液压双筒式减振器,建模时考虑拉伸过程中的阻尼力主要由活塞上的伸张阀产生,忽略底阀上的补偿阀所产生的阻尼力[5].1.1.1 开阀前当活塞运动速度较低时,上腔油液经伸张阀节流孔和常通孔流入下腔,设产生的总流量为Q1,则上下腔之间的总压强差为式中: p2为油液流经伸张阀节流孔形成的压强;p3为油液流经伸张阀常通孔形成的压强.p2,p3分别为[6]式中: ρ为油液密度;Cv为厚壁小孔流量系数;Al为伸张阀节流孔截面积; nl为节流孔的数量;μ为油液的动力黏度;l3,b3,δ3分别为常通孔的长、宽、高.综上可得,开阀前减振器复原阻尼力为式中: Ah为活塞端面积； Ag为活塞杆面积;vl为拉伸行程活塞运动速度.1.1.2 开阀后当活塞速度较高时,油液经伸张阀节流孔和卸荷阀流入下腔,设总流量仍为Q1,总压强为油液流经两阀产生的压强之和,其中,节流孔产生油液压强仍为p2,卸荷阀产生的压强为式中: l4为卸荷阀的流通长度;b4为卸荷阀的流通宽度;f4为卸荷阀的流通高度,即阀片变形量.f4可表示为[7]式中:p0为作用在弹性阀片上的油液压强;E为阀片弹性模量;h为弹性阀片的当量厚度;R1为圆形弹性阀片的外径;R2为圆形弹性阀片的内径.综上可得,开阀后减振器复原阻尼力为式中: na为卸荷阀的数量).1.2 压缩行程减振器压缩行程中的阻尼力主要由底阀上的压缩阀所提供,建模时忽略流通阀所产生的阻尼力.1.2.1 开阀前当活塞速度较低时,油液经压缩阀节流孔和常通孔流入储油腔,设流入储油腔的液体总流量为Q3,产生的总压强差为式中: p8为油液流经压缩阀节流孔形成的压强;p9为油液流经压缩阀常通孔形成的压强.p8,p9分别为式中: Ay为压缩阀节流孔截面积;ny为节流孔的数量;l9,b9,δ9为常通孔的长、宽、高.综上可得,开阀前减振器压缩阻尼力为式中vy为压缩行程活塞运动速度.1.2.2 开阀后当活塞运动速度较高时,油液将通过压缩阀节流孔和卸荷阀流入储油腔,其中,流经卸荷阀产生的压强为式中: l10为卸荷阀的流通长度;b10为卸荷阀流通宽度;f10为卸荷阀流通高度.综上可得,开阀后减振器压缩阻尼力为式中: hy为弹性阀片的当量厚度;Ry1为弹性阀片的外径;Δy=(9Ry14+8Ry13Ry2-18Ry12Ry24)/6-4Ry13Ry2ln(Ry1-Ry2),Ry2为压缩阀卸荷阀片内径.将上述各式联立,可得液压双筒式减振器数学模型,在此基础上,利用Matlab/Simulink建立减振器的性能仿真模型.1.3 模型试验验证根据QC/T 545—1999《汽车筒式减振器台架试验方法》[8]对某液压双筒式减振器进行了台架试验.试验时减振器垂直安装,工作行程为100 mm,试验温度为20 ℃,仿真与试验结果对比如表1所示.根据表1记录的不同速度下减振器拉伸、压缩行程的阻尼力以及二者之间的相对误差可以看出,仿真与试验结果吻合良好,模型准确性得到了验证.减振器示功图总面积定义为活塞在某一激振频率下,拉伸与压缩行程阻尼力做功的总和,即耗散的振动能量,如图1中A1与A2面积之和.为得出减振器示功图的总面积,考虑采用微小单元累加法进行计算[9].设减振器活塞从下止点运行到上止点的半个周期所需的时间为t,将其分为n等份,则根据正弦激振输入信号的表达式,第i个时间点ti与第i+1个时间点ti+1之间的活塞位移为式中: D为活塞总行程;f为激振输入频率.当激振频率固定时,每个活塞行程都有一个活塞运动速度和一个减振器阻尼力与之相对应.设第i个时间点减振器复原阻尼力为式中: vi为活塞运动速度;vlk为最大开阀速度;αl,βl,λl的具体表达式为同理可求得第i+1个时间点的复尼阻尼力Fi+1.将第i个时间点和第i+1个时间点的减振器阻尼力平均值作为微小矩形单元的高,则拉伸行程微小矩形单元的面积为式中Fσ为Fi和Fi+1的平均值.因此,减振器示功图的总面积应为拉伸行程与压缩行程示功图面积之和,即式中: A为示功图总面积;A1为拉伸行程示功图总面积;A2为压缩行程示功图总面积;Ayi为压缩行程微小矩形单元面积.为研究减振器示功图总面积与车辆平顺性之间的影响机理,建立了车辆2自由度垂向振动模型,如图2所示[10].图2中,ms为簧上质量;mu为簧下质量;k0为弹簧刚度;c0为减振器阻尼系数;kt为轮胎刚度;z2为簧上质量垂直位移;z1为簧下质量垂直位移;q为路面位移不平度输入.为了明确讨论的物理意义,引入以下辅助变量:式中: rk为刚度比;rm为质量比;ω0为车身固有频率;λ为频率比;ω为激振频率;ξ为阻尼比.结合上述辅助变量,可得z1和z2对路面不平度输入的频响函数为根据随机振动理论,振动响应量均方根值为式中: |H(jω)x～q|为响应量对路面不平度输入的频响函数;Gq(f)为路面输入功率谱密度.路面不平度输入可视为白噪声,即[11]式中: n0为参考空间频率;v为车速.基于车辆平顺性评价指标,考虑对车身垂直加速度悬架动行程δd以及轮胎动载荷Fd这3个振动响应量进行分析,根据式(20)-(23),可得三者均方根值的表达式分别如下:式中: φ1=rmrk(rmrk-2rm-2)+(1+rm)3+4rmrk×ξ2(1+rm)2;φ2=2rm3rk2ω0ξ.由减振器示功特性可知,悬架系统阻尼比与减振器阻尼系数成正比,而减振器阻尼系数又与示功图总面积成正相关,因此,可将阻尼比与示功图总面积之间的关系近似表示为式中τ为比例系数.将式(25)代入式(24),即得表征车辆舒适性的振动加速度均方根值以及表征车辆行驶安全性的轮胎动载荷均方根值与减振器示功图总面积之间的数学关系为根据式(26)分别对示功图总面积求偏导数,并令偏导数等于0,即可得到基于舒适性和行驶安全性的最优减振器示功图总面积分别为式中Δ=rmrk(rmrk-2rm-2)+(1+rm)3.由式(27)可以看出,基于舒适性和行驶安全性的最优示功图总面积并不相同,这正与传统被动悬架无法有效协调车辆乘坐舒适性和行驶安全性二者间矛盾相吻合.如何根据车辆减振性能要求选择最佳的示功图总面积将是减振器匹配设计的关键之一. 为提供减振器示功图总面积匹配优化的理论依据,将进一步分析示功图总面积对车辆平顺性的影响规律，研究示功图总面积对簧载垂向振动加速度、悬架动行程以及轮胎动载荷的影响机理.4.1 整车振动模型及验证在Adams/Ride环境下组建整车平顺性虚拟样机模型,以更加准确地分析减振器示功特性对车辆平顺性的影响.基于试验用某微型轿车,进行整车振动模型的构建,其中,车辆前悬为麦弗逊式,后悬为扭转梁式,转向机构采用齿轮齿条式,前置前驱,四轮盘式制动.通过GSE damper模块将Adams中自带的减振器模型替代为前文所建的减振器动力学参数Simulink模型[12].为验证所建整车振动模型的准确性,进行仿真和试验数据对比分析，对所研究的微型汽车进行实车道路随机输入试验.试验在良好沥青路面上进行,车速为40 km·h-1,其中,车身质心垂向振动加速度的仿真与试验数据对比如图3所示,其余参考指标的对比如表2所示.从图3和表2中的数据对比可以发现,二者间误差为6.6%～16.4%,且试验与仿真数据变化趋势一致,说明所建平顺性仿真模型正确可靠.4.2 示功图总面积对车辆平顺性的影响取活塞运动速度为0.52 m·s-1,示功图原始面积设定为143.7 N·m,适当调整减振器的结构参数,使得示功图总面积从40.8 N·m逐渐增加到239.8 N·m,其中,增加间隔为10 N·m.对整车模型进行仿真,车速为40 km·h-1,采用B级路面作为道路输入,分析不同示功图总面积对车辆平顺性的影响,仿真结果如图4-8所示.从图4可以看出:当示功图总面积大约为150 N·m时,簧上质量振动加速度均方根值为最小,此时车辆平顺性最佳.在此基础上,增大或减小示功图总面积都会使簧上质量振动加速度增大,且示功图总面积减小对加速度的影响幅度更为明显.从图5可以看出:当示功图总面积较小时,振动主要集中在簧上质量的固有频率附近,车辆平顺性较差.随着示功图总面积的增加,振动幅度有所减弱,但若示功图总面积过大,簧上质量在较宽频带内都会有较强的振动幅度,尤其是在人体振动的敏感频率范围(2～8 Hz),说明示功图总面积能够直接影响簧上质量振动能量在频域内的分布,若示功图面积选择不当,将会导致车辆行驶平顺性严重恶化.从图6可以看出:悬架动行程随示功图总面积的增大而减小,而轮胎动载荷则在示功图总面积大约为180 N·m时为最小,此时车辆行驶安全性最佳.在此基础上,增大或减小示功图总面积都会引起轮胎动载荷的增加,并且总面积减小导致的轮胎动载荷增加幅度更加明显.通过对比轮胎动载荷与簧上质量振动加速度随示功图总面积的变化趋势可以发现,二者在不同的示功图总面积下分别达到最小,这就说明无论示功图总面积如何匹配,都不可能同时实现车辆平顺性和行驶安全性的最优,二者存在互相矛盾的一面,设计中应根据车辆实际性能需求,做出合理取舍.从图7可以看出:随着减振器示功图总面积的增大,悬架动行程振动幅值在不断减小,但示功图总面积的变化不会影响悬架动行程在频域范围内的分布,仅影响振动幅值. 从图8可以看出:示功图总面积对轮胎动载荷在频域内的分布具有明显影响,在不同的示功图总面积下,轮胎动载荷在簧上质量和簧下质量固有频率附近都存在明显的振动峰值,同时,在这2个共振频率下,示功图面积较小的减振器对轮胎动载荷的影响较为明显,而示功图面积较大的减振器能在这2个频率下明显抑制轮胎动载荷的变化,但对于其他频率下的轮胎动载荷变化抑制效果较差,车辆行驶安全性不能得到充分保证.1) 根据减振器力学仿真模型得出减振器示功特性曲线,提出了减振器示功图总面积量化指标,建立了示功图总面积与车辆平顺性指标之间的数学关系,为分析示功图总面积对车辆平顺性的影响提供了重要理论依据.2) 示功图总面积代表了一个工作循环内减振器耗散能量的大小.随着示功图总面积的减小,车辆平顺性和行驶安全性均呈现出恶化的趋势;虽然示功图总面积的增加能够有效抑制悬架动行程,但同时将更多的振动能量传递给了车身,恶化车辆行驶平顺性.此外,示功图总面积增加还会影响簧上质量振动加速度以及轮胎动载荷在频域内的分布,使得幅值较大的振动频带变宽,这对车辆平顺性和行驶安全性都极为不利.因此,减振器示功图总面积要根据车辆实际运行情况和性能要求,做出合理的匹配.张金超(1985—)，男，内蒙古赤峰人，工程师(****************)，主要从事车辆动态性能模拟与控制研究.【相关文献】[ 1 ] CZOP P, SLAWIK D. A high-frequency first-principle model of a shock absorber and servo-hydraulic tester[J]. Mechanical Systems and Signal Processing,2011,25(6):1937-1955. [ 2 ] 谭超,俞德孚,罗金良. 悬架双筒液压充气减振器的基本结构和工作原理[J]. 兵工学报,1997 (3):51-57.TAN C,YU D F, LUO J L. Basic construction and ope-ration principle of the shock absorber with dual-tube hydrau-gas charged[J]. Acta Armamentarii,1997 (3):51-57.(in Chinese)[ 3 ] 吕振华,姜利泉. 基于液-固耦合有限元分析方法的气-液型减振器补偿阀性能研究[J]. 工程力学,2006,23(11):163-169.LYU Z H, JIANG L Q. FSI fea simulation of liquid-supplement valves in gas-pressurized hydraulic dampers[J]. Engineering Mechanics,2006,23(11):163-169.(in Chinese)[ 4 ] 张立军,余卓平. 汽车悬架液压减振器热机耦合动力学模型[J]. 同济大学学报(自然科学版),2008,36(12):1691-1696.ZHANG L J, YU Z P. Thermo-mechanical coupling dynamics model of automotive suspension hydraulic shock absorber[J]. Journal of Tongji University(Natural Sci-ence),2008,36(12):1691-1696.(in Chinese)[ 5 ] 吴应龙,赵华,张国刚. 车辆液压减振器设计理论与仿真[J]. 农业机械学报,2013,44(12):29-35. WU Y L, ZHAO H, ZHANG G G. 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展示车辆平顺性的虚拟仿真技术
数据挖掘 ；张寅奇 （９ ６ ） １８ 一 ，男，内蒙古乌兰察布人，硕士研究生 ，研究方 向为计算机视觉 、虚拟现实。Ｅ ｍａ ：ｘ ｅｉｎ ７ ２ １ ３ ｃ ｍ － ｉ ｕｌ ｇ ２＠ ６ ． ｏ ｌ ａ
一
第 ３ 卷 第 １ 期 ３ ０
李 红波 ，薛亮 ，吴 渝 ，等 ： 示车辆 平顺性 的虚拟仿 真技 术 展
（ ．重 庆邮 电大 学 产 学研 办公 室 ，重庆 ４ ０ ６ ；２ 重庆邮 电 大学 计 算机 学 院，重 庆 ４ ０ ６ ； １ ００ ５ ． ０ ０ ５ ３ 重庆 邮 电大 学 网络 智 能研 究所 ，重庆 ４ ０ ６ ） ． ０ ０ ５
摘 要 ：虚拟现 实技术是车辆平顺性仿真展示 的主要方法之一 。为 了能更直观地展 示车辆平 顺性 ，参考 了 １２七 自由度车 ／
顺性 展示困难的 问题 ，但 型 的建立需 要借 助专 业软件 来 实 现 ，仍 然 比较复杂 。 另外 ，在虚拟环境 中对 仿 真过 程 的观测 ，沈洋 等人 ］ 是通过让虚 拟摄像 机对 准 目标 ，同时进 行位 置平 移 和视角 旋转来 实现。这种传 统方 法 比较简 单 ，并且 摄像 机与周 围
辆 模 型 ，在 分 析 三 维模 型 车辆 振 动 组 成 结 构 后 构 建 了 １２二 自由度 车 辆 模 型 ， 并 导 出车 辆 垂 向 受 力 方 程 ， 实现 了 对 车 辆 平 ／ 顺性 的模 拟 。 为观 测 车辆 平 顺 性 仿 真 过 程 ，提 出 “ 固定 跟 车 ” 观 测 算 法 ，通 过 平 移 和 旋 转 变 换 ， 让摄 像 机 视 角 与 车 辆 位 置
ＡＲ模 型 ，实 现 了对 一 维 和二 维 路 面不 平 度 的 重 构 。上 述 两
种研究方 法专业 性较 强 ，不适 合非 车辆 相关专 业人 员 ，且 用３ Ｄ游戏 引擎进行虚拟展示实现 困难 。王 国权 等ｌ 选择在 ８
路面不平度随机激励时域模型的仿真比较与评价
路面不平度随机激励时域模型的仿真比较与评价彭 佳, 何 杰, 李旭宏, 陈一锴, 丛 颖(东南大学交通学院,江苏南京210096)摘 要:为深入研究常用路面不平度随机模型的特性,基于Matlab 仿真环境,对白噪声法、谐波叠加法、FFT 法、AR/ARMA 法4种模型在指定环境下的效率与结果进行了仿真分析和比较。
在将4种模型拓展到多点时域模型后,对多点单轮辙模型的时延相关性、可用性和严密性以及多点双轮辙模型的轮辙相关性、合理性和波动性进行了仿真分析和比较。
结合模型适用范围与扩展应用等方面的比较,给出了4种模型应用特性的综合评价结果。
完善了多点时域模型的建模方法和体系,得到的评价结果,为车辆优化和设计、路面不平度和谱分析、道路数据库建立以及人车路大系统分析等方向的科研工作者选择模型提供了理论依据。
关键词:路面不平度;随机过程;时域模型;多点多轮辙激励;数值仿真中图分类号:P732文献标识码:A文章编号:1009-3443(2009)01-0077-06Simula tion compa rison a nd eva lua tion of common time domainmodels unde r roa d irre gularity e xcitationP EN G J ia , H E J ie , LI Xu -hong , CH EN Yi -ka i , CON G Ying(Tr anspor tat ion College ,Southeast University ,Nanjing 210096,China )Abstra ct :To study the characteristics of common time domain models of road irregularity excitation ,four types of single-point time domain models of road irr egularity excitation,namely white noise filtering,har-mony superposition,FFT and AR/ARMA method were analyzed.T he efficiency and simulation results of these four methods in MAT LAB environment were analyzed and compared.All these models wer e devel-oped and applied to the multi -point time domain model in or der to investigate the time -delay corr elation ,availability and tightness of the unilateral-track model,as well as the track correlation,rationality and fluctuation of the bilateral-track model.A comprehensive evaluation conclusion was drawn refer ring to the application scope and patulous research of these models ,which perfected the modeling system of the multi -point time domain model .The evaluation conclusion provides theoretical basis of model selection for vehi-cle design,r oad irregularity analysis and spectrum analysis,Road Basic Database Construction and People-Vehicle-Road Analysis.Key words :road irregularities ;stochastic process ;time domain model ;bilateral track excitation ;numeri-cal simulation 收稿日期:2007-12-01.基金项目:国家自然科学基金资助项目(50708020);江苏省自然科学基金资助项目(BK2007566).作者简介:彭 佳(1983-),男,博士生.联系人:何 杰,副教授;研究方向:载运工具运用工程;E -mail:hejie@s . 作为车辆行驶舒适度的关键性指标,国内外针对汽车平顺性的研究在近些年得到了长足的发展。
基于幂函数的路面不平度白噪声激励模拟方法
的 Ｇ ｕｓ白噪声 随机 过程 ， ａｓ 且其 自协方差 满足
Ｅ［ （ ） ｔ －］＝ ａｐ Ｗ ｔＷ（ ＋７ பைடு நூலகம் ２ ｕ （一 － ７ ）
白噪声激励 模拟 的基本 思想 是将路 面 高程 的 随机波 动抽象 为 满 足一 定 条 件 的 白噪 声 ， 后 经一 然 假定系统 进行 适 当变换 而拟合 出路面 随机 不平 度 的 时域 模 型 。白噪声激励 模拟 是 目前应用 比较普 遍 的 路面不平度 模 拟方法 。
ｒ ａ ｓ ｈ ｅ ｓｂ ｌｔ ｆｐｒｐ ｓ ｄ ｍｅｈ ｄ ｉ ｅ ｆｅ ｏ ｄ ，ｔ ｅ ｆ ａ ｉ ｉｉ ｏ ｏ ｏ ｅ ｔ ｏ ｓ ｖ ｒｉ ｄ． ｙ ｉ
Ｋ ｅ ｗ ｏ ｄｓ：ｒ ａ ｒ ｕｇ ｎｅ ｓ；ｗｈｉｅ ｎｏ ｓ ｘ ｉａｔｏ ｙ ｒ ｏ ｄ ｏ ｈ ｓ ｔ ｉｅ ｅ ｃ ｔ ｉ ｎ；ｓｍ ｕｌ ｔｏ ｉ ａ ｎ ｉ
Ｇ（ ） ＝ ｎ
百
２ ｐ ａ２
十 ｎ
（） ２
原稿 收到 日期为 ２０ ０ ６年 １ ４日， ２月 修改稿收到 日期 为 ２０ ０ ７年 ３月 ２ ６日。
文 中对基 于有理 函数 的路 面不 平度 白噪声激 励 模 拟方法进 行 了分析 ， 出了该方 法存 在 的不足 ， 指 提 出了一种基 于幂 函数 的路面不 平度 白噪 声激 励模 拟
式 中 Ｅ［・ 为 均 值 函数 ； Ｐ为路 面 的随 机不 平 度 ］ 、 常数 ， 取值 与路 面的等级 有关 ； Ｍ为车速 ， ／ ； ｍ ｓ丁为时 移 ，； Ｓ （・） 脉冲 函数 。 为 式（） １ 描述 的路 面 不 平度 时域 模 型所 针对 的频 域 模 型为下 面 的有理 函数 ２
基于虚拟样机的某型轻卡平顺性仿真分析
．．．．．
．．．．．
研 究 与开 发
率加权 函数 Ｗ 最敏感频 率范 围为 ４～１． ｚ ２ ５Ｈ ，故 垂 向加速度 峰值避开 了这个敏感范围 ，而水平轴 向加速度峰值正好 在这个
范围内。
３ ００ ０ ． ２ ００ ０ ． １ ００ ０ ． ００ ．
ｆｌ ＼Ｉ ｌ
．
， 、
÷
ｎ
＝
（ （ Ｇ（ ｄ ‘ ｆ 。）） Ｊ ） ｆ，
５
（ ） 当同时考虑椅 面 Ｘ、Ｙ ３ 、ｚ这 ３个轴向振 动时 ，３个轴 向的总加权加速度均方根值按下式计算 ：
１
ｎ ＝ （ １４ ） ＋ （． ａ ＋ （ ） （． ａ １４ ） 。 ）
室 、 悬架 系统 、车 架 、车 轴 和 轮 胎 这 几 个 主 要 部 件 的模 型 。 具
０ ・５
（） ｆ
＝ｆ １１ Ｉ４
【２ ５ｆ １ ／
．
体建模时根据得 到的 相关 数据 ，对软 件 中的模板 参 数进行 修 改 ，使各设计参数达到满载状态。将 Ａ Ａ Ｓ Ｃ Ｒ中创 建的各 Ｄ Ｍ／Ａ 个子系统 通过交流 器 （ｏ ｍ ｎ ａｏ）进行 装配 ，得 到整 车装 ｃｍ ｕ ｉ ｔ ｃ ｒ
２ 平顺 性 的评 价
Ｉ０ ６ １ ９ ７ （ Ｓ２ ３ ：１９ Ｅ）标准规定 ，当振 动波形 峰值 系数 ＜ ９
（ 峰值系数是 加权 加速度 时间历程 。 （）的峰值 与加权加 速度 ｔ 均方值 ｎ 的比值 ）时 ，用基本 的评价 方法——加权 加速度 均 方根值来评价振动对人体舒适 和健 康的影响。根据测 量 ，各种 汽车在正 常行驶工况下对这一方法均适用。 用基本 的评价方法来评价 时，先计算各轴 向加权 加速度均 方根值 ，具体有两种计算方法 ： （ ）对记录的加速度时 间历程 ｎ ｔ １ 【），通过相应 频率加权 函数 （）的滤波网格得 到加权 加速度历程 。 （），按 下式计 ｆ ｔ 算加权加 速度均方根值 ：
(完整版)汽车理论课后习题答案第六章汽车的平顺性
第六章6.l 、设通过座椅支承面传至人体垂直加速度的谱密度为一白噪声，Ga ( f )=0.132m -⋅s 。
求在0.5～80H Z 频率范围加权加速度均方根值a w 和加权振级L aw ，并由表6-2查出相应人的主观感觉。
答：21805.02])()([df f G f W a a w ⎰⋅=805.125.1244225.05.121.011.041.0*5.0[dff df df f df ⎰⎰⎰⎰+⋅⋅+⋅⋅+⋅=28.24=⇒)(200a a Lg L waw=70.147)1028.24(206==-Lg查173P 图知：人的主观感觉为极不舒适。
6.2、设车速u =20m ／s ，路面不平度系380q 10*56.2)(G m n -=，参考空间频率n o =0.1-1m 。
画出路面垂直位移、速度和加速度)(G q f 、)(G q f 、)(G q f 的谱图。
画图时要求用双对数坐标，选好坐标刻度值，并注明单位。
解：228220q 20*1.0*10*56.2)()(G f f u n n G f q -==29110*12.5f-= 20*1.0*10*56.2*4)(4)(G 282202q -==ππu n n G f q-710*2.02=22842204q *1.0*10*56.2*16)(16)(G f uf n n G f q -==ππ 2-710*99.3f =画出图形为：6.3、设车身－车轮二自由度汽车模型，其车身部分固有频率f o ＝2Hz 。
它行驶在波长λ=5m 的水泥接缝路上，求引起车身部分共振时的车速u n (km/h)。
该汽车车轮部分的固有频率f t =10Hz ，在砂石路上常用车速为30km/h 。
问由于车轮部分共振时，车轮对路面作用的动载所形成的搓板路的波长λ=?答：①当激振力等于车辆固有频率时，发生共振，所以发生共振时的车速为：2*5u 0a =⋅=f λs m /10=②搓板路的波长 ：m 65106.3/30==λ6.4、设车身单质量系统的幅频 |z ／q | 用双对数坐标表示时如习题图6所示。
小波分析在路面不平度信号降噪中的应用研究
小波分析在路面不平度信号降噪中的应用研究王国林;胡蛟【摘要】Several principles and the advantages and faults of the traditional wavelet de-noising are both described,then a de-noise method base on energy-member and Neyman-Pearson Criteria is proposed and used for de-noising in the road roughness data. Numerical simulations show that the algorithm can not only maximize the retention of road roughness trends ,but also is effective and excellent in de-noising.%阐述了几种传统小波去噪原理及其优缺点,在此基础上提出了一种基于能量元和Neyman-Pearson 准则的小波阈值去噪算法,并将其用于路面不平度数据的降噪分析.仿真结果表明,该算法不仅能最大限度地保留路面不平度信号的趋势部分,而且能有效降噪.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2011(000)004【总页数】3页(P65-67)【关键词】小波分析;降噪;Neyman-Pearson准则;路面不平度;功率谱【作者】王国林;胡蛟【作者单位】江苏大学,汽车与交通工程学院,镇江,212013;江苏大学,汽车与交通工程学院,镇江,212013【正文语种】中文【中图分类】TH16;U416.061 前言路面不平度是车辆振动系统的主要激励之一，不平路面的激励所引起的振动不仅影响汽车的行驶平顺性、安全性，也影响零部件的疲劳寿命以及运输效率、能耗等各个方面，同时路面不平度数据也是制定公路养护方案的直接依据，是路面养护专家系统决策的依据。
基于滤波白噪声的汽车平顺性时域建模和仿真
基于滤波白噪声的汽车平顺性时域建模和仿真赵旗;王维;李杰;张初旭【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2016(016)027【摘要】为了进行汽车平顺性建模和仿真,给出了路面不平度频域模型的标准和改进两种形式.对应路面不平度频域模型改进形式,总结了基于滤波白噪声的路面不平度激励的时域模型.由前后轮路面不平度激励的相关性和一阶Pade算法,建立了前后轮路面不平度激励的时域模型.基于平面系统假设,建立了汽车平顺性四自由度平面系统模型.提出了基于滤波白噪声的汽车平顺性四自由度平面系统仿真算法.在B 级路面和常用车速60 km/h下,对某轿车平顺性进行了时域仿真,获得了前轮和后轮路面不平度激励和振动响应量的时间历程.研究结果表明,基于滤波白噪声构造路面不平度激励和对汽车平顺性进行时域建模和仿真是可行和有效的.【总页数】5页(P283-287)【作者】赵旗;王维;李杰;张初旭【作者单位】吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室,长春130025;吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室,长春130025;吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室,长春130025;沈阳工学院机械与运载学院,抚顺113122【正文语种】中文【中图分类】U461.4【相关文献】1.基于伪白噪声的路面不平度模拟及其车辆平顺性 [J], 向华荣;张开斌;张琢玉;王红钢2.基于VPG白噪声滤波模型在四轴车体系统驾驶室的平顺性研究 [J], 陈宁;张功学3.白噪声路谱的生成和汽车平顺性仿真 [J], 金爽;刘浩;张鹏4.基于空间模型的轿车平顺性时域建模和仿真 [J], 赵旗;王维;罗兰;郑玲玲;李杰5.基于VPG白噪声滤波模型在四轴车体系统驾驶室的平顺性研究 [J], 陈宁;张功学;因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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路面不平度通常用来描述路面的起伏程度 , 是汽车行驶过程中的主要激励 , 它使车辆 在行驶 中产生行驶阻力和振动 , 影响车辆行驶的平顺性 、 操纵稳定性 、零部件疲劳寿命等各个方面 .车辆平 顺性是汽车整车质量的综合性能指标之一 , 是指 汽车在不平路面 激励下汽 车振 动响应 方面的 性 能 .因此 , 获取准确的路面信息是进行车辆振动系 统平顺性分析和评价的关键 .
基金项目 :国家高技术研究发展计划 (863计划 )资助项目 (2006AA110116). 作者简介 :向华荣 (1979— ), 男 , 重庆人 , 硕士 , 工程师 , 主要 从事 车辆系 统动 力学 , 车辆 检测 及试验 研究 ;张 开斌
(1964— ), 男 , 重庆人 , 研究员 级高级工程师 , 主要从事车辆检测及试验研究 .
12
重庆工学院学报
对车辆振动系统的输入除了路面不平度 , 还
要考虑车速因素 , 根据车速 u将空间频率 谱密度
Gq(n)换算为时间功率谱函数 Gq(f).
G(n0 )
f n0
-W
uW-1
(2)
式中 :Gq(n)表示路面不平度功率谱密度 , 简称路
面功率谱密度 ;n表示空间频率 (m-1 );n0 表示参
在研究车辆非线性系统的振动时必须建立振 动系统的运动方程 .本文中建立的车辆四 自由度 振动模型 , 是一个有阻尼力的黏滞阻尼体系 .引入 广义坐标 zi的概念 , 结构动力学中的能量耗散体 系的拉格朗日方程 [ 4] 为
d dt
T ·zi
-
Tzi +
U zi
=-
R ·zi
(5)
式中 :T表示振动系统的总动能 ;U表示振动系统
cs1 (·z-a·θ-·z1 )-cs2 (·z+b·θ-·z2 )(9)
Jθ¨=aks1 (z-aθ-z1 )-bks2 (z+bθ-z2 )+ acs1 (·z-a·θ-·z1 )-bcs2 (·z+b·θ-·z2 )
(10)
14
重庆工学院学报
m1 z¨1 =ks1 (z-aθ-z1 )+cs1 (·z-a·θ-·z1 )kt1 (z1 -q1 )-ct1 (·z1 -·q1 ) (11)
3)在进行路面谱模型的应用时 , 对建立的车 辆模型 , 可以考虑轮胎的包容特性 , 建立一个能真 实反映车辆实际行驶状况的模型 .
参考文献 :
图 8 C级路面车辆振动特性
5 结束语
应用基于伪白噪声法产生随机路面不平度的 方法是可行 、有效的 , 并能为非线性车辆振动分析 提供时域随机序列路面不平度信号 .路面 不平度 时域模型的创建主要为基于虚拟样机技术的车辆 平顺性分析与仿真准备输入 , 通过定义路 面和轮 胎属性 , 仿真分析路面的纵向激励 , 以深入研究 各种车辆的平顺性机理 .在将来的研究工作中 , 路 面不平度可以在几个方面进行深入研究和探索 :
第 23卷 第 9期
Vol.23 No.9
重 庆 工 学 院 学 报 (自然科学 ) JournalofChongqingInstituteofTechnology(NaturalScience)
2009年 9月 Sep.200 9
＊
基于伪白噪声的路面不平度模拟及其车辆平顺性
向华荣 , 张开斌 , 张琢玉 , 王红钢
伪白噪声法的基本思想是将已知的路面功率 谱经适当的数学处理得到特定的数值滤波器 , 再 让计算机生成的正态随机数通过该滤波器得到路 面形状 .伪白噪声法可由一白噪声通过一 积分器 产生或由一白噪声通过一成形滤波器产生 , 形成 积分白噪声随机路面轮廓 .
单个车轮受到的路面激励时域数学模型用式 (4)描述[ 4]
1 路面不平度的表示方法
作为车辆振动输入的路面不平度 , 主要采用
路面功率谱密度描述其统计特性 .
根据标准 GB7031 “车辆振动输入 -路面平
度表示方法 ”中的规定 , 路面功率谱 Gq(n)的拟合 表达式为[ 1]
Gq(n)=Gq(n0 )
n n0
-W
(1)
＊ 收稿日期 :2009-05 -04
考空间频率 , n0 =0.1 m-1 ;Gq(n0 )表示参 考空间
频率 n0 下 的 路 面 谱 值 , 称 为路 面 不 平 度 系 数 (m2 /m-1 );W为频率 指数 , 决 定路面谱的频 率结
构 ;f=un, f为时间频率 , u为车速 .
当频率指数 W=2时 , 由式 (2)得 G·q(f) =(2πf)2 Gq(f)=4π2 Gq(n0 )n20 u(3) 可以看出 , 此时路面速度功率谱幅值 在整个
·q(t)+2πf0 q(t)=2πn0 Gq(n0 )uω(t)(4) 式中 :q(t)表示车轮受到的路面随机激励 ;ω(t)表示 单位高斯白噪声 ;f0 为下截止频率 , f0 =0.062 8 Hz.
根据式 (2)表示的理论的路面时间功率谱密 度函数 , 在 Matlab中画出 f=0.01 ～ 100 Hz, 速度 为 50 km/h下的理论功率谱密度曲线 , 并与模拟 产生的 A级路面的功率谱密度进行比较 , 如图 4 所示 .从图中可以看出采用 伪白噪声法得出的随 机路面的功率谱密度在 0 ～ 100 Hz的频率段内都 与理想的功率谱密度相符 , 因此说明本文中采用
频率范围为一常数 , 即为一 “白噪声 ” , 幅值大小只
与不平度系数 Gq(n0 )有关 .
2.2 结果与分析 利用仿真软件 Matlab/Simulink构建伪白噪声
法的路面不平度模型 .本文中采用 50 km/h模拟 产生 A、B、C三级道路 .图 1 ～图 3是模拟产生的 时间序列路面不平度曲线 .
(中国汽车工程研究院有限公司 , 重庆 400039)
摘 要 :介绍了基于伪白噪声的时间序列路面不平度模拟方法 , 并将模拟产生的随机路面不 平度应用于四自由度非线性车辆振动模型中 , 对车辆的平顺性进行仿真分析 .结果表明 , 基于伪 白噪声法产生路面不平度的方法是可行的 , 用在车辆平顺性研究中也是有效的 . 关 键 词 :路面不平度 ;白噪声 ;功率谱密度 ;平顺性 中图分类号 :U416;O322 文献标识码 :A 文章编号 :1671 -0924(2009)09 -0011 -05
Abstract:Thispaperintroducesthemethodofsimulatingtheroadroughnessofthetimeseriesbased onpseudowhitenoise, andappliesthemethodtothefourDOFnonlinearrandomvibrationmodelof thevehicle, andstudiesvehicleridecomfort.Theresultsofsimulationdemonstratethefeasibilityof themethodinsimulatingtheroadroughness, andintheapplicationinvehicleridecomfort. Keywords:roadroughness;whitenoise;PSD;ridecomfort
从图 6 ～图 8可以看出 , 在时域内 , 在同一车 速下 , 车辆行驶在不同等级的路面上 , 随着路面等 级的变差 , 车辆的振动加速度和加速度均 方根值 也随之加大 .在频域内 , 在同一车速下 , 随 着路面 等级的变差 , 车辆的振动功率谱密度峰值 也随着 增大 .这种趋势符合实际车辆行驶 情况 , 因此 , 应 用由滤波白噪声法生成的路面不平度时间序列 , 在研究车辆平顺性上具有实际意义 .
SimulationofRoadRoughnessBasedonPseudo WhiteNoiseandStudyofVehicleRideComfort
XIANGHua-rong, ZHANGKai-bin, ZHANGZhuo-yu, WANGHong-gang
(ChinaAutomobileEngineeringResearchInstituteCo., Ltd, Chongqing400039, China)
向华荣 , 等 :基于伪白噪声的路面不平度模拟及其车辆平顺性
15
1)路面谱的时域模型可以根据具体车型 , 建 立具体的适应于具体车辆的路面谱模型 , 以便于 预测分析车辆特性 .
2)通过测量和建立我国的基础道路数据库 , 将各种路面进行统计分析 , 与现有的一些数学模 型进行对比 , 建立符合我国 实际情况的道路谱模 型是以后发展的重中之重 .
2 路面不平度的模拟
2.1 基于伪白噪声的路面不平度模型 车辆是由许多非线性特性单元组合而成的非
线性随机振动系统 .对非线性系统的研究 , 时域分 析是最基本的分析方法 , 因此 , 研究车辆非线性系 统特性时 , 需要获得路面不平度的时域模型 .目前 国内进行伪随机序列产生随机路面不平度时间轮 廓 (路面粗糙度 )的方法有三角级数叠加法 、伪白 噪声法 、过滤泊松模型和基于频率功率谱 采样的 数值模拟方法 [ 2 -3] .本文中主 要介绍基于伪 白噪 声法的路面不平度模拟 .
车辆质心 A的垂直位移和加速度为 zA =z, z ¨A =z ¨
前悬架中心 B的垂直位移和加速度为 zB =z-aθ, z ¨B =z ¨-aθ¨
后悬架中心 C的垂直位移和加速度为 zC =z+bθ, z ¨C =z ¨+bθ¨
4 四自由度车辆非线性振动模型平 顺性仿 真分析
根据四自由度车辆非线性振动模型和路面模 型 , 在 Matlab/Simulink环境下建立相应的 仿真模 型 , 分析车 辆以 50 km/h的车 速行 驶在 A级 、 B 级 、C级 3种路面上时车辆的振动特性 .图 6 ～图 8 表示了在 A级 、B级 、C级路面上车辆质心 、前后 悬架 中 心 位 置的 加 速 度 及 加 速 度 功 率 谱 密 度 曲线 .