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1、班级：机硕班级：机硕 0603 姓名：王瑞强姓名：王瑞强 学号：学号：611000200670354 关于路面不平度的理论研究和工程应用的现状综述 路面不平度是汽车行驶时的主要激励源， 研究探讨能精确模拟实际路面状况的数学模型是建立汽车虚拟仿真平台的一个重要部分， 是进行道理模拟试验首要解决的关键问题，具有重要的理论价值和广阔的工程应用前景。 11 路面不平度对汽车运行状态的影响 路面不平度对汽车运行状态的影响 1.1 对轮胎与地面的接触状态的影响 轮胎是连接汽车车身与道路的唯一部件, 车辆的支承、 导向和操纵要通过轮胎与路面之间的相互作用才能实现。 在轮胎与路面的相互作用过程中, 路面不平度
2、对轮胎胎面与路面的接触状态会产生影响， 进而影响两者之间的载荷传递特性, 以及轮胎的磨损与寿命。 1.2 对汽车平顺性与操纵稳定性的影响 路面不平度是引起汽车在运行时产生振动的一个主要激励源， 当路面不平度激起的振动达到一定程度时， 将使乘客及驾驶员感到不舒适和疲劳, 直接影响了车辆的平顺性、乘坐舒适性以及承载系的可靠性和寿命, 或使运载的货物损坏。车轮与路面之间载荷的波动还影响到它们的附着效果, 路面不平使车辆在行驶中产生行驶阻力和振动。附着效果、行驶阻力和振动都会对车速和操纵稳定性产生影响。附着效果影响汽车制动性和行驶稳定性，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。 1
3、.3 对乘员和环境的影响 路面不平度在激起汽车各部件发生振动的同时，也会产生车内车外噪声，对乘员和周围的环境造成一定的影响。 由于车身和车地板都是形状比较复杂的板结构件，在发生振动时，均会辐射出噪声，已有研究发现：通过这种板结构辐射出的噪声对于汽车车内的噪声贡献较大，是汽车行驶时车内噪声的一个主要来源。因此在对汽车进行低噪声设计时，路面不平度也是一个关键的考虑因素。 22 路面不平度的数学描述 路面不平度的数学描述 2.1 路面不平度的定义 道路表面对于理想平面的偏离程度, 会影响车辆动力性、 行驶质量和路面动力载荷。通常把路面相对基准平面的高度, 沿道路走向qI长度的变化称为( )q I第第
4、 1 页页 共共 7 页页 班级：机硕班级：机硕 0603 姓名：王瑞强姓名：王瑞强 学号：学号：611000200670354 路面纵端面曲线或路面不平度函数。 路面不平度可以通过客观评价指标和主观评价指标来进行评价。 客观评价指标是指道路表面对于理想平面的偏离。 对路面不平度进行测量、 计算得到的结果就是客观评价指标。 客观评价指标的优点是测量结果的客观性, 及时间稳定性或时不变性。 主观评价指标是指用乘车人的主观感觉来评价得到的评价指标。 主观感觉评价的优点是把运行参数车和人的感觉纳入了路面不平度的评定; 缺点是评价的不稳定性, 即评价结果受车辆状况、驾驶技术以及评价人员判断的影响。 ,
5、 2.2 路面不平度的功率谱密度 在测量不平度时， 可以用水准仪或专门的路面计来得到路面纵断面上的不平度值。经测量得到的大量路面不平度的随机数据，通常在计算机上进行处理，得到路面不平度的功率谱密度或方差( )qG n2 q等统计特性参数。 作为描述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。 国际标准协会文件ISO/TC108/SC2N67与我国国家标准GB703187中都建议路面不平度功率谱密度用下式拟合: ( )()00W nGnGnqqn =(1.1) 式 1.1 中，n为空间频率，它是波长1(m)的倒数，表示每米长度中包含几个波长；为参考空间频率，0n1 00.1n
6、m=；为参考空间频率下的路面功率谱密度，称为路面不平度系数，单位为；W为频率指数，为双对数坐标上斜线的斜率，它决定路面功率谱密度的频率结构。 0()qG n0n3m在进行路面不平度计算时，要对空间频率进行截取，实际上预期路谱取为 第第 2 页页 共共 7 页页 班级：机硕班级：机硕 0603 姓名：王瑞强姓名：王瑞强 学号：学号：611000200670354 1(),0010( )(),0100,2Wn GnnnqnW nGnGnnnnqqnnn+或者kx时, ( ,)kkW xb= 0, 以上随机变量,kakbk 均假定为相互独立的随机变量。 第第 5 页页 共共 7 页页 班级：机硕班级
7、：机硕 0603 姓名：王瑞强姓名：王瑞强 学号：学号：611000200670354 形状函数( ,)kkW xb的选定, 应根据实际路面的起伏情况, 如对于比利时试验路, 可选择矩形形状函数。 但是,一般的道路都是十分复杂的随机过程,所以常选用半正弦波形状函数 sin,()0,( ,)kkk kkkxbbW xb+ =其它(1.10) 该模型在频率大于一定值后, 能较好地逼近目标谱密度, 在频率为0附近, 效果较差。 该模型的最大缺点是参数的求取缺乏严密的算法, 需要试凑, 因此很不方便。 44 关于路面不平度数学模型的工程应用 关于路面不平度数学模型的工程应用 在现代的汽车设计过程中，为
8、了缩短新产品的开发周期，降低设计成本，加速新产品快速响应市场需求的能力， 一种新的室内试验技术道路模拟试验迅速地发展起来。道路模拟试验是从20世纪60年代开始发展的，现在它已成为汽车工业的一项主要试验项目， 通过道路模拟试验可以在试验室内再现汽车的主要部件甚至整车在道路行驶的运行工况， 从而研究样车对路面不平度激励的响应及其耐久性试验，分析样车的振动及驾驶室内的噪声状况，对样车进一步的优化设计具有指导意义。道路模拟试验的关键设备之一是道路模拟振动台，如何使振动台产生与汽车在实际路面运行时的随机振动， 首先要建立刻画路面不平度的数学模型，应用计算机对实际的路面激励信号进行模拟，产生路面不平度的模
9、拟信号，将路面不平度的模拟信号作为输入，分析汽车的响应。对此各国学者进行了大量研究，提出了如前文所描述的谐波叠加模型，AR模型，ARMA模型及过滤泊松过程模型，其中AR模型已应用于工程实践。 55 存在问题及进一步研究的方向 存在问题及进一步研究的方向 由于不管是标准道路谱还是实测道路谱, 其功率谱密度是道路不平度的一个统计量。 因此, 对应于测量范围内某一种确定的路面高程, 其功率谱密度是唯一的； 但对于给定的功率谱密度, 其模拟设计的路面高程并不唯一, 也就是说功率谱密度与路面高程并非一对一的映射, 因此从频域模型所得的道路高度的时程函数只能看成是满足给定路面谱的全部可能的路面高程中的一个
10、样本函数。 为从已知的路面谱获得路面激励时域模型随机路面高程, 通用的方法是将路第第 6 页页 共共 7 页页 班级：机硕班级：机硕 0603 姓名：王瑞强姓名：王瑞强 学号：学号：611000200670354 面高程定性为平稳的Gaussian随机过程。 因此对于平稳Gaussian随机过程的数值模拟，各种路谱(包括标准的和实测的, 确定性的和随机的)建模、模型建库及封装、道路激励的可视化、以及与汽车虚拟仿真系统的链接等都是有待深入研究的内容。 参考文献： 1 余志生，汽车理论(3版)。北京：机械工业出版社，2000 2 常志权等，谐波叠加路面输入模型的建立及数字模拟。重庆大学学报(自然科
11、学版)，第27卷，第12期，2004 3 马俊福等，路面不平度模拟及其可视化系统的研究。机床与液压，2006.No.4 4 刘献栋等，公路路面不平度的数值模拟方法研究。北京航空航天大学学报，第29卷，第9期，2003 5 唐光武等，路面不平度的数学模型及计算机模拟研究。中国公路学报，第13卷，第1期，2000 6 张永林等，车辆路面不平度输入的随机激励时域模型。农业机械学报，第35卷，第2期，2004 7 唐光武等，二维路面不平度的时域模型及计算机仿真。重庆大学学报(自然科学版)，第23卷，第6期，2000 8 马训明等，路面不平度的统计特性分析及建模研究。机床与液压，2004.No.7 9
12、金睿臣，路面不平度的模拟与汽车非线性随机振动的研究。清华大学学报(自然科学版)，第39卷，第8期，1990 10 薛忠军等，基于三维数字模型的路面表面空间几何特征参数的初步研究。公路，2006年2月，第2期 11 缪瑞平等，一种新的路面不平度模拟方法的研究。沈阳航空工业学院学报，第21卷， 第5期，2004 12 杨云等，道路模拟振动台及其控制系统的研制。系统仿真学报，第16卷，第5期，2004 13 A new random data description and its use on transferring road roughness to vehicle response: J.
13、G. Wambold, W. H. Park and R. G. Vashlishan. Journal of Sound and Vibration, Volume 50, Issue 4, 22 February 1977, Page 619. 14 Definition of road roughness parameters for tire vibration noise control: Tatsuo Fujikawa, Hiroshi Koike, Yasuo Oshino, Hideki Tachibana. Applied Acoustics Volume 66, Issue 5, May, 2005, Page 501-512. 15 Simulation analysis of infuence of road surface ronghness on tyre dynamic performance in automotive braking: Zuo Shuang, Zhang Qi, Han Baidong. Transactions of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics, Vol 17, No.1, June 2000, Page 42-47. 第第 7 页页 共共 7 页页
