基于车辆响应的非高斯路面不平度建模方法研究

作     者：宋浩 

作者单位：盐城工学院 

学位级别：硕士

导师姓名：徐飞

授予年度：2024年

学科分类：08[工学] 082304[工学-载运工具运用工程] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：功率谱密度 非高斯路面不平度 国际粗糙度指数 幅值调制法 车辆响应 

摘      要：功率谱密度(Power Spectral Density,PSD)被广泛用于表征路面不平度的统计特性,进而用于评估路面振动环境下汽车各零部件的可靠性和疲劳寿命,其将路面不平度默认为服从高斯分布。但是,汽车在行驶时常受到速度和不规则路面的影响,此时汽车所受到的路面激励常常具有非高斯特性,车辆受到大幅值激励的概率大大增加,从而导致车辆及其零部件更快地发生疲劳失效。此时,直接利用PSD来评估车辆的疲劳寿命常常会导致欠试验。为了提高非高斯路谱的建模精度,进而提高车辆疲劳寿命的评估精度。本文提出了两种基于实测数据构建路面不平度模型的方法:(1)基于车辆国际粗糙度指数(International Roughness Index,IRI)非高斯路面不平度的建模方法;(2)基于车辆响应非高斯路面不平度的建模方法。 第一种方法主要思路为:利用路面不平度仪,测得路面的IRI,通过计算IRI的累积分布函数(Cumulative Distribution Function,CDF),运用逆累积分布法,生成与实测IRI具有相同统计特性的幅值调制信号,最后利用幅值调制法生成非高斯路面不平度。第二种方法主要思路为:首先构建四分之一车辆的动力学模型,仿真得到车辆模型在给定脉冲路面激励下的响应;然后搭建试验车辆,通过实测得到车辆在给定脉冲路面下的真实响应;接着利用试验结果对仿真模型的车辆参数进行修正;最后通过采集未知路谱下的车辆响应信号,利用车辆频响函数反推路面不平度。 本文主要开展以下工作: (1)研究了路面不平度的特征统计量和表征量,如路面不平度的峭度、概率密度函数、累积分布函数、功率谱密度、国际粗糙度指数等。基于上述关键量值,构建高斯路面不平度与非高斯路面不平度模型,计算并对比了两种路面不平度对车辆系统的疲劳损伤;(2)通过实测IRI及其CDF,运用逆累积分布法构建幅值调制信号(Amplitude Modulation Signal,AMS),提出了一种基于幅值调制法的非高斯路面不平度建模方法。 (3)研究了基于车辆加速度响应构建非高斯路面不平度模型。构建车辆动力学模型,基于已知激励仿真得到车辆响应,同时实测在相同激励下的车辆响应,利用试验结果对仿真模型进行迭代优化,最终提出一种基于车辆频响函数和实测响应的非高斯路面不平度建模方法。