一种提取路面谱参数的方法技术

本发明专利技术公开了一种提取路面谱参数的方法，包括如下步骤：步骤一、建立1/4车辆模型，基于国际平整度指数IRI计算模型，建立任意均匀车速u下的广义国际平整度指数IRIE的计算模型；步骤二、基于随机振动理论，得到广义国际平整度指数IRIE与路面谱的关系式；步骤三、基于广义国际平整度指数IRIE与路面谱的关系式，提取频率指数W和路面不平度系数Gq(n0)作为路面谱参数。本发明专利技术提供的提取路面谱参数的方法，能够实现大量实测路面谱数据库的建立，高效、低成本的提取路面谱。

【技术实现步骤摘要】
一种提取路面谱参数的方法
本专利技术属于路面特征测量
，特别涉及一种提取路面谱参数的方法。
技术介绍
随着我国经济的快速发展，汽车产业呈现出前所未有的活力。截止到2017年6月份，我国汽车保有量达2.05亿辆，目前，我国汽车市场规模已稳居世界第一位。在庞大的市场背后，消费者对汽车的舒适性和整体品质有了更高的追求，各大汽车厂商之间的竞争也更为激烈。2005年，为与世界标准《Mechanicalvibration—Roadsurfaceprofiles—Reportingofmeasureddata(ISO8608-1995(E)》接轨，中国国家标准化管理委员会出台了《机械振动-道路路面谱测量数据报告(GB/T7031-2005)》代替原有旧标准《车辆振动输入-路面平度表示方法(GB/T7031-1986)》，新标准提出了用于描述路面谱的曲线拟合方法，阐述了基于路面谱的道路分级标准。路面谱，是路面不平度功率谱密度的简称，英文为PowerSpectralDensity(PSD)，是单位频率内的路面高程均方值，其在频域内描述了路面功率分布，直观地定义了路面不平度的短波、中波和长波组成。路面谱，常用于车辆动力学系统研究，如车辆平顺性分析、人体舒适性研究、轮胎动载荷评估、车辆耐久性分析、悬架参数优化以及悬架控制等方面。此外，路面谱也可用于路面等级分类，路面不平度时域模型的重构和生成等方面。众所周知，表征路面谱的两个参数分别是频率指数和路面不平度系数。因此，如何高效、快捷地提取路面谱参数，建立大量实测道路的路面谱数据库，对于汽车厂商掌握未来竞争的主动权具有重要的现实意义。获取路面谱参数的方法有两类：一类是时间(空间)域方法，另一类是频域方法。时间(空间)域法，是指利用时间(空间)域路面不平度数据，采用傅里叶变换求取功率谱密度，进而提取路面谱参数。频域法，也称频率响应方法，是指利用测量设备的频率响应函数和响应的功率谱密度，提取路面谱参数。在车辆工程领域，常基于车辆振动响应获取路面谱参数，如基于神经网络、卡尔曼滤波、数值最优、控制-约束等技术的时间(空间)域方法。频域方法是，将测量车辆进行线性化，基于车辆振动响应的功率谱密度，结合频率响应函数获取路面谱参数。目前，基于车辆振动响应提取路面谱参数的方法，虽能一定程度降低测量成本，但测量结果多受车辆模型精度、车辆运行工况、测量操作复杂程度、数据处理运算量和计算效率等因素的制约。在道路工程领域，常采用国际平整度指数(InternationalRoughnessIndex，IRI)表征路面不平度，其定义为单位行驶里程内“黄金车辆”悬架动行程的累积量。因其易于获取、时间稳定性好、可传递性强等优点，常用于道路验收、道路设计、路面等级评定、道路管理和维护等方面。常用的IRI测量设备有激光断面仪、红外线断面仪、超声波断面仪、可见光断面仪等。此外，响应类路面平整度仪如颠簸累积平整度仪、连续式平整度仪也可输出国际平整度指数IRI。这些设备具有测量效率高、响应速度快等特点，但多是专为道路工程设计的，测量的指标直接面向国际平整度指数IRI，很少输出路面不平度数据，更不会输出路面谱参数。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种提取路面谱参数的方法，其通过对国际平整度指数进行拓展得到广义国际平整度指数，建立广义国际平整度指数与路面谱的关系，通过上述关系提取路面谱参数，能够实现大量实测路面谱数据库的建立，高效、低成本的提取路面谱。本专利技术提供的技术方案为：一种提取路面谱参数的方法，包括：步骤一、建立车辆模型，基于国际平整度指数IRI计算模型，建立任意均匀车速ui下的广义国际平整度指数IRIEi的计算模型；步骤二、建立广义国际平整度指数IRIEi与路面谱的关系式；步骤三、基于所述步骤二所述关系式，求取频率指数W和路面不平度系数Gq(n0)作为路面谱参数，其中，所述频率指数W为：式中，u1和u2分别是两个不同车速，IRIE1和IRIE2分别是u1和u2对应的广义国际平整度指数值；所述路面不平度系数Gq(n0)为：其中，或式中，n0为参考空间频率，n0＝0.1m-1；f为时间频率，fl为时间频率下限；fu为时间频率上限，为簧载质量与非簧载质量相对垂直速度的频率响应函数。优选的是，所述步骤一中建立所述车辆模型参数满足：其中，ms和mu分别为簧载质量和非簧载质量，ks和kt分别为悬架刚度和轮胎刚度，cs为悬架阻尼。优选的是，所述广义国际平整度指数IRIEi的计算模型为：其中，L为汽车行驶的总距离；ui为车速，和分别为簧载质量和非簧载质量的垂直速度。优选的是，所述广义国际平整度指数IRIEi与路面谱的关系式为：其中，f为时间频率；fl为时间频率下限，fu为时间频率上限，为簧载质量与非簧载质量相对垂直速度的频率响应函数，Gq(f)为路面不平度时间频率功率谱密度。优选的是，所述簧载质量与非簧载质量相对垂直速度的频率响应函数为：其中，为簧载质量与非簧载质量相对垂直速度；j为虚数单位；f为时间频率；μ为簧载质量与非簧载质量的比值；c为悬架刚度与簧载质量的比值；k1为轮胎刚度与簧载质量的比值；k2为悬架刚度与簧载质量的比值。优选的是，所述路面不平度时间频率功率谱密度Gq(f)为：其中，Gq(n)为路面不平度空间频率功率谱密度，f为时间频率，f＝uin，ui为车速，n为空间频率。优选的是，路面不平度空间频率功率谱密度Gq(n)为：其中，n为空间频率；n0为参考空间频率，n0＝0.1m-1；Gq(n0)为路面不平度系数；W为频率指数。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术提供的提取路面谱参数的方法，实现了国际平整度指数IRI与路面谱的双向转化，克服了以往车辆工程学科中，路面谱与车辆振动响应、人体舒适度不相关的缺点，有益于车辆动力学研究；2、本专利技术提供的提取路面谱参数的方法，弥补了以往道路工程学科中，国际平整度指数IRI不能反映路面不平度短波、中波和长波分布信息的缺陷，有益于道路验收、管理和维护等；3、本专利技术提供的提取路面谱参数的方法，基于道路工程常用的国际平整度指数IRI指标，对其进行拓展，进而实现路面谱参数的提取，有利于车辆工程领域研究者降低路面谱参数测量成本，实现大量实测路面谱参数数据库的建立，提高汽车舒适性和汽车整体品质，进而提升车辆研发竞争力，同时该方法也符合现代汽车研发朝着节能和环保方向发展的要求。附图说明图1为本专利技术所述的提取路面谱参数方法的流程图。图2为本专利技术所述的广义国际平整度指数IRIE的1/4车辆模型。图3为本专利技术实施例一中的路面JL-6和JL-7的不平度数据。图4为本专利技术实施例一中的路面JL-6和JL-7的原始功率谱密度和提取出的功率谱密度对比图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。如图1所示，本专利技术提供了一种提取路面谱参数的方法，包括：步骤一、建立车辆模型，基于国际平整度指数IRI计算模型，建立任意均匀车速ui下的广义国际平整度指数IRIEi的计算模型：如图2所示，建立1/4车辆模型，1/4车辆模型参数的选择与描述国际平整度指数IRI的车辆模型参数相同，参数具体值为：其中，ms和mu分别为簧载质量和非簧载质量，ks和kt分别为悬架刚度和轮胎本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提取路面谱参数的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、建立车辆模型，基于国际平整度指数IRI计算模型，建立任意均匀车速ui下的广义国际平整度指数IRIEi的计算模型；步骤二、建立广义国际平整度指数IRIEi与路面谱的关系式；步骤三、基于所述步骤二所述关系式，求取频率指数W和路面不平度系数Gq(n0)作为路面谱参数，其中，所述频率指数W为：

【技术特征摘要】
1.一种提取路面谱参数的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、建立车辆模型，基于国际平整度指数IRI计算模型，建立任意均匀车速ui下的广义国际平整度指数IRIEi的计算模型；步骤二、建立广义国际平整度指数IRIEi与路面谱的关系式；步骤三、基于所述步骤二所述关系式，求取频率指数W和路面不平度系数Gq(n0)作为路面谱参数，其中，所述频率指数W为：式中，u1和u2分别是两个不同车速，IRIE1和IRIE2分别是u1和u2对应的广义国际平整度指数值；所述路面不平度系数Gq(n0)为：其中，或式中，n0为参考空间频率，n0＝0.1m-1；f为时间频率，fl为时间频率下限；fu为时间频率上限，为簧载质量与非簧载质量相对垂直速度的频率响应函数。2.根据权利要求1所述的提取路面谱参数的方法，其特征在于，所述步骤一中建立所述车辆模型参数满足：其中，ms和mu分别为簧载质量和非簧载质量，ks和kt分别为悬架刚度和轮胎刚度，cs为悬架阻尼。3.根据权利要求2所述的提取路面谱参数的方法，其特征在于，所述广义国际平整度指数IRIEi的计算模型为：其中，L为汽车行驶的总距离；ui为车速，和分别为簧载质量和非...

【专利技术属性】
技术研发人员：李杰，张振伟，赵旗，顾久，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22