[发明专利]典型道路谱的生成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种车辆工程的设计方法，尤其是一种典型道路谱的生成方法。

背景技术

随着汽车行业的迅速发展，我国已经成为世界汽车工业生产大国，走过了仿制、技术引进及加工生产阶段，已进入自主研发、自主创新的新阶段。在自主研发阶段的汽车工程领域中，路面数据作为车辆的主要外部激励源，无论是室内的各种试验台性能试验还是在计算机中的虚拟仿真分析都离不开基础路面数据的支持。因此准确获取某个地区的道路路面平整度和路面能量分布的总体概况就显得非常重要，因为只有准确的获得和掌握某个地区的道路路面的平整度情况和路面空间频率的能量分布，车辆设计开发人员才能有针对性的设计和开发车辆，才能准确的了解开发车辆的性能是否满足在该路该地区的道路上长期行驶。

目前的车辆工程研究中，选择道路谱曲线，即道路路面不平度数据的功率谱密度PSD（Power Spectral Density，功率谱密度）曲线作为车辆外部输入的主要分析工具。PSD是将道路断面看成由不同特性的短波、中波及长波组成，通过分析不同频率下的高程、速度、加速度的方差来分析路面断面的不平整性。经过滤波或车辆振动系统作用后的功率谱分析可以比较不同波长下输入、输出的变化，从而知道平整度敏感的频率范围，什么频率下经过系统作用后被放大，什么频率下经过作用后振动被减弱，有利于评价动力反应类平整度的特征，也为车辆振动系统的优化提供分析基础，故此在道路工程和车辆工程中被大量采用。

然而工程师们往往使用的是一条随机路段的PSD曲线，或者是一条仿真路面数据的PSD曲线，这些都不能在总体上、在全局上，反映一个地区的所有路面特征的PSD曲线，不利于汽车厂商针对不同的地区进行区域化分析和区域化车辆市场的投放和研发。

发明内容

本发明的目的是提供一种典型道路谱的生成方法，其可以从某个地区或者城市道路路面的平整度情况、路面能量随空间频率分布的概况。

为了实现上述目的，本发明提供了一种典型道路谱的生成方法，其包括以下步骤：S101：采集道路路面剖面空间域数据：通过路面数据采集仪采集试验路面的道路路面剖面空间域数据且构建道路谱数据库，形成道路路面剖面空间域曲线，其中所述道路路面剖面空间域曲线的横坐标为水平距离，纵坐标为表示垂直波动程度的高程；

S102：生成功率谱密度曲线：对所述道路谱数据库中的道路路面剖面空间域曲线进行快速傅里叶变换，生成功率谱密度曲线，即道路谱曲线，所述道路谱曲线的横坐标为空间频率，分为多个频程，纵坐标为表示路面垂直功率谱密度的谱值，其中在横坐标的各频程中存在多个表示路面垂直功率谱密度的谱值；

S103：多倍频程带通滤波：对所述道路谱曲线使用多倍频程组合的方式进行带通滤波，经过带通滤波后在所述道路谱曲线的各频程的中心空间频率处仅存在一个谱值，连接各频程的谱值生成平滑道路谱曲线；

S104：生成总体典型道路谱：针对所有试验路面，重复步骤S101至S103，将获得的所有平滑道路谱曲线绘制于双对数坐标下的道路8级分级图中，其中所述双对数坐标的横坐标为空间频率，纵坐标为表示路面垂直功率谱密度的谱值；

计算所述双对数坐标系中每个频程中所有谱值的平均值，连接所有谱值的平均值，形成总体典型道路谱。

该典型道路谱的生成方法还包括生成分类典型道路谱的步骤：按照不同的路面分类方法，分别计算在不同的路面分类下，所述双对数坐标系中每个频程中所有谱值的平均值，连接所有谱值的平均值，形成分类曲线道路谱。

所述步骤S103中多倍频程带通滤波选用倍频程、1/3倍频程和1/12倍频程组合滤波的方式。

所述倍频程为最低频率至中心空间频率为0.0312 m^-1的频率带宽；所述1/3倍频为中心空间频率为0.0496 m^-1到0.25 m^-1的频率带宽；所述1/12倍频程为中心空间频率为0.2806 m^-1至最高计算频率。

所述不同的路面分类方法为技术等级、行政等级、地形地貌、新旧程度中的一种或者多种分类方法。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明将直接获得的道路路面剖面空间域数据通过傅里叶变换转换成频率域数据，以有利于车辆动力反映测试；

2、由于采用定宽带分析的方法计算功率谱密度时，在高频段会出现丰富的频率分量，本发明采用多倍频程滤波的方式得到更加平滑的道路谱曲线，有利于分析和处理；