[发明专利]一种基于车轮垂直动载荷的路面功率谱测量方法

说明书

本发明公开了一种基于车轮垂直动载荷的路面功率谱测量方法,该方法是基于所设计装有六分力仪的实验车实现，其内容包括：首先利用车轮六分力仪采集实验车轮胎垂直动载荷信号，然后建立路面不平度与车轮垂直动载荷间关系，进一步地通过校准实验车的放大因子得到路面功率谱，最后根据垂直动载荷功率谱进行路面不平度特征识别。本发明基于车轮垂直动载荷的路面功率谱测量方法减小了道路表面清洁度对路面不平度真实值的影响，同时具有良好的测量动态稳定性；设计的实验车避免了由于发动机振动及传动系统回转引起的垂直动载荷，提高了车轮垂直动载荷谱测量的准确性；提出的路面不平度特征识别方法，简便直观，便于工作人员对路面进行评价。

技术领域

本发明属于路面特征识别领域，具体涉及一种基于车轮垂直动载荷的路面功率谱测量方法。

背景技术

路面功率谱密度函数常用来表示路面不平度，并作为车辆动态响应、悬架的优化和控制等计算的输入单位，其描述精度和准确性直接影响后续研究。

目前，针对路面功率谱的采集与测量多采用加速度传感器和激光传感器的间接式测量方法，导致测量误差较大、设备价格昂贵以及适用范围小等问题。其中常用的基于惯性基准的激光断面仪具有很多缺点：(1)在路面检测中，道路的表面清洁度会影响到数据的真实值；(2)静态路面检测精度较高，但未考虑由车体振动而引起加速度传感器产生的检测偏差，故其难以检测复杂路面；(3)在雨天或路面有水的情况下，不能进行路面检测，故其受天气影响加大。这些缺点大幅影响路面功率谱的描述精度和准确性，也极大地限制了应用各类传感器的间接式测量方法。

应用车轮六分力仪的直接式测量路面功率谱方法，可根据车轮垂直动载荷的大小和变化快慢反应路面不平度状况，其测量误差较小，具有良好的动态特性，可满足复杂路面功率谱测量要求且不受路面清洁度及天气的影响。

发明内容

为了解决现有路面功率谱测量技术中存在的测量误差较大、动态稳定性差以及适用范围小等问题，本发明提供一种基于车轮垂直动载荷的路面功率谱测量方法。当车辆在不平路面匀速行驶时，路面不平度将直接影响车轮所受垂直动载荷。首先利用车轮六分力仪采集实验车轮胎垂直动载荷数据，然后建立路面不平度与车轮垂直动载荷间关系，进一步地通过校准实验车的放大因子得到路面功率谱，最后根据垂直动载荷功率谱进行路面不平度特征识别。

本发明为达到上述目的，采取如下技术方案：

一种基于车轮垂直动载荷的路面功率谱测量方法，该方法是基于所设计装有六分力仪的实验车实现的，该方法内容包括以下步骤：

步骤1：测量实验车轮胎垂直动载荷信号，并进行信号预处理，得到垂直动载荷功率谱；

步骤2：基于四分之一车辆模型建立路面不平度与车轮垂直动载荷间关系表达式；

步骤3：校准实验车的放大因子，并计算路面不平度功率谱；

步骤4：根据垂直动载荷功率谱进行路面不平度特征识别。

进一步的，在步骤1中，所述实验车包括车轮和该车轮对应的车身，车轮为非簧载质量，车身为簧载质量；该车轮指实验车中的一个车轮；车身是指车轮所对应的实验车的相应车身部分；在车身与车轮之间安装有减振器，其阻尼为c_s；车身与车轮之间的连接等效于悬架弹簧，其刚度为k_s；牵引车通过拖车钩拉动实验车行进；其中，车轮中装有车轮六分力仪；

所述测量实验车轮胎垂直动载荷信号，并进行信号预处理，得到垂直动载荷功率谱；其具体实现过程如下：

所述牵引车拉动实验车在待测路面上行驶，测量实验车轮胎振动的垂直动载荷信号；

对测量的垂直动载荷信号进行预处理，去除信号中的噪声因子及趋势项得到预处理垂直动载荷信号F(t)；