[发明专利]基于实测数据重构的路面激励输出系统及方法

说明书

本发明公开车辆动力学技术领域中的一种基于实测数据重构的路面激励输出系统及方法，路面激励信号发生单元由惯性环节校正型相干传递函数计算模块、惯性环节校正型不相干传递函数计算模块、非平稳滤波传递函数计算模块，第一、第二、第三白噪声模块、第一、第二、第三非平稳滤波传递函数模块、第一、第二惯性环节校正型不相干传递函数模块、惯性环节校正型相干传递函数模块以及第一、第二求和模块组成，非平稳滤波模型能够用于路面波动指数不等于2时的路面激励动力学建模，并很方便地用于实时在线生成非平稳路面激励信号生成，可让车辆台架试验台的左、右轮辙路面激励激振头提供与实测路面计算功率谱与相干传递函数相符的双轮辙非平稳路面激励。

技术领域

本发明属于车辆动力学技术领域，涉及动力学仿真与台架试验，尤其是一种用于实时在线生成车辆的双轮辙非平稳路面激励的输出系统及方法。

背景技术

动力学仿真与台架试验是汽车研究与开发的重要工具，可大幅度降低研发成本和缩短研发时间。路面激励是汽车不能回避的外界干扰，它对汽车的平顺性、耐久性及侧翻稳定有重要影响。路面激励的建模主要分为单轮辙建模与双轮辙建模两方面。针对单轮辙建模，国际标准ISO/TG 108/SC2N67和国家标准GB 7031-2005均建议路面功率谱密度(或称功率谱)G_q用式(1)表示：

式中，n₀为参考路面空间频率，国标GB/T 7031-2005的推荐取值为0.1m^-1；n为路面空间频率；G_q(n₀)为参考路面空间频率下的不平度系数；W为路面波动指数。当且仅当W为2时，可使用下式(2)的平稳高斯模型表达路面激励，此时能使用MATLAB/Simulink软件实时生成路面激励，非常方便地为车辆动力学实时仿真实时提供路面激励信号和为车辆台架试验台路面激励激振头实时提供路面激励信号：

式中，q(I)为路面激励，为q(I)的导数；I为道路走向长度；n_min为不平路面的下截止频率，国标GB/T 7031-2005的推荐取值为0.011m^-1；ω(I)为标准白噪声信号。

但是，根据实测路面激励数据计算得到的路面功率谱密度G_q计算公式中的路面波动指数W常常不等于2，而且绝大多数时候是变化的，即实际路面激励是非平稳的。因此，为提高单轮辙非平稳路面激励建模精度，提出了非平稳高斯模型、平稳拉普拉斯模型、非平稳拉普拉斯模型、高斯-拉普拉斯混合模型、自回归(AR)模型、自回归移动平均(ARMA)模型、傅里叶逆变换方法、谐波叠加方法、小波分析建模方法等。但这些方法都必需事先离线生成数据，不能直接利用MATLAB/Simulink软件实时生成路面激励，且具有计算工作量、需要事先存储等缺点。

目前，双轮辙建模是根据实际检测得到的左、右轮辙路面激励数据计算得到的相干传递函数拟合出相干传递函数模型，然后以一个单轮辙路面激励信号为基础求取另一轮辙的路面激励信号。常用的相干传递函数模型主要有Ammon模型、多段线模型、指数函数模型、二次型模型、各向同性单/多参数模型、有理因式倒数模型等。目前拟合实际相干传递函数精确最高的是Ammon模型，由式下(3)来表达：

式中，n为路面空间频率；ρ为轮距；a为轮距指数；Ω₀为参考空间角频率；W为路面波动指数；p为参考系数。

上述其他相干传递函数模型与Ammon模型具有一个共同的缺点，即模型表达式中均含有路面空间频率n，因而无法利用MATLAB/Simulink软件实时输出左、右轮辙路面激励。为此，提出利用下式(4)的上下项数相等的传递函数模拟和逼近相干传递函数，该模型需要拟合的参数多，拟合过程中容易形成正极点，以滤波白噪声为输入经过此传递函数获取的另一轮辙路面激励，计算出的左、右轮辙路面激励信号均不能满足指定功率谱与相干传递函数要求：