[发明专利]基于人-车-路耦合振动模型的动力响应预测方法及系统

权利要求书

1.一种基于人-车-路耦合振动模型的动力响应预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取历史数据中的路面不平度参数，构建路面不平度模型；获取历史数据中的道路参数，构建三维道路有限元模型；获取历史数据中的人体参数和车辆参数，并根据车辆内各座位上人体的空间效应构建具有车辆自由度和车辆各个座位上的人体自由度的三维人体-车辆模型；

将所述路面不平度模型和三维人体-车辆模型加载到三维道路有限元模型中，以所述路面不平度模型输出的不平度作为所述三维人体-车辆模型和所述三维道路有限元模型振动的初始激励，将所述三维人体-车辆模型行驶在所述三维道路有限元模型中，根据所述三维人体-车辆模型的振动与所述三维道路有限元模型的振动之间的相互作用关系，构建人-车-路耦合振动模型；

将待获取车辆参数、待获取道路的不平度参数和道路参数输入所述人-车-路耦合振动模型，计算出待获取车辆的动力响应和/或车辆各个座位上人体的动力响应和/或待获取道路的动力响应；

其中，构建人-车-路耦合振动模型，具体包括以下步骤：

分别构建三维人体-车辆模型在所述三维道路有限元模型上行驶时，所述三维人体-车辆模型中人体的振动微分方程、所述三维人体-车辆模型中车辆的振动微分方程以及三维道路有限元模型的道路振动微分方程；

通过位移协调条件和力的平衡条件，将所述人体的振动微分方程、车辆的振动微分方程以及道路振动微分方程耦合，得到人-车-路耦合振动模型；

其中，通过位移协调条件和力的平衡条件，将所述人体的振动微分方程、车辆的振动微分方程以及道路的振动微分方程振动耦合，得到人-车-路耦合振动模型；具体包括以下步骤：

所述位移协调条件为轮胎与路面始终保持紧密接触且不脱离，得到路面与车轮以及车身与人体的相对竖向位移的耦合关系：

Z_vr(t)＝Z_w(t)-Z_r(t)-r(x_m)

Z_vp(t)＝Z_v(t)-Z_p(t)

式中，Z_w(t)为车轮的竖向位移；Z_r(t)为路面的竖向位移，r(x_m)为车轮与路面接触点处的路面不平度值；Z_vr(t)为路面与车轮的相对竖向位移；Z_vp(t)为车身与乘客之间的相对竖向位移；Z_v(t)为车身的竖向位移；Z_p(t)为乘客的竖向位移；

所述力的平衡条件为车辆和路面之间与车身与人体之间的作用力大小相等、方向相反，得到相互作用力为：

式中，F_vr和F_rv为路面与车轮之间的接触力；F_vp和F_pv为车身与人体之间的接触力；c_w为车轮阻尼；k_w为车轮刚度；c_p为生物力学的人体阻尼；k_p为生物力学的人体刚度；Z_vr为路面与车轮的竖向相对位移；Z_vp为车身与路面的竖向相对位移；t表示时间；

所述人-车-路耦合振动模型为：

式中，C_rr、C_rv及C_vr均为路面与车轮的阻尼影响系数，C_rr为当路面接触节点产生单位速度时路面接触节点所需施加的力；C_rv为当车轮接触节点产生单位速度时路面接触点所需施加的力；C_vr为当路面接触节点产生单位速度时车轮接触点所需施加的力；K_rr、K_rv及K_vr均为刚度影响系数，K_rr为当路面接触节点产生单位位移时路面接触点的刚度影响系数；K_rv为车轮接触节点产生单位位移时路面接触点的刚度影响系数；K_vr为当路面接触节点产生单位位移时车轮接触点的刚度影响系数；F_rv和F_vr均为路面与车轮之间的接触力，F_rv为车轮对路面的作用力，F_vr为路面对车轮的作用力；C_vp、C_pv均为人体与车身的阻尼影响系数，C_vp为当人体竖向产生的单位速度时车身竖向所需施加的力；C_pv为当车身竖向产生的单位速度时人体竖向所需施加的力；K_vp、K_pv均为人体与车身的刚度影响系数，K_vp为当人体竖向产生单位位移时车身竖向所需施加的力；K_pv为当车身竖向产生的单位位移时人体竖向所需施加的力；F_vp和F_pv为车身与人体之间的接触力，F_vp为人体对车身的竖向作用力，F_pv为车身对人体的竖向作用力。