[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

说明书

本发明公开了基于人‑车‑路耦合振动模型的动力响应预测方法及系统，通过构建三维道路有限元模型以及考虑人体响应的空间效应的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，再根据所述三维人体‑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；并通过所述人‑车‑路耦合振动模型求解出待预测车辆的动力响应和/或车辆各个座位上人体的动力响应和/或待预测道路的动力响应。相比现有技术而言，求解出的人体的动力响应、车辆的动力响应以及道路的动力响应更符合更加准确，更加符合实际，可以更加真实反映不同座位处的人体舒适程度。

技术领域

本发明涉及工程结构设计理论与方法的技术领域，具体涉及基于人-车-路耦合振动模型的动力响应预测方法及系统。

背景技术

人-车-路耦合振动不仅会加剧路面的破坏，还会影响不同位置处司乘人员的安全性和舒适性。目前人-车-路耦合振动研究主要集中在单个人体的人-车-路耦合模型的建立，这样不能反映车辆-人体模型的空间效果。另外人-车-路耦合振动是一门涉及车辆动力学、路面动力学、人体动力学、轮胎动力学等多学科交叉的崭新课题。因此提出考虑人体响应空间效应的人-车-路耦合振动模型可在理论上探究人-车-路耦合系统的内在联系和规律。在求解出路面在车辆荷载作用下的动态响应和参数影响规律，这为道路结构优化、避免新建道路早期损坏提供合理的建议，从而延长路面使用寿命。在求解出车辆和不同位置人体的动力响应后，可以对车辆设计提供建议和不同位置的人体舒适性提供有效评价。因此考虑人体响应空间效应的人-车-路耦合振动模型具有重要的理论意义，在实际工程中具有广泛的应用前景。

然而现有的人-车-路耦合系统都只把车上的人体看作一个整体自由度处理，求解出来的不同位置的人所受的振动都是一样的，往往忽略由于人在车辆上的位置的不同，所受到的振动是不同的，造成现有的人-车-路耦合系统下求解的车辆动力响应和道路动力响应与实际的车辆动力响应和道路动力响应存在偏差，因此，上述问题已成为本领域的技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种基于人-车-路耦合振动模型的动力响应预测方法及系统，通过构建三维道路有限元模型以及考虑人体响应的空间效应的车辆自由度和车辆上各个座位上的人体自由度的三维人体-车辆模型，再根据所述三维人体-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；并通过所述人-车-路耦合振动模型求解出待预测车辆的动力响应和/或车辆各个座位上人体的动力响应和/或待预测道路的动力响应，从而解决现有的人-车-路耦合系统下求解的计算出待预测车辆的动力响应和/或车辆各个座位上人体的动力响应和/或待预测道路的动力响应与实际的人体的动力响应、车辆的动力响应和道路的动力响应存在偏差，不够精确的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种基于人-车-路耦合振动模型的动力响应预测方法，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，构建具有车辆自由度和车辆上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；

将待预测车辆参数、待预测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，计算出待预测车辆的动力响应和/或车辆各个座位上人体的动力响应和/或待预测道路的动力响应。

优选的，所述路面不平度模型为：