[发明专利]基于车辆频域响应的路面不平度识别方法

权利要求书

1.一种基于车辆频域响应的路面不平度识别方法，其特征在于，步骤如下：

根据车辆在路面的受力分析，得到车辆的运动方程，见式(1)：

式中，u(t)为车辆位移矩阵，M、C、K分别为车辆的质量、阻尼和刚度矩阵，F为由于路面不平度而使车辆所受的荷载；

F利用根据车轮的刚度K_t和阻尼C_t，以及与车轮接触的路面不平度r(t)，由式(2)进行计算，其中T_t为车轮作用的位置矩阵；

采用4个自由度的1/2车辆模型，4个自由度分别为：车身垂直方向位移u₁(t)、侧倾方向角位移u₂(t)以及2个车轮的垂直方向位移u₃(t)、u₄(t)，在图1中，m为车身质量，J为车身绕x轴转动的侧倾转动惯量，m_i(i＝1,2)分别为2个车轮的质量、c_i(i＝1,2)为悬架的2个减震器阻尼系数，c_i(i＝3,4)为轮胎的阻尼系数，k_i(i＝1,2)为悬架的2个弹簧刚度，k_i(i＝3,4)为2个车轮的垂向刚度，e₁表示质心到后轴的距离、e₂表示质心到前轴的距离；对应写出式(1)和式(2)中的各个参数矩阵，见式(3)：

分别对上述式(1)和式(2)的两端进行傅立叶变换(FFT)，得到式(4)：

-ω²MU(ω)+ωjCU(ω)+KU(ω)＝T_t(ωjC_t+K_t)R(ω)     (4)

式中，j²＝-1，U(ω)为车辆位移频域响应矩阵，R(ω)为接触点位移频域响应矩阵；

整理式(4)获得U(ω)的表达式，见式(5)：

U(ω)＝(-ω²M+ωjC+K)^-1T_t(ωjC_t+K_t)R(ω)     (5)

进而求出观测的车辆频域响应U_m(ω)，见式(6)：

U_m(ω)＝(ωj)ⁿC₀U(ω)      (6)

式中，C₀为车辆布设传感器所对应的观测矩阵，参数n反映所测量车辆响应的类型，n＝0对应位移响应，n＝1对应速度响应，n＝2对应加速度响应；

基于上述推导得到车辆系统观测响应U_m(ω)与接触点位移R(ω)的关系表达式，见式(7)：

其中，H_ur(ω)为车辆位移关于接触点位移的位移频率响应矩阵，H_mr为所测车辆响应关于接触点位移的观测频率响应矩阵，根据车辆的系统参数计算得到；

前轮和后轮的间距为e₁+e₂，假设车辆向前匀速行驶的速度为v，则经过路面的相同位置时，前轮比后轮提前的时间为t₀＝(e₁+e₂)/v；记t时刻前轮所处路面的不平度为r₂(t)，则后轮经历该位置的时刻比前轮晚t₀时间，即t+t₀时刻，所以r₁(t+t₀)＝r₂(t)；根据傅立叶变换的时移性质，r₂(t)和r₁(t)的傅立叶变换R₂(ω)和R₁(ω)存在式(8)的关系；

那么R(ω)利用后轮的接触点位移傅立叶变换R₁(ω)表示，见式(9)；

联合式(7)和式(9)，最终得到R₁(ω)的计算公式，见式(10)；

因此，基于车辆频域响应的路面不平度识别过程为，首先，根据车辆自身参数利用式(7)计算得到观测频率响应矩阵H_mr，然后，结合车辆系统观测响应U_m(ω)，利用式(10)求出后轮的接触点位移傅立叶变换R₁(ω)，最后，对R₁(ω)进行傅立叶逆变换(IFFT)即得到后轮所处路面的不平度r₁(t)，见式(11)，车轮接触的路面不平度矩阵r(t)如式(12)所示：

r₁(t)＝IFFT(R₁(ω))      (11)

2.根据权利要求1所述的基于车辆频域响应的路面不平度识别方法，其特征在于，在车辆上布置传感器，让车在路面上匀速行驶并测量车辆的振动响应，然后由车辆物理参数构建车辆测量响应关于车-路接触点位移的频率响应函数，结合车辆测量频域响应识别路面不平度。