[发明专利]基于车辆频域响应的路面不平度识别方法

说明书

本发明公开了基于车辆频域响应的路面不平度识别方法，一种基于车辆测量频域响应和构建的车辆测量响应关于车‑路接触点位移的频域响应函数识别路面不平度的方法，属于公路技术状况评定技术领域，只需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，然后结合由车辆物理参数计算的频率响应函数，就可以快速识别路面不平度，为路面评价提供理论依据。本发明试验成本低廉，操作方便容易实施，因此具有广阔的应用前景和实用价值。

技术领域

本发明属于公路技术状况评定技术领域，涉及一种适于应用于路面不平度识别的方法，具体的说是基于车辆测量频域响应和构建的车辆测量响应关于车-路接触点位移的频域响应函数识别路面不平度的方法。

背景技术

近年来，我国路网骨架基本形成，由“重建轻养”转向“建养并重”。路面平整度是路面行驶质量、行车舒适性的重要评价指标，是公路技术状态指数的关键影响因素。路面不平度影响车辆行进中的动力行为，可视为作用在车辆上的外部激励。如果道路表面纵向凹凸量的偏差值较大，即路面平整度不合格，将影响乘车舒适性和安全性。道路没有及时养护，损伤的路面会进一步破坏，路面大尺寸开裂和坑洼甚至会引起交通事故。因此，路面不平度在道路质量评价、行车舒适性评价、路面平整度指数计算、车辆动力分析、车辆悬架设计、道路施工和养护等方面都是非常重要的指标。

目前工程中常用的路面状态评估方法主要包括两类，分别是人工观测法和利用激光等传感器的精确测量技术。人工观测法费用低廉，但评估精度取决于观测者的技术水准，具有较强的主观性；基于激光的自动化检测设备精度高，但费用昂贵，不适用于普通道路的频繁检测中。

目前基于车辆响应的路面不平度识别技术成本低，而且能提供客观的路面状况评价，因此受到广泛关注。

发明内容

本发明解决的技术问题是利用车辆的频率响应函数快速识别路面不平度。

基于车辆频域响应的路面不平度识别方法，步骤如下：

根据车辆在路面的受力分析，可以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为由于路面不平顺而使车辆所受的荷载。

F可以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)进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)