基于车辆响应的非高斯路面不平度建模方法研究.pdfVIP

摘要

功率谱密度（PowerSpectralDensity,PSD）被广泛用于表征路面不平度的统计

特性，进而用于评估路面振动环境下汽车各零部件的可靠性和疲劳寿命，其将路面

不平度默认为服从高斯分布。但是，汽车在行驶时常受到速度和不规则路面的影响，

此时汽车所受到的路面激励常常具有非高斯特性，车辆受到大幅值激励的概率大

大增加，从而导致车辆及其零部件更快地发生疲劳失效。此时，直接利用PSD来

评估车辆的疲劳寿命常常会导致欠试验。为了提高非高斯路谱的建模精度，进而提

高车辆疲劳寿命的评估精度。本文提出了两种基于实测数据构建路面不平度模型

的方法：（1）基于车辆国际粗糙度指数(InternationalRoughnessIndex,IRI)非高斯路

面不平度的建模方法；（2）基于车辆响应非高斯路面不平度的建模方法。

第一种方法主要思路为：利用路面不平度仪，测得路面的IRI，通过计算IRI

的累积分布函数（CumulativeDistributionFunction,CDF），运用逆累积分布法，生

成与实测IRI具有相同统计特性的幅值调制信号，最后利用幅值调制法生成非高

斯路面不平度。第二种方法主要思路为：首先构建四分之一车辆的动力学模型，仿

真得到车辆模型在给定脉冲路面激励下的响应；然后搭建试验车辆，通过实测得到

车辆在给定脉冲路面下的真实响应；接着利用试验结果对仿真模型的车辆参数进

行修正；最后通过采集未知路谱下的车辆响应信号，利用车辆频响函数反推路面不

平度。

本文主要开展以下工作：

(1)研究了路面不平度的特征统计量和表征量，如路面不平度的峭度、概率密

度函数、累积分布函数、功率谱密度、国际粗糙度指数等。基于上述关键量值，构

建高斯路面不平度与非高斯路面不平度模型，计算并对比了两种路面不平度对车

辆系统的疲劳损伤；

(2)通过实测IRI及其CDF，运用逆累积分布法构建幅值调制信号（Amplitude

ModulationSignal,AMS），提出了一种基于幅值调制法的非高斯路面不平度建模方

法。

(3)研究了基于车辆加速度响应构建非高斯路面不平度模型。构建车辆动力学

模型，基于已知激励仿真得到车辆响应，同时实测在相同激励下的车辆响应，利用

试验结果对仿真模型进行迭代优化，最终提出一种基于车辆频响函数和实测响应

的非高斯路面不平度建模方法。

关键词：功率谱密度，非高斯路面不平度，国际粗糙度指数，幅值调制法，

车辆响应

Abstract

PowerSpectralDensity(PSD)iswidelyusedtocharacterizethestatisticalproperties

ofpavementunevenness,andthentoevaluatethereliabilityandfatiguelifeofautomotive

componentsintheenvironmentofpavementvibration.However,theautomobileisoften

affectedbythespeedandirregularroadsurfacewhiledriving,andtheroadsurface

excitationreceivedbytheautomobileatthistimeoftenhasnon-Gaussiancharacteristics,

andtheprobabilityofthevehiclebeingexcitatedbyalargevalueisgreatlyincreased,

whichleadstothefatiguefailureofthevehicleanditspartsfaster.Inthiscase,thedirect

useofPSDtoassessthefatiguelifeofthevehicleoftenleadstoundertesting.Inorderto

improvethemodelingaccuracyof