有关汽车领域的simulink应用的论文-基于MatlabSimulink的随机路面建模与不平度仿真.pdf

发布时间：2022-05-29 发布人：admin 分类：说明书资料大小：0.49M 资料格式：pdf 举报版权申诉

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2 0 1 0年3月农业机械学报第4l卷第3期 DOI：10．3969／j．issn．1000-1298．2010．03．003 基于Matlab／Simulink的随机路面建模与不平度仿真木陈杰平1’2 陈无畏1 祝辉1 朱茂飞1 (1．合肥工业大学机械与汽车工程学院，合肥230009；2．安徽科技学院工学院，凤阳233100) 【摘要l 在分析路面空间频率功率谱密度、时问频率功率谱密度与方差之间关系的基础上，建立了路面随机信号生成模型，在不同车速情况下进行了仿真，生成了B和c级随机路面时间激励信号。利用功率谱密度和方差分析，对所建立模型的仿真结果与路面分级标准进行比较，证明所建模型产生的随机信号功率谱和方差值与国家规定的路面等级标准一致，结果准确，可以为车辆控制研究提供可靠的激励信号。关键词：路面不平度随机激励功率谱密度时域模型仿真中图分类号：U461．4；U467．1+1 文献标识码：A 文章编号：1000-1298(2010)03-001l旬5 Modeling and Simulation Irregularity Based on Stochastic Road Surface on Matlab／Simulink Chen Jiepin91·2 Chen Wuweil Zhu Huil Zhu Maofeil (1．School ofMechanical and Automotive Engineering，Hefei L'niversity of Technology，Hefei 230009，China 2．College ofEngineering，Anhui Science and Technology University，Fengyang 233100，China) Abstract In the time domain analysis of vehicle ride comfort，the veracity of the input excitation signals is directly related to the simulation result．The random road model was constructed by Matlab／Simulink based on the study of the relation of stochastic road space and time frequency power spectral density (PSD)and PSD and root-mean—square(RMS)．The stochastic excitation signals were produced，and the vertical displacement of the B and C level uneven road was built by simulation with different vehicle velocities．By PSD and RMS analysis of vertical displacement of simulation result and national standards， the correctness of model was confirmed．That can offer reliable excitation signals for control research of vehicle．It proves that the idea and methods of modeling is unique and practical． Key words Roughness of road surface，Random excitation，Power spectral density，Time domain model，Simulation 引言以往对汽车平顺性的研究较多的是基于线性系统的假设‘1。，采用路面谱输入可直观而方便地建立系统响应的频域模型以获得平顺性分析计算结果，而在研究汽车主动、半主动悬架设计及其系统控制等非线性问题时，用时域分析方法有利于导出良好的控制律¨1。借助路面输入(激励)的时域模型，可方便地在时域和频域内进行汽车平顺性动力学分析与研究，因而对路面时域不平度建模研究成用频域研究路面谱的方法在车辆平顺性研究中发挥了很大作用m引。为一项重要基础工作，国内外许多学者进行了大量研究‘“91。收稿日期：2009-03-03修回日期：2009一04—08 ·国家自然科学基金资助项目(50575064)、安徽省“十一五”科技攻关项目(07010202055)、安徽省教育厅自然科学科研项目 (KJ20078127)和安徽科技学院自然科学科研项目(ZRC2007125) 作者简介：陈杰平，博士生，安徽科技学院副教授，主要从事车辆CAD和控制研究。E．mail：chert369100@163．com 通讯作者：陈无畏，教授，博士生导师，主要从事车辆底盘与集成控制研究，E-mail：cww@mail．hf．ah．cn 万方数据

12 农业机械学报 Gq(，1)=Gq(n。)(}) ’…0 2 0 1 0拒 (1) 在仿真研究中，如果使用的激励信号不合适，则会导致系统响应与实际偏差过大。在现有的关于平顺性仿真研究和时域序列生成的文献资料中，除了生成方法困难外，几乎没有涉及到重构时域路面的正确性验证问题，致使构建的路面时域激励信号相差很大，形成的路面随机高程激励信号差异非常显著¨¨12]，该现象在理论和工程上都难以进行合理解决。显然，时域模型在相同等级路面上产生的随机高程激励信号应该一致。所以，在利用路面随机高程作为激励信号对车辆的振动进行仿真研究时，为保证仿真结果的真实可信，对于生成的路面随机高程需要进行验证。本文根据随机路面的标准化功率谱，分析研究时域与频域描述的关系，借助Matlab软件，寻求一种合理正确和简单的路面时域激励信号生成方法，为车辆平顺性及其控制研究提供可靠的激励信号。 1路面激励及其频域描述 1．1 路面激励和空间频率功率谱系统激励源于道路高程的不平度，是汽车行驶时最主要的激励。在进行车辆平顺性仿真研究和性能评价时，需要获得准确的路面信息，对路面激励有足够的了解¨引。车辆振动的路面不平度输入主要采用路面功率谱密度的形式，获得路面谱最直接的方法就是测量，但费力费时、不经济，在工程应用上受到了限制。国内外许多单位对路面不平度测量数据的研究表明，当车速恒定时，路面不平度服从高斯概率分布，具有零均值的平稳各态历经特性，是以时间为参数的随机过程，不能用明确的数学关系表示。而且，由于速度功率谱为常数，符合白噪声的定义和统计特征，经适当变换后可拟合出路面随机不平度的时域模型。因而，通常用路面的功率谱密度(PSD)函数和方差来描述其统计特性。PSD表示路面平度能量在空间频域的分布，方差反映路面平度大小的总体情况，描述了路面不平度的基本形式和总体特征。国外从20世纪中叶开始对路面功率谱进行研究，通过路面功率谱来评价路面质量和汽车振动响应。迄今已提出了多种不同的路面谱密度表示方法¨“，1984年国际标准化组织在文件ISO／TCl08／ SC2N67中提出了“描述不平度表示方法草案”，中国也参照制定了相应的国家标准，由长春汽车研究式中n——空间频率，m～。是波长A的倒数 ‰——参考空间频率，n。=0．1 m。1 G。(‰)——参考空间频率厅。下路面功率谱密度，称为路面不平度系数，m3 埘——频率指数，是双对数坐标上斜线斜率，它决定路面功率谱密度频率结构同时，定义了每种响应路面的均方根值来描述路面随机激励信号的强度或平均功率盯口= (2) 上述两个文件按照路面功率谱密度把路面分为 8个等级，规定了各级路面的G。(n。)的几何平均值，分级路面谱的频率指数伽=2；同时，还给出了 0．011 m一

第3期陈杰平等：基于Matlab／Simulink的随机路面建模与不平度仿真式中G。(力——时间频率功率谱密度 G。(n)——空间频率功率谱密度所以，时间频率功率谱密度 G，(力=÷G。(no)(云)～=G。(no)n：笋(7) 同样可以得到时间频率的不平度垂直速度奇(f)和加速度每(t)的功率谱密度关系为 G{(D=4xr2G口(no)，102“ G彳(／)=16w4G口(，lo)‰2uf2 (8) (9) 2路面随机不平度时域模型的建立 2．1时域模型的描述方法路面功率谱密度PSD是对应于某一种确定的 13 (13) G。(∞)=1日(印)1 2S。式中H(∞)——频响函数 s。——白噪声W(t)功率谱密度，取S。=1 所以有日(甜卜垫_婴(14) ∞o十J脚即毒(t)=一2耳n00uq(t)+2仃no√Gq(，lo)uW(t) 式中 n∞——下截止空间频率，n∞=0．011 m。 (15) G。——路面不平度系数；n13 形(f)——均值为零的Gauss自噪声 q(f)——路面随机高程位移，m 路面不平度的统计量。但对于给定的路面功率谱密 3 随机路面位移的生成与验证分析度PSD，重构的路面高程并不是唯一的，所得到的道路函数，只是相应于某一速度时给定路面谱的当量路面高程中的一个样本函数。从已知的路面谱，重构满足既定PSD的道路时域模型，必须有2个前提条件：①道路过程是平稳的Gaussian随机过程。②道路过程具有遍历性。重构的基本思想是：将路面高程的随机波动抽象为满足一定条件的白噪声，然后进行变换而拟合出路面随机不平度的时域模型。 3．1基于Matlab／Simulink的随机路面生成根据式(15)，在Matlab／Simulink中搭建仿真模型如图1所示，其中f0=M凡∞。 L’ 车速 I车速． I广1 10．33h 厶 I 7 G0路面位移图1随机路面生成模型对于平稳Gaussian随机过程，生成路面高程时 Fig．1 Model of stochastic road sul"face generating 域模型的方法有很多¨引。主要的方法有滤波白噪声生成法、随机序列生成法、谐波叠加法、AR (ARMA)法以及快速Fourier逆变换生成法等。其中滤波白噪声法物理意义清楚、计算方便，并可直接根据路面功率谱数值和行驶车速确定路面模型参数，所以使用较多。功率谱密度的有理函数拟合形式为‘161 G。(n)=j％丌LOt十／i,， ^ ^2 在进行仿真时，只要按照路面等级和车速对五、 G。和“进行设置，即可得到不同车速驶过不同等级路面情况下的时域响应输出，作为悬架控制的输入激励。图2为车辆在B级路面上以10、20和30m／s车速下分别驶过l 000 m时的路面随机高程仿真结果。可以看出，三者的随机路面高程激励信号基本一样。 (10) 另外需要注意两点：①Simulink中的有限带宽式中 a、口——与路面等级有关的常数 2．2随机路面的滤波白噪声生成根据前述可知，当车辆以速度／／,匀速行驶，由于 ∞=2衫，时域路面不平度功率谱密度表示为 G。(1_O)=(2仃)2G。(，lo)，l：专 ∞ (11) 白噪声模块输出的并非按照所设置的噪声强度输出，其采样时间参数对输出强度有很大影响。②仿真时间需要根据车速进行调整，保证在各车速下仿真车辆驶过的路面长度基本一致。 3．2谱密度与均方根值的关系已知在空间频率n。

14 农业机械学报 O．03 残箸耋龌一0．01 萎-002 。 —0．03 —0．04 0．03 昙：署玉oo 基-o．02 —0．03 -0．04 0 星 o ≮ 裂恒售一0 馥一0 站闻t}s (a) 卜6{}j崩．』¨。j挑1．如 "～4 r哪州111I f 时间f／s (b) 时叫，／S (c) 图2不同车速下生成的路面激励 Fig．2 Road excitation in different car speed (a)“=10m／s(b)H=20m／s(c)u=30m／s ‰。=√』G如。)(等)2dn 厅————一矿泗。2,nn。√JG，(no)dn (18) (19) 但是，在进行车辆平顺性研究时，对于路面不平度还必须考虑到车速这一重要因素所带来的影响。在建立时域模型时，必须首先将空间功率谱密度换算成时间功率谱密度。当汽车以一定车速驶过空间频率为，l的路面时，可以得到 Gq(力=亡G，(，1)=Gq(n。)n：号 G{(D=41T2G。(‰)n02M 同理可以得到 or扣Ⅲ=∥飘玎币磊面 (20) (21) (22) (23) 当考虑有效的空间频率0．01lu<，<2．83u，对于B级路面，即有矿{哪．=^，／41r2G口(凡o)乃02“d厂= 2霄砧oⅡ~／G口(，lo)In2一nl I (24) 利用式(24)可以求出车辆以不同车速驶过B 级路面时，路面激励的速度均方根值，有严4(“=10 m／s) or{一={168．7(“=20 m／s) (Ⅱ=30 m／s) 【253．1 将生成的路面信号进行处理后与计算结果进行比较，可以判定所生成的信号是否符合预期的要求。所以，根据式(22)、(23)可求出B级和C级路面的位移和速度标准均方根值，与仿真结果的比较结果如表2所示。表2 各种工况下均方根值与标准值对比 Tab．2 Contrast of RMS of standard and every work condition 3．3路面随机谱密度正确性验证根据B和c级标准路面的时域仿真结果，可求得随机路面高程与标准等级路面的谱密度对比曲线，如图3所示。图示说明，在任何车速下路面位移输入是一致的。 l 晏 ≥ S 1 型捆拯瓣1 雷顿翠f／I-lz 图3生成随机路面谱密度与标准等级路面谱密度对比曲线 Fig．3 PSD curve compare of genderated stochastic road surface and standard rank road surface 经过以上两个方面的检验，可以看出生成路面与标准规定一致，证明所采用的方法正确，生成的信号合理，可以作为平顺性振动分析的输入激励。 4 结束语 7．61 mm 通过分析研究路面的空间频率和时间频率功率万方数据

第3期陈杰平等：基于Matlab／Simulink的随机路面建模与不平度仿真谱密度的关系，借助于滤波白噪声生成的方法，结合空间截止频率、行驶车速等生成符合等级路面规定 Matlab软件，建立了实用的路面生成仿真模型。的随机高程，作为车辆平顺性分析研究的输入激励通过对仿真结果的方差和功率谱分析，可知路面谱与标准路面谱吻合得很好。模型物理意义清信号，应用方便可靠。可以证明，本文的方法具有通用性，可以适用于各等级路面激励信号的生成，为车楚，可直接根据标准路面空间频率功率谱密度、路面辆的控制研究提供可靠的激励信号。参考文献 1魏朗，陈荫三，龚国庆．公路卧铺客车的车铺人系统平顺性模拟计算[J]．中国公路学报，1999，12(1)：101—104． Wei Lang，Chen Yinsan，Gong Guoqing．Ride performance simulative calculation of vehicle-berth·human subsystem of road sleeper berth bus[J]．China Journal of Highway and Transport，1999，12(1)：101—104．(in Chinese) 2陶向华，黄晓明．车辆动载荷的频域模拟计算与分析[J]．华中科技大学学报：城市科学版，2003，20(4)：47—50． Tao Xianghua，Huang Xiaoming．Analysis and calculation of frequency domain simulations of dynamic load[J]．J．of HUST： Urban Science Edition，2003，20(4)：47—50．(in Chinese) 3 Schiehlen W，Hu B．Spectral simulation and shock absorber identification[J]．International Journal of Nonlinear Mechanics， 2003，38(2)：161—171． 4胡亮，李黎，樊剑．使用特征正交分解型谱表示法的汽车受路面激励随机模拟[J]．振动与冲击，2007，26(1)：136—138． Hu Liang，Li Li，Fan Jian．Stochastic simulating for multi—variation road rollIghness with spectral representation method based on proper orthogonal decomposition(POD)[J]．Journal of Vibration and Shock，2007，26(1)：136—138．(in Chinese) 5 Feng Jinzhi，Zheng Songlin，Yu Fan．Bandwidth—limited active suspension controller for an off-road vehicle based on co· simulation technology[J]．Frontiers of Mechanical Engineering in China，2008，3(1)：11l一117． 6张永林，钟毅芳．车辆路面不平度输入的随机激励时域模型[J]．农业机械学报，2004，35(2)：9一12． Zhang Yonglin，Zhong Yifang．Time domain model of road undulation excitation to vehicles[J]．Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2004，35(2)：9一12．(in Chinese) 7[英]Dave Crolla，喻凡．车辆动力学及其控制[M]．北京：人民交通出版社，2004． 8唐光武，贺学锋，颜永福．路面不平度的数学模型及计算机模拟研究[J]．中国公路学报，2000，13(1)：114—117． Tang Guangwu，He Xuefeng，Yan Yongfu．Mathematical model of road roughness in time domain and its simulation[J]． China Journal of Highway and Transport，2000，13(1)：114—117．(in Chinese) 9赵珩，卢世富．路面对四轮汽车输入的时域模型[J]．汽车工程，1999，21(2)：112—117． Zhao Heng，Lu Shifu．A vehicle time domain model with road input on four wheels[J]．Automotive Engineering，1999， 2l(2)：112一117．(in Chinese) 10檀润华，陈鹰，路甬祥．路面对汽车激励的时域模型建立及计箅机仿真[J]．中国公路学报，1998，11(3)：96—102． Tan Runhua，Chen Ying，Lu Yongxiang．The mathematical models in time domain for the road disturbances and the simulation【J]．China Journal of Highway and Transport，1998，11(3)：96—102．(in Chinese) 11张立军，张天侠．车辆四轮相关时域随机输入通用模型的研究[J]．农业机械学报，2005，36(12)：29—3l，12． Zhang Lijun．Zhang Tianxia．Study on general model缸random inputs of the vehicle with four wheels correlated in time domain[J]．Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2005，36(12)：29—3l，12．(in Chinese) 12方浩，李晓宾，王璐，等．基于路面随机激励的8自由度整车动力学仿真[J]．中国工程机械学报，2007，5(2)：167—173． Fang Hao，Li Xiaobin，Wang Lu，et a1．Dynamical simulation of 8-DOF vehicle suspension based on stochastic road surface excitation[J]．Chinese Journal ofConstruction Machinery，2007，5(2)：167—173．(in Chinese) 13徐延海．考虑路面不平度的汽车稳定性控制的研究[J]．汽车工程，2005，27(3)：330—333． Xu Yanhai．An investigation into vehicle stability control with the consideration of road surface roughness[J]．Automotive Engineering，2005，27(3)：330—333．(in Chinese) 14 Sayers M W．Dynamic terrain inputs to predict structural integrity of ground vehicles[R]．Michigan：University of Michigan Transportation Research Institute Report UM TR I-88-16，1988． 15张永林．用谐波叠加法重构随机道路不平顺高程的时域模型[J]．农业工程学报，2003，19(6)：32—35． Zhang Yonglin．Time domain model of road irregularities simulated using the harmony superposition method[J]．Transactions ofthe CSAE。2003，19(6)：32—35．(in Chinese) 16 Michelberger P，Palkovic L，Bokor J．Robust design of active suspension system[J]．Int．J．of Vehicle Design，1993， 14(2／3)：145—165．万方数据

基于Matlab/Simulink的随机路面建模与不平度仿真作者：陈杰平，陈无畏，祝辉，朱茂飞， Chen Jieping， Chen Wuwei， Zhu Hui， Zhu Maofei 作者单位：陈杰平,Chen Jieping(合肥工业大学机械与汽车工程学院,合肥,230009;安徽科技学院工学院,凤阳,233100)，陈无畏,祝辉,朱茂飞,Chen Wuwei,Zhu Hui,Zhu Maofei(合肥工业大学机械与汽车工程学院,合肥,230009) 刊名：农业机械学报英文刊名： TRANSACTIONS OF THE CHINESE SOCIETY FOR AGRICULTURAL MACHINERY 年，卷(期)： 2010，41(3) 0次被引用次数：参考文献(16条) 1.魏朗.陈荫三.龚国庆公路卧铺客车的车铺人系统平顺性模拟计算 1999(1) 2.陶向华.黄晓明车辆动载荷的频域模拟计算与分析 2003(4) 3.Schiehlen W.Hu B Spectral simulation and shock absorber identification 2003(2) 4.胡亮.李黎.樊剑使用特征正交分解型谱表示法的汽车受路面激励随机模拟[期刊论文]-振动与冲击 2007(1) 5.Feng Jinzhi.Zheng Songlin.Yu Fan Bandwidth-limited active suspension controller for an off-road vehicle based on co-simulation technology 2008(1) 6.张永林.钟毅芳车辆路面不平度输入的随机激励时域模型[期刊论文]-农业机械学报 2004(2) 7.Dave Crolla.喻凡车辆动力学及其控制 2004 8.唐光武.贺学锋.颜永福路面不平度的数学模型及计算机模拟研究[期刊论文]-中国公路学报 2000(1) 9.赵珩.卢世富路面对四轮汽车输入的时域模型 1999(2) 10.檀润华.陈鹰.路甬祥路面对汽车激励的时域模型建立及计算机仿真 1998(3) 11.张立军.张天侠车辆四轮相关时域随机输入通用模型的研究[期刊论文]-农业机械学报 2005(12) 12.方浩.李晓宾.王璐基于路面随机激励的8自由度整车动力学仿真 2007(2) 13.徐延海考虑路面不平度的汽车稳定性控制的研究[期刊论文]-汽车工程 2005(3) 14.Sayers M W Dynamic terrain inputs to predict structural integrity of ground vehicles[Report UM TR I-88-16] 1988 15.张永林用谐波叠加法重构随机道路不平顺高程的时域模型[期刊论文]-农业工程学报 2003(6) 16.Michelberger P.Palkovic L.Bokor J Robust design of active suspension system 1993(2/3) 相似文献(10条) 1.期刊论文张永林.钟毅芳车辆路面不平度输入的随机激励时域模型 -农业机械学报2004,35(2) 作为随机过程的车辆道路不平度高程,通用的模拟方法是频域模型--道路不平度功率谱密度(PSD).但在对人-车-路系统进行非线性或耦合动力学分析研究时,必须获得关于道路的时域模型.由等级道路的标准谱或实测道路的估计谱反求道路时域模型具有重要的理论意义和实用价值.本文基于道路PSD,描述了几种基于路面功率谱模型的道路时域模型重构方法,阐述了时域建模的原理、特点和适用范围,给出了其数学上的实现过程.最后,指出了道路时域建模进一步研究的方向. 2.会议论文郝宇龙.荆强.张进秋基于MATLAB的路面不平度的频谱分析 2006 频谱分析是数字信号处理的主要分支之一。所谓“谱”，就是信号的某些特征在频域上随频率的分布关系.路面不平度的频谱分析就是基于采集到的有限的数据寻找路面随机激励信号频域的统计特性，是分析路面特征的重要手段，对于评估车辆悬挂系统的振动控制效果有着重要的作用。文章结合 MATLAB工具箱分析了沙土地、硬土地、碎石地等履带式车辆通常所行使的路况的频谱特性，验证了用AR模型进行功率谱分析的可靠性。 3.期刊论文彭佳.何杰.李旭宏.陈一锴.丛颖.PENG Jia.HE Jie.LI Xu-hong.CHEN Yi-kai.CONG Ying 路面不平度随机激励时域模型的仿真比较与评价 -解放军理工大学学报（自然科学版）2009,10(1) 为深入研究常用路面不平度随机模型的特性,基于Matlab仿真环境,对白噪声法、谐波叠加法、FFT法、AR/ARMA法4种模型在指定环境下的效率与结果进行了仿真分析和比较.在将4种模型拓展到多点时域模型后,对多点单轮辙模型的时延相关性、可用性和严密性以及多点双轮辙模型的轮辙相关性、合理性和波动性进行了仿真分析和比较.结合模型适用范围与扩展应用等方面的比较,给出了4种模型应用特性的综合评价结果.完善了多点时域模型的建模方法和体系,得到的评价结果,为车辆优化和设计、路面不平度和谱分析、道路数据库建立以及人车路大系统分析等方向的科研工作者选择模型提供了理论依据.

4.学位论文唐传茵车辆运行振动舒适性分析与控制 2006 车辆的平顺性研究所关心的是车辆在垂直方向上的上下跳动与绕横轴的俯仰运动。人体承受全身振动而引起的舒适性问题，称为振动舒适性。由振动加速度有效值以及振动频率、受振持续时间等物理量综合描述。根据行车舒适性研究的结果，引起驾乘人员不舒适的主要原因是一定频率下的垂直振动加速度。加速度越大，舒适性越差。振动加速度是影响乘客乘坐舒适性的重要因素之一。悬架性能是影响车辆振动舒适性的重要性能。因此，研究车辆的振动特点，设计新型悬架系统，对车辆振动进行有效控制是提高现代车辆振动舒适性的重要措施。本课题基于车辆动力学基本理论，应用遗传与神经网络控制算法，应用ISO 2631评价标准，得到车辆悬架结构控制前与控制后的振动舒适性能，并在此基础上，应用烦恼率模型，得到了基于烦恼率模型的车辆悬架结构在路面随机激励下的振动舒适性评价方法。论文第一章介绍了汽车振动舒适性与悬架振动控制的国内外研究现状；第二章应用随机振动基本理论与车辆系统动力学基本理论，引用平稳与非平稳随机输入的时域通用模型，得到车辆两轮相关路面模型，建立了悬架系统模型，并进行了仿真；第三章论述了遗传算法与神经网络算法原理，设计了神经网络辨识与神经网络控制算法的结构；第四章应用遗传神经网络控制算法，进行仿真分析；第五章应用ISO 2631振动舒适性评价标准，对经过悬架控制前与控制后的垂直振动加速度进行分析；第六章应用结合了振动舒适性客观评价与主观评价的烦恼率模型，研究了基于烦恼率模型的车辆悬架结构在路面随机激励下的振动舒适性评价方法。本文的研究成果主要包括以下几个方面： 1．本文运用车辆动力学理论，建立了二分之一车体四自由度主动悬架系统的动力学模型，并以此作为控制策略的仿真的基础。 2．用计算机模拟路面不平度信号作为汽车悬架振动模型的输入信号车辆在行驶时很多情况是非匀速行驶的，如车辆的起步加速、减速制动等工况，尽管路面输入在空间域内是平稳的，但在时间域内是非平稳的，为了使路面模型更加符合路面实际情况，本文用计算机模拟产生了路面不平度信号作为模型的输入，应用两轮相关路面不平度输入的时域通用模型，使研究更加接近真实悬架的振动情况。 3．本文采用遗传算法与神经网络相结合，神经网络辨识与神经网络控制结合的控制策略，对建立的汽车悬架振动模型进行控制仿真研究，针对车身质量加速度、轮胎动载荷、悬架动挠度这三个性能指标，根据悬架系统的控制原理图，建立系统的仿真模型。选取典型的路面输入信号，对悬架性能进行仿真，然后，①对主、被动悬架的性能分析对比；②不同控制策略下主动悬架的减振特性的分析；③神经网络训练参数与遗传算法输入函数变化时，在同一控制策略下悬架特性的变化和影响分析；④为验证控制系统的鲁棒性，本文还考虑了车速变化时，系统的响应特性。采用Matlab软件中的S函数编程，通过计算机仿真验证了这种控制算法的有效性，并与被动悬架的性能指标进行了对比，证明采用本文的车辆主动悬架的控制算法能够提高车辆悬架的综合性能。 4．行驶平顺性和操纵稳定性是今后体现车辆性能的重要指标，因此采用遗传算法优化车辆悬架性能评价指标，较全面地反映在振动控制过程中车辆的行驶平顺性与操纵稳定性，用于比较主动悬架的综合性能。 5．根据行车舒适性研究的结果，引起驾乘人员不舒适的主要原因是一定频率下的垂直振动加速度。加速度越大，舒适性越差。通过控制前、后车身垂直加速度分析，运用振动舒适性评价标准ISO 2631，得到人的主观感受。通过悬架控制算法，降低车身振动加速度，达到提高振动舒适性的目的。 6．结合心理物理学的信号检测理论分析人对振动反应的不确定性，应用人对振动主观反应模糊性的隶属度函数即烦恼率模型，结合控制前与控制后的悬架性能，用烦恼率作为描述人对振动主观反应的量化指标。研究了基于烦恼率模型的车辆悬架结构在路面随机激励下的振动舒适度评价方法。 5.期刊论文何杰.彭佳.李旭宏.陈一锴.毛海军.He Jie.Peng Jia.Li Xuhong.Chen Yikai.Mao Haijun 路面随机激励时域模型特性的仿真研究 -武汉理工大学学报（交通科学与工程版）2009,33(5) 在分析白噪声法、谐波叠加法、FFT法和离散时序法4种常用路面不平度随机激励单点时域模型构建的基础上,对指定环境下4种模型的速度以及结果的波动性、统计学特性和合理性进行了仿真,比较和剖析了产生不同仿真效率和结果的本质所在.并对单点时域模型进行了拓展,分别构建了车辆的单轮辙多点、双轮辙多点时域模型. 6.学位论文胡红元货物捆绑包装运输系统动力学仿真研究 2008 在流通环节中，引起包装件破损的原因主要是运输环境中的冲击和振动。目前防止包装件遭受外力而产生机械损伤的主要办法是采用缓冲技术来进行缓冲包装，但是，现在的缓冲包装没有恰当地同时考虑内装物的特性和运输环境条件来进行设计。在很多情况下，要么缓冲包装不足，要么相反缓冲包装过分。本文建立了一种货物、捆绑器、载货汽车有效连接在一起的运输包装系统。目前国内对车辆-包装件动力学模型动态特性的研究甚少，而将货物捆绑专用工具捆绑器用于包装运输系统这方面的研究国内至今空白，本论文的工作将为缓冲防震包装系统的结构设计提供一种新的建模与分析方法。根据浙江双友公司生产的汽车货物捆绑器用于汽车运输的具体情况，本文以东风EQ1156W3型号载货汽车和B50型汽车货物捆绑器为研究对象，参考国际标准ISO/TCl08/SC2N67中提出的“路面不平度表示方法”和国标“车辆振动输入—路面不平度表示方法”，求出了路面随机激励的路面功率谱密度和时域模型，考虑四轮输入的相关性，前后轮路面输入时间上的延迟，得到了路面对四轮汽车输入的功率谱矩阵和时域模型。再根据研究问题的需要，建立了整个包装运输系统平面五自由度和空间八自由度动力学模型及包装件二自由度系统动力学模型，并推导出相应的数学模型；借助仿真软件Matlab/Simulink进行仿真，得到一些重要指标在时域内的响应变化曲线，通过比较仿真结果，从而证明捆绑器的应用是正确合理的。最后通过汽车捆绑带参数的对比仿真研究，说明了本论文模型建立及参数选取的正确性和有效性。而且选用其他的路面等级，改变载货车辆载货量及车速，可以进一步模拟出较为符合实际的不同路况下路面随机激励，以其作为输入求取振动系统的时域内的响应，研究载货汽车的动态性能。同时也为不同货物选取相应参数的捆绑器提供参考。 7.期刊论文成洁.CHENG Jie 路面随机激励下的汽车非线性悬架系统振动分析 -汽车科技2009,""(2) 基于滤波自噪声生成法模拟了路面不平度,建立了四分之一车辆悬架系统非线性模型,在此基础上利用统计线性化方法对汽车非线性随机振动时域响应进行了研究,并利用MATLAB/Simulink软件对悬架振动进行了数字仿真.计算结果表明,用统计线性化方法求解汽车悬架系统的非线性随机振动问题是可行而且可靠的,仿真输出量可作为评价汽车平顺性的依据. 8.期刊论文张永林.钟毅芳汽车道路双轮辙多点随机激励建模与仿真研究 -系统仿真学报2004,16(6) 道路随机过程通用的描述方法为频域的功率谱密度函数方法.基于道路频域模型,研究了用白噪声滤波方法得到与给定谱特征相对应的道路时延相关性模型的模拟原理及其数学方法,同时提出了针对车辆道路空间相关的双轮辙激励模拟的有效途径--激励输入白噪声的传递函数法,并应用该方法再现了道路不平度的有代表性的时间历程.通过计算机仿真实例,证明了所用方法的正确性和精确性. 9.学位论文宋刚受随机激励工程结构振动控制方法研究 2008 随机性是自然界最基本的规律之一，大量军事或民用设施都处于地震、风、海浪、流冰、不平路面激励等随机环境中，从而发生危及设施与人员安全性、舒适性、设施的正常运行或疲劳寿命等十分有害的随机振动。如何在设计阶段就努力将结构的随机振动控制在可以接受的限度以内，是工程界长期以来努力追求的目标。可是迄今为止所取得的成就还远不能满足工程界的需求。在本论文的研究中，密切结合对随机振动控制的需求比较突出的建筑抗震、汽车振动等工程问题，不但融入了近十几年来在数学、力学和控制理论界所出现的一些创新成果，并且采取各种新的思路对它们进行了有针对性的发展和再创新，提出了一系列实施结构随机振动控制的有效方法。这些方法和通过研究并使用这些方法而得到的结论，对于其它工程领域的随机振动控制也是有实用或借鉴意义的。建筑结构所受的地震作用和车辆行驰时所受的路面激励都是随机荷载。由它们所造成的结构振动本应按随机振动方法来处理。但由于常规随机振动方法的复杂低效，以往在研究建筑结构抗震控制器或车辆主动悬架控制器时，数值仿真一般都只在效率比较低的时域内进行直接数值积分。如果要对控制前后系统响应的统计特性作较为精确的估计，往往需要采用很多条地震加速度记录或路面不平度样本，并取很小的时间步长进行数值积分，从而耗费大量的计算时间，同时不得不采用十分简化的结构模型，使得控制效果大受影响。本论文在处理这类控制问题时，直接在随机振动方法框架内进行。尤其是将近年来由我国学者提出的虚拟激励法、精细积分法和在哈密顿体系内保辛、保性能，和保持高鲁棒性等措施引入随机振动控制领域，由地震激励功率谱密度或路面功率谱密度直接计算出系统各种平稳或非平稳随机响应的功率谱密度，既精确可靠，又快速方便，并且控制前后建筑结构的地震响应或车辆乘员的舒适度等指标都很容易得到。因此，本论文直接基于平稳/非平稳随机振动虚拟激励、精细积分等理论和方法对控制器进行研究是颇具特色

的，具有很强的探索性和应用前景。本论文在研究新的建筑结构抗震控制器和车辆主动悬架控制器设计方法时，还尽可能地基于线性矩阵不等式处理框架，由此充分利用现有的凸优化技术而使控制器的设计简便易行。本论文根据建筑结构抗震控制和车辆主动悬架设计的特点，基于线性矩阵不等式处理方法，提出了新的建筑结构抗震鲁棒H∞控制策略、保性能控制策略和车辆主动悬架鲁棒H2/H∞控制策略、考虑时域硬约束的H∞控制策略。具体说来，本论文主要进行了以下几方面的研究工作： (1)扩展了LQG控制方法的求解途径和应用范围。由于常规的非平稳随机振动算法非常复杂低效，在结构抗震LQG控制问题中，地震的非平稳随机性以往极少被考虑。本文以毗邻建筑避碰控制为例，对非平稳随机地震激励下的LQG控制问题的求解进行了新的尝试。通过引入区段混合能矩阵，对微分 Riccati方程进行了精细求解，并借助虚拟激励法及在状态空间中的时域精细积分法，使这类以前难于处理的时变LQG控制问题得到了高精度、高效率的解决。 (2)基于线性矩阵不等式处理方法，提出了新的鲁棒H∞控制方法、给定二次型性能指标下的保性能控制方法和鲁棒H2/H∞控制方法，并应用于建筑结构抗震和车辆主动悬架设计。在控制器设计过程中，忽略结构模型参数的不确定性可能会导致控制系统性能恶化甚至失稳。本文基于线性矩阵不等式处理方法，提出并证明了考虑参数不确定性的鲁棒H∞输出反馈控制器、保性能输出反馈控制器和鲁棒H2/H∞输出反馈控制器存在的充分条件。大量数值仿真结果表明，当建筑结构的刚度、阻尼、质量或车辆的悬挂质量存在变异时，本文给出的这三种控制策略都能实现很好的控制效果。 (3)基于线性矩阵不等式处理方法，提出了一种新的考虑时域硬约束条件的H∞输出反馈控制器设计方法，并应用于车辆主动悬架设计。车辆的操纵稳定性和乘坐舒适性对悬架各项性能有着不同的要求，为了平衡相互矛盾的诸项性能要求，本文从提高车辆乘坐舒适性入手，以车身加速度响应为控制输出向量，以悬架动行程、轮胎动载荷和作动器输出控制力响应为约束输出向量，分别基于连续时间系统和离散时间系统模型提出并证明了时域硬约束条件下H∞输出反馈控制器存在的充分条件。 (4)基于精细积分方法和保辛摄动思想，提出了一种新的时变系统LQG控制精细算法，并用于车桥耦合系统的垂向减振控制。时变系统LQG控制器设计中，需要求解变系数矩阵Riccati微分方程和变系数矩阵Kalman-Bucy滤波方程。通过将原时变Hamilton系统分解为零阶近似和保辛摄动两个Hamilton系统，引入区段混合能，给出了Riccati方程和Kalman-Bucy滤波方程状态转移矩阵基于区段矩阵合并的递推求解格式。以控制车辆过桥时的平顺性为例进行数值仿真，证实了此方法的优越性。 10.学位论文王晅随机荷载作用下柔性路面结构及路基动力响应研究 2006 随着公路交通车辆向大型、重型化的发展，超载超限现象非常突出。利用静力法或拟静力法设计的高速公路路面越来越难以满足服务要求，对车辆与路基路面结构相互动力作用机理的深入研究势在必行。本文以柔性路基路面为研究对象，将车辆和路基路面视为协调统一系统，针对目前高速公路重型车辆与路面之间相互动力作用研究中的一些热点和难点问题(如路面表面状况的描述和表达、随机动态荷载的描述和确定、路基路面动态响应的获取 )进行了较为深入的理论分析和试验研究，主要研究内容如下： 1.从车辆振动的随机激励源一路面的表面特性入手，利用频域分析法对路面不平度的随机功率谱密度函数(PSD)进行了推导，着重分析了高速公路路面不平度PSD的特点和规律，认为在路面随机不平度激励下产生的车辆动荷载为时空都在变化的随机荷载。在此基础上，考虑轮胎阻尼作用，采用四分之一车辆动力分析模型，编制Matlab程序对行驶于不平整路面上的车辆随机动荷载进行了数值模拟，在时域内给出了动力车辆模型在任意车速下的随机动荷载时程曲线，并探讨了车辆随机动荷载与路面激振频率、车速、路面波长、路面标准波数谱密度之间的关系，明确了车辆对路面随机激励输入的特性和规律。 2．针对柔性路基路面的基本物理力学特性，在现有研究成果的基础上，借助层状体系理论，采用传递函数矩阵法，通过Fourier积分变换和 Laplace积分变换，推导并给出了多层粘弹性体系在移动简谐冲击荷载作用下动力方程的解析解。考虑到解析的实际困难，提出基于ANSYS的粘弹性动力有限元数值法作为对多层体系动力响应进行求解的新途径。 3．根据柔性路基路面多层粘弹性体系假设，建立了柔性路基路面结构三维动力有限元模型，成功地将ANSYS大型有限元分析软件应用于车辆与路基路面相互动力作用的研究中，模拟并探讨了路基路面结构在单轮组车辆荷载(包括考虑车辆侧向力和切向力的三向荷载)作用下的动态响应(主要包括动位移、动正应力、动剪应力、动应变等)及其影响因素，阐明了柔性路基路面在车辆动荷载作用下的疲劳损伤破坏规律和机理。 4．成功地在常(德)张(家界)新建高速公路上进行了重型车辆荷载作用下柔性路基路面各结构层动态响应的试验研究。考察了车辆载重、车速、车道因素对路基路面的动态响应规律的影响，分析了动态响应的频谱特性和功率谱特性，并与路面不平度激励特性进行了比照，研究表明路面激励、车辆振动、荷载输入、路基路面动态响应具有相互依存的因果关系。通过二次回归正交法，建立了路基路面动态响应与车速、动荷载、荷载二次效应及车速荷载交互作用的数学模型，确立了各因素对路面结构服务能力下降及损伤破坏的影响强度。 5．建立反映实际试验车辆特性的二分之一动力卡车模型，采用正规型方法对所建车辆模型的动力方程进行了求解。通过在ANSYS三维模型中输入四轮组荷载模拟路基路面动态响应，将数值模拟结果与现场实测值(动应变及动应力)进行了对比研究，数值解与实测值比较吻合，说明本文所建立粘弹性三维有限元模型合理可信。本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_nyjxxb201003003.aspx 授权使用：湖南大学(hunandx)，授权号：e3c67d62-5371-42e7-a609-9df400a2a584 下载时间：2010年9月17日

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