ADAMS-CAR路面生成技术总结

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介绍路面不平度测量及表示方法,包括白噪声滤波,2D/3D路面及用于平顺性分析的随机不平路面。
n2=INT(n1(i)/Be+0.5):n为频率下狠;n1为频率上限;Be为频率分辨率。 对」多道路面不平度的统计特性,以各通道的功率谱密度函数和各通道向的互功率谱密度函数 或相关函数来描述。相关函数y(n)表小如下: r(n) (n)sRR(n) 式中,S为左右轮迹路面输入的互谱;SL为左轮迹路面输入的白谱;Sa2为右轮迹路面输入 的自谱。 数据处理后的路面数据通常以曲线的形式给出,其中单道路面不平度的表达形式应包括未经光 滑处理的功率谱密度和经过光滑处理的功率谱密度曲线。而对多道路面谱数据的描述,除各单道功 率谱密度曲线外,还应包括相关函数曲线。 322路面输入模型 1、频域模型 对于不同等级的路面,主要区别在于路面粗糙程度的不同,通常用路面不平度系数G0来表示其 粗糙程度。如果将段平滑路面的所有频谱成分的振幅均按·定比例增加,实际上就可形成·段粗 糙路面的眳面谱。这样,就可以方便地用·个通用的谱密度函薮来大致衣达不同粗糙程度的路面, 以作为车辆系统的输入激劢。设计空间谱密度为S,空间频率(等」波长λ的倒数)为n(单位为 cvcle/m),则二者的关系可用下式表式: s(n)= gon 式中,G为路面谱密度不平度系数,其大小随路面的粗糙程度而递增;指数P表式姒对数坐标 下谱密度曲线的斜率。有些情况下,路面谱密度公式包含的斜率可能不连续,这时,则可写成如下 形式 式中,n为双对数坐标下谱密度曲线断点处的空间频率 实际上,上式仍有与实际情况不符之处,比如在空间频率趋向零时,所表达的路面输入振将 趋向无穷大,而实际路面非如此,从实测的路面谱中也可看出,路面谱密度S的值在低频段趋向 平坦。基于这点考虑,可引入一个下截止频率no,即当频率低于n时,谱密度幅值保持恒定。在板 频段内有些长波信号可能己经低于最小空间输入信号建模中,然而,对來设计而言,这些极低 频段信号成分其实并不太重要。机关如此,在路面信号建模中,对这些信号成分乜要有所考虑。下 表列出了各种实测路面的模型参数参考值 各种实测路面的模型参数 不平度系数 下截止空间频率新点处空间频率 路面类型 Go/(m/cycle) 斜率P1斜率P2 /(cycleim) n /(cycle/m) 高速公路(M1) 2×103 2.59 0.01 主干道(A5) 4.6×107 2.75 1.16 0.01 0.30 支路 5.6×10 3.15 2.42 0.01 0.20 MIRA石子路 1.7×105 5.9 1.55 0.04 0.16 如果仅以基夲行驶模型分析为目的,通常不考虑断点的影响,采用单斜率路面输入谱基本上就 可满足要求。假设不平度系数G按下表取值,则斜率P通常取2-25为宜 各种典型路面的不平度系数值单位:m3ycle 路面类型 范围 均值 高速公路 3X10=5×10 1x10 主干道 3×1038×10-6 5×10 支路 5×107-3×105 5×106 值得注意的是,上述两式中均为空间频率域衣达式,与车速无关。如果车辆以恒定的速度在路 面上行驶,就可以用时间频率来代替空间频率: s(f) 式中,∫为时间频率;a.为车辆行驶速度。 对」线性夲辆模型来说,上式表示的路面谱可以直接用来作为频域分析的系统输入。然而,如 果夲枘系统模型中有一些非线性的描述,如双刚度弹簧、非线性阻尼器、限位块撞击等,那么路面 模型则必须在时间域或距离域来加以描述。如果得不到实际测量的时间域或距离域信号,通常采用 谱密度方程重新“构建”一段路面。因为理论上洴,任意一条路面轨迹均可由一系列离散的正弦波 叠加而成。假如已知路面的频域模型,那么每个正玹波的振幅则可由相应频率的频谱密度获得,但 相位差则必须由随杋数发生器产生。通过这种方法产生的时间域或距离域的路面,便可用于车辆的 非线性动力学分析。 2、时域模型 (1)积分白噪声 P-1 对于S(厂)= 表示的空间频域模型,以指数p-2时为例,即S(n)=Gn2,则时间频率 f表达的路面位移功率谱密度为 其中,f等于车速与空间频率n之积,即f=n!l 上式可以看出,若仅作为悬架系统的输入来考虑路血激励,提高车速和増加路面不平度系数, 其二者的效果时相同的。而且,由功率谱密度描述的路面不平度输入模型可用一个线性系统来描述, 下图所小,其中系统输入为单位强度为1的随机白噪声w,输出为路面不平度位移Z。,即通过一低 通滤波器G(j)后输出。 随机白噪声输入w GuO 路面不平位移Z。 随机滤波白噪声衣达的路面功率谱密度为: t S(=G ()σ G(o)w 式中,a为随机白噪声w的方差,取值为1;z。为路面不平度位移 若以圆周率O)(单位为rads)表示,上式则要改为 S(f) 2Te 2丌 2 由此可得到: G(a 由此,传递函数G(jm)表达式为 2丌、G G(a 因此,路面不平度位移则可以写成时域表达的形式,即为通常所称的积分白噪声形式: i,()=2TyGou w(t) (2)滤波白噪声 为了能更加真实地反映路血谱在低频范围内近似为水丬的实际情况,可以在路血谱模型中引入 个下截止频率f0,得: S(f) f2+f0 G(f 同样,低通滤波传递函数G(jo)改写为: 2丌√Gnl G(o (Ob=27f6) + 得到路面不平度位移吋域衣达式 (1)=2 y Gou. n()-2x02() 通常,下截止频率f的取值范围可在0.01Hz附近,以保证所得的时域路面位移输入与实际路面 谱尽量一致。 (3)四轮输入时的考虑 对于车辆在硬路面、直线行驶时,后轮的路面输入具有与前轮相同的输入轨迹,只是时间上存 在着一定的滯后。在恒定玍速下,其滞后时间为轴矩与车辆行驶速度的比值。因而在车辆行驶动力 学时域仿真分析时,只需将前轮的路面输入模型滞后一定时间后再输入给后轮即可( ADAMS/Car 中定义 Calculated Time Lag,自动根据轴距等参数计算得到)。 在整车建模及分析中,不仪需要考虑轴距滞后的路面输入,而且还要考虑左右车轮论矩的相关 程度。如果路面测量中采用双轨路面不平度测量仪,那么就可以测得左右轨迹之问的相关程度。 相关函数γ(π)在频域内描述了左右轮迹不平度中频率为n的分量之间线性相关的程度,其值在 0~1汽围内变化。当相关函数值为1时,表示左右轮迹路面输入完全相关;当相关函数值为O吋, 表示左右轮迹路面输入完全不管,二者随机变化。左右轮迹路面不平度伫号通常对于大波长情况(即 低频段)得出的相关函数值趋近于1:对于高频段则趋近于0( ADAMS/ Car中定义 CORRELATION RL表示相关系数)。 从统计意义上讲,可以认为路面时各向同性的,如表示斜率为25的空间频率,即S(n)xn25表 示了各向同性路面。据此,可以计算出不同轮矩(以2b或B表示)情况下其相关函数随频率的变化 曲线,如下图所示。 2b24m od- stUa# IS ⊥1⊥L 故nerb 七右轮路面轨進相关由线 32.3 ADAMS中的路面模型 2D路面:路面参数只用XZ平面的点定义而形成的条二维曲线 3D路面:三维平滑类路面的统称。 其中 2D路面的接触采用 poinl-follower的方法(类似」一张平面的圆盘)。卜面为使用这种方法所用 的不同的路面类型 DRUM- Tire test drum( requires a zero- speed-capable tire model).轮胎转鼓试验台 LAT- Flat road.平整路面 PLANK- Single plank perpendicular, or in oblique direction relative to x-axis, with or without bevel edges. Ah 形凸块路 POLY LINE-Piece-wise linear description of the road profile. The profiles for the left and right track are independent折线路面 POT HOLE- Single pothole of rectangular shape.凹坑路面 . RAMP-Single ramp, either rising or falling 斜坡路面 ROOF -Single roof-shaped triangular obstacle 角形凸块路面 SINE- Sine waves with constant wave length 正弦波路面 SINE SWEEP- Sine waves with decreasing wave lengths.正弦变波纹路面 STOCHASTIC UNEVEN -Synthetically generated irregular road profiles that match measured stochastic properties of typical roads. The profiles for left and right track are independent or may have a certain correlation. BEFLM 半路面 3D路面分为两种 (1)3D等效容积路面 由·系列的空间三角平面组成的三维路面,如下图所示的路面片段有6个节点,通过1~6号节 点定义4个三角形路面元素A、B、C和D;三角面的法向方向朝外。 Un crown- road crown alon g the road centerline .CURB-Curb at left, right, or both sides of the road. 'PLANK- Single plank with beveled edges or rounded corners POLYLINE-Cubic spline description of the road profile for left and right wheel track .POTHOLE- Pothole of rectangular shape RAMP-Ramp, either rising or falling .ROOF-Roof-shaped, triangular obstacle. ,ROUGHNESS-Generated irregular road profiles with stochastic properties similar to measured roads SINE -Sinc wave with constant amplitude and wavelength 'SWEEP- Sine wave with variable amplitude and wavelength (2)3D样条道路 借助3D样条道路可以使汽车模型遹用许多种类的三维平滑路面(道路的曲率远远小于轮胎的 曲率)。 323 ADAMS中的路面属性文件 道路的类型在 TeimOrbil格式的道路属性文件中通过[ MODEL]数据块中的 METHOD、 ROAD TYPE语句定义,[ MODEL]数据块定义的常用道路类型如下: METHOD FUNCTION NAME ROAD TYPE DRUM 纶胎转鼓试验台 FLAT 平整路面 PLANK 矩形凸块路 POLY LINE 折线路血 2D POT HOLE 坑路血 'ARC901 二维路面 RAMP 斜坡路面 ROOF 形凸块路面 SINE 正弦波路面 SINE SWEEP 正弦变波纹路面 STOCHASTIC UNEVEN随机个半路面 3D arC904/none 3D等效容积道路 3D SPLINE ARC903none 3D样条路面 5.2.1 ARC913 FLAT或 INPUT 521轮胎模型专用路面 USER ARC501 自定义 「 FUNCTION NAME:函数名称变量指路面与轮胎接触函数Ⅲ号 (1)2D路面属性文件 如在操纵性仿真中常用的二维平整路面文件: 其中 IMDI HEADERI IUNITS [MODF]定义路面的类型 [ GRAPHICS]定义路面几何图形(2D中只有半整路面Flat才有路面图形,其他类型的路面可以通过专用 软件包rire- tools提供的 road visualization功能观察路面形状,另一种方法是用函数构造器下的 create shell from edt 函数将路面文件转化为she件,再将shel壳文件加入到模型中) PARAMETERSI定义路面参数,如摩擦系数、几何形态等 24 at rdf-记事本 文件『)编辑〕格式)查看)帮助H MDI HEADER MDI_ HEADER FILE TYPE ' rdf FILE_WERSION=5.0C FILE FORMAT ASCII (COMN ENTS) Comment_string 'flat 2d corla:t I Uad for Les ling pur puses UNITS [UNITSI FORCE = newton INGLE radians' kg ----------- MODEL MODELI METHOD FUNCTION NAME ARC901 ROAD TYPE GRAPHICS [GRAPHCS LENGT =1E00000 WIDTH 80000 NUM LENGTH GRIDS =16 NUM'Ⅵ DTH GRIDS=8 LENGT SHIFT =10000,.0 ---FARAMETERS [PAFAMETERSI 1.0 ADAMS中的二维随机路面,是恨据路面文件按白噪声线性滤波法生成的左冇两条轮辙纵剖面 出线。用户要使用mdi2 d uneven. rdf文作作为模板则应修改 PATH CONSTANT的值为1000m(原 为20)。 MTTHOD=2D时二维路面的参数 PARAMETERS子数据块 参数子数据块[ PARAMETERS的结构根据路面类型的不同而不同,基本上可以划分为3隔部分: 通用参数段、路型参数段和数据组,用符号$分开。 MTTHOD=2D时通用参数表 参数 描述 offsct 参照整车原点的Z向偏移量,默认值=0 I rotation angle xy plane h于在ACar中,年辆前进默认的方向是X方向,路面文件的华标系是全局华标系,所 以要将路面文件的ⅹ轴翻转,默认为180deg mu 道路与纶胎摩檫系数修正比,实际摩察系数是二者的乘积。摩擦系数修正比默认值=10 路型参数段 ① ROAD TYPE=FLAT—平整路面 ② ROAD TYPE=DRUM—转鼓试验台 [PARAMETERS] OFFSET ROTT工mGLE了 PLANE=180 1.口 镶条参数示意图 DIAME TER NUMBER CLEATS CLE豆T王E工GH CLEAT ST恿RT工NG点NGLE bevel_ edge length CLEAT LENGTH CLE豆 T BETEL EDGE LENGTH 豆 CCELERAT工T工E 5100 cleat length CLEAT D工RECT工oN CLEAT EDGE ROUNDED xzRD豆TA 3920 73502D ROAD TYPE=DRUM参数表 参数 说明 转鼓直径,通常大于4m:当转鼓的直径为负数时:试验使用的是转鼓外 DIAMETER 表面,为正数时使用转鼓的内表面。与此对应,一个正的转鼓速度在外 表面时为逆时针,在内表面时为顺时针。 ROTATION ANGLE XY PLANE转鼓轴线与XY平面角度 转鼓表面线速度,(应确认汽车木身的速度是为0的,并且转鼓的中心与 汽车的x=0共线)。 NUMBER CLEATS 镶条数目(镶条数目可以为0,即使用光滑表面的试验鼓) CLEAT HEIGHT 镶条高度 CLEAT STARTING ANGLE第一个镶条在鼓面上的角度位置 CLEAT LENGTH 镶条底边宽度 CLEAT BEⅤ EL EDGE LENGTH镶条45°倒角边长 ACCELERATION TIME 仟选的仿真开始时刻,在这段时间内转鼓加速到额定速度 (XZR DATA) 共享数据库中mdi2 d ramp.rdf不是 TeimOrbit格式,不能用于ACar模块的标准仿真。它的功能可 以用 ROAD TYPE= plank代替 ③ ROAD TYPE= plank—凸块路面

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