白噪聲路譜的生成和汽車平順性仿真

金 爽,劉 浩,張 鵬

長安大學(xué)汽車學(xué)院,陜西西安 710018

現(xiàn)代汽車中，平順性、操縱穩(wěn)定性等關(guān)乎汽車舒適性、操縱性的性能指標(biāo)越來越受到人們的重視，汽車平順性的控制目標(biāo)就是將汽車在行駛過程中產(chǎn)生的振動和沖擊強(qiáng)度控制在一定界限之內(nèi)，他已成為現(xiàn)代高速汽車的主要性能指標(biāo)之一[1]。本文著重討論基于新國標(biāo)GB/T4970-2009的汽車平順性仿真。

1 路面不平度生成方法綜述

路面不平度作為汽車的激勵(lì)，受到各國專家的關(guān)注，1984年國際標(biāo)準(zhǔn)化組織在文件中提出的“路面不平度表示方法草案”建議以路面功率譜密度Gq（n）用1-1式作為擬合表達(dá)式：

式中，n為空間頻率，n0為參考空間頻率，Gq（n0）為參考空間頻率n0下的路面功率譜密度值。

使用離散時(shí)間隨機(jī)序列描述隨機(jī)路面不平度時(shí)，一般利用有理函數(shù)形式：

其中，αβ與隨機(jī)路面等級有關(guān)[2]。

路面不平度的生成方法多種多樣，大都利用計(jì)算機(jī)軟件和相關(guān)程序進(jìn)行仿真，下面我們著重討論基于白噪聲路譜和汽車平順性的仿真。

2 基于白噪聲路譜仿真的參數(shù)設(shè)置與模型建立

在進(jìn)行汽車平順性仿真前，我們必須選擇路面對車輛的激勵(lì)。我團(tuán)隊(duì)在比較幾種常用的路譜生成方法后，決定采用濾波白噪聲來生成路譜。即：

其中，q（t）為路面位移，按照GB/T4970-2009（最新國標(biāo)），考慮到試驗(yàn)用車M類車輛，路面為瀝青路，Gq（n0）為路面不平度，（C級路面）。u為車速u=40，50，60，70km/h 即u=11.11,13.89,16.67,19.44m/ s，W（t）為均值為零的高斯白噪聲，白噪聲的參數(shù)設(shè)置是在parameter中予以設(shè)置。f0是下截止頻，f0=0.1Hz

很多文獻(xiàn)中關(guān)于系數(shù)的計(jì)算都予以省略了，下面我們對上面的系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

Gq( n0)、u都影響了高斯白噪聲的增益W（t），系數(shù)為

所以在仿真中各個(gè)模塊的parameter分別為圖1 Simulink仿真圖樣，圖2 汽車所受地面激勵(lì)輸入的仿真信號。

圖1 Simulink仿真圖樣

在對白噪聲參數(shù)設(shè)置里，Noise power設(shè)置為0.1，表示其能量大小，采樣時(shí)間一般設(shè)置為0.1，白噪聲的增益由式2-1有，在路面位移系數(shù)中的，這樣我們就得到了汽車所受地面激勵(lì)輸入的仿真信號，見圖2 汽車所受地面激勵(lì)輸入的仿真信號。

圖2 汽車所受地面激勵(lì)輸入的仿真信號

3 汽車平順性仿真與展望

路面不平度的傳遞路線為：路面→車輪→懸架系統(tǒng)→人體，當(dāng)采用車身與車輪兩個(gè)自由度振動系統(tǒng)作為平順性仿真中車輛振動模型時(shí)，必須確定懸掛質(zhì)量，非懸掛質(zhì)量，彈簧剛度，減振器阻尼系數(shù)，輪胎剛度,然后建立運(yùn)動方程，確定各項(xiàng)系數(shù)，隨后就可以在SIMULINK仿真環(huán)境下分析車輪、懸架系統(tǒng)或者人體的振動強(qiáng)度。

汽車平順性仿真是利用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行汽車平順性評價(jià)的一種方法，與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)測量相比，耗費(fèi)的財(cái)力、物力少之又少，所以優(yōu)化仿真方法，建立合適的路譜和復(fù)雜自由度的振動模型將是未來汽車平順性仿真的重點(diǎn)。

[1]關(guān)振東.轎車平順性仿真與實(shí)驗(yàn)研究[D].吉林大學(xué)，2007，6.

[2]王永濤.車輛懸架優(yōu)化控制與汽車平順性分析[D].鄭州大學(xué)，2010，5.