路面不平度的模拟与汽车非线性随机振动的研究

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1、.清华大学学报自然科学版JOURNALOFTSINGHUAUNIVERSITYSCIENCEANDTECHNOLOGY1999年第39卷第8期 Vol．39No．81999路面不平度的模拟与汽车非线性随机振动的研究*金睿臣，　宋　健　　文　摘　预测汽车的随机振动响应对汽车的开发设计是非常重要的。实际汽车存在许多非线性环节，需采用非线性振动模型进行研究，在这种情况下，通常采用的频域分析方法一般不再适用。应用机械系统分析软件ADAMS建立了11自由度汽车非线性振动模型，并用由伪白噪声法生成的符合实际路面统计特性的伪随机序列来模拟路面不平度。在此基础上，

2、利用数值算法在时域中对汽车的非线性随机振动响应进行了计算机仿真计算研究。结果表明，这种方法对研究汽车的非线性随机振动是有效的。　　关键词　汽车动力学；ADAMS软件；非线性随机振动；路面不平度　　分类号　U461；O322SimulationoftheroadirregularityandstudyofnonlinearrandomvibrationoftheautomobileJINRuichen，SONGJianDepartmentofAutomotiveEngineering，StateKeyLaboratoryofAutomotiveSaf

3、etyandEnergyConservation，TsinghuaUniversity，Beijing100084，China　　Abstract　Tousethesimulationtechniqueisveryimportanttopredicttherandomvibrationoftheautomobile．Becausetherearemanynonlinearfactorsinarealautomobile，anonlinearvibrationmodelshouldbenecessarilyused．Inthiscase，thefre

4、quencydomainmethodscannotbeapplicable．UnderthehelpofthemechanicalsystemsimulationprogramADAMS，an11DOFnonlinearvibrationmodeloftheautomobilewasbuilt．Bymeansofpseudowhitenoise，pseudorandomsequences，whichcansimulatetherandomirregularitiesofaroad，weregenerated．Basedonthese，usingnu

5、mericalmethod，therandomvibrationoftheautomobilewas...studied．Theresultsofsimulationhavedemonstratedthevalidityofthemethod．　　Keywords　vehicledynamics；　programADAMS；　nonlinearrandomvibration;roadirregularities　　汽车以一定的速度行驶时，路面的随机不平度通过轮胎、悬架等弹性、阻尼元件传递到车身上，并通过座椅将振动传递到人体。研究这种汽车振动一般是在

6、频域进行的，这种方法是建立在汽车为线性振动系统的基础上的。　　然而，汽车振动系统中包括许多非线性元件，如轮胎(有可能离地)、渐变刚度悬架、液力减振器、橡胶减振块及悬架的干摩擦阻尼等。为获得更准确的结果，特别是在进行振动幅度较大的汽车可靠性等研究时，需采用非线性振动模型。对于非线性系统，线性系统中熟知的叠加原理不再成立，不能直接采用频域方法。非线性随机振动问题可以用随机微分方程来描述，若其激励是Gauss白噪声，则可用FPK(Fokker-Planck)法求得精确解。然而用此方法求解是非常困难的，目前只有几类简单的振动问题得到了精确解。　　数值计算法

7、作为一种近似方法，实际上是将随机微分方程当作确定性微分方程进行求解[1]。如果取的样本长度足够长，样本数足够大，其准确度是可以保证的。本文应用机械系统分析软件ADAMS建立了11自由度的汽车非线性振动模型，采用计算机生成的伪随机序列来模拟路面不平度，利用数值计算法对汽车的非线性随机振动时域响应进行了研究。1　路面不平度的表示方法　　假定路面不平度是平稳的、各态历经零均值的Gauss随机过程。通常，用功率谱来描述路面的统计特性。路面不平度功率谱可用下式来拟合［2］：　　　　　　　　　　　(2)其中，n0=0．1m-1，为空间参考频率；Sq(n0)为n

8、0下的路面谱值，与路面等级有关，在以下计算中取C级路面，Sq(n0)=256mm2．m。　　进行路面不平度计算时，要对空间