公路路面不平整度引起车辆振动响应研究

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1、公路路面不平整度引起车辆振动响应研究　　摘要：路面不平度是车辆振动系统的主要振源，获得准确的路面信息是分析和评价车辆对路面冲击作用的关键。国外从20世纪50-60年代开始对路面功率谱进行研究，通过路面功率谱来评价路面行驶质量和汽车振动响应。研究认为一般的路面不平度是具有零均值、各态历经的平稳Gauss随机过程。因此，车辆在路面激励下的祸合振动，本质上也是一种随机性振动。关键词：公路路面；不平整度；车辆振动响应中图分类号：U416.2文献标识码：A汽车行驶在不平整路面上，车轮将对路面产生附加动荷载，这种动荷载将加速公路路面平整度的衰减，而路面平整度的变差又将使得车

2、轮对路面产生的附加动荷载增加。因此，公路路面不平整度被认为是影响车辆振动响应的主要因素之一。通常假定路面不平整是平稳的、各态历经零均值的Gauss随机过程，并用功率谱来描述路面的统计特性。关于路面谱，国内外均作过大量的测试和研究，如国家标准GB7031-86《车辆振动输入路面平度表示方法》、国际标准化协会制定的150SCIPWG4等。4目前，国内外最常用的道路不平整度数值模拟方法主要有三角级数法、白噪声滤波法，二次滤波法和逆Fourier变换法。逆Fourier法适用于任意形式的路面功率谱，通用性好，计算精度高，适应数值积分变步长的要求，可作为线性系统、非线性系

3、统激励输入来求系统的时域响应。本文采用逆Fourier变换法来模拟路面不平整度。对汽车振动系统的输入信息，除了路面不平度外还要考虑车速这个因素。当汽车以一定车速v驶过空间频率n的路面不平度时，那么汽车轮胎受到的激振频率为.f=v×n。通过汽车振动的主要固有频率范围可以得出路面不平度功率谱密度的有效空间频率上、下限。由于汽车隔振系统的作用，使汽车对某些频率路面激励的位移或加速度响应极小，所以在进行路面不平度计算时，可以不考虑这些频率成分的影响。选取有效频率的上下限要保证使汽车以常见速度行驶时由路面不平度激起的振动频率范围包括汽车系统振动的主要固有频率。路面统计空间

4、频率在0.011＜n＜2.83,在车速每秒10-30米情况下，可以保证时间频率范围为0.33-28.3赫兹。这个频率范围能把车身质量部分的固有频率1-2Hz和车轮质量部分的固有频率10-15Hz有效的覆盖在内。设是路面不平度的采样数据，则其离散傅立叶变换为，然后得出与路面不平度的功率谱密度关系为，此公式中，，为距离采样间隔。4由得到的只是离散傅立叶变换的模值，而是复数，若相角为，则有。取值在之间随机选取。对任意一个具有N个数据点的离散信号的离散傅立叶变换，若离散信号经过了零均值化，则与与与分别互成共扼。根据离散傅立叶变换数据的上述特性，按照得到的个离散傅立叶变换

5、值进行补齐，于是得至，对进行离散傅立叶逆变换便可得到路面不平度。由于上述获得路面不平整度的过程是计算其功率谱密度的逆过程，所以理论上可保证所得路面不平整度的功率谱密度与给定的功率谱密度准确一致。取，路面平度系数取平均值，得到各级路面不平整度曲线。然后运用编制程序求解不同等级路面下不同车速的车辆振动响应。采用下表中的车辆数据来研究不平整路面下的车辆动荷载系数：在各级路面上车辆动荷载系数随车速增大而增大。以某地区多种路面而言，动荷载系数从每秒10米到30米，路面动荷载系数增加了5.2%，在相同车速下，随路面状况变差，动荷载系数增大很快。可见，路面等级是影响车辆动荷载

6、系数的显著因素。在同一车速下，路面等级越差，动荷载系数增大越显著；车速是影响车辆动荷载系数的重要因素，在同一路面等级下它随车速增大呈线性增大。参考文献:4【1】宋一凡编著，公路桥梁动力学【M】，人民交通出版社，2000【2】彭献等，匀变速移动质量与简支耦合系统的振动分析【J】，工程力学，2006,064