基于BP神经网络的路面不平度识别

将BP神经网络作为识别路面不平度的工具，确定了用于识别的评价指标。建立了前后轮路面不平度滤波白噪声模型和汽车平顺性4 自由度平面模型，通过仿真获得车辆响应和前后轮路面不平度，作为BP 神经网络的输入和输出。采用3 层BP 神经网络识别路面不平度，先后构造了44 种车辆响应输入方案进行训练和测试，通过评价指标选出最优输入方案。研究结果表明，在车辆行驶的常用路面和车速条件下，识别前后轮路面不平度的最优输入方案由车轮垂直加速度、车轮垂直位移和悬架动挠度组成。     

随机路面激励下车辆系统参数对汽车行驶平顺性的影响研究

基于汽车系统动力学和随机振动理论，建立了简化的人体-座椅、车身及车轮3-DOF车辆振动模型，采用线性滤波白噪声法建立了路面激励模型，并仿真分析了常见C级路面的不平度特性。以C级随机路面激励为车辆振动系统输入，运用变步长四阶Runge-Kutta法求解了车辆系统数学模型。在时域和频域两方面，仿真分析了座椅刚度、阻尼，悬架刚度、阻尼及轮胎刚度对座椅、悬架性能的影响，以及路面不平度和车速对座椅垂向加权加速度的影响。得出了座椅加速度、悬架动挠度、轮胎动载荷功率谱密度随座椅刚度、阻尼系数，悬架刚度、阻尼系数及轮胎刚度变化的规律。     

汽车在不平道路上的制运过程分析

本文建立了一套垂向一纵向系统动力学模型，模拟分析了汽车在不平道路上的制过程。研究表明，路面不平度使制动过程中的车轮轮荷既有增大，亦有减小，从而一体上对制距离无显著影响，但是，路面的不平激发的车轮圆周切向速度变化，会增加车轮的瞬时抱死程度，降低车辆制动稳定性，并干扰防抱制动装置的正常工作。     

基于RBF神经网络识别路面不平度的研究

针对应用RBF神经网络识别路面不平度的输入选择、输入方案确定和识别效果评价3个问题，提出了一种解决方法。对RBF神经网络和训练过程进行了分析，选择车辆可以测试的车辆响应作为RBF神经网络输入，引入正交试验设计确定RBF 神经网络输入方案，采用相关系数和均方根误差作为RBF神经网络识别效果的评价指标。通过采用车辆和路面不平度系统4自由度平面模型仿真获得车辆响应和前轮路面不平度，应用RBF神经网络对常用路面等级和常用车速行驶下某汽车的前轮路面不平度进行了识别。结果表明，所提出的方法解决了基于RBF神经网络识别路面不平度的3个问题，可以用于其它神经网络识别路面不平度。     

道路不平度对防抱制动系统的影响

根据现代防抱制动系统的工作原理，分析了汽车在平道路上制动时，路面形状，汽车的垂直振动和车轮纵向振动对防抱制动系统的影响，同时，探讨了降低道路不平度以防抱制动系统影响的可能途径。     

基于整车模型的车-路耦合作用仿真分析

为研究车‐路系统耦合作用下汽车行驶平顺性,运用车辆动力学仿真软件CarSim建立整车模型,并采用傅里叶逆变换法对 GB7031中规定的A~D级路面进行数值仿真与验证,分析了车辆以不同速度行驶在不同等级路面上的加速度和车轮法向动载系数。结果表明:①随着路面等级的降低和车辆行驶速度的提高,车身加速度显著增大,由50 km/h、A级路面上的0.2599 m/s2变化为120 km/h、D级路面上的1.6889m/s2,增加了5.5倍,车辆行驶平顺性下降;②车‐路耦合产生的动载作用受路面工况和车速的影响也较大,由50 km/h、A级路面上的0.0833变化为120 km/h、D级路面上的0.7754,增大8.3倍。路面等级越低,车速越高,动载系数越大,对路面的破坏作用越严重。      

关于路面纵向附着系数的讨论

本文利用路面纵向附着系数的测量结果,对汽车制动过程、路面纵向附着系数与滑移率、车速、路面不平度的关系进行了探讨。     

基于路面不平度自功率谱密度函数计算国际不平度指数的研究

提出了一种基于路面不平度自功率谱密度函数PSD计算国际不平度指数IRI(International Roughness Index)的方法。通过建立1/4车辆模型来分析路面不平度的输入和汽车振动的响应,由动态响应模型的理论分析得到路面不平度的自功率谱密度函数PSD(Power Spectral Density),再应用随机理论等方法,推得基于路面不平度自功率谱密度函数PSD的IRI值。用PSD计算IRI,能够使车辆和道路部门比较他们对路面不平度的各自评价标准,从而作为其设计、改进产品的依据,IRI的求得,为公路运输部门对道路的养护决策提供了依据。     

关于装有平衡悬挂的三轴汽车的振动问题

本文分析了装有平衡悬挂的三轴汽车的振动特点。假定路面微观不平度为空间的一维平稳高斯随机过程,并将汽车看作线性振动系统,推导了计算车身振动加速度、车轮与路面间的接触力以及悬挂的动行程三者的统计计算公式。为三轴汽车悬挂的设计与研究提供了理论基础。     

汽车非平稳随机振动统计特性求解的一种新方法

本文中针对汽车变车速行驶时路面不平度在空间域是平稳随机过程的特性,提出求解汽车非平稳随机振动响应统计特性的一种新方法。建立了时间域汽车振动2自由度单轮模型,基于时间域与空间域变量及其导数变换关系,推导了相应的空间域汽车振动模型。采用空间频率傅里叶变换,建立了汽车振动空间频率响应特性和时间域振动响应量的空间频率响应特性。采用路面分类标准表示路面不平度的空间域统计特性,建立了由空间频率响应特性求取非平稳振动响应量统计特性的公式。选取某汽车参数和包含匀加速、匀速和匀减速的典型行驶工况,分析了非平稳振动响应量统计特性的变化规律。结果表明,汽车非平稳振动响应量的统计特性随车速的变化而变化,具有时变特性。     

Fatigue life reliability prediction of a stub axle using Monte Carlo simulation

A stub axle is a part of a vehicle constant-velocity system that transfers engine power from the transaxle to the wheels. The stub axle is subjected to fatigue failures due to cyclic loads arising from various driving conditions. The aim of this paper was to introduce a probabilistic framework for fatigue life reliability analysis that addresses uncertainties that appear in the mechanical properties. Service loads in terms of response-time history signal of a Belgian pave were replicated on a multi-axial spindle-coupled road simulator. The stress-life method was used to estimate the fatigue life of the component. A fatigue life probabilistic model of a stub axle was developed using Monte Carlo simulation where the stress range intercept and slope of the fatigue life curve were selected as random variables. Applying the goodness-of-fit analysis, lognormal was found to be the most suitable distribution for the fatigue life estimates. The fatigue life of the stub axle was found to have the highest reliability between 8000–9000 cycles. Because of uncertainties associated with the size effect and machining and manufacturing conditions, the method described in this paper can be effectively applied to determine the probability of failure for mass-produced parts.     

利用计算机仿真技术预测车身零件疲劳寿命

为缩短新车开发周期、节约样本制造费用，本文提出了一种在计算机仿真环境中预测车身零件疲劳寿命的新方法。以某轻型客车为例，首先建立了该车的整体有限元模型。然后将采自试车场的典型路面谱作用于轮胎与路面 的接触点进行随机激励。不仅首次在计算机上模拟了汽车随机振动过程，而且得到了关键部位的加速度和动态应力响应及其相应的功率谱密度。最后，应用随机振动和疲劳累积损伤理论对仿真结果进行后处理，估算出该车在一定速度下连续行驶的疲劳寿命。其分析结果显示的危险部位与道路试验基本一致。     

重型车辆与路面耦合作用的仿真分析研究

针对车-路系统以及车-路耦合作用的特点,运用ADAMS动力学仿真软件,建立了某重型车的多自由度仿真模型,并利用ADAMS对模型进行了仿真计算,分析了车辆以不同载重量、不同速度行驶于不同等级路面时,车辆对路面的动载荷作用。结果表明：车-路耦合产生的动载作用受路面工况的影响较大,随着路面等级的降低,车辆对路面的动载荷有着显著的增大;在车辆正常行驶速度范围内,车辆对路面的动载荷也随着车速的增加而增大;而在相同条件下。满载车辆较空载车辆对路面的动载荷要大很多,即满载对路面的破坏作用更为显著。     

轮胎尺寸对汽车结构疲劳累积损伤影响研究

基于结构耐久试验工况,通过六分力设备与底盘杆系所采集的整车道路载荷谱,应用动力学载荷分解方法获得虚拟随机载荷谱,对车身结构进行应力分析和疲劳累积损伤计算。在底盘关键位置布置传感器,同时在车身结构中CAE疲劳分析所对应的5个高应力区粘贴应变片,先后采用3套不同尺寸参数(包括胎高和胎面宽度)的轮胎以相同的耐久工况(同一个试验场,试验路面及对应的速度相同)来进行实车载荷对比测试。针对车身结构载荷幅值、频域进行分析,并基于雨流循环计数对车身和底盘件进行疲劳累积损伤计算与分析。整车实际测试的结果表明,CAE所预测到的损伤(裂纹)位置及其里程数与路试结果相吻合;在同样使用条件下,轮胎内径越大,车身结构和汽车底盘的寿命越低,已经可进行量化对比。     

Total dynamic response of a PSS vehicle negotiating asymmetric road excitations

A planar suspension system (PSS) is a novel automobile suspension system in which an individual spring–damper strut is implemented in both the vertical and longitudinal directions, respectively. The wheels in a vehicle with such a suspension system can move back and forth relative to the chassis. When a PSS vehicle experiences asymmetric road excitations, the relative longitudinal motion of wheels with respect to the chassis in two sides of the same axle are not identical, and thus the two wheels at one axle will not be aligned in the same axis. The total dynamic responses, including those of the bounce, pitch and the roll of the PSS vehicle, to the asymmetric road excitation may exhibit different characteristics from those of a conventional vehicle. This paper presents an investigation into the comprehensive dynamic behaviour of a vehicle with the PSS, in such a road condition, on both the straight and curved roads. The study was carried out using an 18 DOF full-car model incorporating a radial-spring tyre–ground contact model and a 2D tyre–ground dynamic friction model. Results demonstrate that the total dynamic behaviour of a PSS vehicle is generally comparable with that of the conventional vehicle, while PSS exhibits significant improvement in absorbing the impact forces along the longitudinal direction when compared to the conventional suspension system. The PSS vehicle is found to be more stable than the conventional vehicle in terms of the directional performance against the disturbance of the road potholes on a straight line manoeuvre, while exhibiting a very similar handling performance on a curved line.     

实测道路载荷谱在新开发车型车身疲劳分析中的应用

根据新研发车和现有车型具有相同底盘平台的特点,提出一种利用现车道路载荷,快速进行新车车身疲劳分析和评估的方法。建立新车多体模型,放大现车道路载荷并结合轮胎接地位移为输入。根据车轮力传感器(WFT)载荷测量特点,正确地对模型加载激励,仿真得到车身载荷谱。选用合理疲劳分析方法预测车身寿命,以现车车身的疲劳分析损伤为目标,对不合格局部进行合理优化,最终新车车身达到设计耐久目标。     

基于影响函数的随机车流作用下大跨度悬索桥风致应力响应分析

为了解决大跨度桥梁在随机车辆荷载和风荷载作用下局部应力求解耗时问题,首先以矮寨大桥为工程背景,建立壳-梁混合单元有限元模型,确定大桥应力的关键位置及关键点,采用分段拟合方法获得随机车辆荷载的影响面函数和风荷载的影响线函数;结合吉茶高速实际交通量特征及随机参数分布特征,采用蒙特卡罗方法,编制抽样程序生成随机车流样本。其次采用风-车-桥耦合振动分析获得典型车辆的等效车辆荷载;引入风荷载动力影响系数,提出了一种简便实用的随机车流下大跨度桥梁风致应力分析方法。最后应用ANSYS计算分析结果验证所提方法的正确可行性,分析矮寨大桥在随机车流和风荷载联合作用下的关键点应力响应。结果表明：风速低于15 m·s^-1时,风荷载引起大桥关键点应力响应远小于车辆荷载引起的应力响应;繁忙车流下应力响应的幅值并不比稀疏车流下的应力幅值大很多,但是繁忙车流下应力响应的峰值数量远大于稀疏车流下的峰值数量,即应力的循环次数多,会增大桥梁的疲劳损伤。     

Optimization of Vehicles Elasto-Damping Elements Characteristics from the Aspect of Ride Comfort

SUMMARY

Spatial random vibrations of a vehicle that arise during driving represent an important factor in functioning of a dynamic system: Driver - Vehicle - Environment. They carry certain information for driver and also cause fatigue of driver and passenger.

This is the reason why the tendency is towards the minimization of vibratory loads, what in practice can be achieved by optimization of characteristics of elasto - damping elements of a vehicle.

In this paper for optimization of elasto - damping elements of a vehicle we used a complex nonlinear model of a driver and a vehicle during the straight - line motion of the vehicle on a rough road. Optimization was performed by application of the Hooke - Jeeves method and by use of outside penalty functions as well as the objective function that enabled simultaneous optimization of vertical vibrations of the driver's seat, vibrations of the steering wheel, and normal reactions in the contact surface of the tyre and road. The optimization was performed with application of the computer HP 9000/800 SE on the example of a medium passenger car.     

路面不平度对低路堤动应力的影响研究

基于正弦函数变化的路面不平度和两自由度的四分之一车辆模型,推导出车辆随机动荷载计算公式,研究路面不平度对车辆荷载作用下低路堤动力响应的影响规律。建立车-路耦合三维动力有限元模型,计算分析6种工况下不同路面不平度时车辆随机动荷载作用下低路堤的动应力,得出低路堤动应力均随路面不平度值的增加而增大,且与车辆附加动荷载系数m近似为线性关系;提出不同路面不平度时车辆随机动荷载作用下低路堤动应力计算模型,并对比有限元模型得到的低路堤动应力与应力计算模型得到的低路堤动应力。     

车致疲劳损伤对钢-混凝土组合梁桥极限承载力可靠度的影响

钢-混凝土组合梁桥因其发挥了2种材料各自的优势,被广泛应用于中小跨径的桥梁结构中,而极限承载能力是评判其安全与否最直观的指标之一。为了对现役钢-混凝土组合梁桥的极限承载力进行更为准确的评估,提出一种确定钢主梁极限承载能力可靠度的新方法,该方法能考虑车辆荷载引起的疲劳累积损伤对钢主梁极限承载力的影响。首先建立了三维车桥耦合振动模型,并采用美国AASHTO桥梁设计规范中的Ⅰ形简支钢-混凝土组合梁桥、强度设计车辆荷载模型和疲劳设计车辆荷载模型作为算例进行分析。然后,基于建立的车桥耦合振动程序、S-N曲线和雨流计数法,获得不同桥面状态下强度设计车以不同车速过桥时产生的动力冲击系数和疲劳设计车以不同车速过桥时产生的疲劳损伤累积和最大应力,并根据卡方检验对在不同桥面状态和不同车速下获得的这3个参数的分布类型进行检验。最后,基于剩余强度理论,利用AASHTO规范中规定的桥梁承载力设计方程,建立能考虑桥梁全寿命周期内桥面处于不同状态时车辆过桥产生的累积疲劳损伤对钢主梁极限承载能力折减的极限状态方程,并以此对钢主梁极限承载力的可靠指标进行研究,获得其与疲劳设计车日均通行量的关系。研究结果表明：桥梁极限承载力可靠度会随着疲劳设计车日通行量的增大而降低;钢主梁疲劳累积损伤对其极限承载力折减具有重要影响。提出的方法为准确评估在役桥梁的极限承载能力提供了更为有效的途径。