路面随机不平度下车辆对路面的动载特性

采用快速傅立叶逆变换法对路面随机不平度进行时域模拟,建立二分之一车辆动力学模型,应用龙格-库塔法分析了路面等级、车速、载质量和车辆参数对路面动载荷的影响,研究了车辆产生的动载荷规律。仿真结果表明:车辆动载随着路面不平度的增大而明显增大;车辆动载和动载系数随着车速的提高而增大,且在固有频率附近会出现峰值;载质量的增加虽导致动载系数降低,但动载增大,故应严格限制超载现象;增大轮胎刚度和减小悬架阻尼都会引起车辆动载与动载系数的增大,因此,应限制高压轮胎的使用和选择合理的车辆阻尼参数。     

基于路面不平整度的车辆动荷载系数分析

为更好地研究路面不平整度下车辆对路面的动载作用,运用1/4车辆振动模型,借助MATLAB数学计算软件,分析路面不平整度、车辆参数等因素对动载系数的影响规律。结果表明:车速、路面振幅对动载系数影响很大,路面振幅与动载系数呈线性关系,验证了路面不平整是导致动载的主要原因;汽车结构参数中的轮胎阻尼、悬架刚度、悬架阻尼对动载系数影响较小,但减小轮胎刚度可以显著地减小动载。从道路设计的角度考虑,提高道路的平整度是减小动载的重要措施。     

三维路面激励下重载汽车三向轮胎力仿真分析

为研究车-路相互作用下路面的动态响应,通过改进谐波叠加法将二维路面谱拓展为三维空间路面谱,采用Matlab软件建立了三维随机路面模型,并在多体动力学软件ADAMS中建立了重型自卸车虚拟样车模型。仿真分析了重型自卸车以60 km·h-1行驶在B级三维随机路面时,各轴两侧轮胎法向力、侧向力及纵向力随路面长度的变化规律。仿真结果表明:三维随机路面激励下,各轴轮胎法向力绕各轴静载荷曲线上下波动,纵向力和侧向力呈正负交替变化的趋势。该研究为今后分析重型汽车作用下路面的动态响应提供参考依据。     

路面不平整引起的车辆动载计算方法

为了分析不平整路面上行驶车辆的动载特性,研究了西宝高速公路平整度实测结果,用正弦曲线模拟路面表面,建立了考虑汽车侧倾因素和轮胎阻尼的四自由度车辆振动模型,利用模态理论和编程计算对车辆振动模型在不同路面波长、不同振幅、不同行车速度及左右车轮激励不同时的动载进行了分析和求解,给出了车辆在不平整路面上行驶时产生的动载计算方法。计算结果表明:波形路面上产生的动荷载沿路线纵向呈波形分布,在路面上行驶的车辆对路面可能产生很大的动荷载,最大动荷载系数可达到2.0以上。     

路面随机激励时域模型特性的仿真研究

在分析白噪声法、谐波叠加法、FFT法和离散时序法4种常用路面不平度随机激励单点时域模型构建的基础上,对指定环境下4种模型的速度以及结果的波动性、统计学特性和合理性进行了仿真,比较和剖析了产生不同仿真效率和结果的本质所在.并对单点时域模型进行了拓展,分别构建了车辆的单轮辙多点、双轮辙多点时域模型.     

九自由度乘坐动力学模型的人体振动特性仿真

为高效预测动态环境下人-车系统的人体振动响应特性及汽车乘坐舒适性,依据人-车-路系统间的相互作用和多体动力学原理,建立了9自由度汽车乘坐动力学模型,应用拉格朗日原理推导了乘坐动力学方程。基于路面不平度激励及汽车行驶速度变化,构建了路面随机激励的时域模型。利用MATLAB/Simulink仿真工具,建立了人-车-路系统仿真模型,并对某轻型车辆在不同路面、不同车速下的人体振动响应进行了仿真分析。仿真结果表明:在同样车速下,随着路面等级的降低,人体各部位的加速度响应幅值明显增大;当车辆行驶在随机路面上时,路面不平度随机激励引起的人体振动能量主要集中在低频段,约在5Hz出现第1阶共振频率,大约在10Hz出现第2阶峰值,这与众多试验结果一致。可见,9自由度汽车乘坐动力学模型及其仿真模型,不仅能快速计算动态激励下人体的振动特性和乘坐舒适性,而且具有较好的可信度。     

基于路面不平整度的车辆动荷载影响分析

为探讨在路面不平整度激励条件下对多轴重载车辆产生动荷载的影响,该研究从路表纵断面的波形状态入手,采用带有平衡悬架结构的三轴和四轴重载车辆模型,建立车辆振动模型的运动微分方程,采用动荷载均方根和动荷系数来分析不同路面工况和行驶工况对车辆动荷载的影响。研究结果表明：当车速在某范围内时,车辆系统的固有振动频率会接近路面不平整度的激励频率,导致动荷载达到最大。动荷系数一般在空载时最大,满载时次之,超载时最小,并应考虑车辆静荷载和动荷载的联合作用对路面结构的影响。车辆越重,其振动频率与路面不平整度激振频率越接近,产生共振的速度越小。对于这两种车型,其产生动荷载的最不利路面波长分别为9 m和12 m。该研究成果可为动载作用下路面结构响应研究提供参考。     

简支梁在行驶车辆下的动态响应

把桥梁和车辆看作两个分离体系,提出了四自由度1/2车辆模型;应用广义虚功原理建立振动方程,并引用国标(GB/T 7031—1986)建议的公路路面功率谱密度的拟合表达式,求得了不同等级桥面的不平整度值;通过数值仿真得到不平整桥面简支桥梁在运行车辆作用下的时域响应,获得了相应冲击系数随桥面等级及车速变化规律。结果表明,桥梁冲击系数随着车速增加呈增大趋势;随着公路桥面等级变差呈非线性增大,桥面等级是影响车辆动力作用的最显著因素。     

基于人-车-路耦合振动系统的儿童乘坐舒适性

根据拉格朗日原理,建立了基于人-车-路耦合振动的12自由度动力学数学模型;借助MATLAB/Simulink平台,分析车速、路面不平度、汽车前后轮迟滞性及左右轮相干性的特点;构建了随机路面激励时域模型;采用时域和频域分析了在不同路面及不同车速下汽车对儿童头部、臀部振动影响。研究表明:通过提高路面等级及车速可以提高儿童的乘坐舒适性;儿童对5～10 Hz的低频及15,23 Hz的中频振动最为敏感;适当地降低座椅刚度、提高阻尼及合理地布置座椅位置可以提高儿童的乘坐舒适性。     

考虑车辆动载及非线性接触的沥青路面响应

为研究车辆动载及轮胎-路面非线性接触状态下沥青路面动力响应,利用ABAQUS建立橡胶轮胎模型和车-路相互作用模型,采用中心差分法进行求解,并验证轮胎模型与车-路相互作用模型.结果表明:考虑橡胶轮胎的车-路相互作用模型可行;与集中力相比,车辆动载作用下,上面层轮迹线中点竖向应变增大39.17％;与无路面不平度相比,B级路面和C级路面作用下,悬架弹力分别增加3.36％、14.34％,上面层轮迹线中点竖向位移分别增加18.51％、59.76％;沥青面层竖向、纵向及横向均出现拉压交变:随路面深度增加,底基层及土基均出现纵向拉应变;最大纵向拉应变出现在土基;最大横向拉应变与最大横向压应变均出现在下面层.