收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于分形理论的路面不平度分级与模拟研究

赵兰英  
【摘要】: 路面不平度涉及人、车、路三方面的因素。在车辆工程研究领域,路面不平度是车辆运行环境中的主要因素,是车辆行驶的主要激励和振动源,路面不平使车辆在行驶中产生行驶阻力和振动,行驶阻力消耗车辆的功率并且影响车辆动力系统和传动系统的寿命,而在路面冲击下产生的振动,则直接影响了车辆平顺性、乘坐舒适性、操纵稳定性、车辆行驶速度以及承载系的可靠性和寿命。在道路工程领域,路面不平度也是国内外路面工程质量的评定指标之一,不平度检测贯穿于路面施工质量检测、评定、验收及运营期路面质量检测维护等环节。研究分析路面不平度、对其进行合理的评价与分级、建立路面输入模型对车辆工程和道路工程领域均具有重要意义。 本文针对当前路面不平度分析、模拟和分级研究的现状,结合正在各领域广泛应用的分析理论、计算方法、数字模型等理论和技术,围绕路面不平度分形特征的确定、路面不平度分形分级方法、路面不平度分形模型等关键技术内容进行了深入和系统的研究。具体工作如下: 首先设计了基于虚拟仪器技术的路面不平度数据采集系统,改善了接触式路面不平度检测仪的功能,并结合非接触式激光不平度检测车采集了大量路面不平度数据。然后对实测路面不平度数据进行了传统特性参数分析,结果发现:要完整描述路面的不平度特性需要较多的参数;而且这些参数随着测量尺度的变化而表现出不稳定性,参数值相同的表面其特性却可以相差很大,即存在尺度相关性和非唯一性。也就是说,传统参数无法唯一的表征路面不平度特性,因此,有必要寻找新的描述表面特性的参数。 分形理论是自1975年以来迅速发展起来的一个新的数学分支理论。它在信号描述、信号处理及其它众多领域中具有广泛的应用。它与表面不平度相结合的研究已成为一个重要的交叉科学研究分支。众多研究表明分形维数能够描述复杂现象的本质特性,本文利用分形理论对实测路面不平度的特性进行了系统研究。为确定路面不平度的分形特性,首先以W-M函数生成的理想分形曲线来对比分析不同的分形维数测定方法,得到各分形维数测定方法在分析分形曲线时的适用范围及优缺点。进而应用不同的测定方法分析实测路面不平度的标度律直线关系、无标度区间和分形维数值,通过计算可知,变差法、结构函数法和均方根法在双对数坐标上的标度律直线关系均较好,但变差法和结构函数法的无标度区间存在不稳定性,均方根法下的无标度区间较稳定;又由于均方根法的物理意义明确,对表面轮廓曲线有很好的表征作用,因此,可以确定均方根法为计算路面不平度分形维数的有效方法。采用确定的均方根法计算所选路面样本的分形维数,根据计算结果来表达路面样本的不平整程度发现,仅用分形维数这一参数不能唯一确定某一路面不平度状况,即分形维数在表征实测路面不平度中存在相对性。 为进一步确定能够唯一表征路面不平度的参数,从现有路面不平度分级的国际标准出发,根据各等级路面的功率谱数据,通过傅立叶逆变换法获得满足各个等级的路面高程序列,然后分析路面不平度的常用表征参数与分形参数之间的关系,结果表明,傅立叶逆变换方法模拟的不同等级路面表现出显著的分形特征,其分形维数差别很小,没有明显分界;但等级越差的路面在均方根法所得路面的测度与尺度的对数分布图纵轴上的截距越大,进一步通过对傅立叶逆变换所得路面数据的表征参数的计算,发现这一截距值与轮廓均方根偏差呈较好的线性关系,鉴于路面的特征分形参数值较小且其变化不利于路面分级使用,提出将分形维数与轮廓均方根偏差结合起来成为路面不平度表征的综合参数,即提出以路面不平度指数作为路面的表征参数,并计算各等级路面的路面不平度指数。 从国际标准对路面不平度的分级原理分析出发,通过实测路面不平度数据分析国际标准对路面不平度分级的局限性;计算实测路面的表征参数,统计分析轮廓均方根偏差、分形维数、路面不平度指数与按国际标准划分的路面等级的关系,建立了以路面不平度指数为表征参数的路面不平度分级方法,该方法对于路面不平度分级方法和标准的改进具有一定参考价值。 在路面不平度实测离散数据的基础上进行分形插值模拟,并通过时频域、分形特性参数检验分形插值的模拟效果,对影响分形插值精度的因素进行分析。研究结果表明基于迭代函数系统的分形插值函数对路面不平度进行模拟是可行的,其对于路面不平度的客观表征、数据的压缩和路面不平度测量仪器的制造等具有重要的参考价值。路面不平度分形插值模型可以作为车辆振动响应仿真分析的路面输入激励,该输入模型更加接近实际路面。 本文最后通过仿真和试验的方式验证分形路面模型的适用性。评价本文建立的路面不平度分形模型与实际随机输入的路面的近似程度。以ADAMS软件为平台,建立了多路面输入下的整车模型,路面输入分别选择实测随机路面数据、傅立叶逆变换数据、分形插值模型数据和软件中内置的路面模型,整车模型的建立与实测车辆一致,然后进行整车动态响应仿真试验,通过比较四种路面下的车辆振动响应参数可知,分形模型能较好的逼近实测路面,其振动响应参数最接近实测路面。进一步通过实车实验采集车辆振动响应参数,对仿真结果进行了检验。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 陶向华,黄晓明;车辆动载荷的频域模拟计算与分析[J];华中科技大学学报(城市科学版);2003年04期
2 张国胜;方宗德;陈善志;宋云强;;基于幂函数的路面不平度白噪声激励模拟方法[J];汽车工程;2008年01期
3 徐占;过学迅;汪斌;;标准路面谱重构及软件实现[J];汽车科技;2009年03期
4 杨益明;刘奕贯;;路面不平度数学模型的研究进展[J];上海汽车;2010年03期
5 刘跃明;梅雷军;;软路面不平度测量方法综述[J];云南农业大学学报;1992年01期
6 陶向华,黄晓明;人-车-路相互作用三质量车辆模型分析[J];交通运输工程学报;2004年03期
7 王锡爱;刘大维;严天;刘青云;;青石308国道路面不平度特性研究[J];青岛大学学报(工程技术版);2007年01期
8 孔磊;宋健;严忆泉;沈俊;;用于防抱制动系统的路面不平特征识别算法[J];机械工程学报;2007年11期
9 侯占峰;鲁植雄;;车轮随机动载特性的Simulink仿真分析[J];交通与计算机;2006年04期
10 荆强;郝宇龙;张进秋;徐海威;;路面不平度的频谱分析及其AR模型[J];军械工程学院学报;2006年06期
11 赵江波;王军政;;一种路面曲面不平度的数字生成方法[J];振动与冲击;2007年06期
12 王锡爱;刘大维;张洪信;李国政;;环胶州湾高速公路路面不平度的研究[J];青岛大学学报(工程技术版);2008年03期
13 侯占峰;;基于时域模型的车轮随机动载特性仿真分析[J];拖拉机与农用运输车;2010年06期
14 常志权,罗虹,褚志刚,邓兆祥;谐波叠加路面输入模型的建立及数字模拟[J];重庆大学学报(自然科学版);2004年12期
15 单丽岩,侯相深;基于整车模型的路面不平度与行车舒适性关系的分析[J];公路;2005年08期
16 单丽岩;侯相深;马松林;;行车舒适性路面不平度评价标准[J];哈尔滨工业大学学报;2008年06期
17 段虎明;石峰;谢飞;张开斌;;路面不平度研究综述[J];振动与冲击;2009年09期
18 邸长俊;阮米庆;郝鹏飞;;标准路面谱重构及其应用[J];机械工程师;2010年01期
19 张永林,钟毅芳;车辆路面不平度输入的随机激励时域模型[J];农业机械学报;2004年02期
20 李锦灿;;路面不平度作用下汽车动载分析[J];机械;2007年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 鲁植雄;侯占峰;;路面不平度数学模型的研究进展[A];农业工程科技创新与建设现代农业——2005年中国农业工程学会学术年会论文集第一分册[C];2005年
2 易当祥;吕国志;沈玲玲;;多级路况下车载无人机疲劳载荷仿真[A];第十二届全国疲劳与断裂学术会议论文集[C];2004年
3 赫赤;董彦良;张亚欧;史德民;;自行高炮定型试验随动系统负载仿真器设计[A];2009系统仿真技术及其应用学术会议论文集[C];2009年
4 赵兰英;侯占峰;鲁植雄;;路面不平度数学模型的研究进展[A];2007年中国农业工程学会学术年会论文摘要集[C];2007年
5 晏路曼;陈水生;;公路曲线梁桥车桥耦合振动分析[A];第六届全国土木工程研究生学术论坛论文集[C];2008年
6 喻凡;;车辆自适应悬架控制方法的研究[A];材料科学与工程技术——中国科协第三届青年学术年会论文集[C];1998年
7 周云波;闫清东;李宏才;;履带车辆平顺性仿真试验路面谱研究[A];中国系统仿真学会第五次全国会员代表大会暨2006年全国学术年会论文集[C];2006年
8 李辉;孙利平;雷龙;;板簧支架动态外载的计算和疲劳分析[A];第八届河南省汽车工程科技学术研讨会论文集(下)[C];2011年
9 程婷;杨峰;赵明皞;;基于ANSYS的客车车架疲劳载荷谱研究[A];第十四届全国疲劳与断裂学术会议论文集[C];2008年
10 孙涛;韩豫萍;盛新;;灰色控制在带有磁流变液减振器的悬架系统中的应用[A];第八届全国动力学与控制学术会议论文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 赵兰英;基于分形理论的路面不平度分级与模拟研究[D];南京农业大学;2009年
2 汪斌;道路模拟试验台路面不平度再现方法研究[D];武汉理工大学;2010年
3 胡志刚;面向虚拟试车场(VPG)技术的路面模型系统研究[D];华中科技大学;2011年
4 王显会;火炮牵引行驶动力学研究[D];南京理工大学;2003年
5 张丽霞;汽车操纵稳定性和平顺性中逆问题的研究[D];南京航空航天大学;2007年
6 张永林;车辆道路数值模拟与仿真研究[D];华中科技大学;2010年
7 杨果岳;车辆随机荷载与柔性路面相互作用的研究[D];中南大学;2007年
8 陈晓冬;大跨桥梁侧风行车安全分析[D];同济大学;2007年
9 杨建荣;车—桥耦合作用下公路桥梁局部振动研究[D];同济大学;2008年
10 马俊福;基于VR的车辆振动虚拟测试系统研究[D];浙江大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 袁俊;基于分形插值函数的路面不平度的模拟研究[D];南京农业大学;2011年
2 魏红亮;车辆行驶路面谱测试技术研究[D];中北大学;2010年
3 刘大磊;道路模拟试验台CMAC与PID复合控制仿真研究[D];浙江工业大学;2009年
4 郭委峰;车辆道路时域模拟、小波分析与路面分形研究[D];武汉工业学院;2011年
5 陈冬娇;汽车振动对汽油箱内汽油挥发的影响研究[D];华中农业大学;2004年
6 万思文;步兵战车人机系统计算机仿真技术研究[D];南京理工大学;2004年
7 陆兆峰;车辆对路面作用的力学行为研究[D];长安大学;2005年
8 刘立安;动荷载作用下沥青路面结构响应研究[D];长安大学;2002年
9 刘炳森;重型车辆—路面耦合作用仿真分析[D];重庆交通大学;2008年
10 郑仲浪;大型货车对路面动作用力的研究[D];长安大学;2007年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 张国宏;水泥回转窑模糊控制集散系统通过鉴定[N];中国建材报;2001年
2 四川 周鸣扬;奇妙的分形世界[N];电脑报;2001年
3 邵殿国(作者单位:大庆市委党校);思想大解放催生大庆经济发展进入新时期[N];大庆日报;2005年
4 李春才;分形艺术科学与艺术的完美结合[N];大众科技报;2004年
5 李玉申;岩溶地区水库渗漏难题获解[N];中国国土资源报;2001年
6 陆彦文;“生”的科学含义[N];人民日报海外版;2002年
7 中国社会科学院财贸系李建军范力;股市分析新方法:分形理论[N];中国信息报;2002年
8 孟庆云;激荡的中医百年[N];中国中医药报;2000年
9 中国农业大学工学院 刘相东;多孔介质干燥理论与应用并行[N];中国化工报;2007年
10 曾宇;长江三峡库区可持续生态系统建设项目启动[N];中国质量报;2007年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978