摘要：为了给虚拟样机仿真分析与研究提供复杂三维路面环境，论文基于单点FFT路面不平度时域模型，建立了三维FFT随机路面数学模型，并实现了其在Matlab中的仿真；依据三角 格法理论，建立了生成三维路面文件的通用模型，包括节点的生成和单元生成算法，并导入Adams形成所需的三维路面仿真环境。最后，论文应用上述方法生成C级路面，对所选择的车辆样机进行了行驶平顺性仿真，与GB规范对比分析得到了该车行驶平顺舒适性的合理时间。
关键词：三维随机路面；路面文件通用模型；联合仿真；平顺舒适性分析
Research on the Modeling and Simulation of General 3-D Virtual Road Model
PENG Jia1 , HE Jie1,CONG Ying2, LI Xuhong1, CHEN Yikai1
(1. Transportation College of Southeast University, Jiangsu Nanjing 210096, China
2. Nantong Urban Planning & Research Center, Jiangsu Nantong, 226006,China;)
Abstract：In order to provide the research of virtual prototype with complex 3-D virtual road environment, a 3-D FFT road irregularity excitation model was established based on the single-point FFT model, and then the model’s simulation result was gained in MATLAB. What’s more, based on the theory of triangle network, a general 3-D virtual road model with the arithmetic of 节点 and elements was created. Then a specified 3-D virtual road file was imported into Adams to form the 3-D virtual road. Finally, a C-Level virtual road was generated for the riding comfort simulation of virtual vehicle. By comparing the simulation result with the GB 2631-1, the virtual vehicle’s reasonable time under the ride comfort requirement was found out.
Keywords:3-D Virtual Road; general 3-D Virtual Road model; collaborative simulation; ride comfort analysis
引言
国内外对反映路面不平度模型的研究主要经历了线性到非线性、频域到时域、数学模型到仿真输出的过程，具体到时域模型本身而言，其发展经历了单点到多点、单轮辙到双轮辙、二维到三维的发展历程。我国对多点双轮辙时域模型的研究已较为深入，对三维随机路面模型的研究也取得了一定的成果，如徐延海提出了基于谐波叠加法的三维路面模型[1]；张永林提出了基于AR/ARMA方法的三维模型[2]等，但三维路面的模型体系还有待进一步完善与深化。
论文旨在提出新型、方便、快捷的三维随机路面数学模型，创建适用于Adams的通用路面模型，并以车辆行驶平顺性特征为例实现三维路面环境中的虚拟样机仿真。
1基于FFT方法的三维随机路面建模
现今主要描述路面不平度的时域模型包括：白噪声法[3,4]、谐波叠加法[5,6]、基于PSD离散采样的道路模拟方法(简称“FFT”法)[7]、基于离散时间序列的AR/ARMA[8]等四种。论文以单点FFT模型为示例，创建相应的三维随机路面模型。
1.1基本原理
FFT法的单点路面随机高程模型如式(1)所示[7]。
由于路面不平度具有随机各态历经的特性，因此可在路面的横向也进行一定的离散过程[1]。设路面任一点坐标为
其中，
图1联合仿真流程图
Fig.1 flowchart of collaborative simulation
2 Matlab中三维路面仿真
论文中仿真环境约定为：取C级道路[10]，PSD为标准形式道路常数，
Fig.23-D Virtual Road based on MATLAB (12m×12m)
3 Adams中三维路面通用模型构建
ADAMS软件中提供的路面文件十分简单，这对于汽车性能仿真而言显然不够；另外，复杂三维路面文件的构建研究还刚起步，没有一个普适、标准的方法。因此，建立生成三维路面文件的通用模型，将各种试验路面数字化，以满足不同仿真试验要求的工作，显得越来越重要。
Adams中，路面模型以路面文件(.rdf)的形式表现，论文采用三角 格法构建适用于ADAMS的三维路面，生成的路面文件适用于ADAMS/View和ADAMS/Car等环境，具有通用性[11]。
3.1路面模型的组成
路面文件通常包含7部分：路面文件类型、路面谱在X，Y，Z方向上的比例(X_Scale，Y_Scale，Z_Scale)、位置原点(ORIGIN)、路面谱向上的方向(up)、地面坐标系方向相对于大地坐标系方向的转换矩阵(ORIENTATION)、路面谱的节点(Nodes)、路面谱单元(Elements)等[12]。核心部分是Nodes与Elements。Nodes是四维向量矩阵，由节点序 及该节点的三维坐标构成；Elements是五维向量矩阵，由构成它的3个节点序 及该单元的摩擦系数组成。只需确定Nodes矩阵以及Elements矩阵，即可以生成相应的路面文件。
3.2通用模型构建
考虑不失一般性，论文使用字母表示路面的纵向长度和横向宽度，创建编写三维路面文件的通用性模型。设路面纵向总长度为
在Matlab中编写的通用性Elements生成算法如图5所示。
图4创建流程图图5通用性Elements生成算法
Fig.4 Thegeneration flowchartFig.5 general generation algorithm of “Elements”
4 Adams虚拟样机仿真
论文依据参考文献[12]中的车辆模型参数建立虚拟样机，限于篇幅，不再赘述。
4.1三维随机路面生成
建设一条纵向长90m，横向宽4.5m的三维路面，采样间隔为0.02s。纵向车速恒为
参照GB2631的纵向疲劳功效降低界限曲线与公式(5)[13]，可计算出驾驶时间与反映平顺舒适性的加速度均方根阈值(rms.a)间关系，如表1所示。
表1驾驶时间与rms.a的关系
Tab.1 The relationship between rms.a and driving time
8h
16h
24h
rms.a
0.6470
0.4126
0.2876
仿真结果表明，以50km/h的车速在C级路面上匀速行驶时，仿真所使用车辆的行驶平顺舒适性与连续行驶16h时的rms.a较为接近，基本满足舒适性要求；而连续行驶时间在8h以下，舒适性则较为理想。
5结论
参考文献
[1]徐延海.随机路面谱的计算机模拟[J].农业机械学 ,2007,38(1),33~36
[2]张永林,易启伟
相关资源：Yalefree雅乐简谱打谱软件_打谱软件-WindowsServer工具类资源…
声明：本站部分文章及图片源自用户投稿，如本站任何资料有侵权请您尽早请联系jinwei@zod.com.cn进行处理,非常感谢！