空间路面matlab,基于Matlab的三维随机路面联合建模与仿真研究

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；依据三角网格法理论，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

作为车辆行驶舒适度的关键性指标，国内外针对汽车平顺性的研究在近些年得到了长足的进步，与此同时，作为研究车辆行驶平顺性的主要研究手段，虚拟样机技术也得到了充分的发展。然而，使用Adams的科研工作者在研究虚拟样机时，多将目光集中到虚拟样机本身的设计及性能的研究上，对虚拟样机运行的路面环境却研究较少，目前，尚未出现创建复杂三维路面模型的普适性方法。

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]。

(1)

其中，

-离散采样点序号；

-第n个采样点时刻对应的路面高程；

-总采样点数；

-双边功率谱；

-频率；

-采样频率；

-属于

间的随机数。

设时间采样间隔为

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