一种基于逆Newmark方法的路面平整度识别方法技术

本发明专利技术公开了一种基于逆Newmark载荷识别技术的路面平整度识别方法。本发明专利技术方法首先根据牛顿运动定律建立半车模型的运动微分方程，从而得到路面平整度的模型，然后根据Newmark逆问题分析方法进行载荷识别，最后运用复合高斯积分得到路面平整度的参数信息。本方法仅利用车辆的动态特性以及在许多传统路面平整度评估方法中容易收集的车辆振动加速度，相较于传统方法更节约时间，具有很高精度且易于实现。

【技术实现步骤摘要】
一种基于逆Newmark方法的路面平整度识别方法
本专利技术涉及一种路面平整度的识别方法，特别是一种基于逆Newmark载荷识别技术的路面平整度识别方法。
技术介绍
路面平整度作为一种垂直输入载荷，在车辆动力学设计和车辆疲劳寿命研究中具有重要作用，并且影响车辆的安全和舒适性能。常用的评估路面平整度的方法是模拟方法和直接测量法，模拟方法主要是基于数学模型通过获得的通用谱密度函数来模拟路面的平整度，直接测量方法是通过高精度的测量仪器来识别路面平整度。对路面平整度进行精确的评估对于车辆悬架系统动力学设计非常关键，但是获得路面平整度的精确信息往往是非常困难的，而且非常消耗时间。传统的路面平整度模拟方法较为复杂，费时较长；而测量方法需要高精度仪器，价格昂贵。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：本专利技术运用逆Newmark方法来进行路面平整度的识别，根据半车模型的动力学参数及加速度响应，结合Newmark载荷识别方法和复合高斯积分从而识别出路面平整度，该方法能够有效节约时间且误差较小，适用于工程实际中路面平整度的识别问题。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种基于逆Newmark方法的路面平整度识别方法，包括：步骤1建立路面平整度模型：采用四自由度半车模型，得到车辆的运动微分方程如下：其中，M是质量矩阵，K是刚度矩阵，C是阻尼矩阵，F是载荷矩阵，U是位移矩阵，是速度矩阵，是加速度矩阵，x,θ,yf,yr为半车模型的四个自由度；mc：车辆总质量，Ic：转动惯量，mtf：前簧下质量，mtr：后簧下质量，cf：前悬架线性阻尼率，cr：后悬架线性阻尼率，kf：前悬架弹簧刚度，kr：后悬架弹簧钢度，a：前轮到质心的距离，b：后轮到质心的距离，ctf：前轮阻尼率，ctr：后轮阻尼率，ktf：前轮弹簧刚度，ktr：后轮弹簧刚度，zf：前轮的道路位移激励，zr：后轮的道路位移激励，zf的一阶导数，即前轮的道路速度激励，zr的一阶导数，即后轮的道路速度激励；步骤2根据逆Newmark方法，求解如下t+Δt时刻的递推方程，计算载荷F：K*U(t+Δt)＝F*其中，K*为等效刚度矩阵，U(t+Δt)是t+Δt时刻的位移矩阵，F*为总等效力，F(t+Δt)是t+Δt时刻的载荷矩阵，Δt为采样间隔，β、γ为Newmark参数，U(t)、分别是t时刻的位移、速度、加速度矩阵；步骤3识别路面平整度，根据识别出的载荷F，利用复合高斯积分计算路面平整度参数。优选地，所述步骤2中计算载荷F包括：步骤2.1根据计算初始激励F(0)，其中及U(0)分别是0时刻的加速度矩阵、速度矩阵及位移矩阵，令t＝0；步骤2.2根据K*U2(t+Δt)＝F2(t)且计算U2(t+Δt)；步骤2.3根据计算U(t+Δt)；步骤2.4根据U1(t+Δt)＝U(t+Δt)-U2(t+Δt)，计算U1(t+Δt)；步骤2.5根据K*di(t+Δt)＝Fi(t+Δt)，计算di(t+Δt)，其中i∈{3,4}，Fi(t+Δt)是假设在i自由度上作用的单位载荷，di(t+Δt)是第i自由度作用单位载荷下结构的体系位移向量；步骤2.6根据得到λi(t+Δt)，其中m是测量已知的加速度响应个数，m∈{2,3,4}，(di(t+Δt))j是di(t+Δt)的第j个元素，其中j∈{1,2,3,4}，u1(t+Δt)j是步骤2.4得到的U1(t+Δt)中的第j自由度的位移，λi(t+Δt)是t+Δt时刻第i自由度上的载荷幅值；步骤2.7根据F(t+Δt)＝λi(t+Δt)Fi(t+Δt)，可得到t+Δt时刻的载荷矩阵F(t+Δt)，令t＝t+Δt，返回步骤2.2。优选地，所述步骤3中利用复合高斯积分计算路面平整度参数包括：根据以下方程组，计算zf和zr优选地，对步骤2获得的载荷F进行四阶高通滤波。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本专利技术提出的基于逆Newmark方法的路面平整度识别方法仅利用车辆的动态特性以及在许多传统路面平整度评估方法中容易收集的车辆振动加速度，相较于传统方法更节约时间，具有很高精度且易于实现。附图说明图1是车辆路面平整度模型；图2是本专利技术方法的总体技术方案流程；图3展示简谐路况下无噪声污染的识别效果；图4展示简谐路况下受到噪声污染的识别效果；图5展示简谐路况下经过滤波后的识别效果；图6展示随机路况下无噪声污染的识别效果；图7展示随机路况下受到噪声污染的识别效果；图8展示随机路况下经过滤波后识别效果。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明：Newmark方法是广泛应用于结构动力响应的数值计算方法，通过对加速度进行合理的假设，根据初始条件，通过数值积分递推得到下一时刻的响应。经过不断发展，研究出逆Newmark方法应用于载荷识别问题，该方法稳定性好，误差小。在路面平整度识别领域，尚无类似的这种方法。本专利技术方法首先根据牛顿运动定律建立半车模型的运动微分方程，从而得到路面平整度的模型，然后根据Newmark逆问题分析方法进行载荷识别，最后运用复合高斯积分得到路面平整度的参数信息。具体实施步骤如下：1.路面平整度模型的建立如图1所示，采用四个自由度的半车模型，根据牛顿第二定律和动量定理得到车辆的运动微分方程：其中其中，M是质量矩阵，K是刚度矩阵，C是阻尼矩阵，F是载荷矩阵，U是位移矩阵，是速度矩阵，是加速度矩阵，x,θ,yf,yr为半车模型的四个自由度；mc：车辆总质量，Ic：转动惯量，mtf：前簧下质量，mtr：后簧下质量，cf：前悬架线性阻尼率，cr：后悬架线性阻尼率，kf：前悬架弹簧刚度，kr：后悬架弹簧钢度，a：前轮到质心的距离，b：后轮到质心的距离，ctf：前轮阻尼率，ctr：后轮阻尼率，ktf：前轮弹簧刚度，ktr：后轮弹簧刚度，zf：前轮的道路位移激励，zr：后轮的道路位移激励，zf的一阶导数，即前轮的道路速度激励，zr的一阶导数，即后轮的道路速度激励；2.根据逆Newmark方法识别载荷F根据Newmark方法，t+Δt时刻的递推方程可以写成K*U(t+Δt)＝F*，其中K*为等效刚度矩阵，F*为等效力，Δt为采样间隔，β、γ为Newmark参数，U(t)、分别是位移、速度、加速度矩阵。根据叠加原理，将U(t+Δt)分成两部分U(t+Δt)＝U1(t+Δt)+U2(t+Δt)其中：根据Newmark方法的假设有当所有自由度上加速度响应已知时，容易得到t+Δt时刻的载荷F(t+Δt)；当只已知部分自由度的加速度响应时，假设Fi(t+Δt)是在i自由度上作用的单位载荷，di(t+Δt)是第i自由度作用单位载荷下结构的体系位移向量，即：F(t+Δt)＝λi(t+Δt)Fi(t+Δt)K*di(t+Δt)＝Fi(t+Δt)根据以上公式有：根据上面方程组，可解得λi(t+Δt)，于是有F(t+Δt)。3.路面平整度的识别在半车模型里，zf、zr是表示路面平整度的参数，根据上一步识别出的载荷F利用复合高斯积分便可识别路面平整度。总体技术方案流程如图2所示。根据该方法识别出路面平整度，运用四阶高通滤波方法减小误差，精度较高，并且只需要已知车辆动力学特性和测量加速度响应，节约时间，便于工程应用。为了验证所提出的方法的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于逆Newmark方法的路面平整度识别方法，其特征在于，包括：步骤1 建立路面平整度模型：采用四自由度半车模型，得到车辆的运动微分方程如下：

【技术特征摘要】
1.一种基于逆Newmark方法的路面平整度识别方法，其特征在于，包括：步骤1建立路面平整度模型：采用四自由度半车模型，得到车辆的运动微分方程如下：其中，M是质量矩阵，K是刚度矩阵，C是阻尼矩阵，F是载荷矩阵，U是位移矩阵，是速度矩阵，是加速度矩阵，x,θ,yf,yr为半车模型的四个自由度；mc：车辆总质量，Ic：转动惯量，mtf：前簧下质量，mtr：后簧下质量，cf：前悬架线性阻尼率，cr：后悬架线性阻尼率，kf：前悬架弹簧刚度，kr：后悬架弹簧钢度，a：前轮到质心的距离，b：后轮到质心的距离，ctf：前轮阻尼率，ctr：后轮阻尼率，ktf：前轮弹簧刚度，ktr：后轮弹簧刚度，zf：前轮的道路位移激励，zr：后轮的道路位移激励，zf的一阶导数，即前轮的道路速度激励，zr的一阶导数，即后轮的道路速度激励；步骤2根据逆Newmark方法，求解如下t+△t时刻的递推方程，计算载荷F：K*U(t+△t)＝F*其中，K*为等效刚度矩阵，U(t+△t)是t+△t时刻的位移矩阵，F*为总等效力，F(t+△t)是t+△t时刻的载荷矩阵，△t为采样间隔，β、γ为Newmark参数，U(t)、分别是t时刻的位移、速度、加速度矩阵；步骤3识别路面平整度，根据识别出的载荷F，利用复合高斯积分计算路面平整度参数。2.根据权利要求1所述的基于逆Newmark方法的路面平整度识别方法，其特征在于，所述步骤2中计算载荷F包括：步骤2.1...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜金辉，李俊，李仲佑，杨泓基，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32