一种振动特征的半物理仿真系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及仿真模型技术领域，尤其涉及一种振动特征的半物理仿真系统和方法

【技术实现步骤摘要】
一种振动特征的半物理仿真系统和方法


[0001]本专利技术涉及仿真模型
，尤其涉及一种振动特征的半物理仿真系统和方法
。

技术介绍

[0002]车辆在行进过程中会受到振动扰动
。
振动的来源包括路面
、
车辆自身的发动机
、
变速箱
、
传动装置等
。
在车辆行进过程中，振动会对车内人员
、
车辆设备
、
车载货物等产生影响
。
为了降低振动产生的不利影响，汽车厂商
、
车载设备及货物的厂家均会开展相关试验工作
。
[0003]振动首要的扰动来源为路面扰动
。
针对路面起伏对车辆的影响，汽车厂商开展实验室试验和实际道路测试试验两种方式
。
实验室试验即将完整车辆或车辆的悬架装置放置在立柱台架上，开展多通道试验，验证路面起伏对悬架的影响
。
实际道路测试试验为测试人员驾驶实际真车在专用的实验场地开展实际道路测试试验，通过车辆的行驶不同路况获得大量而准确的试验数据
。
[0004]对于车辆设备和车载货物等，其需要满足
、
适应车辆的行驶振动环境
。
目前国家标准
、
国际标准等均针对不同的应用需求，规定了不同的试验方法：即利用单轴振动台分别开展
x
向
、y
向
、z
向三个方向的随机振动试验，规定了振动试验所需要的功率谱密度曲线
。
[0005]基于以上描述可以发现，基于真车的实际道路测试实验尽管可以获取车辆最真实的测试数据，但试验量大
、
成本高
。
而面向车载设备
、
货物的实验室的振动试验，则是将实际的空间多自由度振动拆解为单轴振动，功率谱密度曲线与实际情况可能存在差异，即试验不一定复合实际应用状况，存在欠试验或过试验的可能性
。

技术实现思路

[0006]本专利技术为解决外场试验量大
、
成本高
、
室内单轴试验不一定满足需求的诸多技术问题，提供一种振动特征的半物理仿真系统和方法
。
[0007]本专利技术第一目的在于提供一种振动特征的半物理仿真系统，包括：仿真
/
控制计算机
、
控制电箱
、
六自由度振动平台
、
加速度传感器；
[0008]所述仿真
/
控制计算机包括仿真模块和控制模块；；所述仿真模块，用于进行车辆系统的振动特性计算，获取待测物体安装或放置位置处的振动位置
、
速度或加速度信息；所述控制模块将由所述仿真模块生成的振动信息发送给控制电箱，并从所述控制电箱获取各加速度传感器反馈信息，实现所述振动特征的半物理仿真系统的控制；
[0009]所述控制电箱，获得所述控制模块发送的振动信息后，向六自由度振动平台发送控制信号，再读取所述六自由度振动平台的加速度传感器的数据，并将数据回传至所述仿真
/
控制计算机；；
[0010]待测物体放置在所述六自由度振动平台上，所述待测物体上布置多个加速度传感器，所述加速度传感器用于测量物体自身各处的加速度特性，获取加速度数据；所述加速度
数据通过控制电箱回传给仿真
/
控制计算机
。
[0011]优选的，仿真模块中包括车辆总体动力学模型，所述车辆总体动力学模型通过拟合车辆无外力扰动状态下的动力学微分方程和路面矢高模型建立
。
[0012]优选的，动力学微分方程通过车辆基本特性信息建立，表达式如下：
[0013][0014]式中，
M
为质量矩阵；
C
为阻尼矩阵；
K
为刚度矩阵；为加速度，为速度，
X
为广义位移量；方程中自由度变量为车辆质心处的三个平动坐标
、
三个转动坐标量和车轮质心处平动坐标量；
[0015]所述路面矢高模型基于滤波白噪声法建立，表示为垂直高度和水平高度的一条波动曲线，表达式如下：
[0016]q(x)
＝
f(x,v)
；
[0017]式中，
q
表示为路面垂直高度上的上下位移量，
x
表示为车辆行驶的水平距离，
v
为车辆行驶速度；
[0018]所述车辆总体动力学模型表达式如下：
[0019][0020]式中，
F
为路面激振力；单个车轮的激振力可表示为：
[0021]F
＝
k
w
(z
w
‑
q
w
)
；
[0022]式中，
Kw
代表轮胎刚度，
z
w
代表车轮位移量，
q
w
代表路面垂直高度位移量
。
[0023]优选的，车辆基本特性信息包括车重
m、
转动惯量
I、
重心位置
(x,y,z)、
悬架刚度
Ks、
轮胎刚度
Kw、
簧下质量
mw
和轴距
L。
[0024]优选的，车重
m
是车辆包含荷载的重量；所述重心位置
(x,y,z)
中，
x、y、z
代表的方向分别指向车头
、
指向车辆左侧以及指向垂直向上
。
[0025]优选的，仿真
/
控制计算机的控制模块与所述控制电箱通过
RS485
通信
。
[0026]本专利技术第二目的在于提供一种振动特征的半物理仿真方法，采用一种振动特征的半物理仿真系统，具体包括如下步骤：
[0027]S1.
根据需求在仿真模块中输入车辆基本特性信息，所述车辆基本特性信息包括车重
m、
转动惯量
I、
重心位置
(x,y,z)、
悬架刚度
Ks、
轮胎刚度
Kw、
簧下质量
mw
和轴距
L
，建立动力学微分方程：
[0028][0029]式中，
M
为质量矩阵；
C
为阻尼矩阵；
K
为刚度矩阵；为加速度，为速度，
X
为广义位移量；方程中自由度变量为车辆质心处的三个平动坐标
、
三个转动坐标量和车轮质心处平动坐标量；
[0030]S2.
输入行驶工况信息，所述行驶工况信息包括车速
、
路面质量，通过软件生成路面矢高模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种振动特征的半物理仿真系统，其特征在于，包括：仿真
/
控制计算机
、
控制电箱
、
六自由度振动平台
、
加速度传感器；所述仿真
/
控制计算机包括仿真模块和控制模块；；所述仿真模块，用于进行车辆系统的振动特性计算，获取待测物体安装或放置位置处的振动位置
、
速度或加速度信息；所述控制模块将由所述仿真模块生成的振动信息发送给控制电箱，并从所述控制电箱获取各加速度传感器反馈信息，实现所述振动特征的半物理仿真系统的控制；所述控制电箱，获得所述控制模块发送的振动信息后，向六自由度振动平台发送控制信号，再读取所述六自由度振动平台的加速度传感器的数据，并将数据回传至所述仿真
/
控制计算机；；待测物体放置在所述六自由度振动平台上，所述待测物体上布置多个加速度传感器，所述加速度传感器用于测量物体自身各处的加速度特性，获取加速度数据；所述加速度数据通过控制电箱回传给仿真
/
控制计算机
。2.
根据权利要求1所述的一种振动特征的半物理仿真系统，其特征在于：所述仿真模块中包括车辆总体动力学模型，所述车辆总体动力学模型通过拟合车辆无外力扰动状态下的动力学微分方程和路面矢高模型建立
。3.
根据权利要求2所述的一种振动特征的半物理仿真系统，其特征在于：所述动力学微分方程通过车辆基本特性信息建立，表达式如下：式中，
M
为质量矩阵；
C
为阻尼矩阵；
K
为刚度矩阵；为加速度，为速度，
X
为广义位移量；方程中自由度变量为车辆质心处的三个平动坐标
、
三个转动坐标量和车轮质心处平动坐标量；所述路面矢高模型基于滤波白噪声法建立，表示为垂直高度和水平高度的一条波动曲线，表达式如下：
q(x)
＝
f(x,v)
；式中，
q
表示为路面垂直高度上的上下位移量，
x
表示为车辆行驶的水平距离，
v
为车辆行驶速度；所述车辆总体动力学模型表达式如下：式中，
F
为路面激振力；单个车轮的激振力可表示为：
F
＝
k
w
(z
w
‑
q
w
)
；式中，
Kw
代表轮胎刚度，
z
w
代表车轮位移量，
q
w
代表路面垂直高度位移量
。4.
根据权利要求3所述的一种振动特征的半物理仿真系统，其特征在于：所述车辆基本特性信息包括车重
m、
转动惯量
I、
重心位置
...

【专利技术属性】
技术研发人员：匡也，高雁，许博谦，王帅会，张春悦，杜一民，姜凤义，白晓泉，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：