【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及公路车桥耦合振动研究领域，特别涉及一种随机车流舒适性分析方法、系统及设备。
技术介绍
1、随着我国公路网建设的快速发展，在建和待建的各类桥梁也越来越多，桥梁是道路的重要组成部分，考虑桥梁与汽车之间的相互振动作用和乘客乘坐的舒适度感受是一个有现实意义的研究方向。改革开放以来，人们的生活水平得到了大幅度的提高，由结构振动带来的舒适性问题越来越受到人们的关注。车辆在桥面上行驶时，桥面不平顺或者车辆因加速、制动、转弯等情况而产生的内部激励都会造成车身振动，而车身振动会对乘坐者产生心理和生理影响。
2、现有技术中，车辆乘坐舒适度研究会考虑桥上交通荷载组成与车辆荷载，模拟车辆行驶状态，之后对行车舒适性进行评价。
3、但是，使用车辆荷载这一个因素难以模拟真实状况，对行车舒适性的评价会产生偏差。
技术实现思路
1、本专利技术实施例提供一种随机车流舒适性分析方法、系统及设备，可以解决现有技术中，存在行车舒适性评价难以模拟真实状况而产生偏差的问题。
2、本专利技术实施例提供一种随机车流舒适性分析方法，包括：获取车辆行驶信息和桥梁桥面道路信息；利用桥梁桥面道路信息构建桥梁有限元模型，利用桥梁有限元模型构建空间桥面不平度样本方程式，随机将车辆行驶信息代入空间桥面不平度样本方程式获得随机车队；根据随机车队在单位时间内的变化分析每一车辆加速度、速度和位移；根据每一车辆加速度、速度和位移获得每一车辆加速度时程曲线，对每一车辆加速度时程曲线使用频谱分析函数进行频谱
3、进一步地，所述利用桥梁有限元模型构建空间桥面不平度样本方程式，随机将车辆行驶信息代入空间桥面不平度样本方程式获得随机车队，具体步骤为：
4、所述空间桥面不平度样本为：
5、
6、ni＝nl+(i-0.5)·δn
7、δn＝(nu-nl)/n
8、生成不同等级的空间桥面不平度样本r(x)、位移值r(x)、速度值
9、其中，参数r(x)为空间桥面不平度样本，x为桥面纵向值；n为采样总点，即空间频率带所等分的数量；ni为[nl,nu]区间内的离散空间频率；θi为在[0,2π]内服从均匀分布的随机数；nu、nl为空间频率上限、下限；
10、加入随机特性，获得随机车队，随机生成的车队参数包括：车队数量、车辆间距、重车比例、车道数、各车道比例、偏心、车速及桥面不平度。
11、进一步地，所述根据随机车队在单位时间内的变化分析每一车辆加速度、速度和位移，具体步骤为：根据随机车队在单位时间内的变化生成车桥耦合时变矩阵，根据车桥耦合时变矩阵获得车桥耦合整体矩阵；对车桥耦合整体矩阵进行预处理，确定矩阵维度；利用随机车队和矩阵维度获得矩阵维度起点与矩阵维度终点，利用矩阵维度起点和矩阵维度终点得到每一车辆加速度、速度和位移矩阵；根据每一车辆加速度、速度和位移矩阵得到每一车辆全时程加速度响应矩阵。
12、进一步地，所述根据随机车队在单位时间内的变化生成车桥耦合时变矩阵，根据车桥耦合时变矩阵获得车桥耦合整体矩阵，具体步骤为：随机车队在上、下桥时，随单位时间δt的增加，车轮的具体位置要与桥面点位进行确认；根据车轴编号矩阵、桥上车队质量、刚度、阻尼矩阵，以及车轮与接触处桥面的桥面不平度值，生成车桥耦合时变矩阵并整合为车桥耦合整体矩阵。
13、进一步地，所述利用随机车队和矩阵维度获得矩阵维度起点与矩阵维度终点，利用矩阵维度起点和矩阵维度终点得到每一车辆加速度、速度和位移矩阵，具体步骤为：将随机车队中的每一车道的每一辆车依次进行编号并标记，得到每一辆车的矩阵维度起点；结合每一车道中每一车辆的矩阵维度大小，得到每一辆车的矩阵维度终点，即当每增加单位时间δt可提取出该目标车辆的车辆矩阵，得到目标车辆的加速度、速度、位移；根据矩阵维度起点和矩阵维度终点，确定处于桥上时每一车辆矩阵位置并截取，得到每一车辆的加速度、速度、位移矩阵。
14、进一步地，所述对每一车辆加速度时程曲线使用频谱分析函数进行频谱分析，并转换为由频率与加速度值组成的频谱图，对所需频率范围内加速度值求解获得加速度均方根值，具体步骤为：对每一车辆加速度时程曲线使用频谱分析函数进行频谱分析，变换到频率范围为1～80hz的频谱图，然后求解20个1/3倍频带中心频率对应的加速度均方根值；各带宽的加速度均方根值需考虑加权系数，加权加速度均方根值的公式：
15、awi＝wi·ai
16、其中wi表示第i个1/3倍频带的频率加权系数，不同的方向和位置取值不同；
17、通过对加速度自功率谱密度函数ga(f)在f1～f2之间的频带内积分并开方可得个频带内的加速度均方根值：
18、
19、其中，ga(f)为谱密度函数，f1为频带下限，f2为频带上限。
20、进一步地，所述对比加速度均方根值和反应振动情况的舒适度下降极限曲线，分析出随机车流的舒适性，具体步骤为：将不同车型20个1/3倍频带中心频率对应的加速度均方根值分别取平均值，公式为：
21、
22、其中，akn代表k轴车第n个加速度均方根值的平均数，ain代表第i个k轴车的第n个加速度均方根值，ik代表k轴车的数量；
23、根据iso2361平顺性评价分析法，用振动频率在1～80hz之间的加速度均方根值描述振动情况的三种暴露极限值，获得舒适度下降极限曲线；
24、对平均值乘以各车型的权重后相加，得到总加速度均方根值，用总加速度均方根值与舒适度下降极限曲线对比，当总加速度均方根值都在舒适度下降极限曲线下方，则表明该振动满足舒适度要求，公式为：
25、
26、其中，kn代表车型种类，具体为2轴至6轴，an代表第n个总加速度均方根值，wk代表k轴车的权重，akn代表k轴车第n个加速度均方根值的平均数。
27、本专利技术实施例提供一种随机车流舒适性分析系统，包括：信息模块，用于获取车辆行驶信息和桥梁桥面道路信息；随机车队模块，用于利用桥梁桥面道路信息构建桥梁有限元模型，利用桥梁有限元模型构建空间桥面不平度样本方程式，随机将车辆行驶信息代入空间桥面不平度样本方程式获得随机车队；分析模块，用于根据随机车队在单位时间内的变化分析每一车辆加速度、速度和位移；根据每一车辆加速度、速度和位移获得每一车辆加速度时程曲线，对每一车辆加速度时程曲线使用频谱分析函数进行频谱分析，并转换为由频率与加速度值组成的频谱图，对所需频率范围内加速度值求解获得加速度均方根值；舒适性模块，用于对比加速度均方根值和反应振动情况的舒适度下降极限曲线，分析出随机车流的舒适性。
28、本专利技术实施例提供一种随机车流舒适性分析设备，包括：存储器和处理器；所述存储器存储本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种随机车流舒适性分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种随机车流舒适性分析方法，其特征在于，所述利用桥梁有限元模型构建空间桥面不平度样本方程式，随机将车辆行驶信息代入空间桥面不平度样本方程式获得随机车队，具体步骤为：
3.如权利要求1所述的一种随机车流舒适性分析方法，其特征在于，所述根据随机车队在单位时间内的变化分析每一车辆加速度、速度和位移，具体步骤为：
4.如权利要求3所述的一种随机车流舒适性分析方法，其特征在于，所述根据随机车队在单位时间内的变化生成车桥耦合时变矩阵，根据车桥耦合时变矩阵获得车桥耦合整体矩阵，具体步骤为：
5.如权利要求3所述的一种随机车流舒适性分析方法，其特征在于，所述利用随机车队和矩阵维度获得矩阵维度起点与矩阵维度终点，利用矩阵维度起点和矩阵维度终点得到每一车辆加速度、速度和位移矩阵，具体步骤为：
6.如权利要求1所述的一种随机车流舒适性分析方法，其特征在于，所述对每一车辆加速度时程曲线使用频谱分析函数进行频谱分析，并转换为由频率与加速度值组成的频谱图，对所需频率范
7.如权利要求1所述的一种随机车流舒适性分析方法，其特征在于，所述对比加速度均方根值和反应振动情况的舒适度下降极限曲线，分析出随机车流的舒适性，具体步骤为：
8.一种随机车流舒适性分析系统，包括：
9.一种随机车流舒适性分析设备，包括：存储器和处理器；
...【技术特征摘要】
1.一种随机车流舒适性分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种随机车流舒适性分析方法，其特征在于，所述利用桥梁有限元模型构建空间桥面不平度样本方程式，随机将车辆行驶信息代入空间桥面不平度样本方程式获得随机车队，具体步骤为：
3.如权利要求1所述的一种随机车流舒适性分析方法，其特征在于，所述根据随机车队在单位时间内的变化分析每一车辆加速度、速度和位移，具体步骤为：
4.如权利要求3所述的一种随机车流舒适性分析方法，其特征在于，所述根据随机车队在单位时间内的变化生成车桥耦合时变矩阵，根据车桥耦合时变矩阵获得车桥耦合整体矩阵，具体步骤为：
5.如权利要求3所述的一种随机车流舒适性分析方法，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩智强，王子青，李华腾，任超，李舟，薛康杰，公君，杜存煊，谢先和，周盼，王晰，范心怡，
申请(专利权)人：太原科技大学，
类型：发明
国别省市：
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