20世纪90年代后,仿真技术开始飞速发展并在世界范围内得到普及,于是这项新兴的计算机技术被引入到了汽车振动研究的领域中,车路系统动力学的研究开始进入一个新的时期。到了最近几年,国内外的车路系统动力学仿真技术已经相当成熟,科学家们已经归纳出了复杂程度不等的几种典型汽车模型。84417
因为车路系统动力学涉及的范围太广,所以这里只简单的介绍与本文内容有关的路面对汽车激励建模研究的现状。大量研究表明,路面不平度具有随机性和平稳性。因此,可以利用平稳随机过程理论来描述和分析路面不平度。根据此理论,各国学者先后提出了不同种类的频域模型,它们有总的来说两种表达形式:一种是幂函数形式,另一种是有理数形式,这两种形式具有等价性,目前在建立路面激励模型方面得到了较为广泛的应用。
路面激励频域模型首先被用于建立最简单的汽车四轮力学模型,即只考虑路面激励功率频谱密度等于路面不平度功率频谱密度的情况。因为汽车行驶时车轮速度的产生在时间上存在着延迟所以前后车轮的路面激励存在着先后关系,由此可以建立汽车的1/2二轴四轮路面激励频域模型。论文网
在上述模型的基础上,科学家们又建立了单-双-单六轮路面激励频域模型。它的原理是用双轮的路面激励的平均数作为单轮的路面激励带入,建立路面激励输入功率谱密度矩阵。该模型的出现为研究更多轴和更多轮的路面激励频域模型打下了理论基础[4]。
现如今路面激励频域模型理论的研究已经非常成熟,并在汽车工业和道路设计方面得到了较为广泛的应用。但是路面激励频域模型研究发展的同时也伴随着更多问题的产生。采用何种方法求解建立的路面激励输入功率谱密度方程是能否顺利求得到车路系统数学模型的关键,目前方法主要有解析法和数值法两种。解析法有助于理解车路系统的内在联系,但解析法在实际仿真过程中有着很大的局限性,只能用来处理有限自由度的线性系统,对于无限自由度的非线性车路系统模型只能采用近似的数值来进行求解。数值法主要是利用计算机对得到的数据来近似求解,对自由度数目比较多的非线性系统依然可以求解,但是其研究结果往往因为计算机建模的简化、模型参数的选择误差而导致仿真结果不可信。对于已经有典型数学模型的路面激励频域模型,从理论上可以使用解析法进行求解,但是除了个别简单模型外,大多数模型依旧很难求得其理论解。几年来随着计算机科技的发展,可以使用更多的手段来解决上述问题,比如有限元法和边界元法等能解决大量以前无法用解析法解决的问题。但是使用计算机进行数值计算的方法仍是以理论模型为基础,仍然是在理论假定条件下进行数值运算,因此如果要对计算得到复杂模型进行数值分析,往往需要用物理实验的实验结果进行验证和对比