ADAMS/Ca r軟件中隨機(jī)路面建立方法

趙 治

（盤錦職業(yè)技術(shù)學(xué)院應(yīng)用工程系，遼寧 盤錦 124010）

構(gòu)造既滿足一定隨機(jī)分布規(guī)律，又符合ADAMS軟件中輪胎模型要求的隨機(jī)路面是進(jìn)行整車平順性仿真分析的前提與關(guān)鍵。在MSC.ADAMS/Car軟件中，有四種隨機(jī)路面的建立辦法，分別介紹如下。

1 Road Builder法

Road Builder在MSC.ADAMS/Car中的道路時(shí)域和道路模型是通過屬性文件來表達(dá)，而屬性文件的創(chuàng)建是使用獨(dú)立插件 Road Builder來完成[1-3]，通過 Road Builder還可以創(chuàng)建IPG和ARM格式，包括路肩的3D道路。如圖1所示，它支持以下種類的路面幾何軌跡：常規(guī)仿真車道（開環(huán)或閉環(huán)）；賽車道（Chicane）；橢圓環(huán)車道（Oval）；路標(biāo)筒車道。

通過Road Builder可以生成下列種類的文件：.rdf；.drd；.dcd；.shl；.dig（僅用于 IPG）；.road（僅用于 IPG）。

在ADAMS中的路面模型是通過后綴名為.rdf的路面文件引入到仿真環(huán)境里，路面文件的結(jié)構(gòu)仍然是TeimOrbit格式的ASCII文本文件[4]。

2 直接修改法

在ADAMS中的二維隨機(jī)路面是根據(jù)路面文件按白噪聲線性濾波法生成的左右兩條輪轍縱剖面曲線[5-6]。以下為路面文件參數(shù)子數(shù)據(jù)塊：

修改它里面相應(yīng)的參數(shù)即可生成所需要的不同等級(jí)的路面。其中的參數(shù)意義說明見表1。

表1 ROAD_TYPE=stochastic_uneven參數(shù)表

3 Road_Profile Generation法

路面輪廓發(fā)生器Road-profile Generation是ADAMS/Car Ride提供的一個(gè)基于Sayers數(shù)字模型的路面生成工具。該模型是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，綜合了許多不同類型道路測(cè)量參數(shù)，并給出了左右輪轍路面輪廓參數(shù)。

模型認(rèn)為，路面輪廓的空間功率譜密度與空間頻率n存在如下函數(shù)關(guān)系：

式（1）中等式右邊由三個(gè)相互獨(dú)立的白噪聲所獲得：Ge為白噪聲空間功率譜密度幅值；Gs為白噪聲的速度功率譜密度幅值；Ga為白噪聲的加速度功率譜密度幅值[7-8]。

在路面譜生成器中，見圖3，通過設(shè)置路面Ge、Gs、Ga等參數(shù)來生成路面譜文件[9]。表2為Sayers模型中路面輪廓的參數(shù)示例。

表2 Sayers模型不平度參數(shù)表

4 用戶自行編程開發(fā)法

大量的測(cè)量結(jié)果分析表明，路面不平度具有隨機(jī)、平穩(wěn)和各態(tài)歷經(jīng)的特性，可以用平穩(wěn)隨機(jī)過程理論來分析描述。生成路面不平度的頻域模型方法有多種，如：濾波白噪聲生成法（線性濾波法），基于有理函數(shù)PSD模型的離散時(shí)間隨機(jī)序列生成法，根據(jù)隨機(jī)信號(hào)的分解性質(zhì)所推演的諧波疊加法（也稱頻譜表示法）以及基于冪函數(shù)功率譜的快速Fourier反變換生成法等[10]。

諧波疊加法是目前使用較普遍的方法,特別適用于國(guó)標(biāo)道路譜頻域模型的生成。盡管諧波疊加法計(jì)算量相對(duì)較大，但該方法理論基礎(chǔ)嚴(yán)密、算法簡(jiǎn)單直觀，是一種高保真的頻域模型轉(zhuǎn)換方法。因此，可以采用諧波疊加法來構(gòu)建隨機(jī)路面不平度的頻域模型。

按照國(guó)標(biāo)[11]，路面不平度位移功率譜密度Gd（n）擬合采用下式：

式中，n 為空間頻率，n＞0；n0為參考頻率，n0=0.1m-1；Gd(n0)為路面不平度系數(shù)，m2/m-1；w為頻率指數(shù)，經(jīng)驗(yàn)值w=2。

已知在空間頻率n1＜n＜n2內(nèi)的路面位移譜密度為Gd(n)，利用平穩(wěn)隨機(jī)過程的平均功率的頻譜展開性質(zhì)，路面不平度的方差為

將區(qū)間（n1，n2）劃分為n個(gè)小區(qū)間，取每個(gè)小區(qū)間△ni的中心頻率nmid-i（i=1,2,…n）處的譜密度值Gd（nmid-i）代替Gd（n）在整個(gè)小區(qū)間內(nèi)的值，則式（3）離散化后近似為

對(duì)應(yīng)每個(gè)小區(qū)間△ni，現(xiàn)在要找到具有頻率nmid-i（i=1,2,…n） 且其標(biāo)準(zhǔn)差為的正弦波函數(shù)，這樣的正弦波函數(shù)可為

將對(duì)應(yīng)于各個(gè)小區(qū)間△ni的正弦波函數(shù)疊加起來，就得到頻域路面隨機(jī)位移輸入

式中，θ為[0，2π]上均勻分布的隨機(jī)數(shù)；x為頻域路面的汽車前進(jìn)方向的位移。

通過離散頻域路面的汽車前進(jìn)方向的位移值，就可以得到空間頻域下隨機(jī)路面垂直方向的振動(dòng)加速度值。

各級(jí)路面不平度系數(shù)Gd（n0）變化范圍的幾何平均值以及0.011m-1＜n＜2.83m-1的均方根值如表3所示。

表3 路面不平度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

按照上述不平路面擬合理論，用VB或VC++等語言可以編制出ADAMS能夠識(shí)別的格式的隨機(jī)路面[11-13]。

5 結(jié)束語

利用機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真分析軟件ADAMS進(jìn)行的平順性仿真分析，運(yùn)動(dòng)直觀，仿真效果好，而其中路面建立的問題是平順性仿真分析的前提與關(guān)鍵。本文討論的四種隨機(jī)路面的建立方法具有一定的實(shí)用價(jià)值。

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