ADAMS/Ca r軟件中隨機路面建立方法

趙 治

（盤錦職業技術學院應用工程系，遼寧 盤錦 124010）

構造既滿足一定隨機分布規律，又符合ADAMS軟件中輪胎模型要求的隨機路面是進行整車平順性仿真分析的前提與關鍵。在MSC.ADAMS/Car軟件中，有四種隨機路面的建立辦法，分別介紹如下。

1 Road Builder法

Road Builder在MSC.ADAMS/Car中的道路時域和道路模型是通過屬性文件來表達，而屬性文件的創建是使用獨立插件 Road Builder來完成[1-3]，通過 Road Builder還可以創建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：常規仿真車道（開環或閉環）；賽車道（Chicane）；橢圓環車道（Oval）；路標筒車道。

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境里，路面文件的結構仍然是TeimOrbit格式的ASCII文本文件[4]。

2 直接修改法

在ADAMS中的二維隨機路面是根據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子數據塊：

修改它里面相應的參數即可生成所需要的不同等級的路面。其中的參數意義說明見表1。

表1 ROAD_TYPE=stochastic_uneven參數表

3 Road_Profile Generation法

路面輪廓發生器Road-profile Generation是ADAMS/Car Ride提供的一個基于Sayers數字模型的路面生成工具。該模型是一個經驗模型，綜合了許多不同類型道路測量參數，并給出了左右輪轍路面輪廓參數。

模型認為，路面輪廓的空間功率譜密度與空間頻率n存在如下函數關系：

式（1）中等式右邊由三個相互獨立的白噪聲所獲得：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，通過設置路面Ge、Gs、Ga等參數來生成路面譜文件[9]。表2為Sayers模型中路面輪廓的參數示例。

表2 Sayers模型不平度參數表

4 用戶自行編程開發法

大量的測量結果分析表明，路面不平度具有隨機、平穩和各態歷經的特性，可以用平穩隨機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PSD模型的離散時間隨機序列生成法，根據隨機信號的分解性質所推演的諧波疊加法（也稱頻譜表示法）以及基于冪函數功率譜的快速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,特別適用于國標道路譜頻域模型的生成。盡管諧波疊加法計算量相對較大，但該方法理論基礎嚴密、算法簡單直觀，是一種高保真的頻域模型轉換方法。因此，可以采用諧波疊加法來構建隨機路面不平度的頻域模型。

按照國標[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，m2/m-1；w為頻率指數，經驗值w=2。

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

將區間（n1，n2）劃分為n個小區間，取每個小區間△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）在整個小區間內的值，則式（3）離散化后近似為

對應每個小區間△ni，現在要找到具有頻率nmid-i（i=1,2,…n） 且其標準差為的正弦波函數，這樣的正弦波函數可為

將對應于各個小區間△ni的正弦波函數疊加起來，就得到頻域路面隨機位移輸入

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

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

各級路面不平度系數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 路面不平度分級標準

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能夠識別的格式的隨機路面[11-13]。

5 結束語

利用機械系統動力學仿真分析軟件ADAMS進行的平順性仿真分析，運動直觀，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鍵。本文討論的四種隨機路面的建立方法具有一定的實用價值。

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