车辆平顺性测试方法及装置

技术领域

本申请涉及汽车技术领域，特别涉及一种车辆平顺性测试方法及装置。

背景技术

车辆平顺性是指车辆抵抗路面不平度引起的汽车振动的能力。车辆平顺性的优劣直接影响到乘员的舒适性和货物的完整性。

相关技术中，一般利用线性模型来研究车辆通过各种路面时的平顺性，其中典型的线性模型包括悬架二自由度模型。该悬架二自由度模型包含车辆振动的基本特性，根据车辆在路面平衡位置处的受力情况建立振动模型，根据输入的激励信号分析车辆平顺性。

在实现本申请的过程中，发明人发现相关技术至少存在以下问题：线性模型只对车辆在路面运动时悬架的振动进行分析，而难以对悬架撞击限位块，以及车轮跳离地面的情况进行模拟。

发明内容

本申请实施例提供了一种车辆平顺性测试方法及装置，能够对大脉冲激励工况下引起的悬架撞击限位块，以及车轮跳离地面的情况进行模拟。具体技术方案如下：

本申请实施例提供一种车辆平顺性测试方法，包括：

获取车辆的平顺性参数，以确定车辆的振动模型，其中，所述振动模型包括车轮、车身和悬架，所述悬架等效为并列设置的弹簧和减震器；

耦合所述振动模型和减速带模型，其中，所述减速带模型的路面不平度信号引起的所述振动模型的振动包括所述悬架撞击限位块和所述车轮跳离地面；

获取所述车辆的平顺性参数对应的平顺性测试结果。

本申请实施例的一种实现方式中，所述平顺性参数包括：车轮质量、车身质量、弹簧刚度、减震器阻尼系数、车轮刚度、限位块刚度和悬架动挠度限位行程。

本申请实施例的一种实现方式中，所述减速带模型中减速带的截面形状为正弦截面、圆弧截面、梯形截面中的任一种。

本申请实施例的一种实现方式中，所述悬架撞击所述限位块时，所述弹簧的位移力表示为：

其中，k

本申请实施例的一种实现方式中，所述车轮跳离地面时，所述车轮的位移力表示为：

其中，k

本申请实施例还提供一种车辆平顺性测试装置，包括：

获取模块，被配置为获取车辆的平顺性参数，以确定车辆的振动模型，其中，所述振动模型包括车轮、车身和悬架，所述悬架等效为并列设置的弹簧和减震器；

耦合模块，被配置为耦合所述振动模型和减速带模型，其中，所述减速带模型的路面不平度信号引起的所述振动模型的振动包括所述悬架撞击限位块和所述车轮跳离地面；

输出模块，被配置为获取所述平顺性参数对应的平顺性测试结果。

本申请实施例的一种实现方式中，车轮质量、车身质量、弹簧刚度、减震器阻尼系数、车轮刚度、限位块刚度和悬架动挠度限位行程。

本申请实施例的一种实现方式中，所述减速带模型中减速带的截面形状为正弦截面、圆弧截面、梯形截面中的任一种。

本申请实施例的一种实现方式中，所述悬架撞击所述限位块时，所述弹簧的位移力表示为：

其中，k

本申请实施例的一种实现方式中，所述车轮跳离地面时，所述车轮的位移力表示为：

其中，k

本申请实施例的有益效果至少包括：

本申请实施例提供的车辆平顺性测试方法及装置，在建立车辆的振动模型时，对大脉冲激励信号可能引起的悬架撞击限位块和车轮跳离地面的振动进行分析，相比于传统的线性模型，本申请提供的振动模型可以更真实地对车辆的运动情况进行模拟；将车辆的振动模型和减速带模型耦合在一起后，将减速带模型的路面不平度信号作为振动模型的激励信号，可以获取准确度更高的平顺性测试结果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种车辆平顺性测试方法的流程图；

图2为本申请实施例提供的车辆的振动模型的原理示意图；

图3为本申请实施例提供的减速带模型的原理示意图；

图4为本申请实施例提供的耦合振动模型和减速带模型的原理示意图；

图5为本申请实施例提供的平顺性测试结果的结果对比图；

图6为本申请实施例提供的另一种车辆平顺性测试方法的流程图；

图7为本申请实施例提供的一种车辆平顺性测试装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

本申请实施例提供一种车辆平顺性测试方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤S101、获取车辆的平顺性参数，以确定车辆的振动模型；

该步骤中，可以先根据对车辆运动情况的分析确定振动模型的基本架构，并确定需要获取的平顺性参数。对于不同的车型，车辆的平顺性参数不同。

确定车辆的振动模型时，可以对汽车结构做适当的简化，突出对车辆平顺性影响较大的部件，以对车辆的基本振动特性进行模拟。

可选地，车辆的振动模型包括单自由度模型、二自由度模型和多自由度模型，如七自由度模型和十一自由度模型等。可以理解的是，振动模型的自由度越大，需要测定的平顺性参数的数量越多，即振动模型的自由度与所需获取的车辆的平顺性参数的数量呈正相关关系。

本申请实施例中以图2所示的二自由度模型为例进行说明，本申请实施例中的振动模型包括车轮、车身和悬架。其中，悬架设置在车轮和车身之间，用于传递车轮和车身之间的力和扭矩，同时起到缓冲和减震的作用。因此，振动模型中的悬架可等效为并列设置的弹簧和减震器，弹簧用于表征悬架的缓冲作用，而减震器用于表征悬架的减震作用。

如图2所示的振动模型中，车辆在路面不平度q不为零的路面上运动时，车轮和地面之间会产生垂直向的接地力F

本申请实施例中，车辆在平衡位置的运动方程可以表示为：

其中，m

其中，平衡位置是指车辆在路面上处于受力平衡状态的位置。

本申请实施例中，减震器的阻尼力可以表示为：

其中，c为减震器阻尼系数；

本申请实施例中，悬架未撞击限位块时，弹簧的位移力为：

F

其中，k

本申请实施例中，接地力可以表示为：

F

其中，k

基于图2所示的振动模型，车辆的平顺性参数包括但不限于车轮质量、车身质量、弹簧刚度、减震器阻尼系数、车轮刚度。

步骤S102、耦合振动模型和减速带模型；

该步骤中，车辆在路面不平度q不为零的减速带上运动时，车辆会发生振动，路面不平度直接影响车辆的振动程度，因此可以将振动模型和减速带模型耦合在一起，将减速带模型的路面不平度信号作为振动模型的激励信号，对由于路面不平度引起的车辆振动进行测试。

可选地，减速带模型中减速带的截面形状为正弦截面、圆弧截面、梯形截面中的任一种。本申请实施例中，以减速带的截面形状为图3所示的正弦截面为例进行说明。

如图3所示，正弦截面形状的减速带模型可由半个周期的正弦曲线构成，每个半周期的正弦曲线用于表示减速带中的一个凸起(减速垄)。对于包括多个减速垄的减速带，完整的减速带模型可包括多个半个周期的正弦曲线，多个正弦曲线之间可连续，也可间隔设置。

本申请实施例中，正弦截面形状的减速带模型的路面不平度信号可以表示为：

q(t)＝Asin(B

其中，q

其中，关于车速v的圆频率函数B

其中，v为车速；v为减速带截面的最大宽度。

图3中，t

本申请实施例中，减速带模型的路面不平度信号引起的振动模型的振动包括悬架撞击限位块和车轮跳离地面。

悬架撞击限位块时，弹簧的位移力可以表示为：

其中，k

综合上述(3)和(7)可见，基于上述车辆的振动模型，弹簧的位移力可表示为：

其中，k

车轮跳离地面时，接地力可表示为：

其中，k

其中，平衡位置是指车辆在路面上处于受力平衡状态的位置。

需要说明的是，传统的线性模型建模时，只考虑车辆在路面上的平衡位置从而忽略了车辆自身的重力及路面对车辆的支撑力。换言之，传统的线性模型中，认为车辆自身的重力与路面对车辆的支撑力之间相互抵消，这一设定贯穿车辆振动分析的全过程，默认车轮不会跳离地面，从而不能对车轮跳离地面的情况进行模拟。

车轮跳离地面时，轮胎与地面无接触，不会有相互作用力产生，车辆仅受重力作用返回路面，从而考虑车辆自身重力的上述振动模型中，接地力也可表示为：

F

其中，k

基于上述公式，可以看出，车辆的平顺性参数还可包括限位块刚度和悬架动挠度限位行程。

步骤S103、获取车辆的平顺性参数对应的平顺性测试结果；

该步骤中，可以通过建模工具Matlab或Simulink软件对上述公式进行如图4所示的可视化建模，以耦合振动模型和减速带模型，并进行仿真分析，最终获得如图5所示的车身垂向加速度随时间的变化曲线，作为车辆的平顺性参数对应的平顺性测试结果。

本申请实施例提供的车辆平顺性测试方法，在建立车辆的振动模型时，对大脉冲激励信号可能引起的悬架撞击限位块和车轮跳离地面的振动进行分析，相比于传统的线性模型，本申请提供的振动模型可以更真实地对车辆的运动情况进行模拟；将车辆的振动模型和减速带模型耦合在一起后，将减速带模型的路面不平度信号作为振动模型的激励信号，可以获取准确度更高的平顺性测试结果。

本申请实施例提供另一种车辆平顺性测试方法，如图6所示，包括以下步骤：

步骤S601、确定车辆的振动模型的基本架构；

本申请实施例中以图2所示的二自由度模型为例进行说明。如图2所示，车辆的振动模型包括车轮、车身和悬架。其中，悬架设置在车轮和车身之间，用于传递车轮和车身之间的力和扭矩，同时起到缓冲和减震的作用。因此，振动模型中的悬架可等效为并列设置的弹簧和减震器，弹簧用于表征悬架的缓冲作用，而减震器用于表征悬架的减震作用。

如图2所示的振动模型中，车辆在路面不平度q不为零的路面上运动时，车轮和地面之间会产生垂直向的接地力F

本申请实施例中，减震器的阻尼力可以表示为：

其中，c为减震器阻尼系数；

本申请实施例中，悬架未撞击限位块时，弹簧的位移力为：

F

其中，k

本申请实施例中，对车辆的振动模型的振动分析还包括了减速带模型的路面不平度信号引起的悬架撞击限位块和车轮跳离地面，从而建立了一种分段线性模型。

悬架撞击限位块时，弹簧的位移力可以表示为：

其中，k

综合上述(3)和(7)可见，基于上述车辆的振动模型，弹簧的位移力可表示为：

其中，k

未考虑车轮跳离地面情况时，接地力可以表示为：

Fk

其中，k

而考虑车轮跳离地面情况时，车辆仅受重力作用返回路面，车轮会产生位移，从而车轮在平衡位置产生的接地力可以表示为：

F

其中，k

上述公式(10)也可以写成：

其中，k

其中，平衡位置是指车辆在路面上处于受力平衡状态的位置。

基于图2所示的振动模型及上述分析，车辆的平顺性参数可以包括车轮质量、车身质量、弹簧刚度、减震器阻尼系数、车轮刚度、限位块刚度和悬架动挠度限位行程。

步骤S602、建立减速带模型，并基于减速带模型获取路面不平度；

可选地，减速带模型中减速带的截面形状可以为正弦截面、圆弧截面、梯形截面中的任一种。本申请实施例中，以减速带的截面形状为图3所示的正弦截面为例进行说明。

如图3所示，正弦截面形状的减速带模型可由半个周期的正弦曲线构成，每个半周期的正弦曲线用于表示减速带中的一个凸起(减速垄)。对于包括多个减速垄的减速带，完整的减速带模型可包括多个半个周期的正弦曲线，多个正弦曲线之间可连续，也可间隔设置。

本申请实施例中，正弦截面形状的减速带模型的路面不平度信号可以表示为：

q(t)＝Asin(B

其中，q

其中，关于车速v的圆频率函数B

其中，v为车速；v为减速带截面的最大宽度。

图3中，t

需要说明的是，本申请对执行步骤S601和步骤S602的先后顺序不作限定，本申请的其他实施例中也可以先执行步骤S602，再执行步骤S601。

步骤S603、耦合振动模型和减速带模型；

该步骤中，可以通过建模工具Matlab或Simulink软件对上述公式进行如图4所示的可视化建模，以耦合振动模型和减速带模型，将减速带模型的路面不平度信号作为振动模型的激励信号。图4中，左侧框为减速带模型，其中“0”可以表示起始时刻，时钟信号可以提供时间信息，正弦信号以及其在时间轴上的偏置可以提供路面不平度信号，且该路面不平度信号与车速有关。右侧框为振动模型，其中第一输出ddot_Z

步骤S604、输入车辆的车速及平顺性参数，以进行仿真验证；

如图4所示，耦合振动模型和减速带模型后，还需要获取振动模型和减速带模型中涉及的各种参数的具体数值，以便对车辆的运行进行仿真分析。

本申请实施例中，车辆可以匀速或者变速度通过减速带模型，当车辆变速度通过减速带模型时，车辆的车速可以为与时间相关的参数。例如，如图5所示，车辆可以5m/s速度行驶0.2s后通过减速带。

车辆的平顺性参数可以包括但不限于车轮质量、车身质量、弹簧刚度、减震器阻尼系数、车轮刚度、限位块刚度和悬架动挠度限位行程。

步骤S605、获取车辆的平顺性参数对应的平顺性测试结果。

本申请实施例中，输入车辆的车速及平顺性参数后，进行仿真分析，可以获得如图5所示的车身垂向加速度随时间的变化曲线，作为车辆的平顺性参数对应的平顺性测试结果。本申请的一种实施例中，车速可以为5m/s，车身质量m

可以看出，本申请提供的振动模型(非线性模型)和传统的线性模型重合度较高，验证了本申请提供的振动模型的准确性。同时比较曲线区别，本申请提供的振动模型中第一个正峰值高于线性模型，说明该时间节点下，汽车通过减速带时的脉冲输入，导致悬架行程压缩过大，撞击到了限位块；而本申请提供的振动模型中第一个负峰值绝对值小于线性模型，说明汽车通过减速带后，车轮跳离了地面。而传统的线性模型假设轮胎不会跳离地面，故该情况下，会用更大的弹簧力拉回车轮，有所失真。在大脉冲激励信号下，无论是悬架撞击限位块情况或车轮跳离地面情况都有可能发生，较大程度影响平顺性，不可忽视。

本申请实施例提供的车辆平顺性测试方法，在建立车辆的振动模型时，对大脉冲激励信号可能引起的悬架撞击限位块和车轮跳离地面的振动进行分析，相比于传统的线性模型，本申请提供的振动模型可以更真实地对车辆的运动情况进行模拟；将车辆的振动模型和减速带模型耦合在一起后，将减速带模型的路面不平度信号作为振动模型的激励信号，可以获取准确度更高的平顺性测试结果。可以理解的是，建模方法不仅仅局限于二自由度模型，更适用于多自由模型。

本申请实施例还提供一种车辆平顺性测试装置，如图7所示，包括：

获取模块701，被配置为获取车辆的平顺性参数，以确定车辆的振动模型，其中，振动模型包括车轮、车身和悬架，悬架等效为并列设置的弹簧和减震器；

耦合模块702，被配置为耦合振动模型和减速带模型，其中，减速带模型的路面不平度信号引起的振动模型的振动包括悬架撞击限位块和车轮跳离地面；

输出模块703，被配置为获取平顺性参数对应的平顺性测试结果。

可选地，顺性参数包括：车轮质量、车身质量、弹簧刚度、减震器阻尼系数、车轮刚度、限位块刚度和悬架动挠度限位行程。

可选地，减速带模型中减速带的截面形状为正弦截面、圆弧截面、梯形截面中的任一种。

可选地，悬架撞击限位块时，弹簧的位移力表示为：

其中，k

可选地，车轮跳离地面时，车轮的位移力表示为：

其中，k

需要说明的是，上述实施例提供的装置，在实现其功能时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将设备的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的装置与方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。

本申请提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由所述处理器加载并执行以实现上述各个方法实施例提供的车辆平顺性测试方法。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的车辆平顺性测试方法中全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。