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基于人-车-路五自由度振动模型的路面平整度评价方法

张洪亮 杨万桥

张洪亮, 杨万桥. 基于人-车-路五自由度振动模型的路面平整度评价方法[J]. 交通运输工程学报, 2010, 10(4): 16-22. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2010.04.003
引用本文: 张洪亮, 杨万桥. 基于人-车-路五自由度振动模型的路面平整度评价方法[J]. 交通运输工程学报, 2010, 10(4): 16-22. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2010.04.003
ZHANG Hong-liang, YANG Wan-qiao. Evaluation method of pavement roughness based on 5-DOF human-vehicle-road vibration model[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2010, 10(4): 16-22. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2010.04.003
Citation: ZHANG Hong-liang, YANG Wan-qiao. Evaluation method of pavement roughness based on 5-DOF human-vehicle-road vibration model[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2010, 10(4): 16-22. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2010.04.003

基于人-车-路五自由度振动模型的路面平整度评价方法

doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2010.04.003
基金项目: 

国家自然科学基金项目 50608007

详细信息
    作者简介:

    张洪亮(1974-), 男, 山东山亭人, 长安大学副教授, 工学博士, 博士后, 从事路基路面工程研究

  • 中图分类号: U416.2

Evaluation method of pavement roughness based on 5-DOF human-vehicle-road vibration model

More Information
    Author Bio:

    ZHANG Hong-liang(1974-), male, associate professor, PhD, +86-29-62630056, L29@gl.chd.edu.cn

  • 摘要: 为了准确评价路面的行车舒适性, 以乘客的竖向加权加速度均方根值作为平整度评价指标, 采用五自由度振动模型, 考虑车路耦合, 用传递矩阵法进行了人-车-路相互作用分析, 研究了车速、车架转动惯量、座椅刚度系数和阻尼系数以及轮胎的刚度系数对加权加速度均方根值的影响, 并建立了基于人-车-路相互作用的路面平整度评价方法。算例结果表明: A、B、C、D四个等级路面的加权加速度均方根值分别为0.3812、0.7963、1.2320和2.9706 m.s-2, 舒适性评价分级与路面分级时的主观评价分级相一致; 相对于现有方法, 该方法考虑了不同路面类型和行车速度的影响, 体现了车辆的转动, 可评价货车行驶的舒适性。

     

  • 图  1  五自由度车辆模型

    Figure  1.  5-DOF vehicle model

    表  1  座椅刚度系数的影响

    Table  1.   Effect of seat stiffness coefficient

    kp/(104N·m-1) 1.0 1.5 2.5 4.0 6.0
    aw/(m·s-2) 0.938 0 0.836 7 0.766 4 0.700 3 0.867 7
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    表  2  座椅阻尼系数的影响

    Table  2.   Effect of seat damping coefficient

    cp/(N·s·m-1) 50 100 300 500 1 000 10 000
    aw/(m·s-2) 0.703 2 0.816 1 0.776 2 0.754 3 0.715 0 0.695 2
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    表  3  速度的影响

    Table  3.   Effect of running speed

    v/(m·s-1) 20 40 60 80 100 120
    aw/(m·s-2) 0.204 0 0.317 1 0.458 7 0.496 3 0.535 4 0.552 7
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    表  4  前轮胎刚度系数的影响

    Table  4.   Effect of stiffness coefficient for front tire

    ktf/(105N·m-1) 5 9 20 60 100
    aw/(m·s-2) 0.772 6 0.844 5 0.856 3 0.845 9 0.842 5
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    表  5  后轮胎刚度系数的影响

    Table  5.   Effect of stiffness coefficient for rear tire

    ktr/(105N·m-1) 5 9 20 60 100
    aw/(m·s-2) 0.775 1 0.627 8 0.598 2 0.578 9 0.576 0
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    表  6  转动惯量的影响

    Table  6.   Effect of moment of inertia

    J/(kg·m2) 500 2 000 5 000 15 000 50 000
    aw/(m·s-2) 0.603 7 0.796 3 0.494 7 0.442 9 0.438 4
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    表  7  加权加速度均方根值与行车舒适性的关系

    Table  7.   Relationship between weighted RMS acceleration and riding comfort

    加权加速度均方根值/(m·s-2) 人体的舒适程度
    0.315 保持舒适
    0.315~0.63 稍不舒适
    0.5~1.0 有些不舒适
    0.8~1.6 不舒适
    1.25~2.5 非常不舒适
    > 2.0 特别不舒适
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    表  8  五自由度模型参数

    Table  8.   Parameters of 5-DOF model

    mp/kg 53 mtf/kg 180 mtr/kg 210
    m/kg 1 770 J/(kg·m2) 1 988 kp/(N·m-1) 19 030
    kcf/(N·m-1) 51 000 ktf/(N·m-1) 571 420 kcr/(N·m-1) 89 600
    ktr/(N·m-1) 571 420 cp/(N·s·m-1) 170 ccf/(N·s·m-1) 4 770
    ccr/(N·s·m-1) 1 053 a/m 0.183 b/m 0.947
    d/m 1.353 L=d+b=2.300 m
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    表  9  评价结果

    Table  9.   Evaluation result

    路面等级 加权加速度均方根值/(m·s-2) 人的主观感受
    A 0.381 2 稍不舒适
    B 0.796 3 有些不舒适
    C 1.232 0 不舒适
    D 2.970 6 特别不舒适
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  • 收稿日期:  2010-03-30
  • 刊出日期:  2010-08-25

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