CN107818208A - 一种路表激励的获取方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种路表激励的获取方法，具体涉及一种轮胎运动过程中的路表激励获取方法，属于专用于路表形貌设计的测量测试领域。本发明采用3D扫描仪获得扫描区域内路表形貌的三维点云并重构三维点云坐标系，采用逐点插值法获得路面扫描区域内规则分布结点三维坐标，采用“首‑首”与“尾‑尾”方法拼接扫描区域以构建完整3D路面文件，进行不同状况下的整车动态模拟分析获得轮胎运动过程中的路表激励。本发明通过路表形貌扫描、路表形貌拼接和整车动态模拟的综合运用获得不同状况下的路表激励，为轮胎‑路面的力学响应与声学响应分析奠定了基础。

Description

一种路表激励的获取方法

技术领域

本发明公开了一种路表激励的获取方法，具体涉及一种轮胎运动过程中的路表激励获取方法，属于专用于路表形貌设计的测量测试的技术领域。

背景技术

当车辆行驶在沥青混凝土路面或水泥混凝土上时，行驶过程中由路表不平整引起的路表激励，会导致轮胎滚动半径的不均匀变化，产生车辆车身的不均匀振动，不仅对车辆产生逐步累积损伤，也会给驾乘人员带来噪声等的困扰。为了减少车辆行驶振动和降低噪声水平，从而为路表形貌的优化设计提供指导，路面激励的准确获取是实现上述目标的必备条件。

在现有的路面激励获取方法中，有的利用不同等级路面的二维路表随机功率谱，不能完全反映路表形貌的三维特征，也无法准确获得轮胎滚动过程中的路面激励；有的虽然获取了路表的三维形貌，但由于三维形貌的复杂性，往往对三维形貌进行某种程度的简化处理，降低了路面激励的获取精度；有的利用简化车辆模型获得了路表激励，也降低了获取路面激励的精度。

发明内容

本发明的发明目的是针对上述背景技术的不足，提供了一种路表激励的获取方法，定义轮胎滚动半径与平衡半径之差随时间的变化曲线为路表激励，实现了轮胎运动过程中路表激励的精确获取并提高了路表激励的精度，解决了现有技术无法准确获得轮胎运动过程中的路面激励以及获取的路面激励精度低的技术问题。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

一种路表激励的获取方法，

扫描路面试件获取扫描区域内路表形貌的三维点云后重构三维点云坐标系，在重构后的三维点云坐标系下确定扫描区域内路表形貌的三维点云坐标，

对扫描区域内路表形貌的三维点云坐标进行预处理得到规则分布点云的三维坐标，

按照相邻两扫描区域首部与首部连接或者尾部与尾部连接的方式拼接所述扫描区域得到路表纹理路段，拼接路表纹理路段和无路表纹理路段得到完整的3D路面模型，

在所述3D路面模型上进行整车动态模拟分析以获得轮胎滚动半径以及轮胎平衡半径，由轮胎滚动半径与平衡半径之差随时间的变化曲线确定轮胎滚动过程中的路表激励，所述轮胎滚动半径为整车行驶在路表纹理段的轮胎运动半径，轮胎平衡半径为整车行驶在无路表纹理段的轮胎运动半径。

作为路表激励的获取方法的进一步优化方案，按照如下方法对扫描区域内路表形貌的三维点云坐标进行预处理得到规则分布点云的三维坐标：规格化处理扫描区域内路表形貌的三维点云使得点云规则分布，采用逐点插值法确定规则分布点云的竖向坐标进而确定规则分布点云的三维坐标。

进一步的，一种路表激励的获取方法中，按照相邻两扫描区域首部与首部连接或者尾部与尾部连接的方式拼接所述扫描区域得到路表纹理路段的方法具体为：在长度方向和/或宽度方向上按照相邻两扫描区域首部与首部连接或者尾部与尾部连接的方式拼接所述扫描区域。

再进一步的，一种路表激励的获取方法中，拼接路表纹理路段和无路表纹理路段得到完整的3D路面模型的具体方法为：取一尺寸与路表纹理路段相同的无路表纹理路段作为拼接对象，预处理拼接对象中点云的三维坐标以使拼接对象中点云规则分布且所有点云竖向坐标为路表纹理路段所有点云竖向坐标的平均值，将拼接对象拼接在路表纹理路段的首部或尾部得到完整拼接区域，采用三角形网络并连接完整拼接区域内的相邻点云得到完整的3D路面模型。

更进一步的，一种路表激励的获取方法中，按照如下方法在所述3D路面模型上进行整车动态模拟分析以获得轮胎滚动半径以及轮胎平衡半径，由轮胎滚动半径与平衡半径之差随时间的变化曲线确定轮胎滚动过程中的路表激励：建立包含但不限于车身、悬架、发动机、轮胎的整车模型，在所述3D路面模型上进行不同行车状况下的动态模拟分析，采集轮胎滚动半径以及平衡半径随时间的变化曲线，求解轮胎滚动半径与平衡半径之差随时间的变化曲线得到路表激励。

本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：

（1）本发明综合运用路表形貌扫描、路表形貌拼接和整车动态模拟以获取精确的路表激励，路表形貌扫描保证了路表形貌特征的完整性，“首-首”与“尾-尾”路表形貌拼接方法既保证了形貌特征拼接的平顺性也减轻了路表形貌扫描的工作量，整车动态模拟耦合了车辆-轮胎-路面三个要素并结合行车参数保证了路表激励的精确性和动态性；

（2）路表激励的结果可直接作为车辆振动分析、轮胎-路面降噪分析的输入参数，为路表形貌的优化设计提供了坚实基础。

附图说明

图1是本发明的路表激励获取流程图。

图2是本发明的轮胎滚动过程中的路表激励。

具体实施方式

下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明。

针对现有技术中无法准确获得轮胎运动过程中的路面激励以及获取的路面激励精度低的技术问题，本申请定义轮胎滚动半径与平衡半径之差随时间的变化曲线为路表激励，综合运用路表形貌扫描、路表形貌拼接和整车动态模拟以获取精确的路表激励。

路表激励获取流程如图1所示，其主要包括如下4个步骤。

（1）采用轮碾成型机成型OGFC-13沥青混合料块状试件（300mm*300mm*50mm），其空隙率控制在20%左右；在OGFC-13块状试件上拟扫描区域（200mm*125mm）喷涂显影剂，采用HOLON3D扫描仪扫描获得扫描区域内路表形貌的三维点云文件（*.asc）；将该点云文件（*.asc）导入Geomagic Studio软件中，调整点云所在坐标轴以使其平行于标准三维坐标轴进而获得调整后的路表形貌三维点云坐标。

（2）在Matlab软件中，导入上述调整后的路表形貌三维点云坐标，在扫描区域内进行规格化使点云在平面上规则分布；采用逐点插值法确定所有点云的竖向Z坐标，获得规则分布点云的三维坐标。

（3）对于点云扫描区域（200mm*125mm），采用“首-首”与“尾-尾”拼接方法拼接扫描区域以获得路表纹理路段（所述“首”与“尾”均针对原扫描区域而言），其拼接的步骤为：复制原扫描区域（第一区域）并平面旋转180°，作为第二区域，将其（“尾”）拼接在第一区域的右边（“尾”）；再复制原扫描区域（第一区域），作为第三区域，将其（“首”）拼接在第二区域的右边（“首”）；再复制原扫描区域（第一区域）并平面旋转180°，作为第四区域，将其（“尾”）拼接在第三区域的右边（“尾”），如此循环拼接25次，达到所需要的拼接长度5m，同理，在宽度方向上，复制已拼接好的、拼接长度为5m的区域并旋转180°，再与拼接长度为5m的区域拼接在一起，获得长度为5m、宽度为0.25m的拼接区域（纹理段）。

在上述5m*0.25m的拼接区域前再拼接5m*0.25m无路表纹理路段的区域（该区域中所有点云也保持平面规则分布，并使该区域内所有点云的竖向Z坐标为前述纹理段所有点云Z坐标的平均值0.0015m），获得10m*0.25m的完整拼接区域（即包含长度为5m的路表纹理段与长度为5m的无路表纹理段）。

对上述拼接区域内的所有点云，采用三角形网格，连接相邻节点，构建完整3D路面文件（*.rdf）。

（4）在Adams/Car软件中，选择小汽车整车装配“MDI_Demo_Vehicle”（包括车身、悬架、发动机、轮胎等），导入道路数据文件为第（3）步确定的完整3D路面文件（*.rdf），设定行车速度为60km/h、模拟结束时间0.8s和分析步800步，进行直线路段上的整车动态模拟分析；分析完成后，在Adams/Postprocessor模块中，选定rolling_radius_front作为输出变量，输出小汽车左前轮滚动半径的变化，从而可获得轮胎滚动半径与平衡半径之差随时间的变化曲线，即轮胎滚动过程中的路表激励（如图2所示）。此路表激励的结果可直接作为车辆振动分析、轮胎-路面降噪分析的输入参数，为路表形貌的优化设计提供了坚实基础。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种路表激励的获取方法，其特征在于，

扫描路面试件获取扫描区域内路表形貌的三维点云后重构三维点云坐标系，在重构后的三维点云坐标系下确定扫描区域内路表形貌的三维点云坐标，

对扫描区域内路表形貌的三维点云坐标进行预处理得到规则分布点云的三维坐标，

按照相邻两扫描区域首部与首部连接或者尾部与尾部连接的方式拼接所述扫描区域得到路表纹理路段，拼接路表纹理路段和无路表纹理路段得到完整的3D路面模型，

在所述3D路面模型上进行整车动态模拟分析以获得轮胎滚动半径以及轮胎平衡半径，由轮胎滚动半径与平衡半径之差随时间的变化曲线确定轮胎滚动过程中的路表激励，所述轮胎滚动半径为整车行驶在路表纹理段的轮胎运动半径，轮胎平衡半径为整车行驶在无路表纹理段的轮胎运动半径。

2.根据权利要求1所述一种路表激励的获取方法，其特征在于，按照如下方法对扫描区域内路表形貌的三维点云坐标进行预处理得到规则分布点云的三维坐标：规格化处理扫描区域内路表形貌的三维点云使得点云规则分布，采用逐点插值法确定规则分布点云的竖向坐标进而确定规则分布点云的三维坐标。

3.根据权利要求2所述一种路表激励的获取方法，其特征在于，按照相邻两扫描区域首部与首部连接或者尾部与尾部连接的方式拼接所述扫描区域得到路表纹理路段的方法具体为：在长度方向和/或宽度方向上按照相邻两扫描区域首部与首部连接或者尾部与尾部连接的方式拼接所述扫描区域。

4.根据权利要求3所述一种路表激励的获取方法，其特征在于，拼接路表纹理路段和无路表纹理路段得到完整的3D路面模型的具体方法为：取一尺寸与路表纹理路段相同的无路表纹理路段作为拼接对象，预处理拼接对象中点云的三维坐标以使拼接对象中点云规则分布且所有点云竖向坐标为路表纹理路段所有点云竖向坐标的平均值，将拼接对象拼接在路表纹理路段的首部或尾部得到完整拼接区域，采用三角形网络并连接完整拼接区域内的相邻点云得到完整的3D路面模型。

5.根据权利要求4所述一种路表激励的获取方法，其特征在于，按照如下方法在所述3D路面模型上进行整车动态模拟分析以获得轮胎滚动半径以及轮胎平衡半径，由轮胎滚动半径与平衡半径之差随时间的变化曲线确定轮胎滚动过程中的路表激励：建立包含但不限于车身、悬架、发动机、轮胎的整车模型，在所述3D路面模型上进行不同行车状况下的动态模拟分析，采集轮胎滚动半径以及平衡半径随时间的变化曲线，求解轮胎滚动半径与平衡半径之差随时间的变化曲线得到路表激励。