CN113008985B - 一种利用轮胎/路面噪声评价道路路面构造的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种利用轮胎/路面噪声评价道路路面构造的方法，包括以下步骤：使用轮胎路面噪声综合分析模型提取由于路面粗糙度引起的路面振动噪声；计算轮胎路面动态耦合有效接触面积；根据路面振动噪声，结合轮胎路面动态耦合有效接触面积，计算路面纹理构造曲线；路面纹理构造曲线可以定量反映路面行车舒适度，路面噪声越小，路面行车舒适度越高。本发明可以解决现有技术中存在的不能定量的反映路面有效接触粗糙度对行车舒适性影响的技术问题。

Description

一种利用轮胎/路面噪声评价道路路面构造的方法
技术领域
本发明涉及路面信息检测技术领域，具体涉及一种利用轮胎/路面噪声评价道路路面构造的方法。
背景技术
目前车辆轮胎与路面之间接触耦合而产生的胎/路噪声信号，绝大部分用于路面构造深度、路面抗滑指标的快速检测，该类检测指标均用于支撑和辅助现代路面养护管理的方案决策。然而路面的实际使用者是公众驾乘人员或无人驾驶车辆，该类群体并不关注路面养护而比较注重路面的实际驾乘舒适性。这就需要对路面行车舒适性进行快速检测与评价从而辅助指导公众驾乘人员的出行选择和无人驾驶车辆的路况避障。
现有的技术方案中，主要是通过对于路面平整度、宏观构造、微观构造与轮胎/路面噪声水平进行研究和同步分析；采用频数分析法和相关性分析法对不同结构或纹理形式的路面，进行平整度、宏观构造、微观构造与轮胎/路面噪声的同步测试与相关性分析；揭示路面纹理构造特征与轮胎/路面噪声之间的内在规律，从路面纹理构造的角度评价路面行车舒适性。该种方法计算出的结果仅适用于确定轮胎/路面噪声的区域划分与参考限值，而不能定量的反映现有路面有效接触粗糙度对行车舒适性的影响。
当前并没有一种技术方案从路面工程角度切入，将基于胎/路有效接触的路面纹理构造检测指标用于评价路面行车舒适性。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提出一种利用轮胎/路面噪声评价道路路面构造的方法，以解决现有技术中存在的不能定量的反映路面有效接触粗糙度对行车舒适性影响的技术问题。
本发明采用的技术方案如下：
第一方面，提供了一种利用轮胎/路面噪声评价道路路面构造的方法，包括以下步骤：
使用轮胎路面噪声综合分析模型提取路面振动噪声；
计算轮胎路面动态耦合有效接触面积；
根据路面振动噪声，结合轮胎路面动态耦合有效接触面积，计算路面纹理构造曲线。
进一步的，轮胎路面噪声综合分析模型包括物理子模型和统计子模型，从时域和频域两个方面分别对轮胎路面噪声数据进行分析。
进一步的，路面振动噪声的计算方法具体如下：
在上述式中：ptyre-road表示通过声学传感器采集到的轮胎路面噪声，pairflow表示空气动力学噪声，pcavity表示气腔共振噪声，paerodyn表示空气流背景噪声；
a、b、c表示表示三分之一倍频程回归系数，F表示轮胎负载重力，S表示轮胎胎面刚度，α1、α2表示回归指数，B表示轮胎宽度，V表示车辆行驶速度；
Gpattern表示胎面花纹功率谱，β1和γ1表示回归指数。
进一步的，轮胎路面动态耦合有效接触面积的计算方法具体如下：
在上式中：k表示轮胎硬度系数，A表示轮胎路面有效接触面积，F表示轮胎负载重力，P表示轮胎气压。
进一步的，计算路面纹理构造曲线具体按照以下步骤进行：
对路面振动噪声进行数据分段重构，得到二维矩阵；
对二维矩阵进行离散短时傅里叶变换、带通滤波，得到噪声声压矩阵；
对噪声声压矩阵采用主成分分析法进行处理，提取得到第一主成分分量；
对第一主成分分量进行数据标准化；
对数据标准化后的第一主成分分量在频域上积分，得到轮胎路面有效接触单位面积上的轮胎路面声压能量；
根据轮胎路面声压能量计算路面纹理构造，得到路面纹理构造曲线。
进一步的，对路面振动噪声进行数据分段重构，满足以下公式：
在上式中：lenslide表示每次滑动的长度，lendata表示路面振动噪声pvibr的数据长度，mod表示求余函数。
进一步的，对数据标准化后的第一主成分分量在频域上积分，按以下公式进行计算：
在上式中：f、f0、f1、表示频率，dn表示数据标准化后的第一主成分分量。
进一步的，根据轮胎路面声压能量计算路面纹理构造，按以下公式进行计算：
在上述式中：en表示轮胎路面声压能量，a和b为系数，A表示轮胎路面有效接触面积。
第二方面，提供了一种电子设备，包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序；
当一个或多个程序被一个或多个处理器执行，使得一个或多个处理器实现第一方面提供的利用轮胎/路面噪声评价道路路面构造的方法。
第三方面，提供了一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，计算机程序程序被处理器执行时实现第一方面提供的利用轮胎/路面噪声评价道路路面构造的方法。
由上述技术方案可知，本发明的有益技术效果如下：
1.通过本实施例中的技术方案，构建的轮胎路面噪声综合分析模型可有效从胎/路噪声中提取出路面振动噪声，再结合轮胎路面动态耦合有效接触单位面积，计算出路面纹理构造曲线。
2.路面纹理构造曲线可以定量反映路面行车舒适度，路面纹理构造越小，行车舒适度越高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明实施例1的轮胎/路面纹理构造曲线示意图；
图2为本发明实施例1的轮胎路面噪声综合分析模型示意图；
图3为本发明实施例1的路面纹理构造计算方法流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
实施例1
本实施例提供了一种利用轮胎/路面噪声评价道路路面构造的方法，包括以下步骤：
使用轮胎路面噪声综合分析模型提取路面振动噪声；
计算轮胎路面动态耦合有效接触面积；
根据路面振动噪声，结合轮胎路面动态耦合有效接触面积，计算路面纹理构造曲线。
以下对实施例1工作原理进行详细说明：
路面纹理构造是指轮胎在路面上滚动时，由不同的路面有效接触构造与胎面之间的撞击，而产生不同程度的振动噪声。由于纹理构造的幅值不同，从而可以构成不同形状的轮胎/路面纹理构造曲线，如图1所示。在本实施例中，以此路面纹理构造曲线来量化表征路面对行车舒适度的影响。
根据包络曲线的定义，轮胎/路面的有效接触面积会受轮胎因素、路面因素、轮胎负载、行驶速度等物理量的影响，因此需要构建一个轮胎路面噪声综合分析模型。如图2所示，该综合分析模型包括物理子模型和统计子模型，并从时域和频域两个方面，分别对轮胎路面噪声数据进行分析，从中提取、计算出反映路面有效接触构造的路面纹理构造曲线。
在本实施例中，通过安装在轮胎旁侧的声学传感器对轮胎路面噪声进行采集。轮胎路面噪声ptyre-road包括：路面振动噪声pvibr、空气动力学噪声pairflow，气腔共振噪声pcavity和空气流背景噪声paerodyn，并且不同噪声源为非相干噪声，因此需要通过所构建的轮胎路面噪声综合分析模型提取出由于路面有效接触构造所引起的路面振动噪声pvibr，并结合轮胎路面动态耦合有效接触单位面积A，计算出路面纹理构造曲线。计算流程如图3所示，具体如下：
一、计算路面振动噪声
对于路面振动噪声pvibr，按以下公式(1)-(4)进行计算：
在上述式(1)中：ptyre-road表示通过声学传感器采集到的轮胎路面噪声，pairflow表示空气动力学噪声，pcavity表示气腔共振噪声，paerodyn表示空气流背景噪声。
在上述式(2)中：a表示三分之一倍频程回归系数，F表示轮胎负载重力，S表示轮胎胎面刚度，α1、α2表示回归指数，B表示轮胎宽度，V表示车辆行驶速度。
在上述式(3)中：b表示三分之一倍频程回归系数，Gpattern表示胎面花纹功率谱(包括：轮胎花纹节距比例、轮胎花纹节距排列、轮胎花纹节距错位)，β1表示回归指数。
在上述式(4)中：c表示三分之一倍频程回归系数，V表示车辆行驶速度，γ1表示回归指数。
在本实施例中，三分之一倍频程回归系数a,b,c的取值范围为0～1；根据实验，回归指数α1、α2的经验取值分别为1.6，0.45；β1的经验取值为0.065，γ1的经验取值为2.36。
二、计算轮胎路面动态耦合有效接触面积
对于轮胎路面动态耦合有效接触面积的计算，由于在一般情况下充气轮胎的刚度主要由充气压力和轮胎尺寸结构控制；而在标准工作压力下，轮胎结构本身只占轮胎承载能力的10％～15％。在轮胎负荷和轮胎胎压共同作用下，本实施例中以轮胎自身变形产生的下沉量来计算轮胎路面有效接触面积A，具体使用以下公式(5)进行计算：
在上述式(5)中：k表示轮胎硬度系数(对于不同类型轮胎，硬度系数不同)，A表示轮胎路面有效接触面积(单位为m2)，F表示轮胎负载重力(单位为N)，P表示轮胎气压(单位为N/m2)。
三、计算路面纹理构造曲线
1、数据分段重构
通过轮胎路面噪声综合分析模型提取出来的路面振动噪声pvibr，是按照时间序列的离散数字信号。所以需要对该信号以一定时间长度进行数据分段重构。在本实施例中，时间长度设为1秒，并以lendata个数据点为滑动窗进行numwin次滑动，每次滑动的长度为lenslide并满足以下公式(6)：
在上述式(6)中：lenslide表示每次滑动的长度，lendata表示路面振动噪声pvibr的数据长度，mod表示求余函数。通过式(6)的计算，可以得到一个lendata·numwin的二维矩阵。
2、频域转化及带通滤波
对分段重构之后的数据(lendata·numwin的二维矩阵)进行离散短时傅里叶变换，将信号从时间域变换到频率域，再通过通带为0～2kHz的带通滤波器，得到满足如下公式(7)的矩阵数据：
在上述式(7)中：f1＝0Hz，fn＝2KHz；P1@f1表示频率为f1的噪声声压。
3、第一主成分分量提取及数据标准化
对0～2kHz频段内的信号采用主成分分析法进行处理，提取得到第一主成分分量d，提取第一主成分分量是因为第一主成分分量能够表征出原始声学信号的绝大部分特性，同时可滤除掉引擎、鸣笛等外界干扰信号。将第一主成分分量d按照如下公式(8)进行数据标准化：
4、计算声压能量
对数据标准化后的第一主成分分量dn在频域上按照40～700Hz范围进行积分，得到声压能量en；
5、计算路面纹理构造
通过连续时间内的轮胎路面有效接触单位面积上的轮胎路面声压能量en可以表征路面纹理构造Noutline，具体按以下公式(10)进行计算：
在上述式(10)中：en表示轮胎路面有效接触单位面积上的轮胎路面声压能量，a和b为系数(在本实施例中，a＝0.026，b＝4.5)，A表示轮胎路面有效接触面积。
按照上述公式(10)进行计算，路面纹理构造在不同的时间点会对应不同的数值，将这些计算出的数值连成曲线，就得到了路面纹理构造曲线。
通过本实施例中的技术方案，构建的轮胎路面噪声综合分析模型可有效从胎/路噪声中提取出路面振动噪声，再结合轮胎路面动态耦合有效接触单位面积，计算出路面纹理构造曲线；路面纹理构造曲线可以定量反映路面行车舒适度，路面纹理构造越小，行车舒适度越高。
实施例2
提供了一种电子设备，包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序；
当一个或多个程序被一个或多个处理器执行，使得一个或多个处理器实现实施例1提供的利用轮胎/路面噪声评价道路路面构造的方法。
实施例3
提供了一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，计算机程序程序被处理器执行时实现实施例1提供的利用轮胎/路面噪声评价道路路面构造的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (8)

1.一种利用轮胎/路面噪声评价道路路面构造的方法，其特征在于，包括以下步骤：
使用轮胎路面噪声综合分析模型提取路面振动噪声；所述路面振动噪声的计算方法具体如下：
在上式中：ptyre-road表示通过声学传感器采集到的轮胎路面噪声，pairflow表示空气动力学噪声，pcavity表示气腔共振噪声，paerodyn表示空气流背景噪声；a、b、c表示表示三分之一倍频程回归系数，F表示轮胎负载重力，S表示轮胎胎面刚度，α1、α2表示回归指数，B表示轮胎宽度，V表示车辆行驶速度；Gpattern表示胎面花纹功率谱，β1和γ1表示回归指数；
计算轮胎路面动态耦合有效接触面积，计算式如下：
在上式中：k表示轮胎硬度系数，A表示轮胎路面有效接触面积，F表示轮胎负载重力，P表示轮胎气压；
根据路面振动噪声，结合轮胎路面动态耦合有效接触面积，计算路面纹理构造曲线。
2.根据权利要求1所述的一种利用轮胎/路面噪声评价道路路面构造的方法，其特征在于：所述轮胎路面噪声综合分析模型包括物理子模型和统计子模型，从时域和频域两个方面分别对轮胎路面噪声数据进行分析。
3.根据权利要求1所述的一种利用轮胎/路面噪声评价道路路面构造的方法，其特征在于，计算路面纹理构造曲线具体按照以下步骤进行：
对路面振动噪声进行数据分段重构，得到二维矩阵；
对二维矩阵进行离散短时傅里叶变换、带通滤波，得到噪声声压矩阵；
对噪声声压矩阵采用主成分分析法进行处理，提取得到第一主成分分量；
对第一主成分分量进行数据标准化；
对数据标准化后的第一主成分分量在频域上积分，得到轮胎路面有效接触单位面积上的轮胎路面声压能量；
根据轮胎路面声压能量计算路面纹理构造，得到路面纹理构造曲线。
4.根据权利要求3所述的一种利用轮胎/路面噪声评价道路路面构造的方法，其特征在于，对路面振动噪声进行数据分段重构，满足以下公式：
在上式中：lenslide表示每次滑动的长度，lendata表示路面振动噪声pvibr的数据长度，mod表示求余函数，numwin表示矩形窗个数。
5.根据权利要求3所述的一种利用轮胎/路面噪声评价道路路面构造的方法，其特征在于，对数据标准化后的第一主成分分量在频域上积分，按以下公式进行计算：
在上式中：f、f0、f1、表示频率，dn表示数据标准化后的第一主成分分量。
6.根据权利要求3所述的一种利用轮胎/路面噪声评价道路路面构造的方法，其特征在于，根据轮胎路面声压能量计算路面纹理构造，按以下公式进行计算：
在上述式中：en表示轮胎路面声压能量，a和b为系数，A表示轮胎路面有效接触面积。
7.一种电子设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现权利要求1-6中任一所述的基于轮胎路面有效接触的路面纹理构造计算方法。
8.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时，实现权利要求1-6中任一所述的基于轮胎路面有效接触的路面纹理构造计算方法。
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