§8-1 路面测量技术及数据处理
一、路面测量技术
为了精确预测车辆对路面激励输入的响应，首先要做的工作就是对路面本身进行恰当描述及表达。获得路面特征的惟一方法就是测量，有以下几种测量技术可供使用：
(1)经典测量技术 一种古老的测量方法是使用水平仪和标尺进行路面不平度测量。这种方法非常精确，但费时费工，目前已很少采用。
(2)路面不平度测量仪 目前常采用的测量方法是使用路面不平度测量仪，其结构原理如图8—1所示。路面不平度测量仪有单轨和双轨两种形式。一般安装在车体或拖车上，通过拖带的从动轮来测量路面不平度。如要测量左右两轮轨迹的路面输入之间的关系，可用双轨式测量仪通过两个从动轮测得。在对路面不平度测量仪的悬架设计时，必须保证从动轮始终与地面接触，保持在合理的行驶速度下，路面轮廓能被准确测量。在对路面测量信号处理及建模时，一般要对信号的频率范围有所限制。通过频宽的上下截止，使得所建立的路面模型中只
包括我们认为有用的频率信号。相对一般汽车车轮来说，测量仪的从动轮较小、较硬，它通常由一个硬质的小窄轮胎构成。由于汽车轮胎与地面有一定的接触长度，对路面不平中的小分量有包络效应，因而在建模中无需反映那些太细的路面纹理结构。而测量仪的硬质小轮比通常的车用轮胎小，可以测量出更多的路面高频小幅值分量，故采用上截止频率的办法来滤掉这些分量，以简化数据处理工作。如果仅考虑影响平顺性的频段信号成分，尽量提高其分辨率，则无需采集那些伴随大波长(波峰和波谷)的极低频段内的路面位移信号，可用带通滤波器将极低频信号去除。
(3)非接触式路面测量装置 假如路面的细致纹理也需考虑，则可以采用非接触式测量方法，如激光或超声波方法，工作原理如图8．2所示。路面与测量装置中的质量块问的相对位移可由加速度传感器间接获得。非接触式路面测量装置通常安装在车辆前部的支承横梁上，可安装多个测量装置进行多道同时测量。
(4)倾斜测量装置可使用一辆双轮小车(工作原理见图8．3)并配合自立式陀螺仪来测量非路面的不平度n。’。地表面的倾斜度由陀螺仪测量，然后通过积分得出位移。例如，两轮间距为150mm，那么就可获得波数高达3～4cycle／m的空间频率信息。如果测量车以2“s车速行驶，那么所测得的不平度信号频率域可覆盖至8Hz。
二、数据处理
汽车动力系统 通常实测所得的路面轮廓通常不会遵循某一特定的模式，如图8．4a所示为一典型的实测路面截面曲线。假设所取的典型样段可在一段距离内重复出现，那么就可以用代表性路段对该路面进行处理，将信号分解为一系列的傅里叶分量，并可表示为由各种波长的正弦波组成的集合。例如以20m／s的车速行驶，记录里程为2400m，记录时间丁为120s，那么由傅里叶变换可生成如图8-4b所示的线谱图。线谱的频率分别为1／120Hz、2／120Hz、3／120 Hz等。
由于波段频谱方式反映了线谱分析的过程和方式，即线谱的位置取决于记录的信号长度。如用功率谱密度代替频谱线可克服这一不足，图8-4e所示的功率谱密度表达即为路面位移的频域描述，其频率范围还可扩展到1／(2丁)以下。
§8-2 路面输入模型
一、频域模型
大量的路面测量文献表明，对于不同等级的路面，主要区别在于路面粗糙程度的不同，通
常用路面不平度系数G。来表示其粗糙程度。如果将一段平滑路面的所有频谱成分的振幅均按一定比例增加，实际上就可形成一段粗糙路面的路面谱。这样，就可以方便地用一个通用的谱密度函数来大致表达不伺粗糙程度的路面，以作为车辆系统的输入激励。
二、时域模型
1．积分白噪声
2．滤波白噪声
三、四轮输入时的考虑
对于车辆在硬路面、直线行驶时，后轮的路面输人具有与前轮相同的输入轨迹，只是时间上存在着一定的滞后。在恒定车速下，其滞后时间为轴距与车辆行驶速度的比值。因而在车辆行驶动力学时域仿真分析时，只需将前轮的路面输入模型滞后一定时间后再输入给后轮即可。
四、小结
§8-3 特殊路面输入
对车辆而言，大多数路面基本上都可看作是随机输入，但实际中还是有很多其他形式的输入。这些特殊路面输入有些是实际中自然形成的，有些是供试验专用的。为了对车辆进行各种性能和可靠性的测试，汽车试验路面是对实际中存在的各种道路经过集中、浓缩而构建特定形状的路面。汽车可靠性强化试验道路有二十几种典型路面，
(1)石块路(比利时路) 石块路是汽车行业一致认同的汽车可靠性行驶试验路面，是考核汽车轮胎、悬架系统、车身、车架以及结构部件的强度、振动和可靠性的理想路面。
(2)卵石路 汽车在卵石路上行驶时，除了引起垂直跳动外，不规则分布的卵石还对车轮、转向系统和悬架系统造成较大的纵向和横向冲击。卵石路的路面谱指数接近于1，路面等级为F级。
(3)扭曲路扭曲路由左右两排互相交错分布的凸块组成，凸块形状有梯形、正弦波形和环锥形等。主要是使汽车产生强烈的扭曲，以检验车辆的车架、车身结构强度和各系统的连接强度、干涉等。扭曲路功率谱密度峰值的带宽可达到6．8～8．3m，峰值功率高达E级。
(4)搓板路 搓板路每个凸起近似于正弦波，是砂石路上常见的路况。波长范围为0．5～1．1 m，主要用于汽车的振动特性、平顺性、可靠性试验。为了造成左右车轮相位差，常将左右两侧的搓板错位布置或斜置某一角度。其峰值功率高达G级。 此外，还有鱼鳞坑路、条石路、石板路、波形路等连续路面输入。汽车试验场还为车辆提供一些离散的输入，如坑洞、剧烈冲击、猫眼式反光路标、混凝土路面裂缝等。
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