路面激励信号

傅里叶反变换的路面不平整matlab 程序1.引言1.1 概述概述部分主要介绍本篇文章的主题和背景，以及傅里叶反变换和路面不平整的相关概念。

傅里叶反变换是一种数学工具，能够将频域信号转换为时域信号。

它被广泛应用于信号处理、图像处理等领域，可以用来分析和合成信号。

在路面不平整的研究中，傅里叶反变换也扮演了重要角色。

路面不平整是指道路表面存在起伏、凹凸不平的现象。

由于交通运输的需求和不断增长的车辆流量，路面的平整度变得至关重要。

不平整的路面会影响行车安全、行驶舒适性以及交通效率，因此对于路面不平整的研究和评估具有重要意义。

本文旨在利用傅里叶反变换的原理，设计一种基于Matlab的程序，用于识别和分析路面不平整现象。

通过对实际路面数据的采集，利用傅里叶反变换将频域信号转换为时域信号，从而得到路面不平整的空间分布情况和特征。

文章将以引言、正文和结论三个部分来展开。

引言部分将详细介绍本文的研究背景、目的和结构。

正文部分将重点讲解傅里叶反变换的原理及其在路面不平整研究中的应用。

结论部分将对研究结果进行总结，并讨论本程序在实际应用中的潜在价值。

通过本文的研究，我们期望能够提供一种有效的分析和评估路面不平整的方法，为道路建设和维护提供科学依据，提升道路交通的安全性和舒适性。

同时，本文所开发的基于Matlab的程序也可作为工程实践和学术研究的参考，为相关领域的进一步探索提供支持和借鉴。

1.2 文章结构文章结构的设计对于文章的逻辑清晰度和读者的阅读体验至关重要。

在本文中，我们将以傅里叶反变换的路面不平整MATLAB 程序为主题，通过以下章节来构建文章的结构。

2. 正文2.1 傅里叶反变换在这一部分，我们将介绍傅里叶反变换的基本概念和原理。

首先，我们将对傅里叶变换进行简要回顾，然后详细讲解其反变换的定义和数学公式。

同时，我们将通过示例演示如何使用MATLAB 实现傅里叶反变换，并讨论其在信号处理和图像恢复领域的应用。

铁道车辆平稳性分析1.车辆平稳性评价指标1.1 sperling 平稳性指标欧洲铁路联盟以及前社会主义国家铁路合作组织均采用平稳性指数来评定车辆的运行品质。

等人在大量单一频率振动的实验基础上提出影响车辆平稳性的两个重要因素。

其中一个重要因素是位移对时间的三次导数,亦即z ⃛=ȧ（加速度变化率）。

若上式两边均乘以车体质量M c ,并将之积改写为F ，则M c z ⃛=F 。

由此可见,z ⃛在一定意义上代表力F 的变化率的增减变化引起冲动的感觉。

如果车体的简谐振动为z =z 0sinωt ,则z ⃛=−z 0ω3sinωt ，其幅值为： |z |⃛max =z 0(2πf)3（1） 影响平稳性指数的另一个因素是振动时的动能大小,车体振动时的最大动能为：12M c z 2=12M c (z 0ω)2=12M c (z 02πf )2=E d （2）所以：(z 02πf )2=2E dM c（3）sperling 在确定平稳性指数时,把反映冲动的z 0(2πf)3和反映振动动能(z 02πf )2的乘积(2π)5z 03f 5作为衡量标准来评定车辆运行平稳性。

车辆运行平稳性指数的经验公式为：W =2.7√z 03f 5F (f )10=0.896√a 3fF (f )10（4）式中 z 0——振幅（cm ）；f ——振动频率（Hz ）；a ——加速度(cm/s 2),其值为：a =z 0(2πf )2； F (f )——与振动频率有关的加权系数。

F (f )对于垂向振动和横向振动是不同的，具体情况见表1。

表1 振动频率与加权系数关系以上的平稳性指数只适用一种频率一个振幅的单一振动,但实际上车辆在线路上运行时的振动是随机的,即振动频率和振幅都是随时间变化的。

因此在整理车辆平稳性指数时,通常把实测的车辆振动加速度按频率分解,进行频谱分析,求出每段频率范围的振幅值,然后对每一频段计算各自的平稳性指数,然后再求出全部频率段总的平稳性指数：W=(W110+W210+⋯+W n10)0.1（5）Sperling平稳性指标等级一般分为5级，sperling乘坐舒适度指标一般分为4级。

2020/12车辆工程与技术丨Vehicle engineering and technology140车时代AUTO TIME 目前，对不平路面时域激励模型的建模方法主要有滤波白噪声法、三角级数法、逆傅里叶变换法等[1]。

三角级数法的基本原理是路面激励利用若干正、余弦波进行叠加而成，由于三角波的相位随机性，故可建立任意功率谱密度的路面模型。

三角级数法是一种高保真的频域模型转换方法，能够生成满足国家标准的随机路面激励[2]。

因此，本文采用三角级数法来构建随机路面不平度模型。

1三角级数路面激励模型建立1.1 路面的功率谱密度路面功率谱密度表示路面不平度能量在空间频域的分布[3]，按照国标GB7031-86《车辆振动输入―路面平度表示方法》[4]，路面不平度位移功率谱密度拟合表达式采用下式：()()00wq q n G n G n n −=（1）式（1）中：0n 为参考频率，100.1m n −=；()0q G n 为路面不平度系数，3m ；w 为频率指数，一般为2。

1.2 三角级数法基本原理设路面高程为平稳、遍历的均值为零的高斯过程[5]。

随机信号可以通过离散傅里叶变换分解为一系列不同频率的正弦波，谱密度等于由带宽划分的这些正弦波幅值的平方。

在空间频率谱密度为()q G n ，利用平稳随机过程的平均功率的频谱展开性质，路面不平度的方差2z σ为：()212n z q n G n dnσ=∫ （2）将区间（1n ,2n ）划为n 个区间，取每个小区间的中心频率()1,2,mid i n i n −=…,处的谱密度值()q mid i G n −代替()q G n 在整个小区间内的值，则离散化后近似为：()21nz q mid i i i G n n σ−=≈⋅∆∑ （3）小区间内要找到具有频率mid i n −且标准差为：()q mid i i G n n −⋅∆，则正弦波函数为：()()2sin 2q mid i i mid i i G n n n t πθ−−⋅∆⋅+将对应于各个小区间的正弦波函数叠加起来，可得路面随机输入：()()()12sin 2nq mid i i mid i i i q t G n n n t πθ−−==⋅∆⋅+∑（4）1.3 路面建模设空间频率范围为-1-10.011m 2.83m n <<[6]，车速为20m/s，利用三角级数构建C 级路面。

第41卷 第5期吉林大学学报(工学版) Vol.41 No.5 2011年9月Jo urnal o f Jilin U niv ersity(Engineering and T echno lo gy Edit ion) S ept.2011路面激励对汽车行驶平顺性影响的传递路径分析李 未1,2,王登峰1,陈书明1,秦 民3,程 超3,陈 振1(1.吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室,长春130022;2.长春大学车辆工程学院,长春130022;3.中国第一汽车集团公司技术中心,长春130011)摘 要:介绍了传递路径分析的基本原理,利用LMS/T PA软件,对某轿车由路面激励通过悬架和车身对驾驶员座椅地板垂直振动加速度的传递路径进行了分析。

通过实车道路试验和室内锤击法试验,详述了汽车振动传递路径分析与试验。

对影响整车行驶平顺性的悬架系统主要传递路径进行了分析识别。

结果表明,路面激励通过前悬架右下控制臂后点对驾驶员座椅地板Z方向振动加速度的贡献较大,尤其是该点Y方向的振动。

要改善该车型的行驶平顺性,应重点对前悬架右下控制臂后点衬套的隔振性能进行改进。

运用T PA方法不仅可以识别出各传递路径贡献量幅值的大小,还可以得到各贡献量幅值之间的相位关系,从而为以整车行驶平顺性为目标的悬架与车身各连结点处的隔振设计提供依据。

关键词:车辆工程;行驶平顺性;传递路径分析;振动源识别;贡献量中图分类号:U467.1 文献标志码:A 文章编号:1671 5497(2011)05 1193 06Transfer path analysis of effect of road surfaceexcitation on vehicle ride comfortLI Wei1,2,WAN G Deng feng1,CH EN Shu m ing1,QIN Min3,CH EN G Chao3,CH EN Zhen1(1.State K ey L abor ator y of A utomobile Simulation and Contr ol,J ilin Univer sity,Changchun130022,China;2.College of Vehicle Eng ineer ing,Changchun Univ er si ty,Changchun130022,China;3.R&D Centr e,China FA W Gr oup Co rp or ation,Chang chun130011,China)Abstract:The fundamentals of the transfer path analy sis(TPA)w as intro duced,the trasfer paths from the road surface excitation thro ug h v ehicle suspension and body to the acceler ation of vertical vibr ation of the flo or under the driver seat w ere analy zed using so ftw are LMS/T PA.T he vehicle road test and the indoo r ham mering test w ere performed to elucidate the vibratio n transfer paths.The dominant tr ansfer path in the suspension system that affects the vehicle ride com fo rt m ost w as identified.The results show that the co ntribution of the rear point of the rig ht low er contr ol arm of the front suspensio n to the Z direction v ibration acceleration of the floor under the driver seat is significant, especially in Y direction.In o rder to enhance the v ehicle ride comfort,the fo cus sho uld co ncentrate at the improv em ent of isolatio n perfo rmance of the bushing in the low er contr ol arm rear point o f the fro nt suspension.The T PA metho d can identify both o f the contr ibution amplitude of every transfer path and the phase r elation am ong each contribution amplitude.It provides a basis for the vibr ation收稿日期:2010 07 27.基金项目:国家自然科学基金项目(50975119);第一汽车集团公司产学研结合项目(A08 JL 021 2009).作者简介:李未(1982-),女,讲师,博士研究生.研究方向:汽车系统动力学与控制.E mail:lw0330@ 通信作者:王登峰(1963-),男,教授,博士生导师.研究方向:汽车系统动力学与控制.E mail:caew df@吉林大学学报(工学版)第41卷isolation desig n of the bushings betw een the junctio ns of the vehicle body and suspensio n.Key words:vehicle eng ineer ing;ride com fo rt;transfer path analysis (T PA );vibration sour ce identification;par tial contributio n汽车行驶平顺性即指汽车不因振动而使乘员感到不舒适或货物不因振动而受损的性能,主要是根据乘坐者的舒适程度来评价[1]。

由度半主动悬架的系统动力学模型。

该模型虽未对车身的侧倾与图1 二自由度1/4半主动悬架式中：m s为簧载质量的数值，单位kg；m t为非簧载质量的数值，单位kg；c0为悬架基础阻尼的数值，单位N/(m/s)；c f为可调阻尼系数的数值，单位N/(m/s)；k s、k t为悬架刚度系数的数值，N/m；x s为簧载质量位移的数值，单位m；x t为非簧载质量路面的接触性，路面激励的幅值随时间增大而递减，式中：x r(t)为路面垂向位移的数值，单位为频率数值，单位rad/s；v为车速数值，单位量纲；A0为初始路面振幅的数值，单位1.3 随机路面模型随机路面是最接近车辆实际运行工况的路面条件，考虑到路式中：n c为空间截止频率的数值，单位频率的数值，单位m-1；G0为路面不平度系数，无量纲高斯白噪声，无量纲；d为轮距的数值，单位的数值，单位m；x1、x2为状态变量，无量纲。

2 自适应控制策略研究2.1 路面频率识别因路面激励的频率输入与悬架振动的频率有较强的相关性，可通过采集减振器垂向振动的频率来替换路面激励输入的频率。

本文通过采用一阶过零点穿越法对频率进行估算，该算图2 路面频率识别模型式中：F ground为地棚阻尼力的数值，单位阻尼系数的数值，单位N/(m/s)。

2.2.3 SH-GH控制算法原理考虑到天棚控制与地棚控制分别只能改善车辆的平顺性与式如下：式中：F f为天地棚混合控制阻尼力的数值，单位权系数，无量纲。

图3 对扫频路面的识别结果与λground。

其表达式如下式中：λsky、λground分别为天棚控制与地棚控制的自适应增益系数，无量纲。

式中：F sky为天棚阻尼力的数值，单位数的数值，单位N/(m/s)。

2.2.2 地棚控制算法原理地棚控制算法与天棚控制算法的思路类似，假设一个虚拟的4和图5所示。

图4 随机路面下各评价指标对比曲线表1 有无自适应SH-GH 控制的悬架性能对比图5 扫频路面下各评价指标对比曲线性能指标参数被动悬架自适应SH-GH随机路面扫频路面随机路面扫频路面车身垂向加速度/（m/s 2）0.85181.05340.72810.8812轮胎动变形/m0.00190.00760.00180.0069仿真结果表明，配有自适应SH-GH 控制器的半主动悬架的车身垂向加速度（Sprung Mass Acceleration，SMA）与轮胎动变形（Dynamic Tyre Deformation，DTD）的均方根值均有不同程度的下降，具体数值如表1所示。

AUTO PARTS | 汽车零部件基于Simulink的1/4车辆悬架建模及仿真郑丽辉1　张月忠21.衢州职业技术学院 机电工程学院 浙江省衢州市 3240002.余姚朗德光电有限公司 浙江省宁波市　315400摘 要： 本文以1/4车辆悬架为研究对象，根据悬架动力学理论，建立动力学微分方程。

并在Matlab/Simulink环境下搭建路面激励模型和1/4悬架系统动力学仿真模型，对衡量悬架舒适性的车身加速度、悬架动行程、车轮动载荷三方面评价指标进行仿真研究，为悬架设计提供技术参考。

关键词：1/4车辆悬架　舒适性　仿真研究1　引言车辆悬架连接车身与车轮，传递两者之间的作用力和力矩，并通过弹性元件和阻尼元件的相互作用衰减不平路面引起的车辆振动，提高车辆平顺性与舒适性。

车辆悬架的类型可划分为被动悬架、半主动悬架和主动悬架三种，若悬架系统各元件的特性参数不可调整的称为被动悬架，可调整的称为半主动悬架，能根据控制反馈信号产生主动控制力，适应路况和车况变化的称为主动悬架。

本文以1/4车辆悬架为研究对象，根据其二自由度的简化力学模型建立微分方程，并基于Matlab/Simulink建立了仿真模型。

以某车型悬架参数为例，在以带限白噪声模拟的路面激励下，对衡量悬架舒适性的三方面评价指标进行仿真研究，为悬架设计提供技术参考。

2　1/4车辆悬架系统动力学模型由于车辆结构的复杂性决定了车辆悬架是多自由度互相耦合的非线性系统。

为分析问题方便，常将实车悬架模型简化成1/4车辆悬架二自由度模型。

简化过程作如下假设：（1）忽略簧载质量m2的变形，视其为刚体。

（2）车轮刚度k1和悬架减震弹簧刚度k2均为线性,忽略悬架减震器阻尼的迟滞现象。

（3）车辆行驶过程中,轮胎始终未脱离地面。

1/4车辆悬架二自由度力学模型如图1所示。

图中，m1为车轮质量，m2为车身质量，k1为车轮等效刚度，k2为悬架减震弹簧等效刚度，c为悬架减震器等效阻尼系数，q为路面激励，z1为车轮垂向位移，z2为车身垂向位移，Fd为主动控制力。

毕业论文说明书路面激励载荷时频域分析研究1 引言1．1 本课题研究的背景及意义随着经济的发展，高等级公路里程的增加，长途客流已成为我国公路运输的主要特征，长距离、长时间的驾驶作业已是平常。

这样使得隔振装置在汽车上发挥着越来越重要的作用，如轮胎、弹簧钢板、减振器、座椅、气囊等等。

这些装置缓和了路面不平传给人体的冲击，衰减了由此引起的振动，给驾驶员和乘员提供了舒适、安全的乘座条件及工作条件，车辆运输路面激励载荷的分析对隔振装置的设计起着关键性的作用。

此外，一些产品在运输过程中，由于包装不当而遭到破坏，这方面的损失是很大的。

产品在运输过程中遭到破坏的主要原因是包装方法、包装材料及包装结构不合理所致，其根本原因就是包装缺乏科学性。

车辆运输路面激励载荷的分析举证了包装产品在振动与冲击作用下的动力学规律。

同时，有助于商家在减振包装的设计方法与设计步骤中做到最好。

本文以汽车运输过程中路面的激励数据为对象，进行随机路面振动激励载荷特性的时频域分析和研究。

实际生活中路面对车辆的激励载荷在垂直、前进、左右三个方向上都存在，由于三个方向上激励载荷的相关性不是很大，且垂直方向上的激励载荷影响最为明显，故我们仅对这一方向上的数据进行分析。

1．2 振动信号的研究及现状车辆在行驶状态下的振动信号是不平稳的，用Fourier分析法和通常的时域分析方法是不能反映出车辆振动的本质特征的，这样也就是车辆的减震降噪相对变得困难。

因为非平稳动态信号的统计特性与时间有关，对非平稳信号的处理需进行时频分析，希望得到时域和频域中非平稳信号的全貌和局化结果[1]。

非平稳振动信号的处理方法中有短时傅立叶分析、Winger-vile分析、小波分析、Hilbert-huang变换和神经网络技术[6]。

短时傅立叶变换（STFT）[15]：通过一个窗口观察信号，将整个信号转化为若干个局部“平稳”的信号，再进而施行傅立叶变换，从而将一维信号映射为时间一频率面内的二维函数。

滤波白噪声路面激励引言白噪声路面激励是指在路面上行驶时，车辆所受到的噪声信号呈现出的随机性和平均分布性。

这种噪声信号对于车辆的振动和噪声控制产生了一定的影响。

为了降低白噪声路面激励对车辆的影响，滤波技术成为一种有效的方法。

本文将探讨滤波白噪声路面激励的原理、方法及其效果。

原理滤波是一种将输入信号中不需要的频率部分去除的过程。

在滤波白噪声路面激励中，滤波技术被用来去除噪声信号中的高频成分，从而降低对车辆的振动和噪声影响。

滤波器可以根据其不同的特性对信号进行处理，常见的滤波器有低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器等。

方法滤波白噪声路面激励的方法主要包括模拟滤波和数字滤波两种。

模拟滤波模拟滤波是指通过电子元器件对信号进行实时处理的方法。

在滤波白噪声路面激励中，模拟滤波器一般采用模拟电路来实现。

根据需要滤除的频率范围，选择不同类型的滤波器，如RC滤波器、LC滤波器或活性滤波器等。

模拟滤波器的优点是实时性好，但其性能受到电路元器件的限制，且对温度等环境因素较为敏感。

数字滤波数字滤波是指通过数字信号处理的方法对信号进行处理。

在滤波白噪声路面激励中，数字滤波器一般采用数字信号处理器（DSP）或者嵌入式处理器来实现。

数字滤波器的优点是参数可调性强，可以根据需要对滤波器进行优化，且不受环境因素的影响。

数字滤波器的处理过程包括采样、滤波和重构等步骤，其中滤波过程是最关键的一步。

效果滤波白噪声路面激励的效果主要体现在降低车辆振动和噪声水平两个方面。

降低振动水平白噪声路面激励会产生不规则的振动信号，对车辆的悬挂系统和车身结构会造成较大的振动。

通过滤波处理，可以有效地去除噪声信号中的高频成分，减小车辆振动的幅度，从而提升行驶的舒适性和稳定性。

降低噪声水平白噪声路面激励会产生较大的噪声信号，对车内的噪声水平会产生明显的影响。

通过滤波处理，可以在保持信号的基本特性不变的情况下，去除噪声信号中的高频成分，减小车内噪声的水平，提升车内的静谧性和舒适性。