路面谱

机械振动道路路面谱测量数据的报告1范围本文件规定了测量垂直路谱数据报告的统一方法,该方法适用于单轮辙或多轮辙路谱测量。

本文件适用于公路、街道、高速公路和越野路的垂直路谱数据测量报告,不适用于铁路。

本文件不包括测量、数据处理设备及其方法。

2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。

其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

IEC61260-1电声学等百分比带宽滤波器第1部分：规格。

3术语和定义ISO2041界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1空间频率spatial frequency波长的倒数。

注：空间频率以m-1表示。

3.2功率谱密度power spectral density（PSD）信号在单位频率范围内的有限均方值。

注：对于单边谱，在X—Y线性坐标下功率谱密度函数的积分值应该等于原信号在其频率分布范围内的方差（σ2）。

若仅统计0~∞频率范围内的谱，由于谱的对称性，则谱值乘2。

3.3位移PSD displacement PSD路面垂直位移的功率谱密度。

3.4速度PSD velocity PSD在单位距离内，路面垂直位移变化率（路面垂直位移的斜率）的功率谱密度。

3.5加速度PSD acceleration PSD在单位距离内，路面垂直位移斜率变化率的功率谱密度。

3.6褪色decolouring消除测量系统传递函数对PSD的影响。

注：在进一步处理PSD原始值之前，必须进行褪色处理。

即，用测量得到的PSD除以测量系统传递函数模的平方。

3.7平滑PSD smoothing数据块中的移动和平均处理过程。

注：在本文件中“未经平滑处理的PSD”，是指直接从测量数据中计算得到的PSD，或者在计算中使用的频率带宽与表2所示不同。

“平滑处理的PSD”，是指经过5.1.2所示的平均处理而获得的PSD。

写出路面谱的时域表达式咱就这么想哈，路面谱其实就是描述路面不平度的一种数学式子。

那在时域里呢，它就像是在讲述路面随着时间变化的一个“故事”。

你看啊，路面它不是平平整整的，有高有低，有坑洼有凸起。

这个时域表达式呢，就得把这些随着时间的变化给表示出来。

比如说，我们可以想象有一个函数，这个函数的自变量就是时间t。

那这个函数的形式可能会很复杂哦。

它可能是一个多项式的形式，就像y = a₀+ a₁t+ a₂t²+ … + aₙtⁿ。

这里面的a₀、a₁、a₂等等，都是一些系数，这些系数就决定了路面在不同时间点的高低起伏情况。

比如说，a₀可能代表了路面的一个初始高度，a₁就表示随着时间变化，路面高度变化的一个速度之类的。

又或者呢，它可能是一个三角函数的组合形式。

像y = A₁sin(ω₁t + φ₁)+ A₂sin(ω₂t + φ₂)+ …。

这里面的A₁、A₂就是振幅啦，表示路面起伏的大小，ω₁、ω₂是角频率，它和路面起伏的周期有关，φ₁、φ₂是相位，这个就决定了这些起伏在时间上的先后顺序啥的。

还有一种可能呢，就是指数函数的形式。

比如说y = B₁e⁽λ₁t⁾+ B₂e⁽λ₂t⁾+ …。

这里面的B₁、B₂是系数，λ₁、λ₂就和路面的一些衰减或者增长的特性有关。

比如说，如果是在考虑路面的一些磨损或者修复情况，这个指数函数可能就比较合适啦。

不过呢，要真正确定这个时域表达式，还得根据实际的路面测量数据来。

我们可以用一些专门的仪器去测量路面在不同时间的高度变化，然后根据这些数据来拟合出一个合适的表达式。

再比如说，要是在不同的路况下，这个表达式又会有不同哦。

像在城市的柏油马路上，可能它的起伏就比较小，那表达式里的系数就会比较小，函数的变化就比较平缓。

但要是在那种山区的土路上，那路面的起伏可就大了，表达式里的系数就会比较大，函数的变化就很剧烈。

概括性来讲呢，路面谱的时域表达式是一个很有趣又很复杂的东西，它能让我们更好地了解路面的状况，对很多工程应用都有很大的帮助呢。

路谱为本词条添加义项名道路谱，指道路路面谱，简称路谱，指的是路面不平度的功率谱密度曲线。

作为汽车振动输入的路面不平度，主要采用位移功率谱密度描述其统计特性，路面不平度的时间历程可以视作平稳随机过程处理。

目录1路谱定义2路谱的采集与测量3路谱采集的意义展开1路谱定义道路谱，指道路路面谱，简称路谱，指的是路面不平度的功率谱密度曲线。

作为汽车振动输入的路面不平度，主要采用位移功率谱密度描述其统计特性，路面不平度的时间历程可以视作平稳随机过程处理。

1.1路面不平度路面不平度，是车辆工程常用的名词，道路工程则常用路面平整度。

路面不平度指的是道路表面对于理想平面的偏离，它具有影响车辆动力性、行驶质量和路面动力载荷三者的数值特征。

路面不平度曲线的纵坐标是路面的纵向位移变化值，横坐标表示道路的长度，是时间域的一种，在应用上称为长度域或空间域。

路面不平度根据波长可分为长波、短波和粗糙纹理三种类型。

其中长波引起车辆的低频振动，短波引起车辆的高频振动，而粗糙纹理则引起轮胎的行驶噪音。

1.2道路谱的数学模型在实际的工程应用中，由于目前没有形成比较完整的道路谱数据库，因此在很多设计开发试验中，使用的道路模型都是虚拟生成的。

由于应用的需要这方面的研究有很多，例如功率谱模型、时间序列模型、小波模型、分形模型等。

2路谱的采集与测量路谱的测量主要分为接触式和非接触式两种。

真实路形测量技术，可以认作独立的一类测量方法。

2.1接触式道路谱测量具体方式有：水平仪和标杆，直梁基准仪器，三米直尺，多轮仪，颠簸累积仪，递推式路面计结2.2接触式道路谱测量具体方式有：车载式颠簸累积仪，惯性基准的加速度测量路谱方法，惯性基准的激光断面仪，纵向分布多个位移传感器的测量方法2.3真实路形测量技术具体方式有：拖车式的真实路形计，可精确修正车身姿态的测量方法。

3路谱采集的意义汽车的许多构件上都产生动态应力，引起疲劳损伤，其最终破坏形式是疲劳断裂。

路谱的采集，尤其是载荷谱的采集，其意义就是为随后的实验室台架试验或者多体动力学仿真分析提供可靠地数据支持，从而使工程师对汽车各构建的疲劳寿命能够做出准确的预测与判断。

路面谱名词解释
路面谱（Road Spectrum）是指路面不平度的功率谱密度曲线，用于描述道路表面凹凸起伏的空间频率特性，通常用来研究轮胎与路面之间的振动特性，并提供振动响应分析所需的输入。

路面谱是道路工程领域中重要的物理量，用于评估路面的平整程度、行车舒适性以及轮胎的磨损等。

路面谱的测量通常采用位移功率谱密度（Displacement Power Spectral Density, DSP）或速度功率谱密度（Velocity Power Spectral Density, VPS）的方法进行。

其中，DSP方法使用较多，可以通过在路面表面安装传感器，如加速度传感器、位移传感器等，采集路面的振动数据，并通过信号处理技术得到路面谱。

路面谱的应用非常广泛，如可用于研究车辆悬挂系统、轮胎设计、路面设计等，以提高车辆行驶的平顺性、舒适性和安全性。

同时，路面谱还可用于评估路面的使用性能和寿命，为道路养护和维修提供依据。

路面谱测量技术研究现状及发展1 引言路面不平度通常用来描述路面的起伏程度，是汽车行驶过程中的主要激励，影响车辆行驶的平顺性、乘坐舒适性、操纵稳定性、零部件疲劳寿命、运输效率、油耗等各个方面。

所以对于汽车工程技术人员，研究分析路面不平度具有重要意义。

经过大量的路面不平度研究表明，路面功率谱密度能很好地表征路面不平度，是研究路面不平度特性的重要方式。

通过对路面谱的研究，可以改善汽车行驶的平顺性，提高汽车的可靠性及操纵性等。

通常把道路垂直纵断面与道路表面的交线作为路面不平度的样本，通过样本的数学特征方差或功率谱密度函数来描述路面，均值为零时，方差可以反映路面不平度大小的总体情况。

功率谱密度函数能够表示路面不平度能量在空间频域的分布，它刻画了路面不平度或者说路面波的结构。

当功率谱密度用坐标图表示时，坐标上功率谱密度曲线下的面积就是路面不平度方差。

从功率谱密度函数不仅能了解路面波的结构，还能反映出路面的总体特征。

因此，功率谱密度函数是路面不平度的最重要数学特征。

2 路面不平度研究现状与发展我们从车辆工程的角度出发探讨路面不平度在车辆设计、分析及应用中的功能和作用，从三个不同角度阐述路面不平度的研究现状和发展前景：首先是理论研究，分别从路面不平度的定义和数学模型进行了分析和探讨；其次是路面不平度的试验分析研究，包括路面不平度的采集、测量和试验验证等；另外就是路面不平度的工程应用研究，描述路面不平度在道路工程与车辆设计和研发的各个领域的应用。

2.1 路面不平度的理论研究2.1.1 路面不平度的定义路面不平度指得是道路表面对于理想平面的偏离，它具有影响车辆动力性、行驶质量和路面动力载荷三者的数值特征。

这是国际道路不平度试验（IRRE，1982年在巴西进行的项目）中的规定，它简洁地表示了路面不平度的评价指标，包涵客观评价指标（道路表面对于理想平面的偏离）和主观评价指标（用乘车人的主观感觉）来评价。

沿着车辆的行驶方向，也就是路面纵剖面的路面不平度，路面不平度根据波长可分为：长波、短波和粗糙纹理三种类型。

4.2.1 路面不平度模型路面不平度是车辆行驶过程中产生振动的主要外因，为了研究减振器的温升现象，需要得到路面的时域输入。

路面不平度函数是指路面相对于基准水平面的高度q ，沿道路走向长度I 的变化()q I ，也称为路面纵断面曲线，它是一个随机函数，只能从随机信号理论来分析它的统计特性。

作为车辆振动输入的路面不平度，主要采用路面功率谱密度)(n G q 描述其统计特性[98]，其拟合的表达式为：W q q n n n G n G -⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=00)()(，)(u l n n n ≤≤(4.37)式中：n 为空间频率，单位为1-m ；0n 为参考空间频率，101.0-=m n ；u l n n ,分别表示路面谱的下、上限空间频率；)(0n G q 为参考空间频率n 0下的路面谱值,称为路面不平度系数,单位为m 2/m -1；W 为频率指数,一般取W =2。

对于本文所研究的对象，其履带一方面滤掉了路面不平中比履带节空间频率更高的成分，使履带节的空间频率n T 成为履带车辆路面不平度的上限频率n u 。

另一方面两块履带板连接处的不平，又在路面不平度中添加了与履带节距相应的周期性激励。

已知某步兵战车履带节距为0.148m ，故路面不平度的空间上限频率11 6.7570.148u T n n m -===，按照国标推荐值取空间下限频率l n 为1011.0-m 。

将式(4.37)转化为时间频率路面不平度的功率谱密度()q G f 有：20021()()()q q q u G f G n G n n u f ==(4.38) 在时间频率域内，路面不平度垂直速度的功率谱密度为：22200()(2)()4()q q q G f f G f G n n u ππ== (4.39)在时间角频率域内，路面不平度垂直速度的功率谱密度为：2200()4()q q G G n n u ωπ= (4.40)由式(4.39)、(4.40)可知，当车辆行驶速度恒定时，路面不平度速度谱密度为常数22004()q G n n u π。

路谱为本词条添加义项名道路谱，指道路路面谱，简称路谱，指的是路面不平度的功率谱密度曲线。

作为汽车振动输入的路面不平度，主要采用位移功率谱密度描述其统计特性，路面不平度的时间历程可以视作平稳随机过程处理。

目录1路谱定义2路谱的采集与测量3路谱采集的意义展开1路谱定义道路谱，指道路路面谱，简称路谱，指的是路面不平度的功率谱密度曲线。

作为汽车振动输入的路面不平度，主要采用位移功率谱密度描述其统计特性，路面不平度的时间历程可以视作平稳随机过程处理。

1.1路面不平度路面不平度，是车辆工程常用的名词，道路工程则常用路面平整度。

路面不平度指的是道路表面对于理想平面的偏离，它具有影响车辆动力性、行驶质量和路面动力载荷三者的数值特征。

路面不平度曲线的纵坐标是路面的纵向位移变化值，横坐标表示道路的长度，是时间域的一种，在应用上称为长度域或空间域。

路面不平度根据波长可分为长波、短波和粗糙纹理三种类型。

其中长波引起车辆的低频振动，短波引起车辆的高频振动，而粗糙纹理则引起轮胎的行驶噪音。

1.2道路谱的数学模型在实际的工程应用中，由于目前没有形成比较完整的道路谱数据库，因此在很多设计开发试验中，使用的道路模型都是虚拟生成的。

由于应用的需要这方面的研究有很多，例如功率谱模型、时间序列模型、小波模型、分形模型等。

2路谱的采集与测量路谱的测量主要分为接触式和非接触式两种。

真实路形测量技术，可以认作独立的一类测量方法。

2.1接触式道路谱测量具体方式有：水平仪和标杆，直梁基准仪器，三米直尺，多轮仪，颠簸累积仪，递推式路面计结2.2接触式道路谱测量具体方式有：车载式颠簸累积仪，惯性基准的加速度测量路谱方法，惯性基准的激光断面仪，纵向分布多个位移传感器的测量方法2.3真实路形测量技术具体方式有：拖车式的真实路形计，可精确修正车身姿态的测量方法。

3路谱采集的意义汽车的许多构件上都产生动态应力，引起疲劳损伤，其最终破坏形式是疲劳断裂。

路谱的采集，尤其是载荷谱的采集，其意义就是为随后的实验室台架试验或者多体动力学仿真分析提供可靠地数据支持，从而使工程师对汽车各构建的疲劳寿命能够做出准确的预测与判断。

道路路面谱测量中数字信号处理应用综述摘要：道路路面不平度数据是车辆工程試验中研究外部输入激励的主要成分，影响车辆行驶的平顺性、乘坐舒适性、操纵稳定性、零部件疲劳寿命、运输效率、油耗等各个方面，在汽车工程领域中，常常使用道路谱，即路面不平度曲线的功率谱密度来反映路面的质量好坏。

本文对道路路面谱的测量方式、测试系统构成及信号的处理、曲线拟合及光滑等技术手段进行了简要综述。

关键词：道路路面谱；信号处理；FFT1、路面谱的简介道路路面不平度数据是车辆工程试验中研究外部输入激励的主要成分，影响车辆行驶的平顺性、乘坐舒适性、操纵稳定性、零部件疲劳寿命、运输效率、油耗等各个方面，在汽车工程领域中，常常使用道路谱，即路面不平度曲线的功率谱密度来反映路面的质量好坏。

因此准确获取某个地区的道路路面平整度和路面能量分布的总体概况就显得非常重要，只有获得了能够代表地区典型特征的道路谱，车辆设计开发人员才能有针对性的设计和开发车辆，才能准确地了解开发车辆的性能是否满足在该路该地区的道路上行驶。

2、路面谱的生成方法目前的车辆工程研究中，选择道路谱曲线，即道路路面不平度数据的功率谱密度PSD（Power Spectral Density）曲线作为车辆外部输入的主要分析工具。

PSD 是将道路断面看成由不同特性的短波、中波及长波组成，通过分析不同频率下的高程、速度、加速度的方差来分析路面断面的不平整性。

经过车辆振动系统作用后的功率谱分析可以比较不同波长下输入、输出的变化，从而知道平整度敏感的频率范围，有利于评价动力反应类平整度的特征，也为车辆振动系统的优化提供分析基础，故此在道路工程和车辆工程中被大量采用。

然而工程师们往往使用的是一条随机路段的PSD曲线，或者是一条仿真路面数据的PSD曲线，这些都不能在总体上、全局上，反映一个地区的路面特征，不利于汽车厂商针对不同的地区进行区域化分析和区域化车辆市场的投放和研发，因此为了能够能够生成代表地区或者道路类型的典型道路谱往往采用典型路段的选取和测量、道路谱计算和滤波、典型道路谱的提取三个步骤来完成。

道路路面谱测量中数字信号处理应用综述作者：何方方来源：《世界家苑·学术》2017年第07期摘要：道路路面不平度数据是车辆工程试验中研究外部输入激励的主要成分，影响车辆行驶的平顺性、乘坐舒适性、操纵稳定性、零部件疲劳寿命、运输效率、油耗等各个方面，在汽车工程领域中，常常使用道路谱，即路面不平度曲线的功率谱密度来反映路面的质量好坏。

本文对道路路面谱的测量方式、测试系统构成及信号的处理、曲线拟合及光滑等技术手段进行了简要综述。

关键词：道路路面谱；信号处理；FFT1、路面谱的简介道路路面不平度数据是车辆工程试验中研究外部输入激励的主要成分，影响车辆行驶的平顺性、乘坐舒适性、操纵稳定性、零部件疲劳寿命、运输效率、油耗等各个方面，在汽车工程领域中，常常使用道路谱，即路面不平度曲线的功率谱密度来反映路面的质量好坏。

因此准确获取某个地区的道路路面平整度和路面能量分布的总体概况就显得非常重要，只有获得了能够代表地区典型特征的道路谱，车辆设计开发人员才能有针对性的设计和开发车辆，才能准确地了解开发车辆的性能是否满足在该路该地区的道路上行驶。

2、路面谱的生成方法目前的车辆工程研究中，选择道路谱曲线，即道路路面不平度数据的功率谱密度PSD （Power Spectral Density）曲线作为车辆外部输入的主要分析工具。

PSD是将道路断面看成由不同特性的短波、中波及长波组成，通过分析不同频率下的高程、速度、加速度的方差来分析路面断面的不平整性。

经过车辆振动系统作用后的功率谱分析可以比较不同波长下输入、输出的变化，从而知道平整度敏感的频率范围，有利于评价动力反应类平整度的特征，也为车辆振动系统的优化提供分析基础，故此在道路工程和车辆工程中被大量采用。

然而工程师们往往使用的是一条随机路段的PSD曲线，或者是一条仿真路面数据的PSD曲线，这些都不能在总体上、全局上，反映一个地区的路面特征，不利于汽车厂商针对不同的地区进行区域化分析和区域化车辆市场的投放和研发，因此为了能够能够生成代表地区或者道路类型的典型道路谱往往采用典型路段的选取和测量、道路谱计算和滤波、典型道路谱的提取三个步骤来完成。