[发明专利]一种越野路面阻力快速获取方法

权利要求书

1.一种越野路面阻力快速获取方法，其特征在于：包括如下步骤，

步骤一：基于已知的路面激励，利用径向离散弹性单元轮胎模型，获取车轮所受地面的垂向力和纵向力，进而得到车轮受到的地面阻力；

步骤二：根据车辆质心位移，获取车辆前轮和后轮的质心位置，进而得到车轮对应位置的路面高程，根据路面高程和前后车轮的位置获取前后车轮构成的瞬时坡度，进而得到车辆前后轴轮胎下方的坡度高程，路面原始高程减去坡度引起的高程得到分离坡度后的路面高程，即通过对路面不平度激励进行坡度提取提高地面阻力获取效率；

步骤三：利用步骤一得到的地面阻力，能够快速分析预测车辆在越野路面上的动力学响应，为车辆在越野路面上性能改进提供支撑；

步骤一实现方法为：路面激励模型表示为路面高程y随车辆位移x变化的函数，即表示为y＝f(x)；

径向离散弹性单元轮胎模型将轮胎看作是由许多离散的径向弹性单元组成；

在径向离散弹性单元轮胎模型中，地面对轮胎的法向力F_N根据所有与地面接触的径向弹性单元计算得出，因此法向力F_N总是指向轮胎轮心，并且分成竖直方向和纵向的两个分力，分别记为F_Nz和F_Nx；法向力F_N与车轮垂向夹角定义为θ；选取其中一个径向弹性单元进行分析，该径向弹性单元与轮胎垂向的夹角为α_i，定义该径向弹性单元的形变量为△δ_i，当径向弹性单元下部对应的地面高程q_i，轮胎的垂向位移Z和轮胎半径R已知时，径向弹性单元形变量与上述参数存在如式(1)所示的近似关系；进而获取该径向弹性单元在垂向分力F_Niz和纵向分力F_Nix，如公式(1)至(3)所示；

(R-Δδ_i)sinα_i+q_i≈Z+R (1)

其中，K_R为径向弹性单元等效刚度；

由于径向弹性单元的形变量△δ_i实际中不小于0，因此根据公式(4)求出在平路面上时，轮胎与地面的接触角度的范围(α_min,π-α_min)；根据径向弹性单元的垂向力与静载荷相等得到径向弹性单元的刚度表达式如公式(5)所示；

由式(2)、式(3)知，采用离散的方式对下半轮弹性单元的垂向力F_Niz和纵向力F_Nix进行累加求和，根据公式(6)得到轮胎垂向力F_Nz，根据公式(7)纵向力F_Nx，即得到车轮所受地面的垂向力F_Nz和纵向力F_Nx；

步骤二实现方法为，车辆前后轮在路面上的位置分别为(x₂,y₂)和(x₁,y₁)，由于路面高程变化较大，导致车辆会产生一个倾斜角度，同时路面与轮胎的接触区域也比较大；将前后车轮形成的倾斜角度，看作路面的等效坡度，进而将原始路面分离为坡度激励和不平度激励；

步骤2.1：根据车辆纵向动力学获取车辆质心位移x_t，t时刻车身质心位移表示为公式(8)：

式中v为车辆车速，x_t为t时刻的质心位移；

步骤2.2：根据车辆质心位移x_t获取前轮位置(x₁,y₁)和后轮位置(x₂,y₂)，t时刻前轮轮心位置获取由公式(9)和公式(11)所示，前轮轮心位置获取由公式(10)和公式(12)所示：

x₂＝x_t+l_f (9)

x₁＝x_t-l_r (10)

式中，x₁、x₂分别为后轮和前轮的位置，l_f、l_r分别为质心到前轴和后轴的距离；

y₁＝f(x₁) (11)

y₂＝f(x₂) (12)

步骤2.3：根据前轮位置(x₁,y₁)和后轮位置(x₂,y₂)，获取前后轮构成的瞬时坡度β：

步骤2.4：由瞬时坡度β，得到车辆前后轮胎下方的坡度高程y_p，坡度高程y_p获取如公式(14)所示：

y_p＝y₁+tanβ(x-x₁) (14)

其中，x∈[x₁-R,x₁+R]∪[x₂-R,x₂+R]，R为轮胎半径；

步骤2.5：根据路面原始高程y和坡度高程y_p，得到分离坡度后的路面高程q，分离坡度后的路面高程q获取如公式(15)所示：

q＝y-y_p (15)

步骤2.6：联立式(16)至式(18)，得到路面激励坡度和不平度激励分离后的地面阻力F_r，提高地面阻力获取效率；

F_i＝mg tan(β+β₀) (16)

F_f＝F_Nz·f (17)

F_r＝F_i+F_Nx+F_f (18)

式中，f为轮胎在水平良好路面下的滚动阻力系数。