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三维路面不平度测量系统开发及路面重构研究

发布时间:2018-05-10 18:46

  本文选题:路面不平度 + 激光测距 ; 参考:《青岛大学》2016年硕士论文


【摘要】:路面不平度是车辆行驶中受到的的主要激励,不仅影响影响车辆的平顺性、操纵稳定性、燃油经济性以及安全性等方面,而且影响车辆动力系统和传动系统的寿命。由路面不平度产生的车辆随机动载荷不仅造成路面的损坏、影响路面的使用寿命和服务能力,甚至还通过路-土作用到埋地管道,对其正常使用与安全运行带来严重地影响。然而,如何较为精确地测量路面的不平度信息,重构虚拟路面是汽车动态性能仿真研究的关键。本文在二维激光测距仪的基础上,研制了三维路面不平度测量系统。对影响测量精度的因素进行了分析,确定了测量系统的误差来源和待标定的参数。采用遗传算法建立了测量系统待标定参数识别的优化计算模型,获得了标定参数的最优值。利用标定后的参数对路面测点坐标计算公式进行了修正,对标定参数的正确性进行了验证实验。研究了激光测距仪扫描角、电机转角和步进角对路面测量间距的影响,确定了实际测量时的电机的步进角及所测路面范围。利用研制的三维路面不平度测量系统测取了两种典型路面点云数据,借助Geomagic Studio逆向工程软件对测得的点云数据进行简化降噪处理,获得了两种典型路面的数字模型。在获得简化降噪处理的点云数据基础上,利用Delaunay三角剖分准则、三角网生长算法和自然邻点插值算法对两种典型路面进行了三维虚拟重构。同时,采用EMD经验模态分解法去除由路面坡度引起的趋势项,得到了相应路面等级的三维虚拟路面。最后,利用Matlab中软件的基于AR模型的功率谱密度估计函数Pyulear对重构路面进行了谱分析,得到了虚拟重构路面的不平度状况。本文的研究成果可为车辆动态仿真及车-路耦合动力学研究提供较为准确的虚拟路面模型,具有重要的科学意义和实用价值。
[Abstract]:Road roughness is the main excitation in vehicle driving, which not only affects vehicle ride comfort, handling stability, fuel economy and safety, but also affects the life of vehicle power system and transmission system. The random dynamic load of the vehicle caused by the road roughness not only causes the pavement damage, affects the pavement service life and service ability, but also affects the normal use and safe operation of the buried pipeline through the road-soil action. However, how to accurately measure the road surface roughness information and reconstruct the virtual pavement is the key of vehicle dynamic performance simulation. Based on the two-dimensional laser rangefinder, a three-dimensional pavement roughness measurement system is developed in this paper. The factors influencing the measurement accuracy are analyzed, and the error source of the measurement system and the parameters to be calibrated are determined. The genetic algorithm is used to establish the optimal calculation model for the identification of the parameters to be calibrated in the measurement system, and the optimal value of the calibration parameters is obtained. The calculation formula of measuring point coordinates is modified by using the calibrated parameters, and the correctness of the calibration parameters is verified by experiments. The influence of scanning angle, motor rotation angle and step angle of laser rangefinder on the measuring distance of road surface is studied, and the stepping angle of motor and the range of road surface measured in actual measurement are determined. The point cloud data of two typical pavements are measured by using the developed 3D pavement roughness measurement system. The point cloud data measured by Geomagic Studio reverse engineering software are simplified and the digital models of the two typical road surfaces are obtained. On the basis of obtaining the point cloud data of the simplified noise reduction, using the Delaunay triangulation criterion, triangulation growth algorithm and natural neighbor interpolation algorithm, the 3D virtual reconstruction of two typical road surfaces is carried out. At the same time, the EMD empirical mode decomposition method is used to remove the trend term caused by the gradient of the pavement, and the 3D virtual pavement with corresponding pavement grade is obtained. Finally, the power spectral density estimation function (Pyulear) based on AR model of software in Matlab is used to analyze the spectrum of reconstructed pavement, and the unevenness of virtual reconstructed pavement is obtained. The research results in this paper can provide a more accurate virtual road surface model for vehicle dynamic simulation and vehicle-road coupling dynamics research, which has important scientific significance and practical value.
【学位授予单位】:青岛大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:U461.51;TN249

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本文编号:1870443

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