本发明属于汽车系统动力学仿真技术领域，特别是一种基于Matlab/Adams联合仿真的真实路谱再现系统和方法。
背景技术：
汽车系统动力学仿真技术是汽车设计制造中一项不可或缺的技术，尤其是在汽车操纵稳定性分析、疲劳分析和NVH分析领域，能显著缩短产品开发周期、降低开发成本，为汽车结构改进和优化设计提供可靠参考。
但是目前在车辆虚拟仿真分析中，作为初始输入条件的载荷信号往往是整车在虚拟路面环境下仿真提取的载荷谱，精度较低，而直接通过道路试验提取载荷信号又存在成本高、载荷谱提取位置和类型受限等问题。通过在仿真环境中再现真实道路载荷谱，以此作为车辆系统动力学仿真分析驱动信号，能更准确而高效地模拟整车/零部件的运动学和动力学特性。
经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN 105092261 B，公开日为03月13日，公开了一种道路载荷测试方法及系统，主要通过虚拟迭代技术，获得用于进行仿真的道路载荷数据。但该方法及系统需要依赖专用的虚拟迭代软件，而且软件内部虚拟迭代算法在进行载荷迭代再现时无法适应不同模型特点，容易出现不收敛和部分道路谱再现精度低的问题。
技术实现要素：
本发明所解决的技术问题在于提供一种基于Matlab/Adams联合仿真的真实路谱再现系统和方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种基于Matlab/Adams联合仿真的真实路谱再现系统，包括：
基于Nastran的整车/零部件有限元模型：在Nastran软件中建立整车/零部件有限元模型，以输出模态中性文件的方式输出整车/零部件柔性体模型；
基于ADAMS/View的整车/零部件系统动力学仿真模块：在ADAMS/View中建立整车/零部件刚体系统模型，将模态中性文件导入刚体系统模型中替换刚体文件为柔性体，建立刚柔耦合系统动力学仿真模型；
基于MATLAB/Simulink的整车/零部件真实路谱再现联合仿真模块：包括路试道路谱采集与信号处理子模块、频率响应函数估计子模块和误差分析与修正子模块，通过路试道路谱采集与信号处理子模块、频率响应函数估计子模块实现期望响应信号的获取和分通道式频率响应函数的建立，结合分通道式频率响应函数和期望响应信号计算初始驱动信号，将初始驱动信号用于激励系统动力学仿真模型，提取仿真响应信号，将仿真响应信号与期望响应信号进行比较、修正，提取最终的驱动信号即为真实路谱再现激励信号。
一种利用上述的系统再现真实路谱的方法，包括如下步骤：
步骤(1)：整车/零部件系统刚柔耦合建模及仿真分析；
步骤(2)：道路载荷谱采集和预处理：获取期望响应信号；
步骤(3)：分通道频率响应函数估计：建立表征刚柔耦合模型动态响应特性的分通道式频率响应函数；
步骤(4)：驱动信号修正及响应信号再现：结合分通道式频率响应函数和期望响应信号U(t)计算初始驱动信号D(t)，将初始驱动信号D(t)用于激励系统动力学仿真模型，提取仿真响应信号Y(t)，将仿真响应信号Y(t)与期望响应信号U(t)进行做差得到偏差信号R(t)，以加权误差为指标来衡量信号再现精度，若偏差信号R(t)的加权误差超过5％，则将偏差信号R(t)通过频响函数转换后作为修正量d(t)加入驱动信号，用修正后的驱动信号再次激励统动力学仿真模型，重复上述步骤直至仿真响应信号Y(t)满足再现精度，提取最终的驱动信号即为真实路谱再现激励信号。
进一步的，所述步骤(1)具体为在Nastran软件中建立整车/零部件有限元模型，输出模态中性文件，输出整车/零部件柔性体模型；在ADAMS/View中建立整车/零部件刚体系统模型，将模态中性文件导入刚体系统模型中替换刚体文件为柔性体，建立刚柔耦合系统动力学仿真模型。
进一步的，所述整车/零部件柔性体模型是在有限元软件中采用模态综合法进行模态计算，形成以结构低阶模态坐标来表征结构复杂动力学特性的模态中性文件。
进一步的，所述柔性体模型在导入ADAMS/View中替换刚体模型后进行连接设置，对照实车路试方案在整车/零部件模型上设置激励位置及方式，定义响应位置及类型，调试模型静动平衡，建立刚柔耦合系统动力学仿真模型。
进一步的，所述步骤(2)具体为：确定载荷谱采集方案，提取实车道路试验时整车/零部件载荷谱，对采集的原始载荷谱进行预处理，获取期望响应信号。
进一步的，提取实车道路试验时整车/零部件载荷谱的方式为通过在车身采样点粘贴加速度传感计和应变片提取原始载荷谱；所述对采集的原始载荷谱进行预处理为频谱分析、去奇异值、滤波、去零点漂移、去趋势项和重采样。
进一步的，所述步骤(3)具体为：在频率响应函数估计模块中生成白粉红噪声信号驱动系统动力学仿真模型，提取测点响应信号，在频率响应函数估计模块中分析各激励-响应通道的频响特性，建立表征刚柔耦合模型动态响应特性的分通道式频率响应函数。
进一步的，所述白粉红噪声驱动信号采用Shape法生成，且所述白粉红噪声驱动信号的能量和频宽与路试载荷谱信号相匹配；所述分通道式频率响应函数是通过分析不同激励-响应通道的频域特征，采用非参数识别法分别建立各个通道的频率响应函数，从而将系统的整体频响函数分割为分通道式频率响应函数。
进一步的，所述的真实路谱再现激励信号作为整车/零部件系统动力学仿真分析的激励信号，从而再现整车/零部件系统上任意位置在真实路谱激励下的运动学和动力学特性。
本发明与现有技术相比，其显著优点如下：
本发明基于MATLAB/Simulink和ADAMS/View构建联合仿真模型，结合实车道路试验采集到的载荷谱，在虚拟仿真环境下实现了真实路谱再现，该方法具有普遍适用性和可调性；同时，通过建立分通道式频率响应函数，提高了路谱再现精度和效率。
附图说明
图1本发明真实路谱再现系统示意图。
图2为本发明实施例的驾驶室道路试验加速度响应载荷谱；其中图(a)为处理前，图(b)为处理后。
图3为本发明实施例的分通道频率响应函数估计流程。
具体实施方式
下面结合本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示为本发明一种基于Matlab/Adams联合仿真的真实路谱再现系统和方法实施例的框图，包括：基于Nastran的整车/零部件有限元模块、基于ADAMS/View的整车/零部件系统动力学仿真模块和基于MATLAB/Simulink的整车/零部件真实路谱再现联合仿真模块；其中联合仿真模块包括路试道路谱采集与信号处理子模块、频率响应函数估计子模块和误差分析与修正子模块。其中，联合仿真是在MATLAB/Simulink环境下向外部调用ADAMS/View软件进行的，由联合仿真模块输出驱动信号来激励系统动力学仿真模型进而提取响应信号。
真实路谱再现方法具体包括以下步骤：
a)整车/零部件系统刚柔耦合建模及仿真分析，具体方式为：在Nastran中建立车架有限元模型，采用模态综合法进行模态计算，将车架前15阶模态振型和模态坐标输出形成模态中性文件，形成车架柔性体模型；在ADAMS/View中建立包含驾驶室总成、橡胶悬置减振系统、车架系统的多刚体系统动力学模型，将车架柔性体模型导入ADAMS中替换刚体车架模型，在模型耦合处通过定义运动副的方式进行连接；进一步在车架下方通过建立SPRING驱动副的方式建立7个激励信号，使车架运动自由度与实际行驶工况相符，同时在驾驶室与车架相连接的悬置处定义7个响应信号采样点，提取加速度信号；调试模型静动平衡，从而建立商用车驾驶室刚柔耦合系统动力学仿真模型；
b)道路载荷谱采集和预处理，具体方式为：在该商用车驾驶室与车架相连接的悬置处布置7个加速度传感器，确定试验场中卵石路、鱼鳞坑路、搓扳路、模拟三级国内公路特征强化试验路等典型路面为道路试验路面，记录车辆试验过程中的原始加速度载荷谱；对采集的原始载荷谱进行预处理，主要包括频谱分析、去奇异值、滤波、去零点漂移、去趋势项和重采样，获取期望响应信号，图2以左后悬置处响应信号为例对比预处理前后信号差别；
c)分通道频率响应函数估计，具体方式为：如图3所示，在频率响应函数估计模块中采用Shape法生成白粉红噪声驱动信号，所述白粉红噪声驱动信号采用位移信号，信号的边界频率、截止频率和带宽与路试载荷谱信号特征一致，利用白粉红噪声驱动信号激励驾驶室仿真模型，提取测点加速度响应信号；在频率响应函数估计模块中分析各激励-响应通道的频响特性，建立表征刚柔耦合模型动态响应特性的分通道式频率响应函数H，分通道式频率响应函数H在频响函数估计模块中以矩阵形式表示，具体为：
其中Hij是指第i个响应点-第j个激励点间通道的频响函数，通过分析各个单通道系统的结构阶次和频域特性，分别采用H1、H2、H3和H4法对不同通道频响函数Hij进行无偏估计，进而构建分通道式频率响应函数H(jω)。
驱动信号修正及响应信号再现，具体方式为：结合分通道式频率响应函数和期望响应信号U(t)计算初始驱动信号D(t)，将初始驱动信号D(t)用于激励系统动力学仿真模型，提取仿真响应信号Y(t)，将仿真响应信号Y(t)与期望响应信号U(t)进行做差得到偏差信号R(t)，以加权误差为指标来衡量信号再现精度，若偏差信号R(t)的加权误差超过5％，则将偏差信号R(t)通过频响函数转换后作为修正量d(t)加入驱动信号，用修正后的驱动信号再次激励统动力学仿真模型，重复上述步骤直至仿真响应信号Y(t)满足再现精度，提取最终的驱动信号即为真实路谱再现激励信号。可以作为整车/零部件系统动力学仿真分析的激励信号，从而再现整车/零部件系统上任意位置在真实路谱激励下的运动学和动力学特性。
