高维载重车辆－道路耦合非线性系统动力学研究

汽车动力学和道路动力学是两个独立的学科，汽车动力学将路面作为激励，研究汽车的操纵性、舒适性和安全性，道路动力学将汽车作为移动载荷，研究路基路面的响应和寿命。本项目提出通过三维轮胎模型将车辆和道路耦合在一起，形成一个车辆-道路耦合系统并进行动力学研究，旨在构建一个新的交叉学科研究框架- - 车辆-道路耦合系统动力学。本项目的科学问题是研究车辆-道路这个高维刚柔耦合非线性系统的动力学行为及机理，发展高维非线性动力学的研究方法，拓展非线性动力学的研究领域，丰富非线性动力学的研究内容；工程技术意义在于，研究载重车辆-道路耦合系统在三维移动轮胎载荷下的动力学行为，使得系统的描述更接近实际，对于载重车辆的优化设计、道路设计、施工以及减少道路的早期破坏均有重要的应用价值。这是一个汽车动力学、道路动力学和非线性动力学相交叉的崭新课题，具有重要的理论意义和工程应用价值。

汽车动力学和道路动力学是两个独立的学科，汽车动力学将路面作为激励，研究汽车的操纵性、舒适性和安全性，道路动力学将汽车作为移动载荷，研究路基路面的响应和寿命。本项目提出通过三维轮胎力将车辆和道路耦合为一个整体，对车辆、道路及车辆-道路耦合系统动力学进行了理论、仿真及实验研究。主要内容包括：基于室内实验、现场调研建立了重型车辆的多自由度模型和多体动力学模型以及粘弹性道路的多层板、多层体系和有限元模型；采用积分变换法、复模态方法对车路耦合系统进行了解析研究；采用数值积分对车路耦合系统系统进行了动力学仿真；构建了车路耦合实验段并进行了现场实验。研究中提出了车辆-道路耦合系统动力学的研究框架，这是一个汽车动力学、道路动力学和非线性动力学相交叉的崭新课题，具有重要的理论意义；针对具体车型和路段进行建模和参数选取，使系统描述更接近实际，总结了系统参数对车辆平顺性和道路破坏的影响规律，研究成果对于载重车辆的优化设计、道路结构的设计、施工和疲劳寿命预测均有重要的应用价值。