本發(fā)明涉及輪胎性能監(jiān)測領(lǐng)域，具體涉及一種基于胎壓監(jiān)測的豎向車輪沖擊力實時測量方法。
背景技術(shù)：
：橋梁作為交通基礎(chǔ)設(shè)施的組成部分，在社會經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮著不可忽視的作用。以美國為例，全美有現(xiàn)役橋梁超60萬座，其平均年齡逾40年，病害橋梁約占25％。2007年，美國明尼阿波利斯I-35橋的倒塌造成了2億美元的經(jīng)濟損失。目前，我國正逐漸走出基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的黃金期，超過75萬座現(xiàn)役橋梁中有相當一部分正面臨著老齡化問題，調(diào)查顯示我國四、五類危橋數(shù)量超過9萬座。為了保障社會經(jīng)濟的正常發(fā)展，廣大現(xiàn)役橋梁亟待得到切實有效的維護管理。車輛荷載作為橋梁服役期間主要的荷載形式，在結(jié)構(gòu)性能退化過程中扮演著重要角色；同時車輛超重對橋面鋪裝和橋梁結(jié)構(gòu)的安全威脅日益明顯。為了更好地對進行橋梁維護管理以及為工程設(shè)計提供有價值的參考，車橋耦合問題成為了橋梁工程領(lǐng)域重大的研究課題。由于條件限制，人們一直難以測量真實的動態(tài)車輛荷載，往往只能考慮車輛的靜態(tài)質(zhì)量，而忽略了增益的豎向車輪沖擊力，這嚴重影響了結(jié)構(gòu)識別等對橋梁健康狀態(tài)的評估；如果采用考慮路面不平度等復(fù)雜算法，則不僅還需要知道準確的路面信息，還會增加計算難度。一旦能獲得車輛在橋梁行駛時的準確車輪力，而不僅僅是簡單的車輛靜態(tài)質(zhì)量，就可以在提高結(jié)果識別準確度的同時降低計算難度，顯著提升對橋梁健康狀態(tài)的評估效果。目前，存在一些測量車輪力的方法與技術(shù)，但是仍存在各種各樣的缺陷。動態(tài)稱重系統(tǒng)是檢查高速公路網(wǎng)絡(luò)中車輛超重的成熟技術(shù)，但是它只能獲得狹小范圍和短暫時間內(nèi)的車輪力，如車輛經(jīng)過橋頭時刻，而不能獲得車輛在經(jīng)過整座橋梁時的車輪力?；谳嗇瀾?yīng)變的車輪六分力測量系統(tǒng)能夠獲得車輪三個方向的受力信息，但是嚴格意義上這些六分力是針對輪轂變形而言，與真實的輪胎與地面的接觸力不同，因此該技術(shù)應(yīng)用于橋梁健康狀態(tài)評估時必將帶來誤差。此外，這種系統(tǒng)構(gòu)造過于復(fù)雜、提供的信息過多且成本高昂，故在橋梁工程領(lǐng)域沒有得到廣泛應(yīng)用。技術(shù)實現(xiàn)要素：發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種基于胎壓監(jiān)測的豎向車輪沖擊力實時測量方法。技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的一種基于胎壓監(jiān)測的豎向車輪沖擊力實時測量方法，采用一體化設(shè)備采集實時胎壓數(shù)據(jù)，經(jīng)過胎壓解旋轉(zhuǎn)預(yù)處理和胎壓-車輪力系統(tǒng)識別獲得對應(yīng)的車輪力，并根據(jù)標定校準方法進行校準。包括胎壓解旋轉(zhuǎn)預(yù)處理、胎壓-車輪力系統(tǒng)識別、標定校準方法和胎壓-車輪力測量的一體化設(shè)備。具體地，所述胎壓解旋轉(zhuǎn)預(yù)處理，是通過濾波方法排除輪胎旋轉(zhuǎn)時的氣壓不均勻分布所帶來的周期性干擾，使預(yù)處理后的胎壓數(shù)據(jù)直接反映豎向車輪沖擊力影響。具體地，所述胎壓-車輪力系統(tǒng)識別，是根據(jù)輪胎振動特征建立胎壓與豎向車輪沖擊力的關(guān)系模型，通過標定試驗中獲得的準確胎壓數(shù)據(jù)和準確車輪力數(shù)據(jù)識別關(guān)系模型中的具體參數(shù)，從而在后續(xù)正式測試中僅知胎壓的情況下計算出對應(yīng)的車輪力。具體地，所述胎壓-車輪力系統(tǒng)識別包括灰盒模型和黑盒模型兩種計算方法?？上嗷バＵ瑑?yōu)化結(jié)果。具體地，所述灰盒模型計算方法如下：首先，使用單自由度質(zhì)量-彈簧-阻尼模型描述輪胎豎向變形和豎向車輪沖擊力之間的關(guān)系，公式為cx·+kx=Ftire]]>其中，c為輪胎豎向阻尼；k為輪胎的豎向剛度；x為動荷載下的輪胎豎向變形，為其對時間的一階微分；Ftire為豎向車輪沖擊力；其次，由理想氣體方程建立胎壓與輪胎豎向變形之間的關(guān)系，公式為x=p0V0aA(p0+Δp)(1-p0p0+Δp)]]>x·=-p0Δp·V0aA(p0+Δp)2×(1-2p0p0+Δp)]]>其中，p0為輪胎初始壓強；Δp為動荷載作用下的輪胎氣壓變化，且需要經(jīng)過本發(fā)明提出的解旋轉(zhuǎn)預(yù)處理；為Δp對時間的一階微分；V0為輪胎靜載作用下內(nèi)腔初始體積；A為靜載作用下的輪胎接觸面積，輪胎變形對接觸面積的影響表現(xiàn)為由此，得到胎壓與豎向車輪沖擊力之間的關(guān)系，公式為Ftire=cp0V0(p0-Δp)aA(p0+Δp)3×Δp·+kp0V0ΔpaA(p0+Δp)2]]>最后，借助標定試驗獲得的準確胎壓數(shù)據(jù)和準確車輪力數(shù)據(jù)，由卡爾曼濾波識別胎壓-豎向車輪沖擊力公式中的未知參數(shù)；令待識別參數(shù)為輸出為輸入為u＝Ftire，則狀態(tài)變量為x1x2x3=yαβ]]>狀態(tài)方程為x1·x2·x3·=y·00=ux2-x1x300]]>觀測方程為y=[1,0,0]x1x2x3]]>由此，可以獲得完整的胎壓-車輪力公式，在僅知胎壓數(shù)據(jù)的情況下可以獲得對應(yīng)的車輪力數(shù)據(jù)。所述黑盒模型計算方法如下：假設(shè)輪胎氣壓變化和豎向車輪沖擊力之間滿足線性卷積關(guān)系，則在頻域內(nèi)有Ftire(w)＝Δp(w)H(w)其中，H(w)為頻響函數(shù)；Ftire(w)和Δp(w)分別是時程數(shù)據(jù)Ftire(t)和Δp(t)的傅里葉變換。使用標定試驗獲得的準確胎壓數(shù)據(jù)和準確車輪力數(shù)據(jù)，識別頻響函數(shù)。由此，可以在僅知胎壓數(shù)據(jù)的情況下可以獲得對應(yīng)的車輪力數(shù)據(jù)。具體地，所述胎壓-豎向車輪沖擊力測量的一體化設(shè)備，包括輪胎氣壓傳感系統(tǒng)、中央信號控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)；所述輪胎氣壓傳感系統(tǒng)通過輪胎氣壓傳感器采集輪胎內(nèi)腔氣壓變化數(shù)據(jù)，采用有線或無線控制方式，通過局部信號控制器與中央信號控制系統(tǒng)交流指令和數(shù)據(jù)；所述中央信號控制系統(tǒng)向數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)傳輸采集的數(shù)據(jù)；所述數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)利用內(nèi)嵌的實時豎向車輪沖擊力計算程序，對數(shù)據(jù)進行自動化分析，輸出車輪力的可視化評估結(jié)果。具體地，所述標定校準方法，是利用一套試驗設(shè)備和一種計算方法獲得準確的車輪力數(shù)據(jù)，對提出的基于胎壓監(jiān)測的豎向車輪沖擊力實時測量系統(tǒng)進行標定校準。標定校準的試驗設(shè)備集數(shù)據(jù)采集、信號傳輸和結(jié)果分析為一體，主要包括引橋軌道，主橋軌道，軌道加速度傳感系統(tǒng)，軌道支座力傳感系統(tǒng)，中央信號控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)；當輪胎在主橋軌道上滾動時，由采集的軌道振動信息獲得車輪力。輪胎由引橋軌道進入主橋軌道，其中主橋軌道只通過支座與地面接觸；由軌道加速度傳感系統(tǒng)采集軌道的豎向加速度并采用有線或無線方式，與中央信號控制系統(tǒng)交換指令和數(shù)據(jù)；由軌道支座力傳感系統(tǒng)采集軌道的支座力并采用有線或無線方式，與中央信號控制系統(tǒng)交換指令和數(shù)據(jù)；中央信號控制系統(tǒng)除了和兩個傳感系統(tǒng)交流數(shù)據(jù)和指令外，還向數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)利用內(nèi)嵌算法程序，對數(shù)據(jù)進行分析并輸出標定車輪力的可視化評估結(jié)果。力標定校準的計算方法如下，當輪胎在主橋軌道上滾動時，車輪力和軌道的結(jié)構(gòu)響應(yīng)之間滿足如下公式Ftire+Gtire＝∑Fbearing+∑ma其中，F(xiàn)tire是豎向車輪沖擊力；Gtire是輪胎的靜態(tài)載重；∑Fbearing是排除了主橋軌道自重后的各支座合力，即僅受到車輪影響；∑ma是主橋軌道各單元慣性合力。使用時，本發(fā)明的實施步驟如下：完成設(shè)備安裝與調(diào)試；通過標定試驗，獲得準確的胎壓數(shù)據(jù)和車輪力數(shù)據(jù)；胎壓解旋轉(zhuǎn)預(yù)處理；由灰盒模型或黑盒模型的系統(tǒng)識別獲得胎壓-車輪力之間的關(guān)系；在正式測試中由胎壓-車輪力測量一體化設(shè)備獲得胎壓數(shù)據(jù)；胎壓解旋轉(zhuǎn)預(yù)處理；由胎壓-車輪力之間的關(guān)系計算車輪力。本發(fā)明適用于橋梁工程、道路工程和車輛工程中與車輪力有關(guān)的一切科學(xué)研究和工程活動，不應(yīng)該將本專利的受保護權(quán)利限于橋梁工程領(lǐng)域內(nèi)。發(fā)明原理：1.胎壓-豎向車輪沖擊力測量的一體化設(shè)備可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、信號傳輸和結(jié)果分析等功能，完成從輪胎氣壓采集到實時車輪力可視化結(jié)果顯示等一系列環(huán)節(jié)。A.輪胎氣壓傳感系統(tǒng)輪胎氣壓傳感系統(tǒng)通過輪胎氣壓傳感器采集輪胎內(nèi)腔氣壓變化數(shù)據(jù)，采用有線或無線控制方式，通過局部信號控制器與中央信號控制系統(tǒng)交流指令和傳輸數(shù)據(jù)。B.中央信號控制系統(tǒng)中央信號控制系統(tǒng)能夠與輪胎氣壓傳感系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)交流指令和傳輸數(shù)據(jù)。C.數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)利用內(nèi)嵌的實時豎向車輪沖擊力計算程序，對中央信號控制系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行自動化分析，輸出可視化評估結(jié)果。2.所提出的標定校準方法可以獲得準確的豎向車輪沖擊力，方便識別胎壓和車輪力關(guān)系方程中的未知參數(shù)，從而可以在后續(xù)正式測試中由僅有的胎壓計算出車輪力。該方法主要包括一套一體化試驗設(shè)備和一種計算方法。(1)一體化試驗設(shè)備當輪胎在主橋軌道上滾動時，由采集的軌道振動信息獲得豎向車輪沖擊力。該設(shè)備集數(shù)據(jù)采集、信號傳輸和結(jié)果分析為一體。A.引橋軌道輪胎通過引橋軌道進入主橋軌道。引橋軌道不與主橋軌道直接連接，保證主橋軌道受力的獨立性。引橋軌道主要發(fā)揮過渡作用，使輪胎得以從靜止狀態(tài)進入理想的工況狀態(tài)。B.主橋軌道輪胎在主橋軌道行駛時，是標定試驗的關(guān)鍵階段。安裝在主橋軌道上的軌道加速度傳感系統(tǒng)和軌道支座力傳感系統(tǒng)記錄車輪力作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)，為計算標定車輪力提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。主橋軌道通過支座與地面接觸，每個支座上布置了力傳感器。主梁軌道按照計算精度劃分為多個單元，在每個單元上布置豎向加速度傳感器。主橋軌道可以按照工況需要設(shè)置不同路面情況。C.軌道加速度傳感系統(tǒng)軌道加速度傳感系統(tǒng)負責采集主橋軌道的豎向加速度數(shù)據(jù)，采用有線或無線方式與中央信號控制系統(tǒng)交換指令和數(shù)據(jù)。加速度傳感器應(yīng)布置于主橋軌道的各個單元上。D.軌道支座力傳感系統(tǒng)軌道支座力傳感系統(tǒng)負責采集主橋軌道的支座力數(shù)據(jù)，采用有線或無線方式與中央信號控制系統(tǒng)交換指令和數(shù)據(jù)。E.中央信號控制系統(tǒng)中央信號控制系統(tǒng)負責與軌道加速度傳感系統(tǒng)和軌道支座力傳感系統(tǒng)交換指令與數(shù)據(jù)，控制數(shù)據(jù)采集的開始與結(jié)束，處理好數(shù)據(jù)的同步性匹配問題，并向數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)反饋采集的加速度數(shù)據(jù)和支座力數(shù)據(jù)。F.數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)利用內(nèi)嵌算法程序處理由中央信號控制系統(tǒng)傳遞來的加速度數(shù)據(jù)和支座力數(shù)據(jù)，并以可視化形式輸出標定車輪力的計算結(jié)果。(2)計算方法當輪胎在主橋軌道上滾動時，車輪力和軌道的結(jié)構(gòu)響應(yīng)之間滿足如下公式Ftire+Gtire＝∑Fbearing+∑ma其中，F(xiàn)tire是豎向車輪沖擊力；Gtire是輪胎的靜態(tài)載重；∑Fbearing是排除了主橋軌道自重后的各支座合力，即僅受到車輪影響；∑ma是主橋軌道各單元慣性合力。3.胎壓解旋轉(zhuǎn)預(yù)處理由于氣壓傳感器相對于輪胎的位置是固定的，因此隨著輪胎轉(zhuǎn)動，傳感器的空間位置也在不斷變化，這對所采集到的輪胎氣壓數(shù)據(jù)帶來一定干擾。輪胎處于滾動狀態(tài)時，空腔內(nèi)的氣壓會產(chǎn)生穩(wěn)定的不均勻分布，如圖4所示。而氣壓傳感器隨著位置轉(zhuǎn)動會觀測到這種不均勻現(xiàn)象并在數(shù)據(jù)中直觀地表現(xiàn)為一種周期性趨勢變化，如圖5所示。這種周期性變化會使胎壓數(shù)據(jù)產(chǎn)生漂移，干擾胎壓與車輪力之間的關(guān)系。為了消除這種干擾，需要采用濾波方法消除旋轉(zhuǎn)影響。4.胎壓-車輪力系統(tǒng)識別的灰盒模型計算方法本發(fā)明提出一種結(jié)合了輪胎豎向振動模型和真實數(shù)據(jù)的灰盒模型計算方法來描述胎壓和豎向車輪沖擊力之間的關(guān)系。該計算方法分為以下幾大內(nèi)容：輪胎豎向振動模型、氣固耦合條件、胎壓-豎向車輪沖擊力方程和卡爾曼濾波參數(shù)識別。(1)輪胎豎向振動模型當車輛在路面行駛尤其是在路面較為粗糙或輪胎沖擊力較大等情況時，輪胎豎向變形和豎向車輪沖擊力之間耦合強烈。因此可以使用如圖6所示的單自由度質(zhì)量-彈簧-阻尼模型來描述輪胎豎向變形和地面豎向接觸力之間的運動關(guān)系，公式為cx·+kx=Ftire]]>其中，c為輪胎豎向阻尼；k為輪胎的豎向剛度；x為動荷載下的輪胎豎向變形，為其對時間的一階微分；Ftire為豎向車輪沖擊力。(2)氣固耦合條件當輪胎與地面接觸時，地面豎向接觸力會引起輪胎結(jié)構(gòu)變形，擠壓內(nèi)部氣體空間，從而引起密閉氣體的壓強變化。假設(shè)輪胎空腔內(nèi)氣體密閉恒溫，則滿足p0V0＝(p0+Δp)(V0+Ax)其中，p0為輪胎初始壓強；Δp為動荷載作用下的輪胎氣壓變化，且需要經(jīng)過本發(fā)明提出的解旋轉(zhuǎn)預(yù)處理；為Δp對時間的一階微分；V0為輪胎靜載作用下內(nèi)腔初始體積；A為靜載作用下的輪胎接觸面積，輪胎變形對接觸面積的影響表現(xiàn)為(3)胎壓-豎向車輪沖擊力方程通過輪胎豎向振動模型和氣固耦合條件，可以建立輪胎氣壓變化與豎向車輪沖擊力之間的關(guān)系，公式為Ftire=cp0V0(p0-Δp)aA(p0+Δp)3×Δp·+kp0V0ΔpaA(p0+Δp)2]]>(4)卡爾曼參數(shù)識別基于系統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)，卡爾曼濾波算法可以識別系統(tǒng)中的未知參數(shù)。利用這一特點，使用卡爾曼濾波算法識別胎壓-豎向車輪沖擊力方程中的未知參數(shù)。令待識別參數(shù)為輸出為輸入為u＝Ftire，則狀態(tài)變量為x1x2x3=yαβ]]>狀態(tài)方程為x1·x2·x3·=y·00=ux2-x1x300]]>觀測方程為y=[1,0,0]x1x2x3]]>完成參數(shù)識別后，在后續(xù)正式測試中就可以僅根據(jù)胎壓計算出對應(yīng)的豎向車輪沖擊力。5.胎壓-車輪力系統(tǒng)識別的黑盒模型計算方法在路面較為粗糙或輪胎沖擊力較大等情況時，地面振動會引起輪胎結(jié)構(gòu)變形，擠壓內(nèi)部氣體空間，從而引起密閉氣體的壓強變化，假設(shè)此時輪胎氣壓變化與車輪力之間存在短暫的、強烈的線性關(guān)系，并滿足線性卷積公式，則在頻域內(nèi)有Ftire(w)＝Δp(w)H(w)其中，H(w)為頻響函數(shù)；Ftire(w)和Δp(w)分別是時程數(shù)據(jù)Ftire(t)和Δp(t)的傅里葉變換。在標定試驗中獲取頻響函數(shù)H(w)后，便可以在正式測試中根據(jù)輪胎氣壓變化Δp(t)算出地面豎向接觸力Ftire(t)。有益效果：本發(fā)明通過一體化設(shè)備采集胎壓信息，結(jié)合內(nèi)嵌的胎壓解旋轉(zhuǎn)預(yù)處理和胎壓-車輪力系統(tǒng)識別算法，可準確測量對應(yīng)的車輪力，并根據(jù)標定試驗進行校準，具備以下顯著的進步：A.測量時間長。相比動態(tài)稱重系統(tǒng)，本發(fā)明可以測量車輛在長距離內(nèi)的豎向車輪沖擊力。B.測量輪胎與地面之間的接觸力。相比基于輪轂應(yīng)變的車輪六分力測量系統(tǒng)，本發(fā)明可以獲得輪胎與地面之間的接觸力，而不是輪轂力，更加嚴格符合車輪力的定義。C.傳感器簡單。與車輪六分力測量系統(tǒng)需要在輪轂上安裝復(fù)雜的應(yīng)變傳感器相比，本發(fā)明只需要在氣嘴上安裝一個胎壓傳感器。D.提供了兩種測量方法。本發(fā)明提出了灰盒模型計算方法和黑盒模型計算方法供用戶選擇，兩種方法可相互校正，得出可靠度更高的結(jié)果。E.可模擬多種路面的標定方法。與大型輪胎試驗機簡單的滾軸工況相比，本發(fā)明提出的標定方法能模擬復(fù)雜逼真的路面平整度，且所測量的車輪力不是車軸力而是地面接觸力。除了上面所述的本發(fā)明解決的技術(shù)問題、構(gòu)成技術(shù)方案的技術(shù)特征以及由這些技術(shù)方案的技術(shù)特征所帶來的優(yōu)點外，本發(fā)明的一種基于胎壓監(jiān)測的豎向車輪沖擊力實時測量方法所能解決的其他技術(shù)問題、技術(shù)方案中包含的其他技術(shù)特征以及這些技術(shù)特征帶來的優(yōu)點，將結(jié)合附圖做出進一步詳細的說明。附圖說明圖1是本發(fā)明的基于胎壓監(jiān)測的豎向車輪沖擊力實時測量系統(tǒng)的概念圖；圖2是本發(fā)明的胎壓-車輪力一體化設(shè)備圖；圖3是本發(fā)明的車輪力標定一體化設(shè)備圖；圖4是本發(fā)明的輪胎氣壓不均勻分布圖；圖5是本發(fā)明的由不均勻氣壓分布引起的氣壓傳感器數(shù)據(jù)周期性變化圖；圖6是本發(fā)明的輪胎與地面豎向振動關(guān)系動力學(xué)模型圖；圖7是本發(fā)明的一種基于胎壓監(jiān)測的豎向車輪沖擊力實時測量方法的實施流程圖；圖8是本發(fā)明的豎向車輪沖擊力標定效果圖；圖9是本發(fā)明的胎壓解旋轉(zhuǎn)預(yù)處理效果圖；圖10是本發(fā)明的卡爾曼估計算法參數(shù)α識別效果圖；圖11是本發(fā)明的卡爾曼估計算法參數(shù)β識別效果圖；圖12是本發(fā)明的頻響函數(shù)幅值識別效果圖；圖13是本發(fā)明的頻響函數(shù)相位識別效果圖；圖14是本發(fā)明經(jīng)過解旋轉(zhuǎn)預(yù)處理的胎壓測量值；圖15是灰盒模型的豎向車輪沖擊力計算值與真實值對比圖；圖16是黑盒模型的豎向車輪沖擊力計算值與真實值對比圖。具體實施方式實施例：如圖7所示，本實施例的基于胎壓監(jiān)測的豎向車輪沖擊力實時測量系統(tǒng)的工作流程如下：步驟1，胎壓-豎向車輪沖擊力測量的一體化設(shè)備安裝，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、信號傳輸和結(jié)果分析等功能，完成從輪胎氣壓采集到實時車輪力可視化結(jié)果顯示等一系列環(huán)節(jié)。整套設(shè)備如圖2所示。測試前，在輪胎上安裝輪胎氣壓傳感系統(tǒng)，由胎壓傳感器1.1和局部信號控制器1.2組成，分別負責信號采集和信號傳輸?？梢栽谲囕v內(nèi)布置中央信號控制系統(tǒng)2和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)3，分別負責總體信號傳輸和控制、數(shù)據(jù)分析工作。設(shè)備安裝完畢后，一次完整的測試流程應(yīng)當包括：數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)3控制測試開始；中央信號控制系統(tǒng)2向輪胎氣壓傳感系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)采集命令；輪胎氣壓傳感系統(tǒng)開始采集輪胎氣壓數(shù)據(jù)，采集完畢后將數(shù)據(jù)反饋到中央信號控制系統(tǒng)2；最后數(shù)據(jù)匯總到數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)3，結(jié)合內(nèi)嵌實時胎壓-豎向車輪沖擊力計算程序，對所采集的數(shù)據(jù)進行自動化分析，輸出可視化評估結(jié)果。為了保證測量結(jié)果的準確性，可以在輪胎內(nèi)部充入氮氣等低熱傳導(dǎo)性氣體，并在輪胎使用前后測量氣體溫度，確保使用前后氣體溫度的穩(wěn)定。步驟2，標定校準試驗。首先，需要安裝調(diào)試相關(guān)的一體化試驗設(shè)備，如圖3所示，選擇合適位置擺放兩條平行的軌道，由引橋軌道4和主橋軌道5組成，需要放置兩條平行的軌道以方便兩個車輪在上面行駛。引橋軌道4和主橋軌道5不能接觸。在主橋軌道上5上分隔合適數(shù)量的單元，每個單元下表面的正中位置安裝豎向加速度傳感器，組成軌道加速度傳感系統(tǒng)6。主橋軌道5通過支座與地面固定，每個支座上安裝豎向支座力傳感器，組成軌道支座力傳感系統(tǒng)7。選擇試驗室的合適位置安裝中央信號控制系統(tǒng)8和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)9。設(shè)備安裝完畢后，一次完整的標定流程應(yīng)當包括：數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)9控制測試開始；中央信號控制系統(tǒng)8向軌道加速度傳感系統(tǒng)6和軌道支座力傳感系統(tǒng)7發(fā)送數(shù)據(jù)采集命令；軌道加速度傳感系統(tǒng)6和軌道支座力傳感系統(tǒng)7同時開始采集數(shù)據(jù)；輪胎從引橋軌道4進入主橋軌道5，再由引橋軌道4下橋；輪胎下橋后，數(shù)據(jù)采集完畢，軌道加速度傳感系統(tǒng)6和軌道支座力傳感系統(tǒng)7將數(shù)據(jù)反饋到中央信號控制系統(tǒng)8；中央信號控制系統(tǒng)8將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)分析系統(tǒng)9，結(jié)合內(nèi)嵌計算程序，自動化輸出標定的豎向車輪沖擊力可視化結(jié)果，效果如圖8所示。胎壓數(shù)據(jù)的采集應(yīng)該與豎向車輪沖擊力數(shù)據(jù)的采集同步，獲得輪胎在引橋軌道4和主橋軌道5上全程對應(yīng)時刻的胎壓信息。采集的數(shù)據(jù)長度和樣本數(shù)量必須足夠豐富且準確，滿足輪胎系統(tǒng)識別計算的要求。工況條件必須與后期豎向車輪沖擊力正式測量時(僅有采集胎壓數(shù)據(jù))的相似，一般由輪胎承載重量、轉(zhuǎn)速、初始充氣壓力和路面平整程度等因素控制決定。步驟3，胎壓解旋轉(zhuǎn)預(yù)處理由于氣壓傳感器相對于輪胎的位置是固定的，因此隨著輪胎轉(zhuǎn)動，傳感器的空間位置也在不斷變化，這對所采集到的輪胎氣壓數(shù)據(jù)帶來一定干擾。輪胎處于滾動狀態(tài)時，空腔內(nèi)的氣壓會產(chǎn)生穩(wěn)定的不均勻分布，如圖4所示。而氣壓傳感器隨著位置轉(zhuǎn)動會觀測到這種不均勻現(xiàn)象并在數(shù)據(jù)中直觀地表現(xiàn)為一種周期性趨勢變化，如圖5所示。這種周期性變化會使胎壓數(shù)據(jù)產(chǎn)生漂移，干擾胎壓與車輪力之間的關(guān)系。為了消除這種干擾，需要采用濾波方法消除旋轉(zhuǎn)影響。胎壓解旋轉(zhuǎn)預(yù)處理，使得氣壓數(shù)據(jù)直接反映輪胎的振動?？梢酝ㄟ^濾波方法消除周期性趨勢線，消除不均勻氣壓分布的影響，處理效果如圖9所示。步驟4，胎壓-豎向車輪沖擊力系統(tǒng)識別通過灰盒模型或黑盒模型，建立胎壓與豎向車輪沖擊力之間的關(guān)系；結(jié)合標定校準獲得的準確的胎壓數(shù)據(jù)和車輪力數(shù)據(jù)，識別胎壓-車輪力關(guān)系公式中的未知參數(shù)。在獲得了胎壓-車輪力的完整關(guān)系后，就可以只由胎壓數(shù)據(jù)計算相應(yīng)的車輪力數(shù)據(jù)。(a)灰盒模型計算方法利用卡爾曼濾波算法，由標定試驗中獲得的豎向車輪沖擊力數(shù)據(jù)和經(jīng)解旋轉(zhuǎn)預(yù)處理后胎壓數(shù)據(jù)，識別胎壓-豎向車輪沖擊力方程中的未知參數(shù)和，效果如圖10和圖11所示。(b)黑盒模型計算方法由標定試驗中獲得的豎向車輪沖擊力數(shù)據(jù)和經(jīng)解旋轉(zhuǎn)預(yù)處理后胎壓數(shù)據(jù)，識別頻響函數(shù)，效果如圖12和圖13所示。步驟5，正式測試在獲得了完整的胎壓與豎向車輪沖擊力關(guān)系后，即可根據(jù)正式測試中采集的胎壓數(shù)據(jù)計算相應(yīng)的豎向車輪沖擊力?；液心Ｐ退惴梢愿鶕?jù)每時刻的胎壓數(shù)據(jù)得出實時的車輪力數(shù)據(jù)；而黑盒模型算法則可以根據(jù)一定時間段內(nèi)的胎壓數(shù)據(jù)得出對應(yīng)時段內(nèi)的車輪力數(shù)據(jù)。這兩種方法相互驗證，提高了計算結(jié)果的可靠性；也可以將兩種結(jié)果進行平均，得出優(yōu)化的地面豎向接觸力。為了說明結(jié)果的準確性，將本發(fā)明所提出方法的計算結(jié)果與標定真值進行對比，如圖14、圖15和圖16所示。以上結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式做出詳細說明，但本發(fā)明不局限于所描述的實施方式。對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，在本發(fā)明的原理和技術(shù)思想的范圍內(nèi)，對這些實施方式進行多種變化、修改、替換和變形仍落入本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。當前第1頁1 2 3