[发明专利]一种基于胎压监测的竖向车轮冲击力实时测量方法

权利要求书

1.一种基于胎压监测的竖向车轮冲击力实时测量方法，采用一体化设备采集实时胎压数据，经过胎压解旋转预处理和胎压-车轮力系统识别获得对应的车轮力，并根据标定校准方法进行校准，其特征在于：

所述胎压-车轮力系统识别包括灰盒模型和黑盒模型两种计算方法，

所述灰盒模型计算方法如下：

首先，使用单自由度质量-弹簧-阻尼模型描述轮胎竖向变形和竖向车轮冲击力之间的关系，公式为

其中，c为轮胎竖向阻尼；k为轮胎的竖向刚度；x为动荷载下的轮胎竖向变形，为其对时间的一阶微分；F_tire为竖向车轮冲击力；

其次，由理想气体方程建立胎压与轮胎竖向变形之间的关系，公式为

其中，p₀为轮胎初始压强；Δp为动荷载作用下的轮胎气压变化，且需要经过解旋转预处理；为Δp对时间的一阶微分；V₀为轮胎静载作用下内腔初始体积；A为静载作用下的轮胎接触面积，轮胎变形对接触面积的影响表现为

由此，得到胎压与竖向车轮冲击力之间的关系，公式为

最后，借助标定试验获得的准确胎压数据和准确车轮力数据，由卡尔曼滤波识别胎压-竖向车轮冲击力公式中的未知参数；令待识别参数为输出为 输入为u＝F_tire，则状态变量为

状态方程为

观测方程为

所述黑盒模型计算方法如下：假设轮胎气压变化和竖向车轮冲击力之间满足线性卷积关系，则在频域内有

F_tire(w)＝Δp(w)H(w)

其中，H(w)为频响函数；F_tire(w)和Δp(w)分别是时程数据F_tire(t)和Δp(t)的傅里叶变换；

使用标定试验获得的准确胎压数据和准确车轮力数据，识别频响函数；

所述灰盒模型和黑盒模型均为胎压数据与对应的车轮力的函数，用于相互校正。

2.根据权利要求1所述的一种基于胎压监测的竖向车轮冲击力实时测量方法，其特征在于：所述胎压解旋转预处理是通过滤波方法排除轮胎旋转时的气压不均匀分布所带来的周期性干扰，使预处理后的胎压数据直接反映竖向车轮冲击力影响。

3.根据权利要求1所述的一种基于胎压监测的竖向车轮冲击力实时测量方法，其特征在于：所述胎压-车轮力系统识别，是根据轮胎振动特征建立胎压与竖向车轮冲击力的关系模型，通过标定试验中获得的准确胎压数据和准确车轮力数据识别关系模型中的具体参数，从而在后续正式测试中仅知胎压的情况下计算出对应的车轮力。

4.根据权利要求1所述的一种基于胎压监测的竖向车轮冲击力实时测量方法，其特征在于：所述一体化设备包括轮胎气压传感系统、中央信号控制系统和数据分析系统；所述轮胎气压传感系统通过轮胎气压传感器采集轮胎内腔气压变化数据，采用有线或无线控制方式，通过局部信号控制器与中央信号控制系统交流指令和数据；所述中央信号 控制系统向数据分析系统传输采集的数据；所述数据分析系统利用内嵌的实时竖向车轮冲击力计算程序，对数据进行自动化分析，输出车轮力的可视化评估结果。

5.根据权利要求1所述的一种基于胎压监测的竖向车轮冲击力实时测量方法，其特征在于：所述标定校准方法，是利用一套试验设备和一种计算方法获得准确的车轮力数据，对一体化设备进行标定校准。

6.根据权利要求5所述的一种基于胎压监测的竖向车轮冲击力实时测量方法，其特征在于：所述标定校准方法采用集数据采集、信号传输和结果分析为一体的标定校准的试验设备，主要包括引桥轨道，主桥轨道，轨道加速度传感系统，轨道支座力传感系统，中央信号控制系统和数据分析系统；当轮胎在主桥轨道上滚动时，由采集的轨道振动信息获得车轮力；轮胎由引桥轨道进入主桥轨道，其中主桥轨道只通过支座与地面接触；由轨道加速度传感系统采集轨道的竖向加速度并采用有线或无线方式，与中央信号控制系统交换指令和数据；由轨道支座力传感系统采集轨道的支座力并采用有线或无线方式，与中央信号控制系统交换指令和数据；中央信号控制系统除了和两个传感系统交流数据和指令外，还向数据分析系统提供数据；数据分析系统利用内嵌算法程序，对数据进行分析并输出标定车轮力的可视化评估结果。