[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

摘要

本发明公开了一种基于胎压监测的竖向车轮冲击力实时测量方法及系统，该系统主要由胎压解旋转预处理、胎压‑车轮力系统识别、标定校准方法和胎压‑车轮力测量的一体化设备四大模块组成。该方法通过一体化设备采集实时胎压数据，经过解旋转预处理和胎压‑车轮力系统识别获得对应的竖向车轮冲击力，并可根据标定方法进行校准。本发明从理论和设备两个层次提供了一种高效、准确和适应性强的车轮力测量解决方案，满足了广大桥梁健康状况快速评估的要求，同时在道路安全诊断、汽车性能设计等领域也有巨大潜力。

主权项

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；Ftire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＝Ftire，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Ftire(w)＝Δp(w)H(w)其中，H(w)为频响函数；Ftire(w)和Δp(w)分别是时程数据Ftire(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。