本發(fā)明涉及輪胎損傷監(jiān)測,具體地說是一種基于多信息融合和在線仿真技術(shù)的輪胎損傷狀態(tài)監(jiān)控方法。

背景技術(shù)：

1、輪胎在使用過程中由于承受載荷和橡膠材料往復(fù)變形自生熱的影響，會發(fā)生損傷并且損傷會持續(xù)累積，損傷累積會導(dǎo)致輪胎在某些惡劣路況或超載使用條件下發(fā)生局部損壞甚至爆胎等嚴(yán)重問題。對批量使用和更換輪胎的車隊和企業(yè)，缺少科學(xué)的輪胎安全監(jiān)控方法和損傷預(yù)測技術(shù)，無法對輪胎使用過程中的損傷進(jìn)行前瞻性預(yù)測，會不可避免地產(chǎn)生因輪胎破壞引起的經(jīng)營損失，并且在使用中無法充分發(fā)揮輪胎的全部經(jīng)濟(jì)價值。

2、現(xiàn)有技術(shù)中對于輪胎狀態(tài)信息采集技術(shù)只能監(jiān)控輪胎氣壓和溫度的異常狀態(tài)并報警，且車載輪胎狀態(tài)測量裝置上采集的輪胎使用過程信息種類少，只有胎壓和溫度數(shù)據(jù)，無法對信息做進(jìn)一步地加工處理和深度挖掘，對測量數(shù)據(jù)的利用停留在較淺層面，造成信息資源的浪費，進(jìn)而無法預(yù)報輪胎在特定使用條件下的使用壽命和失效情況，因此其不能真正實現(xiàn)輪胎損傷狀態(tài)的監(jiān)測和使用壽命的預(yù)測。

3、因此,本技術(shù)提出了一種基于多信息融合和在線仿真技術(shù)的輪胎損傷狀態(tài)監(jiān)控方法,通過在應(yīng)用現(xiàn)有車載輪胎信號傳感器的基礎(chǔ)上監(jiān)控輪胎使用工況，在線計算輪胎損傷狀態(tài)、預(yù)報輪胎在特征路面下的使用壽命，能夠為駕駛員和車隊管理者提供輪胎損傷狀態(tài)預(yù)警，提示輪胎使用風(fēng)險從而指導(dǎo)司機(jī)及時更換危險輪胎，提高車隊運(yùn)營安全性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于多信息融合和在線仿真技術(shù)的輪胎損傷狀態(tài)監(jiān)控方法，通過在應(yīng)用現(xiàn)有車載輪胎信號傳感器的基礎(chǔ)上監(jiān)控輪胎使用工況，在線計算輪胎損傷狀態(tài)、預(yù)報輪胎在特征路面下的使用壽命，能夠為駕駛員和車隊管理者提供輪胎損傷狀態(tài)預(yù)警，提示輪胎使用風(fēng)險從而指導(dǎo)司機(jī)及時更換危險輪胎，提高車隊運(yùn)營安全性。

2、為了實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明提供了一種基于多信息融合和在線仿真技術(shù)的輪胎損傷狀態(tài)監(jiān)控方法，包括以下步驟:

3、s1，通過輸入輪胎幾何、材料信息，基于有限元軟件建立輪胎數(shù)字化有限元模型；

4、s2，通過在輪胎內(nèi)部植入傳感器采集數(shù)據(jù)，感知輪胎工作狀態(tài)并轉(zhuǎn)化為輪胎疲勞載荷；

5、s3，將s2識別的輪胎疲勞載荷輸入給s1輪胎數(shù)字化模型，計算s1中的輪胎數(shù)字化模型的損傷，并隨著s2識別出的輪胎疲勞載荷的增加，在s1中的輪胎數(shù)字化模型中逐步累積疲勞損傷；

6、s4，基于s3輪胎損傷累積結(jié)果進(jìn)行輪胎風(fēng)險辨識。

7、s1的具體步驟為：

8、輪胎數(shù)字化模型包括輪胎有限元計算網(wǎng)格模型、各子部件材料屬性及對應(yīng)參數(shù)表和各橡膠或簾線缺陷擴(kuò)展速率；

9、s1.1，基于輪胎幾何模型和材料分布圖，使用前處理工具進(jìn)行有限單元網(wǎng)格劃分；

10、s1.2，為構(gòu)成輪胎的各個子部件創(chuàng)建材料卡和材料對應(yīng)的屬性及屬性參數(shù)表，形成用于在線仿真的初始輪胎模型；

11、s1.3，s1.2的初始輪胎數(shù)字化模型，應(yīng)建立在數(shù)據(jù)云服務(wù)器上，并且每一個模型具有唯一的輪胎編號id，支持同一個模型可以在不同地點和不同終端設(shè)備上進(jìn)行增加、刪除、修改和查詢操作；

12、s1.4，s1.2的初始輪胎數(shù)字化模型還包含能夠接收所述s2的輪胎疲勞載荷的數(shù)據(jù)輸入接口；

13、s1.5，測量實際輪胎中橡膠-簾線材料的缺陷擴(kuò)展速率和撕裂能的關(guān)系，建立撕裂能-缺陷擴(kuò)展速率數(shù)字模型，將測量數(shù)據(jù)保存起來作為數(shù)字化輪胎模型損傷計算過程中的材料損傷屬性庫；

14、s1.6，s1.3中撕裂能-缺陷擴(kuò)展速率數(shù)字模型，應(yīng)考慮材料老化的影響，不同老化狀態(tài)應(yīng)分別建立撕裂能-缺陷擴(kuò)展速率數(shù)字模型，并將全部材料組成對應(yīng)輪胎的材料老化損傷屬性庫。

15、s2中輪胎疲勞載荷的辨識步驟包括：

16、s2.1，采集每個車輪上的輪胎轉(zhuǎn)速信號和胎壓傳感器測量的輪胎氣壓和溫度信號，其中輪胎轉(zhuǎn)速信號利用濾波電路對信號進(jìn)行濾波，對濾波后的時域轉(zhuǎn)速信號計算平均轉(zhuǎn)速并進(jìn)行時頻變換，得到輪胎的轉(zhuǎn)速特征頻率；

17、s2.2，利用載重量-特征頻率計算關(guān)系，計算得到輪胎的載重量，其中濾波可以在車載信號采集裝置和濾波電路上實現(xiàn)；

18、平均轉(zhuǎn)速的計算、信號時頻變換和轉(zhuǎn)速特征頻率計算通過集成在車輛ecu中的算法電路實現(xiàn)。

19、s1中輪胎數(shù)字化模型以特定的方式接收s2中輪胎疲勞載荷，具體包括：

20、（1），在一段時間間隔內(nèi)，將s2.1采集得到的輪胎轉(zhuǎn)速、輪胎氣壓和溫度時序信號按約定的規(guī)則編制成數(shù)據(jù)包，在數(shù)據(jù)包的特定位置插入包含有輪胎編號id信息的數(shù)據(jù)字段，并通過車載無線網(wǎng)絡(luò)上傳至與s1.3所述的輪胎初始數(shù)字化模型相同的數(shù)據(jù)云服務(wù)器數(shù)據(jù)庫，并通過輪胎編號id信息將數(shù)據(jù)包與輪胎模型關(guān)聯(lián)起來；

21、（2），在與（1）相同的時間間隔內(nèi)，將s2.2計算得到的輪胎載重量時序信號按約定的規(guī)則編制成數(shù)據(jù)包，在數(shù)據(jù)包的特定位置插入包含有輪胎編號id信息的數(shù)據(jù)字段，并通過車載無線網(wǎng)絡(luò)上傳至與s1.3所述的輪胎初始數(shù)字化模型相同的數(shù)據(jù)云服務(wù)器數(shù)據(jù)庫，并通過輪胎編號id信息將數(shù)據(jù)包與輪胎模型關(guān)聯(lián)起來；

22、（3），在云服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中計算得到該段時間間隔內(nèi)的輪胎平均轉(zhuǎn)速、平均氣壓、平均溫度和輪胎平均載重量，并按約定的規(guī)則將輪胎平均轉(zhuǎn)速、氣壓、溫度和載重量數(shù)據(jù)編制成數(shù)據(jù)向量；

23、（4），通過s1.4所述的數(shù)據(jù)輸入接口，將（3）中的數(shù)據(jù)向量傳輸給對應(yīng)輪胎編號的s1輪胎數(shù)字化有限元模型；

24、上述一段時間間隔指一個輪胎的一個指定的工作周期，工作周期可以為1小時或1天或一周或一個月內(nèi)載荷數(shù)據(jù)，具體時長可由用戶在計算系統(tǒng)中進(jìn)行配置

25、s3中的累積疲勞損傷具體為：

26、s3.1，針對某一個輪胎編號id的實際輪胎，使用s1中的輪胎數(shù)字化模型進(jìn)行有限元仿真，仿真中輸入的載荷工況為s2識別出的輪胎疲勞載荷工況；

27、s3.2，仿真完成后提取一個工作周期內(nèi)每一個輪胎橡膠單元的名義應(yīng)變和靜水壓力數(shù)據(jù)作為輪胎的單元疲勞損傷計算輸入數(shù)據(jù)；

28、s3.3，讀取該輪胎當(dāng)前的損傷值，在上述輪胎損傷狀態(tài)計算準(zhǔn)確的基礎(chǔ)上，每經(jīng)過一個工作周期對數(shù)字化輪胎模型的損傷狀態(tài)進(jìn)行疊加計算，并為每一個輪胎單元更新?lián)p傷值，即更新后每一個輪胎子部件和計算單元都具有了新的損傷值，每當(dāng)將新的載荷施加在輪胎上時，該損傷值是計算新加載荷造成的新的損傷值的起點。

29、s4中的輪胎風(fēng)險辨識為：

30、根據(jù)s3分析結(jié)果，統(tǒng)計輪胎所有單元的裂紋長度，當(dāng)某一單元的裂紋長度大于既定的閾值，通過云服務(wù)器發(fā)送告警信息給終端用戶，告知用戶輪胎存在疲勞破壞風(fēng)險以及破壞風(fēng)險所在的具體位置，提醒用戶及時檢查或更換輪胎。

31、有限元模型中的輪胎與目標(biāo)輪胎型號、結(jié)構(gòu)相匹配，若輪胎規(guī)格或型號不同則建立不同的有限元模型。

32、數(shù)據(jù)云服務(wù)器上建立由云端管理和監(jiān)控系統(tǒng)，并能通過網(wǎng)絡(luò)向具有管理權(quán)限的終端用戶發(fā)送告警信息。

33、本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，具備以下有益效果：

34、可以接收外界輸入的載荷作為仿真的載荷輸入，同時還可以記錄輪胎當(dāng)前的損傷值，在前一個載荷階段的損傷狀態(tài)計算準(zhǔn)確的基礎(chǔ)上，每經(jīng)過一個載荷階段，都可以對輪胎數(shù)字模型的損傷狀態(tài)進(jìn)行更新，即更新后每一個輪胎子部件和計算單元都具有了新的損傷值，在新的載荷施加在輪胎上時，該損傷值是計算新加載荷造成的新的損傷值的起點?？梢酝ㄟ^對輪胎數(shù)字模型輸入虛擬的轉(zhuǎn)速、工作氣壓、載重量等載荷信息，基于輪胎當(dāng)前的損傷值，計算輪胎在該虛擬載荷條件下能持續(xù)工作的時間，即實現(xiàn)了輪胎使用壽命的預(yù)報。