基于数据采集及传递的车辆载荷获取装置和谱系编制方法

本发明涉及车辆设计，尤其涉及一种基于数据采集及传递的车辆载荷获取装置和谱系编制方法。

背景技术：

1、在现代交通运输系统中，对车辆载荷进行精准获取对于道路结构、车辆性能优化以及交通管理具有重要意义。传统的车辆载荷获取方法主要基于静态测量，无法全面反映车辆在实际行驶过程中的动态载荷情况，且精度有限。随着智能交通和车联网技术的快速发展，对于实时、准确获取车辆载荷信息的需求日益迫切。

2、目前，现有的数据采集及传递装置和方法在一定程度上存在数据不准确、实时性差、系统复杂度高等问题。因此，需要一种新的技术来解决这些问题，提高车辆载荷获取的准确性和实用性。

技术实现思路

1、为了解决传统车辆载荷谱系编制数据准确性、实时性差和系统复杂度高等问题，本发明公开了一种基于数据采集及传递的车辆载荷获取装置和谱系编制方法。其中，基于数据采集及传递的车辆载荷获取装置以“芯片+传感器”配合工作的形式，能够在车辆运行中实时获取车辆运行参数，并将参数存储在sck卡中。同时，本发明提出的车辆载荷谱系编制方法可根据车辆运行参数逐步推导得出车辆的扭矩8级加载谱。

2、需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

3、一种基于数据采集及传递的车辆载荷获取装置，包括sck储存卡、主控模块、采集模块和数据处理模块；所述主控模块、数据处理模块和sck储存卡两两并联；所述数据处理模块与采集模块串联。

4、主控模块与数据处理模块并联，主控模块与sck储存卡并联，数据处理模块与sck储存卡并联，三者之间任意两者都是并联关系。

5、进一步地，所述sck储存卡、主控模块、采集模块和数据处理模块的具体引脚按引脚原理图接线，以保证主控模块能够数据集成且采集的数据能够存储在sck卡内，同时电路能够正常工作。

6、接线方式如图3所示，采用esp32-cam芯片作为数据采集模块，连接ov2460摄像头，同时vcc引脚接+5v电源，gnd引脚接主控端的gnd引脚，rst引脚接主控端的d6引脚。采用arduino uno r4作为主控端，wt1-imu作为数据处理模块，数据处理模块的vcc引脚接主控端的+3v3引脚，三者均由数据采集模块供电；数据处理模块的rx引脚接主控端的tx引脚，tx引脚接主控端的rx引脚，gnd引脚接主控端的gnd引脚。sck储存卡的vcc引脚接主控端的+5v引脚，gnd引脚接主控端的gnd引脚，cs引脚接主控端的d10引脚,mosi引脚接主控端的d11引脚，miso引脚接主控端的d12引脚，sck引脚接主控端的d13引脚。

7、进一步地，所述的基于数据采集及传递的车辆载荷获取装置，还包括水平仪、仪器盒；

8、所述水平仪镶嵌在仪器盒外表面的凹槽内；

9、水平仪的目的是：在测量开始前，仪器要和车辆底盘保持平行。在测量开始前，车辆首先停在水平路面上，安装好车辆载荷获取装置后，保证水平仪的气泡在仪器中心位置，后测量的数据有效。

10、所述sck储存卡、主控模块、采集模块和数据处理模块均镶嵌在仪器盒内部；

11、所述仪器盒内部的主控模块、采集模块和数据处理模块镶嵌在仪器盒内部的芯片凹槽里，便于固定和取出；sck储存卡通过外部插入仪器盒内部的储存卡槽内；避免车辆行驶途中颠簸损坏设备。

12、进一步地，所述仪器盒采用塑料3d打印制成，上表面用于镶嵌水平仪的凹槽抛光处理，平面度误差小于等于0.05mm，且与地面的平行度误差小于等于0.05mm，以保障数据采集结果的准确性。

13、所述仪器盒下表面平面度误差小于等于0.05mm，以保证在测量过程中仪器处于相对水平状态，避免造成较大误差。

14、一种基于数据采集及传递的车辆载荷谱系编制方法，包括以下步骤：

15、步骤一、通过基于数据采集及传递的车辆载荷获取装置采集数据；

16、步骤二、将载荷获取装置输出的车辆数据做时间-扭矩分布图；

17、步骤三、剔除非作业阶段及异常数据，选取某一作业周期研究；

18、步骤四、采用四点雨流循环计数法做扭矩载荷的幅值-均值关系图；

19、步骤五、基于swt进行扭矩幅值载荷等效；

20、步骤六、采用最大似然估计法和ks检验法对分布进行估计和检验；

21、步骤七、通过拟合分布的累计分布函数确定最大载荷和载荷级数；

22、步骤八、确定循环次数及扭矩载荷外推结果并编制车辆扭矩加载谱。

23、进一步地，步骤一中所述采集数据，具体包括以下步骤：

24、1.1设定初始风阻系数、迎风面积、重力加速度常数；在车辆正常行驶的工况下，对于同一时间、同一地点的风阻系数cd、重力加速度g、和同一测试对象的迎风面积a、整车质量m和传动系机械效率ηt均为固定常数，首先将参数录入主控模块；

25、1.2使欲测车辆正常行驶，将主减速器传动比(当前档位)ig、变速器传动比in和轮胎滚动半径r录入数据处理模块；

26、1.3车辆正常行驶，装置内主控模块和数据采集模块工作，测得坡道角度θ、车速vx和滚阻系数f，并将结果存储在sck卡中；

27、1.4数据处理模块工作，通过公式

28、

29、计算得出欲测车辆的时间与扭矩对应关系。

30、进一步地，步骤五中基于swt进行扭矩幅值载荷等效，具体包括以下步骤：

31、5.1基于swt的修正方法对非应力数据的循环均值进行修正，方程为：

32、

33、式中，e为弹性模量；σf′为疲劳强度系数；b为疲劳强度指数；c为疲劳塑性指数；2nf为循环周期数；εa、σmax分别为循环应变幅值和最大应力；εf′表示疲劳循环系数；

34、5.2只局限于弹性项，通过变换得到一个应力均值为零的等效应力幅值：

35、

36、表示等效应力幅值，σa表示应力幅值，σm表示应力均值；

37、5.3基于range-mean的雨流计数结果，用于载荷谱的比较或进行非应力载荷均值等效计算，将swt等效后的数据做扭矩幅值-频次分布；swt等效变化范围求解公式如下：

38、ya+ym＞0：

39、ya+ym≤0：

40、式中，ya、ym分别为循环的幅值和均值；为swt的等效幅值。

41、进一步地，步骤六中采用最大似然估计法和ks检验法对分布进行估计和检验，具体包括：

42、6.1采用最大似然估计法mle估计幅值载荷概率密度函数pdf；最大似然估计的步骤为：

43、

44、式中，p为概率密度函数；等式两边取对数得：

45、

46、对等式两边求导，并使导数为0得：

47、

48、此方程为对数似然方程；解对数似然方程所得，即为未知参数的最大似然估计值；

49、6.2为了评估pdf与样本分布的重合度，采用ks检验法对以上估计进行假设检验，将结果采用偏态分布的形式呈现；

50、采用ks检验目的是确定p值，根据p值来确定是否接受原假设；

51、关于ks检验的步骤与用法：

52、计算累积分布函数：对于每个样本，计算经验累积分布函数ecdf；

53、计算最大差距：找出两个ecdf之间的最大差距；

54、统计检验：根据样本大小和最大差距计算ks统计量，并根据该统计量得出p值。

55、进一步地，步骤七中所述通过拟合分布的累计分布函数确定最大载荷和载荷级数，具体包括：

56、7.1确定最大载荷；最大载荷需通过拟合分布的累计分布函数cdf来估计，累计分布函数为：

57、

58、式中，f(x)表示累计分布函数；k为形状参数；λ为比例参数；e为自然对数取2.71828；x表示幅值载荷；相应的超值累计频率为：

59、

60、推导得到最大的幅值载荷为：

61、

62、x表示实测样本载荷均值；此处的最大幅值是实测样本中的最大；

63、7.2选择载荷级数；载荷分8级，系数分别为0.125、0.275、0.425、0.575、0.725、0.850、0.950和1.000；这里取第8级载荷。

64、进一步地，步骤八中所述确定循环次数及扭矩载荷外推结果并编制车辆扭矩加载谱，具体包括以下步骤：

65、8.1确定外推循环的次数；循环次数选取106次；

66、8.2编制车辆扭矩加载谱，总循环次数为106次，通过等效计算，外推后的扭矩载荷谱相当于外推前的1820h，经过载荷谱编制得到车辆发动机的扭矩8级加载谱。

67、与现有技术相比本发明的有益效果是：

68、1.实时性：本发明的车辆载荷获取装置通过精密电子数据采集设备能够采集车辆实时运行下的参数，根据参数推导得出车辆实时运行下的载荷谱系，有效避免了传统方法中存在的时滞问题。

69、2.准确性：本发明提出的的谱系编制方法与车辆载荷获取装置相对应，能够分析不同车辆在不同工况下的载荷情况，通过谱系编制方法的优化，能够更精准地分析和识别不同道路状况下的车辆载荷特征。对于复杂的道路环境和多样的车辆类型，系统能够更好地适应和辨别，提高数据的准确性和可信度。

70、3.智能化：本发明的车辆载荷获取装置利用数据处理模块对大量数据进行数据清洗，能够提高数据的处理效率和分析能力。智能化处理不仅使系统更加灵活适应不同场景，还能够实现对数据的自动识别和优化，减少人工干预。

71、4.可靠性提升：本发明的车辆载荷获取装置通过实时获取和准确分析提高了对应参数之间的数据可靠性。这对于车辆性能优化和可靠性设计等方面都有积极的影响，有助于提高车辆系统整体的可靠性。