一种基于多信息融合和在线仿真技术的轮胎损伤状态监控方法与流程

本发明涉及轮胎损伤监测,具体地说是一种基于多信息融合和在线仿真技术的轮胎损伤状态监控方法。

背景技术：

1、轮胎在使用过程中由于承受载荷和橡胶材料往复变形自生热的影响，会发生损伤并且损伤会持续累积，损伤累积会导致轮胎在某些恶劣路况或超载使用条件下发生局部损坏甚至爆胎等严重问题。对批量使用和更换轮胎的车队和企业，缺少科学的轮胎安全监控方法和损伤预测技术，无法对轮胎使用过程中的损伤进行前瞻性预测，会不可避免地产生因轮胎破坏引起的经营损失，并且在使用中无法充分发挥轮胎的全部经济价值。

2、现有技术中对于轮胎状态信息采集技术只能监控轮胎气压和温度的异常状态并报警，且车载轮胎状态测量装置上采集的轮胎使用过程信息种类少，只有胎压和温度数据，无法对信息做进一步地加工处理和深度挖掘，对测量数据的利用停留在较浅层面，造成信息资源的浪费，进而无法预报轮胎在特定使用条件下的使用寿命和失效情况，因此其不能真正实现轮胎损伤状态的监测和使用寿命的预测。

3、因此,本技术提出了一种基于多信息融合和在线仿真技术的轮胎损伤状态监控方法,通过在应用现有车载轮胎信号传感器的基础上监控轮胎使用工况，在线计算轮胎损伤状态、预报轮胎在特征路面下的使用寿命，能够为驾驶员和车队管理者提供轮胎损伤状态预警，提示轮胎使用风险从而指导司机及时更换危险轮胎，提高车队运营安全性。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有技术中的不足，提供一种基于多信息融合和在线仿真技术的轮胎损伤状态监控方法，通过在应用现有车载轮胎信号传感器的基础上监控轮胎使用工况，在线计算轮胎损伤状态、预报轮胎在特征路面下的使用寿命，能够为驾驶员和车队管理者提供轮胎损伤状态预警，提示轮胎使用风险从而指导司机及时更换危险轮胎，提高车队运营安全性。

2、为了实现上述目的,本发明提供了一种基于多信息融合和在线仿真技术的轮胎损伤状态监控方法，包括以下步骤:

3、s1，通过输入轮胎几何、材料信息，基于有限元软件建立轮胎数字化有限元模型；

4、s2，通过在轮胎内部植入传感器采集数据，感知轮胎工作状态并转化为轮胎疲劳载荷；

5、s3，将s2识别的轮胎疲劳载荷输入给s1轮胎数字化模型，计算s1中的轮胎数字化模型的损伤，并随着s2识别出的轮胎疲劳载荷的增加，在s1中的轮胎数字化模型中逐步累积疲劳损伤；

6、s4，基于s3轮胎损伤累积结果进行轮胎风险辨识。

7、s1的具体步骤为：

8、轮胎数字化模型包括轮胎有限元计算网格模型、各子部件材料属性及对应参数表和各橡胶或帘线缺陷扩展速率；

9、s1.1，基于轮胎几何模型和材料分布图，使用前处理工具进行有限单元网格划分；

10、s1.2，为构成轮胎的各个子部件创建材料卡和材料对应的属性及属性参数表，形成用于在线仿真的初始轮胎模型；

11、s1.3，s1.2的初始轮胎数字化模型，应建立在数据云服务器上，并且每一个模型具有唯一的轮胎编号id，支持同一个模型可以在不同地点和不同终端设备上进行增加、删除、修改和查询操作；

12、s1.4，s1.2的初始轮胎数字化模型还包含能够接收所述s2的轮胎疲劳载荷的数据输入接口；

13、s1.5，测量实际轮胎中橡胶-帘线材料的缺陷扩展速率和撕裂能的关系，建立撕裂能-缺陷扩展速率数字模型，将测量数据保存起来作为数字化轮胎模型损伤计算过程中的材料损伤属性库；

14、s1.6，s1.3中撕裂能-缺陷扩展速率数字模型，应考虑材料老化的影响，不同老化状态应分别建立撕裂能-缺陷扩展速率数字模型，并将全部材料组成对应轮胎的材料老化损伤属性库。

15、s2中轮胎疲劳载荷的辨识步骤包括：

16、s2.1，采集每个车轮上的轮胎转速信号和胎压传感器测量的轮胎气压和温度信号，其中轮胎转速信号利用滤波电路对信号进行滤波，对滤波后的时域转速信号计算平均转速并进行时频变换，得到轮胎的转速特征频率；

17、s2.2，利用载重量-特征频率计算关系，计算得到轮胎的载重量，其中滤波可以在车载信号采集装置和滤波电路上实现；

18、平均转速的计算、信号时频变换和转速特征频率计算通过集成在车辆ecu中的算法电路实现。

19、s1中轮胎数字化模型以特定的方式接收s2中轮胎疲劳载荷，具体包括：

20、（1），在一段时间间隔内，将s2.1采集得到的轮胎转速、轮胎气压和温度时序信号按约定的规则编制成数据包，在数据包的特定位置插入包含有轮胎编号id信息的数据字段，并通过车载无线网络上传至与s1.3所述的轮胎初始数字化模型相同的数据云服务器数据库，并通过轮胎编号id信息将数据包与轮胎模型关联起来；

21、（2），在与（1）相同的时间间隔内，将s2.2计算得到的轮胎载重量时序信号按约定的规则编制成数据包，在数据包的特定位置插入包含有轮胎编号id信息的数据字段，并通过车载无线网络上传至与s1.3所述的轮胎初始数字化模型相同的数据云服务器数据库，并通过轮胎编号id信息将数据包与轮胎模型关联起来；

22、（3），在云服务器数据库中计算得到该段时间间隔内的轮胎平均转速、平均气压、平均温度和轮胎平均载重量，并按约定的规则将轮胎平均转速、气压、温度和载重量数据编制成数据向量；

23、（4），通过s1.4所述的数据输入接口，将（3）中的数据向量传输给对应轮胎编号的s1轮胎数字化有限元模型；

24、上述一段时间间隔指一个轮胎的一个指定的工作周期，工作周期可以为1小时或1天或一周或一个月内载荷数据，具体时长可由用户在计算系统中进行配置

25、s3中的累积疲劳损伤具体为：

26、s3.1，针对某一个轮胎编号id的实际轮胎，使用s1中的轮胎数字化模型进行有限元仿真，仿真中输入的载荷工况为s2识别出的轮胎疲劳载荷工况；

27、s3.2，仿真完成后提取一个工作周期内每一个轮胎橡胶单元的名义应变和静水压力数据作为轮胎的单元疲劳损伤计算输入数据；

28、s3.3，读取该轮胎当前的损伤值，在上述轮胎损伤状态计算准确的基础上，每经过一个工作周期对数字化轮胎模型的损伤状态进行叠加计算，并为每一个轮胎单元更新损伤值，即更新后每一个轮胎子部件和计算单元都具有了新的损伤值，每当将新的载荷施加在轮胎上时，该损伤值是计算新加载荷造成的新的损伤值的起点。

29、s4中的轮胎风险辨识为：

30、根据s3分析结果，统计轮胎所有单元的裂纹长度，当某一单元的裂纹长度大于既定的阈值，通过云服务器发送告警信息给终端用户，告知用户轮胎存在疲劳破坏风险以及破坏风险所在的具体位置，提醒用户及时检查或更换轮胎。

31、有限元模型中的轮胎与目标轮胎型号、结构相匹配，若轮胎规格或型号不同则建立不同的有限元模型。

32、数据云服务器上建立由云端管理和监控系统，并能通过网络向具有管理权限的终端用户发送告警信息。

33、本发明同现有技术相比，具备以下有益效果：

34、可以接收外界输入的载荷作为仿真的载荷输入，同时还可以记录轮胎当前的损伤值，在前一个载荷阶段的损伤状态计算准确的基础上，每经过一个载荷阶段，都可以对轮胎数字模型的损伤状态进行更新，即更新后每一个轮胎子部件和计算单元都具有了新的损伤值，在新的载荷施加在轮胎上时，该损伤值是计算新加载荷造成的新的损伤值的起点。可以通过对轮胎数字模型输入虚拟的转速、工作气压、载重量等载荷信息，基于轮胎当前的损伤值，计算轮胎在该虚拟载荷条件下能持续工作的时间，即实现了轮胎使用寿命的预报。