基于轮胎加速度信号的胎路作用力估算模型

摘要

研究重载卡车对道路的破坏机制能够指导道路的设计与养护,有效延长道路的使用寿命.其中,针对复杂重载荷作用下道路病害研究对轮胎路面作用力测量的需求,本文提出了一种复合工况下胎路三向力的建模估算方法.以11.00R20型全钢载重子午线轮胎为研究对象,经过对结构的合理简化,利用ABAQUS有限元仿真软件以参数化建模方法建立了轮胎有限元模型,并验证了模型的有效性;以不同的垂向载荷、侧偏角、纵滑率、轮速和胎压设置了多种复合工况,并对轮胎模型进行了稳态滚动分析,获得了轮胎同一断面内衬层上多个观测点的加速度响应信号;对采集的加速度信号进行了滤波处理,并对比了不同信号的响应程度,选取其中特征较为明显的信号作为观测加速度信号;提取了观测加速度信号的特征,并结合胎压和轮速作为输入,建立了基于卷积神经网络(CNN)的复合工况下胎路三向力的回归解析模型;以模型对15个测试工况的估算结果,近似地描述了该模型的泛化能力,该模型下胎路三向力估算的平均绝对百分比误差均在7%以内,均方根误差不超过1 kN.结果表明,轮胎内衬层上的加速度信号与胎路作用力具有较高的相关性,基于加速度信号与卷积神经网络建立的模型能够有效地实现胎路三向力的同时估算,为道路病害研究提供了有价值的载荷信息.