一种轮胎力学特性智能检测装置及其检测方法

摘要

本发明公开了一种轮胎力学特性的智能检测装置及其检测方法，该检测装置包括轮胎、轮辋、重力传感器、摄像头以及标记点；所述重力传感器和摄像头设置在轮辋的同一周向位置上，所述标记点位于轮胎的内侧表面，所述摄像头正对标记点的区域设置。该检测方法采用神经网络算法，当工作轮胎发生形变时，利用摄像头采集荧光点的位移变化，通过神经网络算法求得轮胎力，不需要六分力传感器测量转鼓试验台上的切向力、轴向力、垂向力、旋转力矩、侧倾力矩和横摆力矩来实现轮胎纵向力、侧向力、垂直载荷、旋转力矩、侧倾力矩和回正力矩的求解，具有结构简单、紧凑，操作简便和成本低等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及轮胎力学特性测量领域，具体的说涉及一种测量轮胎力学特性智能系统。

背景技术

现有的汽车动力学动态特性测试系统多是在车辆底盘测功机的基础上加附属设备或者基于一体化转鼓的汽车动力学动态特性测试系统，采用模块化设计，由测控系统和若干个一体化转鼓组成的改进系统，基本原理是用转鼓模拟路面，把汽车的驱动轮放在转鼓上，带动转鼓转动，控制给转鼓施加阻力，模拟不同的行驶阻力，通过传感器计算轮胎力，其机构复杂，战地面积大，试验条件局限性大，生产制造成本也高等缺点。

发明内容

  为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种轮胎力学特性的智能测量系统及方法，该系统通过轮胎内表面标记点的位移变化，采用神经网络算法，计算出轮胎力，没有采用转鼓试验台和六分力传感器，结构简单、紧凑，操作局限性小，成本低。

本发明所采用的技术方案是：该检测装置包括轮胎、轮辋、重力传感器、摄像头以及标记点；所述重力传感器和摄像头设置在轮辋的同一周向位置上，所述标记点位于轮胎的内侧表面，所述摄像头正对标记点的区域设置。

所述的重力传感器和摄像头构成标记点位置记录系统，该记录系统在轮辋周向内表面与轮辋固定，重力传感器可以根据路面坡度确定触发摄像头拍照的时间，完成对轮胎接地印迹区域内的标记点的拍照。

所述的标记点是采用发光材料的发光点，可以是规则形状也可以是非规则形状，所述标记点是在轮胎内侧标记的长方形网格状结构采集区域，标记点之间的长度和宽度间距是2cm、宽度方向标记八个点，长度方向标记十二个点，所述摄像头固定在正对标记点区域的轮辋内表面。

所述接地印迹区是路面和轮胎的接触区域。

该方法包括以下步骤：

①、在轮胎内侧采用发光材料标记出长方形网格状采集区域标记点，在轮胎内部轮辋上放置重力传感器和摄像头，重力传感器和摄像头正对采集区域标记点，所述带有采集区域标记点的轮胎、轮辋、重力传感器和摄像头构成轮胎力学特性智能检测装置；

②、进行采集区域标记点位置与轮胎力学特性间关系的测试，测试方法是将步骤①所述轮胎力学特性智能检测装置安装在轮胎力学特性试验台上，在Fz=0的轮胎悬空空载状态下，利用摄像头采集标记点图像，记录保留摄像头拍照的标记点的图像A及此时轮胎的六分力特性，所述Fz是轮胎力学特性试验台施加在轮胎上的垂直载荷；

③、在轮胎力学特性试验台上对轮胎施加垂直载荷Fz并使其运动，当重力传感器处于轮辋的正下方时，触发摄像头进行拍照，此时采集到施加此垂直载荷Fz的负载状态下的标记点图像B，记录并保留；

④、在步骤②所述图像A和步骤③所述图像B上分别以图像中心点作为坐标原点建立直角坐标系，采用图像处理技术识别出标记点在选定坐标系下的坐标值，用图像B上各发光材料标记点的坐标值减去图像A上对应各发光材料标记点的坐标值，记录各个标记点位移变量值；

⑤、利用人工智能算法，如神经网络算法确定标记点坐标与轮胎六分力特性间非线性映射关系，可得到标记点位移变量值和所施加的垂直载荷的大小建立函数关系，通过所述函数关系算出Fz；

⑥、所述轮胎力学特性试验台上轮胎所受其他方向的载荷可根据步骤⑤所确定的标记点坐标与轮胎的六分力特性间非线性映射关系，得到所测试轮胎的力学特性。

本发明具有以下优点和积极效果：

1、本发明由标记系统在轮胎内表面标记清晰若干可见荧光点，荧光点数量和布局根据车型确定，摄像头固定在轮辋上，轮胎工作变形时可准确拍摄轮胎内标记点的变化。

2、本发明通过轮胎形变，结合神经网络算法准确的计算出轮胎力，与传统轮胎力测量方法相比，没有采用转鼓试验台和六分力传感器，测量转鼓试验台上的切向力、轴向力、垂向力、旋转力矩、侧倾力矩和横摆力矩来实现轮胎纵向力、侧向力、垂直载荷、旋转力矩、侧倾力矩和回正力矩的求解，具有结构简单、装置紧凑，操作方便和成本低等特点。

附图说明

图1是本发明轮胎力学特性智能检测装置结构示意图。

图2是本发明轮胎上标记点布局示意图。

图3是本发明轮胎上摄像头及重力传感器设置位置结构示意图。

图4是本发明轮胎上路面和轮胎接地印迹区示意图。

附图标记：轮胎1，轮辋2，重力传感器3，摄像头4，路面5，接地印迹区6，以及标记点7。

具体实施方式

由附图1、2、3、4所示：该检测装置包括轮胎1、轮辋2、重力传感器3、摄像头4以及标记点7；所述重力传感器3和摄像头4设置在轮辋2的同一周向位置上，所述标记点7位于轮胎1的内侧表面，所述摄像头4正对标记点7的区域设置。

所述的重力传感器3和摄像头4构成标记点位置记录系统，该记录系统在轮辋2周向内表面与轮辋2固定，重力传感器3可以根据路面坡度确定触发摄像头4拍照的时间，完成对轮胎1接地印迹区域内的标记点7的拍照。

所述的标记点7是采用发光材料的发光点，可以是规则形状也可以是非规则形状，所述标记点7是在轮胎内侧标记的长方形网格状结构采集区域，标记点7之间的长度和宽度间距是2cm、宽度方向标记八个点，长度方向标记十二个点，所述摄像头4固定在正对标记点区域的轮辋2内表面。

所述接地印迹区6是路面5和轮胎1的接触区域。

该方法包括以下步骤：

①、在轮胎内侧采用发光材料标记出长方形网格状采集区域标记点，在轮胎内部轮辋上放置重力传感器和摄像头，重力传感器和摄像头正对采集区域标记点，所述带有采集区域标记点的轮胎、轮辋、重力传感器和摄像头构成轮胎力学特性智能检测装置；

②、进行采集区域标记点位置与轮胎力学特性间关系的测试，测试方法是将步骤①所述轮胎力学特性智能检测装置安装在轮胎力学特性试验台上，在Fz=0的轮胎悬空空载状态下，利用摄像头采集标记点图像，记录保留摄像头拍照的标记点的图像A及此时轮胎的六分力特性，所述Fz是轮胎力学特性试验台施加在轮胎上的垂直载荷；

③、在轮胎力学特性试验台上对轮胎施加垂直载荷Fz并使其运动，当重力传感器处于轮辋的正下方时，触发摄像头进行拍照，此时采集到施加此垂直载荷Fz的负载状态下的标记点图像B，记录并保留；

④、在步骤②所述图像A和步骤③所述图像B上分别以图像中心点作为坐标原点建立直角坐标系，采用图像处理技术识别出标记点在选定坐标系下的坐标值，用图像B上各发光材料标记点的坐标值减去图像A上对应各发光材料标记点的坐标值，记录各个标记点位移变量值；

⑤、利用人工智能算法，如神经网络算法确定标记点坐标与轮胎六分力特性间非线性映射关系，可得到标记点位移变量值和所施加的垂直载荷的大小建立函数关系，通过所述函数关系算出Fz；

⑥、所述轮胎力学特性试验台上轮胎所受其他方向的载荷可根据步骤⑤所确定的标记点坐标与轮胎的六分力特性间非线性映射关系，得到所测试轮胎的力学特性。