轮胎试验台多工况仿真数据批量生成方法及系统与流程

本发明涉及轮胎试验台仿真数据处理，更具体地说，本发明涉及轮胎试验台多工况仿真数据批量生成方法及系统。

背景技术：

1、轮胎试验台多工况仿真数据主要用于轮胎力学性能分析、台架试验方案编排和控制模型验证，现有处理方式一般围绕速度、垂向载荷、侧偏角、滑移率、制动扭矩、环境温度等目标参数建立工况表，再借助正交试验、随机采样、历史工况复用或代理模型扩充生成大量仿真任务；

2、在高速耐久、制动转向叠加、变载荷侧偏等连续试验中，同一条轮胎会持续经历温升、加载、卸载、制动释放和侧偏恢复过程，试验台不可能在每个目标工况开始前都将轮胎恢复到完全一致的初始状态，胎面温度、接地印迹、材料滞回和滑移残留会随上一工况带入下一工况；

3、在这种情况下，仅按目标参数归并或去除重复工况，会把实测中“参数相同但输出不同”的记录误认为冗余样本或异常样本，造成云端生成数据虽然覆盖了参数表，却在台架复测时反复出现同一速度、同一载荷、同一侧偏角下侧向力、回正力矩、接地压力和温度响应无法对应的问题，其根源在于目标参数没有记录进入当前工况前的轮胎历史状态；

4、本技术要解决的技术问题是：如何在轮胎试验台多工况仿真数据批量生成过程中，根据重复工况的输出差异识别轮胎历史状态，并生成同一目标工况下具有不同历史状态来源的仿真数据。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供轮胎试验台多工况仿真数据批量生成方法及系统，通过将台架指令转换为目标工况字并截取进入前响应序列，识别同一目标工况下的进入前状态变化，生成隐藏状态粒子并写入轮胎仿真初始条件，再在工业云计算环境中批量执行多状态仿真任务，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：轮胎试验台多工况仿真数据批量生成方法，包括：

3、s1、获取历史试验记录和目标仿真参数表，按采样时刻读取台架指令帧和台架响应帧，将台架指令帧按通道地址升序拼成目标工况字，以目标工况字变更位为目标进入位，向前截取台架响应帧形成进入前响应序列，写入历史工况记录表；

4、s2、以目标工况字归并历史工况记录表，对同字进入前响应序列执行野生二分分割变化点检测，按采样位生成候选子区间，按目标工况字与区间端点哈希余数筛出野生子区间，逐位计算左右段均值平方差增益，取增益首位为候选变化位；

5、s3、以前后切分编码长度差为描述长度减少量，正值保留候选变化位并递归切分，非正值停止，生成进入前变化位表；

6、s4、按进入前变化位表切分进入前响应序列，由切分段首末响应值、采样数、末首响应差生成隐藏状态粒子；

7、s5、对隐藏状态粒子执行序贯蒙特卡洛算法，按切分段顺序复制粒子，以同字台架响应帧同位差分值计算粒子似然权重，归一化后按累积分布重采样，生成隐藏状态粒子表；

8、s6、由目标仿真参数表生成待仿真目标工况字，与隐藏状态粒子表匹配，将匹配粒子写入用于设计优化、验证或模拟的轮胎仿真初始条件，生成多状态仿真任务表；

9、s7、在工业云计算环境读取多状态仿真任务表，按进入前变化位数量、隐藏状态粒子数量和仿真步数乘积生成计算量排序字，降序入队后分配给累计计算量升序首位的中央处理单元执行仿真，输出多工况仿真数据集。

10、在一个优选的实施方式中，在s1中包括：

11、s11、获取历史试验记录和目标仿真参数表，从目标仿真参数表读取通道地址位宽和通道量化步长，按通道量化步长将台架指令帧中的通道采样值转换为通道整数值，并按通道地址位宽与通道整数值拼接生成通道片段；

12、s12、按通道地址升序排列同一采样时刻下的通道片段，将排列后的通道片段首尾相接生成目标工况字，并对相邻采样时刻的目标工况字执行逐位异或，生成目标工况变更字；

13、s13、读取目标工况变更字的非零位号，将首次非零位号对应的采样时刻写为目标进入位，并从目标进入位向前截取台架响应帧至上一目标进入位后一采样时刻，按采样时刻升序生成进入前响应序列，写入历史工况记录表。

14、在一个优选的实施方式中，在s2中包括：

15、s21、以目标工况字读取历史工况记录表中的同字进入前响应序列，将后一采样位响应值减去前一采样位响应值生成响应差分字，并按通道地址升序对同一采样位的响应差分字执行定长拼接，生成同字差分串；

16、s22、对同字差分串执行野生二分分割变化点检测算法，以当前待切分片段的首位号和尾位号计算片段长度，将目标工况字与首位号拼接后取模得到左偏移位，将目标工况字与尾位号拼接后取模得到右偏移位，并按左偏移位与右偏移位在当前待切分片段内截取野生子区间；

17、s23、在野生子区间内逐位设置分割位，以分割位左侧差分串均值和右侧差分串均值生成均值差字，以左右两侧采样数乘积除以野生子区间采样数生成平衡权重，并将均值差字平方和乘以平衡权重生成分割增益字。

18、在一个优选的实施方式中，在s2中还包括：

19、s24、按分割增益字降序读取首位分割位，将首位分割位作为子区间变化位，以子区间变化位切分当前待切分片段，分别计算切分前残差定点编码长度和切分后残差定点编码长度，并将二者差值减去变化位号编码长度生成编码减少量；

20、s25、编码减少量为正时保留子区间变化位，并把子区间变化位左右两侧片段继续作为待切分片段执行s22至s24；编码减少量不为正时停止当前待切分片段的切分，并将保留的子区间变化位按采样位升序写入进入前变化位表。

21、在一个优选的实施方式中，在s3中包括：

22、s31、读取候选变化位和候选变化位所在响应片段，以响应片段首末采样值连成片段基准线，将响应片段内各采样值减去片段基准线同位值生成未切分残差串，并按未切分残差串的定点编码位数生成未切分编码长度；

23、s32、以候选变化位把响应片段分成左响应片段和右响应片段，分别按s31相同方式生成左残差串和右残差串，并将左残差串编码长度、右残差串编码长度和候选变化位号编码长度相加生成切分编码长度；

24、s33、用未切分编码长度减去切分编码长度生成描述长度减少量，描述长度减少量为正时保留候选变化位并继续切分对应响应片段，描述长度减少量为非正值时停止对应响应片段切分，按采样位升序输出用于轮胎仿真状态边界识别的进入前变化位表。

25、在一个优选的实施方式中，在s4中包括：

26、s41、读取进入前变化位表和进入前响应序列，将进入前响应序列首位号写入切分边界串首位，将进入前变化位表中的采样位按升序写入切分边界串中间位，将进入前响应序列尾位号写入切分边界串末位，并以相邻边界位号之间的采样帧生成响应切分段；

27、s42、对每个响应切分段执行段内状态编码，读取响应切分段首位响应值和末位响应值，用末位响应值减首位响应值生成末首响应差，末首响应差大于零写入上升响应方向字，末首响应差等于零写入保持响应方向字，末首响应差小于零写入回落响应方向字，并以响应切分段尾位号减首位号加一生成持续采样数；

28、s43、按响应切分段顺序拼接响应方向字、持续采样数和末首响应差，生成段状态字，并将同一进入前响应序列下的段状态字按段顺序首尾相接，生成用于轮胎仿真初始状态识别的隐藏状态粒子。

29、在一个优选的实施方式中，在s5中包括：

30、s51、读取隐藏状态粒子表和进入前变化位表，将每个隐藏状态粒子的段状态字转换为粒子状态向量，其中响应方向字按上升为一、保持为零、回落为负一写入首位，持续采样数取二进制位长写入中位，末位响应差字按定点整数写入末位，并将每个粒子的初始权重写为粒子总数的倒数；

31、s52、按进入前变化位表的采样位顺序执行序贯蒙特卡洛算法，在当前切分段读取上一轮粒子状态向量和当前段状态向量，用当前段状态向量减上一轮粒子状态向量生成状态迁移差向量，并用上一轮粒子状态向量加状态迁移差向量生成预测粒子状态向量；

32、s53、将预测粒子状态向量的末位还原为预测响应差分字，读取同字台架响应帧在当前切分段的实际响应差分字，用实际响应差分字减预测响应差分字生成观测残差字，并以观测残差字绝对值中位数加一生成鲁棒尺度字；

33、s54、将观测残差字除以鲁棒尺度字生成标准残差字，以当前切分段采样数作为学生t分布自由度计算粒子似然值，用粒子似然值乘上一轮权重生成未归一权重，再用未归一权重除以本轮权重总和生成后验权重；

34、s55、以后验权重的累积分布执行系统重采样，起始抽样位由目标工况字哈希余数除以粒子总数生成，相邻抽样位间隔为粒子总数倒数，按抽样位落入的累积分布位置复制对应粒子，直至进入前变化位表读取完毕，生成隐藏状态粒子表。

35、在一个优选的实施方式中，在s6中包括：

36、s61、读取目标仿真参数表，将每个通道取值除以对应量化步长后取整生成待仿真通道整数值，按通道地址升序拼接待仿真通道整数值生成待仿真目标工况字，并用待仿真目标工况字检索隐藏状态粒子表生成粒子工况项；

37、s62、读取粒子工况项中的隐藏状态粒子，将隐藏状态粒子的响应方向字换算为符号位，将持续采样数换算为状态保持位，将末位响应差字换算为状态修正位，并按轮胎仿真模板中的状态槽地址依次写入符号位、状态保持位和状态修正位，生成粒子化轮胎仿真初始条件；

38、s63、基于粒子化轮胎仿真初始条件执行单步仿真验证，将单步仿真输出按s1的通道量化规则生成验证响应差分字，用验证响应差分字减去隐藏状态粒子的末位响应差字生成验证残差字，验证残差字为零时将粒子化轮胎仿真初始条件写入多状态仿真任务表，验证残差字不为零时将验证残差字回写至状态修正位并重复单步仿真验证，重复次数等于隐藏状态粒子的段状态字数量时停止。

39、在一个优选的实施方式中，在s7中包括：

40、s71、在工业云计算环境读取多状态仿真任务表，对每个仿真任务读取进入前变化位表中与待仿真目标工况字对应的变化位计数，读取隐藏状态粒子表中与待仿真目标工况字对应的粒子计数，读取轮胎仿真模板中的步长计数，并将变化位计数、粒子计数和步长计数相乘生成计算量排序字，按计算量排序字降序写入仿真任务队列；

41、s72、读取每个中央处理单元的已分配计算量和已完成计算量，用已分配计算量减去已完成计算量生成单元占用量，将单元占用量按升序排列，并把仿真任务队列首位任务分配给单元占用量升序首位的中央处理单元，同时把计算量排序字累加至对应中央处理单元的已分配计算量；

42、s73、中央处理单元执行仿真任务并输出仿真结果帧，以待仿真目标工况字和隐藏状态粒子拼接生成结果索引字，将仿真结果帧按采样位顺序执行滚动哈希生成结果校验字；同一结果索引字下的结果校验字一致时写入多工况仿真数据集，不一致时把对应仿真任务退回仿真任务队列。

43、轮胎试验台多工况仿真数据批量生成系统，所述系统包括采集构字模块、变点筛选模块、编码判留模块、状态成粒模块、粒子更新模块、仿真建表模块和云端调度模块：

44、采集构字模块，用于获取历史试验记录和目标仿真参数表，按采样时刻读取台架指令帧和台架响应帧，将台架指令帧按通道地址升序拼成目标工况字，以目标工况字变更位为目标进入位，向前截取台架响应帧形成进入前响应序列，写入历史工况记录表；

45、变点筛选模块，用于以目标工况字归并历史工况记录表，对同字进入前响应序列执行野生二分分割变化点检测，按采样位生成候选子区间，按目标工况字与区间端点哈希余数筛出野生子区间，逐位计算左右段均值平方差增益，取增益首位为候选变化位；

46、编码判留模块，用于以前后切分编码长度差为描述长度减少量，正值保留候选变化位并递归切分，非正值停止，生成进入前变化位表；

47、状态成粒模块，用于按进入前变化位表切分进入前响应序列，由切分段首末响应值、采样数、末首响应差生成隐藏状态粒子；

48、粒子更新模块，用于对隐藏状态粒子执行序贯蒙特卡洛算法，按切分段顺序复制粒子，以同字台架响应帧同位差分值计算粒子似然权重，归一化后按累积分布重采样，生成隐藏状态粒子表；

49、仿真建表模块，用于由目标仿真参数表生成待仿真目标工况字，与隐藏状态粒子表匹配，将匹配粒子写入用于设计优化、验证或模拟的轮胎仿真初始条件，生成多状态仿真任务表；

50、云端调度模块，用于在工业云计算环境读取多状态仿真任务表，按进入前变化位数量、隐藏状态粒子数量和仿真步数乘积生成计算量排序字，降序入队后分配给累计计算量升序首位的中央处理单元执行仿真，输出多工况仿真数据集。

51、本发明的技术效果和优点：

52、本方案以目标工况字和进入前响应序列保留工况进入过程，再生成隐藏状态粒子，使同一目标参数下的不同历史状态被区分，缓解重复工况被误删导致的仿真数据失真；

53、通过野生二分分割变化点检测定位进入前响应转折，并用编码长度减少量复核变化位，减少局部波动进入状态边界的情况，提高响应切分的有效性；

54、将响应切分段编码为隐藏状态粒子，把方向、持续时间和响应差写入状态表达，使轮胎温升、加载残留和侧偏恢复过程能够参与仿真初始条件构建；

55、对隐藏状态粒子执行序贯蒙特卡洛更新，按台架实际响应调整粒子权重，使更接近实测响应的历史状态来源被保留，改善状态匹配性；

56、在粒子化初始条件写入后执行单步仿真验证，并按验证残差修正状态修正位，降低隐藏状态写入后与仿真响应不对应的风险。