一种基于胎-路接触包络特征的滚动阻力测量修正方法及系统

背景技术：

1、在车辆工程领域，轮胎滚动阻力的精确测量对提升燃油经济性、降低碳排放具有重要意义。目前，滚动阻力的测量主要依赖于实验室转鼓试验。然而，转鼓试验的接触条件与真实路面存在本质差异，其光滑的转鼓表面无法复现实际路面的复杂纹理激励，导致测量结果无法反映因路面纹理引起的附加滚动阻力分量。滑行测量法等间接方法则受空气阻力、传动损耗等多因素干扰，信噪比低，且缺乏对路面纹理影响的量化分析手段。

2、现有技术的根本缺陷在于，普遍忽略了路面宏观与微观纹理本身对轮胎胶料滞后损耗的直接贡献。例如，转鼓试验无法模拟真实路面的纹理形貌；滑行测量法未建立滚动阻力与路面纹理参数之间的直接关联模型。这导致现有测量方法难以评估路面纹理特性在总滚动阻力中的贡献度，测量结果与真实道路工况脱节，限制了其在车辆实际能耗评估与低碳设计中的应用。

3、因此，本领域迫切需要一种能够直接量化路面纹理影响并修正实验室测量值的新方法。

技术实现思路

1、本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种基于胎-路接触包络特征的滚动阻力测量修正方法及系统，通过明确胎路接触关键影响参数的作用规律，补偿在实际道路工况下滚动阻力的测量结果，解决现有技术无法量化路面纹理形貌对滚动阻力的直接影响，从而无法准确获得真实道路滚动阻力的技术问题。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

3、第一方面，本发明提供一种基于胎-路接触包络特征的滚动阻力测量修正方法，包括以下步骤：

4、s1、路面扫描：通过安装于测量车辆前端的激光扫描仪，在车辆行进过程中连续扫描轮胎接触区域的表面轮廓，获取三维点云数据，并对所述三维点云数据进行滤波和去噪处理，得到初始三维轮廓；

5、s2、包络轮廓生成：基于印痕法对所述初始三维轮廓进行处理，生成代表轮胎接触区的三维包络轮廓；

6、s3、包络特征提取：从所述三维包络轮廓中提取多个与滚动阻力相关的关键三维形貌表征参数；

7、s4、滚动阻力修正量计算：基于所述关键三维形貌表征参数以及当前轮胎运行状态参数，通过预训练的滚动阻力修正模型，计算由路面纹理引起的滚动阻力修正量；

8、s5、滚动阻力输出：将测得的滚动阻力值与所述滚动阻力修正量相加，得到真实道路工况下修正后的滚动阻力数据。

9、在上述技术内容的基础上，进一步的，步骤s2的所述包络轮廓生成具体包括：

10、s21：基于道路设计规范确定轮胎与路面的名义接触面积；

11、s22：基于persson接触力学理论，根据轮胎的弹性模量、泊松比、对路面的压力以及所述初始三维轮廓的均方根梯度，计算实际接触面积；

12、s23：设置水平参考面，初始高度为轮廓的最高点高程；

13、s24：迭代下降所述水平参考面的高度，并计算当前高度下路面轮廓与水平参考面的接触面积；

14、s25：当所述接触面积大于或等于所述实际接触面积时，停止迭代，并保留当前水平参考面上方的轮廓点，形成所述三维包络轮廓。

15、进一步的，步骤s22中计算实际接触面积ac的数学表达式具体为：

16、；（1）

17、；（2）

18、；（3）

19、；（4）

20、其中：为轮胎的弹性模量；为轮胎的泊松比；为轮胎对路面的压力；为初始轮廓的均方根梯度；a0为名义接触面积；δh为初始三维轮廓的表面形貌最大高度；n为修正系数。

21、进一步的，步骤s24中所述迭代下降的步长设置为/50，其中δh为所述初始三维轮廓的表面形貌最大高度。

22、进一步的，步骤s3中的所述关键三维形貌表征参数包括以下至少一种：均方根高度、自相关长度、展开表面面积比、峰密度、峰曲率算术平均值。

23、进一步的，步骤s4中所述滚动阻力修正模型为物理-参数化模型，计算所述滚动阻力修正量的方式为：

24、构建基于所述关键三维形貌表征参数的等效能量密度函数：

25、；

26、其中，、、、为通过实验标定或模拟回归得到的等效系数，为均方根高度、为自相关长度、为展开表面面积比、为峰密度、为峰曲率算术平均值；

27、基于轮胎行驶速度v与空间频率，计算等效激励频率，其中，空间频率为：，为对应路面的空间波长，为轮胎行驶速度；

28、根据所述等效激励频率获取能量耗散函数；

29、基于下式计算所述滚动阻力修正量：

30、

31、其中，为整体标定系数。

32、进一步的，所述滚动阻力修正模型为深度学习模型，其输入特征包括所述关键三维形貌表征参数以及轮胎运行状态参数，所述轮胎运行状态参数包括行驶速度、法向载荷和胎压中的至少一种；所述深度学习模型通过以下残差形式对物理模型进行非线性修正，获得所述滚动阻力修正量：

33、

34、其中，为深度学习模型，为训练获得的网络权重，为均方根高度、为自相关长度、为展开表面面积比、为峰密度、为峰曲率算术平均值；为行驶速度，为法向载荷，为胎压。

35、第二方面，本发明还提供一种于胎-路接触包络特征的滚动阻力测量修正系统，用于实现如第一方面所述的方法，包括：

36、数据采集模块，其包括安装于测量车辆前端的激光扫描仪，用于扫描并获取路面三维点云数据；

37、数据处理模块，与所述数据采集模块通信连接，用于对所述三维点云数据进行滤波和去噪；

38、包络轮廓计算模块，用于基于印痕法生成三维包络轮廓；

39、特征提取模块，用于从所述三维包络轮廓中提取关键三维形貌表征参数；

40、模型计算模块，存储有预训练的滚动阻力修正模型，用于接收所述特征提取模块提取的参数以及轮胎运行状态参数，并计算滚动阻力修正量；

41、结果输出模块，用于输出修正后的滚动阻力值。

42、第三方面，本发明还提供一种电子设备，包括至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述至少一个处理器通过执行所述存储器存储的指令实现如第一方面所述的基于胎-路接触包络特征的滚动阻力测量修正方法。

43、第四方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有至少一条指令或至少一段程序，所述至少一条指令或至少一段程序由处理器加载并执行以实现如第一方面所述的基于胎-路接触包络特征的滚动阻力测量修正方法。

44、本发明提供的技术方案通过精确表征胎-路接触区的三维包络形貌特征，直接建立该特征与由路面纹理引起的滚动阻力增量之间的映射关系，从而对实验室基准测量值进行精确修正，该方法通过路面扫描、包络轮廓生成、特征参数提取、修正模型计算等步骤，实现了对纹理影响的直接量化与补偿。与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：

45、（1）直接量化纹理影响：通过引入胎-路接触三维包络特征，首次实现了对路面纹理形貌引起的滚动阻力增量进行直接量化与分离，而非通过振动响应等间接参数，从根本上克服了实验室测量条件与真实道路纹理脱节的问题。

46、（2）模型机理清晰，精度高：基于轮胎胶料在纹理轮廓上的滞后损耗构建物理模型，并结合数据驱动方法进行非线性修正，模型物理意义明确，预测精度高，可靠性强。

47、（3）实用性与普适性强：该方法直接关联路面纹理属性与滚动阻力，可与现有车辆测试系统无缝集成，通过车载扫描实时操作，适用于各种真实道路条件的滚动阻力精确评估，为车辆节能降耗设计与性能优化提供了直接、可靠的数据支撑。