本發(fā)明屬于車輛工程中的路面識別，具體涉及一種松軟土路面有效不平度及沉陷量估測方法。

背景技術：

1、路面不平度是車輛工程常用名詞，其通常用來描述路面的起伏程度，是車輛行駛過程中的主要激勵。衛(wèi)勤保障車輛對路面平整度要求相較于一般車輛更高，不平整的路面可能影響作戰(zhàn)、救援或危險品運輸?shù)陌踩?。衛(wèi)勤保障車輛通常配備精密的醫(yī)療設備，平穩(wěn)行駛可以減少振動和沖擊，防止設備損壞，確保其正常運行，避免傷員在轉運過程中出現(xiàn)二次傷害，同時減少對醫(yī)護人員急救操作的干擾，提高急救操作的準確性和成功率。因此，路面不平度的估測對衛(wèi)勤保障車輛路面行駛質量、車輛平順性分析、車輪動載荷仿真、車輛設計等方面研究意義重大。

2、常見的獲取路面不平度信息的方式主要有兩種，即路面不平度測量與路面不平度識別。路面不平度測量定義為應用各類測量設備獲得路面具體的高程信息；路面不平度識別定義為利用車輛振動響應，采用某些算法對路面進行分類。其中，測量方法主要分為接觸式測量法和非接觸式測量法。一般來說，非接觸式測量法需要載體對傳感器進行搭載，最后的數(shù)據(jù)處理過程對傳感器在測量過程中的位移變化進行消除即可獲取測量值。但是該過程并沒有考慮位移變化的正確性，僅僅對加速度信號進行簡單的二次積分處理。這也導致忽略了載體自身的擾動對測量結果的影響。

3、且由于松軟土路面質地的特殊性，上述的測量方法在實際運用過程中存在障礙；路面不平度識別方法雖然成本較低，但是需要大量真實的軟土路面數(shù)據(jù)集用來訓練，而在實際研究中并沒有大量的標準軟土路面數(shù)據(jù)集。

4、為準確再現(xiàn)松軟土路面環(huán)境下實際路面不平度狀況，亟需一種對松軟土路面的有效不平度及沉陷量進行精確估測的方法，為衛(wèi)勤保障車輛研究提供準確的路面激勵。

技術實現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：

2、針對現(xiàn)有問題，本發(fā)明提出了一種衛(wèi)勤保障車適用的松軟土路面有效不平度及沉陷量估測方法。與現(xiàn)有技術相比，該方法并不是對松軟土路面表面幾何形貌的直接測量，而是專注于松軟土路面在特定條件下的動態(tài)表現(xiàn)，估測在實際行駛中松軟土路面對車輛產生的影響。

3、技術方案：

4、本發(fā)明公開了一種衛(wèi)勤保障車適用的松軟土路面有效不平度及沉陷量估測方法，包括以下步驟：

5、在衛(wèi)勤保障車上安裝傳感器，收集該車輛在試驗路段的行駛數(shù)據(jù)；

6、對收集到的行駛數(shù)據(jù)進行初步處理，提取出有效數(shù)據(jù)，計算路面不平度信息，根據(jù)改進的動基準測量方法集成路面不平度和對應時刻的車身響應，形成路譜數(shù)據(jù)庫；

7、將所述路譜數(shù)據(jù)庫中的路面不平度和對應時刻的車身響應按車速范圍分組，提供神經網絡模型，利用每一組數(shù)據(jù)分別訓練該組數(shù)據(jù)所對應的神經網絡模型，得到每組車速對應訓練后的神經網絡模型，封裝各個不同車速對應訓練后的神經網絡模型，得到松軟土路面有效不平度估測器；

8、利用所述松軟土路面有效不平度估測器對松軟土路面的有效不平度進行估測，通過傳感器獲取衛(wèi)勤保障車在松軟土路面上行駛的原始不平度，結合所述有效不平度和所述原始不平度計算沉陷量。

9、進一步的，所述安裝傳感器，包括一個激光測距傳感器、兩個相同的振動加速度傳感器和一個拉桿式直線位移傳感器。

10、進一步的，所述傳感器的安裝方式為：

11、將一個激光測距傳感器與一個振動加速度傳感器安裝于車輛的承載架，激光測距傳感器和加速度傳感器均安裝在簧上位置，兩個傳感器位于同一基準面，承載架位于車輛前部，激光測距傳感器垂直指向路面，靠近前車輪處的中心軸線；

12、將另一個振動加速度傳感器安裝在靠近車輪的減振器支架，該傳感器位于簧下位置；

13、將一個拉桿式直線位移傳感器安裝在車輪與車身之間，拉桿式直線位移傳感器的拉桿和車身的垂向相對運動方向對齊，拉桿連接車輪或懸掛臂的一個端點，另一端與車身或車架相連。

14、進一步的，所述收集該車輛在試驗路段的行駛數(shù)據(jù)，包括：

15、(1)將用于試驗的衛(wèi)勤保障車輛移動至試驗路段，保持車輛靜止，啟動激光測距傳感器、振動加速度傳感器及拉桿式直線位移傳感器，記錄此時激光測距傳感器與所測路面的垂向距離l1；

16、(2)啟動車輛，保持車輛以一定速度勻速行駛，記錄車輛行駛過程中激光測距傳感器與所測路面的實時垂向高度l2，加速度傳感器所測得的車身垂向振動簧上振動加速度a1和簧下振動加速度a2，拉桿式直線位移傳感器所測得的簧上質量和簧下質量的垂向振動位移差d；

17、(3)更換試驗車速，在相同的路段進行測量，同一路段的試驗結束后，對采集到的數(shù)據(jù)進行現(xiàn)場觀測，排查是否存在異常數(shù)據(jù)；

18、(4)更換試驗路段，重復上述步驟，收集試驗車輛在不同試驗路段的行駛數(shù)據(jù)。

19、進一步的，所述收集該車輛在試驗路段的行駛數(shù)據(jù)，每一次更換路段之后，對傳感器進行標定調試，確保傳感器正常采集數(shù)據(jù)，保證所有傳感器采集的數(shù)據(jù)均在同一時間基準上。

20、進一步的，所述對收集到的行駛數(shù)據(jù)進行初步處理，包括：

21、(1)將試驗路面的路面不平度定義為q1，激光測距傳感器在行駛過程中采集到的垂向距離定義為l2，對應的振動加速度傳感器采集到的簧上振動加速度數(shù)據(jù)定義為a1(t)，激光測距傳感器在行駛過程中的垂向位移變化d1(t)，公式如下：

22、

23、簧下振動加速度a2(t)對應的垂向位移變化d2(t)的計算公式如下：

24、

25、(2)利用計算出的d1消除激光測距傳感器在車輛行駛過程的垂向位移偏差，計算得出所測路面的路面不平度q1：

26、q1＝l2(t)-l1(t)+d1(t)

27、(3)利用對應的拉桿式直線位移傳感器的所測量的值對積分結果進行補償修正，設簧下質量加速度為a2(t)，對應的簧下振動位移d2，拉桿式直線位移傳感器的輸出位移記作d，在理想情況下，d(t)、d1(t)、d2(t)滿足下述公式：

28、d(t)＝d2(t)-d1(t)

29、進一步的，所述d2(t)與d1(t)的差值不完全與d(t)相等時，將d(t)作為優(yōu)化目標，通過濾波或者數(shù)據(jù)融合算法減少加速度信號二次積分過程中的誤差。

30、進一步的，所述訓練神經網絡模型，步驟包括：

31、(1)針對路譜數(shù)據(jù)庫中同一路面上收集的路面不平度和對應時刻的車身響應，按車速范圍的不同對所述路面不平度和對應時刻的車身響應分組；

32、(2)將每一組行駛數(shù)據(jù)按一定比例劃分為訓練集、驗證集、測試集；

33、(3)提供神經網絡模型，利用每一組數(shù)據(jù)分別訓練該組數(shù)據(jù)所對應的神經網絡模型，得到每組車速對應訓練后的神經網絡模型，在驗證集合上驗證神經網絡模型精度；

34、(4)封裝各個不同車速對應訓練后的神經網絡模型，形成一個完整的松軟土路面有效不平度估測器。

35、進一步的，所述計算衛(wèi)勤保障車在松軟土路面上行駛的沉陷量，具體為：

36、當車輛行駛在松軟土路面時，記錄此時的行駛車速，通過激光測距傳感器獲取松軟土路面的原始不平度q原始，

37、所述松軟土路面有效不平度估測器針對當前的行駛車速，選擇并調用對應的神經網絡模型輸出松軟土路面的有效不平度q有效；

38、松軟土路面的沉陷量定義為h的計算公式為：

39、h＝q原始-q有效

40、本發(fā)明還公開了一種衛(wèi)勤保障車適用的有效不平度及沉陷量估測裝置，包括：

41、傳感器模塊，用以收集衛(wèi)勤保障車輛在試驗路段的行駛數(shù)據(jù)；

42、數(shù)據(jù)庫模塊，用以對收集到的行駛數(shù)據(jù)進行初步處理，提取出有效數(shù)據(jù)，計算路面不平度信息；根據(jù)改進的動基準測量方法集成路面不平度和對應時刻的車身響應，形成路譜數(shù)據(jù)庫；

43、神經網絡模塊，用以基于所述路譜數(shù)據(jù)庫的路面不平度和對應時刻的車身響應，訓練不同車速下對應的神經網絡模型，封裝松軟土路面有效不平度估測器；

44、估測模塊，用以根據(jù)所述松軟土路面有效不平度估測器估測衛(wèi)勤保障車輛在松軟土路面上行駛時的有效不平度，通過傳感器獲取衛(wèi)勤保障車在松軟土路面上行駛的原始不平度，計算衛(wèi)勤保障車在松軟土路面上行駛的沉陷量。

45、有益效果：

46、本發(fā)明公開了一種衛(wèi)勤保障車適用的松軟土路面有效不平度及沉陷量估測方法，相較現(xiàn)有技術具有如下突出效果：

47、第一，利用改進動基準測量原理，獲取更高精度的簧上振動位移?，F(xiàn)有技術中，振動傳感器在二次積分后所輸出的位移會存在大量的噪聲疊加導致測量精度較低的問題，本發(fā)明基于改進的動基準測量原理，利用拉桿式直線位移傳感器的測量值對載體自身的擾動進行補償修正，確保路面不平度測量精度。

48、第二，利用實際收集的數(shù)據(jù)庫和神經網絡模型對松軟土路面的有效不平度進行估測?，F(xiàn)有技術中用于建立訓練模型的數(shù)據(jù)庫大多源于仿真環(huán)境，而本發(fā)明提供的方法利用真實收集的路譜數(shù)據(jù)庫進行神經網絡模型訓練，有效映射出衛(wèi)勤保障車輛在松軟土路面上行駛時的有效不平度。

49、第三，本發(fā)明提供的方法還計算了沉陷量。在估測有效不平度的同時，利用到激光測距傳感器獲取松軟土路面的原始不平度，進而計算得到衛(wèi)勤保障車輛在松軟土路面行駛的沉陷量，對衛(wèi)勤保障車輛路面行駛質量、車輛平順性分析、車輪動載荷仿真、車輛設計的研究提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。