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A self-adaptive PINN for hidden-state degradation feature learning and remaining useful life prediction of wet friction components

均方误差 加权 人工神经网络 控制理论(社会学) 非线性系统 可解释性 数学 工程类 离合器 计算机科学 均方根 仿真 最小均方滤波器 重复性 信号处理 工作(物理) 扭矩 人工智能 稳健性(进化) 降级(电信) 近似误差 算法 还原(数学) 变压器 水准点(测量) 编码器
作者
Jianpeng Wu,Sanhu Su,Heyan Li,Liyong Wang
标识
DOI:10.1177/09544070261488245
摘要

Wet friction components serve as critical elements in clutch systems for powertrain and torque regulation, and their remaining useful life (RUL) prediction is of great significance for ensuring the reliable operation of transmission systems. Traditional data-driven methods fall short in fully characterizing the underlying physical degradation mechanisms, while purely physics-based models are often limited by inaccessible parameters and modelling complexity. To address these challenges, the present work proposes a Transformer-based self-adaptive physics-informed neural network (Transformer-SAPINN) for RUL prediction of wet friction components. The proposed approach first employs a Transformer encoder structure to capture temporal dependencies and inter-feature interactions in degradation signals. Moreover, a physics-guided regulator (PGR) is developed to self-adaptively learn the unknown nonlinear partial differential equation (PDE) that governs the degradation evolution, and this physics prior is embedded into the PINN framework. Furthermore, the method introduces a task uncertainty-based adaptive weighting mechanism, which dynamically adjusts the relative contributions of the data and physics loss terms throughout training. Results indicate that the proposed method achieves superior performance compared with other models, with the highest coefficient of determination ( R 2 ) reaching 0.9978, and reductions in mean absolute error ( MAE ) and root mean square error ( RMSE ) up to 89.33% and 85.23%, respectively. Ablation studies reveal that, compared with the model without Transformer, MAE and RMSE are reduced by 65% and 68%, respectively. Furthermore, interpretability analysis identifies the Thickness, maximum circumferential temperature difference ( T c ) and maximum radial temperature difference ( T r ) as the three most critical indicators influencing lifetime prediction.
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