王磊,蘇海東,楊卓帆
(陜西重型汽車有限公司汽車工程研究院,陜西西安 710200)
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基于車輛實(shí)時(shí)行駛參數(shù)的車載質(zhì)量預(yù)測
王磊,蘇海東,楊卓帆
(陜西重型汽車有限公司汽車工程研究院,陜西西安 710200)
摘要:提出了利用載貨車發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)時(shí)行駛參數(shù)預(yù)測車載質(zhì)量的方法,依據(jù)車輛行駛時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的瞬時(shí)功率與車輛的行駛速度和車載質(zhì)量成正比的關(guān)系進(jìn)行建模計(jì)算,使車輛的車載質(zhì)量可在行駛時(shí)估算,方便超載治理。
關(guān)鍵詞:汽車運(yùn)輸;車載質(zhì)量;超載;實(shí)時(shí)行駛參數(shù)
國內(nèi)載貨車輛普遍存在超載現(xiàn)象。車載質(zhì)量基本是通過收費(fèi)站的地磅得到,上高速公路后加貨、減貨不可控。在一定的穩(wěn)定車速工況下,貨物的質(zhì)量與發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率成正比關(guān)系。為此,該文基于載貨車的實(shí)時(shí)行駛參數(shù)開展車重?cái)M合。
高端牽引車主要在高速公路上行駛,路況和車速相對(duì)穩(wěn)定,正常時(shí)車速為70~90 km/h,巡航車速基本維持在80 km/h,行駛中急加速和突然剎車較少,工況單一,發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩及功率波動(dòng)較小。因此,針對(duì)高端牽引車進(jìn)行車重計(jì)算。其車載質(zhì)量變化區(qū)間為15(空車)~55 t(滿載)。通過道路實(shí)車試驗(yàn)采集發(fā)動(dòng)機(jī)的原始數(shù)據(jù),基于行駛速度及車載質(zhì)量設(shè)計(jì)試驗(yàn)及數(shù)學(xué)計(jì)算方法。按速度與車載質(zhì)量變化進(jìn)行矩陣數(shù)據(jù)測試,實(shí)際測試工況按試驗(yàn)中心的測試能力及設(shè)備而定。車重主要按數(shù)值插值計(jì)算擬合得到,進(jìn)行數(shù)據(jù)濾波后得到車載質(zhì)量。
根據(jù)相關(guān)研究成果,在一定的車速下,貨物的質(zhì)量與發(fā)動(dòng)機(jī)功率成對(duì)應(yīng)的關(guān)系。因此,可通過測量發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出扭矩來推算貨物質(zhì)量。
首先獲取車輛行駛工況數(shù)據(jù),提取主要運(yùn)行參數(shù)即發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)瞬時(shí)扭矩和行駛速度,利用這3個(gè)參數(shù)進(jìn)行插值建模,反推車載質(zhì)量??紤]到安全及車輛行駛時(shí)的速度保持性,試驗(yàn)車輛速度定為60~80 km/h;車載質(zhì)量從空載每5 t加載,直到55 t。從空載開始測試記錄數(shù)據(jù),以5 t開始裝載,裝載一次測試一次,到滿載時(shí)測試結(jié)束。每裝載噸位下,測試車分別以速度60、70、80 km/h等速運(yùn)行,實(shí)時(shí)記錄運(yùn)行過程中的車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩,各速度分別行駛0.5 h。
首先對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行前期的程序篩選及后期的功率計(jì)算反推,最終得到車載質(zhì)量數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集時(shí),會(huì)出現(xiàn)每秒100次或每秒10次的記錄,首先通過程序計(jì)算每秒內(nèi)的平均值(速度、扭矩、轉(zhuǎn)速),處理完畢后生成新的數(shù)據(jù)列表,該列表為1秒1次的數(shù)據(jù)列表,在該表內(nèi)截取1 800 s,得到30 min內(nèi)的數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)列表作為最原始的程序擬合輸入數(shù)據(jù),排列成列向量形式。圖1為1 800 s內(nèi)每秒的平均速度-時(shí)間圖,圖中部分速度不穩(wěn)定,說明行駛中有部分剎車減速及加速過程。圖2為對(duì)應(yīng)的1 800 s內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)的每秒平均轉(zhuǎn)速-時(shí)間圖。
圖1 平均速度-時(shí)間圖
編寫篩選程序,去除速度偏差。在實(shí)際路試中,車速無法保持在穩(wěn)定狀態(tài),由于路面的起伏等原因會(huì)出現(xiàn)速度偏差,需進(jìn)行濾波得到(60±2)、(70± 2)、(80±2)km/h的數(shù)據(jù)列表。圖3為對(duì)圖1進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選后的結(jié)果,去除剎車和加速度,得到平穩(wěn)行駛工況。汽車行駛過程中,急加速和急減速時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率及扭矩不穩(wěn)定,故在該研究中不將其作為輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行建模,建模數(shù)據(jù)盡量選擇車速穩(wěn)定狀態(tài)。圖4為篩選后的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速-時(shí)間圖。
圖2 平均轉(zhuǎn)速-時(shí)間圖
圖3 程序篩選后的速度-時(shí)間圖
圖4 程序篩選后的轉(zhuǎn)速-時(shí)間圖
利用篩選后的數(shù)據(jù)進(jìn)行功率計(jì)算,依據(jù)不同車載質(zhì)量在同一車速工況下發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率不同的原理進(jìn)行建模。
發(fā)動(dòng)機(jī)功率與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系見式(1),通過式(1)可計(jì)算出車輛運(yùn)行時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)瞬時(shí)功率。
式中:Pe為發(fā)動(dòng)機(jī)的功率(k W);Ttq為發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩(N·m);n為發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速(r/min)。
利用軟件中的數(shù)值插值命令對(duì)車載質(zhì)量進(jìn)行插值計(jì)算。先判斷車速,提取高速路段車速60~80 km/h的數(shù)據(jù),分析其功率分布范圍,在功率矩陣列表中進(jìn)行判斷,最后插值得到車重。表1為依據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)出的車輛空載、半載及滿載工況下的行駛參數(shù)。
表1 依據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)出的行駛參數(shù)
車輛在運(yùn)行過程中工況復(fù)雜,發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩及功率變化范圍大,造成數(shù)據(jù)一致性較差。該文基于高速公路路況進(jìn)行研究,取車輛巡航工況,并進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選,避免發(fā)動(dòng)機(jī)工況突變。如何進(jìn)行各工況下扭矩及功率統(tǒng)計(jì),并與車載質(zhì)量建立相應(yīng)關(guān)系是研究難點(diǎn)。要求原始的實(shí)車路況數(shù)據(jù)準(zhǔn)確真實(shí)、一致性強(qiáng)。由于程序要在車載處理器上運(yùn)作,該程序不能過大,否則計(jì)算要求過高,無法實(shí)現(xiàn)車載計(jì)算。
參考文獻(xiàn):
[1] 王軍華,高峰,葉燕仙.基于計(jì)重收費(fèi)數(shù)據(jù)庫的高速公路網(wǎng)貨物運(yùn)輸量計(jì)算[J].現(xiàn)代交通技術(shù),2009,6(4).
[2] 溫福軍,趙新,郭嘉明,等.貨運(yùn)車輛發(fā)動(dòng)機(jī)在不同路面上輸出轉(zhuǎn)矩實(shí)時(shí)監(jiān)測對(duì)比分析試驗(yàn)[J].公路與汽運(yùn),2015(2).
[3] 袁長偉,王建偉.高速公路貨流統(tǒng)計(jì)方法與實(shí)證分析[J].公路交通科技,2009,26(10).
[4] 劉擁華,孫靜怡,何民,等.高速公路貨物運(yùn)輸量統(tǒng)計(jì)方法[J].公路交通科技,2012,29(4).
[5] 左慶樂,張瑩.我國公路運(yùn)輸量統(tǒng)計(jì)調(diào)查的新思路[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化,2005(2).
[6] 張歡.高速公路計(jì)重收費(fèi)關(guān)鍵問題研究[D].長沙:中南大學(xué),2010.
中圖分類號(hào):U492.3
文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A
文章編號(hào):1671-2668(2016)03-0077-02
收稿日期:2015-12-29