謝建新，王亞洲，劉浩

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汽車(chē)全自動(dòng)超載檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)

謝建新，王亞洲，劉浩

（青島黃海學(xué)院，山東 青島 266427）

隨著汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，許多道路運(yùn)輸?shù)膯?wèn)題由此產(chǎn)生，客車(chē)超載成為影響人民生命安全的主要因素。研究通過(guò)傳感器采集汽車(chē)懸架受力總和，并將這些數(shù)據(jù)傳送到車(chē)載ECU，并通過(guò)ECU判別數(shù)據(jù)，若該數(shù)據(jù)超過(guò)設(shè)定數(shù)據(jù)或采集收據(jù)車(chē)載ECU將會(huì)對(duì)汽車(chē)的起動(dòng)系統(tǒng)做出干涉，禁止汽車(chē)起動(dòng)；若降低汽車(chē)載荷并達(dá)到規(guī)定數(shù)值，汽車(chē)才能起動(dòng)。

超載；傳感器；ECU；載荷；起動(dòng)

前言

汽車(chē)超載會(huì)引發(fā)多方面的負(fù)面問(wèn)題，汽車(chē)本身各方面的性能參數(shù)隨外界變化范圍所引起的改變，包括額定裝載質(zhì)容量，汽車(chē)質(zhì)心高度范圍，質(zhì)心位置范圍等因素都是汽車(chē)生產(chǎn)廠商通過(guò)精確的實(shí)驗(yàn)計(jì)算求得而一次生產(chǎn)不可隨意改動(dòng)。但使用者根據(jù)自己的意愿隨意對(duì)車(chē)身構(gòu)架進(jìn)行改變，其中最主要的就是加高貨運(yùn)車(chē)廂高度，增加裝載質(zhì)量，這就大大增加了汽車(chē)的負(fù)荷，改變了汽車(chē)的質(zhì)心高度，質(zhì)心位置的改變，使得汽車(chē)整體參數(shù)變化。

汽車(chē)一旦整體參數(shù)變動(dòng)，汽車(chē)的各方面的性能會(huì)隨之改變，如汽車(chē)的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性、制動(dòng)性以及操縱穩(wěn)定性等。但這些參數(shù)又是衡量一輛車(chē)能否出廠交付使用的重要參數(shù)，因此，這些參數(shù)的改變會(huì)造成不可預(yù)料的結(jié)果。為了讓人們深刻意識(shí)到超載的危害和改善超載的情況，本研究從剖析超載的危害和車(chē)身動(dòng)力學(xué)方面著手并結(jié)合汽車(chē)電子電路方面設(shè)計(jì)超載檢測(cè)處理裝置。

1 車(chē)輛超載危害分析

1.1 車(chē)輛超載對(duì)輪胎的影響

當(dāng)汽車(chē)超載時(shí)，輪胎由于徑向載荷的存在，會(huì)發(fā)生顯著變形，徑向載荷越大輪胎變形也越大，在汽車(chē)未超載的情況下，這些變形量處在汽車(chē)生產(chǎn)廠商預(yù)先實(shí)驗(yàn)的范圍內(nèi)，但輪胎的徑向載荷超出輪胎的額定載荷，輪胎會(huì)處在超壓狀態(tài)下，輪胎與地面接觸處由點(diǎn)變成平面，當(dāng)汽車(chē)行駛時(shí)，車(chē)輪輪胎會(huì)持續(xù)性的變形，加速輪胎內(nèi)部氣體的摩擦，增加胎內(nèi)氣體溫度，同時(shí)輪胎本身也會(huì)發(fā)生擠壓和摩擦，加速胎內(nèi)氣體溫度升高；長(zhǎng)時(shí)間的擠壓和摩擦?xí)?dǎo)致輪胎磨損加劇，縮短輪胎壽命，由于汽車(chē)超載，當(dāng)急速剎車(chē)或路面輕微的顛簸都將導(dǎo)致爆胎。

1.2 車(chē)輛超載對(duì)汽車(chē)的性能影響

汽車(chē)能起步的最重要條件必須滿足：發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞到車(chē)輪上的驅(qū)動(dòng)力大于道路阻力、坡度阻力、空氣阻力、加速阻力之和，然而當(dāng)汽車(chē)超載時(shí)，汽車(chē)整車(chē)質(zhì)量會(huì)偏離廠家的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，影響汽車(chē)的各方面性能。

1.3 車(chē)輛超載對(duì)道路的危害

道路切應(yīng)力，對(duì)于道路而言，汽車(chē)在行駛時(shí)，回到道路產(chǎn)生擠壓和剪切作用，剪切作力與輪胎與地面的接觸面積有關(guān)：X=A；

A為輪胎與地面的接觸面積，c為地面的阻力系數(shù)；

水泥道路和瀝青道路在外力作用下的變形和破壞過(guò)程，也就是內(nèi)部各混合物之間裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展過(guò)程。荷載到達(dá)“比例極限”（約為極限荷載的30％）以前、地面裂縫無(wú)明顯變化，荷載與變形比較接近直線關(guān)系。荷載超過(guò) “比例極限”以后，地面裂縫的數(shù)量、長(zhǎng)度和寬度都不斷增大，地面借摩阻力繼續(xù)承擔(dān)荷載，但尚無(wú)明顯的砂漿裂縫。此時(shí)，變形增大的速度超過(guò)荷載增大的速度，荷載與變形之間不再為線性關(guān)系。

2 載貨汽車(chē)結(jié)構(gòu)及車(chē)架受力分析

載貨汽車(chē)結(jié)構(gòu)說(shuō)明圖1，如下：

圖1 載貨汽車(chē)結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 車(chē)架受理仿真圖

2.1 載貨汽車(chē)車(chē)架受力仿真分析

表1 車(chē)架材料屬性

基于Simulation對(duì)車(chē)架應(yīng)用材料Q235-B進(jìn)行仿真分析（仿真分析如圖2），外部受力2000牛頓進(jìn)行分析；下面對(duì)車(chē)架按一定條件的分析結(jié)果。結(jié)果如圖3所示，最大應(yīng)力出現(xiàn)在車(chē)架疊板彈簧的吊環(huán)，車(chē)架的最大位移位于車(chē)架大梁中部位置。

3 自動(dòng)檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)

3.1 自動(dòng)檢測(cè)裝置的工作原理

載貨汽車(chē)基本立體結(jié)構(gòu)是車(chē)廂通過(guò)某種方式和車(chē)架相連接，車(chē)架和大梁制成一體，駕駛室也同車(chē)廂一樣落座在大梁上，如圖4所示大梁主要通過(guò)在梁上的吊環(huán)安裝的疊板彈簧與汽車(chē)后橋連成一體，整個(gè)車(chē)身通過(guò)對(duì)應(yīng)數(shù)量的疊板彈簧將所有的車(chē)身載荷施加到前后軸上，在如圖5所示，由于疊板彈簧上載荷的存在，疊板彈簧會(huì)向下彎曲，由于疊板彈簧彈性系數(shù)的存在，會(huì)使疊板彈簧在外部載荷的作用下發(fā)生彈性下移，彈性下移量可由距離傳感器測(cè)得。汽車(chē)整車(chē)組裝時(shí)通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得該車(chē)額定載貨情況下疊板彈簧下移量，并將這一數(shù)據(jù)作為判定量，當(dāng)汽車(chē)出廠交付使用后，使用者裝載一定重量的貨物時(shí)，貨物質(zhì)量快接近額定載貨量時(shí)，汽車(chē)?yán)葧?huì)提示操作人員，當(dāng)前貨物質(zhì)量即將達(dá)到額定載貨量，防止超載。

圖4 車(chē)架大梁結(jié)構(gòu)示意圖

圖5 車(chē)架大梁受力分析圖

3.2 系統(tǒng)工作邏輯電路圖系統(tǒng)工作

如圖9所示，超載檢測(cè)系統(tǒng)有特殊的電路供電，并隨時(shí)準(zhǔn)備檢測(cè)超載情況，若貨車(chē)超載時(shí)，系統(tǒng)距離判別電腦會(huì)檢測(cè)到疊板彈簧下移距離大于廠家預(yù)設(shè)數(shù)值，系統(tǒng)便會(huì)發(fā)送指令給ECU：“系統(tǒng)錯(cuò)誤”指令，ECU同時(shí)控制點(diǎn)火系統(tǒng)，切斷點(diǎn)火系統(tǒng)主電路，并等待下一步指令；若超載量被移除，判別電腦檢測(cè)到彈簧下移距離不超過(guò)預(yù)設(shè)數(shù)值，并給ECU發(fā)送“系統(tǒng)正?！敝噶?，ECU控制點(diǎn)火系統(tǒng)主電路接通，當(dāng)接通點(diǎn)火開(kāi)關(guān)時(shí)，點(diǎn)火系統(tǒng)正常點(diǎn)火。

3.3 裝置設(shè)計(jì)目的

經(jīng)過(guò)對(duì)駕駛?cè)笋{駛經(jīng)驗(yàn)的分析，發(fā)現(xiàn)駕駛?cè)顺d原因大多為超載沒(méi)有從根本上得到解決辦法，認(rèn)為超載后，只要車(chē)能跑便沒(méi)有問(wèn)題，沒(méi)有一個(gè)強(qiáng)制限定的條件。我案的設(shè)計(jì)思路的電路部分即可以從發(fā)動(dòng)機(jī)電控部分著手，從局部改變汽車(chē)電控單元的電路限定條件，在汽車(chē)電控系統(tǒng)的點(diǎn)火電路中添加一些限制汽車(chē)起動(dòng)的條件，便可以從根本上解決汽車(chē)超載的問(wèn)題，即只有當(dāng)汽車(chē)滿足常規(guī)條件，即目前汽車(chē)點(diǎn)火起動(dòng)條件以外再滿足一條本案的設(shè)計(jì)思路之一—不超載的情況下，才能啟動(dòng)。

當(dāng)汽車(chē)的起動(dòng)條件被加強(qiáng)之后，汽車(chē)的起動(dòng)條件便限制了汽車(chē)超載情況的發(fā)生，汽車(chē)少了長(zhǎng)期的超載情況，就能夠更好的達(dá)到汽車(chē)生產(chǎn)商以及駕駛員所希望的汽車(chē)動(dòng)力性、操縱性、燃油經(jīng)濟(jì)性等汽車(chē)整體參數(shù)的要求，當(dāng)汽車(chē)的各項(xiàng)性能被駕駛條件滿足之后，汽車(chē)的整體性能也就能盡可能發(fā)到汽車(chē)設(shè)計(jì)研發(fā)人員的設(shè)計(jì)要求，也能夠更好的保障人們對(duì)出行安全性的要求。同時(shí)當(dāng)汽車(chē)的超載情況被杜絕以后，汽車(chē)通過(guò)輪胎對(duì)地面接觸應(yīng)力也不會(huì)超過(guò)路面設(shè)計(jì)的許用應(yīng)力，由此更可以大大減輕汽車(chē)對(duì)道路的損害。

4 結(jié)論

系統(tǒng)根據(jù)材料的屬性依據(jù)汽車(chē)生產(chǎn)廠商的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)檢測(cè)汽車(chē)當(dāng)前載重情況，檢測(cè)是否超載，若汽車(chē)超載發(fā)生時(shí)，介入汽車(chē)的點(diǎn)火系統(tǒng)，阻斷點(diǎn)火系統(tǒng)線路，從源頭上解決超載的問(wèn)題。本文從超載對(duì)汽車(chē)車(chē)身的危害方面讓用車(chē)人員認(rèn)識(shí)到超載的嚴(yán)重性，大大減少超載現(xiàn)象發(fā)生的可能性。

[1] 關(guān)文達(dá).懸架[M].吉林:機(jī)械工業(yè)出版社,2007.

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Design of automatic overloading detection device for automobile

Xie Jianxin, Wang Yazhou, Liu Hao

( Qingdao Huanghai University, Shandong Huanghai 266427 )

With the development of the automobile industry, many road transportation problems arise, and the overload of buses becomes the main factor that affects the safety of people's lives. This study collects the total force of the vehicle suspension by sensor, and transfers the data to the vehicle ECU, and discriminates the data through ECU. If the data exceeds the set data or the collection receipt, the vehicle ECU will interfere with the starting system of the car and prohibit the car starting. Start.

Overloading; sensors; ECU; load; starting

B

1671-7988(2018)24-223-03

U462

B

1671-7988(2018)24-223-03

U462

謝建新，男，青島黃海學(xué)院副教授，碩士研究生，主要研究方向車(chē)輛零部件設(shè)計(jì)。科技創(chuàng)新項(xiàng)目信息：汽車(chē)車(chē)載全自動(dòng)超載檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.24.080