李旭明，劉 杰，馮江峰，丁念紅

（陜西漢德車橋有限公司，陜西 西安 710201）

前言

道路運輸是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，隨著該產(chǎn)業(yè)的不斷壯大，如何使整車運輸市場更加規(guī)范化應(yīng)成為當務(wù)之急。了解實際整車滿載總質(zhì)量，可以為用戶提供更加合理的車型配置，也為售后判定是否超載及運輸過程中是否有貨物拋灑問題提供了有效依據(jù)?？紤]到車輛行駛的動態(tài)連續(xù)性及稱重的便利性，目前較為流行的車輛稱重方法有兩大類：一類是軸計量式動態(tài)稱重，即車輛經(jīng)過稱重臺，輪軸識別器、稱重傳感器等通過對軸組的稱量，得到車貨總重[1]。該方法無法做到一稱一車的測量模式，也就無法有效避免誤差。該方法對司機行駛行為標準要求較高，當車輛采用S型駕駛等方式經(jīng)過稱重臺，測量結(jié)果也會產(chǎn)生較大誤差；二類是車輛自稱重系統(tǒng)，通過設(shè)計操作便捷、排除人為作弊、可隨時監(jiān)測的自稱重系統(tǒng)，可為用戶、廠家提供有效的車貨總重信息。以下闡述了幾種正在開發(fā)的自稱重系統(tǒng)，主要包括對其工作原理、使用情況的介紹。

1 基于大數(shù)據(jù)的自稱重系統(tǒng)

該自稱重系統(tǒng)主要由車輛傳感器、無線通訊模塊、應(yīng)用軟件等構(gòu)成。車輛傳感器將采集的各路電信號通過報文輸出到CAN總線，自稱重系統(tǒng)讀取CAN收發(fā)模塊信息。系統(tǒng)直接讀取被測車輛信息，包括空氣阻力系數(shù)CD、迎風面積A、輪胎滾動半徑r、驅(qū)動橋速比i0、變速箱各檔位（直接檔/超速擋）等信息。從原始數(shù)據(jù)中抓取同時間區(qū)間內(nèi)車速va、發(fā)動機扭矩Tq、發(fā)動機轉(zhuǎn)速n信息，3個通道數(shù)據(jù)的時間間隔可能不同。通過程序篩選出同一秒3個通道均有響應(yīng)的數(shù)據(jù)，并將其組合輸出。式（1）計算驅(qū)動橋輸入轉(zhuǎn)速n輸入，從而求得變速箱的實時速比i實時（式（2））。將實時速比i實時與變速箱檔位設(shè)計速比相匹配，計算時需考慮變速箱檔位及離合器接合狀態(tài)。

假設(shè)汽車在最高檔勻速行駛，且公路坡度近似為0，此時可忽略坡度阻力和加速阻力。通過汽車行駛方程式（式（3））及實際車輛工況標定的系數(shù)，輸出平均整車滿載總質(zhì)量，程序語句圖1所示：

圖1 輸出平均整車滿載總質(zhì)量

由該自稱重系統(tǒng)的計算過程可見，其結(jié)果依賴于車輛工況標定系數(shù)的準確性。當被測車輛的實際使用工況與建模相差較大，系統(tǒng)測得的整車滿載總質(zhì)量將失真。后期考慮使用GPS信息等形式，提高被測車輛與建模的匹配度。

2 應(yīng)用應(yīng)變傳感器的自稱重系統(tǒng)

該自稱重系統(tǒng)主要由車載顯示屏、車載重量檢測儀、重量傳感器等構(gòu)成。選擇車橋作為監(jiān)測對象，如圖2所示，車橋上的傳感器將應(yīng)變信號轉(zhuǎn)化為電信號，車載重量檢測儀接收導(dǎo)線傳輸?shù)碾娦盘?，?jīng)過分析處理后傳輸給位于駕駛室的車載顯示屏，顯示屏顯示實時車貨總重信息。

圖2 自稱重系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

車橋在整車的位置如圖3所示，將應(yīng)變傳感器布置于車橋（前軸、中橋、后橋）上，為提高應(yīng)變傳感器測量的準確性，布置位置的應(yīng)變應(yīng)當與被測力有準確對應(yīng)關(guān)系，且應(yīng)變水平較高[2]。其傳感器的布置位置通過有限元分析確定：本文采用模型為11.5 t單級減速驅(qū)動橋橋殼總成，板簧中心距為1 008 mm，輪輞安裝距為1 860 mm，橋殼截面規(guī)格160× 135。經(jīng)三維軟件建模，導(dǎo)入有限元分析軟件中，橋殼總成按四面體單元格劃分網(wǎng)格，網(wǎng)格大小為6。彈性模量取210 GPa，泊松比取0.3，密度按照7.9×103kg/m3。橋殼總成模型已按輪輞安裝距截取，在兩側(cè)車輪中心處分別添加約束。依據(jù)垂向工況，在鋼板彈簧座中心處分別施加垂向載荷。通過對橋殼變形結(jié)果的分析，確定橋包兩側(cè)與彈簧墊壓板之間的區(qū)域形變量大?？紤]傳感器布置的便利性、精確性，如圖4所示，最終選擇布置在橋殼上方變形量較大的橋包兩側(cè)。標定其形變量與承載大小的關(guān)系，換算每根車橋上的載重量，求和即是車貨總重。

圖3 前軸、中后橋與平衡懸架示意圖

圖4 應(yīng)變傳感器三維布置

由該系統(tǒng)的工作原理可知，車橋承載與彎曲變形之間的關(guān)系需要標定，可為小批量產(chǎn)品提供自稱重服務(wù)，但產(chǎn)品難以產(chǎn)業(yè)化。基于應(yīng)用應(yīng)變傳感器的自稱重系統(tǒng)，考慮將應(yīng)變傳感器更換為無需標定的壓力傳感器。

3 應(yīng)用壓力傳感器的自稱重系統(tǒng)

該自稱重系統(tǒng)布置形式基本同上述應(yīng)用應(yīng)變傳感器的自稱重系統(tǒng)，包括通過導(dǎo)線相連的壓力傳感器、電子控制單元及車載顯示屏。由圖3可知，板簧直接與車橋兩端滑板支架接觸，將壓力傳感器布置在板簧下方（如圖5所示）。電子控制單元將壓力傳感器傳遞的信號進行處理，通過計算得到兩側(cè)重量之和，累計每根車橋上的載重量及車橋本身重量，即為車貨總重。

圖5 壓力傳感器三維布置

考慮直接將壓力傳感器與滑板支架設(shè)計為一體，即兩側(cè)鋼板彈簧與滑板支架曲面接觸直接反饋給壓力傳感器。壓力傳感器通過螺栓與滑板支架固定，其與鋼板彈簧的接觸曲面要求耐磨。

4 結(jié)論

自2020年1月1日起，交通部為貫徹貨車限重政策，涉及全國的高速路口設(shè)立了不停車稱重系統(tǒng)。相比自稱重系統(tǒng)，按軸收費的不停車稱重系統(tǒng)對司機的行為標準要求較高。由于傳統(tǒng)稱重方式存在弊端，本文提出了自稱重系統(tǒng)的思路，并介紹了較為實用的三種自稱重方式。系統(tǒng)通過對大數(shù)據(jù)的處理或檢測車橋受力的傳感器來計算車貨總重，并將誤差控制在3%左右。最后分析幾種車載自稱重系統(tǒng)的不足以確定改進方向，對車載稱重系統(tǒng)方案的推行具有積極意義。