基于車輛實(shí)時(shí)行駛參數(shù)的車載質(zhì)量預(yù)測(cè)

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(cè)

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(cè)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(guó)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(guò)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(kāi)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(guò)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(cè)試，實(shí)際測(cè)試工況按試驗(yàn)中心的測(cè)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。

1　數(shù)據(jù)采集

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(guò)測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出扭矩來(lái)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(kāi)始測(cè)試記錄數(shù)據(jù)，以5 t開(kāi)始裝載，裝載一次測(cè)試一次，到滿載時(shí)測(cè)試結(jié)束。每裝載噸位下，測(cè)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(guò)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。

2　計(jì)算方法

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(guò)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(shuō)明行駛中有部分剎車減速及加速過(guò)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(wú)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(guò)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(jiàn)式（1），通過(guò)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)

3　結(jié)語(yǔ)

車輛在運(yùn)行過(guò)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(guò)大，否則計(jì)算要求過(guò)高，無(wú)法實(shí)現(xiàn)車載計(jì)算。

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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