汽車全自動超載檢測裝置設計

謝建新，王亞洲，劉浩

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汽車全自動超載檢測裝置設計

謝建新，王亞洲，劉浩

（青島黃海學院，山東 青島 266427）

隨著汽車工業的發展，許多道路運輸的問題由此產生，客車超載成為影響人民生命安全的主要因素。研究通過傳感器采集汽車懸架受力總和，并將這些數據傳送到車載ECU，并通過ECU判別數據，若該數據超過設定數據或采集收據車載ECU將會對汽車的起動系統做出干涉，禁止汽車起動；若降低汽車載荷并達到規定數值，汽車才能起動。

超載；傳感器；ECU；載荷；起動

前言

汽車超載會引發多方面的負面問題，汽車本身各方面的性能參數隨外界變化范圍所引起的改變，包括額定裝載質容量，汽車質心高度范圍，質心位置范圍等因素都是汽車生產廠商通過精確的實驗計算求得而一次生產不可隨意改動。但使用者根據自己的意愿隨意對車身構架進行改變，其中最主要的就是加高貨運車廂高度，增加裝載質量，這就大大增加了汽車的負荷，改變了汽車的質心高度，質心位置的改變，使得汽車整體參數變化。

汽車一旦整體參數變動，汽車的各方面的性能會隨之改變，如汽車的動力性、燃油經濟性、制動性以及操縱穩定性等。但這些參數又是衡量一輛車能否出廠交付使用的重要參數，因此，這些參數的改變會造成不可預料的結果。為了讓人們深刻意識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身動力學方面著手并結合汽車電子電路方面設計超載檢測處理裝置。

1 車輛超載危害分析

1.1 車輛超載對輪胎的影響

當汽車超載時，輪胎由于徑向載荷的存在，會發生顯著變形，徑向載荷越大輪胎變形也越大，在汽車未超載的情況下，這些變形量處在汽車生產廠商預先實驗的范圍內，但輪胎的徑向載荷超出輪胎的額定載荷，輪胎會處在超壓狀態下，輪胎與地面接觸處由點變成平面，當汽車行駛時，車輪輪胎會持續性的變形，加速輪胎內部氣體的摩擦，增加胎內氣體溫度，同時輪胎本身也會發生擠壓和摩擦，加速胎內氣體溫度升高；長時間的擠壓和摩擦會導致輪胎磨損加劇，縮短輪胎壽命，由于汽車超載，當急速剎車或路面輕微的顛簸都將導致爆胎。

1.2 車輛超載對汽車的性能影響

汽車能起步的最重要條件必須滿足：發動機傳遞到車輪上的驅動力大于道路阻力、坡度阻力、空氣阻力、加速阻力之和，然而當汽車超載時，汽車整車質量會偏離廠家的實驗數據，影響汽車的各方面性能。

1.3 車輛超載對道路的危害

道路切應力，對于道路而言，汽車在行駛時，回到道路產生擠壓和剪切作用，剪切作力與輪胎與地面的接觸面積有關：X=A；

A為輪胎與地面的接觸面積，c為地面的阻力系數；

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

2 載貨汽車結構及車架受力分析

載貨汽車結構說明圖1，如下：

圖1 載貨汽車結構示意圖

圖2 車架受理仿真圖

2.1 載貨汽車車架受力仿真分析

表1 車架材料屬性

基于Simulation對車架應用材料Q235-B進行仿真分析（仿真分析如圖2），外部受力2000牛頓進行分析；下面對車架按一定條件的分析結果。結果如圖3所示，最大應力出現在車架疊板彈簧的吊環，車架的最大位移位于車架大梁中部位置。

3 自動檢測裝置設計

3.1 自動檢測裝置的工作原理

載貨汽車基本立體結構是車廂通過某種方式和車架相連接，車架和大梁制成一體，駕駛室也同車廂一樣落座在大梁上，如圖4所示大梁主要通過在梁上的吊環安裝的疊板彈簧與汽車后橋連成一體，整個車身通過對應數量的疊板彈簧將所有的車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，疊板彈簧會向下彎曲，由于疊板彈簧彈性系數的存在，會使疊板彈簧在外部載荷的作用下發生彈性下移，彈性下移量可由距離傳感器測得。汽車整車組裝時通過實驗測得該車額定載貨情況下疊板彈簧下移量，并將這一數據作為判定量，當汽車出廠交付使用后，使用者裝載一定重量的貨物時，貨物質量快接近額定載貨量時，汽車喇叭會提示操作人員，當前貨物質量即將達到額定載貨量，防止超載。

圖4 車架大梁結構示意圖

圖5 車架大梁受力分析圖

3.2 系統工作邏輯電路圖系統工作

如圖9所示，超載檢測系統有特殊的電路供電，并隨時準備檢測超載情況，若貨車超載時，系統距離判別電腦會檢測到疊板彈簧下移距離大于廠家預設數值，系統便會發送指令給ECU：“系統錯誤”指令，ECU同時控制點火系統，切斷點火系統主電路，并等待下一步指令；若超載量被移除，判別電腦檢測到彈簧下移距離不超過預設數值，并給ECU發送“系統正常”指令，ECU控制點火系統主電路接通，當接通點火開關時，點火系統正常點火。

3.3 裝置設計目的

經過對駕駛人駕駛經驗的分析，發現駕駛人超載原因大多為超載沒有從根本上得到解決辦法，認為超載后，只要車能跑便沒有問題，沒有一個強制限定的條件。我案的設計思路的電路部分即可以從發動機電控部分著手，從局部改變汽車電控單元的電路限定條件，在汽車電控系統的點火電路中添加一些限制汽車起動的條件，便可以從根本上解決汽車超載的問題，即只有當汽車滿足常規條件，即目前汽車點火起動條件以外再滿足一條本案的設計思路之一—不超載的情況下，才能啟動。

當汽車的起動條件被加強之后，汽車的起動條件便限制了汽車超載情況的發生，汽車少了長期的超載情況，就能夠更好的達到汽車生產商以及駕駛員所希望的汽車動力性、操縱性、燃油經濟性等汽車整體參數的要求，當汽車的各項性能被駕駛條件滿足之后，汽車的整體性能也就能盡可能發到汽車設計研發人員的設計要求，也能夠更好的保障人們對出行安全性的要求。同時當汽車的超載情況被杜絕以后，汽車通過輪胎對地面接觸應力也不會超過路面設計的許用應力，由此更可以大大減輕汽車對道路的損害。

4 結論

系統根據材料的屬性依據汽車生產廠商的實驗數據自動檢測汽車當前載重情況，檢測是否超載，若汽車超載發生時，介入汽車的點火系統，阻斷點火系統線路，從源頭上解決超載的問題。本文從超載對汽車車身的危害方面讓用車人員認識到超載的嚴重性，大大減少超載現象發生的可能性。

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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，青島黃海學院副教授，碩士研究生，主要研究方向車輛零部件設計。科技創新項目信息：汽車車載全自動超載檢測裝置設計。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.24.080