基于CAN總線數據的商用車重量邊界預測

蘆 鑫，王 勃，許曉明，李靖宇，馮澤功

（陜西漢德車橋有限公司 技術中心，陜西 西安 710201）

隨著市場宏觀經濟形勢發生重大變化，商用車市場產銷量均出現大幅下滑，尋找商用車新的增長極成為各大主機廠面臨的重要挑戰之一[1]。為應對市場挑戰，聚焦細分市場、精細化設計已成為商用車發展的主流趨勢，路譜采集、控制器局域網（Controller Area Network, CAN）總線數據應用、大數據分析等手段已逐漸深入商用車產品設計流程；而影響車輛運行性能的因素集中在運行工況、運行路況以及車輛載重三方面，其中車輛的載重對其影響程度最大，進而得到了廣泛的關注與研究[2]。其中陜西漢德車橋有限公司李旭明等對商用車自稱重系統的方法進行了介紹與分析，但未進行實際的應用和研究[3]；吉林大學夏冰等根據功率平衡也對低速并處于加速狀態的重型車輛給出了車輛重量的預測模型，但未對車輛的最大質量作出預測和研究[4]。

基于以上原因，本文基于商用車CAN總線數據系統所采集的車速、發動機轉速和輸出功率比，結合車輛傳動系統效率和迎風面積建立了商用車重量邊界預測模型；并利用該模型對某型 4×2快遞牽引車的最大質量進行了預測，并將預測結果與車輛實際稱重數據進行對比研究分析，對預測模型的準確性進行了檢驗。

1 CAN總線數據介紹

CAN總線技術作為一種高效可靠的支持設備分布式控制以及實時控制的串行通信網絡，其具備通訊實時性強、開發周期短、應用可靠且靈活，進而被廣泛應用于汽車制造、航空航天、機床母機等機械裝備制造領域；所產生的CAN總線數據已廣泛應用于對應領域技術開發前端設計邊界設定、設備運行狀態監控、產品升級改進方向劃定等方向，尤其在商用車領域應用的最為廣泛[4]。

商用車技術領域CAN總線技術常用于以下用途：1）通過車輛駕駛行為和能耗水平的分析研究，制定合理的駕駛準則，實現車輛運行成本最低化和收益最大化；2）通過 CAN總線數據對車輛運行工況、路況以及相關零部件運行狀態的實時監控，實現車輛可靠性的動態監控分析，在提高車輛運行可靠性的同時車輛設計的市場適用性和精準性得到了大幅的提升；3）通過對不同區域車輛運行工況及路況特點分析，有針對性進行營銷和售后服務，從而實現精準營銷與售后服務。本文通過CAN總線數據對車輛的最大重量進行精準預測，從而實現細分車型的動力匹配準確性有效改善，在降低生產成本的同時車輛可靠性得到大幅提升。

2 商用車重量邊界預測方法

2.1 預測流程分析

采用CAN總線數據進行車輛重量預測的工作主要包括車輛原始數據的采集處理和模型預測兩方面內容。其中數據采集處理包括從車輛CAN總線端口進行原始數據的采集和通過數據差分將原始數據采集時間點劃歸統一，然后建立數據預測模型對車輛最大重量進行預測。具體流程如圖1所示。

圖1 商用車重量預測流程

2.2 預測模型建立

根據相關基礎性研究可知，車輛的重量邊界與發動機輸出扭矩n、發動輸出扭矩比率Tp、車輛傳動效率s、車速v、空氣阻力系數CD以及車輛迎風面積A有關。同時為了排除CAN數據與車輛實際運行工況之間的差異造成的誤差，需確定車輛發動機輸出扭矩的修正系數Tf，計算公式如式（1）所示。

式中，a1、a2、a3和a4為發動機轉矩曲線修正系數，可根據車輛適配發動機特性以及實際工況予以確定，待完成發動機輸出扭矩修正系數Tf的計算后，可根據車輛最大重量與發動機輸出扭矩n、發動輸出扭矩比率Tp、車輛傳動效率s、車速v、空氣阻力系數CD以及車輛迎風面積A之間的關系建立車輛最大重量預測模型，具體如式（2）所示。

式中，m為車輛的最大重量，t，此處為車輛全時段重量預測值前10%的均值；v為車輛運行速度，km/h，此處選擇速度為車輛最高擋位或此稿擋位下大于10 km/h的部分；n為發動機輸出扭矩，Nm，此處選擇發動機輸出扭矩大于10%的部分；g為重力加速度，取值9.8 m/s2。

3 商用車重量預測結果與分析

3.1 原始數據采集與分析

選擇某型 4×2快遞牽引車作為研究對象進行CAN總線數據的采集，根據采集結果可知發動機輸出扭矩n的信號采集頻次為0.1 Hz，發動機轉速信號和車輛運行速度信號的采集頻次均為0.5 Hz，采用數據線性插值進行數據處理，使的三者的信號采集頻率均為1 Hz，從而減小有效數據容量以便于后續參數計算與最大重量的預測分析，插值結果如圖2(a)—圖2(c)所示。

圖2 原始數據插值計算結果

3.2 商用車重量預測

通過式（1）對該型4×2快遞牽引車發動機全轉速段的發動機輸出扭矩修正系數Tf進行計算，計算結果如圖3所示。

圖3 發動機輸出扭矩修正系數T_f計算曲線

并根據式（2）對該型車輛的最大重量進行多天全時段預測，并將所有預測結果進行擬合正態分布，結果如圖4所示。即在97.73%的置信區間內車輛的最大預測質量為37.9 t。

圖4 某型4×2快遞牽引車最大重量預測結果

3.3 預測結果對比分析

為了進一步對預測結果的準確性作出分析，選擇該型4×2快遞牽引車連續16天的實際重量進行稱取，結果如表1所示。從中可知該車輛的最大實際質量為35.6 t，與預測的最大質量37.9 t輕2.3 t，僅相差6.5%。進而可知該預測模型準確，具有較高的實用價值。

表1 某型4×2快遞牽引車實際重量分布

4 結論

車輛的最大重量對于車輛的運行可靠性以及經濟性影響重大，根據可靠的最大重量值進行合理的動力匹配可有效改善車輛的運行效率與可靠性，有效提升車輛的市場競爭能力，基于此本文采用車輛最大重量與運行數據之間的數值關系建立商用車重量邊界預測模型，利用車輛CAN總線數據對某型4×2快遞牽引車的最大質量進行預測，并與車輛實際最大質量進行對比分析，結果表明，在 97.73%的置信區間內車輛的最大預測質量為37.9 t，與實際質量相差6.5%，預測結果準確，具有較高的實用價值。