基于車輛實時行駛參數(shù)的車載質(zhì)量預(yù)測

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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基于車輛實時行駛參數(shù)的車載質(zhì)量預(yù)測

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)動機的實時行駛參數(shù)預(yù)測車載質(zhì)量的方法，依據(jù)車輛行駛時發(fā)動機的瞬時功率與車輛的行駛速度和車載質(zhì)量成正比的關(guān)系進行建模計算，使車輛的車載質(zhì)量可在行駛時估算，方便超載治理。

關(guān)鍵詞：汽車運輸；車載質(zhì)量；超載；實時行駛參數(shù)

國內(nèi)載貨車輛普遍存在超載現(xiàn)象。車載質(zhì)量基本是通過收費站的地磅得到，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)動機的輸出功率成正比關(guān)系。為此，該文基于載貨車的實時行駛參數(shù)開展車重擬合。

高端牽引車主要在高速公路上行駛，路況和車速相對穩(wěn)定，正常時車速為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)動機輸出扭矩及功率波動較小。因此，針對高端牽引車進行車重計算。其車載質(zhì)量變化區(qū)間為15（空車）～55 t（滿載）。通過道路實車試驗采集發(fā)動機的原始數(shù)據(jù)，基于行駛速度及車載質(zhì)量設(shè)計試驗及數(shù)學計算方法。按速度與車載質(zhì)量變化進行矩陣數(shù)據(jù)測試，實際測試工況按試驗中心的測試能力及設(shè)備而定。車重主要按數(shù)值插值計算擬合得到，進行數(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)動機功率成對應(yīng)的關(guān)系。因此，可通過測量發(fā)動機的輸出扭矩來推算貨物質(zhì)量。

首先獲取車輛行駛工況數(shù)據(jù)，提取主要運行參數(shù)即發(fā)動機轉(zhuǎn)速、發(fā)動機瞬時扭矩和行駛速度，利用這3個參數(shù)進行插值建模，反推車載質(zhì)量。考慮到安全及車輛行駛時的速度保持性，試驗車輛速度定為60～80 km/h；車載質(zhì)量從空載每5 t加載，直到55 t。從空載開始測試記錄數(shù)據(jù)，以5 t開始裝載，裝載一次測試一次，到滿載時測試結(jié)束。每裝載噸位下，測試車分別以速度60、70、80 km/h等速運行，實時記錄運行過程中的車速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、發(fā)動機扭矩，各速度分別行駛0.5 h。

2　計算方法

首先對原始數(shù)據(jù)進行前期的程序篩選及后期的功率計算反推，最終得到車載質(zhì)量數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集時，會出現(xiàn)每秒100次或每秒10次的記錄，首先通過程序計算每秒內(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-時間圖，圖中部分速度不穩(wěn)定，說明行駛中有部分剎車減速及加速過程。圖2為對應(yīng)的1 800 s內(nèi)發(fā)動機的每秒平均轉(zhuǎn)速-時間圖。

圖1　平均速度-時間圖

編寫篩選程序，去除速度偏差。在實際路試中，車速無法保持在穩(wěn)定狀態(tài)，由于路面的起伏等原因會出現(xiàn)速度偏差，需進行濾波得到（60±2）、（70± 2）、（80±2）km/h的數(shù)據(jù)列表。圖3為對圖1進行數(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。汽車行駛過程中，急加速和急減速時發(fā)動機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)動機轉(zhuǎn)速-時間圖。

圖2　平均轉(zhuǎn)速-時間圖

圖3　程序篩選后的速度-時間圖

圖4　程序篩選后的轉(zhuǎn)速-時間圖

利用篩選后的數(shù)據(jù)進行功率計算，依據(jù)不同車載質(zhì)量在同一車速工況下發(fā)動機輸出功率不同的原理進行建模。

發(fā)動機功率與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系見式（1），通過式（1）可計算出車輛運行時的發(fā)動機瞬時功率。

式中：Pe為發(fā)動機的功率（k W）；Ttq為發(fā)動機的扭矩（N·m）；n為發(fā)動機的轉(zhuǎn)速（r/min）。

利用軟件中的數(shù)值插值命令對車載質(zhì)量進行插值計算。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行判斷，最后插值得到車重。表1為依據(jù)試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計出的車輛空載、半載及滿載工況下的行駛參數(shù)。

表1　依據(jù)試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計出的行駛參數(shù)

3　結(jié)語

車輛在運行過程中工況復雜，發(fā)動機轉(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行研究，取車輛巡航工況，并進行數(shù)據(jù)篩選，避免發(fā)動機工況突變。如何進行各工況下扭矩及功率統(tǒng)計，并與車載質(zhì)量建立相應(yīng)關(guān)系是研究難點。要求原始的實車路況數(shù)據(jù)準確真實、一致性強。由于程序要在車載處理器上運作，該程序不能過大，否則計算要求過高，無法實現(xiàn)車載計算。

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中圖分類號：U492.3

文獻標志碼：A

文章編號：1671-2668（2016）03-0077-02

收稿日期：2015-12-29