基于车辆实时行驶参数的车载质量预测

王磊，苏海东，杨卓帆

（陕西重型汽车有限公司汽车工程研究院，陕西西安 710200）



基于车辆实时行驶参数的车载质量预测

王磊，苏海东，杨卓帆

（陕西重型汽车有限公司汽车工程研究院，陕西西安 710200）

摘要：提出了利用载货车发动机的实时行驶参数预测车载质量的方法，依据车辆行驶时发动机的瞬时功率与车辆的行驶速度和车载质量成正比的关系进行建模计算，使车辆的车载质量可在行驶时估算，方便超载治理。

关键词：汽车运输；车载质量；超载；实时行驶参数

国内载货车辆普遍存在超载现象。车载质量基本是通过收费站的地磅得到，上高速公路后加货、减货不可控。在一定的稳定车速工况下，货物的质量与发动机的输出功率成正比关系。为此，该文基于载货车的实时行驶参数开展车重拟合。

高端牵引车主要在高速公路上行驶，路况和车速相对稳定，正常时车速为70～90 km/h，巡航车速基本维持在80 km/h，行驶中急加速和突然刹车较少，工况单一，发动机输出扭矩及功率波动较小。因此，针对高端牵引车进行车重计算。其车载质量变化区间为15（空车）～55 t（满载）。通过道路实车试验采集发动机的原始数据，基于行驶速度及车载质量设计试验及数学计算方法。按速度与车载质量变化进行矩阵数据测试，实际测试工况按试验中心的测试能力及设备而定。车重主要按数值插值计算拟合得到，进行数据滤波后得到车载质量。

1　数据采集

根据相关研究成果，在一定的车速下，货物的质量与发动机功率成对应的关系。因此，可通过测量发动机的输出扭矩来推算货物质量。

首先获取车辆行驶工况数据，提取主要运行参数即发动机转速、发动机瞬时扭矩和行驶速度，利用这3个参数进行插值建模，反推车载质量。考虑到安全及车辆行驶时的速度保持性，试验车辆速度定为60～80 km/h；车载质量从空载每5 t加载，直到55 t。从空载开始测试记录数据，以5 t开始装载，装载一次测试一次，到满载时测试结束。每装载吨位下，测试车分别以速度60、70、80 km/h等速运行，实时记录运行过程中的车速、发动机转速、发动机扭矩，各速度分别行驶0.5 h。

2　计算方法

首先对原始数据进行前期的程序筛选及后期的功率计算反推，最终得到车载质量数据。数据采集时，会出现每秒100次或每秒10次的记录，首先通过程序计算每秒内的平均值（速度、扭矩、转速），处理完毕后生成新的数据列表，该列表为1秒1次的数据列表，在该表内截取1 800 s，得到30 min内的数据。该数据列表作为最原始的程序拟合输入数据，排列成列向量形式。图1为1 800 s内每秒的平均速度-时间图，图中部分速度不稳定，说明行驶中有部分刹车减速及加速过程。图2为对应的1 800 s内发动机的每秒平均转速-时间图。

图1　平均速度-时间图

编写筛选程序，去除速度偏差。在实际路试中，车速无法保持在稳定状态，由于路面的起伏等原因会出现速度偏差，需进行滤波得到（60±2）、（70± 2）、（80±2）km/h的数据列表。图3为对图1进行数据筛选后的结果，去除刹车和加速度，得到平稳行驶工况。汽车行驶过程中，急加速和急减速时发动机的输出功率及扭矩不稳定，故在该研究中不将其作为输入数据进行建模，建模数据尽量选择车速稳定状态。图4为筛选后的发动机转速-时间图。

图2　平均转速-时间图

图3　程序筛选后的速度-时间图

图4　程序筛选后的转速-时间图

利用筛选后的数据进行功率计算，依据不同车载质量在同一车速工况下发动机输出功率不同的原理进行建模。

发动机功率与转矩之间的关系见式（1），通过式（1）可计算出车辆运行时的发动机瞬时功率。

式中：Pe为发动机的功率（k W）；Ttq为发动机的扭矩（N·m）；n为发动机的转速（r/min）。

利用软件中的数值插值命令对车载质量进行插值计算。先判断车速，提取高速路段车速60～80 km/h的数据，分析其功率分布范围，在功率矩阵列表中进行判断，最后插值得到车重。表1为依据试验数据统计出的车辆空载、半载及满载工况下的行驶参数。

表1　依据试验数据统计出的行驶参数

3　结语

车辆在运行过程中工况复杂，发动机转速、扭矩及功率变化范围大，造成数据一致性较差。该文基于高速公路路况进行研究，取车辆巡航工况，并进行数据筛选，避免发动机工况突变。如何进行各工况下扭矩及功率统计，并与车载质量建立相应关系是研究难点。要求原始的实车路况数据准确真实、一致性强。由于程序要在车载处理器上运作，该程序不能过大，否则计算要求过高，无法实现车载计算。

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中图分类号：U492.3

文献标志码：A

文章编号：1671-2668（2016）03-0077-02

收稿日期：2015-12-29