汽车全自动超载检测装置设计

谢建新，王亚洲，刘浩



汽车全自动超载检测装置设计

谢建新，王亚洲，刘浩

（青岛黄海学院，山东 青岛 266427）

随着汽车工业的发展，许多道路运输的问题由此产生，客车超载成为影响人民生命安全的主要因素。研究通过传感器采集汽车悬架受力总和，并将这些数据传送到车载ECU，并通过ECU判别数据，若该数据超过设定数据或采集收据车载ECU将会对汽车的起动系统做出干涉，禁止汽车起动；若降低汽车载荷并达到规定数值，汽车才能起动。

超载；传感器；ECU；载荷；起动

前言

汽车超载会引发多方面的负面问题，汽车本身各方面的性能参数随外界变化范围所引起的改变，包括额定装载质容量，汽车质心高度范围，质心位置范围等因素都是汽车生产厂商通过精确的实验计算求得而一次生产不可随意改动。但使用者根据自己的意愿随意对车身构架进行改变，其中最主要的就是加高货运车厢高度，增加装载质量，这就大大增加了汽车的负荷，改变了汽车的质心高度，质心位置的改变，使得汽车整体参数变化。

汽车一旦整体参数变动，汽车的各方面的性能会随之改变，如汽车的动力性、燃油经济性、制动性以及操纵稳定性等。但这些参数又是衡量一辆车能否出厂交付使用的重要参数，因此，这些参数的改变会造成不可预料的结果。为了让人们深刻意识到超载的危害和改善超载的情况，本研究从剖析超载的危害和车身动力学方面着手并结合汽车电子电路方面设计超载检测处理装置。

1 车辆超载危害分析

1.1 车辆超载对轮胎的影响

当汽车超载时，轮胎由于径向载荷的存在，会发生显著变形，径向载荷越大轮胎变形也越大，在汽车未超载的情况下，这些变形量处在汽车生产厂商预先实验的范围内，但轮胎的径向载荷超出轮胎的额定载荷，轮胎会处在超压状态下，轮胎与地面接触处由点变成平面，当汽车行驶时，车轮轮胎会持续性的变形，加速轮胎内部气体的摩擦，增加胎内气体温度，同时轮胎本身也会发生挤压和摩擦，加速胎内气体温度升高；长时间的挤压和摩擦会导致轮胎磨损加剧，缩短轮胎寿命，由于汽车超载，当急速刹车或路面轻微的颠簸都将导致爆胎。

1.2 车辆超载对汽车的性能影响

汽车能起步的最重要条件必须满足：发动机传递到车轮上的驱动力大于道路阻力、坡度阻力、空气阻力、加速阻力之和，然而当汽车超载时，汽车整车质量会偏离厂家的实验数据，影响汽车的各方面性能。

1.3 车辆超载对道路的危害

道路切应力，对于道路而言，汽车在行驶时，回到道路产生挤压和剪切作用，剪切作力与轮胎与地面的接触面积有关：X=A；

A为轮胎与地面的接触面积，c为地面的阻力系数；

水泥道路和沥青道路在外力作用下的变形和破坏过程，也就是内部各混合物之间裂缝的产生和发展过程。荷载到达“比例极限”（约为极限荷载的30％）以前、地面裂缝无明显变化，荷载与变形比较接近直线关系。荷载超过 “比例极限”以后，地面裂缝的数量、长度和宽度都不断增大，地面借摩阻力继续承担荷载，但尚无明显的砂浆裂缝。此时，变形增大的速度超过荷载增大的速度，荷载与变形之间不再为线性关系。

2 载货汽车结构及车架受力分析

载货汽车结构说明图1，如下：

图1 载货汽车结构示意图

图2 车架受理仿真图

2.1 载货汽车车架受力仿真分析

表1 车架材料属性

基于Simulation对车架应用材料Q235-B进行仿真分析（仿真分析如图2），外部受力2000牛顿进行分析；下面对车架按一定条件的分析结果。结果如图3所示，最大应力出现在车架叠板弹簧的吊环，车架的最大位移位于车架大梁中部位置。

3 自动检测装置设计

3.1 自动检测装置的工作原理

载货汽车基本立体结构是车厢通过某种方式和车架相连接，车架和大梁制成一体，驾驶室也同车厢一样落座在大梁上，如图4所示大梁主要通过在梁上的吊环安装的叠板弹簧与汽车后桥连成一体，整个车身通过对应数量的叠板弹簧将所有的车身载荷施加到前后轴上，在如图5所示，由于叠板弹簧上载荷的存在，叠板弹簧会向下弯曲，由于叠板弹簧弹性系数的存在，会使叠板弹簧在外部载荷的作用下发生弹性下移，弹性下移量可由距离传感器测得。汽车整车组装时通过实验测得该车额定载货情况下叠板弹簧下移量，并将这一数据作为判定量，当汽车出厂交付使用后，使用者装载一定重量的货物时，货物质量快接近额定载货量时，汽车喇叭会提示操作人员，当前货物质量即将达到额定载货量，防止超载。

图4 车架大梁结构示意图

图5 车架大梁受力分析图

3.2 系统工作逻辑电路图系统工作

如图9所示，超载检测系统有特殊的电路供电，并随时准备检测超载情况，若货车超载时，系统距离判别电脑会检测到叠板弹簧下移距离大于厂家预设数值，系统便会发送指令给ECU：“系统错误”指令，ECU同时控制点火系统，切断点火系统主电路，并等待下一步指令；若超载量被移除，判别电脑检测到弹簧下移距离不超过预设数值，并给ECU发送“系统正常”指令，ECU控制点火系统主电路接通，当接通点火开关时，点火系统正常点火。

3.3 装置设计目的

经过对驾驶人驾驶经验的分析，发现驾驶人超载原因大多为超载没有从根本上得到解决办法，认为超载后，只要车能跑便没有问题，没有一个强制限定的条件。我案的设计思路的电路部分即可以从发动机电控部分着手，从局部改变汽车电控单元的电路限定条件，在汽车电控系统的点火电路中添加一些限制汽车起动的条件，便可以从根本上解决汽车超载的问题，即只有当汽车满足常规条件，即目前汽车点火起动条件以外再满足一条本案的设计思路之一—不超载的情况下，才能启动。

当汽车的起动条件被加强之后，汽车的起动条件便限制了汽车超载情况的发生，汽车少了长期的超载情况，就能够更好的达到汽车生产商以及驾驶员所希望的汽车动力性、操纵性、燃油经济性等汽车整体参数的要求，当汽车的各项性能被驾驶条件满足之后，汽车的整体性能也就能尽可能发到汽车设计研发人员的设计要求，也能够更好的保障人们对出行安全性的要求。同时当汽车的超载情况被杜绝以后，汽车通过轮胎对地面接触应力也不会超过路面设计的许用应力，由此更可以大大减轻汽车对道路的损害。

4 结论

系统根据材料的属性依据汽车生产厂商的实验数据自动检测汽车当前载重情况，检测是否超载，若汽车超载发生时，介入汽车的点火系统，阻断点火系统线路，从源头上解决超载的问题。本文从超载对汽车车身的危害方面让用车人员认识到超载的严重性，大大减少超载现象发生的可能性。

[1] 关文达.悬架[M].吉林:机械工业出版社,2007.

[2] 彭莫,刁增祥,党潇正.汽车弹性元件[M].北京:机械工业出版社, 2012.

[3] 陈志恒,胡宁.汽车电控技术[M].北京:高等教育出版社,2008.

[4] 冯渊.汽车电子控制技术[M].北京:机械工业出版社, 2007.

[5] 余志生,汽车理论[M].北京:机械工业出版社,2017.

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

谢建新，男，青岛黄海学院副教授，硕士研究生，主要研究方向车辆零部件设计。科技创新项目信息：汽车车载全自动超载检测装置设计。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.24.080