便携汽车称重仪-动态称重特性分析

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便携汽车称重仪-动态称重特性分析

 便携汽车称重仪-汽车动态称重特性分析
对车辆进行整车静态称重时， 称重信号的采集是在车辆静止时得到的， 从而测量的
精度， 一般能达到0.1%。 而汽车动态称重系统针对行驶中的车辆进行称重， 每次称
得的是车辆单轴的重量， 所有单轴重量的总和为车辆的总重。 当车辆通过称重秤台时，
车速变化、 车身振动、 路面激励、 轮胎驱动力、 路面不平整度等外界因素会称重信
号， 所造成的附加载荷可达真实重量值的10%以上。 因此对行驶的车辆进行动态称
重时， 行驶中车辆对衡器除了加有稳定载荷， 还包含着载荷和冲击载荷， 这些载荷
的产生具有很大的不确定性， 来自于诸多外界因素的影响， 如： 空气阻力、 地面形状、
地面质地、 驾驶员的操作水平等， 这都在相当大的程度上增加了汽车运动的复杂程度，
同时也给动态称重带来了诸多问题， 严重影响着称重的准确性。 由于上述诸多原因， 汽
车动态称重系统对行驶中车辆称重得出来的数据具有不确定性和不可预测性 [9] 。
在外界不确定力作用下， 如何准确测出真实重量， 就成为动态称重测试系
统的技术难点和关键。 下面就所存在的力进行分析， 找到影响称重结果的关键因素，
忽略次要因素， 通过简化汽车模型、 抽象汽车运动提高对汽车称重系统性能的研究。
2.2.2 汽车运动特性分析
汽车是一个多自由度的复杂动力体系， 在分析研究中很难准确描述出它在运动过程
中的真正状态。 要想客观的描述汽车的运动特性尤其是在动态称重过程中呈现出的
特性少需要 20 几个自由度， 这在理论上是可行的， 但在现实中， 分析的复杂程度可
想而知， 因此在实际分析中通常采用简化模型的方式。 下图为汽车运动和动力分析模型。
图2-3 汽车运动和动力分析模型
Figure2-3 Analyse model of car’s run and drive
太原理工大学硕士研究生学位论文

这种分析模型用一个六面体来代表行驶中的汽车， 并将其放置在三维坐标系中。 下
面就来研究其在不同方位上的运动状况并分析运动中的力及其对动态称重的
影响程度， 从而达到简化模型的目的 [10] 。
运动着的汽车有如下四类运动状态： 绕 x 轴的滚动； 绕 y 轴的俯仰； 绕 z 轴的旋转；
分别沿 x， y， z 轴的单方向移动。
x 轴上的滚动。 在汽车动态称重过程中， 如果秤台的平面不平整， 会引起同一轴左
右轮不在同一水平面上， 这样就会导致同一轮轴上的重量从一个车轮向另一个车轮上转
移。 在动态称重过程中， 如果能够称重平台的平整， 则同轴上的两轮同时称重， 就
能补偿这种重量的转移， 故绕 x 轴方向的滚动造成的重量分布变动不会对整轴称重造成
很大影响。
y 轴上的俯仰。 汽车进行动态称重时， 路面或者称重平台的不平整会造成重量从前
轴转移到后轴或反之。 由于轮轴之间重量的转移， 很有可能造成测量的偏差。 如果称重
平台低于汽车行驶路面， 在前轴称重瞬间， 车的前端下俯， 后端翘起， 其测量值的读数
会偏大； 后轴驶入平台， 车的后端恰好也下俯， 则读数也偏大终导致整车重量偏大。
遇到称重平台高于汽车行驶路面的情况时， 则测量读数会偏小。 称重平台与路面保
持水平， 则汽车在 y 轴上的俯仰运动不会对整车称重造成太大影响。
z 轴上的旋转， 表示在汽车在水平方向上的运动。 称重传感器对水平力并不，
假如称重平台上水平约束器始终保持水平， 则作用在约束器上的力将不会产生其他分力
而影响传感器测量。 因此， 如果实际情况确实如此， 那么在 z 方向上的旋转运动对重量
读数影响不大。
z 轴上的起伏， 表示沿 z 轴的垂直上下运动。 很显然这种运动将直接影响到重量读
数， 因为它会像俯仰一样产生垂直分力。
通过上述分析可以看出， 在四类运动中只有起伏运动是影响称重结果的关键因素，
其他运动都是较为次要的因素， 都可以通过人为或者减小这些因素对动态汽车称重
的影响， 因此应集中解决垂直方向的运动所造成的称量误差。
2.2.3 汽车振动特性分析
从上面两节的分析可知在研究轴重式动态汽车衡时， x 轴上的滚动、 y 轴上的俯仰
以及 z轴上的旋转都是影响动态称重的次要因素， 只有垂直振动是影响称重的关键因素，
本节就研究振动对动态称重的影响。 引起汽车振动的原因有很多， 的是汽车自身
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振动造成的， 如： 发动机偏心转动引起的周期性振动， 由轮胎花纹引起的周期性振动，
由油料燃烧不均匀引起的振动以及驾驶员操纵不稳定（如刹车、 转向、 变速） 引起
的不均匀振动。 另外以下两种导致汽车振动的原因， 也在相当大的程度上影响着动态称
重 [11] 。
地面不平整度造成的振动。 地面的凹凸不平和高低起伏引起地面行驶的汽车轮子不
规则振动， 这种不规则激励导致了汽车整车的振动。 如果地面表面的不平整度是的，
那么汽车的振动相应的也是振动。 在动态称重的过程中这类振动主要存在两种表现
形式：
a.计量平台引 起的振动 b.路面不平整度引 起的振动
图2-4 地面不平整度引 起的振动
Figure2-4 Vibrancy arosed by accidented ground
a.计量平台的不平引起的；
b.由于计量平台前面路面的不平整度引起的振动带入了计量过程。
汽车-地面耦合而产生的振动。 汽车在地面上行驶时对地面施加压力， 地面在受到
外力的冲击下也发生微小振动， 力的作用是相互的， 由于计量平台本身也是弹性环节，
这种振动反过来也影响上面行驶的汽车， 从而产生耦合振动。
汽车振动的原因是很复杂的， 也是不可避免的， 其中汽车自身造成的振动是影响称
重的关键因素。 由于汽车振动的存在， 导致在动态称重过程中采集到的数据并不是
汽车真实的静态轴重， 而是包含复杂振动分量的复合数据， 不能够真实的反映出汽车的
整车重量。
2.2.4 汽车动力载荷分析
由于汽车自身悬架在轮胎上， 轮胎属于弹性元件， 运动中的汽车在加速或者减速的
时候 [7] ， 弹性元件就会储存或者释放出的能量， 使得车辆自身产生振动或者震荡，
因此， 汽车在上称重平台时的加速度也是影响汽车动态称重的关键因素。
在分析汽车动态称重系统的过程中， 不仅要考虑到路面对汽车的影响， 还要考虑到
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汽车行驶过程中对路面的造成的损坏。 汽车振动原因的复杂性也导致了汽车对地面载荷
的多样性。 车辆与路面的相互作用分为动态载荷和静态载荷。 静态载荷是指汽车静止时
对路面的负荷， 也就是汽车在静态时称得的整车重量。 动态载荷是指汽车在动态行驶时
对路面的负荷， 可以简化为四种典型的动力载荷 [12] ：

Figure2-5 Diversified vibrational load
1.地面相当平整， 车辆振动很小时， 我们就可以把车辆载荷简化为如图 2-6a)所示的
恒定载荷， 这是一种比较理想的情况。
2.如果在汽车行驶过程中， 汽车产生了周期性的振动（这种振动不是频繁的发生而
只是偶然发生的）， 如前面所述的发动机偏心转动引起的周期性振动， 轮胎花纹引起的
周期性振动等。 为了描述车辆载荷的波动情况， 又不希望这种描述过于复杂， 可以把车
辆载荷简化为如图 2-6b) 所示的稳态载荷。
3.如果汽车在行驶过程中发生了 相当剧烈的振动， 甚汽车“跳离”地面， 则这时的
振动主要是冲击， 产生冲击载荷， 可以把车辆载荷简化为如图 2-6c) 所示的冲击载荷。
4.*的载荷模型要属如图 2-6d) 所示的载荷， 如果能够透彻分析载荷，
那么对其他几种载荷的分析也就迎刃而解。 在汽车动态称重过程中， 主要就是载荷
和冲击载荷的叠加， 因此， 速度的大小对动力载荷有着直接的影响。
由以上分析可知， 振动载荷的形式及产生原因是纷繁复杂的， 而且动力载荷对
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动态汽车称重的影响程度难以预测， 不能做到的定量分析。 有一些载荷的影响其
严重， 如前面所说的“跳离”现象， 如果在汽车动态称重过程中出现这种现象， 无论采取
何种措施， 都无法地获得汽车的整车重量。 因此在动态称重过程中须有效的
和减缓振动载荷的影响， 使所测得的轴重求和后能够比较准确的反映出汽车的真实
整车重量。

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