一种秤前减速带合理位置的计算方法
【专利说明】一种稗前减速带合理位置的计算方法 【技术领域】
[0001] 本发明属于车辆动态称重领域，具体涉及一种秤前减速带合理位置的计算方法。 【【背景技术】】
[0002] 随着国民经济及交通运输业的快速发展，公路交通货运周转量迅猛发展。很多不 法货车主为了谋取最大的经济利益，货车超限超载运输现象己屡见不鲜。为了治理货车超 限超载运输以及促进我国高速公路运输行业的持续健康发展，我国的高速公路针对货车采 取计重收费的模式。动态称重相比静态称重具有节省时间、效率高和不停车收费的优点，提 高了高速公路的通行效率，因此得到大量运用。然而在动态称重过程中，一些驾驶员为了偷 逃通行费，往往采用一些不规范的过秤操作行为（跳秤、冲秤），严重影响了动态称重的精 度。
[0003] 目前，为了遏制驾驶员不规范的过秤操作行为所采取的方案为在秤台前加装减速 带，然而在秤台前加装减速带的情况下，当减速带与秤台的距离较近时，汽车通过减速带 后，会引起汽车的车身、车轮以及悬架系统的振动，此时未消除的车轮振动载荷会引起秤台 的振动，从而影响秤台的精度；当减速带与秤台的距离较远时，并不能起到遏制驾驶员的不 规范过秤行为；并且在减速带与秤台距离相同的情况下，不同截面形状和尺寸的减速带所 引起的车轮振动载荷不同，且由车轮振动载荷引起的秤台的振动也不同，从而对秤台称重 精度影响也不一样。
[0004] 因此考虑称重精度及有效抑制不规范操作的矛盾，对秤台前不同截面形状和尺寸 减速带的合理位置进行寻优计算具有十分重要的意义。 【
【发明内容】
】
[0005] 本发明的目的在于克服上述不足，提供一种秤前减速带合理位置的计算方法，能 够对称前不同截面形状和尺寸的减速带的合理位置进行计算，解决秤前减速带位置不合 适，所带来的称重精度及有效抑制不规范操作之间的矛盾。
[0006] 为了达到上述目的，本发明包括以下步骤：
[0007] 步骤一，将秤台称量动力学模型简化为一个单自由度称量动力学模型，再根据汽 车动态称重系统AsTME1318-94标准中关于车速0-16km/h内的汽车轴载荷动态称重精度的 要求，当车辆的轮轴载荷变化在±4%之间时，即认为达到称重系统动态精度要求，因此当 秤台承载器的振动加速度在±4%之间时，即认为秤台达到了稳态并且称重精度符合标准 要求；
[0008] 步骤二，为使称重过程中某一轮轴的振动载荷f(t)引起的秤台振动加速度满足 此标准要求，已知称重过程中某一轮轴的振动载荷f(t)是车辆通过秤台与减速带之间距 离S之后，减速带引起的初始振动载荷F(t)衰减后得到的，因此基于秤台称量模型、汽车振 动载荷F(t)和寻优算法搭建了减速带最优位置寻优模型；而汽车振动载荷F(t)是根据载 货汽车动力学模型和减速带模型建立的载货汽车振动载荷特性模型获得的，由于载荷汽车 大多为三轴或多轴，因此只需考虑后轴的振动载荷Fjt);
[0009] 步骤三，汽车动力学模型的簧载质量运动主要考虑垂直运动和俯仰运动，非簧载 质量运动主要考虑前轮、中轮、后轮的垂直运动，因此将复杂的三轴载货汽车动力学模型简 化为一个五自由度二分之一三轴载货汽车动力学模型；
[0010] 步骤四，根据目前应用于高速公路动态称重秤台前的减速带截面形状：圆弧状横 断面减速带（驼峰减速带）以及梯形横断面减速带（梯形减速带），参考交通行业标准《路 面减速带》（标准号：JT/T713-2008)中关于减速带尺寸标准的规定，建立两种类型减速带 的动力学模型；
[0011] 步骤五，根据五自由度二分之一三轴载货汽车动力学模型和减速带模型建立了三 轴载货汽车振动载荷特性模型，即可得到秤前减速带合理位置。
[0012] 所述步骤一中，汽车的轮轴通过秤台时，秤台称量动力学模型所简化为一个单自 由度称量动力学模型的动力学方程为，
[0013]
(1)
[0014] 式（1)中，M为汽车轮轴的质量;m为秤台承载器的质量；k为秤台承载器的刚度； c为秤台承载器的阻尼；f(t)为称重过程中某一轮轴的振动载荷；x为秤台承载器的位移。
[0015] 所述步骤二中，假设车辆以临界跳车车速v匀速通过减速带后，引起车轮轴的振 动载荷为F(t)，继续勾速v经过秤台与减速带之间的距离s后，车轮到达秤台上，并且秤台 的宽度为z，称重过程中任意时刻t某一轮轴的振动载荷f(t)可以表示为 _6]?
(；2：>
[0017] 因此应变片式秤台传感器测得的汽车轮轴重量Gz应为
[0018]
(3)
[0019] 式⑶中，I为秤台承载器的振动加速度。
[0020] 所述步骤二中，减速带最优位置寻优模型的流程为：
[0021] 1)确定初始称前距离s;
[0022] 2)寻找秤台承载器最大振动加速度X;
[0023] 3)若秤台承载器最大振动加速度！大于0.04g，则称前距离为s+As，返回2)重 新寻找秤台承载器最大振动加速度I:;
[0024] 若秤台承载器最大振动加速度戈小于0. 04g，结束寻优。
[0025] 所述步骤三的五自由度二分之一三轴载货汽车动力学模型中，五个自由度分别 为：簧载质量质心垂直位移Z2，簧载质量俯仰角9 2，前轮垂直位移Z1V，中轮垂直位移Zln，后 轮垂直位移Z1H;
[0026] 根据前悬系统、中桥系统、后桥系统、簧载质量垂直振动和簧载质量俯仰运动的动 力学方程构建的一阶微分矩阵方程为：
[0027]M = SXJrCM()：(4)
[0028] 其中
[0032] X= [X1;X2,X3,X4,X5,X6,X7,X8,X9,X10]T
[0033] X〇=[X01,X02,X03]t
[0034] 式中，mlv前轴非簧载质量;mlni中轴非簧载质量;m1H后轴非簧载质量;m2簧载质量； 9 2簧载质量绕质心的俯仰角；J2：(簧载质量俯仰运动绕质心的转动惯量；Z2车身垂直位移； Z1V前轮垂直位移；Zlni中轮垂直位移；Z1H后轮垂直位移；Z2V前悬架垂直位移；Z2H后悬架垂直 位移；2?"前轮地面不平度激励；2。"中轮地面不平度激励；ZJ^轮地面不平度激励；C2V前悬 架刚度；d2V前悬架阻尼系数；C1V前轮胎刚度；C2H后悬架刚度；d2H后悬架阻尼系数；C1H后轮 胎刚度；Clni中轮胎刚度。
[0035] 所述步骤四中，驼峰减速带的截面形状为圆弧形，设驼峰减速带的高度为h，宽度 为b，圆弧的圆心为〇,半径为r，设汽车以临界跳车速度v= ^通过驼峰减速带，根据驼峰减 速带外廓尺寸关系，得到盤峰减速带引起的动态激励xv(t)为：
[0036]
、5)
[0037] 梯形减速带的截面形状为梯形，设梯形减速带的高度为h，宽度为b，横断面轮廓 函数参数为d，设汽车以临界跳车速度v通过梯形减速带时，为方便问题的分析假设v= #， 根据梯形减速带外廓尺寸关系，可以得到梯形减速带引起的动态激励xv(t)为：
[0038]
(6):〇
[0039] 与现有技术相比，本发明针对不同截面形状和尺寸的秤前减速带的合理位置进行 寻优计算，从而解决秤前减速带位置不合理设置所带来的称重精度及有效抑制不规范操作 的矛盾，实现既能有效避免驾驶员不规范的过秤操作行为（跳秤、冲秤），同时又不影响车 辆动态称重的精度。 【【附图说明】】
[0040] 图1为秤台单自由度称量模型图
[0041] 图2为五自由度二分之一三轴载货汽车动力学模型图；
[0042] 图3为驼峰减速带的静态模型图；
[0043] 图4为梯形减速带的静态模型图；
[0044] 图5为三轴载货振动载荷特性模型图
[0045] 图6为秤前减速带最优位置寻优流程架构图；
[0046] 图7为寻优算法流程图；
[0047] 图8为秤前减速带最优位置寻优模型图。 【【具体实施方式】】
[0048] 下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0049] 如图1所示是秤台单自由度称量模型，汽车的轮轴通过秤台时，秤台的动力学方 程为
[0050] ⑴
[0051] 式⑴中，M为汽车轮轴的质量;m为秤台承载器的质量；k为秤台承载器的刚度； c为秤台承载器的阻尼；f(t)为称重过程中某一轮轴的振动载荷；x为秤台承载器的位移。
[0052] 假设车辆以临界跳车车速v匀速通过减速带后，引起车轮轴的振动载荷为F(t)， 继续匀速v经过秤台与减速带之间的距离s(m)后，车轮到达秤台上，并且秤台的宽度为 z(m)。称重过程中任意时刻t某一轮轴的振动载荷f(t)可以表示为
[0054] 因此应变片式秤台传感器测得的汽车轮轴重量Gz应为
[0053] ,、 (2)
[0055]
(3)
[0056] 式（3)中，f为秤台承载器的振动加速度。
[0057] 根据上文对秤台称量动力学模型的分析及式（3)可知，秤台称重精度实质上决定 于轮轴振动载荷激励下的秤台振动加速度。同时根据汽车动态称重系统AsTME1318-94标 准中关于车速〇_16km/h内的汽车轴载荷动态称重精度的要求，当车辆的轮轴载荷变化在 ±4%之间时，即认为达到称重系统动态精度要求。所以可知秤台承载器的振动加速度龙 在±0.04