车辆不规范行驶对平板式动态汽车衡的影响研究

赵彬  

450001

摘要：在现代交通体系中，高速公路收费站普遍运用先进的动态汽车衡技术来监控货运车辆的装载情况。尽管这种技术提升了通行费收取的自动化程度，然而，称重精确度的挑战始终是关键问题，这不仅引发了司机对于规范过磅行为的忽视，还滋生了逃费的倾向。平板式汽车衡作为一种创新的动态衡器，其设计上的一大亮点是区别于传统的动态汽车衡，它摒弃了定位装置的使用，因此能够独立于车辆运动，避免因车辆动态带来的纵向振动，从而显著降低了由车辆特性对称量准确度造成的影响。

关键词：车辆不规范行驶；平板式动态汽车衡；影响

1车辆动态称质量振动力学模型

1.1汽车衡称质量动力学模型

车辆动态称质量振动力学模型是研究车辆在行驶过程中承受的动力学力和振动力的变化规律的重要工具。通过建立该模型，可以更准确地预测车辆在不同路况下的运动状态，为车辆设计和驾驶控制提供重要参考。在车辆动态称质量振动力学模型中，需要考虑车辆本身的质量、惯性、悬挂系统、轮胎特性等因素。其中，车辆的质量是影响车辆运动状态的重要因素之一。车辆的质量会影响车辆在行驶过程中的加速度、惯性力、惯性矩等。因此，在建立模型时需要准确考虑车辆的质量分布情况，以保证模型的准确性和可靠性。

1.2两轴刚性车辆动力学模型

在两轴刚性车辆动力学模型中，车辆的质量被假设为集中在两个刚性轮轴之间的一个点，这个点称为质心。在这种模型中，车辆的振动被简化为垂直于地面的单自由度系统，即车辆在垂直方向上的运动。车辆在行驶过程中，通过悬挂系统和轮胎与路面的摩擦力来抵消路面不平引起的振动，从而保持车辆的稳定性和舒适性。对于两轴刚性车辆动力学模型的分析，可以采用多种方法，例如采用自由振动理论来研究车辆在行驶过程中的动态响应。通过建立车辆的动力学方程，可以得到车辆在行驶过程中的振动频率和振幅，进而评估车辆的舒适性和稳定性。除了垂直振动之外，车辆在行驶过程中还会受到侧向力和纵向力的影响。侧向力主要来自于车辆的转向运动，而纵向力则来自于车辆的加速和制动。

2不规范行车时车轮纵向动力学分析

2.1跳秤时车轮受力分析

当车辆在行驶过程中发生跳秤现象时，车轮受到了复杂的力的作用。在跳秤时，车辆重心会突然发生变化，导致车轮承受着不同方向的力。首先，在车辆跳起的瞬间，车轮受到一个向上的冲击力，这是因为车身的惯性使得车轮产生一个向上的加速度，从而受到一个惯性冲击。这种冲击力会使得车轮离地，并产生一个向上的反作用力。同时，车轮也会受到重力的作用，使得车辆整体向下受力。在车辆跳离地面后，车轮还会受到空气阻力和摩擦力的作用，这些力会影响车轮的运动轨迹和角动量。因此，在跳秤时车轮的受力分析是非常复杂的，需要考虑多种因素的综合作用。接下来，我们将进一步分析不规范行车时车轮纵向动力学。由于整辆车在行驶时受到多种力的作用，车轮在纵向运动中也会受到相应的力的影响。在不规范行车时，车辆可能会发生急刹车、急加速或急转弯等情况，这些都会导致车轮产生不同方向的动力学响应。例如，在急刹车时，车轮会受到一个向前的冲击力，使得车辆快速减速并产生惯性反作用力；在急加速时，车轮则会受到一个向后的推力，使得车辆快速加速并产生向前的惯性反作用力。此外，车辆在急转弯时，车轮也会受到侧向的力的作用，使得车辆产生侧向滑移和倾斜现象。因此，在不规范行车时车轮纵向动力学分析中，需要考虑车辆在不同工况下受到的各种力的影响，并对车轮的受力分布和动力学特性进行深入研究。

2.2冲秤时车轮受力分析

车辆冲秤时，车轮会受到额外的力的作用，这会影响车轮的纵向动力学性能。冲秤时的力分析可以帮助我们了解车辆在不规范行车状态下的行驶情况。首先，冲秤时车轮受到的主要力有冲击力、横向力和纵向力。冲击力是由车辆加速或制动时产生的惯性力，会对车轮产生一个瞬时的冲击。横向力则是由弯道时车辆转向产生的侧向力，会使车轮产生横向滑移。而纵向力则是车辆加速或制动时轮胎与地面之间的牵引或阻力力，会影响车轮的牵引性能。在冲秤时，车辆的车轮需要承受这些额外的力的作用，同时要保持稳定的接地状态。车轮的纵向动力学性能是指车辆在加速、制动、爬坡等情况下车轮与地面之间的牵引或阻力性能，包括牵引力、抓地力、制动力和爬坡能力等。因此，对冲秤时车轮受力分析是很重要的，它可以帮助我们更好地理解车辆在不规范行车状态下的行驶特性，为驾驶员提供更安全、舒适的驾驶体验。

3计算仿真分析

3.1不规范行驶下的称质量误差分析

根据不规范行驶下的称质量误差分析，我们可以看到车辆在高速行驶时，由于路面颠簸或急刹车等原因，会造成称质量误差。这种误差可能会导致车辆的稳定性受到影响，甚至危及行车安全。因此，进行计算仿真分析是非常必要的。在进行计算仿真分析时，我们需要考虑车辆的荷载情况、悬挂系统、轮胎摩擦力等因素。通过建立模型，运用计算机软件对车辆行驶过程进行模拟，可以更加直观地观察称质量误差对车辆性能的影响。通过计算仿真分析，我们可以得出相应的数据，如称质量误差对车辆稳定性和操控性的影响程度，从而为改进车辆设计和行驶安全性提供依据。未来，随着科技的不断发展，计算仿真分析将在汽车行业发挥越来越重要的作用，为车辆制造商提供更加准确和高效的解决方案。

3.2不同行驶速度下的称质量误差分析

在进行计算仿真分析时，不同行驶速度下的称质量误差分析是一个重要而复杂的问题。在实际应用中，车辆行驶速度的变化会影响称重结果的准确性，因此需要对称重系统进行精确的仿真分析，以评估不同行驶速度下的称质量误差情况。首先，我们需要建立起合适的仿真模型，考虑到车辆的加速度、制动力和转弯等因素对称重结果的影响。然后，根据不同的行驶速度设定参数，进行仿真计算，并得出不同情况下的称质量误差数据。通过分析这些数据，我们可以发现在高速行驶时，称重结果的误差通常会更大，因为车辆惯性会引起称重传感器的误判。而在低速行驶时，由于车辆运动相对稳定，称重结果的误差会减小。

4结论

本文构建了一种新颖的模型，旨在深入探究车辆轮胎动力对动态汽车衡称重效应的影响。我们运用数值模拟手段，详细探讨了车辆在偏离常规行驶状态下，轴质量在称重过程中的动态演变。关键发现如下：1)当车辆经历跳跃式或突然冲击式过磅时，前后轴的称重时段内，轴质量呈现出减轻的模式。随着车辆加速度和减速度的提升，轴质量的变化幅度也随之扩大，这会导致动态汽车衡的精确度有所下降。2)在恒定的加速度和减速度条件下，车辆初始速度的提高并未显著增加其利用跳秤、冲秤策略减轻轴质量的能力。相反，低速行驶期间，非标准驾驶方式对减轻称重效果更为明显。3)通过实验证实了所建立的仿真模型的有效性，它不仅为当前的研究提供了强有力的验证，还为未来的优化策略设计提供了理论导向。

参考文献：

[1]朱国伟，范长江，周骥，等.浅谈动态汽车衡发展史[J].中国交通信息化，2021(7):98-99,101.

[2]李溯.解剖治超杀手锏—平板式动态汽车衡结构分析[J].中国公路，2021(15):54-55.

[6]肖润谋，陈李军，韩海伟.高速公路货车不规范过秤模拟试验及质量恢复方法[J].中国公路学报，2022,24(4):87-93.

[7]赖朝晖，杨晓翔，姚进辉，等.汽车衡秤面防滑纹对称重稳定性的影响研究[J].中国测试，2022,45(8):118-123,129.