CN112248738A - 一种商用车电控空气悬架载荷监控系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种商用车电控空气悬架载荷监控系统及方法。它包括压力检测模块，用于检测车辆各轮轴上气囊的压力发送至电控单元；电控单元，用于根据各轮轴上气囊的压力计算各轮轴的单轴载荷，基于所述单轴载荷及各轮轴的基础参数采用静力学平衡方程计算整车载荷。本发明利用ECAS系统现有的零部件结构，采集车辆各个气囊压力信息输入到ECU，ECU利用内部算法计算出单轴轴荷和整车载荷，实现车辆载荷状态的监测，当监测到车辆载荷异常时，ECU能及时识别并作出合理的响应，来避免可能发生的危险或财物损失，有效地保护车辆，提高车辆和零部件的使用寿命，减小维修成本。

Description

一种商用车电控空气悬架载荷监控系统及方法
技术领域
本发明属于车辆载重技术领域，具体涉及一种商用车电控空气悬架载荷监控系统及方法。
背景技术
目前对于车辆载重的检测，驾驶员除了称量载重以外，没有更好的方法计算车辆载重，但有时一些载重物不易称量，可能导致车辆超载，极大地消耗了车辆和零部件的使用寿命，增加了维修成本。并且当车辆行驶时，因为超载可能对公路、桥梁等公共设施造成极大的伤害，甚至发生危险。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种商用车电控空气悬架载荷监控系统及方法。
本发明采用的技术方案是：一种商用车电控空气悬架载荷监控系统，包括
压力检测模块，用于检测车辆各轮轴上气囊的压力发送至电控单元；
电控单元，用于根据各轮轴上气囊的压力计算各轮轴的单轴载荷，基于所述单轴载荷及各轮轴的基础参数采用静力学平衡方程计算整车载荷。
进一步地，通过以下公式计算单轴载荷
Figure BDA0002754580090000011
其中，Fi为第i个轴的单轴载荷，n为单轴配置的气囊数量，Fij为第i个轴第j个气囊的载荷。
进一步地，通过以下公式计算第i个轴第j个气囊的载荷
Figure BDA0002754580090000021
其中，Pij为第i个轴第j个气囊的测量压力值，P0为大气压力值，D为气囊横截面直径，αij为第i个轴第j个气囊的截面有效系数，fij为第i个轴第j个气囊载荷修正值。
进一步地，所述静力学平衡方程为
Figure BDA0002754580090000022
F2·L1+F3·(L1+L2)＝G·S1+T·S2
F1·(L1+L2)+F2·L2＝G·(L1+L2-S1)+T·(L1+L2-S2)
F1·L1+T·(S2-L1)＝F3·L2+G·(L1-S1)
其中，G-整车自重，T-整车载荷，S1-整车质心距前轴X向距离，S2-鞍座中心距前轴X向距离，F1-I轴载荷，F2-II轴载荷，F3-III轴载荷轴，L1-I轴与II轴的轴距，L2-II轴与III轴的轴距。
一种商用车电控空气悬架载荷监控方法，采集车辆各轮轴上气囊的压力，根据各轮轴上气囊的压力计算各轮轴的单轴载荷，基于所述单轴载荷及各轮轴的基础参数采用静力学平衡方程计算整车载荷。
进一步地，通过以下公式计算单轴载荷
Figure BDA0002754580090000023
其中，Fi为第i个轴的单轴载荷，n为单轴配置的气囊数量，Fij为第i个轴第j个气囊的载荷。
进一步地，通过以下公式计算第i个轴第j个气囊的载荷
Figure BDA0002754580090000024
其中，Pij为第i个轴第j个气囊的测量压力值，P0为大气压力值，D为气囊横截面直径，αij为第i个轴第j个气囊的截面有效系数，fij为第i个轴第j个气囊载荷修正值。
进一步地，所述静力学平衡方程为
Figure BDA0002754580090000031
F2·L1+F3·(L1+L2)＝G·S1+T·S2
F1·(L1+L2)+F2·L2＝G·(L1+L2-S1)+T·(L1+L2-S2)
F1·L1+T·(S2-L1)＝F3·L2+G·(L1-S1)
其中，G-整车自重，T-整车载荷，S1-整车质心距前轴X向距离，S2-鞍座中心距前轴X向距离，F1-I轴载荷，F2-II轴载荷，F3-III轴载荷轴，L1-I轴与II轴的轴距，L2-II轴与III轴的轴距。
进一步地，还包括超载保护监控：车辆行驶过程中，
当车速小于等于第一设定车速时，若车辆驱动轴载荷高于第一设定值且提升桥处于上升状态时，控制提升桥下降，提升桥与驱动桥共同承担载荷；
当整车载荷高于第二设定值时，仪表报警提醒，同时限制发动机转速或阻止车辆点火启动；
当整车载荷高于第三设定值时，控制所有气囊放气；
当整车轴荷分配比例超出设定值范围时，控制电磁阀对气囊充放气，将轴荷比例调整到合适的值。
更进一步地，还包括货物丢失预警监控：
当车速大于第二设定车速时，若车辆载荷在第一设定时间内降低量大于等于第一设定阈值或在第二时间内持续降低的总重量大于等于第二设定阈值，则控制仪表报警提示驾驶员检查货物。
本发明利用ECAS系统现有的零部件结构，采集车辆各个气囊压力信息输入到ECU，ECU利用内部算法计算出单轴轴荷和整车载荷，实现车辆载荷状态的监测。当检测到车辆载荷异常时，ECU能及时识别并作出合理的响应，来避免可能发生的危险或财物损失，有效地保护车辆，提高车辆和零部件的使用寿命，减小维修成本。
附图说明
图1为本发明载荷监控系统的原理示意图。
图2为6×2带提升桥车型ECAS系统的结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。
货车超载运输，一方面会对桥梁和公路设施造成巨大破坏，缩短了公路和桥梁设施的使用寿命，另一方面会严重降低车辆的性能，导致制动不足，转向失调，轮胎爆裂等现象，严重危害道路交通安全。因此本发明提供一种车辆载荷监控系统，它可在汽车轻微超载时对驾驶员进行警报，提醒其停止加载货物；当车辆严重超载时会对点火系统发出禁止信号，阻止车辆点火启动；当车辆在行驶过程中载荷骤减或持续性降低时，同样也会对驾驶员预警，以避免货物丢失。
汽车电控空气悬架系统(ECAS)由电控单元ECU、电磁阀、高度传感器、压力传感器、气囊等部件组成。高度传感器检测车辆高度的变化，压力传感器监测气囊压力，ECU接收高度传感器、压力传感器、控制开关等系统输入信号以及其他CAN总线输入信号，识别当前车辆状态并进行目标决策，激发电磁阀的相应动作，组成一闭环控制系统，实现对各个气囊充放气控制，调节车辆底盘达到目标状态。
为了避免货物超载，本发明的车辆载荷监控系统利用上述的汽车电控空气悬架系统实现车辆载荷状态的监测和控制，如图1所示，在空气悬架控制系统ECAS中增加车载监控模块，它以压力传感器信号、高度传感器信号、CAN总线信号为输入，结合实际车辆行驶工况，通过ECU内部算法计算出单轴轴荷和车辆载重，实现对车辆单轴轴荷和车辆载重的实时监测，最终由显示终端上反馈给驾驶员，同时，ECU根据当前载荷状态做出应对。
基于上述的载荷监控系统，本发明还提供一种商用车电控空气悬架载荷监控方法，采集车辆各轮轴上气囊的压力，根据各轮轴上气囊的压力计算各轮轴的单轴载荷，基于所述单轴载荷及各轮轴的基础参数采用静力学平衡方程计算整车载荷。
本发明主要针对半挂牵引车，半挂牵引车的挂车前一部分搭在牵引车头后段的牵引鞍座上，牵引车头承受挂车的一部分重量，载荷重心在鞍座位置，以下具体描述整车载荷的计算过程。
1.单轴载荷计算方法
目前在汽车上广泛使用的空气弹簧有囊式、膜式和复合式三种。空气弹簧由气囊、底座、上盖板、夹紧环和橡胶缓冲块等部件组成。
通过厂家提供的空气弹簧特性，对气囊特性进行研究分析，可知在高度保持状态下气囊压力值与轴荷的函数关系：
Figure BDA0002754580090000051
其中，Pij为第i个轴第j个气囊的测量压力值，P0为大气压力值，D为气囊横截面直径，αij为第i个轴第j个气囊的截面有效系数，fij为第i个轴第j个气囊载荷修正值。
进一步可计算出单轴载荷：
Figure BDA0002754580090000052
其中Fi为第i个轴所承受的轴荷，n为单轴配置气囊数量；
2、整车载荷计算
根据目前商用车整车气囊配置情况，可以分为两大类：1.全空气悬架；2.前桥非带空气悬架。对于半挂牵引车，载荷重心在鞍座上，整车受力均匀，可简化为简支梁结构进行静力学荷力矩分析。
Figure BDA0002754580090000053
F2·L1+F3·(L1+L2)＝G·S1+T·S2 (4)
F1·(L1+L2)+F2·L2＝G·(L1+L2-S1)+T·(L1+L2-S2) (5)
F1·L1+T·(S2-L1)＝F3·L2+G·(L1-S1) (6)
其中，G-整车自重，T-整车载荷，S1-整车质心距前轴X向距离，S2-鞍座中心距前轴X向距离，F1-I轴(前轴)载荷，F2-II轴(驱动轴)载荷，F3-III轴(提升轴)载荷，L1-I轴与II轴的轴距，L2——II轴与III轴的轴距。
当前轴为非空气悬架时，轴荷F1为未知量。根据公式(3)-(6)求解单轴载荷Fi和整车载荷T值，即可获取到车辆载重信息。
基于上述的载荷监控系统及方法，本发明还能进行超载保护监控，包括以下几种情况：
当车速小于等于第一设定车速时，若车辆驱动轴载荷高于第一设定值且提升桥处于上升状态时，控制提升桥下降，提升桥与驱动桥共同承担载荷。
当整车载荷高于第二设定值时，仪表报警提醒，同时限制发动机转速或阻止车辆点火启动。
当整车载荷高于第三设定值时，控制所有气囊放气防止气囊损坏。
当整车轴荷分配比例超出设定值范围时，控制电磁阀对气囊充放气，将轴荷比例调整到合适的值，保证车辆经济性和舒适性。
当车辆驱动力不足时，增加驱动轴载荷，提高车辆驱动力。
本发明还能进行货物丢失预警：
当车速大于第二设定车速时，若车辆载荷在第一设定时间内降低量大于等于第一设定阈值(即两次检测的差值较大)或在第二时间内持续降低的总重量大于等于第二设定阈值(连续多次检测的差值的和较大)，则控制仪表报警提示驾驶员检查货物
本发明还能进行驱动辅助：
当车速高于第二设定车速时，车辆载荷低于第三设定值时，控制提升桥提起不参与承载，减小整车行驶阻力并增加驱动桥驱动力.
本发明以6×2前桥非空气悬架带车型为例进行说明；
通过零部件厂家所提供的空气弹簧特性曲线，对气囊压力与载荷特性进行研究分析，明确ECAS在高度保持状态下单气囊压力与载荷呈线性关系：
Figure BDA0002754580090000061
通过实车标定的方式可确定参数αij、fij的值。进一步可知F1、F2、F3的值。
表1空气弹簧特性
Figure BDA0002754580090000062
Figure BDA0002754580090000071
通过整车所提供的数据，半挂牵引车自重G、半挂牵引车质心距前轴X向距离S1、鞍座中心距前轴X向距离S2、Ⅰ、Ⅱ轴轴距L1、Ⅱ、Ⅲ轴轴距L2均为已知量；
最终结合公式根据公式可求解整车载荷T值。
以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种商用车电控空气悬架载荷监控系统，其特征在于：包括
压力检测模块，用于检测车辆各轮轴上气囊的压力发送至电控单元；
电控单元，用于根据各轮轴上气囊的压力计算各轮轴的单轴载荷，基于所述单轴载荷及各轮轴的基础参数采用静力学平衡方程计算整车载荷。
2.根据权利要求1所述的商用车电控空气悬架载荷监控系统，其特征在于：通过以下公式计算单轴载荷
Figure FDA0002754580080000011
其中，Fi为第i个轴的单轴载荷，n为单轴配置的气囊数量，Fij为第i个轴第j个气囊的载荷。
3.根据权利要求1所述的商用车电控空气悬架载荷监控系统，其特征在于：通过以下公式计算第i个轴第j个气囊的载荷
Figure FDA0002754580080000012
其中，Pij为第i个轴第j个气囊的测量压力值，P0为大气压力值，D为气囊横截面直径，αij为第i个轴第j个气囊的截面有效系数，fij为第i个轴第j个气囊载荷修正值。
4.根据权利要求1所述的商用车电控空气悬架载荷监控系统，其特征在于：所述静力学平衡方程为
Figure FDA0002754580080000013
F2·L1+F3·(L1+L2)＝G·S1+T·S2
F1·(L1+L2)+F2·L2＝G·(L1+L2-S1)+T·(L1+L2-S2)
F1·L1+T·(S2-L1)＝F3·L2+G·(L1-S1)
其中，G—整车自重，T—整车载荷，S1—整车质心距前轴X向距离，S2—鞍座中心距前轴X向距离，F1—Ⅰ轴载荷，F2—Ⅱ轴载荷，F3—Ⅲ轴载荷轴，L1—Ⅰ轴与Ⅱ轴的轴距，L2—Ⅱ轴与Ⅲ轴的轴距。
5.一种商用车电控空气悬架载荷监控方法，其特征在于：采集车辆各轮轴上气囊的压力，根据各轮轴上气囊的压力计算各轮轴的单轴载荷，基于所述单轴载荷及各轮轴的基础参数采用静力学平衡方程计算整车载荷。
6.根据权利要求5所述的商用车电控空气悬架载荷监控方法，其特征在于：通过以下公式计算单轴载荷
Figure FDA0002754580080000021
其中，Fi为第i个轴的单轴载荷，n为单轴配置的气囊数量，Fij为第i个轴第j个气囊的载荷。
7.根据权利要求5所述的商用车电控空气悬架载荷监控方法，其特征在于：通过以下公式计算第i个轴第j个气囊的载荷
Figure FDA0002754580080000022
其中，Pij为第i个轴第j个气囊的测量压力值，P0为大气压力值，D为气囊横截面直径，αij为第i个轴第j个气囊的截面有效系数，fij为第i个轴第j个气囊载荷修正值。
8.根据权利要求5所述的商用车电控空气悬架载荷监控方法，其特征在于：所述静力学平衡方程为
Figure FDA0002754580080000023
F2·L1+F3·(L1+L2)＝G·S1+T·S2
F1·(L1+L2)+F2·L2＝G·(L1+L2-S1)+T·(L1+L2-S2)
F1·L1+T·(S2-L1)＝F3·L2+G·(L1-S1)
其中，G—整车自重，T—整车载荷，S1—整车质心距前轴X向距离，S2—鞍座中心距前轴X向距离，F1—Ⅰ轴载荷，F2—Ⅱ轴载荷，F3—Ⅲ轴载荷轴，L1—Ⅰ轴与Ⅱ轴的轴距，L2—Ⅱ轴与Ⅲ轴的轴距。
9.根据权利要求5所述的商用车电控空气悬架载荷监控方法，其特征在于：还包括超载保护监控：车辆行驶过程中，
当车速小于等于第一设定车速时，若车辆驱动轴载荷高于第一设定值且提升桥处于上升状态时，控制提升桥下降，提升桥与驱动桥共同承担载荷；
当整车载荷高于第二设定值时，仪表报警提醒，同时限制发动机转速或阻止车辆点火启动；
当整车载荷高于第三设定值时，控制所有气囊放气；
当整车轴荷分配比例超出设定值范围时，控制电磁阀对气囊充放气，将轴荷比例调整到合适的值。
10.根据权利要求5所述的商用车电控空气悬架载荷监控方法，其特征在于：还包括货物丢失预警监控：
当车速大于第二设定车速时，若车辆载荷在第一设定时间内降低量大于等于第一设定阈值或在第二时间内持续降低的总重量大于等于第二设定阈值，则控制仪表报警提示驾驶员检查货物。
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