汽車全自動(dòng)超載檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)

謝建新，王亞洲，劉浩

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汽車全自動(dòng)超載檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)

謝建新，王亞洲，劉浩

（青島黃海學(xué)院，山東 青島 266427）

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，許多道路運(yùn)輸?shù)膯栴}由此產(chǎn)生，客車超載成為影響人民生命安全的主要因素。研究通過傳感器采集汽車懸架受力總和，并將這些數(shù)據(jù)傳送到車載ECU，并通過ECU判別數(shù)據(jù)，若該數(shù)據(jù)超過設(shè)定數(shù)據(jù)或采集收據(jù)車載ECU將會(huì)對(duì)汽車的起動(dòng)系統(tǒng)做出干涉，禁止汽車起動(dòng)；若降低汽車載荷并達(dá)到規(guī)定數(shù)值，汽車才能起動(dòng)。

超載；傳感器；ECU；載荷；起動(dòng)

前言

汽車超載會(huì)引發(fā)多方面的負(fù)面問題，汽車本身各方面的性能參數(shù)隨外界變化范圍所引起的改變，包括額定裝載質(zhì)容量，汽車質(zhì)心高度范圍，質(zhì)心位置范圍等因素都是汽車生產(chǎn)廠商通過精確的實(shí)驗(yàn)計(jì)算求得而一次生產(chǎn)不可隨意改動(dòng)。但使用者根據(jù)自己的意愿隨意對(duì)車身構(gòu)架進(jìn)行改變，其中最主要的就是加高貨運(yùn)車廂高度，增加裝載質(zhì)量，這就大大增加了汽車的負(fù)荷，改變了汽車的質(zhì)心高度，質(zhì)心位置的改變，使得汽車整體參數(shù)變化。

汽車一旦整體參數(shù)變動(dòng)，汽車的各方面的性能會(huì)隨之改變，如汽車的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性、制動(dòng)性以及操縱穩(wěn)定性等。但這些參數(shù)又是衡量一輛車能否出廠交付使用的重要參數(shù)，因此，這些參數(shù)的改變會(huì)造成不可預(yù)料的結(jié)果。為了讓人們深刻意識(shí)到超載的危害和改善超載的情況，本研究從剖析超載的危害和車身動(dòng)力學(xué)方面著手并結(jié)合汽車電子電路方面設(shè)計(jì)超載檢測(cè)處理裝置。

1 車輛超載危害分析

1.1 車輛超載對(duì)輪胎的影響

當(dāng)汽車超載時(shí)，輪胎由于徑向載荷的存在，會(huì)發(fā)生顯著變形，徑向載荷越大輪胎變形也越大，在汽車未超載的情況下，這些變形量處在汽車生產(chǎn)廠商預(yù)先實(shí)驗(yàn)的范圍內(nèi)，但輪胎的徑向載荷超出輪胎的額定載荷，輪胎會(huì)處在超壓狀態(tài)下，輪胎與地面接觸處由點(diǎn)變成平面，當(dāng)汽車行駛時(shí)，車輪輪胎會(huì)持續(xù)性的變形，加速輪胎內(nèi)部氣體的摩擦，增加胎內(nèi)氣體溫度，同時(shí)輪胎本身也會(huì)發(fā)生擠壓和摩擦，加速胎內(nèi)氣體溫度升高；長(zhǎng)時(shí)間的擠壓和摩擦?xí)?dǎo)致輪胎磨損加劇，縮短輪胎壽命，由于汽車超載，當(dāng)急速剎車或路面輕微的顛簸都將導(dǎo)致爆胎。

1.2 車輛超載對(duì)汽車的性能影響

汽車能起步的最重要條件必須滿足：發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞到車輪上的驅(qū)動(dòng)力大于道路阻力、坡度阻力、空氣阻力、加速阻力之和，然而當(dāng)汽車超載時(shí)，汽車整車質(zhì)量會(huì)偏離廠家的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，影響汽車的各方面性能。

1.3 車輛超載對(duì)道路的危害

道路切應(yīng)力，對(duì)于道路而言，汽車在行駛時(shí)，回到道路產(chǎn)生擠壓和剪切作用，剪切作力與輪胎與地面的接觸面積有關(guān)：X=A；

A為輪胎與地面的接觸面積，c為地面的阻力系數(shù)；

水泥道路和瀝青道路在外力作用下的變形和破壞過程，也就是內(nèi)部各混合物之間裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展過程。荷載到達(dá)“比例極限”（約為極限荷載的30％）以前、地面裂縫無(wú)明顯變化，荷載與變形比較接近直線關(guān)系。荷載超過 “比例極限”以后，地面裂縫的數(shù)量、長(zhǎng)度和寬度都不斷增大，地面借摩阻力繼續(xù)承擔(dān)荷載，但尚無(wú)明顯的砂漿裂縫。此時(shí)，變形增大的速度超過荷載增大的速度，荷載與變形之間不再為線性關(guān)系。

2 載貨汽車結(jié)構(gòu)及車架受力分析

載貨汽車結(jié)構(gòu)說明圖1，如下：

圖1 載貨汽車結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 車架受理仿真圖

2.1 載貨汽車車架受力仿真分析

表1 車架材料屬性

基于Simulation對(duì)車架應(yīng)用材料Q235-B進(jìn)行仿真分析（仿真分析如圖2），外部受力2000牛頓進(jìn)行分析；下面對(duì)車架按一定條件的分析結(jié)果。結(jié)果如圖3所示，最大應(yīng)力出現(xiàn)在車架疊板彈簧的吊環(huán)，車架的最大位移位于車架大梁中部位置。

3 自動(dòng)檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)

3.1 自動(dòng)檢測(cè)裝置的工作原理

載貨汽車基本立體結(jié)構(gòu)是車廂通過某種方式和車架相連接，車架和大梁制成一體，駕駛室也同車廂一樣落座在大梁上，如圖4所示大梁主要通過在梁上的吊環(huán)安裝的疊板彈簧與汽車后橋連成一體，整個(gè)車身通過對(duì)應(yīng)數(shù)量的疊板彈簧將所有的車身載荷施加到前后軸上，在如圖5所示，由于疊板彈簧上載荷的存在，疊板彈簧會(huì)向下彎曲，由于疊板彈簧彈性系數(shù)的存在，會(huì)使疊板彈簧在外部載荷的作用下發(fā)生彈性下移，彈性下移量可由距離傳感器測(cè)得。汽車整車組裝時(shí)通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得該車額定載貨情況下疊板彈簧下移量，并將這一數(shù)據(jù)作為判定量，當(dāng)汽車出廠交付使用后，使用者裝載一定重量的貨物時(shí)，貨物質(zhì)量快接近額定載貨量時(shí)，汽車?yán)葧?huì)提示操作人員，當(dāng)前貨物質(zhì)量即將達(dá)到額定載貨量，防止超載。

圖4 車架大梁結(jié)構(gòu)示意圖

圖5 車架大梁受力分析圖

3.2 系統(tǒng)工作邏輯電路圖系統(tǒng)工作

如圖9所示，超載檢測(cè)系統(tǒng)有特殊的電路供電，并隨時(shí)準(zhǔn)備檢測(cè)超載情況，若貨車超載時(shí)，系統(tǒng)距離判別電腦會(huì)檢測(cè)到疊板彈簧下移距離大于廠家預(yù)設(shè)數(shù)值，系統(tǒng)便會(huì)發(fā)送指令給ECU：“系統(tǒng)錯(cuò)誤”指令，ECU同時(shí)控制點(diǎn)火系統(tǒng)，切斷點(diǎn)火系統(tǒng)主電路，并等待下一步指令；若超載量被移除，判別電腦檢測(cè)到彈簧下移距離不超過預(yù)設(shè)數(shù)值，并給ECU發(fā)送“系統(tǒng)正?！敝噶?，ECU控制點(diǎn)火系統(tǒng)主電路接通，當(dāng)接通點(diǎn)火開關(guān)時(shí)，點(diǎn)火系統(tǒng)正常點(diǎn)火。

3.3 裝置設(shè)計(jì)目的

經(jīng)過對(duì)駕駛?cè)笋{駛經(jīng)驗(yàn)的分析，發(fā)現(xiàn)駕駛?cè)顺d原因大多為超載沒有從根本上得到解決辦法，認(rèn)為超載后，只要車能跑便沒有問題，沒有一個(gè)強(qiáng)制限定的條件。我案的設(shè)計(jì)思路的電路部分即可以從發(fā)動(dòng)機(jī)電控部分著手，從局部改變汽車電控單元的電路限定條件，在汽車電控系統(tǒng)的點(diǎn)火電路中添加一些限制汽車起動(dòng)的條件，便可以從根本上解決汽車超載的問題，即只有當(dāng)汽車滿足常規(guī)條件，即目前汽車點(diǎn)火起動(dòng)條件以外再滿足一條本案的設(shè)計(jì)思路之一—不超載的情況下，才能啟動(dòng)。

當(dāng)汽車的起動(dòng)條件被加強(qiáng)之后，汽車的起動(dòng)條件便限制了汽車超載情況的發(fā)生，汽車少了長(zhǎng)期的超載情況，就能夠更好的達(dá)到汽車生產(chǎn)商以及駕駛員所希望的汽車動(dòng)力性、操縱性、燃油經(jīng)濟(jì)性等汽車整體參數(shù)的要求，當(dāng)汽車的各項(xiàng)性能被駕駛條件滿足之后，汽車的整體性能也就能盡可能發(fā)到汽車設(shè)計(jì)研發(fā)人員的設(shè)計(jì)要求，也能夠更好的保障人們對(duì)出行安全性的要求。同時(shí)當(dāng)汽車的超載情況被杜絕以后，汽車通過輪胎對(duì)地面接觸應(yīng)力也不會(huì)超過路面設(shè)計(jì)的許用應(yīng)力，由此更可以大大減輕汽車對(duì)道路的損害。

4 結(jié)論

系統(tǒng)根據(jù)材料的屬性依據(jù)汽車生產(chǎn)廠商的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)檢測(cè)汽車當(dāng)前載重情況，檢測(cè)是否超載，若汽車超載發(fā)生時(shí)，介入汽車的點(diǎn)火系統(tǒng)，阻斷點(diǎn)火系統(tǒng)線路，從源頭上解決超載的問題。本文從超載對(duì)汽車車身的危害方面讓用車人員認(rèn)識(shí)到超載的嚴(yán)重性，大大減少超載現(xiàn)象發(fā)生的可能性。

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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

謝建新，男，青島黃海學(xué)院副教授，碩士研究生，主要研究方向車輛零部件設(shè)計(jì)。科技創(chuàng)新項(xiàng)目信息：汽車車載全自動(dòng)超載檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.24.080