一種純電動汽車自動計算載貨質(zhì)量的方法

葛俊夏， 萬明麗， 路高磊， 徐柏興

（鄭州比克新能源汽車有限公司， 河南 鄭州 451450）

1 概述

目前現(xiàn)有車輛的自動稱重方法一般都是通過在車上增加傳感器來實(shí)現(xiàn)的，其主要由控制器通過采集傳感器的信號來判斷整車的載貨質(zhì)量。這樣不僅需要車輛增加專門的安裝位置、相應(yīng)的傳感器及線束，還增加了整車成本、人工成本和售后成本。本文通過整車控制器對車輛速度、電機(jī)控制器反饋扭矩等整車信息進(jìn)行計算，最終確定整車的載貨質(zhì)量，此方法可以不增加任何硬件，單純通過軟件算法來實(shí)現(xiàn)，易實(shí)現(xiàn)，成本低，標(biāo)定簡單。

2 載貨質(zhì)量計算

2.1 所需信號

車速、電機(jī)控制器反饋扭矩信號可以通過接收整車CAN總線上ABS的車速信號和電機(jī)控制器的扭矩信號得到。

2.2 所需參數(shù)

變速器速比、主減速器速比、傳動系統(tǒng)機(jī)械效率、車輪滾動半徑、整備質(zhì)量、滾動阻力系數(shù)、迎風(fēng)面積、空氣阻力系數(shù)和汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)，需提前寫入整車控制器中。

2.3 載貨質(zhì)量計算

假設(shè)車輛在無風(fēng)、平坦的良好路面行駛，此時車輛在前進(jìn)方向上的合力為：

式中：Fj——車輛的加速阻力；Ft——車輛的驅(qū)動力；Ff——車輛的滾動阻力；Fw——車輛的空氣阻力；Fi——車輛的坡度阻力，此處為0。

車輛的驅(qū)動力計算如下：

式中：T——電機(jī)反饋的輸出扭矩；ig——變速器速比；io——主減速器速比；η——傳動系統(tǒng)的機(jī)械效率；r——車輪滾動半徑。

車輛的滾動阻力及空氣阻力計算如下：

式中：m總——車輛當(dāng)前的總質(zhì)量；g——重力加速度，取9.8m/s2；f——車輛的滾動阻力系數(shù)；Cd——車輛的空氣阻力系數(shù)；A——車輛的迎風(fēng)面積；ρ——空氣密度，一般取1.2258Ns2m-4；V——當(dāng)前車速。

車輛當(dāng)前的加速度可以由VCU計算得出，其計算過程如下：

式中：a——車輛當(dāng)前的加速度；V1——當(dāng)前時刻的車速；V2——上一時刻的車速；t1——對應(yīng)于V1的時間；t2——對應(yīng)于V2的時間。

根據(jù)公式Fj=δ×m總×a可知：

式中：δ——汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)。

由以上公式可得出：

由以上分析可知“——”右側(cè)的都為已知量，故在此工況下可以計算出車輛當(dāng)前的總質(zhì)量m總。

那么車輛當(dāng)前所載貨物的質(zhì)量即為：

式中：m備——車輛的整備質(zhì)量，為已知量。

根據(jù)以上分析，VCU可計算出無風(fēng)、平坦路上整車載貨質(zhì)量的理論值。

2.4 識別無效值

車輛若在上下坡路面或有風(fēng)的工況下行駛，按照上述算法就無法準(zhǔn)確計算出載貨質(zhì)量了，故此時需要整車控制器能自動識別出無效值。識別無效值的算法如圖1所示。

圖1 識別無效值的算法

當(dāng)車輛在上坡時，其中，F(xiàn)1驅(qū)動力、F2重力沿行車方向的分解力即坡度阻力Fi、F3滾動阻力與空氣阻力的總和，此時加速度為a1；F1可由電機(jī)反饋的輸出扭矩計算得出，F(xiàn)3可由空氣阻力加滾動阻力計算得出，a1可由VCU根據(jù)車速計算得出，F(xiàn)2在實(shí)車計算時為未知力。

此時車輛的總質(zhì)量計算公式應(yīng)該為：

由于F2的存在且未知，整車控制器在根據(jù)公式m總=（Ft-Ff-Fw）/（δ×a）進(jìn)行計算時得出的車輛總質(zhì)量為：

此時，實(shí)際質(zhì)量與計算質(zhì)量的差值為：

當(dāng)車輛在加速上坡時，加速度為正。由以上計算可知，VCU計算出的質(zhì)量會比實(shí)際質(zhì)量偏大，而且加速度越小，誤差就會越大。

當(dāng)車輛在不踩油門和制動減速上坡時，加速度為負(fù)。由以上計算可知，VCU計算出的質(zhì)量會比實(shí)際質(zhì)量偏小，而且加速度越小，誤差就會越大。

同理可以得出車輛在下坡或在有風(fēng)且風(fēng)向不與行車方向垂直的工況下行駛時加、減速亦是如此。

由以上計算可知，如果車輛在平坦、無風(fēng)的路面行駛，當(dāng)駕駛員踩下油門踏板進(jìn)行加速時，整車控制器計算出的載貨質(zhì)量為m1；當(dāng)駕駛員松開油門踏板且還沒踩制動時，整車控制器計算出的載貨質(zhì)量為m2；此時，m1=m2。如果車輛在上、下坡或在有風(fēng)且風(fēng)向不與行車方向垂直的工況下行駛，當(dāng)駕駛員踩下油門踏板進(jìn)行加速時，整車控制器計算出的載貨質(zhì)量為m3；當(dāng)駕駛員松開油門踏板且還沒踩制動時，整車控制器計算出的載貨質(zhì)量為m4；此時，m3≠m4。

所以整車控制器可以根據(jù)車輛的踩油門加速和松油門且還沒踩制動時的減速來判斷車輛的載貨質(zhì)量，當(dāng)這兩種工況下計算出的車輛載貨質(zhì)量差值在一定的閾值范圍內(nèi)就認(rèn)為這些值有效，之后將這2個值進(jìn)行加權(quán)平均，得出載貨質(zhì)量；如果其差值有不在閾值范圍內(nèi)的，就認(rèn)為這些值無效，不做處理。

整車控制器算出車輛的載貨質(zhì)量后就把載貨質(zhì)量信息發(fā)至總線上，車輛儀表收到此載貨質(zhì)量信息后進(jìn)行實(shí)時顯示，其他控制器收到后也可以進(jìn)行相應(yīng)地處理。

3 總結(jié)

本文根據(jù)車輛在加減速時的速度、電機(jī)控制器反饋的扭矩信號對車輛的載貨質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時計算，之后將計算的結(jié)果實(shí)時發(fā)到總線上，車輛儀表收到此載貨質(zhì)量信息后進(jìn)行實(shí)時顯示，其他控制器收到后也可以進(jìn)行相應(yīng)地處理。這樣既可以讓駕駛員知道自己車上裝了多重的貨物從而防止車輛的誤超載，又可以將這些數(shù)據(jù)傳給車輛的監(jiān)控平臺后以便于車輛生產(chǎn)廠家統(tǒng)計車輛的使用工況和車輛是否超載。本方法不需要車輛上安裝專門的傳感器，只需根據(jù)車輛上現(xiàn)有的信息進(jìn)行計算就可以自動進(jìn)行車輛載貨質(zhì)量計算，易實(shí)現(xiàn)，成本低，標(biāo)定簡單。