關(guān)于坡度對(duì)動(dòng)態(tài)汽車衡稱重結(jié)果的影響分析

摘 要：在高速公路計(jì)費(fèi)站計(jì)量稱重系統(tǒng)中，動(dòng)態(tài)汽車衡起到的作用極為關(guān)鍵。本文首先構(gòu)建力學(xué)數(shù)學(xué)模型，然后通過試驗(yàn)的方式，分析坡度對(duì)動(dòng)態(tài)汽車衡稱重結(jié)果的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明，坡度對(duì)動(dòng)態(tài)汽車衡稱重結(jié)果的影響較為嚴(yán)重，并且隨著坡度的不斷增加，超差會(huì)愈加嚴(yán)重，希望為相關(guān)行業(yè)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：坡度;動(dòng)態(tài)汽車衡;稱重結(jié)果

引言：就實(shí)際情況而言，道路坡度的存在，會(huì)導(dǎo)致運(yùn)輸效率下降，同時(shí)還會(huì)影響動(dòng)態(tài)汽車衡稱重結(jié)果的準(zhǔn)確性，造成運(yùn)輸成本上升，使運(yùn)輸企業(yè)經(jīng)營發(fā)展受到不利影響。因此，本文將兩軸汽車作為研究載體，通過構(gòu)建力學(xué)模型的方式，對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并得出相應(yīng)的結(jié)論，可以為收費(fèi)站新建和改造，提供數(shù)據(jù)方面的支持。

一、研究意義

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的背景下，高速公路運(yùn)輸成為了重要的貨物運(yùn)輸方式，在高速公路里程不斷增加的同時(shí)，收費(fèi)站數(shù)量與日俱增，但部分運(yùn)行時(shí)間較長的收費(fèi)站，其通行量與運(yùn)輸車輛運(yùn)輸需求逐漸不符，為改善當(dāng)前現(xiàn)狀，目前采取的常規(guī)措施為擴(kuò)充車道，但在費(fèi)用和地理因素的限制下，后期擴(kuò)充的車道，存在坡道和彎道，在加大檢定工作難度的同時(shí)，容易激發(fā)司機(jī)和收費(fèi)站管理人員的矛盾，因此研究坡度對(duì)動(dòng)態(tài)汽車衡稱重結(jié)果的影響，其意義十分重大[1]。

二、構(gòu)建力學(xué)數(shù)學(xué)模型

（1）受力分析：假設(shè)在坡度為θ的平滑路面上安裝動(dòng)態(tài)汽車衡，汽車在通過這個(gè)坡度時(shí)，其受力分析情況如圖1所示。

在上圖中，空氣阻力由Q表示、空氣阻力與地面高度的距離由hq表示、秤臺(tái)對(duì)汽車前輪的支撐力由F1表示、前輪的滾動(dòng)阻力由Rf表示、前輪驅(qū)動(dòng)力由Ff表示、汽車加速度由a表示、汽車重力由G表示、汽車重心與地面的高度由h表示、汽車后輪滾動(dòng)阻力由Rr表示、前后輪之間的距離由L表示、地面對(duì)后輪的支撐力由F表示、前輪和后輪與重心之間的水平距離由L1和L2表示。

（2）構(gòu)建稱重?cái)?shù)學(xué)模型：將圖1作為依據(jù)，同時(shí)將力學(xué)原理作為切入點(diǎn)，完成動(dòng)態(tài)汽車衡稱重?cái)?shù)學(xué)模型的構(gòu)建，并確保該模型與力矩平衡相符。如下所述：

模型1：汽車前輪求矩模型為ΣM1=0 ;在這個(gè)模型之中，外力對(duì)汽車前輪的力矩由M1 表示。將這個(gè)模型作為基礎(chǔ)，可以構(gòu)建第二個(gè)模型，如下：

在這個(gè)模型中，空氣對(duì)汽車的阻力由Q1 表示;空氣阻力與地面之間的距離由hq1表示;汽車重力G表示;引道坡度由θ 表示;汽車重心與地面的高度由h1 表示;汽車前輪與重心之間的長度由L1表示;汽車加速度由a1表示;重力加速度由g表示。將該模型作為基礎(chǔ)，可以構(gòu)建模型3，如下：

對(duì)汽車后輪矩進(jìn)行求解，可獲得模型ΣM2=0 ;在這個(gè)模型中，外力對(duì)汽車后輪的力矩由M2 表示。將這個(gè)模型作為依據(jù)，可以構(gòu)建模型4，如下：

在這個(gè)模型中，空氣對(duì)汽車的阻力由Q2 表示;空氣阻力與地面之間的距離由hq2表示;汽車重力G表示;汽車重心與地面的高度由 表示;汽車前輪與重心之間的長度由L2表示;汽車加速度由a2表示。

假設(shè)路面平滑，則動(dòng)態(tài)汽車失衡結(jié)果不會(huì)受到路面振動(dòng)因素的影響，在此基礎(chǔ)上，可列出式子：

假設(shè)汽車行駛的過程中，空氣阻力較小，汽車在通過動(dòng)態(tài)汽車失衡時(shí)，速度較為均勻，則動(dòng)態(tài)汽車衡失衡結(jié)果不會(huì)受到空氣阻力的影響，此時(shí)，可以列出式子：

綜合上述式子可得出F1+F2=Gcosθ 。

（3）理論分析：通過式子F1+F2=Gcosθ可知，動(dòng)態(tài)汽車衡稱重結(jié)果會(huì)受到坡度 的影響，且這種影響較為嚴(yán)重，隨著坡度的增加，稱重結(jié)果的準(zhǔn)確性會(huì)不斷下降[2]。

二、試驗(yàn)分析

（一）試驗(yàn)數(shù)據(jù)

研究人員通過對(duì)多功能坡度測量儀的使用，對(duì)某動(dòng)態(tài)汽車衡的安裝位置進(jìn)行測量，得知試驗(yàn)道路的坡度為4°-5.5°，其中兩軸剛性車輛為試驗(yàn)車輛，其質(zhì)量為14000kg，將車輛勻速運(yùn)行通過動(dòng)態(tài)汽車衡的稱重結(jié)果作為試驗(yàn)數(shù)據(jù)，在查閱資料后得知，想要控制稱重結(jié)果與約定值之間的差距，需要確保汽車在通過動(dòng)態(tài)汽車衡時(shí)的車速低于每小時(shí)60km，本次試驗(yàn)的汽車時(shí)速為5km，符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。為使數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性得到保證，本次選取的稱重結(jié)果為10個(gè)，如下所述：

（1）在坡度為3.8°時(shí)，動(dòng)態(tài)汽車衡的稱重結(jié)果為12900，在坡度為5.2°時(shí)，稱重結(jié)果為12750;

（2）在坡度為3.8°時(shí)，動(dòng)態(tài)汽車衡的稱重結(jié)果為13000，在坡度為5.2°時(shí)，稱重結(jié)果為12900;

（3）在坡度為3.8°時(shí)，動(dòng)態(tài)汽車衡的稱重結(jié)果為12950，在坡度為5.2°時(shí)，稱重結(jié)果為12800;

（4）在坡度為3.8°時(shí)，動(dòng)態(tài)汽車衡的稱重結(jié)果為13100，在坡度為5.2°時(shí)，稱重結(jié)果為12700;

（5）在坡度為3.8°時(shí)，動(dòng)態(tài)汽車衡的稱重結(jié)果為12850，在坡度為5.2°時(shí)，稱重結(jié)果為13000;

（6）在坡度為3.8°時(shí)，動(dòng)態(tài)汽車衡的稱重結(jié)果為13000，在坡度為5.2°時(shí)，稱重結(jié)果為12950;

（7）在坡度為3.8°時(shí)，動(dòng)態(tài)汽車衡的稱重結(jié)果為13150，在坡度為5.2°時(shí)，稱重結(jié)果為12700;

（8）在坡度為3.8°時(shí)，動(dòng)態(tài)汽車衡的稱重結(jié)果為12950，在坡度為5.2°時(shí)，稱重結(jié)果為12850;

（9）在坡度為3.8°時(shí)，動(dòng)態(tài)汽車衡的稱重結(jié)果為12900，在坡度為5.2°時(shí)，稱重結(jié)果為12900;

（10）在坡度為3.8°時(shí)，動(dòng)態(tài)汽車衡的稱重結(jié)果為12950，在坡度為5.2°時(shí)，稱重結(jié)果為13050;

（二）誤差分析

已知試驗(yàn)汽車的約定真值為13200kg，由此可見，在坡度條件下，動(dòng)態(tài)汽車衡稱重結(jié)果存在一定的偏差，如下所述：

（1）坡度為3.8°時(shí)，最大稱重差值為-350kg，最大誤差比重為-2.65%;

（2）坡度為5°時(shí)，最大稱重誤差為-500kg，最大誤差比重為-3.79%。

通過上述分析可知，汽車以每小時(shí)5km的時(shí)速通過不同坡度的動(dòng)態(tài)汽車衡后，汽車稱重結(jié)果在坡度的影響下，與約定真值存在一定的差距，且這個(gè)差距與要求不符，并且隨著坡度的增加，稱重誤差呈進(jìn)一步加大的趨勢，對(duì)理論分析結(jié)果進(jìn)行了印證。

結(jié)論：綜上所述，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的今天，高速公路作為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈，其發(fā)展受到了國家的高度關(guān)注，為此，國家投入了海量的資金，用于高速公路建設(shè)，最終取得了良好的效果，具體表現(xiàn)為高速公路里程數(shù)量增加，覆蓋全國大部分區(qū)域，在縮小地區(qū)間發(fā)展差距過程中，起到了關(guān)鍵性的作用。但坡度的存在，卻對(duì)動(dòng)態(tài)汽車衡稱重結(jié)果準(zhǔn)確性造成了不利影響。具體表現(xiàn)為坡度越大，稱重結(jié)果準(zhǔn)確性越低。因此，有關(guān)部門應(yīng)采取有效的措施，消除坡度的影響。

參考文獻(xiàn)：

[1]王書升，張勇，劉濤，等.坡度對(duì)動(dòng)態(tài)汽車衡稱重結(jié)果的影響研究[J].計(jì)量與測試技術(shù)，2019，46（11）：32-33.

[2]馮強(qiáng)，張曉龍，吳濤，等.基于坡度和ECE法規(guī)的制動(dòng)力分配研究[J].湖北汽車工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2017，29（03）：6-10.

作者簡介：

張國清（1987-），男，山西太原人，民 族：漢 職稱：助理機(jī)械工程師，學(xué)歷：本科畢業(yè)學(xué)士學(xué)位。從事職業(yè)：路面衡器機(jī)械設(shè)計(jì)制造。