论文部分内容阅读
摘 要：在高速公路计费站计量称重系统中，动态汽车衡起到的作用极为关键。本文首先构建力学数学模型，然后通过试验的方式，分析坡度对动态汽车衡称重结果的影响，试验结果表明，坡度对动态汽车衡称重结果的影响较为严重，并且随着坡度的不断增加，超差会愈加严重，希望为相关行业提供借鉴。
关键词：坡度;动态汽车衡;称重结果
引言：就实际情况而言，道路坡度的存在，会导致运输效率下降，同时还会影响动态汽车衡称重结果的准确性，造成运输成本上升，使运输企业经营发展受到不利影响。因此，本文将两轴汽车作为研究载体，通过构建力学模型的方式，对比试验数据，并得出相应的结论，可以为收费站新建和改造，提供数据方面的支持。
一、研究意义
在社会经济高速发展的背景下，高速公路运输成为了重要的货物运输方式，在高速公路里程不断增加的同时，收费站数量与日俱增，但部分运行时间较长的收费站，其通行量与运输车辆运输需求逐渐不符，为改善当前现状，目前采取的常规措施为扩充车道，但在费用和地理因素的限制下，后期扩充的车道，存在坡道和弯道，在加大检定工作难度的同时，容易激发司机和收费站管理人员的矛盾，因此研究坡度对动态汽车衡称重结果的影响，其意义十分重大[1]。
二、构建力學数学模型
（1）受力分析：假设在坡度为θ的平滑路面上安装动态汽车衡，汽车在通过这个坡度时，其受力分析情况如图1所示。
在上图中，空气阻力由Q表示、空气阻力与地面高度的距离由hq表示、秤台对汽车前轮的支撑力由F1表示、前轮的滚动阻力由Rf表示、前轮驱动力由Ff表示、汽车加速度由a表示、汽车重力由G表示、汽车重心与地面的高度由h表示、汽车后轮滚动阻力由Rr表示、前后轮之间的距离由L表示、地面对后轮的支撑力由F表示、前轮和后轮与重心之间的水平距离由L1和L2表示。
（2）构建称重数学模型：将图1作为依据，同时将力学原理作为切入点，完成动态汽车衡称重数学模型的构建，并确保该模型与力矩平衡相符。如下所述：
模型1：汽车前轮求矩模型为ΣM1=0 ;在这个模型之中，外力对汽车前轮的力矩由M1 表示。将这个模型作为基础，可以构建第二个模型，如下：
在这个模型中，空气对汽车的阻力由Q1 表示;空气阻力与地面之间的距离由hq1表示;汽车重力G表示;引道坡度由θ 表示;汽车重心与地面的高度由h1 表示;汽车前轮与重心之间的长度由L1表示;汽车加速度由a1表示;重力加速度由g表示。将该模型作为基础，可以构建模型3，如下：
对汽车后轮矩进行求解，可获得模型ΣM2=0 ;在这个模型中，外力对汽车后轮的力矩由M2 表示。将这个模型作为依据，可以构建模型4，如下：
在这个模型中，空气对汽车的阻力由Q2 表示;空气阻力与地面之间的距离由hq2表示;汽车重力G表示;汽车重心与地面的高度由 表示;汽车前轮与重心之间的长度由L2表示;汽车加速度由a2表示。
假设路面平滑，则动态汽车失衡结果不会受到路面振动因素的影响，在此基础上，可列出式子：
假设汽车行驶的过程中，空气阻力较小，汽车在通过动态汽车失衡时，速度较为均匀，则动态汽车衡失衡结果不会受到空气阻力的影响，此时，可以列出式子：
综合上述式子可得出F1+F2=Gcosθ 。
（3）理论分析：通过式子F1+F2=Gcosθ可知，动态汽车衡称重结果会受到坡度 的影响，且这种影响较为严重，随着坡度的增加，称重结果的准确性会不断下降[2]。
二、试验分析
（一）试验数据
研究人员通过对多功能坡度测量仪的使用，对某动态汽车衡的安装位置进行测量，得知试验道路的坡度为4°-5.5°，其中两轴刚性车辆为试验车辆，其质量为14000kg，将车辆匀速运行通过动态汽车衡的称重结果作为试验数据，在查阅资料后得知，想要控制称重结果与约定值之间的差距，需要确保汽车在通过动态汽车衡时的车速低于每小时60km，本次试验的汽车时速为5km，符合相关标准。为使数据的准确性得到保证，本次选取的称重结果为10个，如下所述：
（1）在坡度为3.8°时，动态汽车衡的称重结果为12900，在坡度为5.2°时，称重结果为12750;
（2）在坡度为3.8°时，动态汽车衡的称重结果为13000，在坡度为5.2°时，称重结果为12900;
（3）在坡度为3.8°时，动态汽车衡的称重结果为12950，在坡度为5.2°时，称重结果为12800;
（4）在坡度为3.8°时，动态汽车衡的称重结果为13100，在坡度为5.2°时，称重结果为12700;
（5）在坡度为3.8°时，动态汽车衡的称重结果为12850，在坡度为5.2°时，称重结果为13000;
（6）在坡度为3.8°时，动态汽车衡的称重结果为13000，在坡度为5.2°时，称重结果为12950;
（7）在坡度为3.8°时，动态汽车衡的称重结果为13150，在坡度为5.2°时，称重结果为12700;
（8）在坡度为3.8°时，动态汽车衡的称重结果为12950，在坡度为5.2°时，称重结果为12850;
（9）在坡度为3.8°时，动态汽车衡的称重结果为12900，在坡度为5.2°时，称重结果为12900;
（10）在坡度为3.8°时，动态汽车衡的称重结果为12950，在坡度为5.2°时，称重结果为13050;
（二）误差分析
已知试验汽车的约定真值为13200kg，由此可见，在坡度条件下，动态汽车衡称重结果存在一定的偏差，如下所述：
（1）坡度为3.8°时，最大称重差值为-350kg，最大误差比重为-2.65%;
（2）坡度为5°时，最大称重误差为-500kg，最大误差比重为-3.79%。
通过上述分析可知，汽车以每小时5km的时速通过不同坡度的动态汽车衡后，汽车称重结果在坡度的影响下，与约定真值存在一定的差距，且这个差距与要求不符，并且随着坡度的增加，称重误差呈进一步加大的趋势，对理论分析结果进行了印证。
结论：综上所述，在社会经济高速发展的今天，高速公路作为国民经济发展的命脉，其发展受到了国家的高度关注，为此，国家投入了海量的资金，用于高速公路建设，最终取得了良好的效果，具体表现为高速公路里程数量增加，覆盖全国大部分区域，在缩小地区间发展差距过程中，起到了关键性的作用。但坡度的存在，却对动态汽车衡称重结果准确性造成了不利影响。具体表现为坡度越大，称重结果准确性越低。因此，有关部门应采取有效的措施，消除坡度的影响。
参考文献：
[1]王书升，张勇，刘涛，等.坡度对动态汽车衡称重结果的影响研究[J].计量与测试技术，2019，46（11）：32-33.
[2]冯强，张晓龙，吴涛，等.基于坡度和ECE法规的制动力分配研究[J].湖北汽车工业学院学报，2017，29（03）：6-10.
作者简介：
张国清（1987-），男，山西太原人，民 族：汉 职称：助理机械工程师，学历：本科毕业学士学位。从事职业：路面衡器机械设计制造。
关键词：坡度;动态汽车衡;称重结果
引言：就实际情况而言，道路坡度的存在，会导致运输效率下降，同时还会影响动态汽车衡称重结果的准确性，造成运输成本上升，使运输企业经营发展受到不利影响。因此，本文将两轴汽车作为研究载体，通过构建力学模型的方式，对比试验数据，并得出相应的结论，可以为收费站新建和改造，提供数据方面的支持。
一、研究意义
在社会经济高速发展的背景下，高速公路运输成为了重要的货物运输方式，在高速公路里程不断增加的同时，收费站数量与日俱增，但部分运行时间较长的收费站，其通行量与运输车辆运输需求逐渐不符，为改善当前现状，目前采取的常规措施为扩充车道，但在费用和地理因素的限制下，后期扩充的车道，存在坡道和弯道，在加大检定工作难度的同时，容易激发司机和收费站管理人员的矛盾，因此研究坡度对动态汽车衡称重结果的影响，其意义十分重大[1]。
二、构建力學数学模型
（1）受力分析：假设在坡度为θ的平滑路面上安装动态汽车衡，汽车在通过这个坡度时，其受力分析情况如图1所示。
在上图中，空气阻力由Q表示、空气阻力与地面高度的距离由hq表示、秤台对汽车前轮的支撑力由F1表示、前轮的滚动阻力由Rf表示、前轮驱动力由Ff表示、汽车加速度由a表示、汽车重力由G表示、汽车重心与地面的高度由h表示、汽车后轮滚动阻力由Rr表示、前后轮之间的距离由L表示、地面对后轮的支撑力由F表示、前轮和后轮与重心之间的水平距离由L1和L2表示。
（2）构建称重数学模型：将图1作为依据，同时将力学原理作为切入点，完成动态汽车衡称重数学模型的构建，并确保该模型与力矩平衡相符。如下所述：
模型1：汽车前轮求矩模型为ΣM1=0 ;在这个模型之中，外力对汽车前轮的力矩由M1 表示。将这个模型作为基础，可以构建第二个模型，如下：
在这个模型中，空气对汽车的阻力由Q1 表示;空气阻力与地面之间的距离由hq1表示;汽车重力G表示;引道坡度由θ 表示;汽车重心与地面的高度由h1 表示;汽车前轮与重心之间的长度由L1表示;汽车加速度由a1表示;重力加速度由g表示。将该模型作为基础，可以构建模型3，如下：
对汽车后轮矩进行求解，可获得模型ΣM2=0 ;在这个模型中，外力对汽车后轮的力矩由M2 表示。将这个模型作为依据，可以构建模型4，如下：
在这个模型中，空气对汽车的阻力由Q2 表示;空气阻力与地面之间的距离由hq2表示;汽车重力G表示;汽车重心与地面的高度由 表示;汽车前轮与重心之间的长度由L2表示;汽车加速度由a2表示。
假设路面平滑，则动态汽车失衡结果不会受到路面振动因素的影响，在此基础上，可列出式子：
假设汽车行驶的过程中，空气阻力较小，汽车在通过动态汽车失衡时，速度较为均匀，则动态汽车衡失衡结果不会受到空气阻力的影响，此时，可以列出式子：
综合上述式子可得出F1+F2=Gcosθ 。
（3）理论分析：通过式子F1+F2=Gcosθ可知，动态汽车衡称重结果会受到坡度 的影响，且这种影响较为严重，随着坡度的增加，称重结果的准确性会不断下降[2]。
二、试验分析
（一）试验数据
研究人员通过对多功能坡度测量仪的使用，对某动态汽车衡的安装位置进行测量，得知试验道路的坡度为4°-5.5°，其中两轴刚性车辆为试验车辆，其质量为14000kg，将车辆匀速运行通过动态汽车衡的称重结果作为试验数据，在查阅资料后得知，想要控制称重结果与约定值之间的差距，需要确保汽车在通过动态汽车衡时的车速低于每小时60km，本次试验的汽车时速为5km，符合相关标准。为使数据的准确性得到保证，本次选取的称重结果为10个，如下所述：
（1）在坡度为3.8°时，动态汽车衡的称重结果为12900，在坡度为5.2°时，称重结果为12750;
（2）在坡度为3.8°时，动态汽车衡的称重结果为13000，在坡度为5.2°时，称重结果为12900;
（3）在坡度为3.8°时，动态汽车衡的称重结果为12950，在坡度为5.2°时，称重结果为12800;
（4）在坡度为3.8°时，动态汽车衡的称重结果为13100，在坡度为5.2°时，称重结果为12700;
（5）在坡度为3.8°时，动态汽车衡的称重结果为12850，在坡度为5.2°时，称重结果为13000;
（6）在坡度为3.8°时，动态汽车衡的称重结果为13000，在坡度为5.2°时，称重结果为12950;
（7）在坡度为3.8°时，动态汽车衡的称重结果为13150，在坡度为5.2°时，称重结果为12700;
（8）在坡度为3.8°时，动态汽车衡的称重结果为12950，在坡度为5.2°时，称重结果为12850;
（9）在坡度为3.8°时，动态汽车衡的称重结果为12900，在坡度为5.2°时，称重结果为12900;
（10）在坡度为3.8°时，动态汽车衡的称重结果为12950，在坡度为5.2°时，称重结果为13050;
（二）误差分析
已知试验汽车的约定真值为13200kg，由此可见，在坡度条件下，动态汽车衡称重结果存在一定的偏差，如下所述：
（1）坡度为3.8°时，最大称重差值为-350kg，最大误差比重为-2.65%;
（2）坡度为5°时，最大称重误差为-500kg，最大误差比重为-3.79%。
通过上述分析可知，汽车以每小时5km的时速通过不同坡度的动态汽车衡后，汽车称重结果在坡度的影响下，与约定真值存在一定的差距，且这个差距与要求不符，并且随着坡度的增加，称重误差呈进一步加大的趋势，对理论分析结果进行了印证。
结论：综上所述，在社会经济高速发展的今天，高速公路作为国民经济发展的命脉，其发展受到了国家的高度关注，为此，国家投入了海量的资金，用于高速公路建设，最终取得了良好的效果，具体表现为高速公路里程数量增加，覆盖全国大部分区域，在缩小地区间发展差距过程中，起到了关键性的作用。但坡度的存在，却对动态汽车衡称重结果准确性造成了不利影响。具体表现为坡度越大，称重结果准确性越低。因此，有关部门应采取有效的措施，消除坡度的影响。
参考文献：
[1]王书升，张勇，刘涛，等.坡度对动态汽车衡称重结果的影响研究[J].计量与测试技术，2019，46（11）：32-33.
[2]冯强，张晓龙，吴涛，等.基于坡度和ECE法规的制动力分配研究[J].湖北汽车工业学院学报，2017，29（03）：6-10.
作者简介：
张国清（1987-），男，山西太原人，民 族：汉 职称：助理机械工程师，学历：本科毕业学士学位。从事职业：路面衡器机械设计制造。