一種純電動汽車自動計算載貨質量的方法

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現的，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量。這樣不僅需要車輛增加專門的安裝位置、相應的傳感器及線束，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、電機控制器反饋扭矩等整車信息進行計算，最終確定整車的載貨質量，此方法可以不增加任何硬件，單純通過軟件算法來實現，易實現，成本低，標定簡單。

2 載貨質量計算

2.1 所需信號

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

2.2 所需參數

變速器速比、主減速器速比、傳動系統機械效率、車輪滾動半徑、整備質量、滾動阻力系數、迎風面積、空氣阻力系數和汽車旋轉質量換算系數，需提前寫入整車控制器中。

2.3 載貨質量計算

假設車輛在無風、平坦的良好路面行駛，此時車輛在前進方向上的合力為：

式中：Fj——車輛的加速阻力；Ft——車輛的驅動力；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。

車輛的驅動力計算如下：

式中：T——電機反饋的輸出扭矩；ig——變速器速比；io——主減速器速比；η——傳動系統的機械效率；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——車輛當前的總質量；g——重力加速度，取9.8m/s2；f——車輛的滾動阻力系數；Cd——車輛的空氣阻力系數；A——車輛的迎風面積；ρ——空氣密度，一般取1.2258Ns2m-4；V——當前車速。

車輛當前的加速度可以由VCU計算得出，其計算過程如下：

式中：a——車輛當前的加速度；V1——當前時刻的車速；V2——上一時刻的車速；t1——對應于V1的時間；t2——對應于V2的時間。

根據公式Fj=δ×m總×a可知：

式中：δ——汽車旋轉質量換算系數。

由以上公式可得出：

由以上分析可知“——”右側的都為已知量，故在此工況下可以計算出車輛當前的總質量m總。

那么車輛當前所載貨物的質量即為：

式中：m備——車輛的整備質量，為已知量。

根據以上分析，VCU可計算出無風、平坦路上整車載貨質量的理論值。

2.4 識別無效值

車輛若在上下坡路面或有風的工況下行駛，按照上述算法就無法準確計算出載貨質量了，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

當車輛在上坡時，其中，F1驅動力、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可由電機反饋的輸出扭矩計算得出，F3可由空氣阻力加滾動阻力計算得出，a1可由VCU根據車速計算得出，F2在實車計算時為未知力。

此時車輛的總質量計算公式應該為：

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

此時，實際質量與計算質量的差值為：

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

當車輛在不踩油門和制動減速上坡時，加速度為負。由以上計算可知，VCU計算出的質量會比實際質量偏小，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且風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、無風的路面行駛，當駕駛員踩下油門踏板進行加速時，整車控制器計算出的載貨質量為m1；當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量為m2；此時，m1=m2。如果車輛在上、下坡或在有風且風向不與行車方向垂直的工況下行駛，當駕駛員踩下油門踏板進行加速時，整車控制器計算出的載貨質量為m3；當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量為m4；此時，m3≠m4。

所以整車控制器可以根據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量，當這兩種工況下計算出的車輛載貨質量差值在一定的閾值范圍內就認為這些值有效，之后將這2個值進行加權平均，得出載貨質量；如果其差值有不在閾值范圍內的，就認為這些值無效，不做處理。

整車控制器算出車輛的載貨質量后就把載貨質量信息發至總線上，車輛儀表收到此載貨質量信息后進行實時顯示，其他控制器收到后也可以進行相應地處理。

3 總結

本文根據車輛在加減速時的速度、電機控制器反饋的扭矩信號對車輛的載貨質量進行實時計算，之后將計算的結果實時發到總線上，車輛儀表收到此載貨質量信息后進行實時顯示，其他控制器收到后也可以進行相應地處理。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，又可以將這些數據傳給車輛的監控平臺后以便于車輛生產廠家統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，只需根據車輛上現有的信息進行計算就可以自動進行車輛載貨質量計算，易實現，成本低，標定簡單。