關于坡度對動態汽車衡稱重結果的影響分析

摘 要：在高速公路計費站計量稱重系統中，動態汽車衡起到的作用極為關鍵。本文首先構建力學數學模型，然后通過試驗的方式，分析坡度對動態汽車衡稱重結果的影響，試驗結果表明，坡度對動態汽車衡稱重結果的影響較為嚴重，并且隨著坡度的不斷增加，超差會愈加嚴重，希望為相關行業提供借鑒。

關鍵詞：坡度;動態汽車衡;稱重結果

引言：就實際情況而言，道路坡度的存在，會導致運輸效率下降，同時還會影響動態汽車衡稱重結果的準確性，造成運輸成本上升，使運輸企業經營發展受到不利影響。因此，本文將兩軸汽車作為研究載體，通過構建力學模型的方式，對比試驗數據，并得出相應的結論，可以為收費站新建和改造，提供數據方面的支持。

一、研究意義

在社會經濟高速發展的背景下，高速公路運輸成為了重要的貨物運輸方式，在高速公路里程不斷增加的同時，收費站數量與日俱增，但部分運行時間較長的收費站，其通行量與運輸車輛運輸需求逐漸不符，為改善當前現狀，目前采取的常規措施為擴充車道，但在費用和地理因素的限制下，后期擴充的車道，存在坡道和彎道，在加大檢定工作難度的同時，容易激發司機和收費站管理人員的矛盾，因此研究坡度對動態汽車衡稱重結果的影響，其意義十分重大[1]。

二、構建力學數學模型

（1）受力分析：假設在坡度為θ的平滑路面上安裝動態汽車衡，汽車在通過這個坡度時，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、秤臺對汽車前輪的支撐力由F1表示、前輪的滾動阻力由Rf表示、前輪驅動力由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、汽車后輪滾動阻力由Rr表示、前后輪之間的距離由L表示、地面對后輪的支撐力由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）構建稱重數學模型：將圖1作為依據，同時將力學原理作為切入點，完成動態汽車衡稱重數學模型的構建，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 ;在這個模型之中，外力對汽車前輪的力矩由M1 表示。將這個模型作為基礎，可以構建第二個模型，如下：

在這個模型中，空氣對汽車的阻力由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，可以構建模型3，如下：

對汽車后輪矩進行求解，可獲得模型ΣM2=0 ;在這個模型中，外力對汽車后輪的力矩由M2 表示。將這個模型作為依據，可以構建模型4，如下：

在這個模型中，空氣對汽車的阻力由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。

假設路面平滑，則動態汽車失衡結果不會受到路面振動因素的影響，在此基礎上，可列出式子：

假設汽車行駛的過程中，空氣阻力較小，汽車在通過動態汽車失衡時，速度較為均勻，則動態汽車衡失衡結果不會受到空氣阻力的影響，此時，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，動態汽車衡稱重結果會受到坡度 的影響，且這種影響較為嚴重，隨著坡度的增加，稱重結果的準確性會不斷下降[2]。

二、試驗分析

（一）試驗數據

研究人員通過對多功能坡度測量儀的使用，對某動態汽車衡的安裝位置進行測量，得知試驗道路的坡度為4°-5.5°，其中兩軸剛性車輛為試驗車輛，其質量為14000kg，將車輛勻速運行通過動態汽車衡的稱重結果作為試驗數據，在查閱資料后得知，想要控制稱重結果與約定值之間的差距，需要確保汽車在通過動態汽車衡時的車速低于每小時60km，本次試驗的汽車時速為5km，符合相關標準。為使數據的準確性得到保證，本次選取的稱重結果為10個，如下所述：

（1）在坡度為3.8°時，動態汽車衡的稱重結果為12900，在坡度為5.2°時，稱重結果為12750;

（2）在坡度為3.8°時，動態汽車衡的稱重結果為13000，在坡度為5.2°時，稱重結果為12900;

（3）在坡度為3.8°時，動態汽車衡的稱重結果為12950，在坡度為5.2°時，稱重結果為12800;

（4）在坡度為3.8°時，動態汽車衡的稱重結果為13100，在坡度為5.2°時，稱重結果為12700;

（5）在坡度為3.8°時，動態汽車衡的稱重結果為12850，在坡度為5.2°時，稱重結果為13000;

（6）在坡度為3.8°時，動態汽車衡的稱重結果為13000，在坡度為5.2°時，稱重結果為12950;

（7）在坡度為3.8°時，動態汽車衡的稱重結果為13150，在坡度為5.2°時，稱重結果為12700;

（8）在坡度為3.8°時，動態汽車衡的稱重結果為12950，在坡度為5.2°時，稱重結果為12850;

（9）在坡度為3.8°時，動態汽車衡的稱重結果為12900，在坡度為5.2°時，稱重結果為12900;

（10）在坡度為3.8°時，動態汽車衡的稱重結果為12950，在坡度為5.2°時，稱重結果為13050;

（二）誤差分析

已知試驗汽車的約定真值為13200kg，由此可見，在坡度條件下，動態汽車衡稱重結果存在一定的偏差，如下所述：

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

（2）坡度為5°時，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5km的時速通過不同坡度的動態汽車衡后，汽車稱重結果在坡度的影響下，與約定真值存在一定的差距，且這個差距與要求不符，并且隨著坡度的增加，稱重誤差呈進一步加大的趨勢，對理論分析結果進行了印證。

結論：綜上所述，在社會經濟高速發展的今天，高速公路作為國民經濟發展的命脈，其發展受到了國家的高度關注，為此，國家投入了海量的資金，用于高速公路建設，最終取得了良好的效果，具體表現為高速公路里程數量增加，覆蓋全國大部分區域，在縮小地區間發展差距過程中，起到了關鍵性的作用。但坡度的存在，卻對動態汽車衡稱重結果準確性造成了不利影響。具體表現為坡度越大，稱重結果準確性越低。因此，有關部門應采取有效的措施，消除坡度的影響。

參考文獻：

[1]王書升，張勇，劉濤，等.坡度對動態汽車衡稱重結果的影響研究[J].計量與測試技術，2019，46（11）：32-33.

[2]馮強，張曉龍，吳濤，等.基于坡度和ECE法規的制動力分配研究[J].湖北汽車工業學院學報，2017，29（03）：6-10.

作者簡介：

張國清（1987-），男，山西太原人，民 族：漢 職稱：助理機械工程師，學歷：本科畢業學士學位。從事職業：路面衡器機械設計制造。