為研究路面不平度、汽車(chē)行駛速度對(duì)動(dòng)態(tài)稱重結(jié)果的關(guān)系，對(duì)隨機(jī)路面與汽車(chē)動(dòng)載荷進(jìn)行了理論分析與計(jì)算機(jī)仿真。以 具有2個(gè)自由與動(dòng)度的1/4汽車(chē)模型作為研究對(duì)象，建立了路面不平度與汽車(chē)動(dòng)載荷的數(shù)學(xué)模型;并根據(jù)ISO SC2/WG4道路不平 度的五級(jí)分類標(biāo)準(zhǔn)，生成隨機(jī)路面的不平度序列。通過(guò)Maflab/Simulink仿真得到汽車(chē)以不同速度通過(guò)不同等級(jí)的路面時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)載 荷。由仿真結(jié)果對(duì)比分析可知，當(dāng)汽車(chē)通過(guò)秤臺(tái)時(shí)的速度、路面的等級(jí)不同時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生不同程度的汽車(chē)振動(dòng)載荷，從而影響動(dòng) 態(tài)地磅稱重的精度，這為進(jìn)一步提高汽車(chē)動(dòng)態(tài)稱重的精度研究提供了理論依據(jù)。

　　與靜態(tài)地磅相比，動(dòng)態(tài)地磅具有節(jié)省時(shí)間、效率高 和不影響正常交常交通的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)實(shí)現(xiàn)公路交通運(yùn)輸飽的現(xiàn)代 化具有十分重要的意義。但動(dòng)態(tài)地磅在稱重時(shí)受到各種隨機(jī)不確定因素(包括汽車(chē)結(jié)構(gòu)、路面激勵(lì)、汽車(chē)行駛時(shí)的 速度、加速度以及自身諧振等)的干擾，對(duì)實(shí)現(xiàn)高精度動(dòng)態(tài) 稱重造成了嚴(yán)重的影響。目前，為了提高動(dòng)態(tài)稱重的精度， 主要側(cè)重于對(duì)硬件電路的改善(如硬件抗干擾、高精度A/D 轉(zhuǎn)換)以及稱重信號(hào)的算法研究(妯申經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、傳感器輸出 信號(hào)的校正算法、數(shù)字濾波算法等)，但缺乏對(duì)汽車(chē)自身 結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)狀況及其動(dòng)態(tài)載荷方面的深入分析，倒導(dǎo)動(dòng)態(tài)地磅稱重精度的提高受到了很大的限制。筆者對(duì)影響動(dòng)態(tài)地磅稱重精度的汽車(chē)動(dòng)載荷進(jìn)行了理論分析，推導(dǎo)了 1/4型 汽車(chē)隨機(jī)振動(dòng)的狀態(tài)空間模型，以隨機(jī)生成的不平整路面作為輸入，通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬仿真，對(duì)比分析了不同路面、不同車(chē)速時(shí)汽車(chē)振動(dòng)載荷的情況。

　　1.汽車(chē)隨機(jī)振動(dòng)的數(shù)學(xué)模型

　　在動(dòng)態(tài)地磅稱重過(guò)程中，實(shí)際作用于秤臺(tái)上的力包括 汽車(chē)的載荷與汽車(chē)的隨機(jī)振動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)載荷。汽車(chē)產(chǎn)生振動(dòng)的原因主要#3]:稱重臺(tái)面(或路面)在汽車(chē)輪胎力的作 用下產(chǎn)生了振動(dòng)，而這振動(dòng)又反作用于汽車(chē)，從而產(chǎn)生汽 車(chē)動(dòng)載荷;汽車(chē)本身存在著振動(dòng)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)偏心轉(zhuǎn)動(dòng)引起 周期性振動(dòng)動(dòng)以及輪胎花紋引起的周期性振動(dòng)等;路面不平度 引起了汽車(chē)的振動(dòng)，不平整的路面作為汽車(chē)的一種激勵(lì)，使 其在豎直方向上產(chǎn)生了加速度。

　　由于汽車(chē)本身引編辰動(dòng)、輪胎與稱重臺(tái)面(或路面) 相互作用產(chǎn)生振動(dòng)很難定性研究，而且各面不平度是引起 汽車(chē)振動(dòng)的主要因素，本文僅對(duì)由路面的不平整引起的汽車(chē) 隨機(jī)振動(dòng)進(jìn)行分析。圖1為建立的具有2個(gè)自由度的1/4汽 車(chē)振動(dòng)模型，只考慮車(chē)身與輪胎及軸的垂麵動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)微 分方程為

　　2.隨機(jī)路面的生成

　　路面不平度一般月服從Gauss概率分布，是具有各態(tài)歷經(jīng)零均值特性的隨機(jī)過(guò)程，它通常采用功率譜密度(PSD)來(lái)描 述。根據(jù)GB7031—86《車(chē)輛振動(dòng)輸入路面平度表示方法》, PSD可以通過(guò)以下表達(dá)式來(lái)擬合：

　　3.動(dòng)態(tài)稱重時(shí)的振動(dòng)載荷方真

　　根據(jù)前面建立的數(shù)學(xué)模型{見(jiàn)式{10))，采用Matlab/ Simulink工具建立計(jì)算機(jī)仿真模型，如圖4所示。

　　根據(jù)表2選取汽輔型的參數(shù)，以生成的隨 輸入，在10 m/s車(chē)速下分別對(duì)B級(jí)、D級(jí)路面進(jìn)行汽車(chē)振動(dòng) 載荷的仿真。仿真結(jié)果如圖5所示。

　　由圖5可以看出，車(chē)速為10 m/s時(shí)，B級(jí)路面產(chǎn)生的zui 大汽車(chē)振動(dòng)載荷不超過(guò)17 kN，而在D級(jí)路面下產(chǎn)生的zui大 汽車(chē)振動(dòng)載荷竟達(dá)到了 40 kN。

　　在B級(jí)路面下，分別對(duì)車(chē)速為5、10、20、30 m/s時(shí)進(jìn) 行汽車(chē)振動(dòng)載荷仿真，結(jié)果如圖6所示。

　　由圖6可以看出，隨著車(chē)速增大，汽車(chē)振動(dòng)載荷呈變陡 趨勢(shì)，30 m/s車(chē)速時(shí)動(dòng)載荷曲線zui陡。另外，5 m/s車(chē)速時(shí)， zui大汽車(chē)振動(dòng)載荷不超過(guò)12 kN，而在30 m/s車(chē)速時(shí)zui大汽 車(chē)振動(dòng)載荷巳經(jīng)達(dá)到27 kN。

　　由上述汽車(chē)振動(dòng)載荷仿真結(jié)果可知，在相同車(chē)速下，路 面的等級(jí)_氐，產(chǎn)生振動(dòng)載荷越大;在相同的路面條件下， 車(chē)速越高，產(chǎn)生振動(dòng)載荷越陡，zui大振動(dòng)載荷越大。因此， 為了防止動(dòng)態(tài)稱重時(shí)汽車(chē)的真實(shí)質(zhì)量淹沒(méi)在動(dòng)載荷的干擾 中，應(yīng)選取路面較好的路段安裝動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡，同時(shí)應(yīng)對(duì)動(dòng) 態(tài)稱重時(shí)zui大車(chē)速進(jìn)行限制，從而保證動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡的稱量 精度。

　　4結(jié)語(yǔ)

　　在對(duì)汽車(chē)運(yùn)動(dòng)理論分析的基礎(chǔ)上對(duì)1/4型汽車(chē)振動(dòng)建立了狀態(tài)空間模型，以生成的隨機(jī)路面作為輸入，通過(guò) Matlab/Simulink對(duì)不同路面、不同車(chē)速下的汽車(chē)振動(dòng)載荷進(jìn) 行了仿真。從汽車(chē)振動(dòng)載荷的方真結(jié)果可見(jiàn)，路面不平度作 為汽車(chē)的一種激勵(lì)，會(huì)嚴(yán)重影響到汽車(chē)的動(dòng)載荷的大小，使汽車(chē)的真實(shí)質(zhì)量被汽車(chē)的振動(dòng)載荷所淹沒(méi);同時(shí)車(chē)?yán)^高， 汽車(chē)的振動(dòng)載荷曲線越陡，zui大汽車(chē)振動(dòng)載荷呈變大趨勢(shì)。 因此在安裝動(dòng)態(tài)地磅時(shí)，應(yīng)選取各面等級(jí)較高的路段，同 時(shí)應(yīng)對(duì)動(dòng)態(tài)稱量時(shí)的zui高車(chē)速進(jìn)行限制，以zui大卩踱地減小 汽車(chē)振動(dòng)載荷，保證稱量精度。