葛俊夏， 万明丽， 路高磊， 徐柏兴

（郑州比克新能源汽车有限公司， 河南 郑州 451450）

1 概述

目前现有车辆的自动称重方法一般都是通过在车上增加传感器来实现的，其主要由控制器通过采集传感器的信号来判断整车的载货质量。这样不仅需要车辆增加专门的安装位置、相应的传感器及线束，还增加了整车成本、人工成本和售后成本。本文通过整车控制器对车辆速度、电机控制器反馈扭矩等整车信息进行计算，最终确定整车的载货质量，此方法可以不增加任何硬件，单纯通过软件算法来实现，易实现，成本低，标定简单。

2 载货质量计算

2.1 所需信号

车速、电机控制器反馈扭矩信号可以通过接收整车CAN总线上ABS的车速信号和电机控制器的扭矩信号得到。

2.2 所需参数

变速器速比、主减速器速比、传动系统机械效率、车轮滚动半径、整备质量、滚动阻力系数、迎风面积、空气阻力系数和汽车旋转质量换算系数，需提前写入整车控制器中。

2.3 载货质量计算

假设车辆在无风、平坦的良好路面行驶，此时车辆在前进方向上的合力为：

式中：Fj——车辆的加速阻力；Ft——车辆的驱动力；Ff——车辆的滚动阻力；Fw——车辆的空气阻力；Fi——车辆的坡度阻力，此处为0。

车辆的驱动力计算如下：

式中：T——电机反馈的输出扭矩；ig——变速器速比；io——主减速器速比；η——传动系统的机械效率；r——车轮滚动半径。

车辆的滚动阻力及空气阻力计算如下：

式中：m总——车辆当前的总质量；g——重力加速度，取9.8m/s2；f——车辆的滚动阻力系数；Cd——车辆的空气阻力系数；A——车辆的迎风面积；ρ——空气密度，一般取1.2258Ns2m-4；V——当前车速。

车辆当前的加速度可以由VCU计算得出，其计算过程如下：

式中：a——车辆当前的加速度；V1——当前时刻的车速；V2——上一时刻的车速；t1——对应于V1的时间；t2——对应于V2的时间。

根据公式Fj=δ×m总×a可知：

式中：δ——汽车旋转质量换算系数。

由以上公式可得出：

由以上分析可知“——”右侧的都为已知量，故在此工况下可以计算出车辆当前的总质量m总。

那么车辆当前所载货物的质量即为：

式中：m备——车辆的整备质量，为已知量。

根据以上分析，VCU可计算出无风、平坦路上整车载货质量的理论值。

2.4 识别无效值

车辆若在上下坡路面或有风的工况下行驶，按照上述算法就无法准确计算出载货质量了，故此时需要整车控制器能自动识别出无效值。识别无效值的算法如图1所示。

图1 识别无效值的算法

当车辆在上坡时，其中，F1驱动力、F2重力沿行车方向的分解力即坡度阻力Fi、F3滚动阻力与空气阻力的总和，此时加速度为a1；F1可由电机反馈的输出扭矩计算得出，F3可由空气阻力加滚动阻力计算得出，a1可由VCU根据车速计算得出，F2在实车计算时为未知力。

此时车辆的总质量计算公式应该为：

由于F2的存在且未知，整车控制器在根据公式m总=（Ft-Ff-Fw）/（δ×a）进行计算时得出的车辆总质量为：

此时，实际质量与计算质量的差值为：

当车辆在加速上坡时，加速度为正。由以上计算可知，VCU计算出的质量会比实际质量偏大，而且加速度越小，误差就会越大。

当车辆在不踩油门和制动减速上坡时，加速度为负。由以上计算可知，VCU计算出的质量会比实际质量偏小，而且加速度越小，误差就会越大。

同理可以得出车辆在下坡或在有风且风向不与行车方向垂直的工况下行驶时加、减速亦是如此。

由以上计算可知，如果车辆在平坦、无风的路面行驶，当驾驶员踩下油门踏板进行加速时，整车控制器计算出的载货质量为m1；当驾驶员松开油门踏板且还没踩制动时，整车控制器计算出的载货质量为m2；此时，m1=m2。如果车辆在上、下坡或在有风且风向不与行车方向垂直的工况下行驶，当驾驶员踩下油门踏板进行加速时，整车控制器计算出的载货质量为m3；当驾驶员松开油门踏板且还没踩制动时，整车控制器计算出的载货质量为m4；此时，m3≠m4。

所以整车控制器可以根据车辆的踩油门加速和松油门且还没踩制动时的减速来判断车辆的载货质量，当这两种工况下计算出的车辆载货质量差值在一定的阈值范围内就认为这些值有效，之后将这2个值进行加权平均，得出载货质量；如果其差值有不在阈值范围内的，就认为这些值无效，不做处理。

整车控制器算出车辆的载货质量后就把载货质量信息发至总线上，车辆仪表收到此载货质量信息后进行实时显示，其他控制器收到后也可以进行相应地处理。

3 总结

本文根据车辆在加减速时的速度、电机控制器反馈的扭矩信号对车辆的载货质量进行实时计算，之后将计算的结果实时发到总线上，车辆仪表收到此载货质量信息后进行实时显示，其他控制器收到后也可以进行相应地处理。这样既可以让驾驶员知道自己车上装了多重的货物从而防止车辆的误超载，又可以将这些数据传给车辆的监控平台后以便于车辆生产厂家统计车辆的使用工况和车辆是否超载。本方法不需要车辆上安装专门的传感器，只需根据车辆上现有的信息进行计算就可以自动进行车辆载货质量计算，易实现，成本低，标定简单。