基于obd的車(chē)輛質(zhì)量動(dòng)態(tài)測(cè)量裝置及測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種基于0BD的車(chē)輛質(zhì)量動(dòng)態(tài)測(cè)量裝置及測(cè)量方法，屬于車(chē)輛動(dòng)態(tài)稱(chēng) 重技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)我國(guó)物流行業(yè)不斷發(fā)展與完善，但是隨之而來(lái)的是車(chē)輛超載現(xiàn)象的不斷增 加。貨運(yùn)部門(mén)通過(guò)改造車(chē)身、后橋和輪胎大幅度提高車(chē)輛的運(yùn)載能力，使得運(yùn)輸效率和經(jīng)濟(jì) 效益得以提高，但是超載將帶來(lái)一系列的危害:加速損壞公路路面，增加公路養(yǎng)護(hù)成本；由 于我國(guó)公路養(yǎng)路費(fèi)、管理費(fèi)等根據(jù)車(chē)輛噸位進(jìn)行收取，超載會(huì)使得國(guó)家稅收大量流失;超載 時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)使得排出尾氣以及噪聲大幅增加，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染;超載會(huì)嚴(yán)重 損壞車(chē)輛部件，縮短了車(chē)輛維護(hù)周期，加速車(chē)輛報(bào)廢;最重要的是，超載將降低車(chē)輛的機(jī)動(dòng) 性，從而誘發(fā)各類(lèi)交通事故，甚至造成嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。
[0003] 另外，根據(jù)參考文獻(xiàn)：呂亞軍.化工企業(yè)危險(xiǎn)品運(yùn)輸安全研究.中的記載以及對(duì)現(xiàn) 有物流運(yùn)輸事故的了解，危險(xiǎn)品運(yùn)輸具有很高的危險(xiǎn)性以及事故頻發(fā)性，主要包括危險(xiǎn)品 包裝不堅(jiān)固、不完整而引起的危險(xiǎn)品泄漏，罐裝危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸時(shí)未留出合適的余量等。然 而，對(duì)于危險(xiǎn)品運(yùn)輸?shù)谋O(jiān)管更多的體現(xiàn)在交通管理以及事故預(yù)防上，一旦出現(xiàn)泄漏問(wèn)題貨 主及司機(jī)并不能第一時(shí)間得知，無(wú)法采取適當(dāng)?shù)募本却胧沟梦ｋU(xiǎn)品泄漏的實(shí)際危害比 預(yù)期危害更大。
[0004] 第三，目前在物流運(yùn)輸過(guò)程中，貨物丟失的情況屢見(jiàn)不鮮。例如，當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)購(gòu)物環(huán) 境發(fā)展良好，如網(wǎng)購(gòu)商品運(yùn)輸過(guò)程中發(fā)生貨物丟失現(xiàn)象，一方面會(huì)降低物流公司的信譽(yù)，另 一方面需要對(duì)用戶(hù)進(jìn)行賠償;運(yùn)輸貴重品如金、銀、鉑等時(shí)，物流公司需承擔(dān)很重的責(zé)任，如 貴重品運(yùn)輸過(guò)程中發(fā)生遺失，則運(yùn)輸任務(wù)承擔(dān)方、保險(xiǎn)公司都需支付大量的賠償金;供貨商 對(duì)零售商發(fā)貨時(shí)，若運(yùn)輸過(guò)程中發(fā)生貨物丟失，對(duì)運(yùn)輸方、供貨方與收貨方均會(huì)造成經(jīng)濟(jì)損 失，減少貨運(yùn)的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)大大降低了物流運(yùn)輸?shù)男省?br>[0005] 綜上所述，目前需要一種能夠方便、快速、高效、準(zhǔn)確的車(chē)輛動(dòng)態(tài)測(cè)重方案，能夠在 車(chē)輛的行駛過(guò)程中對(duì)車(chē)輛超載、運(yùn)輸過(guò)程中危險(xiǎn)品泄漏、貨物遺失等情況進(jìn)行有效的監(jiān)管。
[0006] 傳統(tǒng)的車(chē)輛質(zhì)量測(cè)量方法有兩種，一種是靜態(tài)稱(chēng)重方法，其需要車(chē)輛完全停止在 秤體上進(jìn)行測(cè)量，這一檢測(cè)方法較為準(zhǔn)確，但是效率低、速度慢，并不具有良好的應(yīng)用價(jià)值； 另一種為動(dòng)態(tài)稱(chēng)重方法，可以在汽車(chē)正常行駛狀態(tài)下測(cè)得車(chē)輛的質(zhì)量，但該方法需要一個(gè) 帶有車(chē)輛稱(chēng)重傳感器的大型秤體，使用較為不便，且精度不高。
[0007] 而隨著汽車(chē)制造企業(yè)的不斷發(fā)展以及傳感器技術(shù)、電子化的程度不斷提高，0BD已 經(jīng)成為了當(dāng)前車(chē)載設(shè)備中不可缺少的一部分。〇BD(On-Board Diagnostic)即車(chē)載診斷系 統(tǒng)，可以對(duì)車(chē)輛的發(fā)動(dòng)機(jī)以及尾氣后處理系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，并提供輸出車(chē)輛行駛過(guò)程中實(shí)時(shí) 數(shù)據(jù)的接口。從而用戶(hù)可以從0BD中獲取發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩、車(chē)輛速度以及車(chē)輛加速度等數(shù)據(jù)，這 為車(chē)輛質(zhì)量動(dòng)態(tài)測(cè)量提供了新的技術(shù)支持。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明提出一種適用于行駛中車(chē)輛的基于0BD的車(chē)輛質(zhì)量動(dòng)態(tài)測(cè)量裝置及測(cè)量方 法，旨在能夠在車(chē)輛行駛過(guò)程中實(shí)時(shí)、高效、準(zhǔn)確地對(duì)車(chē)輛的質(zhì)量進(jìn)行測(cè)量，并能夠?qū)④?chē)輛 載重?cái)?shù)據(jù)發(fā)送給交通管理方，并在車(chē)輛質(zhì)量有持續(xù)降低的趨勢(shì)時(shí)對(duì)司機(jī)進(jìn)行報(bào)警。
[0009] 本發(fā)明的基于0BD的車(chē)輛質(zhì)量動(dòng)態(tài)測(cè)量裝置包括0BD接口與嵌入式測(cè)量裝置兩部 分。
[0010] 所述的0BD接口與車(chē)輛的整個(gè)控制系統(tǒng)連接，可以實(shí)時(shí)輸出發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩、車(chē)輛速度 以及車(chē)輛加速度等行車(chē)數(shù)據(jù)。
[0011] 所述的嵌入式測(cè)量裝置通過(guò)CAN總線(xiàn)與0BD接口連接，獲取相應(yīng)的行車(chē)數(shù)據(jù)后進(jìn)行 計(jì)算與分析。具體地，所述的嵌入式測(cè)量裝置通過(guò)CAN總線(xiàn)與車(chē)輛0BD接口連接，獲取相應(yīng)的 行車(chē)數(shù)據(jù)后進(jìn)行計(jì)算與分析。具體地，嵌入式測(cè)量裝置包括微處理器、電源模塊、通信模塊、 傳感器模塊、存儲(chǔ)模塊、報(bào)警模塊、總線(xiàn)接口。微處理器與電源模塊、通信模塊、傳感器模塊、 存儲(chǔ)模塊、報(bào)警模塊、總線(xiàn)接口連接，控制各個(gè)模塊的運(yùn)行并進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。電源模塊對(duì) 各模塊進(jìn)行供電。通信模塊能夠?qū)④?chē)輛質(zhì)量數(shù)據(jù)傳送至遠(yuǎn)程終端，由管理者對(duì)車(chē)輛進(jìn)行實(shí) 時(shí)監(jiān)控;另外，通信模塊要負(fù)責(zé)將車(chē)輛所處路段的滾動(dòng)摩擦系數(shù)接收到微處理器中。傳感器 模塊中包含一個(gè)三軸加速度傳感器，用以測(cè)量當(dāng)前車(chē)輛所行駛路面的傾角。存儲(chǔ)模塊用以 將傳感器信息、0BD接口中采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，并在其中建立與車(chē)型相關(guān)的車(chē)輛參數(shù)嵌 入式數(shù)據(jù)庫(kù)。報(bào)警模塊可以發(fā)出提示音，在車(chē)輛質(zhì)量超出范圍或者質(zhì)量有持續(xù)減少趨勢(shì)時(shí)， 能夠?qū)λ緳C(jī)進(jìn)行預(yù)警?？偩€(xiàn)接口接收CAN總線(xiàn)的輸入數(shù)據(jù)，將行車(chē)數(shù)據(jù)采集到微處理器中。
[0012] 所述的嵌入式測(cè)量裝置具有功耗低、穩(wěn)定性強(qiáng)以及制作成本低的特點(diǎn)，能夠長(zhǎng)時(shí) 間保持正常運(yùn)行狀態(tài)，且使用壽命較長(zhǎng)。
[0013] 所述的車(chē)輛質(zhì)量動(dòng)態(tài)測(cè)量方法如下：
[0014] 步驟一:行車(chē)數(shù)據(jù)獲取
[0015] 通過(guò)0BD接口獲取車(chē)輛的以下參數(shù):發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)扭矩T、車(chē)輛實(shí)時(shí)速度V、車(chē)輛實(shí)時(shí) 加速度a、車(chē)輛變速箱齒輪比N以及輪胎半徑r，并通過(guò)三軸加速度傳感器采集車(chē)輛行駛路面 的傾角Θ。需要注意的是，由于從0BD接口中獲取的車(chē)輛加速度數(shù)據(jù)存在較大的誤差，因此需 要通過(guò)低通濾波對(duì)該信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理；
[0016] 步驟二:車(chē)輛質(zhì)量計(jì)算
[0017] ①結(jié)合車(chē)輛的機(jī)械效率n，計(jì)算車(chē)輛輪胎上的驅(qū)動(dòng)力，計(jì)算公式如（1)所示：
[0018] F = TXNXn/r (1)
[0019] ②當(dāng)前車(chē)輛所受到的阻力由空氣阻力、輪胎滾動(dòng)摩擦力以及與速度方向相反的重 力分量構(gòu)成：
[0020] f = fa+fs+GXsin9 (2)
[0021] 式(2)中，fa表示空氣阻力，fs表示輪胎滾動(dòng)摩擦力，G=mg表示車(chē)輛受到的重力。 具體的，fa與fs的表達(dá)式如下：
[0022] fa = l/2XAXpXC〇Xv2 (3)
[0023] fs=yXGXcos9 (4)
[0024] 其中，A為車(chē)輛的截面積，P為空氣密度，CD為阻力系數(shù)，μ為滾動(dòng)阻力系數(shù)，其中車(chē) 輛的截面積、空氣密度和阻力系數(shù)可以根據(jù)車(chē)型、車(chē)輛位置等相關(guān)參數(shù)在測(cè)量裝置的嵌入 式數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行查找，滾動(dòng)阻力系數(shù)可根據(jù)車(chē)輛的位置在物流公司提供的常用運(yùn)輸線(xiàn)路滾 動(dòng)摩擦系數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取。
[0025] ③根據(jù)牛頓第二定律，可以得到關(guān)于驅(qū)動(dòng)力、摩擦力與車(chē)輛加速度的關(guān)系：
[0026] F-(fa+fs+G X sinB) =ma (5)
[0027] 將式（1)~(4)代入(5)，可得到車(chē)輛的質(zhì)量m:
[0028]
(6)
[0029] 步驟三:質(zhì)量數(shù)據(jù)分析
[0030] 獲取車(chē)輛質(zhì)量數(shù)據(jù)之后，首先將該數(shù)據(jù)與車(chē)輛自重進(jìn)行做差，得到車(chē)輛的載重。然 后將該數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)管人員，即可根據(jù)此數(shù)據(jù)分析出車(chē)輛是否超載。再分析連續(xù)5次計(jì)算的 載重值，判斷其是否存在連續(xù)減少或者突然減少的趨勢(shì)，若是，則對(duì)發(fā)出提示音對(duì)司機(jī)進(jìn)行 預(yù)警，否則進(jìn)入下一次質(zhì)量測(cè)量。
[0031] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0032] (1)本發(fā)明提出的基于0BD的車(chē)輛質(zhì)量動(dòng)態(tài)測(cè)量裝置及測(cè)量方法，能夠在車(chē)輛行駛 過(guò)程中完成對(duì)車(chē)輛質(zhì)量的測(cè)量，具有方便、高效、精度高的特點(diǎn)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)質(zhì)量測(cè)量方法 使用受限的不足；
[0033] (2)本發(fā)明提出的基于0BD的車(chē)輛質(zhì)量動(dòng)態(tài)測(cè)量裝置及測(cè)量方法，充分利用了 0BD 接口中輸出的數(shù)據(jù)，解決了其他測(cè)量方法需要很多傳感器以完成數(shù)據(jù)采集的問(wèn)題；
[0034] (3)本發(fā)明提出的基于0BD的車(chē)輛質(zhì)量動(dòng)態(tài)測(cè)量裝置及測(cè)量方法，在測(cè)量裝置的存 儲(chǔ)模塊中固化了各種車(chē)型的截面積、風(fēng)阻系數(shù)以及車(chē)輛行駛路段的滾動(dòng)摩擦系數(shù)，提高了 本裝置用于質(zhì)量測(cè)量的通用性。
[0035] (4)本發(fā)明提出的基于0BD的車(chē)輛質(zhì)量動(dòng)態(tài)測(cè)量裝置及測(cè)量方法，所使用的裝置體 積小，功耗低，能夠長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，且成本低，適合批量生產(chǎn)以及在長(zhǎng)時(shí)間駕駛過(guò)程 中完成質(zhì)量測(cè)量任務(wù)；
[0036] (5)本發(fā)明提出的基于0BD的車(chē)輛質(zhì)量動(dòng)態(tài)測(cè)量裝置及測(cè)量方法，一方面可以讓管 理方對(duì)車(chē)輛超載進(jìn)行監(jiān)管，另一方面能夠?qū)\(yùn)載貨物是否發(fā)生泄漏、丟失等現(xiàn)象進(jìn)行實(shí)時(shí) 的監(jiān)控，對(duì)規(guī)范交通安全管理、提高物流運(yùn)輸安全性與保障經(jīng)濟(jì)效益三方面都起到了良好 的輔助作用。
【附圖說(shuō)明】
[0037] 圖1:本發(fā)明提出的基于0BD的車(chē)輛質(zhì)量動(dòng)態(tài)測(cè)量裝置及測(cè)量方法結(jié)構(gòu)圖；
[0038] 圖2:本發(fā)明提出的基于0BD的車(chē)輛質(zhì)量動(dòng)態(tài)測(cè)量裝置及測(cè)量方法狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖；
[0039] 圖3:本發(fā)明提出的基于0BD的車(chē)輛質(zhì)量動(dòng)態(tài)測(cè)量裝置及測(cè)量方法總體流程圖；
[0040] 圖中：
[0041 ] 1000-車(chē)輛質(zhì)量動(dòng)態(tài)測(cè)量裝置1100-微控制器 1200-電源模塊
[0042] 1300-通信模塊 1400-傳感器模塊1500-存儲(chǔ)模塊
[0043] 1600-報(bào)警模塊 1700-總線(xiàn)接口 2000-0BD 接口
【具體實(shí)施方式】
[0044] 下面將結(jié)合附圖與車(chē)輛質(zhì)量動(dòng)態(tài)測(cè)量實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0045] 本發(fā)明提出的一種車(chē)輛質(zhì)量動(dòng)態(tài)測(cè)量裝置及測(cè)量方法結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括車(chē)輛 質(zhì)量動(dòng)態(tài)測(cè)量測(cè)量裝置1000，車(chē)輛0BD接口 2000，以及CAN總線(xiàn)3000。所述的嵌入式測(cè)量裝置 1000通過(guò)CAN總線(xiàn)3000與車(chē)輛0BD接口 2000連接，獲取相應(yīng)的行車(chē)數(shù)據(jù)后進(jìn)行計(jì)算與分析。 具體地，嵌入式測(cè)量裝置包括微處理器1100、電源