一种多轴车辆质量及质心位置动态测量装置及测量方法与流程

技术特征：

1.一种多轴车辆质量及质心位置动态测量装置；包括载荷传感器、轮速传感器，加速度传感器、车身姿态传感器和计算处理器；载荷传感器、轮速传感器，加速度传感器和车身姿态传感器分别与计算处理器连接；其特征在于：所述计算处理器包括单片机、信号采集模块、输出模块、警报模块、程序上传/下载模块、供电模块以及分别于各个传感器相连接的通讯接口；

所述载荷传感器安装于各车轮轮轴上，并用于测量车辆在启动之后整车质量分布与各个车轮上的载荷；

所述轮速传感器安装于车辆前轮，用于测量车辆行驶速度；

所述加速度传感器安装于车辆底盘车架中心，用于测量车辆在行驶过程中的纵向加速度、侧向加速度和垂向加速度；

所述车身姿态传感器安装于车辆底盘车架中心，用于测量车身的俯仰角、侧倾角；

所述计算处理器在检测到车辆当前质量与车辆本身质量的差值大于车辆额定载荷的90％、以及当前质心位置严重偏离质心原来位置时，计算处理器中的警报器闪烁并发出声音提醒司机；

所述计算处理器在测量各个轮轴载荷与侧向加速度a的同时并计算所有轮轴载荷中最大值与最小值的比值I＝F_max/F_min，当I₁≤I≤I₂(根据车型不同，具体确定I₁和I₂，初步取I₁＝5，I₂＝10)或a大于车辆额定侧向加速度的80％时，警报模块中的警报器闪烁并发出声音提醒司机；

上述测量装置的测量方法包括以下步骤：

1)、首先，车辆在首次使用该系统时，需输入车辆的固有参数，包括车辆轮轴个数n，车辆各个轮轴之间的轴距l₁,l₂...l_n以及各个轮轴中左轮与右轮间的轮距b₁,b₂...b_n；

2)、车辆点火启动时，分布于各个轮轴的载荷传感器开始测量车辆质量；

3)、车辆开始移动时，各个轮轴的载荷传感器将测量数值上传计算处理器，计算处理器结合车辆各个车轮之间的轴距及轮距数据，计算得到车辆质心的纵向位置和横向位置，即车辆的初始质心位置；

4)、计算出车辆的初始质心位置后，计算处理器通过初始质心位置及加速度传感器测得的加速度数据求出车辆质心高度z；

5)、在计算出车辆质心高度z后，各传感器进行下一次测量，测得最新的各轮轴载荷、车身角度及各方向加速度，将上一次计算所得质心高度z带入到计算公式中，以求得该次测量的车身纵向及横向质心位置；

6)、在计算出该次测量中车辆质心纵向及横向质心位置后，各个传感器再次进行测量，测得最新的各轮轴载荷、车身角度及各方向加速度，将步骤5)计算所得质心纵向及横向质心位置带入到质心高度计算公式中，即可求得该次测量的车身质心高度。

2.根据权利要求1所述的一种多轴车辆质量及质心位置动态测量装置；其特征在于：步骤3)所述车辆质量及质心纵向及横向的初始位置计算公式为：车辆车身俯仰角度θ和车身侧倾角度的合角α(即车辆重力方向与地面夹角)为：

车辆质量：

质心到前轮(轮轴)中心线的距离：

质心到左右轮中轴线的距离：当y为正值时，质心偏向左侧，y为负值时，质心偏向右侧。

3.根据权利要求1所述的一种多轴车辆质量及质心位置动态测量装置；其特征在于：步骤4)所述车辆质心高度z的计算公式为：

$z=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}(F_{(i,1)}+F_{(i,2)})\·\left(1-\frac{a_z}{gcos\mathrm{\α}}\right)\·x-\underset{i=2}{\overset{n}{\Σ}}(F_{(i,1)}+F_{(i,2)})(l_1+l_2...l_{i-1})}{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}(F_{(i,1)}+F_{(i,2)})\·\left(\frac{a_x}{g\cos \mathrm{\α}}-\tan \mathrm{\θ}\right)}.$

4.根据权利要求1所述的一种多轴车辆质量及质心位置动态测量装置；其特征在于：步骤5)所述车身纵向及横向质心位置的计算公式为：

质心到前轮(轮轴)中心线的距离：

$x=\frac{\underset{i=2}{\overset{n}{\Σ}}(F_{(i,1)}+F_{(i,2)})(l_1+l_2...l_{i-1})+z\·\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}(F_{(i,1)}+F_{(i,2)})\left(\frac{a_x}{gcos\mathrm{\α}}-tan\mathrm{\θ}\right)}{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}(F_{(i,1)}+F_{(i,2)})\left(1-\frac{a_z}{g\cos \mathrm{\α}}\right)}$

质心到左右轮中轴线的距离：

5.根据权利要求1所述的一种多轴车辆质量及质心位置动态测量装置；其特征在于：步骤6)所述的车身质心高度的计算公式为：

其中，车辆共有n个车轴，2≤n；

θ为车身俯仰角度；

为车身侧倾角度；

F_(i,1),F_(i,2)分别为第i轴左轮和右轮载荷，1≤i≤n；

l_i为第i轴距第(i+1)轴的距离，1≤i≤n-1；

b_i为第i轴左轮到右轮距离，1≤i≤n；

a_x为车辆纵向(x轴)加速度；向前为正值；

a_y为车辆侧向(y轴)加速度；向右为正值；

a_z为车辆垂向(z轴)加速度，向上为正值。