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車載自稱重方法研究論文
摘要：針對(duì)傳統(tǒng)車輛稱重裝置存在的不足，該文提出了車載自稱重系統(tǒng)的總體思路，介紹了利用鋼板彈簧變形量測(cè)整車質(zhì)量、基于輪胎狀態(tài)的車輛載重檢測(cè)2類方法，通過(guò)選用適當(dāng)?shù)膫鞲衅�，利用一定的算法�?jì)算出車重。該研究對(duì)治超限超具有較好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
關(guān)鍵詞：車輛稱重 稱重傳感器 治超限超
0.前言
對(duì)利益的追逐使很多運(yùn)輸人員無(wú)視法規(guī)，嚴(yán)重超載，對(duì)自身和他人人身安全和財(cái)產(chǎn)安全造成了嚴(yán)重威脅，也急劇縮短了公路的使用壽命。因此，治理超載運(yùn)輸勢(shì)在必行。要治理超限，首先就必須對(duì)車輛進(jìn)行超限測(cè)量，判斷是否超載及超載量。
1.國(guó)內(nèi)外治超限超狀況
在過(guò)去相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)，磅秤一直是車輛超載檢查的唯一技術(shù)裝備，其稱重效率低，對(duì)車輛正常營(yíng)運(yùn)造成了影響，隨著超載現(xiàn)象的日趨嚴(yán)重和交通量的增長(zhǎng)，這種傳統(tǒng)檢測(cè)手段已難以達(dá)到監(jiān)測(cè)的目的。90年代基本上形成了成熟產(chǎn)品即動(dòng)態(tài)的軸重檢測(cè)裝置WIM(weigh-in-motion)，可以克服靜態(tài)磅秤耗時(shí)長(zhǎng)和應(yīng)用范圍有限等缺點(diǎn)。 如今國(guó)內(nèi)在治理超限運(yùn)輸方面，多數(shù)采用價(jià)格便宜、使用靈活、機(jī)動(dòng)的便攜式軸重檢測(cè)儀。便攜式軸重儀的大量應(yīng)用，大大推動(dòng)了該行業(yè)的發(fā)展。
動(dòng)態(tài)式稱重系統(tǒng)只是一種被動(dòng)治理超載現(xiàn)象的措施，并且受速度(一般小于5或10km/h)等隨機(jī)因素影響比較大，精度難保證。因此，設(shè)計(jì)一套不限制車輛正常行駛的高速檢測(cè)系統(tǒng)，快速、自動(dòng)地判別超限運(yùn)輸車輛的重要性更顯突出。由此本文提出車載式自稱重技術(shù)。
2.車載自稱重系統(tǒng)總體思路
該車載式自稱重系統(tǒng)作為車輛的一部分，可以適時(shí)地采集相關(guān)信號(hào)，并把該信號(hào)傳送給處理器，從而得到了車輛自身重量，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)測(cè)量，然后通過(guò)通信層將該車重量信號(hào)傳輸給相關(guān)管理部門，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)車載超載的智能化遠(yuǎn)程管理。
測(cè)量部分作為系統(tǒng)的核心部分，可以完成數(shù)據(jù)采集、 A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理和分析，并通過(guò)一定的算法完成車輛自身的計(jì)算，并有數(shù)據(jù)的保存和上傳提取功能，對(duì)采集和處理過(guò)的數(shù)據(jù)備份保存，以供管理軟件使用。該部分實(shí)施方案如下：
(1) 對(duì)鋼板彈簧的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析、強(qiáng)度剛度計(jì)算等，為后續(xù)工作提供理論依據(jù);
(2)通過(guò)建模仿真，確定傳感器安裝位置的受力情況，建立理論標(biāo)定值表。實(shí)驗(yàn)加載測(cè)敏感點(diǎn)的實(shí)際受力情況，建立試驗(yàn)標(biāo)定值表;
(3)對(duì)理論和試驗(yàn)標(biāo)定值表進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)定值表，并儲(chǔ)存到特定存儲(chǔ)器中;
(4)測(cè)量過(guò)程中，將傳感器測(cè)得的信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)定值表對(duì)照，可快速準(zhǔn)確地得到車載重量。
3.測(cè)量方法
常見的測(cè)量方法由利用鋼板彈簧變形量測(cè)載重和基于輪胎狀態(tài)的檢測(cè)方法。
3.1利用鋼板彈簧變形量測(cè)整車質(zhì)量
3.1.1.基于車輛電容稱重傳感器測(cè)量鋼板彈簧形變進(jìn)行稱重
(1)優(yōu)點(diǎn)：電容稱重傳感器具有測(cè)量電路機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抗干擾性好等特點(diǎn)，靜態(tài)測(cè)量時(shí)重復(fù)性誤差及非線性誤差較小，動(dòng)態(tài)測(cè)量時(shí)車輛速度、加速度及振動(dòng)對(duì)測(cè)量結(jié)果影響較小。利用軟件補(bǔ)償方式進(jìn)行非線性補(bǔ)償及遲滯性補(bǔ)償效果明顯，可保證靜態(tài)稱重誤差小于2%。
(2)原理結(jié)構(gòu)：在載荷作用下鋼板彈簧產(chǎn)生變形，電容傳感器兩極板距離發(fā)生變化，傳感器的電容值也隨之變化。利用預(yù)先的標(biāo)定(即傳感器電路輸出電壓值與該輪軸載荷值之間的關(guān)系)，就可以得到該輪軸的載荷質(zhì)量。將各輪軸的載荷質(zhì)量相加便得到整車載荷質(zhì)量。
以有兩軸的車輛為例，電路框圖及電容傳感器安裝。前后傳感器將載荷的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娙莸淖兓?電容測(cè)量電路將電容值轉(zhuǎn)換為電壓值;單片機(jī)將傳感器輸出的電壓值進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后，將載荷值送給數(shù)字顯示器;當(dāng)車輛載荷超載時(shí)，輸出點(diǎn)火控制信號(hào)。
電容上極板部件中包括電容上極板和上屏蔽板，安裝在車架下部，左右居中;電容下極板部件包括電容下極板和下屏蔽板，安裝在輪軸中部的上方，電容兩極板面相對(duì)且上下對(duì)正，屏蔽板接電容測(cè)量線路的地，車輛的每根輪軸上方均安裝一套電容傳感器。
3.1.2基于應(yīng)變式電阻傳感器測(cè)彈簧鋼板形變進(jìn)行稱重
由于鋼板彈簧弦長(zhǎng)的變化與車輛的載重成線性關(guān)系，可知，鋼板彈簧中的一固定小段 AB的長(zhǎng)度變化也與車輛的載重成線性關(guān)系。因此，可通過(guò)檢測(cè)AB的長(zhǎng)度變化得到車輛的載重信息，此處長(zhǎng)度的變化我們用電阻應(yīng)變片來(lái)檢測(cè)。
應(yīng)變式電阻傳感器測(cè)得彈簧鋼板形變信號(hào)，經(jīng) AD轉(zhuǎn)換模塊送入車輛微型計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)， 得載重信息。
3.2基于輪胎狀態(tài)的車輛載重測(cè)量
工作原理：通過(guò)研究汽車行駛時(shí)輪胎載荷與氣壓、溫度之間的關(guān)系， 建立了三者的數(shù)學(xué)模型。依靠安裝在輪胎內(nèi)的傳感器檢測(cè)輪胎內(nèi)部的溫度和壓力， 并判斷其是否超出了規(guī)定值及超出量，進(jìn)一步計(jì)算出載重。
前置信號(hào)調(diào)理電路把微弱的傳感器輸出信號(hào)放大，并濾除其中的噪聲，A/D轉(zhuǎn)換電路把來(lái)自傳感器的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，送入單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算。單片機(jī)根據(jù)各輪胎壓力值等信號(hào)， 對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行低通濾波，并使用算法消除由于路面不平度對(duì)車輛引起的動(dòng)載荷影響，計(jì)算出各軸的軸載信號(hào)，從而判斷車輛是否有超載的情況[5]。
該測(cè)重系統(tǒng)成本低，但由于輪胎狀態(tài)受環(huán)境影響比較大，并存在漏氣等情況，測(cè)量精確度不高。
4.結(jié)論
由于傳統(tǒng)測(cè)重存在很多弊端，本文提出了車載式稱重的思路，并介紹了比較實(shí)用的測(cè)量方法，即根據(jù)鋼板彈簧的形變量與負(fù)荷間存在一定關(guān)系，利用電容稱重傳感器或應(yīng)變電阻傳感器完成鋼板彈簧的形變測(cè)量，并簡(jiǎn)單介紹了基于輪胎狀態(tài)的車輛載重測(cè)量方法。
參考文獻(xiàn)：
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