车载自称重方法研究

0.前言

对利益的追逐使很多运输人员无视法规,严重超载，对自身和他人人身安全和财产安全造成了严重威胁，也急剧缩短了公路的使用寿命。因此，治理超载运输势在必行。要治理超限，首先就必须对车辆进行超限测量，判断是否超载及超载量。

1．国内外治超限超状况

在过去相当长时期内，磅秤一直是车辆超载检查的唯一技术装备，其称重效率低，对车辆正常营运造成了影响，随着超载现象的日趋严重和交通量的增长，这种传统检测手段已难以达到监测的目的。90年代基本上形成了成熟产品即动态的轴重检测装置WIM(weigh-in-motion),可以克服静态磅秤耗时长和应用范围有限等缺点。 如今国内在治理超限运输方面，多数采用价格便宜、使用灵活、机动的便携式轴重检测仪。便携式轴重仪的大量应用，大大推动了该行业的发展。

动态式称重系统只是一种被动治理超载现象的措施，并且受速度（一般小于5或10km/h）等随机因素影响比较大,精度难保证。因此，设计一套不限制车辆正常行驶的高速检测系统，快速、自动地判别超限运输车辆的重要性更显突出。由此本文提出车载式自称重技术。

2．车载自称重系统总体思路

该车载式自称重系统作为车辆的一部分，可以适时地采集相关信号，并把该信号传送给处理器，从而得到了车辆自身重量，实现了自动测量，然后通过通信层将该车重量信号传输给相关管理部门，从而实现了对车载超载的智能化远程管理。

测量部分作为系统的核心部分，可以完成数据采集、 A／D转换、数据处理和分析，并通过一定的算法完成车辆自身的计算，并有数据的保存和上传提取功能，对采集和处理过的数据备份保存，以供管理软件使用。该部分实施方案如下：

(1) 对钢板弹簧的结构和性能进行动力学分析、强度刚度计算等，为后续工作提供理论依据；

(2)通过建模仿真，确定传感器安装位置的受力情况，建立理论标定值表。实验加载测敏感点的实际受力情况，建立试验标定值表；

(3)对理论和试验标定值表进行数据处理，得到标准标定值表，并储存到特定存储器中；

(4)测量过程中，将传感器测得的信号与标准标定值表对照，可快速准确地得到车载重量。

3.测量方法

常见的测量方法由利用钢板弹簧变形量测载重和基于轮胎状态的检测方法。

3.1利用钢板弹簧变形量测整车质量

3.1.1．基于车辆电容称重传感器测量钢板弹簧形变进行称重

(1)优点：电容称重传感器具有测量电路机械结构简单、抗干扰性好等特点，静态测量时重复性误差及非线性误差较小，动态测量时车辆速度、加速度及振动对测量结果影响较小。利用软件补偿方式进行非线性补偿及迟滞性补偿效果明显，可保证静态称重误差小于2%。

(2)原理结构:在载荷作用下钢板弹簧产生变形，电容传感器两极板距离发生变化，传感器的电容值也随之变化。利用预先的标定（即传感器电路输出电压值与该轮轴载荷值之间的关系），就可以得到该轮轴的载荷质量。将各轮轴的载荷质量相加便得到整车载荷质量。

以有两轴的车辆为例，电路框图及电容传感器安装。前后传感器将载荷的变化转变为电容的变化；电容测量电路将电容值转换为电压值；单片机将传感器输出的电压值进行A／D转换，经数据处理后，将载荷值送给数字显示器；当车辆载荷超载时，输出点火控制信号。

电容上极板部件中包括电容上极板和上屏蔽板，安装在车架下部，左右居中；电容下极板部件包括电容下极板和下屏蔽板，安装在轮轴中部的上方，电容两极板面相对且上下对正，屏蔽板接电容测量线路的地，车辆的每根轮轴上方均安装一套电容传感器。

3.1.2基于应变式电阻传感器测弹簧钢板形变进行称重

由于钢板弹簧弦长的变化与车辆的载重成线性关系，可知，钢板弹簧中的一固定小段 AB的长度变化也与车辆的载重成线性关系。因此，可通过检测AB的长度变化得到车辆的载重信息，此处长度的变化我们用电阻应变片来检测。

应变式电阻传感器测得弹簧钢板形变信号，经 AD转换模块送入车辆微型计算机处理系统, 得载重信息。

3.2基于轮胎状态的车辆载重测量

工作原理:通过研究汽车行驶时轮胎载荷与气压、温度之间的关系, 建立了三者的数学模型。依靠安装在轮胎内的传感器检测轮胎内部的温度和压力, 并判断其是否超出了规定值及超出量，进一步计算出载重。

前置信号调理电路把微弱的传感器输出信号放大,并滤除其中的噪声,A/D转换电路把来自传感器的模拟信号转换为数字信号,送入单片机进行运算。单片机根据各轮胎压力值等信号, 对原始信号进行低通滤波,并使用算法消除由于路面不平度对车辆引起的动载荷影响,计算出各轴的轴载信号,从而判断车辆是否有超载的情况[5]。

该测重系统成本低,但由于轮胎状态受环境影响比较大，并存在漏气等情况，测量精确度不高。

4.结论

由于传统测重存在很多弊端，本文提出了车载式称重的思路，并介绍了比较实用的测量方法，即根据钢板弹簧的形变量与负荷间存在一定关系，利用电容称重传感器或应变电阻传感器完成钢板弹簧的形变测量，并简单介绍了基于轮胎状态的车辆载重测量方法。