新型動(dòng)態(tài)地磅稱重系統(tǒng)研究與實(shí)踐

動(dòng)態(tài)地磅稱重系統(tǒng)中難免會(huì)出現(xiàn)誤差，但是現(xiàn)有的衡稱重系統(tǒng)所體現(xiàn)出的誤差值非常大，本文以此為切入點(diǎn)簡(jiǎn)析相對(duì)來說誤差值范圍較小的新興的動(dòng)態(tài)地磅稱重系統(tǒng)并且利用新型的技術(shù)手段來實(shí)現(xiàn)承重過程中的數(shù)值精準(zhǔn)度，經(jīng)過嚴(yán)格的計(jì)算得出這種新型動(dòng)態(tài)地磅稱重系統(tǒng)數(shù)據(jù)精確度要高于我國(guó)動(dòng)態(tài)衡標(biāo)準(zhǔn)。

所謂動(dòng)態(tài)地磅稱重就是指汽車在非停車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中的承重過程。這種方式與汽車在停車狀態(tài)下的靜態(tài)稱重相比較的話，優(yōu)勢(shì)是可以節(jié)約更多的時(shí)間，新型動(dòng)態(tài)地磅稱重的研究與實(shí)踐對(duì)我國(guó)的公路建設(shè)以及交通管理都具有非常重要的意義，最重要的是能夠有效促進(jìn)我國(guó)車輛運(yùn)輸管理部門的現(xiàn)代化管理發(fā)展。

一、硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在硬件組成上動(dòng)態(tài)汽車衡稱重系統(tǒng)分為以下幾個(gè)部分:

上位工控機(jī)、嵌入式稱重儀表、接線盒、稱重傳感器及機(jī)械稱重臺(tái)面。承重的過程是是需要汽車按照規(guī)定的速度行駛到承重臺(tái)面，通過承重臺(tái)面的傳感器將汽車的重量壓力轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⒅甘?，信?hào)信息由接線盒傳輸給嵌入式稱重表，這種稱重表能夠?qū)厝〉男盘?hào)信息進(jìn)行放大、過濾以及模數(shù)換算，最終就能夠得到承重?cái)?shù)據(jù)，之后將得出的數(shù)據(jù)信息傳輸給上為工控機(jī)，以此完成動(dòng)態(tài)汽車衡稱重?cái)?shù)據(jù)數(shù)據(jù)的查詢、打印以及監(jiān)控。圖 1 為系統(tǒng)硬件組成結(jié)構(gòu)圖。

此種動(dòng)態(tài)地磅稱重系統(tǒng)中新興技術(shù)發(fā)揮出的穩(wěn)定性是非常強(qiáng)的，其優(yōu)勢(shì)有以下幾點(diǎn): 一是系統(tǒng)中傳感器的自身特征是新技術(shù)研發(fā)，具有較高的精準(zhǔn)度。傳感器轉(zhuǎn)換信號(hào)信息的時(shí)候能夠保證運(yùn)行性能的穩(wěn)定，而且精準(zhǔn)度能夠達(dá)到 0．01% 。二是在稱重過程中為了能夠增強(qiáng)信號(hào)信息的準(zhǔn)確性，同時(shí)使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)能夠完善與優(yōu)化，系統(tǒng)中每一個(gè)傳感器的測(cè)量頭都接有一個(gè)接線盒，這樣能夠保證四個(gè)傳感器在工作過

程中保持一致。三是在整體系統(tǒng)中最要的組成部分就是嵌入式稱重儀表。四是一般稱重現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境都不是非常理想的，所以針對(duì)這種情況新興動(dòng)態(tài)汽車衡稱重系統(tǒng)中采用的上位工控機(jī)是抗干擾的，自身的工作性能非常好。五是該系統(tǒng)中的各個(gè)項(xiàng)目都是模塊化管理實(shí)施的結(jié)果，所以每一個(gè)功能之間都是相對(duì)獨(dú)立存在的，這對(duì)于日后的養(yǎng)護(hù)與維修來說是非常方便的。六是該系統(tǒng)對(duì)抗干擾的要求比較高，所以在模擬部分采取了高精度的穩(wěn)壓直流電源，數(shù)字供電部分采取的是穩(wěn)壓開關(guān)。

二、力學(xué)結(jié)構(gòu)

靜態(tài)地磅稱重過程中獲得的結(jié)果精準(zhǔn)度較高是因?yàn)閭鞲衅髋c數(shù)據(jù)采集器不會(huì)受到運(yùn)動(dòng)干擾影響，動(dòng)態(tài)地磅稱重過程中汽車一直是勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，稱重?cái)?shù)據(jù)會(huì)受到路面顛簸、輪軸不均勻動(dòng)力、地磅受荷載激勵(lì)的響應(yīng)這些因素的影響，所以得出的信號(hào)信息是復(fù)雜而有沖擊性的，這也使得最后得出的數(shù)據(jù)缺少穩(wěn)定性。如圖 2 軸重式動(dòng)態(tài)地磅過秤所示。

秤臺(tái)和汽車支承系的彈性系數(shù)，c1，c2 是代表秤臺(tái)和汽車的阻尼系數(shù)，x1，x2 是代表秤臺(tái)面和汽車的垂向位移，G 是代表沖擊載荷。在方程式( 1) 中為了得出準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，在計(jì)算過程中需要忽略 G 值產(chǎn)生的影響，也就是說在稱重過程中將阻尼數(shù)值設(shè)置為零，這樣就能夠推倒出兩個(gè)方程式: 方程式中 q1曲線圖如圖 4 所示，我們可以推論出當(dāng) Y ＞ 100 時(shí)，f( r) = 1，也就是說稱重臺(tái)面的彈性系數(shù)比動(dòng)態(tài)汽車的彈性系數(shù)大時(shí)，所表現(xiàn)出的振動(dòng)均為汽車自身的振動(dòng)，而在此過程中承重臺(tái)面產(chǎn)生的振動(dòng)是可以忽略不計(jì)的，由此我們可以得出動(dòng)態(tài)汽車衡稱重的力學(xué)模型方程式:

方程式中: x 代表的是汽車垂向位移，m 代表的是汽車質(zhì)量，k，c 分別代表的是汽車的彈性系數(shù)和阻尼系數(shù)，G 代表的是車體重量。

三、應(yīng)用實(shí)例

第二種新型動(dòng)態(tài)地磅系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 5 所示，其中主要的構(gòu)成部分是秤臺(tái)、數(shù)據(jù)采集模塊以及計(jì)算機(jī)平臺(tái)。稱重的過程是運(yùn)動(dòng)的汽車勻速行駛到承重臺(tái)面，稱重信號(hào)會(huì)通過傳感器來傳輸，然后經(jīng)由放大將信號(hào)傳輸給 A /D 板，最后以數(shù)字信號(hào)的形式傳遞給計(jì)算機(jī)，至此通過對(duì)車輛單軸與車身重量的計(jì)算得出承重的數(shù)值。

通過圖 6 中典型的重力動(dòng)態(tài)信號(hào)曲線示意圖，分析這一階段的信號(hào)，車輛重量的截取是信號(hào)平均值的計(jì)算，最大測(cè)量方式是利用信號(hào)的峰值數(shù)值進(jìn)行，但是這兩種方式并不能有效地保證數(shù)值的精準(zhǔn)度。

為了使數(shù)據(jù)計(jì)算的結(jié)果精準(zhǔn)度高，就要將離散化方程式應(yīng)用在動(dòng)態(tài)汽車衡稱重系統(tǒng)過程中，階躍信號(hào)在這一過程中是有要求的，所以要滿足模型輸入，時(shí)間的長(zhǎng)度對(duì)于階躍信號(hào)的輸入是有一定影響的，帶輸出接近于穩(wěn)定時(shí)方可測(cè)量出精準(zhǔn)度較高的數(shù)值。在實(shí)驗(yàn)過程中分別采用的車型是載重卡車、空載卡車和微型面包車，這三種車型的靜態(tài)稱重?cái)?shù)據(jù)分別是 15． 287 T 、5． 634 T 、1． 438 T，那么利用上述方式測(cè)量的誤差范圍應(yīng)該是 0． 9600、1． 1200、1． 34000。

經(jīng)過對(duì)這三種車型的承重實(shí)驗(yàn)，在不同的系數(shù)條件下為了保證得出數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度，本次實(shí)驗(yàn)最終得出以下幾點(diǎn)內(nèi)容:一是在實(shí)驗(yàn)過程中若稱重車輛的行駛過快，就會(huì)導(dǎo)致由于停留在承重臺(tái)面上的時(shí)間過短，因而得出的信號(hào)并不穩(wěn)定，因此最終得出的數(shù)值精準(zhǔn)度非常低。最終經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)得出被稱重的車輛在行駛過程中應(yīng)保持 20 km /h 以下，才可以保持信號(hào)的穩(wěn)定性。二是振動(dòng)沖擊會(huì)給動(dòng)態(tài)地磅稱重?cái)?shù)值的精準(zhǔn)度帶來影響，為了減少振動(dòng)產(chǎn)生的影響，使實(shí)驗(yàn)方向能夠與模型假設(shè)中的數(shù)據(jù)相吻合，對(duì)場(chǎng)地提出了要求，地基需要混凝土來找平并強(qiáng)化其剛性特征，稱重臺(tái)面要求與路面水平，而且需要安裝限位。三是車輛在向承重臺(tái)面行駛過程中要保持穩(wěn)定，這需要在承重臺(tái)面前后十五米的地方鋪設(shè)引道，能夠保證車輛駛?cè)氲姆€(wěn)定性，這才能夠保證信號(hào)輸出的穩(wěn)定性，從而保證數(shù)值精確程度，在此期間能存在加速與制動(dòng)的現(xiàn)象。

四、結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，動(dòng)態(tài)地磅稱重系統(tǒng)的研發(fā)還在繼續(xù)，下一步的新型系統(tǒng)將會(huì)在承重平臺(tái)下方安置加速傳感器，在今后的研究中要講動(dòng)態(tài)地磅稱重精準(zhǔn)度的確定建立在忽略動(dòng)態(tài)車速基礎(chǔ)上，同時(shí)也要將車輛稱重系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)實(shí)施在需抽檢路段隨意設(shè)置方面，這將對(duì)我國(guó)車輛管理以及交通事業(yè)作出一定的貢獻(xiàn)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)我國(guó)交通管理的現(xiàn)代化模式，以適應(yīng)時(shí)代發(fā)展與社會(huì)經(jīng)濟(jì)的號(hào)召。