新型動態(tài)地磅稱重系統(tǒng)研究與實踐

動態(tài)地磅稱重系統(tǒng)中難免會出現(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，本文以此為切入點簡析相對來說誤差值范圍較小的新興的動態(tài)地磅稱重系統(tǒng)并且利用新型的技術(shù)手段來實現(xiàn)承重過程中的數(shù)值精準(zhǔn)度，經(jīng)過嚴(yán)格的計算得出這種新型動態(tài)地磅稱重系統(tǒng)數(shù)據(jù)精確度要高于我國動態(tài)衡標(biāo)準(zhǔn)。

所謂動態(tài)地磅稱重就是指汽車在非停車的運動狀態(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)勢是可以節(jié)約更多的時間，新型動態(tài)地磅稱重的研究與實踐對我國的公路建設(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)我國車輛運輸管理部門的現(xiàn)代化管理發(fā)展。

一、硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在硬件組成上動態(tài)汽車衡稱重系統(tǒng)分為以下幾個部分:

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面，通過承重臺面的傳感器將汽車的重量壓力轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⒅甘荆盘栃畔⒂山泳€盒傳輸給嵌入式稱重表，這種稱重表能夠?qū)厝〉男盘栃畔⑦M(jìn)行放大、過濾以及模數(shù)換算，最終就能夠得到承重數(shù)據(jù)，之后將得出的數(shù)據(jù)信息傳輸給上為工控機(jī)，以此完成動態(tài)汽車衡稱重數(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)定性是非常強的，其優(yōu)勢有以下幾點: 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)換信號信息的時候能夠保證運行性能的穩(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信號信息的準(zhǔn)確性，同時使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)能夠完善與優(yōu)化，系統(tǒng)中每一個傳感器的測量頭都接有一個接線盒，這樣能夠保證四個傳感器在工作過

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)場的環(huán)境都不是非常理想的，所以針對這種情況新興動態(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)中的各個項目都是模塊化管理實施的結(jié)果，所以每一個功能之間都是相對獨立存在的，這對于日后的養(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)度較高是因為傳感器與數(shù)據(jù)采集器不會受到運動干擾影響，動態(tài)地磅稱重過程中汽車一直是勻速運動狀態(tài)，稱重數(shù)據(jù)會受到路面顛簸、輪軸不均勻動力、地磅受荷載激勵的響應(yīng)這些因素的影響，所以得出的信號信息是復(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 軸重式動態(tài)地磅過秤所示。

秤臺和汽車支承系的彈性系數(shù)，c1，c2 是代表秤臺和汽車的阻尼系數(shù)，x1，x2 是代表秤臺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，f( r) = 1，也就是說稱重臺面的彈性系數(shù)比動態(tài)汽車的彈性系數(shù)大時，所表現(xiàn)出的振動均為汽車自身的振動，而在此過程中承重臺面產(chǎn)生的振動是可以忽略不計的，由此我們可以得出動態(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)用實例

第二種新型動態(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、數(shù)據(jù)采集模塊以及計算機(jī)平臺。稱重的過程是運動的汽車勻速行駛到承重臺面，稱重信號會通過傳感器來傳輸，然后經(jīng)由放大將信號傳輸給 A /D 板，最后以數(shù)字信號的形式傳遞給計算機(jī)，至此通過對車輛單軸與車身重量的計算得出承重的數(shù)值。

通過圖 6 中典型的重力動態(tài)信號曲線示意圖，分析這一階段的信號，車輛重量的截取是信號平均值的計算，最大測量方式是利用信號的峰值數(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)計算的結(jié)果精準(zhǔn)度高，就要將離散化方程式應(yīng)用在動態(tài)汽車衡稱重系統(tǒng)過程中，階躍信號在這一過程中是有要求的，所以要滿足模型輸入，時間的長度對于階躍信號的輸入是有一定影響的，帶輸出接近于穩(wěn)定時方可測量出精準(zhǔn)度較高的數(shù)值。在實驗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)稱重數(shù)據(jù)分別是 15． 287 T 、5． 634 T 、1． 438 T，那么利用上述方式測量的誤差范圍應(yīng)該是 0． 9600、1． 1200、1． 34000。

經(jīng)過對這三種車型的承重實驗，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，本次實驗最終得出以下幾點內(nèi)容:一是在實驗過程中若稱重車輛的行駛過快，就會導(dǎo)致由于停留在承重臺面上的時間過短，因而得出的信號并不穩(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)實驗得出被稱重的車輛在行駛過程中應(yīng)保持 20 km /h 以下，才可以保持信號的穩(wěn)定性。二是振動沖擊會給動態(tài)地磅稱重數(shù)值的精準(zhǔn)度帶來影響，為了減少振動產(chǎn)生的影響，使實驗方向能夠與模型假設(shè)中的數(shù)據(jù)相吻合，對場地提出了要求，地基需要混凝土來找平并強化其剛性特征，稱重臺面要求與路面水平，而且需要安裝限位。三是車輛在向承重臺面行駛過程中要保持穩(wěn)定，這需要在承重臺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的現(xiàn)象。

四、結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，動態(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)將會在承重平臺下方安置加速傳感器，在今后的研究中要講動態(tài)地磅稱重精準(zhǔn)度的確定建立在忽略動態(tài)車速基礎(chǔ)上，同時也要將車輛稱重系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)實施在需抽檢路段隨意設(shè)置方面，這將對我國車輛管理以及交通事業(yè)作出一定的貢獻(xiàn)，進(jìn)一步實現(xiàn)我國交通管理的現(xiàn)代化模式，以適應(yīng)時代發(fā)展與社會經(jīng)濟(jì)的號召。