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)值精準度，經(jīng)過嚴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)衡標準。

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、嵌入式稱重儀表、接線盒、稱重傳感器及機械稱重臺面。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?，信號信息由接線盒傳輸給嵌入式稱重表，這種稱重表能夠?qū)厝〉男盘栃畔⑦M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，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，而且精準度能夠達到 0．01% 。二是在稱重過程中為了能夠增強信號信息的準確性，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、力學結(jié)構(gòu)

靜態(tài)地磅稱重過程中獲得的結(jié)果精準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這些因素的影響，所以得出的信號信息是復雜而有沖擊性的，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 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，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)值進行，但是這兩種方式并不能有效地保證數(shù)值的精準度。

為了使數(shù)據(jù)計算的結(jié)果精準度高，就要將離散化方程式應用在動態(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)值精準度非常低。最終經(jīng)過反復實驗得出被稱重的車輛在行駛過程中應保持 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)地磅稱重精準度的確定建立在忽略動態(tài)車速基礎上，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，進一步實現(xiàn)我國交通管理的現(xiàn)代化模式，以適應時代發(fā)展與社會經(jīng)濟的號召。