CN101767538A - 行驶中的机动车辆载荷测量方法 - Google Patents

Abstract

行驶中的机动车辆载荷测量方法，涉及一种载荷测量方法。提供一种行驶中的机动车辆载荷测量装置和行驶中的机动车辆载荷测量方法。载荷测量装置设有加速度传感器、带通滤波器、频谱分析仪、A/D转换器、中央处理器、显示器、报警器和发送器。对车辆的固有频率和载荷关系进行测量，得到载荷与车辆的固有频率的关系；显示器显示当前车辆的载荷量，若行驶中车辆超载，报警器发出报警信号，发送器向管理中心发送信息，车辆停止行驶。载荷的测量是通过测量振动信号得到，无需停车，在运动中即可获得载荷信息。通过测量车辆振动信号，得到振动频率等与载荷相关的信息，直接显示当前车辆的载荷量，设备简单，方法简便，准确、可靠。

Description

行驶中的机动车辆载荷测量方法

技术领域

本发明涉及一种载荷测量方法，尤其是涉及一种行驶中的机动车辆载荷测量方法。

背景技术

机动车辆超载会导致刹车失灵，给乘员的生命财产造成隐患。对城市公交，进行载荷测量及控制超载，可以实现对公交运营的管理。对货车进行载荷测量，实现对载荷的控制，意义更加重大。对混合动力汽车，超载关系到车辆的正常运行，因此需要对载荷进行测量。

目前较为常用的载荷测量方法主要有：

地秤，由监管部门执行，存在人为因素，不可靠；

胎压载荷测量，器件不过关，测量信号读取等技术有待突破；

应用在悬架系统帖应变片或压电晶片测载荷，测量不准确，安装不方便，干扰因素多。如更改悬架状态而安装载荷测量传感器，存在安全隐患，是不允许的。

李志春([1]、李志春.城市公交客车振动测试采集系统研究[J].武汉理工大学学报，2009(14)：117-121)报道了城市公交客车振动测试采集系统研究。葛振华等([2]、葛振华，施展.车辆振动测试系统研究[J].数据采集与处理，2008(23)：200-204)报道了车辆振动测试系统研究。

因此开发方便、准确、可靠的载荷测量方法，对实现车辆超载的监控具有特别重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的行驶中的机动车辆载荷测量方法存在的不足，提供一种行驶中的机动车辆载荷测量装置和行驶中的机动车辆载荷测量方法。

本发明所述行驶中的机动车辆载荷测量装置设有加速度传感器、带通滤波器、频谱分析仪、A/D转换器、中央处理器、显示器、报警器和发送器，加速度传感器输出端接带通滤波器输入端，带通滤波器输出端接频谱分析仪，频谱分析仪的输出信号端接A/D转换器输入端，A/D转换器输出端接中央处理器输入端口，中央处理器的输出端口接显示器输入端、报警器和发送器，加速度传感器用于获取机动车辆的振动信号，带通滤波器滤除电磁干扰、高频噪声和工频串扰等信号，频谱分析仪对机动车辆的振动信号进行功率谱分析和能谱分析，并提取机动车辆固有频率振动信号，中央处理器将提取的机动车辆振动固有频率与标定曲线相比较，得到机动车辆的载荷，显示器用于显示当前机动车辆的载荷量，若行驶中机动车辆超载，报警器发出报警信号，随之发送器向管理中心发送信息，制动装置开始工作，电动机停止工作，机动车辆停止行驶。

本发明所述行驶中的机动车辆载荷测量方法包括以下步骤：

1)对机动车辆的固有频率和载荷关系进行测量，得到载荷与机动车辆的固有频率的关系方程式；

2)将振动信号测试仪安放在驾驶室，显示器显示当前机动车辆的载荷量，若行驶中机动车辆超载，报警器发出报警信号，随之发送器向管理中心发送信息，制动装置开始工作，电动机停止工作，机动车辆停止行驶。

与现有的行驶中的机动车辆载荷测量方法相比，本发明具有以下突出优点：

1)载荷的测量方法是通过测量振动信号得到的，无需停车，在运动中即可获得载荷信息。

2)通过测量车辆振动信号，得到振动频率等与载荷相关的信息，直接显示当前机动车辆的载荷量，设备简单，测量方法简便，测量准确、可靠。可以作为一个独立的系统加装在机动车辆上，实现载荷信息获取，同时以载荷信息来管理车辆运营，控制超载车辆，杜绝超载车辆运行。

附图说明

图1为本发明实施例所述行驶中的机动车辆载荷测量装置的结构组成原理框图。

图2为车辆振动的物理模型(不考虑轮胎)。

图3为考虑充气轮胎的弹性影响，车辆振动的物理模型。

具体实施方式

以下实施例将结合附图对本发明作进一步说明。

参见图1，本发明所述行驶中的机动车辆载荷测量装置设有加速度传感器1、带通滤波器2、频谱分析仪3、A/D转换器4、中央处理器5、显示器6、超载报警器7和发送器8，加速度传感器1输出端接带通滤波器2输入端，带通滤波器2输出端接频谱分析仪3，频谱分析仪3的输出信号端接A/D转换器4输入端，A/D转换器4输出端接中央处理器5输入端口，中央处理器5的输出端口接显示器6输入端、报警器7、发送器8和机动车辆上的ABS防抱制动系统微电脑。加速度传感器1用于获取机动车辆的振动信号，带通滤波器2滤除电磁干扰、高频噪声和工频串扰等信号，频谱分析仪3对机动车辆的振动信号进行功率谱分析和能谱分析，并提取机动车辆固有频率振动信号，中央处理器5将提取的机动车辆振动固有频率与标定曲线相比较，得到机动车辆的载荷，显示器6用于显示当前机动车辆的载荷量，若行驶中机动车辆超载，超载报警器7发出报警信号，随之发送器8向管理中心发送信息，制动装置开始工作，电动机停止工作，机动车辆停止行驶。

不计轮胎的弹性环节，可以将机动车辆的振动简化为如图2所示的模型，其中每1个悬架(共4个悬架)都可以简化为一个弹簧和一个阻尼器，共有4组并联。

如果考虑轮胎的弹性振动环节，则振子简化模型如图3所示。

振子的振动数学模型可简化为：

$m\stackrel{\·\·}{x}\left(t\right)+c\stackrel{\·}{x}\left(t\right)+\mathrm{kx}\left(t\right)=0$

$\stackrel{\·\·}{x}\left(t\right)+2\mathrm{\ξ}{\mathrm{\ω}}_n\stackrel{\·}{x}\left(t\right)+{{\mathrm{\ω}}^2}_{n}x\left(t\right)=0$

式中：

${\mathrm{\ω}}_n=\sqrt{\frac{k}{m}},\mathrm{\ξ}=\frac{c}{2m{\mathrm{\ω}}_n}=\frac{c}{2\sqrt{\mathrm{mk}}}$

由于车辆的悬架系统的刚度系数一般随载荷不同而变化，因此要想得到运行中车辆的载荷先要对车辆进行标定，得到K与载荷的关系。

通过振动信号的测量，可以得到车辆在一定载荷下的频率，通过与标定曲线比较，即可知在某一频率时车辆的载荷。

使用时，先对机动车辆的固有频率和载荷关系进行测量，得到载荷与机动车辆的固有频率的关系方程式；再将振动信号测试仪(可采用一般的商用振动信号测试仪，包括传感器、信号采集、记录和处理系统等)与车体刚性连接在一起，将行驶中车辆的振动信号采集下来；其次，对采集的振动信号进行分析、处理，包括电子滤波和信号A/D转换，频谱分析等，最后得到车辆振动的固有频率；显示器显示当前机动车辆的载荷量，若行驶中机动车辆超载，报警器发出报警信号，随之发送器向管理中心发送信息，制动装置开始工作，电动机停止工作，机动车辆停止行驶。

本发明通过对车辆加载已知载荷的方法，对车辆的不同载荷状态下的刚度系数和阻尼系数进行标定，同时得到该载荷状态下的振动圆频率；将测得的圆频率和标定的圆频率所对应的载荷比较，即可知车辆载荷的大小；将载荷的具体数值输出到行车状态LED显示器上显示，并与允许的载荷相比较，如果超载，则输出超载的报警信号，同时以此信号输出给ABS防抱制动系统微电脑以使汽车停止行驶。

Claims (2)

1.行驶中的机动车辆载荷测量装置，其特征在于设有加速度传感器、带通滤波器、频谱分析仪、A/D转换器、中央处理器、显示器、报警器和发送器，加速度传感器输出端接带通滤波器输入端，带通滤波器输出端接频谱分析仪，频谱分析仪的输出信号端接A/D转换器输入端，A/D转换器输出端接中央处理器输入端口，中央处理器的输出端口接显示器输入端、报警器和发送器。

2.行驶中的机动车辆载荷测量方法，其特征在于使用如权利要求1所述行驶中的机动车辆载荷测量装置，测量方法包括以下步骤：

1)对机动车辆的固有频率和载荷关系进行测量，得到载荷与机动车辆的固有频率的关系方程式；

2)将振动信号测试仪安放在驾驶室，显示器显示当前机动车辆的载荷量，若行驶中机动车辆超载，报警器发出报警信号，随之发送器向管理中心发送信息，制动装置开始工作，电动机停止工作，机动车辆停止行驶。

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