CN102288268A - 动态车辆称重方法 - Google Patents

Abstract

一种动态车辆称重方法，包括以下步骤：在路面埋设一压电传感器，汽车通过时车轮对压电传感器施加一负载由此产生一电信号，并将电信号传输至一信号处理系统，信号处理系统根据电信号的波形参数计算出所述负载的重量；还进一步包括以下步骤：对所述负载引发的电信号波形进行再采样，采样周期T_L＝L/S，其中L为传感器宽度，S为车速；根据每个采样点的电信号参数，计算出该点的负载值；将所有采样点的负载值进行叠加，计算出本次称重的总负载。本发明方法根据L/S的周期进行再采样，即等同于将负载分成若干与传感器等宽的分块，然后一块一块进行独立的测量，最后再叠加算出总负载，由于考虑了传感器宽度这一因素，整个称重方法更为精确。

Description

动态车辆称重方法

技术领域

本发明涉及一种道路机动车称重的方法，尤指一种在汽车行驶状态下的动态称重方法。

背景技术

随着国民经济的高速持续发展，我国的公路交通也迅猛发展，截止2007年底，我国收费公路总里程达10万公里，其中高速公路总里程5.36万公里，连同在建以及规划中的项目，到2020年我国高速公路通车里程将达到10万公里。随着《中华人民共和国道路交通安全法》的颁布和实施，加大了对机动车超载的处罚力度，这对车辆轴重称量的方式和精度提出了新的要求。传统的静态称重方式精度虽高，但是效率太低，干扰正常交通，易造成交通堵塞。所谓汽车动态称重(weigh-in-motion of vehicles)，就是在汽车行驶状态下进行称重，和静态称重相比，具有节省时间、效率高、不干扰正常交通等优点。

目前，压电式传感器已被证明是一种多功能的工具测量的各种程序，因此在动态汽车称重中已经得到了广泛的应用。压电动态称重系统包括铺设在路面上的压电传感器10和一个在路边控制箱中的信号处理系统20，整个系统图如图1所示。单一辆车辆的轮胎经过压电传感器10，车辆产生压力作用到传感器10上。结果就是，传感器10产生了和负载成比例的电流，电信号被传输至信号处理系统20进行分析计算得出本次称重的负载值。目前的分析处理方法主要包括：

方法1：基于峰值

这个方法在某些商业产品上进行应用，是一个很直接的方法。轴载重W直接采用电压峰值进行计算，如下所示，

w＝α*peak_signal_voltage(x_i)

在这里，peak_signal_voltage(x_i)是信号x(t)的峰值，α是校准因子，可以使用已知轴重进行标定。当然，很明显，这种方法的称重精度是非常低的，一般是用来进行一些要求不高的分类，例如，统计各类车辆的流量。

方法2：基于信号面积

这个轴重的计算方法在许多的商业产品上进行了应用。这个方法计算轴重采用信号曲线的覆盖区域和车速进行计算。重量W的计算方法如下：

$W=\frac{\mathrm{\α}\·S}{L}{\∫}_{t_1-\mathrm{\Δt}}^{t_2+\mathrm{\Δt}}(x\left(t\right)-b\left(t\right))\mathrm{dt}$

这里，L是传感器的宽度，α是校准因子，S是车辆速度，x(t)是负载信号，b(t)是空闲信号。测量精度直接取决于车辆的速度计算。车速可以通过两行的称重传感器的进行高精度的计算。这种方法需要进行标定，类似于峰值计算方法，决定α的数值；如图2所示为负载信号(x(t))波形曲线图，再获取到完整波形[t1，t2]后，我们一般需要做一个左右边界扩展Δt，最终进入计算步骤的波形数据时[t1-Δt，t2+Δt]，Δt和设定的阈值是成正比的，主要就是补偿相应的信号损失。上述方法中进行了积分，其实质是计算信号曲线下方区域的面积。

但是，在实际应用中传感器10是具有一定宽度的，如图3所示，假设负载是一个矩形块30，在传感器10上滑动矩形块30应具有和一个移动的车辆相同的效果，由于矩形块30慢慢移动，传感器10负载显然是期间传感器10宽度的一个叠加。因此，图2中信号线下的区域不是矩形块30的重量，除非传感器10宽度几乎等于零。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种新的动态车辆称重方法，可以实现在汽车行驶状态下的精确称重。

为解决上述技术问题，本发明提供一种动态车辆称重方法，包括以下步骤：在路面埋设一压电传感器，汽车通过时车轮对压电传感器施加一负载，压电传感器由此产生一电荷信号，并将电荷信号传输至一电荷放大器，电荷放大器将电荷信号转换为电压信号传递个一信号处理系统，信号处理系统根据电压信号的波形参数计算出所述负载的重量；该方法还进一步包括以下步骤：对所述负载引发的电压信号波形进行再采样(二次采样)，采样周期T_L＝L/S，其中L为传感器宽度，S为车速；根据每个采样点的电压信号参数，结合压电传感器的灵敏度和电荷放大器的增益比，计算出该点的负载值；将所有采样点的负载值进行叠加，计算出本次称重的总负载。

本发明的方法根据L/S的周期对波形进行再采样，即等同于将负载分成若干与传感器等宽的分块，然后一块一块进行独立的精确测量，最后再叠加算出总负载，由于考虑了传感器宽度这一因素，整个称重方法更为精确。

本发明的进一步改进在于，在路面左右两侧分别埋设一压电传感器，且所述两个压电传感器前后错开布置。在左右两侧分别埋设压电传感器可以测定汽车的偏载，而前、后错开埋设则可以精确测定该汽车行驶的速度。

本发明的进一步改进在于，以汽车行进方向为正方向，在位置靠前的压电传感器前方埋设一地感线圈，在位置靠后的压电传感器后方埋设一地感线圈。在压电传感器的前后都埋设地感线圈，可以测定汽车进入以及离开称重区域的时刻，用于区分称重的车辆。

附图说明

图1为现有的动态称重系统示意图；

图2为现有称重方法的波形曲线图；

图3为现有称重方法的模拟图；

图4为本发明动态称重系统示意图；

图5为本发明动态称重方法的模拟图；

图6为本发明动态称重方法的波形曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

首先参阅图4所示，本发明动态称重系统包括埋设于路面上的压电传感器11、12和一个在路边控制箱中的信号处理系统20，所述压电传感器11、12与信号处理系统20保持电连接，作为本发明的较佳实施方式，压电传感器11、12分别埋设于路面左右两侧，这样可以分别测定汽车左右两侧的负载从而确定汽车偏载量，并且将两个压电传感器11、12前后错开布置，这样可以测定车轮通过前后压电传感器11、12的时间从而确定汽车速度；作为本发明的另一较佳实施例，以汽车行进方向为正方向，在位置靠前的压电传感器11前方埋设一地感线圈41，在位置靠后的压电传感器12后方埋设一地感线圈42，上游的地感线圈41探测车辆进入检测区域，下游的地感线圈42检测车辆的离开，这样可用以区分称重的车辆。

当汽车通过时车轮对压电传感器11、12施加一负载，压电传感器11、12由此产生一电荷信号，并将所述电荷信号传输至电荷放大器，电荷发达器将电荷信号转换为电压信号传递个信号处理系统20，在信号处理系统20中产生如图6所示的波形曲线，然后根据该电信号的波形参数计算出负载的重量，具体计算方法如下：

1.首先对电信号波形进行再采样，采样周期T_L＝L/S，其中L为压电传感器的宽度，S为车速，其中各采样点为：

[t₁-Δt+T_L，t₁-Δt+2T_L，...，t₁-Δt+NT_L]；

如图5所示，假设负载是一个矩形块30，上述采样的步骤即相当于将矩形块30分成N个与压电传感器等宽的分块，其中：

$N=\frac{t_2-t_1+2\mathrm{\Δt}}{T_L};$

2.然后根据每个采样点的电信号参数，计算出对应该点的负载值，该步骤即相当于图5中矩形块30慢慢移动，每个分块依次经过压电传感器，分别计算每个分块的重量，使用的公式为：

$W_j=\frac{X_j}{\mathrm{\γ}\·G}$

W_j是第j片的重量，γ是压电传感器的灵敏度，G是电荷放大器的增益比例；

2.将所有采样点的负载值进行叠加，计算出本次称重的总负载：

$W=\frac{1}{\mathrm{\γ}\·G}\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(x_j-b_j)$

本发明的称重方法由于考虑了传感器宽度这一因素，整个称重方法更为精确。

Claims (3)

1.一种动态车辆称重方法，包括以下步骤：

在路面埋设一压电传感器，汽车通过时车轮对压电传感器施加一负载，压电传感器由此产生一电荷信号，并将电荷信号传输至一电荷放大器，电荷放大器将电荷信号转换为电压信号传递个一信号处理系统，信号处理系统根据电压信号的波形参数计算出所述负载的重量；其特征在于所述方法还进一步包括以下步骤：

对所述负载引发的电压信号波形进行二次采样，采样周期T_L＝L/S，其中L为传感器宽度，S为车速；

根据每个采样点的电压信号参数，结合压电传感器的灵敏度和电荷放大器的增益比，计算出该点的负载值；

将所有采样点的负载值进行叠加，计算出本次称重的总负载。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于在路面左右两侧分别埋设一压电传感器，且所述两个压电传感器前后错开布置。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：以汽车行进方向为正方向，在位置靠前的压电传感器前方埋设一地感线圈，在位置靠后的压电传感器后方埋设一地感线圈。

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