CN102410866B - 一种车辆通行计重系统及车辆计重方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车辆通行计重系统及车辆计重方法，该车辆通行计重系统包括计重系统、车辆扫描系统、车速测量仪和计算机。车辆扫描系统安装于车辆驶上计重称台之前的车辆通道旁，分别记录车辆头部、尾部先后经过车辆扫描系统的时间。车辆的每个车轴轮驶上所述计重称台时，计重系统测量该车轴的轴重，并实时记录该车轴驶上、驶下计重称台的时间。车速测量仪安装于车辆通过所述计重称台附近，持续采集车辆速度。计算机，分别连接计重系统、车辆扫描系统、车速测量仪，接收和处理所连接设备的数据以及控制所连接设备。本发明准确测量每个车轴驶上、驶下计重秤台的瞬时加速度，便于车辆重量的补偿计算，使车辆准确计重。

Description

一种车辆通行计重系统及车辆计重方法

技术领域

 本发明涉及一种车辆通行计重系统及车辆计重方法。

背景技术

目前，我国高速公路收费站普遍使用了车辆动态称重系统，以载货类车辆的总重、轴重、轴型、胎型和行驶公里数确定收费数额；在车辆超限治理站、矿山称重站等地方，也都广泛使用了车辆动态称重系统，以检测车辆重量。在车辆动态称重系统的使用过程中，要求需要计重收费的车辆以低速且匀速通过计重称台，以达到计重的精度要求，但在实际使用中，大量出现了车辆高速、变速通过称台的情况，称重结果的精度大幅降低，有的误差超过30%，造成大量的纠纷事件，严重影响了称重和收费秩序。

目前市场上出现了检测车轴驶上称台到下称台一定距离的加速度，并根据加速度值进行车轴重量修正的设备（申请号：200910017774.4），但还是存在一定的缺陷：车辆的加速度在影响车轴称重结果的区域上，是在车轴驶上称台前一定时间到驶下称台之间，而不是上述专利中描述的在车轴驶上称台到驶下称台一定距离之间；车辆在前轴过称台时正向加速度会减轻轴重的计量结果，负向加速度会增加轴重的计量结果，影响后轴轴重计量结果的情况与前轴相反。上述专利中没有区分这一情况，使用同样一个公式，反而在一定程度上增大了误差；影响车轴称重误差的因素，除了上述专利中描述的轴重、速度、加速度外，还有车轴在车辆的位置、车辆总质量、车辆重心位置等关键因素，在上述专利中没有考虑进去，所以误差依旧很大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种车辆通行计重系统，它能够准确补偿因车辆在称重过程中的加速度对测量精度的影响。

为解决上述技术问题，本发明提出一种车辆通行计重系统，其特征在于包括：计重系统，包括计重称台、称重仪表，车辆的第K个车轴轮驶上所述计重称台时，所述称重仪表测量该车轴的轴重，并实时记录该车轴驶上所述计重称台时的时间T_k，以及驶下计重称台时的时间T_k′；所述计重称台安装于车辆通道上，

车辆扫描系统，安装于车辆驶上所述计重称台之前的车辆通道旁，用于分别记录车辆头部、尾部先后经过车辆扫描系统的时间T₀、T₀₀；

车速测量仪，安装于车辆通过所述计重称台附近，用于从T₀开始到T₀₀的时间内持续采集车辆速度，包括T_k、T_k′时的车辆速度；

计算机，分别连接所述计重系统、车辆扫描系统、车速测量仪，用于接收所述计重系统采集的轴重和T_k、T_k′时间数据，接收所述车辆扫描系统的T₀、T₀₀时间数据，向所述车速测量仪发出从T₀开始到T₀₀的时间内持续采集车辆速度的控制指令，并接收所述车速测量仪采集的车辆速度数据；计算车辆总重。

本发明同时还提供了上述的车辆通行计重系统的车辆计重方法，其特征在于，包括以下步骤：

所述车辆扫描系统分别记录车辆头部、尾部先后经过车辆扫描系统的时间T₀、T₀₀；

所述计算机控制所述车速测量仪从T₀开始到T₀₀的时间内持续采集车辆速度，

车辆的第K个车轴轮驶上所述计重称台时，所述称重仪表测量该车轴的轴重G_k，并实时记录该车轴驶上所述计重称台时的时间T_k，以及驶下计重称台时的时间T_k′；

所述计算机计算车辆总重为G=∑₁ ⁿG_k；k为1～n的整数，n代表被称重车辆的车轴数量；

所述计算机计算车辆的第K个车轴在（T_k-△t）至T_k′时间内的加速度a_k ；所述△t为预先设定时间；

所述计算机计算第K个车轴到车头前端的距离值L_k；

计算车辆的重心高度H=H0+△H，其中，H0是车辆空载时的重心高度,△H是车辆所载货物的重心高度，△H =(G-G0)*(H1-H0)/(G_m–G0),其中G0是车辆空载重量，G_m为车辆满载重量，H1为车辆限高；

计算车辆的重心到车头前端的距离值L_z=（∑₁ ⁿG_k*L_k）/G ；

步骤S1、设f₁、f₂……f_m、f_m+1……f_n为车辆因具有加速度而产生的对地面的额外压力，设该额外压力方向向下为正值，方向向上为负值；不失一般性，设第1～m个车轴位于车辆重心之前，第m+1～n个车轴位于车辆重心之后，则，

∑₁ ⁿ f_i=0                                          ①

f₁*L₁ +f₂*L₂ + … + f_k*L_k… + f_n*L_n=a_k*G*H               ②

f₁ /f₂ /……/f_m= (L_z-L₁)/(L_z-L₂)/……/(L_z-L_m)             ③

f_m+1 /f _m+2 /……/f_n=(L_m+1-L_z)/(L_m+2-L_z)/……/(L_n-L_z)         ④

式①、②中，i为1～n的整数,L_i为第i轴距离车头前端的距离；

若第k个车轴经过计称重台，车辆具有加速度a_k时，根据上述公式①～④，计算此时第k个车轴因加速度而产生的对计称重台的额外压力f_k；

修正第k个车轴的轴重G_k′为原轴重G_k减去额外压力f_k，即G_k′= G_k   - f_k ；

计算修正后的车辆总重G′=∑₁ ⁿG_k′。

进一步改进的，所述公式③、④进一步修正为： 

f₁ /f₂ /……/f_m=K₁ (L_z-L₁)/ K₂ (L_z-L₂)/……/K_m (L_z-L_m)        …⑤

f_m+1 /f _m+2 /……/f_n=K _m+1 (L_m+1-L_z) / K _m+2 (L_m+2-L_z)/……/K_n (L_n-L_z)…⑥

上式⑤和式⑥中，K₁、 K₂、…、K_n为车轴轮数因子，分别代表车轴序号为1、2、…、n的车轴上的单侧车轮数，n代表被称重车辆的车轴数量,车轴上的单侧车轮数为一个时，K₁、 K₂、…、K_n的取值为1，车轴上的单侧车轮数为两个时，K₁、 K₂、…、K_n在1.4～1.7的范围内取值；

根据上述公式①、②、⑤、⑥，计算此时第k个车轴因加速度而产生的对计称重台的额外压力f_k。

更加优化的，所述的车辆通行计重系统的车辆计重方法，其特征在于，还包括以下步骤：

步骤S2、判断，|G′-G|/ G′是否大于 G_d%，如果是，

计算L_z′=（∑₁ ⁿG_k′*L_k），将L_z′赋予步骤1中的L_z，然后用公式①②③④，或①②⑤⑥，重新计算额外压力f_k；

重新计算修正第k个车轴的轴重G_k′= G_k   - f_k ；

重新计算修正后的车辆总重G′=∑₁ ⁿG_k′；

返回步骤S2；

如果否，则跳出步骤S2。

最优的，所述的车辆通行计重系统的车辆计重方法，其特征在于，还包括以下步骤：

步骤S3、计算G″=G′+ ∑₁ ⁿ ka*V_k ^j   ，式中V_k是第k个轴经过计重称台时的速度，ka和j都是根据计重称台的型号不同而设置的一个常数， ka的取值范围为0～1，j的取值范围0～3；G″为再次修正后的车辆总重。

本发明通过计算车辆变速经过称台时，因加速度产生的每个车轴重量的偏差值，并对存在重量误差的车辆重量值进行补偿，可大幅提高车辆通行计重的精确度，并且测量速度快。本发明对于提高车辆通行计计重精度，减少公路桥梁的收费额的流失，优化收费环境具有推广应用的价值。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步具体说明。

图1为本发明车辆通行计重系统的结构示意图。

图2为本发明车辆通行计重过程中因加速度而对地面产生的额外压力示意图。

具体实施方式

如图1所示，车辆2进入计重称台4的行驶通道1，车辆扫描系统3安装在计重称台4之前的车辆通道旁，分别记录车辆头部、尾部先后经过车辆扫描系统的时间T₀、T₀₀；

计重称台4与称重仪表5相连，当车辆2的每个车轴驶上计重称台4时，计重称台4测量车辆每个车轴的重量G1、G2……Gn，称重仪表5记录每个车轴驶上计重台的时间T₁、T₂……T_n，及每个车轴驶下称台的时间T₁′、T₂′……T_n′；车辆的第K个车轴轮驶上所述计重称台时，所述称重仪表测量该车轴的轴重，并实时记录该车轴驶上所述计重称台时的时间T_k，以及驶下计重称台时的时间T_k′, k为1～n的整数。

车速测量仪6安装在计重称台4附近，从T₀开始到T₀₀的时间内持续采集车辆速度，包括T_k、T_k′时的车辆速度；并按照加速度公式a= dv/dt，计算车辆的每个车轴在（T_k-△t）至T_k′时间内的n个加速度a₁、a₂、…、a_k、…、a_n；所述△t为预先设定时间。

计算机7分别连接计重系统、车辆扫描系统、车速测量仪，接收所述计重系统采集的轴重和T_k、T_k′时间数据，接收所述车辆扫描系统的T₀、T₀₀时间数据，向所述车速测量仪发出从T₀开始到T₀₀的时间内持续采集车辆速度的控制指令，并接收所述车速测量仪采集的车辆速度数据；计算车辆总重。

本发明的工作过程如下： 

车辆扫描系统分别记录车辆头部、尾部先后经过车辆扫描系统的时间T₀、T₀₀；

计算机控制所述车速测量仪从T₀开始到T₀₀的时间内持续采集车辆速度，

车辆的第K个车轴轮驶上计重称台时，称重仪表测量该车轴的轴重G_k，并实时记录该车轴驶上计重称台时的时间T_k，以及驶下计重称台时的时间T_k′；

计算机计算车辆总重为G=∑₁ ⁿG_k；k为1～n的整数，n代表被称重车辆的车轴数量；

计算机计算车辆的第K个车轴在（T_k-△t）至T_k′时间内的加速度a_k ；所述△t为预先设定时间；

计算机计算第K个车轴到车头前端的距离值L_k；

计算机计算车辆的重心高度H=H0+△H，其中，H0是车辆空载时的重心高度,△H是车辆所载货物的重心高度，△H =(G-G0)*(H1-H0)/(G_m–G0),其中G0是车辆空载重量，G_m为车辆满载重量，H1为车辆限高；

计算车辆的重心到车头前端的距离值Lz=（∑₁ ⁿG_k*L_k）/G ；

步骤S1、参照图2，车辆可以看做是一个刚性物体，车辆的某轴在以一定加速度通过称重台时，在车辆重心处产生一个水平方向的惯性力a_k*G。如果该轴在车辆重心的前端，且加速度为正向，则由于车辆重心的惯性“滞后”效应，该轴对称重台的重力小于该轴在车辆匀速或静止时的正常重力，即，相当于因加速度产生一个对称重台的额外压力，该额外压力方向向上。同时，处在车辆重心的后端的轴，则由于车辆重心的惯性“滞后”效应，对称重台的重力大于该轴在车辆匀速或静止时的正常重力，即，相当于因加速度产生一个对地面的额外压力，该额外压力方向向下。因此，自车辆重心分界，车辆前部与后部承受的因加速度而对称台产生额外的压力方向是相反的。设f₁、f₂……f_m、f_m+1……f_n为车辆因具有加速度而产生的对地面的额外压力，设该额外压力方向向下为正值，方向向上为负值；不失一般性，设第1～m个车轴位于车辆重心之前，第m+1～n个车轴位于车辆重心之后，则，所有因加速度而对称台产生额外的压力的总和为0，如式①所示：

∑₁ ⁿ f_i=0                                          ①

以车头前端的下部为轴心，按照力矩的原理，列出上式②、③和式④；

f₁*L₁ +f₂*L₂ + … + f_k*L_k… + f_n*L_n=a_k*G*H               ②

f₁ /f₂ /……/f_m=K₁ (L_z-L₁)/ K₂ (L_z-L₂)/……/K_m (L_z-L_m)       ③

f_m+1 /f_m+2 /……/f_n=K _m+1 (L_m+1-L_z)/ K _m+2(L_m+2-L_z)/…/K_n (L_n-L_z)   ④

式①中，i为1～n的整数，L_i为第i轴距离车头前端的距离,式③、④中，K₁、 K₂、…、K_n为车轴轮数因子，分别代表车轴序号为1、2、…、n的车轴上的单侧车轮数，n代表被称重车辆的车轴数量。K值由于双轮的弹性相对较大，单轮的相对较小，所以设为不同的值。车轴上的单侧车轮数为一个时，K₁、 K₂、…、K_n的取值为1，车轴上的单侧车轮数为两个时，K₁、 K₂、…、K_n在1.4～1.7的范围内取值。

若第k个车轴经过计称重台，车辆具有加速度a_k时，根据上述公式①～④，计算此时第k个车轴因加速度而产生的对计称重台的额外压力f_k；

修正第k个车轴的轴重为原轴重减去额外压力f_k，即G_k′= G_k   - f_k ；

计算修正后的车辆总重G′=∑₁ ⁿG_k′。

步骤S2、判断，|G′-G|/ G′是否大于 G_d%，如果是，

计算L_z′=（∑₁ ⁿG_k′*L_k），将L_z′赋予步骤1中的L_z，然后用公式①②③④，或①②⑤⑥，重新计算额外压力f_k；

重新计算修正第k个车轴的轴重G_k′= G_k   - f_k ；

重新计算修正后的车辆总重G′=∑₁ ⁿG_k′；

返回步骤S2；

如果否，则跳出步骤S2。

步骤S3、计算G″=G′+ ∑₁ ⁿ ka*V_k ^j   ，式中V_k是第k个轴经过计重称台时的速度，ka和j都是根据计重称台的型号不同而设置的一个常数， ka的取值范围为0～1，j的取值范围0～3；G″为再次修正后的车辆总重。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，特别是以上内容都是按照载货汽车中车梁贯穿全车的整车、无并装多车轴的情况来分析的，其它如半挂车、全挂车以及并装多轴的情况用类似分析方法，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种车辆通行计重系统的车辆计重方法，包括:

计重系统，包括计重称台、称重仪表，车辆的第K个车轴轮驶上所述计重称台时，所述称重仪表测量该车轴的轴重，并实时记录该车轴驶上所述计重称台时的时间T_k，以及驶下计重称台时的时间T_k′；所述计重称台安装于车辆通道上，

车辆扫描系统，安装于车辆驶上所述计重称台之前的车辆通道旁，用于分别记录车辆头部、尾部先后经过车辆扫描系统的时间T₀、T₀₀；

车速测量仪，安装于车辆通过所述计重称台附近，用于从T₀开始到T₀₀的时间内持续采集车辆速度，包括T_k、T_k′时的车辆速度；

计算机，分别连接所述计重系统、车辆扫描系统、车速测量仪，用于接收所述计重系统采集的轴重和T_k、T_k′时间数据，接收所述车辆扫描系统的T₀、T₀₀时间数据，向所述车速测量仪发出从T₀开始到T₀₀的时间内持续采集车辆速度的控制指令，并接收所述车速测量仪采集的车辆速度数据；计算车辆总重；

其特征在于，包括以下步骤：

所述车辆扫描系统分别记录车辆头部、尾部先后经过车辆扫描系统的时间T₀、T₀₀；

所述计算机控制所述车速测量仪从T₀开始到T₀₀的时间内持续采集车辆速度，

车辆的第K个车轴轮驶上所述计重称台时，所述称重仪表测量该车轴的轴重G_k，并实时记录该车轴驶上所述计重称台时的时间T_k，以及驶下计重称台时的时间T_k′；

所述计算机计算车辆总重为G=∑₁ ⁿG_k，k为1～n的整数，n代表被称重车辆的车轴数量；

所述计算机计算车辆的第K个车轴在（T_k-△t）至T_k′时间内的加速度a_k；所述△t为预先设定时间；

所述计算机计算第K个车轴到车头前端的距离值L_k；

计算车辆的重心高度H=H0+△H，其中，H0是车辆空载时的重心高度,△H是车辆所载货物的重心高度，△H=(G-G0)*(H1-H0)/(G_m–G0),其中G0是车辆空载重量，G_m为车辆满载重量，H1为车辆限高；

计算车辆的重心到车头前端的距离值L_z=（∑₁ ⁿG_k*L_k）/G；

步骤S1、设f₁、f₂……f_m、f_m+1……f_n为车辆因具有加速度而产生的对地面的额外压力，设该额外压力方向向下为正值，方向向上为负值；不失一般性，设第1～m个车轴位于车辆重心之前，第m+1～n个车轴位于车辆重心之后，则，

∑₁ ⁿ f_i=0       ①

f₁*L₁+f₂*L₂+…+f_k*L_k…+f_n*L_n=a_k*G*H    ②

f₁/f₂/……/f_m=(L_z-L₁)/(L_z-L₂)/……/(L_z-L_m)    ③

f_m+1/f _m+2/……/f_n=(L_m+1-L_z)/(L_m+2-L_z)/……/(L_n-L_z)   ④

式①、②中，i为1～n的整数,L₁、L₂、…、L_n分别为第1、2、…、n轴距离车头前端的距离；

若第k个车轴经过计重称台，车辆具有加速度a_k时，根据上述公式①～④，计算此时第k个车轴因加速度而产生的对计重称台的额外压力f_k；

修正第k个车轴的轴重G_k′为原轴重G_k减去额外压力f_k，即G_k′=G_k-f_k；

计算修正后的车辆总重G′=∑₁ ⁿG_k′。

2.根据权利要求1所述的车辆通行计重系统的车辆计重方法，其特征在于，所述步骤S1中，公式③、④进一步修正为：

f₁/f₂/……/f_m=K₁(L_z-L₁)/K₂(L_z-L₂)/……/K_m(L_z-L_m)…⑤

f_m+1/f _m+2/……/f_n=K _m+1(L_m+1-L_z)/K _m+2(L_m+2-L_z)/……/K_n(L_n-L_z)…⑥

上式⑤和式⑥中，K₁、K₂、…、K_n为车轴轮数因子，分别代表车轴序号为1、2、…、n的车轴上的单侧车轮数，n代表被称重车辆的车轴数量,车轴上的单侧车轮数为一个时，K₁、K₂、…、K_n的取值为1，车轴上的单侧车轮数为两个时，K₁、K₂、…、K_n在1.4～1.7的范围内取值；

根据上述公式①、②、⑤、⑥，计算此时第k个车轴因加速度而产生的对计重称台的额外压力f_k。

3.根据权利要求1或2所述的车辆通行计重系统的车辆计重方法，其特征在于，还包括以下步骤：

步骤S2、判断，|G′-G|/G′是否大于G_d%，如果是，

计算L_z′=（∑₁ ⁿG_k′*L_k），将L_z′赋予步骤1中的L_z，然后用公式①②③④，或①②⑤⑥，重新计算额外压力f_k；

重新计算修正第k个车轴的轴重G_k′=G_k-f_k；

重新计算修正后的车辆总重G′=∑₁ ⁿG_k′；

返回步骤S2；

如果否，则跳出步骤S2。

4.根据权利要求3所述的车辆通行计重系统的车辆计重方法，其特征在于，还包括以下步骤：

步骤S3、计算G″=G′+∑₁ ⁿ ka*V_k ^j，式中V_k ^j是第k个轴经过计重称台时的速度，ka和j都是根据计重称台的型号不同而设置的一个常数，ka的取值范围为0～1，j的取值范围0～3；G″为再次修正后的车辆总重。

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