CN103900670A - 车辆衡及其计量方法 - Google Patents

Abstract

一种车辆衡及其计量方法，其中在车辆衡的上下秤端各安装有一个轴识别装置，轴识别装置安装在车辆衡上，包括支撑台及其下方的轴识别传感器。轴识别传感器分为两组，车辆正向行驶时首先受力的一组称为上轴识别传感器组，另一组称为下轴识别传感器组。轴识别传感器的重量输出信号分别传输到控制装置，经控制装置处理后，上轴识别传感器的输出形成上轴信号，下轴识别传感器的输出形成下轴信号。控制装置根据上轴信号及下轴信号的时序关系判断车辆行驶方向、倒轴及倒车，从而获得轴数。另外，根据上轴识别传感器组和下轴识别传感器组之间的距离，以及上轴信号和下轴信号之间的时间，即可计算出轴速。轴重根据车辆衡的重量变化获得。

Description

车辆衡及其计量方法

技术领域

本发明涉及车辆衡及其计量方法，尤其涉及电子车辆衡及其计量方法。

背景技术

在港口及公路超载超限等领域，需要在仪表或计算机上得到整车重量外，还需要知道车辆的轴重、轴数，用来分析汽车货物装载情况、轴重是否超限，保障车辆行驶安全及道路保护。而一般的整车计量的车辆衡只能提供整车重量，无法实现过衡车辆轴数、轴重的判断，同时也无法判断车辆在车辆衡上是否倒轴或倒车。倒轴和倒车在高速公路超载超限是必须要解决的，由于超载超限除了需要知道车辆衡总重外，还需要准确知道轴数、轴重，否则就会引起公路收费站和被收费人之间争议，产生矛盾。

目前一般轴识别器和车辆衡是分开独立安装，不是和汽车衡一体，容易损坏，不易维护。即便有轴识别装置安装在车辆衡上，也是简单计轴数，无法判断倒轴、倒车。

发明内容

本发明的目的在于提供一种车辆衡及其计量方法，其具有计轴数、轴重及判倒轴倒车功能。

为实现所述目的的车辆衡，其特点是，包括在车辆衡的秤体上安装的轴识别装置；轴识别装置安装在车辆衡的秤体上，包括支撑台及其下方的轴识别传感器；各轴识别装置的轴识别传感器分为两组，车辆正向行驶时首先受力的一组称为上轴识别传感器组，另一组称为下轴识别传感器组；轴识别传感器的重量输出信号分别传输到控制装置，经控制装置处理后，上轴识别传感器的输出形成上轴信号Sm，下轴识别传感器的输出形成下轴信号S’m，控制装置根据上轴信号Sm及下轴信号S’m的时序关系判断行驶方向、倒轴及倒车，从而获得轴数，另外，根据上轴识别传感器组和下轴识别传感器组轴线之间的距离，以及上轴信号和下轴信号之间的时间，计算出轴速，并根据车辆衡的重量变化获得轴重。

所述的车辆衡的较佳实施例中，在车辆衡秤体的上秤侧和/或下秤侧安装有所述轴识别装置。

所述的车辆衡的较佳实施例中，轴识别装置由秤体的端板固定支撑，该端板设置在该秤体的车辆上秤侧和/或下秤侧。

所述的车辆衡的较佳实施例中，所述轴识别装置的支撑台具有一个、2个或多个台面。

所述的车辆衡的较佳实施例中，所述台面其一端通过1个、2个或多个轴识别传感器支撑在车辆衡的秤体上，另一端固定在车辆衡的秤体的端板上。

所述的车辆衡的较佳实施例中，所述台面的两端都使用轴识别传感器支撑。

一种所述的车辆衡的计量方法，其特点是，包括以下步骤：

A）判断是否有倒轴

设上轴信号为Sm，下轴信号为S’m，m为大于1的整数，则车辆向前行驶时，轴识别装置产生的波形的正常时序为SmS’m，若波形的时序存在S’mSm，则说明发生了倒轴，通过计算S’mSm的个数，得到倒轴数为Q；

B）判断轴数

控制装置实时计算车辆通过时SmS’m及S’mSm的总个数T，减去倒轴数Q，得到车辆实际轴数M，M=K-Q；

C）计算轴重

轴重由车辆衡的重量变化获得，由控制器对整秤重量输出波形进行处理，

从第i轴完全上秤后到第（i+1）轴上秤前，在整秤重量输出信号中寻找并建立相应的波形平坦区，设平坦区包含n个点，每个点的重量分别为Wi1、Wi2……Win，计算Wi=(Wi1+Wi2+…+Win)/n，其中i为整数，1≤i≤k(k为车辆总轴数)，Wi即为第i个轴完全上秤后到第（i+1）轴上秤前的整秤重量数据，则第1轴的重量为Z1=W1，第2车轴的重量为Z2=W2-W1，……第j轴的重量为Zj=Wj-W(j-1)，2≤j≤k，整车重量为Wk。

所述的计量方法的较佳实施例中，Sm或S’m的信号宽度时间即为车轴通过轴识别装置的时间，假设该信号宽度为T，上轴识别传感器和下轴识别传感器之间的距离为L，则第m车轴的轴速＝（L/T）＊q，其中T＝a/f，f为所述控制装置对信号S’m或Sm的采样频率，a为在T内的S’m或Sm采样个数，q为速度修正系数。

附图说明

图1是本发明实施例中车辆衡的平面图。

图2是本发明实施例中车辆衡的左视图。

图3是图2中A处的局部放大视图。

图4是本发明实施例中车辆衡的各传感器布局原理的侧视图。

图5是本发明实施例中车辆衡的各传感器布局原理的平面图。

图6是本发明实施例中控制装置的原理图。

图7显示本发明实施例中控制装置的信号处理原理，为一辆四轴车正常通过车辆衡的时序波形图。

图8显示本发明实施例中控制装置的信号处理原理，为一辆五轴车正常通过车辆衡的时序波形图。

具体实施方式

如图1、图4、图5所示，在车辆衡1的秤体左侧增加轴识别装置2，也可以在位于车辆衡上秤端和下秤端分别安装轴识别装置2。轴识别装置2的工作原理与车辆衡1的工作原理相似，其包括支撑台22（相当于秤体）和设置在支撑台22下方的轴识别传感器231、232（相当于重量传感器）。轴识别装置2是由车辆衡1的秤体10固定支撑。如图2和图3所示，轴识别装置2与车辆衡1的连接方式采用螺栓24固定，在轴识别装置2的支撑台22的中间开孔，车辆衡1的秤体的端板中间的安装座23上焊有带螺纹孔的圆形座，利用螺栓24直接将轴识别装置2与汽车衡1的支撑端板23连接固定，采用机械防松装置。车辆在上秤过程中先压到轴识别装置2，通过轴识别装置2的传感器感应信号来计算和判断轴数和轴重。

如图6所示，车辆衡1还包括控制装置3，控制装置3接收轴识别传感器231、232以及重量传感器12的输出信号。

如图5所示，轴识别装置2的轴识别传感器231、232分为两组，一组为上轴识别传感器231，另一组为下轴识别传感器232，车辆在上秤时先驶过上轴识别传感器231，上轴识别传感器231先输出峰值，随后车辆驶过下轴识别传感器232，以使下轴识别传感器232输出峰值。

图4和图5为各传感器布置图，其显示了轴识别传感器和车辆衡传感器的逻辑位置，图7为控制装置3的信号处理原理图，它表示了一辆四轴车正常通过车辆衡的时序波形图，其中横坐标为时间轴，以采样点数表示，即表示第一转换通道310或者第二转换通道312或第三转换通道323的信号采样点数，纵坐标为重量（这里不是实际重量，需要乘比例因子），图7下部波形表示轴识别传感器的信号（上轴信号、下轴信号），图7上部波形表示车辆衡传感器的重量信号，图7清楚地显示了两者的对应时序关系。参照图4、5和图6，将轴识别装置的上轴识别传感器231的一组信号称为上轴信号，用Sm表示；将下轴识别传感器232的一组信号称为下轴信号，用Sm’表示，这里m为大于等于1的整数。

正常过车时，车辆从图5的左侧驶上车辆衡1，一根车轴通过轴识别装置2会产生2个信号Sm和S'm。图7中，t1、t2、t3及t4分别表示轴1、轴2、轴3及轴4的上秤时刻。轴1上秤通过轴识别装置2时，顺次产生上轴信号S1（由上轴识别传感器231产生）及下轴信号S′1（由下轴识别传感器232产生），同时在车辆衡上产生重量信号W1。由于S1在前，S′1在后，说明轴1为正向过车，轴数加1。同时，控制装置3判别出t1和t2间整车重量信号的平坦区，利用滤波算法就可以得到整车重量W1，即轴1的轴重Z1。

同样，轴2上秤时，会在轴识别装置2上产生上轴信号S2及下轴信号S'2，同时在车辆衡上产生整车重量W2。由于S2在前，S'2在后，说明轴2为正向过车，轴数加1。同时，控制装置3判别出t2和t3间整车重量信号的平坦区，利用滤波算法就可以得到整车重量W2，轴2的重量Z2=W2-W1。以此类推，即可得到轴3的重量Z3=W3-W2，轴4的重量Z4=W4-W3，而车辆的总重W_总=W4。

图6中控制装置3的信号处理流程如下。所有传感器231的信号通过第一转换通道310合成一个信号输出到轴识别处理组件31的微控器314，所有传感器232的信号通过第二转换通道232合成一个信号输出到微控器314，微控器314则将上轴信号Sn的有无、下轴信号Sn’的有无通过数据总线传递到主控器33。同样的，重量传感器12的信号输出到接线盒35（某些型号的重量传感器可省略接线盒），接线盒35再将各重量信号经第三转换通道323合成为一个重量信号输出到车辆衡称重组件32的微控器324，微控器324再将重量信号传递到主控器33，主控器33根据收到的上轴信号、下轴信号以及重量信号及其信号的时序关系进行后述步骤的处理。

1）计算轴数、轴重和总重

假设整车重量的波动不超过5个e时就认为是平坦区，其中e为车辆衡的分度值，设e=20kg，那么只要取t1和t2间重量波动在±5e，即±100kg范围内的数据。

计算W1=(W11+W12+W13+…+W1n)/n

W1：第一轴轴重

W11，W12，···，W1n：波形平坦区重量数据

n：重量数据个数

同理，可以根据S2和S2’、S3和S3’、S4和S4’判断出第2、3、4轴，也就是这辆车为四轴车，同时可以计算出第2、3、4轴的在车辆衡上时的重量W2、W3、W4；此时：

第二轴重量=W2-W1；

第三轴重量=W3-W2；

第四轴重量=W4-W3；

整车重量=W4

2）计算轴速

按照图5和图7可以看出，S1或S1’的信号宽度时间基本就等于车轴通过轴识别装置2的时间，假设该信号宽度为T，同侧的传感器231和传感器232之间的距离为L，则，

轴1的轴速=（L/T）＊K

T=n/f

f：轴识别处理单元板采样频率

n：轴识别装置信号S1或S1’的采样个数

K：速度修正系数，K可以通过实验来确定（例如可以通过已知轴速和车辆轴速带入前面的公式而确定）

同理，可以计算得到轴2、轴3、轴4的轴速。

3）判倒轴和倒车

参照图8，车辆第一轴上衡后又倒车下衡，然后再正常过秤。此时轴识别装置2产生的完整波形时序为：S1S1’S2’S2S3S3’S4S4’S5S5’S6S6’。参照图5，由于S表示上轴信号，S’表示下轴信号，正常时序必须先有S，然后产生S’信号，若先有S’再有S信号，就表明有倒轴情况产生。所以，控制装置3可以判断S1S1’S2’S2为轴1上秤后又倒车下秤，实际需要的信号为S3S3’S4S4’S5S5’S6S6’，可以判断轴数为4，不会产生多轴现象，无需将车辆全部退出车辆衡再上衡重称。其余计算可以参见上面1）和2）部分。

按前述实施例可知，假设一辆四轴车通过轴识别装置2，完整波形时序为：S1S1’S2S2’S3S3’S4S4’，若上车辆衡后完全倒车，则整个波形为S1S1’S2S2’S3S3’S4S4’S5’S5S6’S6S7’S7S8’S8,控制装置3记录为进轴1、进轴2、进轴3、进轴4、倒轴1、倒轴2、倒轴3、倒轴4，根据该信号，判断为全倒车，仪表自动删除该笔数据，等待下次称重。

轴识别装置2亦可以安装在车辆衡下秤端使用，起到计下秤轴数的作用，同样可判断倒轴，即车轴下秤后又倒车上秤的现象，处理方法同上。

在整个计重收费实施方案中，还须结合光幕、地感线圈等其它设备，能满足超载超限计重收费、港口码头、无人值守称重等领域的需要。

Claims (8)

1.一种车辆衡，其特征在于，包括在车辆衡的秤体上安装的轴识别装置；轴识别装置安装在车辆衡的秤体上，包括支撑台及其下方的轴识别传感器；各轴识别装置的轴识别传感器分为两组，车辆正向行驶时首先受力的一组称为上轴识别传感器组，另一组称为下轴识别传感器组；轴识别传感器的重量输出信号分别传输到控制装置，经控制装置处理后，上轴识别传感器的输出形成上轴信号Sm，下轴识别传感器的输出形成下轴信号S’m，控制装置根据上轴信号Sm及下轴信号S’m的时序关系判断行驶方向、倒轴及倒车，从而获得轴数，另外，根据上轴识别传感器组和下轴识别传感器组轴线之间的距离，以及上轴信号和下轴信号之间的时间，计算出轴速，并根据车辆衡的重量变化获得轴重。

2.如权利要求1所述的车辆衡，其特征在于，在车辆衡秤体的上秤侧和/或下秤侧安装有所述轴识别装置。

3.如权利要求1所述的车辆衡，其特征在于，轴识别装置由秤体的端板固定支撑，该端板设置在该秤体的车辆上秤侧和/或下秤侧。

4.如权利要求3所述的车辆衡，其特征在于，所述轴识别装置的支撑台具有一个、2个或多个台面。

5.如权利要求4所述的车辆衡，其特征在于，所述台面其一端通过1个、2个或多个轴识别传感器支撑在车辆衡的秤体上，另一端固定在车辆衡的秤体的端板上。

6.如权利要求4所述的车辆衡，其特征在于，所述台面的两端都使用轴识别传感器支撑。

7.一种如权利要求1所述的车辆衡的计量方法，其特征在于，包括以下步骤：

A）判断是否有倒轴

设上轴信号为Sm，下轴信号为S’m，m为大于1的整数，则车辆向前行驶时，轴识别装置产生的波形的正常时序为SmS’m，若波形的时序存在S’mSm，则说明发生了倒轴，通过计算S’mSm的个数，得到倒轴数为Q；

B）判断轴数

控制装置实时计算车辆通过时SmS’m及S’mSm的总个数T，减去倒轴数Q，得到车辆实际轴数M，M=K-Q；

C）计算轴重

轴重由车辆衡的重量变化获得，由控制器对整秤重量输出波形进行处理，

从第i轴完全上秤后到第（i+1）轴上秤前，在整秤重量输出信号中寻找并建立相应的波形平坦区，设平坦区包含n个点，每个点的重量分别为Wi1、Wi2……Win，计算Wi=(Wi1+Wi2+…+Win)/n，其中i为整数，1≤i≤k(k为车辆总轴数)，Wi即为第i个轴完全上秤后到第（i+1）轴上秤前的整秤重量数据，则第1轴的重量为Z1=W1，第2车轴的重量为Z2=W2-W1，……第j轴的重量为Zj=Wj-W(j-1)，2≤j≤k，整车重量为Wk。

8.如权利要求7所述的计量方法，其特征在于，Sm或S’m的信号宽度时间即为车轴通过轴识别装置的时间，假设该信号宽度为T，上轴识别传感器和下轴识别传感器之间的距离为L，则第m车轴的轴速＝（L/T）＊q，其中T＝a/f，f为所述控制装置对信号S’m或Sm的采样频率，a为在T内的S’m或Sm采样个数，q为速度修正系数。

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