CN107063159A - 利用支反力动态识别车辆轴重、轴距和速度的方法及系统 - Google Patents

利用支反力动态识别车辆轴重、轴距和速度的方法及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN107063159A
CN107063159A CN201710030594.4A CN201710030594A CN107063159A CN 107063159 A CN107063159 A CN 107063159A CN 201710030594 A CN201710030594 A CN 201710030594A CN 107063159 A CN107063159 A CN 107063159A
Authority
CN
China
Prior art keywords
vehicle
support reaction
wheelbase
time
msubsup
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710030594.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107063159B (zh
Inventor
邓露
何维
肖强
聂磊
王维
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hunan University
Original Assignee
Hunan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hunan University filed Critical Hunan University
Priority to CN201710030594.4A priority Critical patent/CN107063159B/zh
Publication of CN107063159A publication Critical patent/CN107063159A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107063159B publication Critical patent/CN107063159B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01GWEIGHING
    • G01G19/00Weighing apparatus or methods adapted for special purposes not provided for in the preceding groups
    • G01G19/02Weighing apparatus or methods adapted for special purposes not provided for in the preceding groups for weighing wheeled or rolling bodies, e.g. vehicles
    • G01G19/03Weighing apparatus or methods adapted for special purposes not provided for in the preceding groups for weighing wheeled or rolling bodies, e.g. vehicles for weighing during motion
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/16Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring distance of clearance between spaced objects
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/64Devices characterised by the determination of the time taken to traverse a fixed distance

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Vehicle Body Suspensions (AREA)

Abstract

本发明公开了一种利用支反力动态识别车辆轴重、速度和轴距的方法及系统,该方法包括,在主体结构上部署动态识别模块,当车辆经过主体结构时动态识别模块采集作用力数据;对动态识别模块采集的作用力数据进行计算得到支反力及支反力时程;通过支反力时程所对应的时程曲线识别车轴对应的突变,获取车辆轴数和车辆各轴驶上和离开主体结构的时间点;通过驶上和离开主体结构的时间点和支反力时程计算支反力名义值及车辆速度;通过支反力名义值及车辆速度分别计算车辆轴重和轴距。本发明利用一套系统实现车辆轴重、轴距和速度的识别功能,既可对慢速行驶的车辆称重,也可对快速行驶的车辆进行称重,结构简单,安装方便且有较高的识别精度和稳定性。

Description

利用支反力动态识别车辆轴重、轴距和速度的方法及系统
技术领域
本发明涉及车辆动态称重,尤其涉及利用支反力动态识别车辆轴重、速度和轴距的方法及系统。
背景技术
交通结构主题的使用期长达几十年、甚至上百年,在环境侵蚀、材料老化、荷载的长期效应和疲劳效应、灾害因素的突变效应等共同作用下将不可避免地导致结构系统的损伤积累和抗力衰减,极端情况下可能引发灾难性的突发事故。因此,为了保障结构的安全性、完整性和耐久性,已建成使用的交通结构主体急需采用有效的手段来监测和评估其损伤程度及安全状态,而车辆的轴重和轴距是交通结构主题健康监测中重要的参数。
目前对车辆进行称重的主要方法有:
传统地磅,该方式识别效率低,车辆需停车或以极低速度行驶,只能识别车辆总重,不能识别车辆单轴轴重,并且需设置专门称重站;
路面式动态称重系统(Pavement weight-in-motion,PWIM),包括弯板式、压电石英式等。该方式安装维护不方便,需中断交通,使用寿命低;另外车辆正常行驶的跳动对识别精度影响较大且不易控制;
桥梁动态称重系统(Bridge weigh-in-motion,BWIM),该类系统一般需要由两套装置协同工作以达到识别车辆重量的功能:一套装置用于识别车辆速度和轴距,另一套装置用于识别车辆轴重。用于识别车辆速度和轴距的技术主要有传统的磁带式或风压管式路面轴距识别装置和非路面式车轴探测传感器(Free-of-axle-detector,FAD)两类。用于识别车辆轴重的技术一般为Moses方法或基于其改进的方法,这类方法通过在桥梁上安装应变传感器,利用测得的桥梁弯曲应变计算车辆轴重/总重。
但BWIM也存在一定的局限性:
现有的磁带式或压感觉式轴距识别装置,由于其安装方式需要在路面/桥面开挖后安装传感器,因此仍存在使用寿命低和安装维护需要中断交通等缺点。
现有的FAD传感器,由于其安装在桥梁下方,因此解决了磁带式或压感式装置寿命低的缺点,因而FAD技术已逐步替代了传统的磁带式或压感式装置。但商用经验表明,FAD传感器对车辆横向行驶位置很敏感,即车辆行驶位置的改变可能导致识别结果精度下降,甚至无法识别(即使用桥梁局部响应识别车轴,受车辆横向加载位置影响);此外,FAD传感器在应用于结构长度较短的桥梁或具有次级结构的桥梁(如正交异性板桥)时具有较好的效果,但对于其它类型桥梁其识别精度较差。
现有BWIM技术使用桥梁弯曲应变进行车轴轴重识别,因此仅适用于以受弯为主要受力形式的梁桥或含有以受弯为主要受力形式的次级结构的桥梁(如正交异性板桥梁)。此外,通过桥梁弯曲应变计算结构内力时需要考虑结构材料属性和截面属性,而结构材料属性和截面属性无法避免地具有一定的随机性,因此将导致计算所用的数值模型具有一定的误差,且该误差无法彻底消除,从而导致识别得到的车辆轴重的可靠精度降低。
针对上述情况,需提出一种利用支反力动态识别车辆轴重、轴距的方法及其系统,以解决传统技术安装维护不方便,需中断交通,使用寿命低,识别精度局限性较大且易产生误差的问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种利用支反力动态识别车辆轴重、轴距的方法及其系统,以解决传统技术安装维护不方便,需中断交通,使用寿命低,识别精度局限性较大且易产生误差的现的技术问题。
为实现上述目的,本发明提供了利用支反力动态识别车辆轴重、速度和轴距的方法,包括以下步骤:
S1:在主体结构上部署动态识别模块,当车辆经过所述主体结构时所述动态识别模块采集作用力数据。
S2:对所述动态识别模块采集的作用力数据进行计算得到支反力及支反力时程。
S3:通过所述支反力时程所对应的时程曲线识别车轴对应的突变,获取车辆轴数和车辆各轴驶上和离开主体结构的时间点。
S4:通过所述驶上和离开主体结构的时间点和所述支反力时程计算支反力名义值及车辆速度。
S5:通过所述支反力名义值及所述车辆速度分别计算车辆轴重和轴距。
步骤S1包括:
S101:在主体结构P端和Q端分别安装NP和NQ个称重传感器。
S102:将各称重传感器的信号输出端连接到动态数据采集单元的输入端,将动态数据采集单元的输出端连接到计算模块。
步骤S2包括:
S201:从T0=0时刻开始采集数据,共进行K次数据采集。
S202:记录Tk=k·Ts(k=1,2,...,K)时刻动态识别系统采集的P端和Q端的各称重传感器的作用力分别为其中TS为采样频率。
S203:根据采集所得的作用力计算端支反力和支反力时程:
k时刻P端的支反力为P端的支反力时程为向量FP={FP·1,FP·2,...,FP·K}T
k时刻Q端的支反力为Q端的支反力时程为向量FQ={FQ·1,FQ·2,...,FQ·K}T
步骤S3中:
通过信号分析方法获取时程曲线发生突变的时刻记为 记为则车辆轴数为NA,车辆各轴驶上主体结构的时刻为车辆各轴离开主体结构的时刻为
步骤S4包括:
S401:通过S3获取的时间点按时间先后排序得到一个序列利用得到的新序列将车辆车轴与主体结构接触的全部时间分割为2NA-1个时间区段并获取时间区段内与主体结构接触的车轴集合其中FP上发生突变的时刻点记为FQ上发生突变的时刻为NA为车辆轴数,j=1,2,...,2NA-1。
S402:获得任意时间区段内总支反力名义值
S403:利用获取的NA组时刻值可计算得到NA个识别速度值,记为集合V,对集合V中的元素进行数据处理可得vI
本发明S5计算车辆轴重的方式为:其中轴重向量矩阵I={Ij,i}为元素全为0或1的2NA-1行NA列矩阵,其元素由下面规则确定:对于任意车轴Ai和j∈{1,2,...,2NA-1},若则Ij,i=1,否则Ij,i=0。
本发明S5计算车辆轴距的方式为:若车辆轴数NA≤1,则不存在轴距,否则根据所述车速,计算得到两组待选轴距值:
其中,i为车辆车轴序数,代表车辆的第i个车轴,通过已知车辆进行校验,从两组待选轴距值取与真实的车轴轴距更接近的一组待选轴距值,或者取两组待选轴距值的平均值,作为识别的轴距值,记为
车辆总重由下式确定:
本发明还提供了一种利用支反力动态识别车辆轴重、速度和轴距的系统,包括:
数据采集模块:用于采集在主体结构上部署的动态识别模块,当车辆经过时采集的作用力数据。
第一计算模块:用于对动态识别系统采集模块采集的作用力数据进行计算得到支反力及支反力时程。
第二计算模块:用于通过支反力时程所对应的时程曲线识别车轴对应的突变,获取车辆轴数和车辆各轴驶上和离开主体结构的时间点。
第三计算模块:用于通过所述驶上和离开主体结构的时间点和支反力时程计算支反力名义值及车辆速度。
第四计算模块:用于通过支反力名义值及车辆速度分别计算车辆轴重和轴距。
第一计算模块包括:
第一单元:用于从T0=0时刻开始采集数据,共进行K次数据采集。
第二单元:用于记录Tk=k·Ts(k=1,2,...,K)时刻动态识别系统采集的P端和Q端的各称重传感器的作用力分别为其中TS为采样频率。
第三单元:用于根据采集所得的作用力计算端支反力和支反力时程:
k时刻P端的支反力为P端的支反力时程为向量FP={FP·1,FP·2,...,FP·K}T
k时刻Q端的支反力为Q端的支反力时程为向量FQ={FQ·1,FQ·2,...,FQ·K}T
第二计算模块中:
通过信号分析方法获取时程曲线发生突变的时刻记为 记为则车辆轴数为NA,车辆各轴驶上主体结构的时刻为车辆各轴离开主体结构的时刻为
第三计算模块包括:
第四单元:用于通过S3获取的时刻按时间先后排序得到一个序列,利用得到的新序列将车辆车轴与主体结构接触的全部时间分割为2NA-1个时间区段以及时间区段内与主体结构接触的车轴集合。
第五单元:用于获得任意时间区段内总支反力名义值
第六单元:用于利用获取的NA组时刻值可计算得到NA个识别速度值,记为集合V,对集合V中的元素进行数据处理可得vI
第四计算模块包括:
第七单元:用于计算车辆轴重的方式为:其中轴重向量矩阵I={Ij,i}为元素全为0或1的2NA-1行NA列矩阵;
第八单元:用于计算车辆轴距的方式为:若车辆轴数NA≤1,则不存在轴距,否则根据车速,计算得到两组待选轴距值:
其中,i为车辆车轴序数,代表车辆的第i个车轴,通过已知车辆进行校验,从两组待选轴距值取与真实的车轴轴距更接近的一组待选轴距值,或者取两组待选轴距值的平均值,作为识别的轴距值,记为
则车辆总重由下式确定:
本发明具有以下有益效果:
本发明可同时实现对车辆轴数的识别、对车辆轴重的识别、对车辆轴距的识别和对车辆行驶速度的识别,并通过识别的轴数、轴重和轴距对车辆进行分型。本发明既可以对慢速的车辆称重,也可以对快速行驶的车辆称重,利用车载时的结构响应时程中的大量数据对车重进行估计,抗结构振动影响和其它外部干扰能力强,车辆无需静止或减速,识别精度和稳定性高。本发明的系统建构简单,既可新建称重主体受力结构,也可直接利用已有公路桥梁或在既有地磅等称重设备上进行功能扩展;安装方便,安装于受力结构下部(地磅或桥梁的支座),无需在公路路面或桥面安装传感器。传感器不直接承受汽车荷载,耐久性好,使用寿命长。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外,本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图,对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1是本发明利用支反力动态识别车辆轴重、速度和轴距的方法流程图;
图2是本发明实施例的应用场景和称重主体受力结构示意图;
图3是本发明实施例的支反力时程曲线仿真示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明,但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
参见图1,本发明的利用支反力动态识别车辆轴重、速度和轴距的方法,包括以下步骤:
S1:在主体结构上部署动态识别模块,当车辆经过主体结构时动态识别模块采集作用力数据。
S2:对动态识别系统采集模块采集的作用力数据进行计算得到支反力及支反力时程。
S3:通过支反力时程所对应的时程曲线识别车轴对应的突变,获得车辆轴数和车辆各轴驶上和离开主体结构的时刻。
S4:通过所述驶上和离开主体结构的时刻和支反力时程计算支反力名义值及车辆速度。
S5:通过支反力名义值及车辆速度分别计算车辆轴重和轴距。
将动态识别系统部署在主体结构上,当车辆经过主体结构时,动态识别系统将其所受到的拉/压力转化为数字信号后输出。计算模块根据接收到的信号数据计算支反力时程并得到相应的支反力时程曲线。根据支反力时程曲线的突变可以得到车辆驶入主体结构和离开主体结构的时间以及车辆的轴数。通过车辆驶入离开主体结构的时间和对应时刻的支反力时程计算可得车辆的支反力名义值和车辆的速度,通过支反力名义值和速度计算出车辆轴重和轴距,并通过轴重计算出车辆总重。
通过上述步骤,能对快速行驶的车辆进行轴数、轴重、速度和总重进行识别,当然也可以对慢速的车辆进行上述识别,具有传统动态称重系统的功能,通过轴数、轴重和轴距对车辆进行分型。
参见图2,在实际应用中,S1部署的步骤为:
S101:在主体结构P端和Q端分别安装NP和NQ个称重传感器。
S102:将各称重传感器的信号输出端连接到动态数据采集单元的输入端,将动态数据采集单元的输出端连接到计算机。
在主体结构的P端和Q端分别安装NP和NQ个称重传感器,所谓的主体结构为车辆通行的简支梁结构,包括公路简支桥梁,地磅等,主体结构P端和Q端一般选择为主体结构入口和出口的下部,如地磅和桥梁的支座。称重传感器的信号输出端连接到动态数据采集单元的输入端,称重传感器和动态数据采集单元均含有A/D转换模块、且通常具有信号放大、低通滤波等功能。称重传感器将其所受到的拉/压力转换为电信号输出到动态数据采集系统再由动态数据采集单元将该电信号转化为数字信号输出到计算模块进行后续计算。
该动态识别模块构成简单,既可新建称重主体受力结构,也可直接利用已有公路桥梁或在既有地磅等称重设备上进行功能扩展,且传感器都安装于受力结构下部,无需在公路路面或桥面安装传感器。传感器不直接承受汽车荷载,耐久性好,使用寿命长。
本发明S2包括以下步骤:
S201:从T0=0时刻开始采集数据,共进行K次数据采集。
S202:记录Tk=k·Ts(k=1,2,...,K)时刻动态识别系统采集的P端和Q端的各称重传感器的作用力分别为其中TS为采样周期。
S203:根据采集所得的作用力计算端支反力和支反力时程:
k时刻P端的支反力为P端的支反力时程为向量FP={FP·1,FP·2,...,FP·K}T
k时刻Q端的支反力为Q端的支反力时程为向量FQ={FQ·1,FQ·2,...,FQ·K}T
以TS为采样周期从T0时刻开始进行K次数据采集,记录每次采样时刻称重传感器采集的作用力数据,分别计算P端和F端的支反力和支反力时程。从支反力时程曲线上识别车轴对应的突变,可获得车辆轴数和车辆驶入和驶出主体结构的时刻。
本发明S3中:
通过信号分析方法获取时程曲线发生突变的时刻记为 记为则车辆轴数为NA,车辆各轴驶上主体结构的时刻为车辆各轴离开主体结构的时刻为
对时程曲线FP、FQ关于时间求差分,然后对差分曲线进行峰值/谷值分析,最后提取差分曲线上的局部峰值/谷值对应的时刻,即得
本发明中的信号分析方法不限于上述方法,使用其他求解的方法均应包含在本发明的保护范围之内。
本发明S4包括以下步骤:
S401:通过S3获取的时间点按时间先后排序得到一个序列利用得到的新序列将车辆车轴与主体结构接触的全部时间分割为2NA-1个时间区段并获取时间区段内与主体结构接触的车轴集合其中FP上发生突变的时刻点记为FQ上发生突变的时刻记为NA为车辆轴数,j=1,2,...,2NA-1
S402:获得任意时间区段内总支反力名义值
S403:利用获取的NA组时刻值可计算得到NA个识别速度值,记为集合V,对集合V中的元素进行数据处理可得vI
将获得的时刻点序列中的元素按时间先后进行排序,得到一个新序列利用得到的新序列将车辆车轴与主体结构接触的全部时间分割为2NA-1个时间区段其中j=1,2,...,2NA-1。
获得任意时间区段内与主体结构接触的车轴集合由下式确定:
获得任意时间区段内梁总支座反力名义值:
对于时间区段若kj+1-kj≤1,则梁总支座反力名义值为若kj+1-kj>1,此时间段内,采集的梁总支座反力时程为
当有两个轴发生了这样的情况:一个轴到达主体结构左支座,同时另一个轴到达主体结构右支座,这段时间过短,其梁总支座反力名义值对轴重计算没有意义,即kj+1-kj≤1时,梁总支座反力名义值为
梁总支座反力名义值由下述方法之一得出:
梁总支座反力名义值取梁总支座反力时程的线性组合,即
其中ck为任意实数且不全为0,且当ck均为1时,是梁总支座反力时程的平均值。
梁总支座反力名义值取梁总支座反力时程的线性组合的N阶矩,即
其中ck为任意实数且不全为0,N为大于0的任意实数,且当ck均为1,N=2时,是梁总支座反力时程的有效值。
取梁总支座反力时程中的若干个元素的中位数,即:
其中,NE为计算时所取元素的个数。
可以根据实际调试结果确定效果最优的方法并根据最优计算方法支反力名义值。
利用获取的NA组时刻值可计算得到NA个识别速度值,记为集合V:
其中,vi为第i个识别速度值,L为梁PQ的纵向长度;
对集合V中的元素进行数据处理可得vI,所述数据处理方法为以下三者之一:
取V中的若干个元素的平均值,即:
取V中的若干个元素的有效值,即:
取V中的若干个元素的中位数,即:
其中,NE为从V中任取若干个元素进行计算时元素的个数。
可以根据实际调试结果确定效果最优的方法并根据最优计算方法计算速度值。
通过上述方法,求得支反力名义值和车辆速度,是计算车辆轴重和轴距的先决条件。
本发明中S5计算车辆轴重的方式为:其中轴重向量矩阵I={Ij,i}为元素全为0或1的2NA-1行NA列矩阵,其元素由下面规则确定:对于任意车轴Ai和j∈{1,2,...,2NA-1},若则Ij,i=1,否则Ij,i=0。
本发明中S5计算车辆轴距的方式为:若车辆轴数NA≤1,则不存在轴距,否则根据所述车速,计算得到两组待选轴距值:
其中,i为车辆车轴序数,代表车辆的第i个车轴,通过已知车辆进行校验,从两组待选轴距值取与真实的车轴轴距更接近的一组待选轴距值,或者取两组待选轴距值的平均值,作为识别的轴距值,记为
车辆总重由下式确定:
通过上述方法,可以求得车辆的轴重、总重、速度和轴距,可通过轴重、总重和轴距对车辆进行分型。
在上述方法的同一原理的基础上,本发明的利用支反力动态识别车辆轴重、速度和轴距的系统,包括:
数据采集模块:用于采集在主体结构上部署的动态识别模块,当车辆经过时采集的作用力数据。
第一计算模块:用于对动态识别系统采集模块采集的作用力数据进行计算得到支反力及支反力时程。
第二计算模块:用于通过支反力时程所对应的时程曲线识别车轴对应的突变,获取车辆轴数和车辆各轴驶上和离开主体结构的时间点。
第三计算模块:用于通过所述驶上和离开主体结构的时间点和支反力时程计算支反力名义值及车辆速度。
第四计算模块:用于通过支反力名义值及车辆速度分别计算车辆轴重和轴距。
该系统既可对慢速行驶的车辆进行称重,也可对快速行驶的车辆进行称重,能快速地识别车辆轴重、轴距和速度,从而对车辆进行分型。本系统结构简单,既可新建称重主体受力结构,也可直接利用已有公路桥梁或在既有地磅等称重设备上进行功能扩展。安装方便,动态识别模块安装于受力结构下部(地磅或桥梁的支座),无需在公路路面或桥面安装,使用寿命长,又具有良好的识别精度和稳定性。
在实际应用中,本系统的第一计算模块包括:
第一单元:用于从T0=0时刻开始采集数据,共进行K次数据采集。
第二单元:用于记录Tk=k·Ts(k=1,2,...,K)时刻动态识别系统采集的P端和Q端的各称重传感器的作用力分别为其中TS为采样频率。
第三单元:用于根据采集所得的作用力计算端支反力和支反力时程:
k时刻P端的支反力为P端的支反力时程为向量FP={FP·1,FP·2,...,FP·K}T
k时刻Q端的支反力为Q端的支反力时程为向量FQ={FQ·1,FQ·2,...,FQ·K}T
第二计算模块包括:
第四单元:用于通过信号分析方法获取时程曲线发生突变的时刻FP记为FQ记为则车辆轴数为NA,车辆各轴驶上主体结构的时刻为车辆各轴离开主体结构的时刻为
第五单元:用于对时程曲线FP、FQ关于时间求差分,然后对差分曲线进行峰值/谷值分析,最后提取差分曲线上的局部峰值/谷值对应的时刻,即得
本系统的第三计算模块包括:
第六单元:用于通过S3获取的时间点按时间先后排序得到一个序列利用得到的新序列将车辆车轴与主体结构接触的全部时间分割为2NA-1个时间区段并获取时间区段内与主体结构接触的车轴集合其中FP上发生突变的时刻点为记FQ上发生突变的时刻为NA为车辆轴数,j=1,2,...,2NA-1。
第七单元:获得任意时间区段内总支反力名义值
第八单元:用于利用获取的NA组时刻值可计算得到NA个识别速度值,记为集合V,对集合V中的元素进行数据处理可得vI
第四计算模块包括:
第九单元:用于计算车辆轴重的方式为:其中轴重向量矩阵I={Ij,i}为元素全为0或1的2NA-1行NA列矩阵;
第十单元:用于计算车辆轴距的方式为:若车辆轴数NA≤1,则不存在轴距,否则根据车速,计算得到两组待选轴距值:
其中,i为车辆车轴序数,代表车辆的第i个车轴,通过已知车辆进行校验,从两组待选轴距值取与真实的车轴轴距更接近的一组待选轴距值,或者取两组待选轴距值的平均值,作为识别的轴距值,记为
则车辆总重由下式确定:
该系统可用称重传感器/测力支座作为公路简支桥梁支座,利用桥梁作为称重平台,并连接动态数据采集系统和计算机实验所述功能也可利用既有地磅(汽车衡)主体结构及传感器,并连接动态数据采集系统和计算机实验所述功能。
参见图3,图3为3轴车经过20m跨径主体结构时的支反力时程曲线仿真示意图,通过图中对应的突变可以确定车轴为3轴。通过驶上和离开主体结构的时间点和支反力时程计算支反力名义值及车辆速度,支反力名义值及车辆速度分别计算车辆轴重和轴距。
本发明对主体结构长度没有限制,但主体结构长度不应小于车辆程度。且本发明目前只考虑主体结构上多个车道同时最多只有一辆车的情况,不能考虑多车道同时有车辆行驶的情况,因此最适宜应用于单车道的主体结构。
综上可知,本发明既可对慢速行驶的车辆进行称重,也可对快速行驶的车辆进行称重,具有传统动态称重系统的功能,并且具有车辆轴数、轴重、总重、速度和轴距识别的功能,可以根据识别的轴数、轴距和轴重对车辆进行分型。本发明利用车辆加载时的结构响应时程中的大量数据对车重进行估计,抗结构振动影响和其它外部干扰能力强,车辆无需静止或减速,识别精度和稳定性高,且结构简单,既可新建称重主体受力结构,也可直接利用已有公路桥梁或在既有地磅等称重设备上进行功能扩展。又因为该系统的传感器安装于受力结构下部(地磅或桥梁的支座),无需在公路路面或桥面安装传感器。传感器不直接承受汽车荷载,耐久性好,使用寿命长。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.利用支反力动态识别车辆轴重、速度和轴距的方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:在主体结构上部署动态识别模块,当车辆经过所述主体结构时所述动态识别模块采集作用力数据;
S2:对所述动态识别模块采集的作用力数据进行计算得到支反力及支反力时程;
S3:通过所述支反力时程所对应的时程曲线识别车轴对应的突变,获取车辆轴数和车辆各轴驶上和离开主体结构的时间点;
S4:通过所述车辆各轴驶上和离开主体结构的时间点和所述支反力时程计算支反力名义值及车辆速度;
S5:通过所述支反力名义值及所述车辆速度分别计算车辆轴重和轴距。
2.根据权利要求1所述的利用支反力动态识别车辆轴重、速度和轴距的方法,其特征在于,所述步骤S1包括:
S101:在主体结构驶入端P端和驶出端Q端分别安装NP和NQ个称重传感器,P端和Q端之间的距离为L;
S102:将各称重传感器的信号输出端连接到动态数据采集单元的输入端,将动态数据采集单元的输出端连接到计算模块。
3.根据权利要求2所述的利用支反力动态识别车辆轴重、速度和轴距的方法,其特征在于,所述步骤S2包括:
S201:从T0=0时刻开始采集数据,共进行K次数据采集;
S202:记录Tk=k·Ts时刻动态识别系统采集的P端和Q端的各称重传感器的作用力分别为其中k=1,2,...,K,TS为采样频率;
S203:根据采集所得的作用力计算端支反力和支反力时程:
k时刻P端的支反力为P端的支反力时程为向量FP={FP·1,FP·2,...,FP·K}T
k时刻Q端的支反力为Q端的支反力时程为向量FQ={FQ·1,FQ·2,...,FQ·K}T
4.根据权利要求3所述的利用支反力动态识别车辆轴重、速度和轴距的方法,其特征在于,所述步骤S3中:
通过信号分析方法获取时程曲线发生突变的时刻记为 记为则车辆轴数为NA,车辆各轴驶上主体结构的时刻为车辆各轴离开主体结构的时刻为
5.根据权利要求4所述的利用支反力动态识别车辆轴重、速度和轴距的方法,其特征在于,所述步骤S4包括:
S401:通过S3获取的时间点按时间先后排序得到一个序列利用得到的新序列将车辆车轴与主体结构接触的全部时间分割为2NA-1个时间区段并获取时间区段内与主体结构接触的车轴集合其中FP上发生突变的时刻点记为FQ上发生突变的时刻记为NA为车辆轴数,j=1,2,...,2NA-1;
S402:获得任意时间区段内总支反力名义值
S403:利用获取的NA组时刻值计算得到NA个识别速度值,记为集合V,对集合V中的元素进行数据处理得vI
6.根据权利要求4所述的利用支反力动态识别车辆轴重、速度和轴距的方法,其特征在于,所述S5计算车辆轴重的方式为:其中轴重向量矩阵I={Ij,i}为元素全为0或1的2NA-1行NA列矩阵。
7.根据权利要求4所述的利用支反力动态识别车辆轴重、速度和轴距的方法,其特征在于,所述S5计算车辆轴距的方式为:若车辆轴数NA≤1,则不存在轴距,否则根据所述车速,计算得到两组待选轴距值:
<mrow> <msup> <mi>S</mi> <mi>P</mi> </msup> <mo>=</mo> <mo>{</mo> <msubsup> <mi>S</mi> <mi>i</mi> <mi>P</mi> </msubsup> <mo>|</mo> <msubsup> <mi>S</mi> <mi>i</mi> <mi>P</mi> </msubsup> <mo>=</mo> <msup> <mi>v</mi> <mi>I</mi> </msup> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msubsup> <mi>t</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>P</mi> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>t</mi> <mi>i</mi> <mi>P</mi> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <mo>,</mo> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mn>2</mn> <mo>,</mo> <mo>...</mo> <mo>,</mo> <msub> <mi>N</mi> <mi>A</mi> </msub> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>}</mo> </mrow>
<mrow> <msup> <mi>S</mi> <mi>Q</mi> </msup> <mo>=</mo> <mo>{</mo> <msubsup> <mi>S</mi> <mi>i</mi> <mi>Q</mi> </msubsup> <mo>|</mo> <msubsup> <mi>S</mi> <mi>i</mi> <mi>Q</mi> </msubsup> <mo>=</mo> <msup> <mi>v</mi> <mi>I</mi> </msup> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msubsup> <mi>t</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>Q</mi> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>t</mi> <mi>i</mi> <mi>Q</mi> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <mo>,</mo> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mn>2</mn> <mo>,</mo> <mo>...</mo> <mo>,</mo> <msub> <mi>N</mi> <mi>A</mi> </msub> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>}</mo> </mrow>
其中,i为车辆车轴序数,代表车辆的第i个车轴,通过已知车辆进行校验,从两组待选轴距值取与真实的车轴轴距更接近的一组待选轴距值,或者取两组待选轴距值的平均值,作为识别的轴距值,记为
8.根据权利要求5所述的利用支反力动态识别车辆轴重、速度和轴距的方法,其特征在于,车辆总重由下式确定:
<mrow> <mi>G</mi> <mi>V</mi> <mi>W</mi> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <msub> <mi>N</mi> <mi>A</mi> </msub> </munderover> <msub> <mi>G</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>.</mo> </mrow>
9.利用支反力动态识别车辆轴重、速度和轴距的系统,其特征在于,包括:
数据采集模块:用于采集在主体结构上部署的动态识别模块,当车辆经过时采集的作用力数据;
第一计算模块:用于对动态识别系统采集模块采集的作用力数据进行计算得到支反力及支反力时程;
第二计算模块:用于通过支反力时程所对应的时程曲线识别车轴对应的突变,获取车辆轴数和车辆各轴驶上和离开主体结构的时间点;
第三计算模块:用于通过所述驶上和离开主体结构的时间点和支反力时程计算支反力名义值及车辆速度;
第四计算模块:用于通过支反力名义值及车辆速度分别计算车辆轴重和轴距。
10.根据权利要求9所述的利用支反力动态识别车辆轴重、速度和轴距的系统,其特征在于,所述第一计算模块包括:
第一单元:用于从T0=0时刻开始采集数据,共进行K次数据采集;
第二单元:用于记录Tk=k·Ts时刻动态识别系统采集的P端和Q端的各称重传感器的作用力分别为其中k=1,2,...,K,TS为采样频率;
第三单元:用于根据采集所得的作用力计算端支反力和支反力时程:
k时刻P端的支反力为P端的支反力时程为向量FP={FP·1,FP·2,...,FP·K}T
k时刻Q端的支反力为Q端的支反力时程为向量FQ={FQ·1,FQ·2,...,FQ·K}T
所述第二计算模块中:
通过信号分析方法获取时程曲线发生突变的时刻记为 记为则车辆轴数为NA,车辆各轴驶上主体结构的时刻为车辆各轴离开主体结构的时刻为
11.根据权利要求9所述的利用支反力动态识别车辆轴重、速度和轴距的系统,其特征在于,所述第三计算模块包括:
第四单元:用于通过第二计算模块获取的时间点按时间先后排序得到一个序列利用得到的新序列将车辆车轴与主体结构接触的全部时间分割为2NA-1个时间区段并获取时间区段内与主体结构接触的车轴集合其中FP上发生突变的时刻点记为FQ上发生突变的时刻记为NA为车辆轴数,j=1,2,...,2NA-1;
第五单元:用于获得任意时间区段内总支反力名义值
第六单元:用于利用获取的NA组时刻值计算得到NA个识别速度值,记为集合V,对集合V中的元素进行数据处理得vI
所述第四计算模块包括:
第七单元:用于计算车辆轴重的方式为:其中轴重向量矩阵I={Ij,i}为元素全为0或1的2NA-1行NA列矩阵;
第八单元:用于计算车辆轴距的方式为:若车辆轴数NA≤1,则不存在轴距,否则根据所述车速,计算得到两组待选轴距值:
<mrow> <msup> <mi>S</mi> <mi>P</mi> </msup> <mo>=</mo> <mo>{</mo> <msubsup> <mi>S</mi> <mi>i</mi> <mi>P</mi> </msubsup> <mo>|</mo> <msubsup> <mi>S</mi> <mi>i</mi> <mi>P</mi> </msubsup> <mo>=</mo> <msup> <mi>v</mi> <mi>I</mi> </msup> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msubsup> <mi>t</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>P</mi> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>t</mi> <mi>i</mi> <mi>P</mi> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <mo>,</mo> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mn>2</mn> <mo>,</mo> <mo>...</mo> <mo>,</mo> <msub> <mi>N</mi> <mi>A</mi> </msub> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>}</mo> </mrow>
<mrow> <msup> <mi>S</mi> <mi>Q</mi> </msup> <mo>=</mo> <mo>{</mo> <msubsup> <mi>S</mi> <mi>i</mi> <mi>Q</mi> </msubsup> <mo>|</mo> <msubsup> <mi>S</mi> <mi>i</mi> <mi>Q</mi> </msubsup> <mo>=</mo> <msup> <mi>v</mi> <mi>I</mi> </msup> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msubsup> <mi>t</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>Q</mi> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>t</mi> <mi>i</mi> <mi>Q</mi> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <mo>,</mo> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mn>2</mn> <mo>,</mo> <mo>...</mo> <mo>,</mo> <msub> <mi>N</mi> <mi>A</mi> </msub> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>}</mo> </mrow>
其中,i为车辆车轴序数,代表车辆的第i个车轴,通过已知车辆进行校验,从两组待选轴距值取与真实的车轴轴距更接近的一组待选轴距值,或者取两组待选轴距值的平均值,作为识别的轴距值,记为
则车辆总重由下式确定:
<mrow> <mi>G</mi> <mi>V</mi> <mi>W</mi> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <msub> <mi>N</mi> <mi>A</mi> </msub> </munderover> <msub> <mi>G</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>.</mo> </mrow> 3
CN201710030594.4A 2017-01-16 2017-01-16 利用支反力动态识别车辆轴重、轴距和速度的方法及系统 Active CN107063159B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710030594.4A CN107063159B (zh) 2017-01-16 2017-01-16 利用支反力动态识别车辆轴重、轴距和速度的方法及系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710030594.4A CN107063159B (zh) 2017-01-16 2017-01-16 利用支反力动态识别车辆轴重、轴距和速度的方法及系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107063159A true CN107063159A (zh) 2017-08-18
CN107063159B CN107063159B (zh) 2019-09-03

Family

ID=59599294

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710030594.4A Active CN107063159B (zh) 2017-01-16 2017-01-16 利用支反力动态识别车辆轴重、轴距和速度的方法及系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107063159B (zh)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107393312A (zh) * 2017-08-22 2017-11-24 湖南大学 一种识别桥上行驶车辆车轴和速度的方法和系统
CN109883528A (zh) * 2017-12-06 2019-06-14 北京万集科技股份有限公司 车辆轴数的获取方法、装置、存储介质及处理器
CN109916491A (zh) * 2019-03-05 2019-06-21 湖南大学 一种识别移动车辆轴距、轴重和总重的方法和系统
CN111771106A (zh) * 2018-02-22 2020-10-13 莫图斯计量公司 确定车辆重量的装置及其方法
CN111982258A (zh) * 2019-05-24 2020-11-24 北京万集科技股份有限公司 称重设备及方法
CN112504414A (zh) * 2020-11-27 2021-03-16 湖南大学 基于非接触式测量桥梁动挠度的车辆动态称重方法及系统
CN112665695A (zh) * 2020-12-16 2021-04-16 四川农业大学 一种基于桥梁横向应变的车轴信息识别预警方法及系统
CN113029312A (zh) * 2021-02-26 2021-06-25 上海兰德公路工程咨询设计有限公司 基于球状支座的桥梁通过车辆的轴重检测方法
CN113567027A (zh) * 2021-08-10 2021-10-29 尹恒 一种道路超荷载等级工况监测方法及系统
CN114046864A (zh) * 2021-10-29 2022-02-15 北京万集科技股份有限公司 车辆轴数确定方法及装置

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11232586A (ja) * 1998-02-18 1999-08-27 Omron Corp 車輪間隔算出装置
CN1821726A (zh) * 2005-02-17 2006-08-23 欧姆龙株式会社 轴重测量装置、轴重测量系统及测量精度的监视方法
CN102628708A (zh) * 2012-04-11 2012-08-08 中铁大桥局集团武汉桥梁科学研究院有限公司 用于正交异性桥面板钢箱梁桥的车辆荷载动态称重方法
KR101231791B1 (ko) * 2012-08-31 2013-02-08 한국해양대학교 산학협력단 강교량 수직보강재의 응답특성을 이용한 차량중량 계측 시스템
CN203464988U (zh) * 2013-09-06 2014-03-05 长沙学院 一种车辆动态称重和车速检测装置
WO2014089591A1 (en) * 2012-12-13 2014-06-19 Universität Wien Method for measuring a moving vehicle
CN105651338A (zh) * 2016-03-01 2016-06-08 湖南大学 用于桥梁的车轴识别方法及系统
CN106052828A (zh) * 2016-07-30 2016-10-26 宁波联测传感科技有限公司 一种传感器路面新型布设方法的车辆动态称重系统

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11232586A (ja) * 1998-02-18 1999-08-27 Omron Corp 車輪間隔算出装置
CN1821726A (zh) * 2005-02-17 2006-08-23 欧姆龙株式会社 轴重测量装置、轴重测量系统及测量精度的监视方法
CN102628708A (zh) * 2012-04-11 2012-08-08 中铁大桥局集团武汉桥梁科学研究院有限公司 用于正交异性桥面板钢箱梁桥的车辆荷载动态称重方法
KR101231791B1 (ko) * 2012-08-31 2013-02-08 한국해양대학교 산학협력단 강교량 수직보강재의 응답특성을 이용한 차량중량 계측 시스템
WO2014089591A1 (en) * 2012-12-13 2014-06-19 Universität Wien Method for measuring a moving vehicle
CN203464988U (zh) * 2013-09-06 2014-03-05 长沙学院 一种车辆动态称重和车速检测装置
CN105651338A (zh) * 2016-03-01 2016-06-08 湖南大学 用于桥梁的车轴识别方法及系统
CN106052828A (zh) * 2016-07-30 2016-10-26 宁波联测传感科技有限公司 一种传感器路面新型布设方法的车辆动态称重系统

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
WEI HE 等: "Novel Virtual Simply Supported Beam Method for Detecting the Speed and Axles of Moving Vehicles on Bridges", 《JOURNAL BRIDGE ENGINEERING》 *
李小年 等: "桥梁动态称重研究综述", 《土木工程学报》 *
王宁波 等: "基于影响线的桥梁移动荷载识别", 《振动与冲击》 *

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107393312A (zh) * 2017-08-22 2017-11-24 湖南大学 一种识别桥上行驶车辆车轴和速度的方法和系统
CN109883528A (zh) * 2017-12-06 2019-06-14 北京万集科技股份有限公司 车辆轴数的获取方法、装置、存储介质及处理器
CN111771106A (zh) * 2018-02-22 2020-10-13 莫图斯计量公司 确定车辆重量的装置及其方法
CN109916491A (zh) * 2019-03-05 2019-06-21 湖南大学 一种识别移动车辆轴距、轴重和总重的方法和系统
CN111982258A (zh) * 2019-05-24 2020-11-24 北京万集科技股份有限公司 称重设备及方法
CN112504414A (zh) * 2020-11-27 2021-03-16 湖南大学 基于非接触式测量桥梁动挠度的车辆动态称重方法及系统
CN112504414B (zh) * 2020-11-27 2021-11-12 湖南大学 基于非接触式测量桥梁动挠度的车辆动态称重方法及系统
CN112665695A (zh) * 2020-12-16 2021-04-16 四川农业大学 一种基于桥梁横向应变的车轴信息识别预警方法及系统
CN113029312A (zh) * 2021-02-26 2021-06-25 上海兰德公路工程咨询设计有限公司 基于球状支座的桥梁通过车辆的轴重检测方法
CN113567027A (zh) * 2021-08-10 2021-10-29 尹恒 一种道路超荷载等级工况监测方法及系统
CN114046864A (zh) * 2021-10-29 2022-02-15 北京万集科技股份有限公司 车辆轴数确定方法及装置
CN114046864B (zh) * 2021-10-29 2024-05-14 北京万集科技股份有限公司 车辆轴数确定方法及装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN107063159B (zh) 2019-09-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107063159A (zh) 利用支反力动态识别车辆轴重、轴距和速度的方法及系统
CN105651338B (zh) 用于桥梁的车轴数量识别方法、轴距识别方法及系统
CN104164829B (zh) 基于移动终端的路面平整度检测方法和智能路面信息实时监测系统
CN104598753B (zh) 一种基于Brakhage v方法的桥梁移动车辆荷载识别方法
Chen et al. Damage detection of highway bridges based on long-gauge strain response under stochastic traffic flow
CN104309435B (zh) 一种路面不平度在线辨识方法
CN109635386B (zh) 一种桥梁移动车辆荷载识别方法
CN109916491B (zh) 一种识别移动车辆轴距、轴重和总重的方法和系统
CN104615888B (zh) 一种基于广义最小残差方法的桥梁移动车辆荷载识别方法
CN103196530A (zh) 车辆动态称重系统及其称重方法
CN103852147A (zh) 一种联体式矫正违规行驶的动态称重系统及方法
CN106710242B (zh) 基于桥梁动应变识别车队车辆数的方法
CN106960285A (zh) 一种地铁列车运行服务质量检测装置及方法
KR101231791B1 (ko) 강교량 수직보강재의 응답특성을 이용한 차량중량 계측 시스템
CN112857718B (zh) 一种基于移动车辆测试的桥梁承载能力快速评估方法
CN105136264A (zh) 一种基于多站点联合称重的重量获取方法及装置、称重系统
CN106895900B (zh) 基于桥梁动应变识别单车轴数的方法
CN103471865A (zh) 基于线性判别法的列车悬挂系统故障分离方法
CN106802221A (zh) 一种基于车桥耦合系统的桥梁损伤诊断方法的检测车装置
CN106979812A (zh) 一种高速公路车辆动态称重系统
CN102507221A (zh) 列车车体舒适度的预测方法
CN202734934U (zh) 一种整车式动态连续称重装置
CN104864949A (zh) 一种车辆动态称重方法及装置
Ye et al. An efficient real-time vehicle monitoring method
CN107393312B (zh) 一种识别桥上行驶车辆车轴和速度的方法和系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant