CN107560699A - 静态车辆称重系统和方法以及计算单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及静态车辆称重系统和方法以及计算单元。该静态车辆称重系统包括：称重单元，被设置成分置于车辆至少一个轮轴的两个车轮处，各称重单元具有n≥1个均匀分布以承接车轮重量的应变传感器，以及与所述应变传感器相连的A/D转换模块，所述A/D转换模块接收所在称重单元的各所述应变传感器的模拟量，并转换为数值y；主控单元，接收所述A/D转换模块输出的数值y，并将所述数值y输送给与所述主控单元相连的计算单元，以生成负重质量。本发明所述的静态车辆称重系统，可以由主控单元计算出车辆的至少一个轮轴的负重质量，或根据计算得出的两个轮轴的负重质量求和得出车辆的总质量，其结果较为精确。

Description

静态车辆称重系统和方法以及计算单元

技术领域

本发明涉及对车辆重量进行测量的技术领域，特别涉及一种静态车辆称重系统。本发明还涉及一种静态车辆的称重方法，以及应用于静态车辆称重系统中的计算单元。

背景技术

汽车在研发阶段，车辆重量参数也作为重要的研发依据，其是整个车辆研发的前提基础。目前市场上的汽车称重装置多用于交通超荷测量，即对车辆行驶状态下的动态重量进行检测，如现有技术中，披露了一种无线传输车辆称重台，称重传感器包括多个桥式传感器电路；数据采集模块包括依次连接的放大器、ADC模数转换器和处理器；数据采集模块还包括电池充电保护装置；放大器设为芯片AD620；ADC模数转换器设为芯片AD7683BRM；处理器设为芯片STM32F103RC。该装置采用微处理器配合各种电子元器件组成的电路板进行数据采集，电子元器件可靠性差，寿命短；此外，该技术方案用于汽车以一定的速度经过一定宽度的称重台面时由称重台面测出汽车每个轴的重量，其用于交通上车辆超载的动态测量，测量范围过大，分度值和精度较低，不能满足研发车辆数据的高精度测量要求。

发明内容

鉴于此，本发明旨在提出一种静态车辆称重系统，以实现对静态车辆质量的精确测量。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种静态车辆称重系统，其包括：

称重单元，被设置成分置于车辆至少一个轮轴的两个车轮处，各称重单元具有n≥1个均匀分布以承接车轮重量的应变传感器，以及与所述应变传感器相连的A/D转换模块，所述A/D转换模块接收所在称重单元的各所述应变传感器的模拟量，并转换为数值y；

主控单元，接收所述A/D转换模块输出的数值y，并将所述数值y输送给与所述主控单元相连的计算单元，以生成负重质量。

进一步的，所述A/D转换模块与所述主控单元无线通讯相连。

进一步的，所述负重质量包括车辆的轮轴负重质量，所述计算单元以如下函数关系生成车辆的轮轴负重质量：

M＝2Ky+2B；

其中，K＝1/nkg，B＝-b/kg；

M为车辆的一个轮轴负重质量；k、b为应变传感器的线性系数；g为重力加速度。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

本发明所述的静态车辆称重系统，通过称重单元以及主控单元的设置，可以由各称重单元中的应变传感器均匀的获取至少一个轮轴各车轮处的车辆质量后，由主控单元计算出车辆的至少一个轮轴的负重质量，或根据计算得出的两个轮轴的负重质量求和得出车辆的总质量，其结果较为精确。

本发明还涉及一种计算单元，

一种计算单元，用于对静态车辆的总质量进行计算，所述计算单元根据至少一个轮轴两个车轮处的称重单元的、每个所述称重单元具有的n≥1应变传感器获取的模拟量经A/D转换模块转换成的数值y，计算生成车辆的负重质量。

进一步的，所述负重质量包括车辆的轮轴负重质量，所述计算单元以如下函数关系生成车辆的轮轴负重质量：

M＝2Ky+2B；

其中，K＝1/nkg，B＝-b/kg；

M为车辆的一个轮轴负重质量；k、b为应变传感器的线性系数；g为重力加速度。

此外，本发明同时涉及一种静态车辆的称重方法，该方法包括如下步骤：

步骤a，由至少一个轮轴的两个车轮处的两个称重单元的、每个所述称重单元具有的n≥1个应变传感器承接车辆至少一个轮轴的两个车轮处的重量，并将生成的模拟量传送给A/D转换模块；

步骤b，所述A/D转换模块将模拟量转换为数值y，并输送给主控单元；

步骤c，所述主控单元将接收的数值y传送给计算单元，由所述计算单元根据数值y生成车辆的负重质量后，输出。

进一步的，所述负重质量包括车辆的一个轮轴负重质量，所述计算单元以如下函数关系生成车辆的轮轴负重质量：

M＝2Ky+2B；

其中，K＝1/nkg，B＝-b/kg；

M为车辆的一个轮轴负重质量；k、b为应变传感器的线性系数；g为重力加速度。

进一步的，在步骤a前，设有参数修正步骤：

由称重单元获取已知质量m1的标准物的数值y，并由计算单元根据该数值y计算生成标准物的质量m2；

根据质量m1和质量m2，利用最小二乘法拟合曲线，修正应变传感器的线性系数，以获得修正后的应变传感器的修正系数k、b。

进一步的，在步骤a前设有通讯检测步骤：以主控单元和各称重单元通讯的方式，检测所述主控单元和所述各称重单元之间的通讯是否正常。

进一步的，所述通讯检测步骤，是由所述主控单元向各所述称重单元发送数据，若单位时间内，所述主控单元未接收所述称重单元反馈的数据，则所述主控单元和所述各称重单元之间的通讯异常。

本发明所述的计算单元以及静态车辆的称重方法，与如上的静态车辆称重系统具有相同的效果，在此不再赘述。

附图说明

构成本发明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为本发明实施例一的整体结构框图；

图2为本发明实施例二的流程框图；

图3为本发明实施例二中参数修正步骤的流程框图。

附图标记说明：

1-主控单元，2-计算单元，3-存储模块，4-无线接收模块，5-称重单元，501-应变传感器，502-A/D转换模块，503-电源，504-降压模块，6-无线发送模块。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

实施例一

本实施例涉及一种静态车辆称重系统，由图1所示，该系统主要包括称重单元5、以及和称重单元5信息交互相连的主控单元1。其中，称重单元5为四个，并分置在车辆的四个车轮处，以实现对车辆的左前轮处、右前轮处、左后轮处、右后轮处的重量进行检测，其中左前轮和右前轮构成车辆的前轮轴，左后轮和右后轮构成车辆的后轮轴。为了实现称重单元5的作用，本实施例中，称重单元5包括四个应变传感器501，以及A/D转换模块502，四个应变传感器501和A/D转换模块502由电源503进行供电。四个应变传感器501可以放在对车轮进行支撑的称台的四个台脚上，以确保每个应变传感器501受力均匀。可以理解为，如上四个应变传感器501的均匀分布，主要是为了能够均匀的承受车轮重量，以确保测量结果，其不限于置于四边形或圆形称台的四个台脚处，其设置应以静态下车轮所在位置为基准进行布置。

A/D转换模块502用于接收所在称重单元5的四个所述应变传感器501的模拟量，并转换为数值y后，将该数值传送给主控单元1。为了实现A/D转换模块502与主控单元1之间的数据交互传递，二者间采用无线通讯形式相连。具体来讲，在各个称重单元5的A/D转换模块502上连接有无线发送模块6，在主控单元1上，通过COM通讯端口，以RS485通信方式连接有无线接收模块4，为了确保数据传输过程的可靠性，无线发送模块6和无线接收模块4的频率保持一致。此外，电源503通过降压模块504降压后，实现对无线发送模块6供电，其中，电源503采用12V充电锂电池，通过降压模块504后，为无线发送模块提供5V电压。

主控单元1可以采用CPU等具有数据处理功能的处理器，其接收A/D转换模块502输出的数值y，并将数值y输送给与主控单元1相连的计算单元2，以生成车辆的总质量。计算单元2以如下函数关系生成车辆的前轮轴负重质量：

M1＝2*(2Ky+2B)；

其中，K＝1/nkg，B＝-b/kg；

M1为车辆的前轮轴负重质量；k、b为应变传感器的线性系数；g为重力加速度。

相应的，根据如上函数关系生成车辆后轮轴负重质量:M2。

根据前轮轴负重质量M1和后轮轴负重质量M2，求和得出车辆静态下的总质量为：M1+M2。

如上函数关系中，经研究，数值y与对应的称重单元5承载的质量m成线性关系，即y＝n(kmg+b)＝nkmg+nb，因此，质量m＝y/nkg-b/kg＝Ky+B，位于一个轮轴上的两个称重单元5获得的总质量M＝2m。基于每个称重单元均具有4个应变传感器，因此，本实施例的n＝4，即K＝1/4kg。

由此可以看出，通过本实施例的静态车辆称重系统，可以获取整车的质量和车辆各轮轴的负重质量，而整车的质量或轮轴负重质量均为车辆的负重质量，其可以通过图1中与主控单元1相连的存储模块3进行存储，也可以通过图中未示出的显示单元进行显示，其测量精度较高。

实施例二

本实施例涉及一种静态车辆的称重方法，如图2所示，该方法主要包括如下步骤：

系统上电初始化后，初始化COM口，并对设备情况进行检测，若设备正常，则进行通讯检测步骤，即主控单元1和各称重单元5以通讯的方式，检测所述主控单元和所述各称重单元之间的通讯是否正常，具体来讲，如图2所示，主控单元1依次向四个称台中的元件发送数据询问指令，在200ms内，依次检测能否接收各个称台上的称重单元反馈的数据以及反馈数据是否正确，若不正确，则称台上的称重单元通讯故障，称台报错，可以在显示单元中进行数据标红显示，若正确，则进行如下步骤：

步骤a，由四个称重单元5中的四个应变传感器501承接车辆四个车轮处的重量，并将生成的模拟量传送给A/D转换模块502；

步骤b，A/D转换模块502将模拟量转换为数值y，并输送给主控单元1；当四个称台的数据依次传送给主控单元1后；

步骤c，主控单元1将接收的数值y传送给计算单元2，计算单元2根据数值y生成车辆的总质量后，输出显示并记录。

此外，为了进一步提高测量精度，在步骤a前，设有参数修正步骤，如图3所示，参数修正步骤包括如下步骤：

顺次选取各称台做为标定台面，由称重单元5获取已知质量m1的标准物的数值y，由计算单元2根据该数值y计算生成标准物的质量m2；

通过向系统中输入真值m1，对真值m1和质量m2，利用最小二乘法拟合曲线，修正应变传感器的线性系数，以获得修正后的应变传感器的修正系数k、b。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (10)

1.一种静态车辆称重系统，其特征在于包括：

称重单元(5)，被设置成分置于车辆至少一个轮轴的两个车轮处，各称重单元(5)具有n≥1个均匀分布以承接车轮重量的应变传感器(501)，以及与所述应变传感器(501)相连的A/D转换模块(502)，所述A/D转换模块(502)接收所在称重单元(5)的各所述应变传感器(501)的模拟量，并转换为数值y；

主控单元(1)，接收所述A/D转换模块(502)输出的数值y，并将所述数值y输送给与所述主控单元(1)相连的计算单元(2)，以生成负重质量。

2.根据权利要求1所述的静态车辆称重系统，其特征在于：所述A/D转换模块(502)与所述主控单元(1)无线通讯相连。

3.根据权利要求1或2所述的静态车辆称重系统，其特征在于：所述负重质量包括车辆的轮轴负重质量，所述计算单元(2)以如下函数关系生成车辆的轮轴负重质量：

M＝2Ky+2B；

其中，K＝1/nkg，B＝-b/kg；

M为车辆的一个轮轴负重质量；k、b为应变传感器的线性系数；g为重力加速度。

4.一种计算单元(2)，用于对静态车辆的总质量进行计算，其特征在于：所述计算单元(2)根据至少一个轮轴两个车轮处的称重单元(5)的、每个所述称重单元(5)具有的n≥1应变传感器(501)获取的模拟量经A/D转换模块(502)转换成的数值y，计算生成车辆的负重质量。

5.根据权利要求4所述的计算单元(2)，其特征在于：所述负重质量包括车辆的轮轴负重质量，所述计算单元(2)以如下函数关系生成车辆的轮轴负重质量：

M＝2Ky+2B；

其中，K＝1/nkg，B＝-b/kg；

M为车辆的一个轮轴负重质量；k、b为应变传感器的线性系数；g为重力加速度。

6.一种静态车辆的称重方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

步骤a，由至少一个轮轴的两个车轮处的两个称重单元(5)的、每个所述称重单元(5)具有的n≥1个应变传感器(501)承接车辆至少一个轮轴的两个车轮处的重量，并将生成的模拟量传送给A/D转换模块(502)；

步骤b，所述A/D转换模块(502)将模拟量转换为数值y，并输送给主控单元(1)；

步骤c，所述主控单元(1)将接收的数值y传送给计算单元(2)，由所述计算单元(2)根据数值y生成车辆的负重质量后，输出。

7.根据权利要求6所述的静态车辆的称重方法，其特征在于：所述负重质量包括车辆的一个轮轴负重质量，所述计算单元(2)以如下函数关系生成车辆的轮轴负重质量：

M＝2Ky+2B；

其中，K＝1/nkg，B＝-b/kg；

M为车辆的一个轮轴负重质量；k、b为应变传感器的线性系数；g为重力加速度。

8.根据权利要求6或7所述的静态车辆的称重方法，其特征在于：在步骤a前，设有参数修正步骤：

由称重单元(5)获取已知质量m1的标准物的数值y，并由计算单元(2)根据该数值y计算生成标准物的质量m2；

根据质量m1和质量m2，利用最小二乘法拟合曲线，修正应变传感器(501)的线性系数，以获得修正后的应变传感器的修正系数k、b。

9.根据权利要求6或7所述的静态车辆的称重方法，其特征在于，在步骤a前设有通讯检测步骤：主控单元(1)和各称重单元(5)以通讯的方式，检测所述主控单元(1)和所述各称重单元(5)之间的通讯是否正常。

10.根据权利要求9所述的静态车辆的称重方法，其特征在于：所述通讯检测步骤，是由所述主控单元(1)向各所述称重单元(5)发送数据，若单位时间内，所述主控单元(1)未接收所述称重单元(5)反馈的数据，则所述主控单元(1)和所述各称重单元(5)之间的通讯异常。