CN109916490A - 一种道路车辆动态称重装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种道路车辆动态称重装置及方法，所述称重装置埋设于道路材料内，且与路面和地底具有一定距离；所述称重装置包含弹性体、传感腔和至少一个应变片；所述弹性体用于根据路面上的车辆对路面的压力发生形变；所述传感腔用于为所述弹性体提供形变空间；所述应变片设置于所述弹性体上或所述弹性体中，用于获取与所述车辆的质量相对应的所述弹性体的形变特征数据。

Description

一种道路车辆动态称重装置及方法

技术领域

本发明涉及动态称重领域，尤指一种道路车辆动态称重装置及方法。

背景技术

动态称重装置被广泛应用于计重收费、超限检测等等应用中，在交通管理、超限治理以及进出口监管中起到了重要的作用。目前的称重装置，包括静态称重装置和动态称重装置。动态称重装置通常由承载体和传感器组成，承载体安装在路面基础的凹槽内，用于承载全部或部分车辆重量并将其所承载的重量传递至传感器；传感器设置于承载体下方，用于将其受力转换为电信号。

动态行驶的车辆经过安装有传感器的称重台后，传感器感受到动态车辆的压力信号，再由处理器进行一系列的分析、处理，最后计算得出车辆的动态称重数值。

目前安装于路面基础凹槽内的称重装置面临如下几个问题：

1.直接承载车辆重量，承载体与传感器变形量大，设备寿命低；

2.承载体表面可见，车辆驾驶员经常在承载体上采用加减速、绕S、顶千斤顶等方式影响动态称重装置的称量精度；

3.为了避免承载体承载重量传递到路面，承载体与路面基础的凹槽内壁都预留间隙，但预留的间隙则导致水或泥沙等物进入承载体下方逐渐积累承担部分本应由传感器承担的压力从而导致称重不准确，因此需要定期维护用来清理承载体下方杂物；

4.车辆动态通过时会给承载体水平力，该水平力会促使承载体平行移动从而与路面基础产生干涉，影响称重精度，为防止该水平力的影响，承载体与路面基础间必须设置水平限位装置，从而导致称重装置结构复杂；

5.承载体多采用金属材料，为减少车辆通过其表面时产生振动而影响称量效果，通常其表面要尽量光滑，而金属表面摩擦系数小于混凝土/沥青路面摩擦系数，从而使车辆制动产生影响。

发明内容

本发明目的在于提供一种形变量小、结构简单、无需维护、隐蔽且不影响路面通行的道路车辆动态称重装置及方法。

为达上述目的，本发明所提供的道路车辆动态称重装置，所述称重装置埋设于道路材料内，且与路面和地底具有一定距离；所述称重装置包含弹性体、传感腔和至少一个应变片；所述弹性体用于根据路面上的车辆对路面的压力发生形变；所述传感腔用于为所述弹性体提供形变空间；所述应变片设置于所述弹性体上或所述弹性体中，用于获取与所述车辆的质量相对应的所述弹性体的形变特征数据。

在上述道路车辆动态称重装置中，优选的，所述应变片包含半导体应变片和/或金属电阻应变片。

在上述道路车辆动态称重装置中，优选的，所述应变片沿道路车辆行驶方向贴设于所述弹性体表面，或所述应变片沿垂直所述道路车辆行驶方向贴设于所述弹性体表面。

在上述道路车辆动态称重装置中，优选的，所述弹性体的上表面与所述路面的距离为5cm至40cm之间。

在上述道路车辆动态称重装置中，优选的，所述称重装置还包含惠斯通电桥；其中，所述形变特征数据为应变片阻值变化数据，所述惠斯通电桥用于将所述应变片阻值变化数据转换为模拟电压信号。

在上述道路车辆动态称重装置中，优选的，所述称重装置还包含数据采集分析模块，所述数据采集分析模块用于将所述模拟电压信号转换为数字信号并根据所述数字信号与所述数字信号的时序计算获得车辆的轴重数据，根据所述轴重数据获得车辆重量。

在上述道路车辆动态称重装置中，优选的，所述称重装置还包含固定模块，所述固定模块用于将所述称重装置固定于道路材料内。

在上述道路车辆动态称重装置中，优选的，所述传感腔设置于所述弹性体内部或设置于所述弹性体形变侧与地底之间。

本发明还提供一种道路车辆动态称重方法，所述称重方法包含：利用埋设于道路材料内的弹性体，获得路面上的车辆对路面的压力并发生形变；通过贴设于所述弹性体上的应变片采集所述弹性体的形变特征数据；根据所述形变特征数据计算获得所述车辆的重量。

在上述道路车辆动态称重方法中，优选的，所述根据所述形变特征数据计算获得所述车辆的重量包含：所述形变特征数据为应变片的阻值变化数据，根据所述阻值变化数据生成模拟电压信号；将所述模拟电压信号转换为数字信号并进行采集；将所述数字信号与预定阈值进行比较，根据比较结果生成有效数据；所述有效数据与所述有效数据的时序计算获得车辆的轴重数据；根据所述轴重数据计算获取车辆重量。

本发明的有益技术效果在于：本发明所提供的道路车辆动态称重装置中弹性体的形变量受到路面工程材料的保护，当路面工程材料不发生塑性形变时，弹性体形变量极小，从而保证称重装置的寿命；道路车辆称重装置嵌入在路面下发，无法被发现；结构简单，无需维护；不影响路面摩擦系数，不会对通过车辆的制动造成影响。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1是本发明所提供的道路车辆动态称重装置的一种实施方式的结构图；

图2是应变片电阻变化采集的结构框图；

图3是某六轴车辆通过本发明所提供的道路车辆动态称重装置的一种实施方式的所采集的数字信号及其时序图；

图4是本发明所提供的道路车辆动态称重装置的一种实施方式的结构图；

图5是本发明所提供的道路车辆动态称重装置的一种实施方式的结构图；

图6是图5结构的俯视图；

图7是本发明所提供的道路车辆动态称重装置的一种实施方式的结构图；

图8是本发明所提供的道路车辆动态称重装置的一种实施方式的结构图；

图9是本发明所提供的道路车辆动态称重装置的一种实施方式的结构图；

图10是本发明所提供的道路车辆动态称重装置的一种实施方式的结构图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

请参考图1所示，本发明所提供的道路车辆动态称重装置具体包含：所述称重装置埋设于道路材料1内，且与路面和地底具有一定距离；所述称重装置包含弹性体2、传感腔4和至少一个应变片3；所述弹性体2用于根据路面上的车辆对路面的压力发生形变；所述传感腔4用于为所述弹性体2提供形变空间；所述应变片3设置于所述弹性体2上，用于获取与所述车辆的质量相对应的所述弹性体2的形变特征数据；其中，所述应变片3可为半导体应变片和/或金属电阻应变片，所述应变片3沿道路车辆行驶方向贴设于所述弹性体2表面，或所述应变片沿垂直所述道路车辆行驶方向贴设于所述弹性体2表面。实际工作中，所述道路车辆动态称重装置主要包含嵌入在路面工程材料的弹性体2以及布贴在弹性体表面的应变片3，弹性体2与路面工程材料共同形成的传感腔4，传感腔4内可填充柔性填充材料；当车辆通过传感腔4时，路面工程材料1 将车辆对其的压力传递到弹性体2，弹性体2在压力作用下发生形变，填充柔性填充材料的传感腔4为弹性体2提供形变行程，相应的，应变片3的电阻值随着弹性体2的形变而发生变化，从而产生电阻变化，根据该电阻变化即可获得车辆对应的质量。以此，由于道路车辆动态称重装置嵌入于路面以下与路面工程材料形成一个整体，因此所述道路车辆动态称重装置无需进行维护；安装所述称重设备的路面无需再开槽安装其他称重传感器，路面的强度能够保证，路面寿命将优于路面铺设称重传感器的称重设备；同时，由于所述称重设备嵌入在路面以下，驾驶人员不可见，因此称重设备区域上采用针对性的加减速、绕S、顶千斤顶等方式影响动态称重装置的称量精度的行为将被有效的控制。

在上述实施例中，所述传感腔4就是形成一个类似于桥的结构，从而保证弹性体2受到压力时产生较为明显的形变，两个桥墩之间(传感腔)可以没有任何东西，也可以有一些在一定的形变范围内不承受力的柔性材料；本发明在此并不做限制。

在上述实施例中，所述弹性体的上表面与所述路面的距离为5cm至40cm之间。由于弹性体被嵌入在路面工程材料中，其面临车辆轴的压力时的形变量为弹性体安装在路面相比的形变量的千分之二至百分之二，设备寿命被大大的增强。当然，实际工作中因为道路材料材质、道路环境等条件不同，工作人员也可根据实际情况选择合适的距离，本发明在此并不做过多限制。

请参考图3所示，在上述本发明一实施例中，所述称重装置还可包含惠斯通电桥和数据采集分析模块(未图示)；其中，所述形变特征数据为应变片阻值变化数据，所述惠斯通电桥用于将所述应变片阻值变化数据转换为模拟电压信号；所述数据采集分析模块用于将所述模拟电压信号转换为数字信号并根据所述数字信号与所述数字信号的时序计算获得车辆的轴重数据，根据所述轴重数据获得车辆重量。当车辆通过时，根据如图3所示的数字信号及数字信号的时序，将所述数字信号按照设定的阈值进行有效性筛选，将数字信号及数字信号的时序选取出来生成有效车辆轴载信号；根据选取的有效车辆轴载信号，按照如下公式计算生成称重车辆的有效轴重数据。

轴重＝sum(轴载信号)*速度*固定系数k；

实际工作时，可将应变片电阻接入图2所示的惠斯通电桥，将其电阻变化转换为电压变化，信号经差分放大电路放大后输出至采样电路，采样电路将信号转换为数字信号，单片机采集其数字信号。当然，现有技术中也存在其他转换电路和采样电路，工作人员也可根据实际需要选择使用，本发明在此不再详述。

请参考图5和图6所示，在上述本发明一实施例中，所述称重装置还包含固定模块，所述固定模块用于将所述称重装置固定于道路材料内。例如：在弹性体2与路面工程材料1的结合处可选择性地布设加强柱5，从而增强了述弹性体2与路面工程材料的1的结合强度；还可增加了钢筋网7可以通过调整钢筋网的高度有效的调整弹性体与路面间的距离。以此，一方面加强路面工程材料的强度，如钢筋混凝土即是在混凝土中增加钢筋加强混凝土的强度；另一方面，则可将所述称重装置铺设于钢筋之上，从而可以方便的调整其距离地面的高度，举例如下：路面开槽35cm，因为混凝土在凝固前非固态，那么所述装置要么铺设于35cm深处，若所述称重装置放置于20cm 则需要多次施工，先灌入15cm深的混凝土，待其凝固后再讲装置铺设其中，而在距地面20cm处布设钢筋网，则可以将上述装置布置在距地面20cm处无需多次施工。

在上述本发明一实施例中，所述传感腔4设置于所述弹性体内部或设置于所述弹性体形变侧与地底之间；具体请参考图7至图10所示，在图7中，所述弹性体2横设于道路材料内，利用道路材料1作为支撑点，与其弹性体下方形成一传感腔4，此刻所述应变片3即设于弹性体2下方即可；在图8中，传感腔4由弹性体2、路面工程材料1、基底5共同形成；该基体可为钢筋网或槽钢等结构，用于提供支撑作用。再请参考图9所示，在该实施例中也可将弹性体2设置为工形结构，所述应变片3 设置于工形结构的支撑柱上，利用工形结构两侧自带的空间作为传感腔4，利用该方式，其弹性体2与道路工程材料1的结合为两侧，施工时更为简单和方便，其结合的紧密程度在施工过程中更容易被观测得到；再请参考图10所示，通过弹性体2内部的中空具体构成传感腔4，并将应变片3设置于弹性体2内部，以此，减小侧向力带来的影响，从而提高称重的精度。当然，值得说明的是，在实际工作本申请所提供的道路车辆动态称重装置并不仅仅为上述结构，工作人员可根据实际需要酌情调整，本发明在此仅列举部分较佳实例，并不对其具体结构做任何限制。

本发明还提供一种道路车辆动态称重方法，所述称重方法包含：利用埋设于道路材料内的弹性体，获得路面上的车辆对路面的压力并发生形变；通过贴设于所述弹性体上的应变片采集所述弹性体的形变特征数据；根据所述形变特征数据计算获得所述车辆的重量。以此，由于道路车辆动态称重装置嵌入于路面以下与路面工程材料形成一个整体，因此所述道路车辆动态称重装置无需进行维护；安装所述称重设备的路面无需再开槽安装其他称重传感器，路面的强度能够保证，路面寿命将优于路面铺设称重传感器的称重设备；同时，由于所述称重设备嵌入在路面以下，驾驶人员不可见，因此称重设备区域上采用针对性的加减速、绕S、顶千斤顶等方式影响动态称重装置的称量精度的行为将被有效的控制。

进一步的，上述实施例中，根据所述形变特征数据计算获得所述车辆的重量还可包含：所述形变特征数据为应变片的阻值变化数据，根据所述阻值变化数据生成模拟电压信号；将所述模拟电压信号转换为数字信号并进行采集；将所述数字信号与预定阈值进行比较，根据比较结果生成有效数据；所述有效数据与所述有效数据的时序计算获得车辆的轴重数据；根据所述轴重数据计算获取车辆重量；以此当获得轴重数据后，直接累加即可获得车辆的整体重量。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等) 上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种道路车辆动态称重装置，其特征在于，所述称重装置埋设于道路材料内，且与路面和地底具有一定距离；所述称重装置包含弹性体、传感腔和至少一个应变片；

所述弹性体用于根据路面上的车辆对路面的压力发生形变；

所述传感腔用于为所述弹性体提供形变空间；

所述应变片设置于所述弹性体上或所述弹性体中，用于获取与所述车辆的质量相对应的所述弹性体的形变特征数据。

2.根据权利要求1所述的道路车辆动态称重装置，其特征在于，所述应变片包含半导体应变片和/或金属电阻应变片。

3.根据权利要求1所述的道路车辆动态称重装置，其特征在于，所述应变片沿道路车辆行驶方向贴设于所述弹性体表面，或所述应变片沿垂直所述道路车辆行驶方向贴设于所述弹性体表面。

4.根据权利要求1所述的道路车辆动态称重装置，其特征在于，所述弹性体的上表面与所述路面的距离为5cm至40cm之间。

5.根据权利要求1所述的道路车辆动态称重装置，其特征在于，所述称重装置还包含惠斯通电桥；其中，所述形变特征数据为应变片阻值变化数据，所述惠斯通电桥用于将所述应变片阻值变化数据转换为模拟电压信号。

6.根据权利要求5所述的道路车辆动态称重装置，其特征在于，所述称重装置还包含数据采集分析模块，所述数据采集分析模块用于将所述模拟电压信号转换为数字信号并根据所述数字信号与所述数字信号的时序计算获得车辆的轴重数据，根据所述轴重数据获得车辆重量。

7.根据权利要求1所述的道路车辆动态称重装置，其特征在于，所述称重装置还包含固定模块，所述固定模块用于将所述称重装置固定于道路材料内。

8.根据权利要求1所述的道路车辆动态称重装置，其特征在于，所述传感腔设置于所述弹性体内部或设置于所述弹性体形变侧与地底之间。

9.一种道路车辆动态称重方法，其特征在于，所述称重方法包含：

利用埋设于道路材料内的弹性体，获得路面上的车辆对路面的压力并发生形变；

通过贴设于所述弹性体上的应变片采集所述弹性体的形变特征数据；

根据所述形变特征数据计算获得所述车辆的重量。

10.根据权利要求9所述的道路车辆动态称重方法，其特征在于，所述根据所述形变特征数据计算获得所述车辆的重量包含：

所述形变特征数据为应变片的阻值变化数据，根据所述阻值变化数据生成模拟电压信号；

将所述模拟电压信号转换为数字信号并进行采集；

将所述数字信号与预定阈值进行比较，根据比较结果生成有效数据；

所述有效数据与所述有效数据的时序计算获得车辆的轴重数据；

根据所述轴重数据计算获取车辆重量。