CN112729509B - 一种动态称重装置以及称重方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种动态车辆称重装置及其称重方法。动态车辆称重装置包括传感器和处理单元。传感器用于获取行进过程中的车辆作用于传感器的附属结构上的振动信号，处理单元用于根据振动信号来确定车辆的重量。本公开通过利用传感器感测车辆作用于传感器的附属结构上的振动信号，并且直接利用振动信号来确定车辆的重量，为车辆的动态称重提供了一种新途径。此外，振动传感器的使用相比于传统称重设备，可以有效提高称重精度，同时节约成本。

Description

一种动态称重装置以及称重方法

技术领域

本公开一般地涉及称重技术领域。具体地，本公开涉及一种动态称重装置以及称重方法。

背景技术

本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明的实施方式提供背景或上下文。此处的描述可包括可以探究的概念，但不一定是之前已经想到或者已经探究的概念。因此，除非在此指出，否则在本部分中描述的内容对于本申请的说明书和权利要求书而言不是现有技术，并且并不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

动态称重技术是指在车辆行进过程中对车辆进行称重的技术。动态称重装置被广泛应用于计重收费、超限检测等应用中，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。传统的动态称重装置通常由承载体和传感器组成。其中，承载体安装在路面基础的凹槽内，用于承载车辆行驶过程中的全部或者部分车辆重量并将其所承载的重量传递至传感器；而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。

采用传统的称重装置称重时，可能会面临设备寿命低、维护量大、结构复杂的等问题。

发明内容

为了至少解决上面的一个或多个技术问题，本公开提供一种动态称重装置以及称重方法。本公开实施例通过利用传感器感测车辆作用于传感器的附属结构上的振动信号，并且直接利用振动信号来确定车辆的重量，为车辆的动态称重提供了一种新途径。进一步地，由于使用振动传感器代替传统的安装于路面基础凹槽内的称重装置，可以提升称重精度。鉴于此，本公开在如下的多个方面提供相应的解决方案。

在第一方面，本公开提供一种动态车辆称重装置，包括：传感器，用于获取行进过程中的车辆作用于所述传感器的附属结构上的振动信号；以及处理单元，用于根据所述振动信号来确定所述车辆的重量。

在一个实施例中，其中所述传感器及其附属结构通过柔性隔离层与路面基础隔离。

在另一个实施例中，其中所述传感器包括以下至少一种：加速度传感器、速度传感器和位移传感器；并且相应地，所述振动信号包括以下至少一种：形变加速度信号、形变速度信号、和形变位移信号。

在又一个实施例中，其中所述传感器的下部通过安装辅件固定在路面切槽中，所述传感器的上部通过安装结构紧密结合在路面切槽中，所述附属结构布置在所述安装辅件与所述切槽的底部之间并与二者紧密结合。

在又一个实施例中，其中所述附属结构具备弹性，并且所述附属结构选自以下任一：金属结构；灌封材料；以及金属结构与灌封材料的结合。

在又一个实施例中，其中所述安装结构包括以下任一结构：灌封材料，所述灌封材料灌封在安装辅件上方直至至少与所述路面切槽的开口平齐；第一灌封材料与第二灌封材料的组合结构，所述第一灌封材料灌封在所述安装辅件上方直至覆盖所述传感器，所述第二灌封材料灌封在所述传感器的上方直至至少与所述路面切槽的开口平齐；第一灌封材料、槽钢与第二灌封材料的组合结构，所述第一灌封材料灌封在所述安装辅件上方直至覆盖所述传感器，所述槽钢位于所述传感器的上方，所述第二灌封材料灌封在所述槽钢的上方直至至少与所述路面切槽的开口平齐；以及灌封材料与钢板的组合结构，所述灌封材料灌封在安装辅件上方直至覆盖所述传感器，所述钢板位于所述传感器的上方并至少与所述路面切槽的开口平齐。

在再一个实施例中，其中所述第一灌封材料、槽钢与第二灌封材料的组合结构包括以下任一设置：所述槽钢的开口朝上，所述第二灌封材料灌封在所述槽钢的凹槽内；或者所述槽钢的开口朝下，所述第一灌封材料灌封在所述槽钢的凹槽内。

在第二方面，本公开提供一种动态车辆称重方法，包括：利用传感器获取行进过程中的车辆作用于所述传感器的附属结构上的振动信号；以及利用处理单元根据所述振动信号来确定所述车辆的重量。

在一个实施例中，其中所述振动信号包括所述附属结构由于所述车辆经过时的振动而导致的形变相关的信号。

在另一个实施例中，其中根据所述振动信号来确定所述车辆的重量进一步包括：根据所述振动信号确定所述车辆作用于所述附属结构上的形变位移量；从所述形变位移量中选取有效车辆轴载信号；以及根据所述轴载信号来确定所述车辆的重量。

在又一个实施例中，其中基于如下公式计算所述车辆的重量W：

W＝f(s,v,k)；

其中s表示轴载信号，v表示车辆速度，k表示转换系数，其通过对所述传感器进行标定来确定。

根据本公开的实施例，通过利用传感器来感测车辆行驶过程中作用于传感器附属结构的振动信号，可以直接利用振动信号来确定车辆的重量，为车辆的动态称重提供了一种新渠道。进一步地，由于使用感测振动的传感器代替传统的路面基础凹槽内的称重装置，可以克服与传统称重装置关联的各种缺陷。例如，在一些实施例中，将传感器及其附属结构安装于路面切槽内，并且通过柔性隔离层与路面基础隔离来感测附属结构的形变，减小了车辆在行驶过程中对传感器的振动，从而减小了称重误差，并且可以提高传感器的使用寿命。进一步地，本公开实施例中传感器的附属结构的材质、强度可控，从而可以更精确地对传感器进行标定，称重精度更高。同时，传感器与附属结构之间不存在传力结构，因而不会导致传感器信号滞后，由此减小了由于信号滞后带来的误差问题，从而提高了称重精度。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本公开示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本公开的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分其中：

图1A-图1B示出现有称重装置的示例性示意图；

图2示出本公开实施例的动态称重装置的示例性结构示意图；

图3示出根据本公开实施例的没有车辆经过时的传感器采集到的振动信号的示例性波形图；

图4示出根据本公开实施例的有车辆经过时的传感器采集到的振动信号的示例性波形图；

图5示出根据本公开实施例的示例性速度信号；

图6示出根据本公开实施例的示例性位移信号；

图7示出根据本公开实施例的多个传感器布置于路面切槽内的示例性俯视图；

图8-12示出根据本公开实施例的传感器及其附属结构内嵌于路面切槽内的示例性剖面图；以及

图13示出根据本公开实施例的动态称重方法的示例性流程图。

具体实施方式

下面将参考若干示例性实施方式来描述本公开的原理和精神。应当理解，给出这些实施方式仅仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本公开，而并非以任何方式限制本公开的范围。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。

动态车辆称重是指通过测量和分析轮胎动态力来测量一辆运动中的车辆的总重和/或部分重量。动态称重装置通常由承载体和传感器组成且安装于路面基础凹槽内。此外，传感器还外接至包含软件的电子仪器，以便测量动态轮胎力、车辆的轮重、轴重和/或总重。动态车辆称重通常可应用于例如计重收费、高速超限管理等多个场景中，由此，动态称重在交通管理、超限治理以及进出口监管中起到了重要作用。

图1A示出现有称重装置的示例性示意图。如图1所示，在路面基础1的凹槽2内安装有两块承载体3，承载体3之间通过连接件连接并保持表面平齐。每块承载体3底部的四个角处均设置有传感器4。图1B示出了承载体的底面示意图，包括四个传感器4。传感器4可以通过有线或无线外接至电子仪器(图中未示出)。

承载体3和传感器4组成称重装置，该称重装置通过安装底板预埋件5安装并固定于路面基础1的凹槽2内。预埋件5通过连接器6连接并固定至承载体3。安装后的承载体3与路面平齐。承载体3与路面基础1之间还设置有水平限位器7。

当有车辆行驶经过称重装置时，承载体将承受该车辆全部或部分的重量，并且将其所承载的重量传递至传感器，由传感器感测车辆经过时的压力信号。感测到的压力信号接着可以传送到电子仪器和/或数据处理装置，以对压力信号进行分析、处理，从而获得车辆经过时的称重数值。

结合上述图1描述可知，采用现有称重装置的称重方法在一定程度上可以获得车辆重量，但是也存在如下缺陷。

在第一方面，当车辆行驶经过称重装置时，由于承载体直接承载其全部或大部分重量，并将重量传递至传感器，使得承载体与传感器的形变量增大，容易造成承载体和传感器损坏，从而降低了承载体和传感器的使用寿命。

在第二方面，为避免承载体将其所承载的重量传递至路面，在安装过程中，通常在承载体与路面基础凹槽内壁预留间隙。但预留的间隙会导致水或泥沙等进入承载体下方，逐渐积累的水或泥沙将分担本应由传感器承担的压力，从而导致称重数值不准确。因此，需要定期清理承载体下方的杂物，从而造成维护不便。

在第三方面，车辆行驶经过承载体时，会对承载体产生水平作用力。该水平作用力会导致承载体平移，使得承载体与路面基础产生干涉，从而影响称重精度。为防止前述水平作用力的影响，在安装时，通常在承载体和路面基础之间设置水平限位装置(如图1A所示的限位器7)。该设置导致称重装置结构复杂，从而造成安装和维护不便。

在第四方面，由于承载体尺寸较大，与地面平齐并且表面可见，车辆经过时直接与承载体表面接触，当车辆驾驶员有意在承载体上采取例如加速、绕“S”或者顶千斤顶等操作时，会对称重装置的称重精度造成影响。

在第五方面，承载体通常采用金属材料制作而成，并且在制作时尽量将其表面打磨光滑，以便减小车辆经过承载体时产生的振动而影响称重效果。但由于承载体表面的摩擦系数小于混凝土或者沥青路面的摩擦系数，从而对车辆制动造成影响，产生安全隐患。

有鉴于此，为了克服上述一个或多个方面的缺陷，在本公开的实施例，提供了一种基于传感器感测到的车辆作用于传感器的附属结构的振动信号来直接确定车辆重量的方案。在一些实现中，车辆振动信号可以通过车辆行驶经过所导致的附属结构的形变来表征。在这些实现中，可以将传感器及其附属结构安装于路面切槽内，并且通过柔性隔离层与路面基础隔离来感测附属结构的形变。由于传感器的附属结构的材质、强度可控，从而可以更精确地对传感器进行标定，称重精度更高。此外，由于传感器以及附属结构紧密结合于路面切槽内，使得传感器与附属结构之间不存在传力结构，不会导致传感器信号滞后，由此减小了由于信号滞后带来的误差问题，从而提高了称重精度。

下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

图2示出本公开实施例的动态称重装置200的示例性结构示意图。如图所示，动态车辆称重装置200包括传感器201和处理单元202。

传感器201用于在车辆行进过程中获取或感测车辆作用于传感器的附属结构上的振动信号。

经过分析，车辆行驶通过动态称重装置200时的主要振动包括以下几类：车辆的轴重给路面板块的形变；车身自身的俯仰振动传递给路面；车轮部分振动的固有频率；以及车轮的轮胎花纹、发动机振动、变速箱等给路面的激励。更进一步分析，车辆的轴重给板块的形变又可以包括两部分：重量带给板块的形变，其表现为超低频的信号；其次为重物对板块的冲击带来的板块振动，这部分振动的频率与速度相关。

基于上述分析，在本公开的实施例中，提出了利用车辆行驶经过所导致的传感器的附属结构的形变来直接确定车辆重量的方案，也即振动信号通过附属结构的形变来表征。具体地，振动信号包括其附属结构由于车辆经过时的振动而导致的形变相关的信号。

在这些实现中，传感器及其附属结构可以嵌入在路面基础/混凝土板块中的路面切槽内，并且通过柔性隔离层与路面基础/混凝土板块隔离，以便感测附属结构的形变。后面将详细描述传感器及其附属结构嵌入在路面切槽的具体实施方式。

可以采用各种类型的传感器来感测振动导致的附属结构的形变。

在一个实施例中，该传感器可以是加速度传感器，相应地，感测到的振动信号是形变加速度信号。

在另一个实施例中，传感器可以是速度传感器，相应地，感测到的振动信号是形变速度信号。

在又一个实施例中，传感器可以是位移传感器，相应地，感测到的振动信号是形变位移信号。

在再一个实施例中，当使用多个传感器时，可以采用上述加速度传感器、速度传感器和位移传感器中的任一种传感器，也可以采用其中任两种传感器或者三种传感器一起使用，每种传感器的数量也可以互不相同，本公开实施例在此不作限制。通过允许混合各种传感器，为系统设计人员提供了更多种选择，以便综合考虑称重精度和建造成本。

当没有车辆经过路面切槽时，传感器通常也能检测到信号。图3示出根据本公开实施例的没有车辆经过时的传感器采集到的振动信号的示例性波形图，图中横坐标为时间，纵坐标为采集到的振动信号的幅值。该幅值与传感器类型相对应，由此，该幅值可以是加速度、速度或者位移。在该场景中，所采集的振动信号基本上是平稳的，并且此时振动主要来源于传感器自身的振动。

当有车辆行驶经过路面切槽时，由于车辆的轴振动从而对路面切槽内的传感器的附属结构造成一定的压力，由此导致传感器的附属结构发生相应的形变，传感器可以获取相关的形变信号。图4示出根据本公开实施例的有车辆经过时的传感器采集到的振动信号的示例性波形图，图中横坐标为时间，纵坐标为采集到的振动信号的幅值。同样地，该幅值可以是加速度、速度或者位移。在该场景下，采集到非平稳的振动信号。

在一个应用场景中，通常在沿车辆行驶方向的称重装置的两侧设置分车设备，例如可以采用线圈来分离车辆。由于车辆是金属，因此，当有车辆经过线圈时会有电流产生，其周围磁场发生变化，以此来对车辆进行分离，以获得每辆车经过称重装置时的振动信号。

回到图2，处理单元202用于根据传感器感测到的振动信号来确定车辆的重量。在一些实施例中，处理单元可以包括例如电子仪器设备(其例如可以是数字接线盒)和数据处理装置(可以是运行信号分析软件的处理器，例如MATLAB)。

具体地，处理单元中的电子仪器设备可以用于接收并显示由传感器获取的振动信号，同时对获取到的振动信号进行预处理。在一个实施例中，上述传感器获取的振动信号是模拟电压信号。具体地，传感器可以将机械振动量(位移、速度、加速度、力等)转换为电量(电荷、电压等)或电参数(电阻、电感、电容等)的变化。同样地，与本公开实施例中传感器类型相对应地，传感器将加速度、速度或者位移等形变相关信号转换为电压信号。结合上述描述，传感器可以与电子仪器连接，由此，电子仪器对获取到的电压信号可以进行例如放大处理，并将其经过模数转换等预处理转换为可处理的数字信号。该数字信号可以理解成上述形变加速度信号、形变速度信号或者形变位移信号等形变相关信号的数字化表征。

本领域技术人员可以理解，处理单元也可以直接对采集到的模拟信号进行处理，无需进行模数转换。本公开实施例在此方面没有限制。

进一步地，处理单元可以根据振动信号确定附属结构的形变位移量，并且基于所确定的形变位移量筛选出有效的车辆轴载信号，从而基于轴载信号来确定车辆的重量。在一个实施场景中，处理单元中包括的数据处理装置可以针对预处理后的振动信号进行分析处理，以确定形变位移量。

取决于振动信号的具体形式，可以采用不同的处理方式来获得附属结构的形变位移量。

在一个实施例中，当振动信号包括形变加速度信号时，处理单元可以通过对形变加速度信号进行两次积分处理来确定形变位移量。

在另一个实施例中，当振动信号包括形变速度信号时，处理单元可以对形变速度信号进行一次积分处理来确定形变位移量。

在又一个实施例中，当振动信号包括形变位移信号时，处理单元可以直接将形变位移信号确定为形变位移量。

在再一个实施例中，当振动信号包括上述任两种或三种形变相关信号的混合时，可以针对不同类型的形变相关信号分别采取对应的处理方式。

图5示出根据本公开实施例的示例性速度信号。该速度信号可以是形变加速度信号一次积分处理后得到的，也可以是由速度传感器直接感测到的。图中横坐标表示时间，纵坐标表示形变速度。

图6示出根据本公开实施例的示例性位移信号。该位移信号可以是形变加速度信号二次积分处理后得到的，也可以是形变速度信号一次积分处理后得到的，还可以是位移传感器直接感测到的。图中横坐标表示时间，纵坐标表示形变位移。在本公开实施例中，形变位移量是指附属结构振动时产生的垂直方向上的形变位移。

获得形变位移量之后，本领域技术人员可以根据需要利用处理单元(例如，数据处理装置)从形变位移量中选取有效的车辆轴载信号。例如，可以设定合适的阈值，基于该阈值来筛选出有效的轴载信号。例如，图6中示出的6个峰值较高的波形分别表示车辆每个轴经过时产生的形变位移量，通过设定阈值，可以提取这6个波峰，作为有效的轴载信号。通过设置阈值，可以有效滤除混凝土板块可能传导过来的振动，例如图6中的高波峰旁边微小的波峰。

接着，利用处理单元基于有效的轴载信号来确定车辆的重量。在一些实施例中，处理单元可以基于以下公式来确定车辆的重量W：

W＝f(s,v,k)         (1)

其中f(x)表示x的函数，s表示有效轴载信号，v表示车辆速度，k表示转换系数。转换系数k可以通过对传感器进行标定来确定。

函数f(s,v,k)可以有各种表示形式。在一些实施例中，公式(1)可以具体表示为：

W＝∫sd_t*v*k         (2)

车辆速度可以采用多种方式来确定。例如，可以基于现有的测速设备或方案来采集车辆速度，诸如道路上已经装备的激光测速、声波测速、雷达测速等设备。

在一些实施例中，可以通过配置多个上述传感器来确定车辆速度。例如，可以在车辆行进方向上布置多个传感器，从而基于这些传感器感测到的振动信号来联合确定车辆速度。在这些实施例中，无需额外的测速设备来确定车辆速度，可以简化系统结构，提高处理效率。

在一种实现中，可以基于这些传感器之间的相对位置、传感器感测到车辆/车轴的时序信号(也即车辆/车轴依次到达各个传感器的时间)等信息来计算车辆的速度。具体计算速度的方式在本领域是已知的，此处不再详述。

需要理解的是，通过公式(2)获得是车辆的一个轴的重量。在一个实施场景中，可以利用公式(2)计算出车辆的每个轴的轴重，再对每个轴重进行加和来获得车辆的重量。

从前面的描述可知，基于每个传感器感测的振动信号，可以相应地计算车辆的重量。当采用多个传感器时，可以联合这些传感器的感测信息来确定车辆的重量，从而避免个体传感器的误差，提高称重精度。

在一些实施例中，可以在针对每个传感器单独计算车辆重量之后，基于所确定的多个车辆重量来确定最终车辆重量。例如，可以通过对各个传感器所确定的车辆重量的加权平均来确定最终车辆重量。

在另一些实施例中，可以首先对多个传感器感测的信号进行汇总处理，然后再基于处理后的总信号来确定最终车辆重量。例如，可以通过对各个传感器所感测的形变相关信号进行加权平均，然后基于平均后的信号来确定车辆重量，作为最终车辆重量。

以上描述了本公开实施例提供的基于振动信号来确定车辆重量的方案。从上述描述可知，本公开实施例提供了一种全新的动态车辆称重方案，并因此可以应用各种传感器来感测振动信号，从而确定车辆重量。这些传感器通常都很小，并且可以与其附属结构一起嵌入在路面切槽内，并通过柔性隔离层与路面基础隔离。因此，相比于前面结合图1描述的现有称重装置而言，采用本公开的实施例，减小了对传感器的振动，由此减小了称重误差，从而提高了称重精度。

图7示出根据本公开实施例的多个传感器布置于路面切槽内的示例性俯视图。这里需要理解的是，图7是图2所示动态车辆称重装置200的一种具体实施方式。因此，上文结合图2所描述的动态车辆称重装置200的某些技术特征和细节也同样适用于图7。

如图7所示，在沿车辆行驶方向上布置有混凝土板块8，在该混凝土板块8上与车辆行驶方向垂直的方向上开设有四个路面切槽9，在每个路面切槽9内还布置有多个传感器20。在一个实施例中，路面切槽与车辆行驶方向垂直的方向上的尺寸(宽度)可以与混凝土板块的宽度一致，例如，可以是一个车道的宽度；路面切槽在与车辆行驶方向平行的方向上的尺寸(长度)可以较小，通常不超过10cm。在另一个实施例中，路面切槽之间可以间隔一定距离，例如该间距可以是10cm-2m。需要理解的是，本公开实施例并不限制路面切槽的长度和宽度以及路面切槽的间距。同时路面切槽的个数可以是一个或者多个，不限于图7中的四个路面切槽。

在另一些实施例中，路面切槽的方向可以不同于图7。例如，可以在与车辆行驶方向平行的方向上开设多条路面切槽，甚至可以斜着开设路面切槽，只需控制传感器的位置，使其能够采集到有效信号以计算车辆重量。

如前面所提到的，传感器及其附属结构可以嵌入在路面切槽中。传感器的嵌入位置和嵌入深度、以及传感器的数量可以基于多种因素综合确定。在一些实施例中，每个传感器在路面切槽中的位置和深度设置成使得每个传感器感测到的振动信号保持一致性。

传感器一致性可以包括两方面。在一方面，当针对相同的激励(例如，车辆经过路面切槽)时，不同传感器的输出信号会有所不同。基于此，可以在安装传感器之前对其进行调试和确认，使得不同的传感器针对相同激励输出的信号保持一致性。

在另一方面，当传感器安装在不同位置时会导致传感器有不同的信号输出。换句话说，当相同的重量(例如，同一车辆)作用到(例如，行驶经过)该位置以及该位置附近时，不同位置处的传感器产生的信号会有不同。由此，可以在传感器安装之后对其进行调试、标定和确认。

在一个实施场景中，假设车辆经过碾压路面时距离传感器的距离为L，传感器的输出信号记为Y，车辆重量记为W，则可以通过以下公式来标定传感器输出与距离L和重量W之间的关系：

Y＝f(L,W)        (3)

具体地，当车辆通过多个传感器之间时，多个传感器间的输出信号分别记为Y1、Y2……Yn，由此，可以得到一系列公式：

基于上述公式(4)，可以获得车辆的作用位置与多个传感器的位置以及车辆重量的关系。由公式(4)可知，该公式的解的误差与传感器的数量相关。具体地，传感器之间距离越远(给定混凝土板块内的传感器数量越少)，则公式(4)包括的式子越少，获得的解的误差越大。同理，传感器之间距离越近(给定混凝土板块内的传感器数量越多)，则公式(4)包括的式子越多，获得的解的误差越小，解也越准确。

此外，传感器在路面切槽内的深度会影响传感器对作用于其上的振动信号的可检测距离。通常，超出可检测距离时，传感器无法检测或者产生较大误差。由此，在一些实施例中，可以根据传感器的深度来调整每个传感器的位置以及传感器数量，以便保证多个传感器产生的振动信号的一致性。在一些实施例中，传感器的深度可以设置为12cm-13cm，传感器之间的距离可以设置在40cm左右。

虽然图7示出了一种传感器的布局方式，但是本公开实施例不限于此，本领域技术人员可以根据不同的选择要求/偏向、不同的传感器精度、成本等因素来最终确定传感器的数量、安装位置、安装深度等。

传感器及其附属结构可以采取多种方式嵌入在路面切槽中，并且通过柔性隔离层与路面基础隔离。在一些实施例中，该附属结构具有弹性，由此可以响应于车辆经过时的轴重而产生明显的形变，从而可以获得清晰的信号，便于后续提取和处理。

附属结构可以是各种材质构成的结构，包括但不限于金属结构(例如，可以是钢板或者槽钢)，灌封材料或者金属结构与灌封材料结合而成的特殊结构。由于附属结构的材质可以选择，因此其强度也可以加以控制，以适应不同需求。在一个实施例中，附属结构的强度可以根据传感器的灵敏度选择。例如，当传感器的灵敏度较高时，附属结构的强度相应的较高；反之，当传感器的灵敏度较低时，附属结构的强度相应的较低。

在一些实施例中，传感器及其附属结构通过安装辅件和安装结构内嵌于路面切槽内。具体地，传感器的下部可以通过安装辅件固定在路面切槽中；传感器的上部可以通过安装结构紧密结合在路面切槽中。附属结构布置在安装支架和路面切槽的底部之间并与二者紧密结合。

在一个实施场景中，安装辅件可以是安装支架或者开口朝下的槽钢，并且安装支架的强度远远小于混凝土的强度。安装结构的强度不小于混凝土的强度。

图8-图12示出根据本公开实施例的传感器及其附属结构内嵌于路面切槽内的示例性剖面图。这里需要理解的是图8-图12是图7所示多个传感器布置于路面切槽内的各种具体实施方式。因此，上文结合图7所描述的布置中的某些技术特征和细节也同样适用于图8-图12。

如图8所示，在混凝土板块8上开设有横截面为矩形的路面切槽9。在该路面切槽9内，传感器20的下方通过安装支架10固定，并且在安装支架10和路面切槽9的底部之间灌封有弹性灌封材料11并与二者紧密结合。在传感器20的上方布置有钢板12与路面切槽9平齐；传感器20的中间部分灌封有第一灌封材料13。弹性灌封材料11与第一灌封材料13的强度可以相同，也可以不同。路面切槽9的两侧还设置有柔性隔离层14。在该图中，附属结构是弹性灌封材料11，安装结构是第一灌封材料13和钢板12的组合结构，安装辅件是安装支架。

图9示出根据本公开实施例的传感器及其附属结构内嵌于路面切槽内的另一实施例的示例性剖面图。如图9所示，在混凝土板块8上开设有横截面为矩形的路面切槽9。在该路面切槽9内，传感器20的下方通过安装支架10固定，并且在安装支架10和路面切槽9的底部之间灌封有弹性灌封材料11并与二者紧密结合。在传感器20的上方布置有开口朝上的槽钢15，同时在槽钢15的凹槽内灌封有第二灌封材料16，该第二灌封材料16与路面切槽平齐；传感器20的中间部分灌封有第一灌封材料13。弹性灌封材料11、第一灌封材料13和第二灌封材料16的强度可以全部或部分相同，也可以互不相同。同样地，路面切槽9的两侧还设置有柔性隔离层14。在该图中，附属结构是弹性灌封材料11，安装结构是第一灌封材料13、槽钢15(开口朝上，第二灌封材料灌封在槽钢的凹槽内)与第二灌封材料16的组合结构，安装辅件是安装支架。

图10示出根据本公开实施例的传感器及其附属结构内嵌于路面切槽内的又一实施例的示例性剖面图。如图10所示，在混凝土板块8上开设有横截面为矩形的路面切槽9。在该路面切槽9内，传感器20的下方通过安装支架10固定，并且在安装支架10和路面切槽9的底部之间灌封有弹性灌封材料11并与二者紧密结合。在传感器20的上方通过第二灌封材料16灌封至与路面切槽平齐。传感器20的中间部分灌封有第一灌封材料13。弹性灌封材料11、第一灌封材料13和第二灌封材料16的强度可以全部或部分相同，也可以互不相同。同样地，路面切槽9的两侧还设置有柔性隔离层14。在该图中，附属结构是弹性灌封材料11，安装结构是第一灌封材料13与第二灌封材料16的组合结构，安装辅件是安装支架。

图11示出根据本公开实施例的传感器及其附属结构内嵌于路面切槽内的另一实施例的示例性剖面图。如图11所示，在混凝土板块8上开设有横截面为矩形的路面切槽9。在该路面切槽9内，传感器20的下方通过安装支架10固定，并且在安装支架10和路面切槽9的底部之间灌封有弹性灌封材料11并与二者紧密结合。从安装支架10的上表面开始灌封有第一灌封材料13，直至与路面切槽平齐。弹性灌封材料11和第一灌封材料13的强度可以相同，也可以不同，图中示出了相同的情形。同样地，路面切槽9的两侧还设置有柔性隔离层14。在该图中，附属结构是弹性灌封材料11，安装结构是第一灌封材料13，安装辅件是安装支架。

图12示出根据本公开实施例的传感器及其附属结构内嵌于路面切槽内的再一实施例的示例性剖面图。如图12所示，在混凝土板块8上开设有横截面为矩形的路面切槽9。在该路面切槽9内，传感器20的下方通过开口朝下的槽钢15固定，槽钢15的凹槽内灌封有弹性灌封材料11。从槽钢15的上表面开始灌封有第一灌封材料13，直至与路面切槽平齐。弹性灌封材料11和第一灌封材料13的强度可以相同，也可以不同。同样地，路面切槽9的两侧还设置有柔性隔离层14。在该图中，附属结构是弹性灌封材料11和金属结构(槽钢)的结合，安装结构是第一灌封材料13，安装辅件是开口朝下的槽钢15。

结合上述描述，需要理解的是，安装辅件在本公开实施例中仅仅起到辅助传感器定位以及在浇筑时固定传感器的作用。由于安装辅件采用较小强度材料制作而成，因此，安装辅件不会对传感器的形变感知造成影响或者造成影响很小，在实际场景中，该影响可以忽略不计。

此外，柔性隔离层可以在路面切槽后、安装传感器之前粘贴到路面切槽内侧壁上，也可以在安装并灌封传感器后对路面切槽内壁再次切槽后，采用灌封的方式将隔离层灌封至二次切槽内。

基于上述描述可知，本公开实施例的传感器以及附属结构可以内嵌于路面切槽内，由此来感测附属结构的形变相关信号，并计算车辆的重量。由于传感器与附属结构结合为一体，共同承载车辆重量，因此传感器与附属结构之间没有传力结构，不存在传感器信号滞后和形变量大带来的设备寿命低相关的问题。更进一步地，传感器嵌入在路面切槽中并通过柔性隔离层与路面基础/混凝土板块隔离的这种安装方式，使得与传统称重装置相比，传感器由感测整块混凝土板块/路面基础转为感测传感器附属结构的振动，由此导致振动减小，从而减小了称重误差。再进一步地，由于传感器表面不可见，可以有效抑制车辆驾驶员的各种影响称重的驾驶行为。此外，灌封材料的材质可以与混凝土相同，从而对车辆的制动不会产生不利影响。

基于前述动态车辆称重装置，本公开还提供了一种相应的动态车辆称重方法。图13示出根据本公开实施例的动态车辆称重方法1300的示例性流程图。

如图所示，在步骤1302处，利用传感器获取行进过程中的车辆作用于该传感器的附属结构上的振动信号。在一些实施例中，传感器可以通过路面切槽安装在混凝土板块上，并通过柔性隔离层将混凝土路面与传感器及其附属结构隔离。当车辆通过路面切槽时，路面切槽中的传感器附属结构会因车辆轴重或轴组中的原因而发生形变。这些形变的大小与轴重的大小相关，因此可以使用传感器来采集附属结构形变产生的信号。

在一个实施例中，传感器可以包括以下至少一种：加速度传感器、速度传感器和位移传感器。相应地，传感器所采集的振动信号可以包括以下至少一种：形变加速度信号、形变速度信号和形变位移信号。

基于上述采集到振动信号后，继续图13，在步骤1304处，利用处理单元根据所采集的振动信号来确定车辆的重量。

具体地，根据振动信号确定车辆的重量可以进一步包括：根据振动信号确定车辆作用于附属结构上的形变位移量，并从该形变位移量中选取有效车辆轴载信号；以及根据轴载信号来确定车辆的重量。

取决于振动信号的具体形式，可以采用不同的处理方式来获得附属结构的形变位移量。例如，当振动信号包括形变加速度信号时，可以通过对形变加速度信号进行两次积分处理来确定形变位移量。又例如，当振动信号包括形变速度信号时，可以对形变速度信号进行一次积分处理来确定形变位移量。再例如，当振动信号包括形变位移信号时，可以直接将形变位移信号确定为形变位移量。振动信号也可以包括上述任两种或三种形变相关信号的混合，此时可以针对不同类型的形变相关信号分别采取对应的处理方式。

基于上述获得形变位移量后，可以对该形变位移量设定阈值来选取有效的轴载信号，并基于选取的轴载信号来确定车辆的重量。在一些实施例中，可以基于前面结合图2描述的公式(1)和(2)来确定车辆重量，此处不再重复。需要理解的是，这里的车辆重量指的是车辆的一个轴的重量，分别计算出车辆每个轴的重量，可以对每个车辆轴重进行求和，从而获得整个车辆重量。

应当注意，尽管在附图中以特定顺序描述了本发明方法的操作，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果。相反，流程图中描绘的步骤可以改变执行顺序。附加地或备选地，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，和/或将一个步骤分解为多个步骤执行。

应当理解，本公开的权利要求、说明书及附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本公开的说明书和权利要求书中使用的术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本公开说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的，而并不意在限定本公开。如在本公开说明书和权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。还应当进一步理解，在本公开说明书和权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如在本说明书和权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。

虽然本文已经示出和描述了本披露的多个实施例，但对于本领域技术人员显而易见的是，这样的实施例只是以示例的方式来提供。本领域技术人员可以在不偏离本披露思想和精神的情况下想到许多更改、改变和替代的方式。应当理解的是在实践本披露的过程中，可以采用对本文所描述的本披露实施例的各种替代方案。所附权利要求书旨在限定本披露的保护范围，并因此覆盖这些权利要求范围内的等同或替代方案。

Claims (9)

1.一种动态车辆称重装置，包括：

传感器，用于获取行进过程中的车辆作用于所述传感器的附属结构上的振动信号，所述传感器及其附属结构安装于路面切槽内，且位于同一个路面切槽内的所述传感器沿垂于与车辆行驶方向依次设置；所述传感器及其附属结构通过柔性隔离层与路面基础隔离，所述传感器的下部通过安装辅件固定在路面切槽中，所述传感器的上部通过安装结构紧密结合在路面切槽中，所述附属结构布置在所述安装辅件与所述切槽的底部之间并与二者紧密结合，所述安装辅件的强度小于所述路面基础的强度；以及

处理单元，用于根据所述振动信号确定所述附属结构的形变位移量，并且基于所述形变位移量来确定所述车辆的重量。

2.根据权利要求1所述的动态车辆称重装置，其中

所述传感器包括以下至少一种：加速度传感器、速度传感器和位移传感器；并且相应地，

所述振动信号包括以下至少一种：形变加速度信号、形变速度信号、和形变位移信号。

3.根据权利要求1所述的动态车辆称重装置，其中所述附属结构具备弹性，并且所述附属结构选自以下任一：

金属结构；

灌封材料；以及

金属结构与灌封材料的结合。

4.根据权利要求1或3所述的动态车辆称重装置，其中所述安装结构包括以下任一结构：

灌封材料，所述灌封材料灌封在安装辅件上方直至至少与所述路面切槽的开口平齐；

第一灌封材料与第二灌封材料的组合结构，所述第一灌封材料灌封在所述安装辅件上方直至覆盖所述传感器，所述第二灌封材料灌封在所述传感器的上方直至至少与所述路面切槽的开口平齐；

第一灌封材料、槽钢与第二灌封材料的组合结构，所述第一灌封材料灌封在所述安装辅件上方直至覆盖所述传感器，所述槽钢位于所述传感器的上方，所述第二灌封材料灌封在所述槽钢的上方直至至少与所述路面切槽的开口平齐；以及

灌封材料与钢板的组合结构，所述灌封材料灌封在安装辅件上方直至覆盖所述传感器，所述钢板位于所述传感器的上方并至少与所述路面切槽的开口平齐。

5.根据权利要求4所述的动态车辆称重装置，其中所述第一灌封材料、槽钢与第二灌封材料的组合结构包括以下任一设置：

所述槽钢的开口朝上，所述第二灌封材料灌封在所述槽钢的凹槽内；或者

所述槽钢的开口朝下，所述第一灌封材料灌封在所述槽钢的凹槽内。

6.一种动态车辆称重方法，包括：

利用传感器获取行进过程中的车辆作用于所述传感器的附属结构上的振动信号，所述传感器及其附属结构安装于路面切槽内，所述传感器及其附属结构通过柔性隔离层与路面基础隔离，且位于同一个路面切槽内的所述传感器沿垂于与车辆行驶方向依次设置；所述传感器的下部通过安装辅件固定在路面切槽中，所述传感器的上部通过安装结构紧密结合在路面切槽中，所述附属结构布置在所述安装辅件与所述切槽的底部之间并与二者紧密结合，所述安装辅件的强度小于所述路面基础的强度；以及

利用处理单元根据所述振动信号确定所述附属结构的形变位移量，并且基于所述形变位移量来确定所述车辆的重量。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述振动信号包括所述附属结构由于所述车辆经过时的振动而导致的形变相关的信号。

8.根据权利要求7所述的方法，其中根据所述振动信号来确定所述车辆的重量进一步包括：

根据所述振动信号确定所述车辆作用于所述附属结构上的形变位移量；

从所述形变位移量中选取有效车辆轴载信号；以及

根据所述轴载信号来确定所述车辆的重量。

9.根据权利要求8所述的方法，其中基于如下公式计算所述车辆的重量W：

W＝f(s,v,k)；

其中s表示轴载信号，v表示车辆速度，k表示转换系数，其通过对所述传感器进行标定来确定。

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