CN112763039A - 一种动态称重装置及其称重方法 - 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称重传感器和处理单元。称重传感器用于获取行进过程中的车辆作用于路面结构而产生的形变信号。处理单元用于根据形变信号来确定车辆的重量。本公开通过利用称重传感器感测路面结构的形变信号，可以直接利用形变信号来确定车辆的重量。此外，称重传感器内嵌于混凝土板块相比于传统称重设备，提高了称重传感器的使用寿命，同时提高了称重精度。

Description

一种动态称重装置及其称重方法

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公开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嵌入在道路基础中的称重传感器感测车辆作用于道路基础而产生的形变信号，可以直接利用形变信号来确定车辆的重量。进一步地，由于将称重传感器内嵌于道路基础的混凝土板块内来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：称重传感器，用于嵌入在道路基础中以获取行进过程中的车辆作用于道路基础而产生的形变信号；以及处理单元，用于根据所述形变信号来确定所述车辆的重量。

在一个实施例中，其中所述称重传感器包括预制于所述混凝土板块内的多个所述称重传感器。

在另一个实施例中，其中所述称重传感器包括传感器框架和所述内部结构，其中所述传感器框架埋设在路面以下并与混凝土紧密结合，所述内部结构位于所述传感器框架内并与之紧密结合，以通过感应所述传感器框架的形变来获取所述形变信号。

在又一个实施例中，其中所述内部结构包括弹性体，用于在外力作用下产生弹性形变。

在第二方面，本公开提供一种动态车辆称重方法，包括：利用嵌入在道路基础中的称重传感器获取行进过程中的车辆作用于道路基础而产生的形变信号；以及利用处理单元根据所述形变信号来确定所述车辆的重量。

在一个实施例中，其中所述形变信号包括由于所述车辆经过而导致的所述道路基础的混凝土板块的形变相关信息以及所述称重传感器内部结构的形变相关信息。

在另一个实施例中，其中根据所述形变信号确定所述车辆的重量包括：根据所述形变信号确定所述混凝土板块的第一形变位移量和所述内部结构的第二形变位移量中的至少一个；以及基于所述第一形变位移量和所述第二形变位移量中的至少一个来确定所述车辆的重量。

在又一个实施例中，其中确定所述第一形变位移量和所述第二形变位移量中的至少一个包括：提取所述形变信号中的低频部分作为所述第一形变位移量；和/或提取所述形变信号中的高频部分作为所述第二形变位移量。

在又一个实施例中，其中基于所述第一形变位移量和所述第二形变位移量中的至少一个来确定所述车辆的重量包括：利用所述第一形变位移量确定所述车辆的第一重量；利用所述第二形变位移量确定所述车辆的第二重量；以及基于所述第一重量和第二重量确定所述车辆的最终重量。

在又一个实施例中，其中利用所述第一形变位移量确定所述车辆的第一重量包括基于如下公式计算所述第一重量W1：

W1＝f1(s1,v,k1)；

其中s1表示第一形变位移量，v表示车辆速度，k1表示第一转换系数，其通过对所述称重传感器进行标定来确定。

在又一个实施例中，其中利用所述第二形变位移量确定所述车辆的第二重量包括：从所述第二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第二重量。

在又一个实施例中，其中根据所述轴载信号确定所述车辆的第二重量包括基于如下公式计算所述车辆的第二重量W2：

W2＝f2(s2,v,k2)；

其中s2表示轴载信号，v表示车辆速度，k2表示第二转换系数，其通过对所述称重传感器进行标定来确定；优选地，所述车辆速度基于布置在车辆行进方向上的多个所述称重传感器感测的形变信号来联合确定。

根据本公开的实施例，通过利用嵌入在道路基础中的称重传感器来感测车辆行驶过程中作用于道路基础而产生的形变，可以直接利用形变信号来确定车辆的重量。进一步地，由于将称重传感器内嵌于混凝土板块内来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，将称重传感器通过固定部件直接预制在混凝土板块内形成一体，使得动态称重装置结构简单化，从而减少了施工量和后期维护量。进一步地，本公开实施例中称重传感器与混凝土板块融为一体，使得称重传感器的形变量减小，从而提高了称重传感器的使用寿命。同时，混凝土板块与称重传感器之间不存在传力结构，因而不会导致称重传感器信号滞后，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示例性形变信号；

图4示出根据本公开实施例的示例性混凝土板块的第一形变位移量；

图5示出根据本公开实施例的示例性内部结构的第二形变位移量；

图6示出根据本公开实施例的多个称重传感器布置于混凝土板块内的示例性俯视图；

图7是示出根据本公开实施例的单个称重传感器的示例性结构示意图；

图8是示出根据本公开实施例的单个称重传感器内嵌于混凝土板块的示例性示意图；

图9是示出根据本公开实施例的多个称重传感器内嵌于混凝土板块的示例性示意图；以及

图10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，提供了一种基于嵌入在道路基础中的称重传感器感测到的形变信号来直接确定车辆重量的方案。在一些实现中，该形变信号可以包括车辆行驶经过所导致的混凝土板块的形变以及称重传感器内部结构的形变。在这些实现中，称重传感器可以嵌入在混凝土板块中与之结为一体，从而简化结构并减少安装施工量与后期维护量。此外，由于称重传感器嵌入在混凝土板块内与其成为一体，使得称重传感器所受形变量减小，提高了称重传感器的使用寿命，从而节约了成本。

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包括称重传感器201和处理单元202。

称重传感器201用于嵌入在道路基础中以在车辆行进过程中获取或感测车辆作用于道路基础而产生的形变信号。

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，提出了利用嵌入在道路基础中的称重传感器来感测车辆行驶经过所导致的道路基础的形变来直接确定车辆重量的方案。具体地，基于称重传感器在道路基础中的布置，感测到的形变可以包括路面板块(例如，混凝土板块)的形变以及称重传感器内部结构(例如，弹性体)的形变。

称重传感器用于将物体的重量信号转换成电信号。当开始称重时，物体一旦被安置在传感器上，其内的弹性体就会由于受到物体的压力而变形，弹性体的变形又引起它表面的电阻应变片跟着变形，电阻应变片的变形又导致它的阻值改变，接着阻值的增大或减小数值就会经由检测电路转变成电信号。

在本公开的实施例中，提供了一种小型称重传感器，其可以嵌入在路面板块/混凝土板块中与之结为一体，以便感测混凝土板块的形变和称重传感器的内部结构(例如，弹性体)的形变。当有车辆经过混凝土板块时，混凝土板块由于受车辆重量的影响而发生形变，使得称重传感器拉伸或者压缩而导致弹性体发生形变。后面将结合附图详细描述称重传感器的具体结构以及与混凝土板块的结合方式。

图3示出根据本公开实施例的称重传感器感测到的示例性形变信号波形图。该形变信号中包括混凝土形变信息和称重传感器内部结构的形变信息。图中横坐标表示时间，纵坐标表示形变位移。取决于称重传感器在道路基础内的具体布置，在本公开实施例中，形变位移量是指称重传感器内部结构由于受车辆重量而导致形变(例如拉伸)产生的水平方向上的形变位移。

继续图2，处理单元202用于根据称重传感器感测到的形变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称重传感器获取/感测到的形变信号，同时对获取/感测到的形变信号进行预处理。在一个实施例中，上述称重传感器获取/感测到的形变信号是模拟电压信号。具体地，当车辆行进经过混凝土板块时，车辆重量使得称重传感器的内部结构(例如，弹性体)发生形变，从而输出与车辆重量存在关联的电压信号。结合上述描述，称重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前述形变信号的数字化表征。

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。

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形变信号。

如前面所提到，称重传感器感测到的形变信号中包含了混凝土板块的形变信息和称重传感器的内部结构的形变信息。因此，进一步地，处理单元可以根据形变信号确定混凝土板块的第一形变位移量和称重传感器内部结构的第二形变位移量中的至少一个，并且基于第一形变位移量和第二形变位移量中的至少一个来确定车辆的重量。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形变信号进行分析处理，以确定第一形变位移量和/或第二形变位移量。

进一步的分析表明，混凝土板块的形变信息和称重传感器内部结构的形变信息这两种形变信息具有不同的频率特性。例如，混凝土板块的形变信息表现为超低频的信号；内部结构(例如弹性体)的形变信息可以表现为高频信号。因此，可以根据频率特性，从称重传感器感测到的形变信号中提取不同的形变信息。

具体地，在一些实施例中，可以提取形变信号中的低频部分作为混凝土板块的第一形变位移量；和/或提取形变信号中的高频部分作为称重传感器内部结构的第二形变位移量。

图4示出根据本公开实施例的示例性混凝土板块的第一形变位移量。对比图4和图3可以看出，图4是从图3的形变信号中分离的低频信号。

图5示出根据本公开实施例的示例性内部结构的第二形变位移量。对比图5和图3可以看出，图5是从图3的形变信号中分离的高频信号。

获得第一和/或第二形变位移量之后，处理单元(例如，数据处理装置)可以基于第一和/或第二形变位移量来确定车辆的重量。

在一些实施例中，处理单元可以基于第一形变位移量来确定车辆的第一重量。例如，处理单元可以基于以下公式来确定车辆的第一重量W1：

W1＝f1(s1,v,k1) (1)

其中f1(x)表示x的函数，s1表示第一形变位移量，v表示车辆速度，k1表示第一转换系数。第一转换系数k1可以通过对称重传感器进行标定来确定。

函数f1(s1,v,k1)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：

W1＝∫s1dt*v*k1 (2)

可选地或附加地，在一些实施例中，处理单元可以基于第二形变位移量来确定车辆的第二重量。

在获取第二形变位移量之后，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)从第二形变位移量中选取有效的车辆轴载信号来确定车辆的第二重量。例如，图5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，可以有效滤除可能感测到的混凝土板块的形变，例如图5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第二重量W2：

W2＝f2(s2,v,k2) (3)

其中f2(x)表示x的函数，s2表示第二形变位移量，v表示车辆速度，k2表示第二转换系数。第二转换系数k2可以通过对称重传感器进行标定来确定。

函数f2(s2,v,k2)可以有各种表示形式。在一些实施例中，公式(3)可以具体表示为：

W2＝∫s2dt*v*k2 (4)

上述公式中的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称重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称重传感器，从而基于这些称重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，可以基于这些称重传感器之间的相对位置、称重传感器感测到车辆/车轴的时序信号(也即车辆/车轴依次到达各个称重传感器的时间)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(4)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(4)计算出车辆的每个轴的轴重，再对每个轴重进行加权求和来获得车辆的重量。

在一些实施例中，可以仅基于公式(2)确定的车辆的第一重量来确定车辆的最终重量。

在另一些实施例中，可以仅基于公式(4)确定的车辆的第二重量来确定车辆的最终重量。

在又一些实施例中，可以综合第一重量和第二重量来确定车辆的最终重量，以进一步提高称重精度。例如，可以对第一重量和第二重量进行加权平均，以作为最终重量。

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

在一些实施例中，可以在针对每个称重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，可以通过对各个称重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，可以首先对多个称重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，可以通过对各个称重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称重传感器感测到的形变信号来确定车辆重量的方案。从上述描述可知，本公开实施例通过对称重传感器感测到的形变信号进行分析处理，可以有效提高称重精度。此外，本公开实施例还提供了一种小型称重传感器，这种称重传感器可以嵌入在道路基础中与混凝土板块成为一体。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，有利于提高称重传感器的使用寿命，同时减小称重传感器的形变量误差，从而提高称重精度。

图6示出根据本公开实施例的多个称重传感器布置于混凝土板块内的示例性俯视图。这里需要理解的是，图6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6。

如图6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内布置有多个称重传感器20。在一个实施例中，混凝土板块在与车辆行驶方向垂直的方向上的尺寸(宽度)可以是一个车道的宽度，在与车辆行驶方向平行的方向上的尺寸(长度)可以是任意的，例如可以为四米至六米。优选地，长和宽的比例不超过1.5。需要理解的是，本公开实施例并不限制混凝土板块的长度和宽度。

如前面所提到的，称重传感器可以嵌入在混凝土板块中。称重传感器的嵌入位置和嵌入深度、以及称重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，每个称重传感器在混凝土板块中的位置和深度设置成使得每个称重传感器感测到的形变信号保持一致性。

称重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，同一车辆经过混凝土板块)时，不同称重传感器的输出信号会有所不同。基于此，可以在安装称重传感器之前对其进行调试和确认，使得不同的称重传感器针对相同激励输出的信号保持一致性。

在另一方面，当称重传感器安装在不同位置时会导致称重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，不同位置处的称重传感器产生的信号会有不同。由此，可以在称重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，假设车辆经过碾压混凝土板块时距离称重传感器的距离为L，称重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称重传感器输出与距离L和重量W之间的关系：

Y＝f(L,W) (5)

具体地，当车辆通过多个称重传感器之间时，多个称重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(6)，可以获得车辆的作用位置与多个称重传感器的位置以及车辆重量的关系。由公式(6)可知，该公式的解的误差与称重传感器的数量相关。具体地，称重传感器之间距离越远(给定混凝土板块内的称重传感器数量越少)，则公式(6)包括的式子越少，获得的解的误差越大。同理，称重传感器之间距离越近(给定混凝土板块内的称重传感器数量越多)，则公式(6)包括的式子越多，获得的解的误差越小，解也越准确。

此外，称重传感器在混凝土板块内的深度会影响称重传感器的对作用于其上的形变信号的可检测距离。通常，超出可检测距离时，称重传感器无法检测或者产生较大误差。由此，在一些实施例中，可以根据称重传感器的深度来调整每个称重传感器的位置以及称重传感器数量，以便保证多个称重传感器产生的形变信号的一致性。在一些实施例中，称重传感器的深度可以设置为12cm-13cm，称重传感器之间的距离可以设置在40cm左右。

虽然图6示出了一种称重传感器的布局方式，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、不同的称重传感器精度、成本等因素来最终确定称重传感器的数量、安装位置、安装深度等。安装布局也不限于图6这种行列规则式，例如可以相互交错排列。图7是示出根据本公开实施例的单个称重传感器的示例性结构示意图。

如图7所示，称重传感器20可以包括传感器框架201、202以及内部结构210。传感器框架用于埋设在路面以下与混凝土紧密结合，内部结构位于传感器框架内并与之紧密结合，以通过感应传感器框架的形变来获取形变信号。

在一些实施例中，传感器框架可以包括上框架201和下框架202。在一个实现中，上框架201可以具有长方体形状，并且长方体的底面可以敞开并形成开口。具体而言，上框架201可以通过使用折弯机对板件(例如钢板)进行钣金折弯而围合成箱体结构，然后再对箱体的边角处进行密封处理(例如焊接)，从而可以形成一个具有底部开口的腔室。可以理解，这里给出的上框架201的加工方法仅仅是示例性的而非限制性的，本领域技术人员根据本公开的教导可以采用不同的方法来加工该上框架201，例如也可以通过将5块板件作为上框架201的5个壁焊接在一起而形成底部敞开的箱体结构，因此本公开实施例的上框架201旨在包括任何具有开口的箱体结构。

与上框架201的结构相对应地，所示出的下框架202可以实现为矩形的板件，并且该板件的厚度可以大于上框架201的厚度，以使得下框架202的刚度大于上框架201的刚度，从而该下框架202在车辆的作用下不易于发生形变。可以理解的是这里关于板件厚度的描述是示例性而非限制性的，本公开在此方面不做限制。

此外，根据不同的应用场景，上框架201可以具有不同的尺寸。例如，当上框架201为前述长方体时，该长方体的长度可以在80mm至120mm(毫米)的范围内，宽度可以在80mm至120mm的范围内，并且高度可以在20mm至30mm的范围内。与之相应地，下框架202的长度也可以在80mm至120mm的范围内，宽度可以在80mm至120mm的范围内。可以理解的是，这里给出的尺寸范围仅仅是示例性的而非限制性的，本领域技术人员根据本公开的教导和实际应用场景(例如路面的宽窄、地形、地势或路面上行驶的车辆类型等)来选择使用不同的尺寸。

称重传感器的内部结构设置在上框架201与下框架202形成的腔室内。内部结构通常包括弹性体210，用于在外力作用下产生弹性形变。弹性体的作用很直接，它首先感知外界物体的作用力，并利用反作用力来承受这个物体的作用力。内部结构还可以包括应变件209，例如电阻应变片。应变件209将弹性体210对它的作用力转化成例如阻值的变化，再把这种变化信息传递给下一步，例如检测电路(未示出)。在一些实现中，上述内部结构可以是测力传感器。根据不同的应用场景，测力传感器可以实现为膜盒式传感器、轮辐式传感器或者柱式传感器。

当车辆经过预埋有上述称重传感器的路面上方时，道路基础中的混凝土会因车辆重量而发生形变，从而带动传感器发生变形产生压力信号。在本公开实施例中，称重传感器感测到的形变是车辆重量导致的混凝土及传感器内部结构在水平方向上的形变。

在一些实施例中，称重传感器20还可以包括固定部件。如图所示，上述内部结构(弹性体和应变件)通过多组上、下对称的上固定件203(例如固定螺栓)和下固定件204(例如固定螺栓)固定于上、下框架内，以与上下框架紧密结合，从而感应传感器框架的形变。在上框架201的上方还可以设置一组长固定件205(例如可以是地锚螺栓)，以将传感器框架与混凝土紧密结合，从而传递并感应混凝土的形变。

本领域技术人员可以理解，称重传感器20还可以具有用于传输信号的信号线缆(未示出)，该信号线缆的端部引出至上框架201的外部，以用于输出内部结构感测到的形变信号。例如，该信号线缆的端部可以连接至外部电子仪器和/或数据处理装置，以将膜盒式传感器感测的形变信号传送到外部电子仪器和/或数据处理装置，以便对形变信号进行分析和处理，从而获得车辆经过时的称重数值。

称重传感器可以采取多种方式嵌入或安装在混凝土板块中并与混凝土板块紧密结合，以感应混凝土板块的形变。

图8是示出根据本公开实施例的单个称重传感器内嵌于混凝土板块的示例性示意图。在该图中，上框架201的左右两侧固定在一组短固定支架206上，并且通过一组短固定件207(例如固定螺栓)固定并与混凝土板块紧密结合，也即每个称重传感器具有各自的固定支架。在该场景中，可便于运输多个独立称重传感器。

图9是示出根据本公开实施例的多个称重传感器内嵌于混凝土板块的示例性示意图。在该图中，多个称重传感器可直接通过短固定件207将称重传感器的底部以及下框架202(如图7所示)固定在同一长固定支架208上。在该场景中，可便于称重传感器的安装和定位。

这里需要理解的是图8和图9是图6所示多个称重传感器布置于混凝土板块内的不同的实施方式。因此，上文结合图6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和图9。本领域技术人员可以根据选择不同的安装方式，本公开实施例对此不作限制。

基于上述描述可知，本公开实施例的称重传感器可以直接预制于混凝土板块内形成一体，从而感测混凝土板块以及传感器内部结构的形变相关信号，并由此来计算车辆的重量。由于称重传感器与混凝土结合为一体，共同承载车辆重量，因此称重传感器与混凝土之间没有传力结构，不存在称重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。而且，这种一体结构制造简单，由于不存在空隙和额外的结构，维护起来也很方便，更有利于长期使用。更进一步地，称重传感器嵌入在混凝土块中的这种安装方式，使得称重传感器表面不可见，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，车辆直接与混凝土板块接触，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10示出根据本公开实施例的动态车辆称重方法1000的示例性流程图。

如图所示，在步骤1002处，利用嵌入在道路基础中的称重传感器在车辆行进过程中获取车辆作用于道路基础而产生的形变信号。车辆通过混凝土板块时，混凝土板块会因车辆轴重或轴组中的原因而发生形变。同时，混凝土板块形变导致称重传感器的内部结构发生形变。这些形变的大小与轴重的大小相关，因此可以使用称重传感器来采集混凝土板块以及称重传感器内部结构的形变信号。

称重传感器可以嵌入在路面板块/混凝土板块中与之结为一体，以便感测混凝土板块以及传感器内部结构的形变。称重传感器与混凝土板块的结合方式可以参考前面结合图6-图9的描述，此处不再重复。

基于上述采集到形变信号后，继续图10，在步骤1004处，利用处理单元根据形变信号来确定车辆的重量。

具体地，根据形变信号确定车辆的重量可以进一步包括：根据形变信号确定混凝土板块的第一形变位移量和内部结构的第二形变位移量中的至少一个；以及根据所确定的第一形变位移量和/或第二形变位移量来确定车辆的重量。

在一些实施例中，可以根据频率特性，从形变信号中提取不同的形变信息。具体地，可以根据频率特性，从形变信号中分离出混凝土板块的第一形变位移量和传感器内部结构的第二形变位移量。例如，低频部分为第一形变位移量，高频部分为第二形变位移量。

基于上述获得第一形变位移量和第二形变位移量后，可以基于获取的第一形变位移量和第二形变位移量来确定车辆的重量。在一些实施例中，可以基于前面结合图2描述的公式(2)和(4)来确定车辆重量，此处不再重复。需要理解的是，公式(2)是基于混凝土板块形变获得车辆的第一重量，公式(4)是基于内部结构形变获得车辆的第二重量，在一些实施例中可以对这里的第一重量和第二重量进行加权平均，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公开方法的操作，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 (12)

1.一种动态车辆称重装置，包括：

称重传感器，用于嵌入在道路基础中以获取行进过程中的车辆作用于所述道路基础而产生的形变信号；以及

处理单元，用于根据所述形变信号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，其中所述称重传感器包括预制于混凝土板块内的多个所述称重传感器。

3.根据权利要求2所述的动态车辆称重装置，其中所述称重传感器包括传感器框架和内部结构，其中所述传感器框架埋设在路面以下并与混凝土紧密结合，所述内部结构位于所述传感器框架内并与之紧密结合，以通过感应所述传感器框架的形变来获取所述形变信号。

4.根据权利要求3所述的动态车辆称重装置，其中所述内部结构包括弹性体，用于在外力作用下产生弹性形变。

5.一种动态车辆称重方法，包括：

利用嵌入在道路基础中的称重传感器获取行进过程中的车辆作用于所述道路基础而产生的形变信号；以及

利用处理单元根据所述形变信号来确定所述车辆的重量。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述形变信号包括由于所述车辆经过而导致的所述道路基础的混凝土板块的形变相关信息以及所述称重传感器内部结构的形变相关信息。

7.根据权利要求6所述的方法，其中根据所述形变信号确定所述车辆的重量包括：

根据所述形变信号确定所述混凝土板块的第一形变位移量和所述内部结构的第二形变位移量中的至少一个；以及

基于所述第一形变位移量和所述第二形变位移量中的至少一个来确定所述车辆的重量。

8.根据权利要求7所述的方法，其中确定所述第一形变位移量和所述第二形变位移量中的至少一个包括：

提取所述形变信号中的低频部分作为所述第一形变位移量；和/或

提取所述形变信号中的高频部分作为所述第二形变位移量。

9.根据权利要求7-8任一所述的方法，其中基于所述第一形变位移量和所述第二形变位移量中的至少一个来确定所述车辆的重量包括：

利用所述第一形变位移量确定所述车辆的第一重量；

利用所述第二形变位移量确定所述车辆的第二重量；以及

基于所述第一重量和第二重量确定所述车辆的最终重量。

10.根据权利要求9所述的方法，其中

利用所述第一形变位移量确定所述车辆的第一重量包括基于如下公式计算所述第一重量W1：

W1＝f1(s1,v,k1)；

其中s1表示第一形变位移量，v表示车辆速度，k1表示第一转换系数，其通过对所述称重传感器进行标定来确定。

11.根据权利要求9所述的方法，其中利用所述第二形变位移量确定所述车辆的第二重量包括：

从所述第二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第二重量。

12.根据权利要求11所述的方法，其中根据所述轴载信号确定所述车辆的第二重量包括基于如下公式计算所述车辆的第二重量W2：

W2＝f2(s2,v,k2)；

其中s2表示轴载信号，v表示车辆速度，k2表示第二转换系数，其通过对所述称重传感器进行标定来确定；所述车辆速度基于布置在车辆行进方向上的多个称重传感器感测的形变信号来联合确定。

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