CN113639838A - 一种车辆自动称重系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种车辆自动称重系统，其包括监控中心、与所述监控中心通讯连接的车载终端，所述车载终端内设置有称重计算模块，所述车载终端用于采集车辆的运行状态数据和对运行状态数据进行处理和分析，所述称重计算模块用于根据运行状态数据计算出车辆的质量，计算结果通过所述车载终端输送给监控中心；监控中心设置有用于显示该计算结果的显示屏。本发明在车辆行驶中就能够获取车辆的质量，而无需停车，从而提高了效率；同时车载终端中具有称重计算模块，不存在现有称重传感器在售后维修过程中被人为损坏的问题，较好地保证了精度不随时间逐年下降；并且，省去了现有技术中的称重传感器，节约了称重传感器本身的成本，节约了人工标定成本。

Description

一种车辆自动称重系统

技术领域

本发明属于车辆称重技术领域，具体涉及一种车辆自动称重系统。

背景技术

货车用于运输货物，其载重信息非常重要。对于车队管理者来说，载重信息能用于监控车辆运行情况；对于交通管理部门来说，载重信息可用于监控车辆是否出现超载，避免交通安全事故发生。然而，获取货车载重信息需要付出很大的人力、物力、财力，市场上缺少智能检测货车载重的系统或装置。

现有技术一中采用地磅称重的方式来获取车辆载重信息，如图1所示。货车12停在地磅11上，称重后通过显示装置13显示重量。这种方式效率低，需要在特定的路段设置称重检测点，货车经过该路段后停车称重。此外，这种方式检测范围有限，只有经过检测点的货车才能知道载重，对于大部分货车无法获取载重信息。

现有技术二中采用称重传感器的方式来获取车辆载重信息的系统，如图2所示。称重传感器采用位移传感器或压力传感器等，将位移传感器安装在支撑弹簧上来检测变形量，或将压力传感器安装在车轴上来检测压力值。称重传感器采集的信息是模拟信号，通过线束将该模拟信号传递给控制器，控制器内部已存储传感器的参数规格，控制器将模拟信号转换为数字信号并得出载重信息，通过显示装置显示货车的载重。这种方式需要多个称重传感器，而这种称重传感器本身成本较高。需要布置多个称重传感器，各传感器与货车的匹配精度要求高，安装后需人工标定，费时费力；同时，在售后维修过程中，容易被人为破坏；并且，随着货车使用年限的增加，称重传感器的精度会随之下降，不便于校准。

发明内容

本发明的目的是提供一种车辆自动称重系统，以解决现有技术中的上述技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种车辆自动称重系统，其包括监控中心、与所述监控中心通讯连接的车载终端，所述车载终端内设置有称重计算模块，所述车载终端用于采集车辆的运行状态数据和对运行状态数据进行处理和分析，所述称重计算模块用于根据运行状态数据计算出车辆的质量，计算结果通过所述车载终端输送给监控中心；监控中心设置有用于显示该计算结果的显示屏。

优选地，车载终端内设置有用于提高所述计算结果的有效性的滤除规则，在对运行状态数据进行处理和分析时，先根据采集到的运行状态数据判断车辆的当前状态是否符合滤除规则，若符合，则进行数据滤除，即运行状态数据不传输给称重计算模块；若不符合，则不滤除，并将运行状态数据传输给称重计算模块进行质量计算。

优选地，所述滤除规则包括：

半离合状态，根据采集到的离合状态判断车辆的当前状态是否处于半离合状态，若车辆处于半离合状态，则进行滤除；反之，则不滤除；

发动机工作不稳定状态，根据采集到的发动机水温、发动机燃油温度进行联合判断，若两者均超过设置的阀值，则滤除；反之，则不滤除。

优选地，所述滤除规则还包括：

急加速工况，根据采集到的车辆的加速度和发动机瞬间燃油消耗进行联合判断，若加速度和发动机瞬间燃油消耗超过了设定的阀值，则属于急加速工况，进行滤除；反之，则不滤除；

急减速工况，根据采集到的油门踏板和发动机负荷百分比以及车辆的加速度进行联合判断，若油门踏板松开，同时发动机负荷百分百低于一定的阀值，且加速度为负，则为急减速工况，此时的数据需滤除；反之，则不滤除；

低档位工况，根据采集到的档位信息，判断当前档位是否为一档或二挡，若是，则滤除；若当前档位不处于一档且不处于二挡，则不滤除。

优选地，车载终端通过车辆CAN总线采集车辆的运行状态数据。

优选地，称重计算模块通过计算车辆单位时间内牵引力的变化量和加速度的变化量之间的比值，得到车辆在当前时刻的质量，而后计算车辆在多个不同时刻的质量，对获得的多个质量求平均值，得到车辆的质量。

优选地，根据车载终端采集到的发动机输出扭矩计算出所述牵引力，根据车辆CAN总线中车速报文周期内车载终端采集到的车速的差值与车速报文周期的比值得出所述加速度。

优选地，通过车辆前桥上的车速传感器或仪表车速获得车速数据。

优选地，所述运行状态数据包括车速、离合状态、燃油消耗量、发动机指令扭矩百分比、发动机实际扭矩百分比、发动机转速、燃油消耗率、发动机冷却水温、发动机燃油温度、油门踏板位置、当前转速下的负荷百分比、发动机参考扭矩、发动机摩擦扭矩百分比、发动机目标运行转速。

优选地，监控中心设置有报警装置，当传输给监控中心的计算结果超过设定的阈值时，报警装置开始报警。

本发明的有益效果在于：

本发明的车辆自动称重系统，其在车辆行驶中就能够获取车辆的质量，而无需停车，从而提高了效率；同时，由于是在车载终端中集成称重计算模块，不存在现有称重传感器在售后维修过程中被人为损坏的问题，较好地保证了精度不随时间逐年下降；并且，省去了现有技术中的称重传感器，节约了称重传感器本身的成本，节约了人工标定成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，并将结合附图对本发明的具体实施例作进一步的详细说明，其中

图1为现有技术一中的示意图；

图2为现有技术二中的示意图；

图3为本发明实施例提供的车辆自动称重系统的示意图；

图4为本发明实施例提供的车辆行驶时的示意图；

图5为本发明实施例提供的车载终端的组成框图。

附图中标记：

11、地磅 12、货车 13、显示装置 21、车辆CAN总线 31、车载终端 41、监控中心

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合具体实施例对本方案作进一步地详细介绍。

如图3所示，本发明实施例提供了一种车辆自动称重系统，其包括监控中心41、与所述监控中心41通讯连接的车载终端31，所述车载终端31内设置有称重计算模块，所述车载终端31用于采集车辆的运行状态数据和对运行状态数据进行处理和分析，所述称重计算模块用于根据运行状态数据计算出车辆的质量，计算结果通过所述车载终端输送给监控中心41；监控中心设置有用于显示该计算结果的显示屏。

本发明实施例提供的车辆自动称重系统，其在车辆行驶中就能够获取车辆的质量，而无需停车，从而提高了效率；同时，由于是在车载终端31中集成称重计算模块，不存在现有称重传感器在售后维修过程中被人为损坏的问题，较好地保证了精度不随时间逐年下降；并且，省去了现有技术中的称重传感器，节约了称重传感器本身的成本，节约了人工标定成本。

进一步地，车载终端31内设置有用于提高所述计算结果的有效性的滤除规则，在对运行状态数据进行处理和分析时，先根据采集到的运行状态数据判断车辆的当前状态是否符合滤除规则，若符合，则进行数据滤除，即运行状态数据不传输给称重计算模块；若不符合，则不滤除，并将运行状态数据传输给称重计算模块进行质量计算。可以理解的是，由于车辆行驶过程中有很多干扰和不稳定状态，因此在具体实施中，并不是每一车辆状态下获得的计算结果都有效，因此需要进行滤除。

具体地，所述滤除规则包括：

半离合状态，根据采集到的离合状态判断车辆的当前状态是否处于半离合状态，若车辆处于半离合状态，则进行滤除；反之，则不滤除；由于此时无法估算发动机的动力传递，对质量的计算结果影响较大，因此需要滤除；

发动机工作不稳定状态，根据采集到的发动机水温、发动机燃油温度进行联合判断，若两者均超过设置的阀值，则滤除；反之，则不滤除。

进一步地，所述滤除规则还包括：

急加速工况，根据采集到的车辆的加速度和发动机瞬间燃油消耗进行联合判断，若加速度和发动机瞬间燃油消耗超过了设定的阀值，则属于急加速工况，进行滤除；反之，则不滤除；由于此时传动系的转动惯量不稳定，对质量计算结果的影响较大，因此需要滤除；上述阈值可以是经验值；

急减速工况，根据采集到的油门踏板和发动机负荷百分比以及车辆的加速度进行联合判断，若油门踏板松开，同时发动机负荷百分百低于一定的阀值，且加速度为负，则为急减速工况，此时的数据需滤除；反之，则不滤除；由于此时有很大的可能是制动系统在起作用，对质量的计算结果影响很大，因此需要滤除；

低档位工况，根据采集到的档位信息，判断当前档位是否为一档或二挡，若是，则滤除；若当前档位不处于一档且不处于二挡，则不滤除。由于此时车辆的运行状态数据的误差较大，因此需要滤除；上述档位信息可以从车辆CAN总线中获取，或通过计算发动机转速除以变速箱输出轴转速得到。

可以优选，车载终端31通过车辆CAN总线21采集车辆的运行状态数据，从而能够有效地利用车辆上的原有部件，降低了成本。

进一步地，称重计算模块通过计算车辆单位时间内牵引力的变化量和加速度的变化量之间的比值，得到车辆在当前时刻的质量，而后计算车辆在多个不同时刻的质量，对获得的多个质量求平均值，得到车辆的质量。

具体地，根据车载终端31采集到的发动机输出扭矩计算出所述牵引力，根据车辆CAN总线中车速报文周期内车载终端采集到的车速的差值与车速报文周期的比值得出所述加速度。

可以优选，通过车辆前桥上的车速传感器或仪表车速获得车速数据。可以理解的是，可以从车辆CAN总线21上直接获取车辆前桥上的车速传感器或仪表车速的车速数据。

称重计算模块的原理是基于牛顿第二定律:“车辆加速度的大小跟作用力合力成正比，跟车辆的总质量成反比，与车辆质量的倒数成正比”，公式为：F＝ma；

其中，F为车辆受到的纵向合力，m为车辆的质量，a为车辆的加速度；

在汽车领域，F的主要决定因素包括牵引力、风阻摩擦力、道路摩擦力、坡度重力，即车辆在运动过程所受到的纵向合力F近似为：

F＝F(engine)-F(wind)-F(friction)-F(slope)。

其中，F(engine)为车辆的牵引力，可以直接从车辆CAN总线上获取发动机输出扭矩通过车辆传动系传导到车轮上的前向驱动力，而后进行演算即可得到，此演算与现有技术中的演算方法相同，此处不再赘述；F(wind)为车辆所受的风阻，F(friction)为车辆所受的路面摩擦阻力，F(slope)为车辆因为重力在坡度上受到的阻力。

在汽车领域加速度a的数值由车速差与时间的比值得到，假设车辆CAN总线中车速报文周期为T，前一时刻车速为V1，后一时刻车速为V2，则在周期T内，车辆的加速度a＝(v2-v1)/T。

在具体实施中，F(wind)、F(friction)、F(slope)只靠车辆CAN总线中的数据是难以准确估算的，为了排除它们的干扰，需要运用微积分原理进行处理，尽量弱化这些因素的影响，其处理原理我们称之为“微分动力学”，结合图4，其原理如下：

统称所有阻力的和为Fz，

Fz＝F(wind)+F(friction)+F(slope)。

在时间轴t上，取一个较短的间隔Δt，因为Δt较小，因此在前后时间段内，车辆所在路面摩擦情况近似相等，所在坡度情况近似相等，所受风阻情况近似相等，因此所受到的阻力合力Fz1与Fz2是近似相等的，即Fz1-Fz2≈0，前后时间合力F1和F2差分相减，车辆所受的合力差分量为：

ΔF＝F1-F2＝F1(engine)-Fz1-(F2(engine)-Fz2)

＝F1(engine)-F2(engine)-(Fz1-Fz2)

由于Fz1-Fz2≈0，即ΔF＝F1-F2＝F1(engine)-F2(engine)，这样可排除路面、地形及风阻对合力的影响。

对加速度，同样求差分量Δa，Δa＝a1-a2＝(v2-v1)/ΔT；

则车辆的质量可由m＝ΔF/Δa求得。

进一步地，所述运行状态数据包括车速、离合状态、燃油消耗量、发动机指令扭矩百分比、发动机实际扭矩百分比、发动机转速、燃油消耗率、发动机冷却水温、发动机燃油温度、油门踏板位置、当前转速下的负荷百分比、发动机参考扭矩、发动机摩擦扭矩百分比、发动机目标运行转速。

以基于J1939协议车辆为例，进行说明。在基于J1939协议车型上采用电控发动机，车载终端从车辆CAN总线上获取如下CAN报文：

按J1939有关车速的报文从以下地址获得，格式如表一；有关发动机指令扭矩百分比、发动机实际扭矩百分比、发动机转速、燃油消耗率、发动机冷却水温、发动机燃油温度、油门踏板位置、当前转速下的负荷百分比、发动机参考扭矩、发动机摩擦扭矩百分比、发动机目标运行转速的报文如表二；离合器开关的报文如表三。

表一报文一

表二报文二

表三报文三

可以理解的是，报文与现有技术中常用的报文相同，此处不再具体详述。

车载终端是车辆的一个控制器，用于采集和处理数据以及发动数据给监控中心，车载终端31的组成如图5所示。车载终端各模块说明如下：

(1)电源模块从整车电瓶取电，经电压转换后，给内部各模块供电。

(2)MCU即微控制单元是车载终端的核心处理模块，用于接收车辆CAN总线信号、模拟信号，并能够进行逻辑处理与数据存储；通过串口与运算模块进行数据通讯，控制运算模块的上电开关机。

(3)CAN收发器用于采集、发送CAN数据。

(4)模拟信号采集接口用于检测、接收ACC电源等模拟信号。

(5)GPS/BD定位模块用于获取车辆定位数据。

(6)2G/3G/4G通讯模块，用于车载终端与平台之间的信息传递。

(7)运算模块中集成了称重计算模块，也可以称为称重算法模型，从MCU中获取车辆CAN总线的数据，从陀螺仪中获取加速度、转角信息，通过称重算法模型后，输出计算结果给MCU，而后输出给监控中心。

(8)USB用于车载终端与外部设备的数据导出、导入。

具体地，监控中心设置有报警装置，当传输给监控中心的计算结果超过设定的阈值时，报警装置开始报警，从而能够及时地进行超重提醒。

本发明的称重计算模块不仅可以集成在车载终端中，也可以集成在监控中心；数据采集时不仅可以通过车辆CAN总线，也可以通过其它车内通讯形式；车载终端与监控中心不仅可以通过移动通讯进行，也可以通过蓝牙、WiFi等其它传输形式。

以上仅是本发明的优选实施方式，需要指出的是，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，而且，在阅读了本发明的内容之后，本领域相关技术人员可以对本发明做出各种改动或修改，这些等价形式同样落入本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种车辆自动称重系统，其特征在于，其包括监控中心、与所述监控中心通讯连接的车载终端，所述车载终端内设置有称重计算模块，所述车载终端用于采集车辆的运行状态数据和对运行状态数据进行处理和分析，所述称重计算模块用于根据运行状态数据计算出车辆的质量，计算结果通过所述车载终端输送给监控中心；监控中心设置有用于显示该计算结果的显示屏。

2.根据权利要求1所述的车辆自动称重系统，其特征在于，车载终端内设置有用于提高所述计算结果的有效性的滤除规则，在对运行状态数据进行处理和分析时，先根据采集到的运行状态数据判断车辆的当前状态是否符合滤除规则，若符合，则进行数据滤除，即运行状态数据不传输给称重计算模块；若不符合，则不滤除，并将运行状态数据传输给称重计算模块进行质量计算。

3.根据权利要求2所述的车辆自动称重系统，其特征在于，所述滤除规则包括：

半离合状态，根据采集到的离合状态判断车辆的当前状态是否处于半离合状态，若车辆处于半离合状态，则进行滤除；反之，则不滤除；

发动机工作不稳定状态，根据采集到的发动机水温、发动机燃油温度进行联合判断，若两者均超过设置的阀值，则滤除；反之，则不滤除。

4.根据权利要求3所述的车辆自动称重系统，其特征在于，所述滤除规则还包括：

急加速工况，根据采集到的车辆的加速度和发动机瞬间燃油消耗进行联合判断，若加速度和发动机瞬间燃油消耗超过了设定的阀值，则属于急加速工况，进行滤除；反之，则不滤除；

急减速工况，根据采集到的油门踏板和发动机负荷百分比以及车辆的加速度进行联合判断，若油门踏板松开，同时发动机负荷百分百低于一定的阀值，且加速度为负，则为急减速工况，此时的数据需滤除；反之，则不滤除；

低档位工况，根据采集到的档位信息，判断当前档位是否为一档或二挡，若是，则滤除；若当前档位不处于一档且不处于二挡，则不滤除。

5.根据权利要求1所述的车辆自动称重系统，其特征在于，车载终端通过车辆CAN总线采集车辆的运行状态数据。

6.根据权利要求5所述的车辆自动称重系统，其特征在于，称重计算模块通过计算车辆单位时间内牵引力的变化量和加速度的变化量之间的比值，得到车辆在当前时刻的质量，而后计算车辆在多个不同时刻的质量，对获得的多个质量求平均值，得到车辆的质量。

7.根据权利要求6所述的车辆自动称重系统，其特征在于，根据车载终端采集到的发动机输出扭矩计算出所述牵引力，根据车辆CAN总线中车速报文周期内车载终端采集到的车速的差值与车速报文周期的比值得出所述加速度。

8.根据权利要求7所述的车辆自动称重系统，其特征在于，通过车辆前桥上的车速传感器或仪表车速获得车速数据。

9.根据权利要求1所述的车辆自动称重系统，其特征在于，所述运行状态数据包括车速、离合状态、燃油消耗量、发动机指令扭矩百分比、发动机实际扭矩百分比、发动机转速、燃油消耗率、发动机冷却水温、发动机燃油温度、油门踏板位置、当前转速下的负荷百分比、发动机参考扭矩、发动机摩擦扭矩百分比、发动机目标运行转速。

10.根据权利要求1至9任一项所述的车辆自动称重系统，其特征在于，监控中心设置有报警装置，当传输给监控中心的计算结果超过设定的阈值时，报警装置开始报警。

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