CN203848918U - 一种车辆动态称重装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型有关于一种车辆动态称重装置，该装置包括:两块相互独立的称重台板，其中，第二块称重台板在行车方向的长度是第一块称重台板在行车方向长度的3-5倍；传感器，设置在两块称重台板的四角处，用于采集被称重车辆的重量数据信号；动态称重数据处理器，安装在行车方向的左侧，并通过信号线与传感器相连接，用于接收、运算称重传感器传来的重量数据。利用上述装置可以使车辆三联轴同时共秤进行载重称量，大大提高称量精度，达到防作弊效果。

Description

一种车辆动态称重装置

技术领域

本实用新型涉及车辆称重计量领域，特别是涉及一种公路车辆动态称重装置。

背景技术

随着高速公路与称重检测技术的快速发展，动态汽车衡被越来越广泛的应用在高速公路、海关、港口等出入口对通行车辆进行称重收费。

目前，对车辆进行动态称量采用整车式称量和轴组式称量方式，其中整车式称量方式称量精度高、防作弊效果好，但施工量大，成本高，推广难度较大；轴称量方式称重台板宽度在600mm与2000mm之间，车辆的三联轴无法同时共秤，当车辆不规则行使时或司机恶意采用作弊手段，称量精度难以保证。

有鉴于上述现有的动态汽车衡存在的问题，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的车辆动态称重装置，能够解决现有的动态汽车衡存在的问题，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本实用新型。

发明内容

本实用新型的目的是在提供一种车辆动态称重装置，使车辆的三联轴同时共秤进行载重称量，防作弊效果好，能够保证称量精度，并且施工量小，利于大面积推广。

本实用新型的目的是采用以下的技术方案来实现的。本实用新型一种车辆动态称重装置，包括：两块相互独立的称重台板，其中，在行车方向上第二块称重台板的长度是第一块称重台板长度的3-5倍；传感器，设置在两块称重台板的四角处；动态称重数据处理器，安装在行车方向的左侧，并通过信号线与传感器相连接。

本实用新型的目的还可以采用以下的技术措施来进一步实现。

较佳的，前述的装置，其中所述的两块相互独立的称重台板采用箱式结构。

较佳的，前述的装置，其中所述的两块相互独立的称重台板，第一块称重台板的行车方向长度范围：700mm-1100mm；第二块称重台板的行车方向长度范围：2100mm-5500mm，两块称重台板垂直于行车方向宽度范围：3000mm-5000mm，且两块称重台板布置的间距不大于100mm。

较佳的，前述的装置，其中所述的传感器分为四组，每个称重台板安装两组传感器，每组数量为两只。

较佳的，前述的装置，其中所述的装置还包括：

下秤触发器，安装在行车方向第二块称重台板的下秤端处；

轮轴识别器，安装在行车方向的第一块称重台板之前，通过信号线与传感器相连接；

红外分车器，数量为两个，安装在行车方向的第一块称重台板中心线位置的左右两侧，通过信号线与传感器相连接。

本实用新型与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本实用新型一种车辆动态称重装置能够对车辆进行动态称重,利用本实用新型所述的在行车方向上第二块称重台板长度是第一块称重台板长度的3-5倍的结构特性，可以使车辆三联轴同时共秤进行载重称量，并留有足够的共称采样周期。在称重精度方面，根据GBT21296-2007标准，由原有的国标动态5级称重精度（±2.5%），提高到国标动态1级称重精度（±0.5%），在防作弊效果方面，由于设计了所述的装置结构，可以在任何作弊方式下，稳定达到国标2级（±1%）的称重精度，在施工方面,相对于大秤比较，施工量小，利于大面积推广。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例,并配合附图,详细说明如下。

附图说明

图1为本实用新型实施例车辆动态称重装置结构示意图。

图2为本实用新型实施例台板垂直方向受力示意图。

图3为本实用新型实施例传感器受力分析示意图。

图4为本实用新型实施例车辆动态称重数据处理流程图。

【主要元件符号说明】

4a、4b、5a、5b、6a、6b、7a、7b:传感器

1、2:称重台板

3：基础框架

8：红外分车器

9：动态称重数据处理器

10：轮轴识别器

11:下秤触发器

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的一种车辆动态称重装置其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

实施例1

如图1所示,为本实施例的车辆动态称重装置的布置方案。称重台板1和称重台板2采用箱式结构，独立布置在基础框架3中，分别获取车辆的重量信息，其中称重台板2在行车方向的长度是称重台板1在行车方向长度的3-5倍。称重台板1的行车方向长度范围：700mm-1100mm；称重台板2的行车方向长度范围：2100mm-5500mm，两块称重台板垂直于行车方向宽度范围：3000mm-5000mm。在本实施例中，称重台板1在行车方向的长度约800mm,称重台板2在行车方向的长度约3400mm，两块相互独立的称重台板布置间距不大于100mm。

在称重台板1的四角处设置4只传感器，分别是传感器6a、6b、7a和7b，并且传感器6a和6b组成为第一组传感器，传感器7a和7b组成为第二组传感器；在称重台板2的四角处设置4只传感器，分别是4a、4b、5a和5b，并且传感器4a和4b组成为第三组传感器，传感器5a和5b组成为第四组传感器，将4组传感器的模拟信号传送至动态称重数据处理器，先进行数字化处理，再进行算法分析计算；根据第一组和第二组传感器承载的重量信号，判别车辆通过的轴数和行车方向，并且其承载的重量用于辅助计算整车重量。第三组和第四组传感器可以同时获得承载车辆联轴重量信号，大大提高称量精度。

两个红外分车器8安装在称重台板1中心线位置行车方向的两侧，用于检测车辆的到来与离开，与称重台板1承载的重量信号相结合可以准确分车，并将该信号传送至动态称重数据处理器。

轮轴识别器10安装在距离称重台板1中心线1200mm左右位置，在轮轴识别器10上等间距布置多个模拟式压力传感器，用于检测车辆的轴数及车轴上的轮胎数，并传送至动态称重数据处理器。

下秤触发器11安装在行车方向第二块称重台板的下秤端处，在车辆称重过程中，被称重车辆行驶过第一块称重台板后检测出车辆驶入轴数，使用所述的下秤触发器11检测驶出轴数，可以得到两块称重台板上的正在称重轴数，此信息对于称重逻辑的封闭性判断起到关键作用；在跟车状态下，为提前车辆重量计算提供依据；在轴组重量的计算过程中，所述的下秤触发器11可以做为轴或轴组驶离称重台板的关键逻辑节点，可以使轴或轴组有效称重数据最大化,以通过此结构充分提高称重精度。

动态称重数据处理器9安装在行车方向左侧，传感器4a、4b、5a、5b、6a、6b、7a、7b、两个红外分车器8和轮轴识别器10分别通过信号线与动态称重数据处理器连接。动态称重数据处理器9接收、运算称重台板传感器传来的重量数据，并根据红外分车器和轮轴识别器的检测信号，获得整车重量数据。

如图1所示，车辆沿行车方向行驶，先经过轮轴识别器10，轮轴识别器10生成车辆轮轴胎数信息；经过第一组传感器，传感器7a和7b检测到车辆上秤信息，并开始获得车辆轴重信息；同时触发红外分车器8，红外分车器8检测到车辆到来，并将一直持续到车尾离开称重台板1的中心线；经过第二组传感器，此时传感器6a和6b检测到车轴重量数值将大于第一组传感器7a和7b检测到的车轴重量数值，依据此信息，可以得到通过的轴数和轴重信息；经过第三组传感器5a、5b和第四组传感器4a、4b，称重台板2可独立获得单轴和联轴的重量信息，得到轴重数据。车辆继续沿行车方向行驶，通过第一组、第二组、第三组和第四组传感器，将会依次得到车辆所有的轴重数据，当车尾离开红外分车器后，动态称重数据处理器9综合判别各单元信号，并将各轴重数据相加得到整车重量。

车辆在行驶过程中，四组传感器分别产生类抛物线的称重数据波形，利用每个称重台板的两组称重数据波形峰值和交叉点的时序关系，并利用杠杆原理，检测轴和轴组在称重台板上的位置，判断车辆是正向行驶、倒车或停车状态。4组传感器的称重数据信号相叠加形成类抛物线的波形，采用卡尔曼滤波方法计算车辆的轴组重量。

如图1所示，当车辆部分轴组通过称重台板后，出现倒车行驶状态，本实施例根据称重台板1和称重台板2上设置的四组传感器获得的有效重量信息的先后顺序，判断出车辆处于倒车行驶状态。有效重量信息符合由第四组传感器向第一组传感器移动的顺序关系，例如先压下第四组传感器4a、4b，再压下第三组传感器5a、5b，或者先压下第三组传感器5a、5b，再压下第二组传感器6a、6b等行为方式，均可判别为倒车行驶。

当出现复杂行驶状态时，例如前一辆车没有完全驶下称重台板2，即没有收尾，后一辆车已经驶上称重台板1，前一辆车的整车重量在红外分车器收尾后，单独由称重台板1获得的单轴轴重累加获得。

本实施例的车辆动态称重方法包括：在行车方向布置两块相互独立的称重台板，用于支撑被称重车辆；利用称重台板的称重传感器采集被称重车辆的重量数据信号；确立轴或轴组与传感器之间的模型；根据传感器的重量数据信号，采用卡尔曼滤波方法解算所述的模型，获得车辆的轴组重量。

实施例2

如图1所示，两个称重台板相互独立，且每块台板各有4个传感器。以其中一个台板为研究对象，确立轴或轴组重和传感器之间的模型。首先经4个传感器按照行车方向分为两组，7a和7b为一组，6a和6b为一组。对称重台板进行垂直方向受力分析如图2所示，车辆匀速通过称重台板，车重G和两组传感器的受力F1、F2之间符合杠杆原理。

如图3所示，两组传感器的受力F1、F2与时间的关系类似抛物线。

对系统进行建模，设定状态参数：X=[x₁，x₂，x₃，x₄，x₅，x₆，x₇，x₈，x₉]^T

其中：x₁为轴重真实值，x₂为第一组传感器测量值，x₃为第二组传感器测量值，x₄-x₉为待估计参数。

建模方程如下：

x₁＝K₁vx₂+K₂vx₃

X2＝x₄t²+x₅t+X₆

X₃＝x₇t²+x₈t+x₉

x₄＝a₁₀

x₅＝a₂₀

x₆＝a₃₀

x₇＝a₄₀

x₈＝a₅₀

x₉＝a₆₀

其中：K₁、K₂为待估计常量，v为过车速度，t为采样时间点，a₁₀-a₆₀对应x₄-x₉为待估计常量。

以上为连续模型，实际计算过程需要做离散化处理，即对两边求导，得到系统的微分方程如下：

${\stackrel{.}{x}}_1=K_{1}v{\stackrel{.}{x}}_2+K_1{x}_2\stackrel{.}{v}+K_{2}v{\stackrel{.}{x}}_3+K_2{x}_3\stackrel{.}{v}$

${\stackrel{.}{x}}_2=t^2{\stackrel{.}{x}}_4+{2\mathrm{tx}}_4+t{\stackrel{.}{x}}_5+x_5+{\stackrel{.}{x}}_6$

${\stackrel{.}{x}}_3=t^2{\stackrel{.}{x}}_7+2{\mathrm{tx}}_7+t{\stackrel{.}{x}}_8+x_8+{\stackrel{.}{x}}_9$

${\stackrel{.}{x}}_4=0$

${\stackrel{.}{x}}_5=0$

${\stackrel{.}{x}}_6=0$

${\stackrel{.}{x}}_7=0$

${\stackrel{.}{x}}_8=0$

${\stackrel{.}{x}}_9=0$

以上模型可以表示为如下形式：

$\stackrel{.}{X}=\mathrm{AX}+B$

其中：

$A=\left[\begin{array}{ccccccccc}0& K_1\stackrel{.}{v}& K_2\stackrel{.}{v}& 2t{K}_{1}v& K_{1}v& 0& 2t{K}_{2}v& K_{2}v& 0\\ 0& 0& 0& 2t& 1& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0& 2t& 1& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0\end{array}\right]$

B为系统噪声参数，将系统模型离散化得：

X_k＝ΦX_k-1+Q，其中：

Φ＝AT_s+I，T_s为滤波时间间隔，I为单位阵，Q为系统过程噪声。

确定系统观测方程。选取第一组和第二组传感器作为观测量，系统的观测方程为：Z_k＝HX_k+R，

其中： $H=\left[\begin{array}{ccccccccc}0& 1& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 1& 0& 0& 0& 0& 0& 0\end{array}\right],$ R阵为系统测量噪声。

根据以上模型进行卡尔曼滤波解算，计算公式如下：

X＝ΦX

P＝ΦPΦ^T+Q

K＝PH^T[HPH^T+R]^-1

X＝X+K[Z-HX]

P＝[I-KH]P

以上P、Q、R均为可调节参数阵，Φ和H已知，K为滤波增益可通过已知参数P、R、H求得，X为状态参数，根据以上方程待求解。P为方差阵，控制收敛速度，Q和R为系统噪声。通过已知重量的标准车做过车试验，首先可以确立P、Q、R的值。

如图4所示，当待测车辆经过称重台板时，将两组传感器的采样值代入以上方程，即可迭代解出最终重量值。评判该重量值的准确度，如果在误差范围外，可以重新确立系统噪声Q和R，直到误差符合要求。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种车辆动态称重装置，其特征在于其包括：

两块相互独立的称重台板，其中，在行车方向上第二块称重台板的长度是第一块称重台板长度的3-5倍；

传感器，设置在两块称重台板的四角处；

动态称重数据处理器，安装在行车方向的左侧，并通过信号线与传感器相连接。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的两块相互独立的称重台板采用箱式结构。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述的两块相互独立的称重台板，第一块称重台板的行车方向长度范围：700mm-1100mm；第二块称重台板的行车方向长度范围：2100mm-5500mm，两块称重台板垂直于行车方向宽度范围：3000mm-5000mm，且两块称重台板布置的间距不大于100mm。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的传感器分为四组，每个称重台板安装两组传感器，每组数量为两只。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的装置还包括：

下秤触发器，安装在行车方向第二块称重台板的下秤端处；

轮轴识别器，安装在行车方向的第一块称重台板之前，通过信号线与传感器相连接；

红外分车器，数量为两个，安装在行车方向的第一块称重台板中心线位置的左右两侧，通过信号线与传感器相连接。