CN204978387U - 用于车辆载重的称量系统及汽车 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种车辆称量领域，具体涉及一种用于车辆载重的称量系统及汽车，其中称量系统包括至少一组传感器，其中每组传感器包括至少两个倾角传感器，每组传感器的所有倾角传感器均设于车辆悬架系统弹簧钢板的其中一个钢板片上；以及数据处理器，用于电连接每组传感器的所有倾角传感器。该车辆载重的称量系统通过数据处理器所测量的弹簧钢板上两个倾角传感器夹角变化，得到车辆载荷重量值，无论车辆位于何种路况如水平路面、起伏路面、上坡或下坡等，均不会对该两个倾角传感器的夹角产生影响，即数据处理器所测量和处理的倾角传感器测量的夹角对应的车辆动态载重值，相对现有采用水平参考面的方法，误差较小，精度更高。

Description

用于车辆载重的称量系统及汽车

技术领域

本实用新型涉及一种车辆称量领域，特别是一种用于车辆载重的称量系统及汽车。

背景技术

目前车辆称重的方式普遍采用的是地磅，地磅车辆称重的应用已经非常广泛，其中包括了高速公路车辆收费站、工厂、仓库等。但是因为地磅称重的方式是定点称重，称取的是整个车辆的重量，无法得到车辆载重的重量，同时也无法获取车辆行驶过程中的重量数据；此外，地磅称重反应速度太慢，体积巨大，安装和维护麻烦，无法实现实时对车辆的载重进行动态实时监测控制。

对此，中国专利申请CN201510315099.9公开了一种称量装置和混凝土搅拌车，中国专利申请CN201220496420.X公开了一种车辆载重自测量装置和汽车，该称量装置和车辆载重自测量装置均在车辆的弹簧钢板上设置了一个角度传感器，该处的弹簧钢板，又称为叶片弹簧，是汽车悬架系统中应用最广泛的一种弹性元件，它是由若干片等宽但不等长(厚度可以相等，也可以不相等)的合金弹簧片组合而成的一根近似等强度的弹性梁。具体是在弹簧钢板上设置一个角度传感器，其从而可以根据角度传感器测得的代表车辆所处的路况的车辆相对于水平面的倾角θ，来计算车辆所处的路况的车辆载重。

上述两种测量装置，在对车辆载重进行计算和测量时，其存在的问题是，无论是需要测量车辆载重，还是车辆载重变化量，均需要选取一个水平参考面——即水平面，才能获得角度传感器所在弹簧钢板变形面与水平面的倾角θ或倾角的变化量△θ，进而才能计算出车辆载重的静态载重值和动态变化值。由于车辆实际行驶过程中，路面很难保证一直位于水平面，经常会遇到路面起伏、上坡或下坡行驶，此时其水平面参考面时刻处于动态变化当中，通过该动态变化水平参考面测量得到的弹簧钢板变形面的倾角与车辆位于水平面时测量的弹簧钢板变形面的倾角会存在误差，精度较低。一般的来说，该方法在相对水平路面上所测量的车辆动态载重值误差在5-10％，在起伏路、上下坡路面所测量的动态载重值误差会超过10％，无法满足实际所需的精度要求。

实用新型内容

本实用新型的发明目的在于：针对现有技术所存在的车辆载重测量是将车辆悬架系统的弹簧钢板上装有一个角度传感器，选用一个水平参考面来测量角度传感器所在弹簧钢板变形面与水平面的倾角θ或倾角的变化量△θ，计算出车辆载重，该装置不适应实际起伏、上下坡等路况，测量误差较大的问题，提供一种用于车辆载重的称量系统，本实用新型还提供了一种汽车。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种用于车辆载重的称量系统，包括：

至少一组传感器，其中每组传感器包括至少两个倾角传感器，每组传感器的所有所述倾角传感器均设于车辆悬架系统弹簧钢板的其中一个钢板片上；

数据处理器，用于电连接每组传感器的所有所述倾角传感器。

本实用新型所述车辆载重的称量系统，包括至少一组传感器，每组传感器包括至少两个倾角传感器，在弹簧钢板上的一个钢板片上任意两个倾角传感器相对所在钢板片传感面的两条法线夹角为θ，该夹角θ对应的是车辆载荷作用于车架时，传递到汽车悬架系统弹簧钢板引发的形变(或扰度)，该形变量和载荷重量(简称载重)直接相关，通过数据处理器测量并计算该夹角θ或夹角的变化量△θ，得到该弹簧钢板对应车辆载重值M。

与现有技术不同是，本实用新型的方案能够通过采用的是每组传感器的任意两个倾角传感器相对钢板片传感面的两条法线夹角的测量，进而获得该车辆载重值。相对于现有技术，在弹簧钢板上设置了至少两个角度传感器，且并没有选用水平参考面——即水平面，因此无论车辆位于何种路况，如路面起伏、上坡或下坡等，车架是否处于水平面，水平参考面如何变化，均不对该两个倾角传感器相对钢板片传感面的两条法线的夹角产生影响，即数据处理器所测量和处理的倾角传感器测量的夹角，与车辆的实时位置状态没有关系，该弹簧钢板发生形变时，两个倾角传感器夹角的变化量直接对应的是弹簧钢板变形对应的扰度变化量，适应于全路况，数据处理器所测量的弹簧钢板上两个倾角传感器夹角变化，即弹簧钢板的变形扰度与实际更加接近，所测量得到的车辆动态载重值也更加准确，误差较小。

优选地，每组传感器包括两个所述倾角传感器，每组传感器通过两个倾角传感器便能够实现对该弹簧钢板变形对应的扰度变化量测量。

优选地，每组传感器的两个所述倾角传感器对称设置在对应钢板片上。

弹簧钢板的每片钢板片一般是成弯曲形状，将该两个倾角传感器对称设置在钢板片两端，车辆载荷重量发生变化时，弹簧钢板弯曲率发生变化，其两个倾角传感器法线的交点也发生变化，便于数据处理器对钢板片变形对应的扰度变化量的测量和计算。

优选地，包括至少两组传感器，分别设于不同的弹簧钢板上。

该测量系统通过设置至少一组传感器，每组传感器所在的倾角传感器可以获得一组弹簧钢板变形对应的扰度变化量数据，数据处理器可以测量和计算得到的更准确的车辆载重值或载重变化量值，也能获得更加准确的车辆载重值或载重变化量值，提高测量精度。

优选地，每个弹簧钢板的至少两个不同钢板片上均设有一组所述传感器。

在每个弹簧钢板上的不同钢板片上分别设有一组传感器，可以通过不同组的传感器测量得到的每个钢板片变形对应的扰度变化量数据。通过该数据的叠加输出更高的电压信号，数据处理器可以测量和计算得到的该弹簧钢板对应的更准确车辆载重值或载重变化量值；或者将该数据获得的每个钢板片对应车辆载重值或载重变化量值之后再求平均值，也能获得更加准确的该弹簧钢板对应的车辆载重值或载重变化量值，提高了测量精度。

优选地，每个所述倾角传感器底部设有至少一个能够吸附在钢板片上的磁性体，降低每个倾角传感器固定在钢板片上的难度。

优选地，所述倾角传感器底部设有凹槽，所述磁性体设于所述凹槽内，所述凹槽内还设有用于将倾角传感器粘贴在所述钢板片上的粘贴层。

该凹槽内装有粘贴层，其中粘贴层选用选用的电子元件固定胶，与磁性体和钢板片的吸附配合，能够更加牢固的将倾角传感器固定在钢板片上。

本实用新型还提供了一种汽车，包括车架，设于车架上的车桥和位于每个车桥的两个弹簧钢板，还包括上述的用于车辆载重的称量系统。

该汽车包括有称量系统，该汽车在运输过程中，通过称量系统能够实时的获知其载荷重量的动态值，或者载荷重量变化量的值，能够有效检测和监控在汽车载重，增加汽车运输安全性和可控性。

进一步优选地，该汽车至少有一个所述车桥的每个弹簧钢板上均设有一组所述传感器，便于提高汽车的载荷重量的检测精度。

进一步优选地，该汽车的所述车架所在的一侧车轮或两侧车轮中，至少有两个弹簧钢板上设有一组所述传感器，提高了汽车载荷重量的检测精度。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型所述车辆载重的称量系统，包括至少一组传感器，每组传感器包括至少两个倾角传感器，在弹簧钢板上的一个钢板片上任意两个倾角传感器相对所在钢板片传感面的两条法线夹角为θ，该夹角θ对应的是车辆载荷作用于车架时，传递到汽车悬架系统弹簧钢板引发的形变(或扰度)，该形变量和载荷重量(简称载重)直接相关，通过数据处理器测量并计算该夹角θ或夹角的变化量△θ，从而得到该弹簧钢板对应车辆载重值M；相对于现有技术，车辆载重的称量系统并没有选用水平参考面——即水平面，无论车辆位于何种路况，如路面起伏、上坡或下坡等，车架是否处于水平面，水平参考面如何变化，均不对该两个倾角传感器相对钢板片传感面的两条法线的夹角产生影响，适应于全路况，数据处理器所测量的弹簧钢板上两个倾角传感器夹角变化，即弹簧钢板的变形扰度与实际更加接近，所测量得到的车辆动态载重值也更加准确，在水平、起伏路和上下坡等路面上的载重动态测量误差能够控制在5％以内，载重静态测量误差能够控制在3％以内，误差较小，不用拆卸弹簧钢板即可安装，拆卸方便，尤其适用于油罐车、混凝土搅拌车的载重值动态检测和监控；

2、本实用新型所述的每组传感器的两个倾角传感器对称设置在对应钢板片上，由于弹簧钢板的每片钢板片一般是成弯曲形状，车辆载荷重量发生变化时，两个倾角传感器法线的交点也发生变化，便于数据处理器对钢板片变形对应的扰度变化量的测量和计算；

3、本实用新型所述车辆载重的称量系统设置至少两组传感器，每组传感器所在的倾角传感器可以获得一组弹簧钢板变形对应的扰度变化量数据，通过数据处理器可以测量和计算得到的更准确的车辆载重值或载重变化量值，获得更加准确的车辆载重值或载重变化量值，提高测量精度；

4、本实用新型所述的每个倾角传感器上设置有凹槽和粘贴层，将粘贴层选用选用的电子元件固定胶，与磁性体和钢板片的吸附配合，能够更加牢固的将倾角传感器固定在钢板片上；

5、本实用新型所述汽车包括有称量系统，该汽车在运输过程中，通过称量系统能够实时的获知其载荷重量的动态值，或者载荷重量变化量的值，能够有效检测和监控在汽车载重，增加汽车运输安全性和可控性。

附图说明

图1为本实用新型所述称量系统设于汽车上的结构示意图；

图2为图1中一种弹簧钢板上设置一组传感器的结构示意图；

图3为图1中另一种弹簧钢板上设置一组传感器的结构示意图；

图4为图本实用新型倾角传感器测量弹簧钢板扰度变化的原理图；

图5为图1中倾角传感器的底部结构示意图；

图6为图5中倾角传感器与钢板片连接的示意图；

图7为图1中称重系统的原理框图。

图中标记：

1、车架，2、大梁，3、车桥，4、弹簧钢板，41、钢板片，5、车轮，6、倾角传感器，61、磁性体，62、凹槽，63、粘贴层，7、数据处理器。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

如图1、7所示，一种用于车辆载重的称量系统，包括：

至少一组传感器，其中每组传感器包括至少两个倾角传感器6，每组传感器的所有倾角传感器6均设于车辆悬架系统弹簧钢板4的其中一个钢板片41上；

数据处理器7，用于电连接每组传感器的所有所述倾角传感器6。

上述每组传感器包括至少两个倾角传感器6，在弹簧钢板4上的一个钢板片41上任意两个倾角传感器6相对所在钢板片41传感面的两条法线夹角设为θ，如图2、3所示，该夹角θ对应的是车辆载荷作用于车架1时，传递到汽车悬架系统弹簧钢板4引发的形变(或扰度)，该形变量和载荷重量(简称载重)直接相关，通过数据处理器7测量并计算该夹角θ或夹角的变化量△θ输出的电压信号，得到该弹簧钢板4对应车辆载重值M。

一般的来说，汽车弹簧钢板4设计是采用共曲率法，即每个钢板片41的曲率相等，关于载荷力与弹簧钢板4曲率变化存在线性关系的原理，已是公知技术(如：李轶石.基于有限元的某多片钢板弹簧性能仿真研究[D].长沙：湖南大学机械与运载工程学院.2007：36-37)。因此通过检测弹簧钢板4变形对应的扰度变化量，就能计算车辆载重值或载重变化值。

考虑不同汽车，例如货车、罐车、搅拌车，可能存在两种不同类型的弹簧钢板4，如图2所示，为一种是重载货车和工程车辆的后减震钢板，钢板片41长度从上到下依次增加，其弯曲方向朝向下方，将一组传感器中的两个倾角传感器6安装在位于下方的最长钢板上面；另一种如图3所示，为普通减震钢板，钢板片41长度从上到下依次变短，其弯曲方向朝向上方，主要用于货车前桥的弹簧钢板4，也将一组传感器的两个倾角传感器6安装在位于上方的最长钢板片41上面。

这两种弹簧钢板4变形的扰度变化量γ，对应的两个倾角传感器6的夹角变化θ，其测量原理是一样的。如图4所示，简化为同一个弹簧钢板4模型已知弹簧钢板4的载荷加载变化前后，位于最长钢板片41上的两个倾角传感器6对应感应面法线的交点为圆心为O和O′，半径分别为R和R′，两个倾角传感器6的夹角分别为θ和θ′，该两个圆心钢板片41上两个倾角传感器6之间连线间距分别为L和L′，两个圆心与两个倾角传感器6连线的弦长分别为d和d′，由此可知：

加载前圆心到弦长的距离为：

$d=\frac{\frac{L}{2}}{\tan \frac{\mathrm{\θ}}{2}}$

加载前圆半径为：

$R=\frac{\frac{L}{2}}{\sin \frac{\mathrm{\θ}}{2}}$

加载前圆弧长为：

$h=2\mathrm{\π}R\frac{\mathrm{\θ}}{2\mathrm{\π}}=R\mathrm{\θ}=\frac{\frac{L}{2}}{\sin \frac{\mathrm{\θ}}{2}}*\mathrm{\θ}$

加载后与加载前圆弧长不变仍然为：

$h=\frac{\frac{L}{2}}{\sin \frac{\mathrm{\θ}}{2}}*\mathrm{\θ}$

因此加载后半径为：

$R^{\′}=\frac{\frac{L}{2}*\mathrm{\θ}}{sin\frac{\mathrm{\θ}}{2}*{\mathrm{\θ}}^{\′}}$

加载后圆心到弦长的距离为：

$d^{\′}=R^{\′}\cos \frac{{\mathrm{\θ}}^{\′}}{2}=\frac{\frac{L}{2}*\mathrm{\θ}}{\sin \frac{\mathrm{\θ}}{2}*{\mathrm{\θ}}^{\′}}*\cos \frac{{\mathrm{\θ}}^{\′}}{2}=\frac{\frac{L}{2}*\mathrm{\θ}*\cos \frac{{\mathrm{\θ}}^{\′}}{2}}{\sin \frac{\mathrm{\θ}}{2}*{\mathrm{\θ}}^{\′}}$

加载前后圆心距离为：

$\mathrm{\Δ}R=R^{\′}-R=\frac{\frac{1}{2}*\mathrm{\θ}}{sin\frac{\mathrm{\θ}}{2}*{\mathrm{\θ}}^{\′}}-\frac{\frac{L}{2}}{\sin \frac{\mathrm{\θ}}{2}}$

所以钢板弹簧加载前后扰度变化量为：

$\mathrm{\γ}=d^{\′}-d-\mathrm{\Δ}R=\frac{\frac{1}{2}*\mathrm{\θ}*cos\frac{{\mathrm{\θ}}^{\′}}{2}}{sin\frac{\mathrm{\θ}}{2}*{\mathrm{\θ}}^{\′}}-\frac{\frac{L}{2}}{\tan \frac{\mathrm{\θ}}{2}}-(\frac{\frac{L}{2}*\mathrm{\θ}}{sin\frac{\mathrm{\θ}}{2}*{\mathrm{\θ}}^{\′}}-\frac{\frac{L}{2}}{\sin \frac{\mathrm{\θ}}{2}})$

由于称量载荷即加载力F与弹簧钢板4扰度变化γ成正比可得：

F＝K*γ(K为标定常数)即：

$F=K*\mathrm{\γ}=K*\{\frac{\frac{L}{2}*\mathrm{\θ}*\cos \frac{{\mathrm{\θ}}^{\′}}{2}}{\sin \frac{\mathrm{\θ}}{2}*{\mathrm{\θ}}^{\′}}-\frac{\frac{L}{2}}{\tan \frac{\mathrm{\θ}}{2}}-(\frac{\frac{L}{2}*\mathrm{\θ}}{\sin \frac{\mathrm{\θ}}{2}*{\mathrm{\θ}}^{\′}}-\frac{\frac{L}{2}}{\sin \frac{\mathrm{\θ}}{2}})\}$

通过两个倾角传感器6的夹角变化θ和θ′，就可以计算弹簧钢板4扰度变化量，从而推算出每个弹簧钢板4的加载力F，那么所有弹簧钢板4加载的力之和就是车辆的载重量M。

上述的每组传感器可以是包括两个倾角传感器6，且对称设置在对应钢板片41上。每组传感器通过两个倾角传感器6便能够实现对该弹簧钢板4变形对应的扰度变化量测量。一般的来说，弹簧钢板4的每片钢板片41一般是成弯曲形状，将该两个倾角传感器6对称设置在钢板片41两端，该倾角传感器6对应的钢板片41感应面所在法线交点位于钢板片41的对称轴线上，车辆载荷重量发生变化时，弹簧钢板4弯曲率发生变化，其两个倾角传感器6法线的交点也发生变化，但是其变化一直是位于钢板片41对称轴线上，便于数据处理器7对钢板片41变形对应的扰度变化量的测量和计算。

该称量系统包括有至少两组传感器，可以是分别设于不同的弹簧钢板4上，也可以是每个弹簧钢板4的至少两个不同钢板片41上均设有一组传感器。当不同的弹簧钢板4上设置有一组传感器时，每组传感器所在的倾角传感器6可以获得一组弹簧钢板4变形对应的扰度变化量数据，通过该数据的叠加输出更高的电压信号，数据处理器7可以测量和计算得到的更准确的车辆载重值或载重变化量值，或者将该数据对应获得的车辆载重值或载重变化量值之后再求平均值，也能获得更加准确的车辆载重值或载重变化量值，提高测量精度。当每个弹簧钢板4上至少两个不同钢板片41上设有一组传感器时，在每个弹簧钢板4上的不同钢板片41上分别设有一组传感器，可以通过不同组的传感器测量得到的每个钢板片41变形对应的扰度变化量数据；数据处理器7可以测量和计算得到的该弹簧钢板4对应的更准确车辆载重值或载重变化量值；或者将该数据获得的每个钢板片41对应车辆载重值或载重变化量值之后再求平均值，也能获得更加准确的该弹簧钢板4对应的车辆载重值或载重变化量值，提高了测量精度。

如图5、6所示，为了较好的将倾角传感器6固定在钢板片41上，在倾角传感器6底部设有凹槽62，凹槽62内设有至少一个磁性体61，同时通过粘胶层63加固，然后整体通过磁性体61吸附在钢板片41上，该结构有助于安装和后期原件维护。

与现有技术不同是，本实用新型的方案能够通过采用的是每组传感器的任意两个倾角传感器6相对钢板片41传感面的两条法线夹角的测量，进而获得该车辆载重值。相对于现有技术，在弹簧钢板4上设置了至少两个角度传感器，且并没有选用水平参考面——即水平面，因此无论车辆位于何种路况，如路面起伏、上坡或下坡等，车架1是否处于水平面，水平参考面如何变化，均不对该两个倾角传感器6相对钢板片41传感面的两条法线的夹角产生影响，即数据处理器7所测量和处理的倾角传感器6测量的夹角，与车辆的实时位置状态没有关系，该弹簧钢板4发生形变时，两个倾角传感器6夹角的变化量直接对应的是弹簧钢板4变形对应的扰度变化量，适应于全路况，数据处理器7所测量的弹簧钢板4上两个倾角传感器6夹角变化，即弹簧钢板4的变形扰度与实际更加接近，所测量得到的车辆动态载重值也更加准确，误差较小，根据实验所得，其测量得到的车辆动态载重值，在水平、起伏路和上下坡等路面上的载重动态测量误差能够控制在5％以内，载重静态测量误差能够控制在3％以内，静态测量误差甚至能够达到1％以内，能够很好的满足实际需要。

实施例2

如图1、7所示，本实用新型还提供了一种汽车，包括车架1、大梁2设于车架1上的车桥3和位于每个车桥3的两个弹簧钢板4，还包括实施例1中的用于车辆载重的称量系统。该称量系统的原理也见实施例1。

另外为了提高汽车的载荷重量的检测精度，该汽车至少有一个车桥3的每个弹簧钢板4上均设有一组所述传感器，通过测量每个车桥3的每个弹簧钢板4所对应的加载力F，进而求和得到该车桥3所承受的车辆载重值。

该汽车的所述车架1所在的一侧，即汽车左侧或右侧车轮5的弹簧钢板4中，或者两侧车轮5的弹簧钢板4中，至少有两个弹簧钢板4上设有一组所述传感器，通过测量在车架1一侧的所有弹簧钢板4对应加载力的平均，提高该侧加载力的平均值测量精度，也可以提高了汽车载荷重量的检测精度。

该汽车包括有称量系统，该汽车在运输过程中，通过称量系统能够实时的获知其载荷重量的动态值，或者载荷重量变化量的值，能够有效检测和监控在汽车载重，增加汽车运输安全性和可控性。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于车辆载重的称量系统，其特征在于，包括：

至少一组传感器，其中每组传感器包括至少两个倾角传感器(6)，每组传感器的所有所述倾角传感器(6)均设于车辆悬架系统弹簧钢板(4)的其中同一个钢板片(41)上；

数据处理器(7)，用于电连接每组传感器的所有所述倾角传感器(6)。

2.根据权利要求1所述的用于车辆载重的称量系统，其特征在于，每组传感器包括两个所述倾角传感器(6)。

3.根据权利要求2所述的用于车辆载重的称量系统，其特征在于，每组传感器的两个所述倾角传感器(6)对称设置在对应钢板片(41)上。

4.根据权利要求1所述的用于车辆载重的称量系统，其特征在于，包括同一辆车至少两组传感器，分别设于不同的弹簧钢板(4)上。

5.根据权利要求1所述的用于车辆载重的称量系统，其特征在于，每个弹簧钢板(4)的至少两个不同钢板片(41)上均设有一组所述传感器。

6.根据权利要求1-5任一所述的用于车辆载重的称量系统，其特征在于，每个所述倾角传感器(6)底部设有至少一个能够吸附在钢板片(41)上的磁性体(61)。

7.根据权利要求6所述的用于车辆载重的称量系统，其特征在于，所述倾角传感器(6)底部设有凹槽(62)，所述磁性体(61)设于所述凹槽(62)内，所述凹槽(62)内还设有用于将倾角传感器(6)粘贴在所述钢板片(41)上的粘贴层(63)。

8.一种汽车，包括车架(1)，设于车架(1)上的车桥(3)和位于每个车桥(3)的两个弹簧钢板(4)，其特征在于，还包括如权利要求1-7任一所述的用于车辆载重的称量系统。

9.根据权利要求8所述的一种汽车，其特征在于，至少有一个所述车桥的每个弹簧钢板(4)上均设有一组所述传感器。

10.根据权利要求8所述的一种汽车，其特征在于，所述车架的一侧车轮(5)或两侧车轮(5)中，至少有一个弹簧钢板(4)上设有一组所述传感器。