CN211373792U

CN211373792U - 一种基于激光传感器的货车超载监测系统

Info

Publication number: CN211373792U
Application number: CN202020335967.6U
Authority: CN
Inventors: 周炜; 李文亮; 张禄; 李臣; 张学文; 高金; 刘智超; 张沫
Original assignee: Research Institute of Highway Ministry of Transport
Current assignee: Research Institute of Highway Ministry of Transport
Priority date: 2020-03-17
Filing date: 2020-03-17
Publication date: 2020-08-28
Anticipated expiration: 2030-03-17

Abstract

本实用新型公开一种基于激光传感器的货车超载监测系统，该系统设置有激光测距传感器、信号处理器、单片机、蓄电池、蜂鸣器及显示模块；所述激光测距传感器安装在货车最前、最后车轴正上方，采集货车板簧/悬架的高程数据；所述信号处理器、单片机、蓄电池、蜂鸣器及显示模块集成在车辆控制系统中，所述激光测距传感器与信号处理器通过数据线相连，所述信号处理器将激光测距传感器测得的数据信号转换为电信号发送给单片机；所述单片机中预置有载重解算模型，可以根据所述激光测距传感器测得的高程数据，解算为载重数据。该货车超载监测系统基于高程数据与载货率之间的解算模型处理高程数据与载重标称值之间的关系，适应性好，精度高。

Description

一种基于激光传感器的货车超载监测系统

技术领域

本实用新型涉及货车超载监测技术，特别是关于基于激光传感器的货车超载监测系统。

背景技术

超载已然成为“公路第一杀手”，严重破坏公路和桥梁设施，社会影响恶劣，危害人民群众生命财产安全。近年来，政策推广路面称重检测设备安装工作，超载治理效果虽颇有成效，但一些驾驶员会通过绕路来逃避检查；还有驾驶员因不知车辆超载而驾驶到路面称重检测设备过程中引发断轴、爆胎、侧翻、转向失调、制动失灵等交通事故。路面称重检测设备是一种事后监测的方式，不能从源头阻止超载现象的发生。因此，车载式超载监测系统显得尤为必要，它能够在货物装载时就能发现超不超重。

现有技术中也有车载式超载监测系统，但这些系统都采用高度传感器，设计结构复杂，例如在车架、前支架、后支架、钢板弹簧与车桥，车桥与车架之间设高度传感器，有些高度传感器需要壳体、旋转轴、两光电耦合器、遮光盘、连杆和拉杆等。但由于高度传感器的结构特性，这些技术未考虑货物不同放置情况造成质心不同对高程数据的影响。又考虑随着激光测距传感器的发展，具备在超载监测中应用的可行性。

实用新型内容

因此，本实用新型目的在于提出一种基于激光传感器的货车超载监测系统，该系统制造成本低、易安装，高可靠的激光测量技术解决了货车在上路前期超载后未采取保护措施的问题。

本实用新型解决以上技术问题所采用的技术方案：一种基于激光传感器的货车超载监测系统，设置有激光测距传感器、信号处理器、单片机、蓄电池、蜂鸣器及显示模块；

所述激光测距传感器安装在货车最前、最后车轴正上方，采集货车板簧/悬架的高程数据；

所述信号处理器、单片机、蓄电池、蜂鸣器及显示模块集成在车辆控制系统中，所述激光测距传感器与信号处理器通过数据线相连，所述信号处理器将激光测距传感器测得的数据信号转换为电信号发送给单片机；

所述单片机中预置有载重解算模型，可以根据所述激光测距传感器测得的高程数据，解算为载重数据。

进一步地，所述激光测距传感器有4个，分别安装在最前、最后车轴左右两端承载板簧/悬架附近位置的正上方，激光发射口朝下。

进一步地，所述高程数据是指激光测距传感器激光发射点到板簧/悬架之间的距离。

进一步地，所述单片机中预置有超载阈值，当载重数据超过超载阈值时，所述蜂鸣器和显示模块都会做出预警提示。

进一步地，所述单片机中预留通信接口，所述通信接口与车路协同模块或驾驶辅助系统连接，接收运输过程中路侧或路面称重检测设备发送来的载重数据，对单片机中称重解算模型进行二次标定。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果体现在：本实用新型采用激光测距传感器，通过将激光测距传感器安装在车体底部，采集激光发射器与车轴之间的距离，获得不同载重情况下表现出的不同板簧或悬架高度的变化，所以测量激光发射器与板簧/悬架之间的高度距离，通过试验标定及回归分析即可将实时的载重标称值(载货率)计算出来。由于激光测距传感器安装位置方便，不受车型所限，所以适应性强，同时也不用改变车体结构，适应性强，另外激光传感器相对也比较精确。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本实用新型的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1是本实用新型的系统安装在货车上的示意图。

图2是系统各模块之间关系图。

图3是从车体正面看激光测距传感器安装位置示意。

图4是从车体侧面看激光测距传感器安装位置示意。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述，但本领域的技术人员应该知道，以下实施例并不是对本实用新型技术方案作的唯一限定，凡是在本实用新型技术方案精神实质下所做的任何等同变换或改动，均应视为属于本实用新型的保护范围。

如图1、图2所示，本实用新型一种基于激光传感器的超载监测系统，包括的部件有激光测距传感器1、信号处理器2、单片机3、蓄电池4、蜂鸣器5及显示模块6。

该系统采用激光测距传感器测量货车板簧(或悬架)的高程数据。如图3、4所示，激光测距传感器1有4个，分别安装在货车最前、最后的车轴7正上方(对于半承载式，安装在左、右两半车轴的外端部的上方，对于全承载式，安装在同一根车轴的左右两端的上方)。进一步地，激光测距传感器1安装在车轴7承载板簧/悬架8和车桥9附近位置的正上方，因为车轴7承载板簧/悬架8和车桥9的位置是受重变形的位置，也就是受重影响最敏感的地方，将传感器安装在这个位置附近能够更准确的测量变形高度。

进一步地，对于最前的车轴上方的2个激光测距传感器，安装在驾驶室底板上，对于最后车轴上方的2个激光测距传感器，安装在车厢底板上，都是激光发射口悬吊朝下。激光测距传感器1通过测量激光发射点到板簧/悬架之间的距离H(如图3所示)，来表达高度变化。

由于激光测距传感器1悬吊于车体底部，固定不动，这个位置空间大，很容易安装，不受任何车体结构的影响，且也不影响任何车体结构，无需改变车体结构，所以适用于任何车型，适应性强。且激光测距传感器本身测量精准度也高。

进一步地，所选传感器可为VL53L0X V2激光测距传感器。

信号处理器2、单片机3、蓄电池4、蜂鸣器5及显示模块6都集成在车辆控制系统中，独立设为超载监测模块10，激光测距传感器1与超载监测模块10通过数据线11连接。

如图2所示，激光测距传感器1与信号处理器2相连，所述信号处理器2包括信号放大器和A/D转化器，主要实现激光采集信号的放大与A/D转化功能，将激光测距传感器1测得的数据信号转换为电信号发送给单片机3。

单片机3中预置有载重解算模型，可以根据激光测距传感器1测得的高程数据，解算为载重数据，载重解算模型为：

Y＝A+BX₁+CX₂

式中，Y为载重标称值(载货率)，X₁为测得的货车前端车轴处的板簧(或悬架)的高程数据，X₂为测得的货车后端车轴处的板簧(或悬架)的高程数据，A、B、C为拟合系数，通过多组试验数据线性拟合得到。

进一步地，单片机3中设置有超载阈值(一般为车辆出厂标定)，当载重数据超过超载阈值时，蜂鸣器5就会发出预警，并且在显示模块6上也发出预警显示。

进一步地，单片机3中还预留通信接口12，通信接口主要与车路协同模块或驾驶辅助系统连接，在实际运输过程中路侧或路面称重检测设备发送重量数据，用于对单片机中称重解算模型进行二次标定。

所述单片机可选AT89C51单片机。

蓄电池4用于给模块充电；显示模块6主要用于显示装载量，并在超载情况下给驾驶员发出预警。

本系统通过在某种载重情况下，激光测距传感器采集货车前端车轴处板簧(或悬架)以及货车后端车轴处板簧(或悬架)的高程数据(即激光发射中心至板簧或悬架之间的距离)，利用载重解算模型解算出装载标称值。

考虑信号冗余和载荷的横向分布特点，避免偏载造成的测量误差，进一步地在车辆最前端车轴上方左、右两端各设置一处激光测距传感器，分别对车轴上左、右两端的板簧/悬架高度进行监测，然后将左、右两端的高程数据求取平均值即为X₁，

x₁,x₂为车辆最前端车轴上方左、右两端的激光测距传感器采集的板簧/悬架高程数据。同理，在车辆最后端车轴上方左、右两端各设置一处激光测距传感器，分别对车轴上左、右两端的板簧/悬架高度进行监测，然后将左右两端的高程数据求取平均值即为X₂，

x₃,x₄为车辆最后端车轴上方左、右两端的激光测距传感器采集的板簧/悬架高程数据。

进一步地，为了使Y＝A+BX₁+CX₂中A、B、C系数拟合的更准确，一般需要三种装载状态下的数据，分别采集空载状态下的X₁、X₂值，半载状态下的X₁、X₂值，满载状态下的X₁、X₂值，然后按照方程求得A、B、C的值。且至少是采集在半载状态下和满载状态下分别有2-3种不同配重下的高程数据，和/或同样配重下2-3种不同纵向质心位置处的高程数据，比如如下两种情形：1)在半载状态下，取两种配重，测得两组X₁、X₂值；在满载状态下，取两种配重，测得两组X₁、X₂值；2)在半载状态下，取一种配重，但是这种配重在车上的重心位置设置有两种，每种位置测得一组X₁、X₂值；在满载状态下，取一种配重，但是这种配重在车上的重心位置也设置有两种，每种位置测得一组X₁、X₂值。设计的测量数据越多，计算的得A、B、C的值越准确。

进一步地，发动机的状态对测量也会有产生一定影响，怠速时发动机会有振动，对传感器测量会有一定影响；熄火时不存在发动机振动问题，所以车辆在怠速状态下和熄火状态下的载重解算模型是不一样的，需要分别标定，对于一辆车，至少要预存两组载重解算模型，一组为发动机怠速状态下的解算模型，记为：Y₁＝A₁+B₁X₁₁+C₁X₁₂，Y₁、X₁₁、X₁₂、A₁、B₁、C₁分别代表发动机怠速状态下各相应参数；一组为发动机熄火状态下的解算模型，记为：Y₂＝A₂+B₂X₂₁+C₂X₂₂，Y₂、X₂₁、X₂₂、A₂、B₂、C₂分别代表发动机熄火状态下各相应参数，A₁、B₁、C₁、A₂、B₂、C₂需要在相应的状态下进行标定。

通过分别求得车辆怠速状态和熄火状态下的系数A₁、B₁、C₁/A₂、B₂、C₂，可获得两种发动机状态下的解算模型，运用上述两模型，激光测距传感器在每次装载时测得实时高程数据，根据发动机状态计算得到当前装载量，如数值超过阈值，则认定为超载。

下面是一算例：

通过试验采集到车辆熄火状态下三种装载情况下的高程信号如下表所示，单位米。

表1熄火状态下试验结果

假设将Y以0，0.5，1分别作为空载、半载、满载三种装载状态下的载重标称值。通过解算模型Y＝A+BX₁+CX₂求解得到系数为A＝8.5162，B＝-3.1978，C＝-6.4201，并将系数录入单片机中。

假设车辆当前左前、右前、左后、右后的高程为0.744m、0.751m、0.821m、0.826m，通过计算得到此时载重标称值为0.8389，载重情况为未超载。

假设车辆当前左前、右前、左后、右后的高程为0.687m、0.694m、0.721m、0.718m，通过计算得到此时载重标称值为1.6888，载重情况为超载，系统单片机会发送信息到显示模块和蜂鸣器，向驾驶员发出预警。

需要说明的是，以上实施例仅为本实用新型一个具体实施例，本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种基于激光传感器的货车超载监测系统，其特征在于：所述系统设置有激光测距传感器、信号处理器、单片机、蓄电池、蜂鸣器及显示模块；

2.根据权利要求1所述的基于激光传感器的货车超载监测系统，其特征在于：所述激光测距传感器有4个，分别安装在最前、最后车轴左右两端承载板簧/悬架附近位置的正上方，激光发射口朝下。

3.根据权利要求1或2所述的基于激光传感器的货车超载监测系统，其特征在于：所述高程数据是指激光测距传感器激光发射点到板簧/悬架之间的距离。

4.根据权利要求1所述的基于激光传感器的货车超载监测系统，其特征在于：所述单片机中预置有超载阈值，当载重数据超过超载阈值时，所述蜂鸣器和显示模块都会做出预警提示。

5.根据权利要求1或4所述的基于激光传感器的货车超载监测系统，其特征在于：所述单片机中预留通信接口，所述通信接口与车路协同模块或驾驶辅助系统连接，接收运输过程中路侧或路面称重检测设备发送来的载重数据，对单片机中载重解算模型进行二次标定。