CN213932791U - 货物称重测距装置及其物流车辆 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种货物称重测距装置及其物流车辆，该货物称重测距装置用于车辆板簧纵向形变量的测量，包括：弹性连接件，用于纵向连接待测的车辆板簧；应力传感器，用于连接测量弹性连接件纵向的形变量；信号处理模组，用于对应力传感器的输出信号进行采集、滤波与放大处理；处理控制器，用于接收信号处理模组处理后的输出信号，并根据输出信号获取所述货箱的重量。通过设置应力传感器以及弹性连接件，通过弹性连接件与车辆板簧纵向连接，弹性连接件跟随车辆板簧纵向的形变量产生弹性位移，放大了该形变量并能较好地抵抗车辆的低频机械震动带来的干扰误差，使得测距精度在0.01mm以下，结构简单，通用性好，适用于各种不同的货车悬架型号。
Description
技术领域
本实用新型涉及交通运输辅助设备技术领域，特别涉及一种货物称重测距装置及其物流车辆。
背景技术
随着社会经济的快速发展，人民生活生产需求水平不断提高，对物流的需求量剧增，物流货车在其中充当了极其重要且不可能替代的角色。但由于各种原因，往往存在超载的情况，众所周知，超载行为不但给高速公路和桥梁造成不可逆转的破坏，而且给行车带来极大的安全隐患。因此，检测和监控货车超载行为是一项十分重要而且意义重大的事情，是货运物流管理的重要关注点。
从称重载体来划分，现有货车货物称重方式主要分为两大类：地面式整车称重方式和车载在线称重方式。地面式整车称重方式是指在固定地点或移动地点通过地磅等方式对整车的重量进行计量。车载在线称重方式是指通过车上的称重设备直接对货车上货物的重量进行计量，不依赖于地面上某固定点或移动点的地磅等设备来称重。从称重运动状态划分，货车货物称重方式又分为静态称重和动态称重，静态称重指货车货物处于静止平衡状态，相对于称重设备为静止的；动态称重相对于静态，除了静态称重要求以外，还需考虑运动过程加速度、震动、倾斜、快速测量等情况。
现有车载在先称重的方式主要有以下几种：一是通过激光测距仪、超声波测距仪等测量货车板簧相对车轴的距离变化来间接计算货物重量；二是在货车架与车厢之间放置称重传感器来直接计量货物重量；三是通过货车板簧横向形变状态变化程度来间接计量货物重量。
现有车载在线称重方式至少存在以下缺陷：一是成本高，户外使用的精度1mm的激光测距仪或超声波测距仪价格较高，高精度的相位式激光测距仪价格更高。二是精度较低，激光测距仪或超声波测距仪最高测量精度基本上在1mm或1mm以上，对于板簧形变偏小的重型悬架货车型号，存在检测误差偏大甚至检测不到货物重量的情况。三是不抗震动，货车在启动后车身存在一定的机械震动，该震动给测距仪带来测量误差。四是结构较复杂，体积大，安装不便，在货车架与车厢之间放置称重传感器直接计量货物重量的方案，一般使用四个称重传感器分布在货车架与箱体之间的四个角落，并使用与之配套较为复杂的限位机构进行安装，它们的结构部件多且较复杂，占用空间大，对安装位置和结构要求高，不易维护。五是通用性较差，可靠性不高，工作误差大；当前通过货车板簧横向形变来计算货物重量的方案，该方案的称重传感器横跨板簧两端，感应来自板簧的横向受力，这样一方面形变程度较纵向小很多，影响检测精度，另一方面不适用于受力为纵向形变的橡胶类型悬架；应力传感器安装位置处于活动区域，工作运行中存在松动并引入误差的隐患。
因此，现有车载在先称重的方式存在成本高、精度较低、不抗震动、通用性较差、结构较复杂的缺陷，需要进一步优化。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种货物称重测距装置及其物流车辆，能够实现货箱自动称重，结构简单、精度高且适用于各种不同的货车悬架。
为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：
本实用新型的第一个方面，提供了一种货物称重测距装置，用于车辆板簧纵向形变量的测量，包括：
弹性连接件，用于纵向连接待测的车辆板簧；
应力传感器，用于连接测量所述弹性连接件纵向形变产生的应力；信号处理模组，用于对所述应力传感器的输出信号进行采集、滤波与放大处理；
处理控制器，用于接收所述信号处理模组处理后的输出信号，并根据所述输出信号获取所述货箱的重量。
进一步的，所述货物称重测距装置还包括：
ADC器件，用于接收所述信号处理模组处理后的输出信号，并将所述输出信号转为数字信号传输到所述处理控制器。
进一步的，所述信号处理模组包括：
电源器件，用于提供所述信号处理模组的工作电源；
输入滤波电路，对所述应力传感器的输出信号进行滤波；
通用运算放大器，用于放大所述应力传感器的输出信号；
参考电压电路，用于提供所述通用运算放大器的参考电压和单端转差分电路的负端输入；
单端转差分电路，用于把前级所述通用运算放大器输出的单端信号作差分处理，并提供信号放大功能；
输出滤波电路，用于对所述单端转差分电路输出的信号进行滤波。
进一步的，所述应力传感器包括：
传感器固定工位，用于安装固定所述应力传感器；
传感器连接工位，用于与所述弹性连接件的一端连接。
进一步的，所述弹性连接件是弹簧，所述弹簧两端设置有弹簧挂钩，所述弹簧挂钩一端与所述传感器连接工位连接，另一端与车辆板簧纵向连接。
进一步的，所述信号处理模组还包括：
连接线缆，用于与所述应力传感器连接；
拓展接口，用于与其他外设器件连接。
进一步的，所述货物称重测距装置还包括L型固定件、钢丝绳，所述应力传感器的传感器固定工位通过所述L型固定件安装，所述弹簧挂钩通过所述钢丝绳与车辆板簧连接。
可选的，所述货物称重测距装置还包括与所述处理控制器连接的显示模块，用于实时显示所述货箱的重量信息。
可选的，所述货物称重测距装置还包括与所述处理控制器连接的声光报警模块，用于提示所述货箱的重量信息或者发出超载提示信息。
可选的，所述货物称重测距装置还包括无线通讯器件，用于与移动终端、云端服务器建立通讯交互。所述无线通讯器件是蓝牙通信模块、无线RF通信模块、Wi－Fi通信模块、2G/3G/4G/5G移动通信模块任意一种。优选为蓝牙4.0通信模块，实现与移动终端的数据通信，可以通过移动终端与云端服务器连接，也可以直接与云端服务器连接。
本实用新型的第二个方面，提供了一种物流车辆，所述物流车辆至少包括动力车头，与所述动力车头连接的车架，在所述车架上设置货箱，所述车架设置在一车架支撑梁上，所述车架支撑梁下方通过悬架支撑轴安装两侧车轮，所述车架支撑梁和所述悬架支撑轴之间设置板簧，所述货物称重测距装置安装所述车架支撑梁上，应力传感器通过一弹性连接件与所述板簧纵向连接。
具体的，所述货物称重测距装置的应力传感器通过L型固定件与车架固定螺母配合固定在车架支撑梁；板簧通过一中间U型卡箍与悬架支撑轴连接，板簧两端分别设置有端部U型卡箍。可选的，弹簧一端的弹簧挂钩通过钢丝绳与一端部U型卡箍连接。
采用上述技术方案，该货物称重测距装置及其物流车辆，通过设置应力传感器以及弹性连接件，通过弹性连接件与车辆板簧纵向连接，弹性连接件跟随车辆板簧纵向的形变量产生弹性位移，放大了该形变量并能较好地抵抗车辆的低频机械震动带来的干扰误差，使得测距精度在0.01mm以下，体积小，结构简单，易安装，通用性好，适用于各种不同的货车悬架型号。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例的货物称重测距装置结构示意图；
图2为本实用新型实施例的货物称重测距装置的信号处理模块结构原理图；
图3为本实用新型实施例的货物称重测距装置使用状态示意图；
图4为本实用新型实施例的物流车辆结构示意图；
图中，10－货物称重测距装置，11－应力传感器，111－传感器固定工位，112－传感器连接工位，12－弹簧，121－弹簧挂钩，13－信号处理模组，131－电源器件，132－输入滤波电路，133－运算放大器，134－参考电压，135－单端转差分电路，136－输出滤波电路，137－连接线缆，138－拓展接口，14－ADC器件，15－处理控制器，16－L型固定件，17－钢丝绳；
20－物流车辆，21－动力车头，22－货箱，23－车架，24－车架支撑梁，25－板簧，26－悬架支撑轴，27－中间U型卡箍，28－端部U型卡箍，29－车轮，210－车架固定螺母。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，本实用新型实施例提供了一种货物称重测距装置10，用于车辆板簧纵向形变量的测量，包括：
弹性连接件，用于纵向连接待测的车辆板簧；
应力传感器11，用于连接测量所述弹性连接件纵向形变产生的应力；信号处理模组13，用于对所述应力传感器11的输出信号进行采集、滤波与放大处理；
处理控制器15，用于接收所述信号处理模组13处理后的输出信号，并根据所述输出信号获取所述货箱的重量。
该测距装置既可用于距离测量，也可用于重量间接测量。货车悬架类型主要有板簧和橡胶两种，它们的弹性响应均符合胡克定律，也就是形变与压力成线性比例关系。当货车装货或卸货时板簧或橡胶会发生形变，从而引起悬架高程的变化。因此，只要通过上述应力传感器11测出高程的变化，就能计算出货物重量。
可选的，所述货物称重测距装置10还包括：
ADC器件14，用于接收所述信号处理模组13处理后的输出信号，并将所述输出信号转为数字信号传输到所述处理控制器15。
可选的，处理控制器可以是MCU处理器等器件，例如选用ST公司的32位单片机STM32F072作为处理控制器，通过单片机STM32F072集成的功能来实现本装置的信号处理模组的功能模块，这些功能模块都运行在STM32F072单片机上，采用现有的计算机程序能够实现相应功能，在软件上不需要进行任何改进。同时，STM32F072单片机内部集成12位ADC(模数转换器件)实现了本装置的ADC器件14的功能。
如图2所示，所述信号处理模组13包括：
电源器件131，用于提供所述信号处理模组13的工作电源；
输入滤波电路132，对所述应力传感器11的输出信号进行滤波；
通用运算放大器133，用于放大所述应力传感器11的输出信号；
参考电压电路134，用于提供所述通用运算放大器133的参考电压和单端转差分电路的负端输入；
单端转差分电路135，用于把前级所述通用运算放大器133输出的单端信号作差分处理，并提供信号放大功能；
输出滤波电路136，用于对所述单端转差分电路135输出的信号进行滤波。
信号处理模组13工作流程如下：应力传感器11输送模拟输出信号；对输入的模拟信号滤波；放大滤波后信号并利用参考电压对信号作整体线性抬升；利用单端转差分电路将信号恢复为抬升前的信号值；对恢复后信号滤波并输出后级处理；在放大电路单电源供电条件下，先把输出电压范围提升后再恢复到原来值的目的，是为了消除仪表放大电路输出信号存在的非线性问题。
可选的，所述应力传感器11包括：
传感器固定工位111，用于安装固定所述应力传感器11；
传感器连接工位112，用于与所述弹性连接件的一端连接。
具体的，应力传感器11的传感器固定工位111固定在板簧之上的车架支撑梁上，应力传感器11的传感器连接工位112与弹簧12上端的弹簧挂钩121相连，弹簧12下端的弹簧挂钩121通过固定金属连杆或钢丝绳17固定在板簧25上。应力传感器11可以是是电阻应变片式应力传感器，包括但不限于各种类型，如电容式应力传感器，压电式应力传感器，电阻式应力传感器等。
工作流程如下：弹簧12长度发生变化，随之弹簧12拉力或弹力变化；变化的弹簧12拉力或弹力作用于应力传感器11上，引起应力传感器11输出的变化；弹簧12长度与弹簧12力和弹簧12力与应力传感器11输出均是线性关系，两者结合属于线性叠加，也就是弹簧12长度的变化与应力传感器11输出变化成线性比例关系。利用上述比例关系，我们可以通过测量应力传感器11的信号变化来获取物体间距离的变化。
可选的，所述弹性连接件是弹簧12，所述弹簧12两端设置有弹簧挂钩121，所述弹簧挂钩121一端与所述传感器连接工位111连接，另一端与车辆板簧纵向连接。弹簧类型包括但不限于金属弹簧、塑料弹簧、特殊材料弹簧等各种类型。
可选的，所述信号处理模组13还包括：
连接线缆137，用于与所述应力传感器11连接；
拓展接口138，用于与其他外设器件连接。
具体的，如图3所示，所述货物称重测距装置10还包括L型固定件16、钢丝绳17，所述应力传感器11的传感器固定工位111通过所述L型固定件16安装，所述弹簧挂钩121通过所述钢丝绳17与车辆板簧连接。
可选的，所述货物称重测距装置10还包括与所述处理控制器15连接的显示模块，用于实时显示所述货箱的重量信息。
可选的，所述货物称重测距装置10还包括与所述处理控制器15连接的声光报警模块，用于提示所述货箱的重量信息或者发出超载提示信息。
可选的，所述货物称重测距装置10还包括无线通讯器件，用于与移动终端、云端服务器建立通讯交互。所述无线通讯器件是蓝牙通信模块、无线RF通信模块、Wi－Fi通信模块、2G/3G/4G/5G移动通信模块任意一种。优选为蓝牙4.0通信模块，实现与移动终端的数据通信，可以通过移动终端与云端服务器连接，也可以直接与云端服务器连接。
如图3、4所示，在一些实施例中，本实用新型还提供了一种物流车辆20，所述物流车辆20至少包括动力车头21，与所述动力车头21连接的车架23，在所述车架23上设置货箱22，所述车架23设置在一车架支撑梁24上，所述车架支撑梁24下方通过悬架支撑轴26安装两侧车轮29，所述车架支撑梁24和所述悬架支撑轴26之间设置板簧25，所述货物称重测距装置10安装所述车架支撑梁24上，应力传感器11通过一弹性连接件与所述板簧25纵向连接。
具体的，所述货物称重测距装置10的应力传感器11通过L型固定件16与车架固定螺母210配合固定在车架支撑梁24；板簧25通过一中间U型卡箍27与悬架支撑轴26连接，板簧25两端分别设置有端部U型卡箍28。可选的，弹簧12一端的弹簧挂钩121通过钢丝绳17与一端部U型卡箍28连接。
物流车辆20货物称重的工作流程如下：车辆空载情况下，处理控制器15记录此时从ADC器件14读取的值；然后物流车辆装货，悬架高程发生变化，弹簧12长度随着高程变化而同步变化；测距装置10输出信号发生变化；处理控制器15从ADC器件14读取相应值并在后台显示货物重量信息；同理，卸货时，处理控制器15以相同的方式把对应重量信息显示于后台。
本实施例的称重测距方案，与使用精度1mm的激光或超声波测距传感器，或者使用传统称重传感器，规格为10吨，会节约更多成本；如果安装数量增加，节约的成本则按相应倍数减小，成本成效更加明显。
另外，使用激光或超声波测距传感器，当前工业级产品最高精度为1mm。本实施例的称重测距方案的精度在0.01mm以下，且支持向更高精度的调节，可检测形变偏小的重型悬架类型。
若使用激光测距传感器、超声波测距传感器或将应力传感器直接安装在车架上，存在不抗车身震动的问题。本实施例的称重测距放哪由于其中的主要检测部件为弹簧，能较好地抵抗车身的低频机械震动，进一步提升装置整体的检测精度和稳定性。
若使用通过横跨板簧两端的应力传感来检测板簧横向形变或传统称重传感器，均存在部件多，结构较复杂，安装和维护不便等问题。本实施例的称重测距方案安装于车架和车轴之间，只需要两个安装固定点，一端为单孔螺丝固定，另一端为挂钩固定，整体结构，部件少，体积小，安装要求低，以加装方式安装，既不破坏也不改变货车原本任何结构部件。
本实用新型的货物称重测距装置及其物流车辆，通过设置应力传感器以及弹性连接件，通过弹性连接件与车辆板簧纵向连接，弹性连接件跟随车辆板簧纵向的形变量产生弹性位移，放大了该形变量并能较好地抵抗车辆的低频机械震动带来的干扰误差，使得测距精度在0.01mm以下，体积小，结构简单，易安装，通用性好，适用于各种不同的货车悬架型号。
以上结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但本实用新型不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本实用新型的保护范围内。
在本实用新型专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”、“排”、“列”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型专利新型的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型专利的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在实用新型专利中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“固连”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型专利中的具体含义。
在本实用新型专利中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
Claims (10)
1.一种货物称重测距装置，用于车辆板簧纵向形变量的测量，其特征在于，所述装置包括：
弹性连接件，用于纵向连接待测的车辆板簧；
应力传感器，用于连接测量所述弹性连接件纵向形变产生的应力；
信号处理模组，用于对所述应力传感器的输出信号进行采集、滤波与放大处理；
处理控制器，用于接收所述信号处理模组处理后的输出信号，并根据所述输出信号获取货箱的重量。
2.根据权利要求1所述的货物称重测距装置，其特征在于，所述货物称重测距装置还包括：
ADC器件，用于接收所述信号处理模组处理后的输出信号，并将所述输出信号转为数字信号传输到所述处理控制器。
3.根据权利要求1所述的货物称重测距装置，其特征在于，所述信号处理模组包括：
电源器件，用于提供所述信号处理模组的工作电源；
输入滤波电路，对所述应力传感器的输出信号进行滤波；
通用运算放大器，用于放大所述应力传感器的输出信号；
参考电压电路，用于提供所述通用运算放大器的参考电压和单端转差分电路的负端输入；
单端转差分电路，用于把前级所述通用运算放大器输出的单端信号作差分处理，并提供信号放大功能；
输出滤波电路，用于对所述单端转差分电路输出的信号进行滤波。
4.根据权利要求1所述的货物称重测距装置，其特征在于，所述应力传感器包括：
传感器固定工位，用于安装固定所述应力传感器；
传感器连接工位，用于与所述弹性连接件的一端连接。
5.根据权利要求4所述的货物称重测距装置，其特征在于，所述弹性连接件是弹簧，所述弹簧两端设置有弹簧挂钩，所述弹簧挂钩一端与所述传感器连接工位连接，另一端与车辆板簧纵向连接。
6.根据权利要求3所述的货物称重测距装置，其特征在于，所述信号处理模组还包括：
连接线缆，用于与所述应力传感器连接；
拓展接口，用于与外设器件连接。
7.根据权利要求5所述的货物称重测距装置，其特征在于，所述货物称重测距装置还包括L型固定件、钢丝绳，所述应力传感器的传感器固定工位通过所述L型固定件安装，所述弹簧挂钩通过所述钢丝绳与车辆板簧连接。
8.根据权利要求1所述的货物称重测距装置，其特征在于，所述货物称重测距装置还包括与所述处理控制器连接的显示模块，用于实时显示货箱的重量信息。
9.根据权利要求1所述的货物称重测距装置，其特征在于，所述货物称重测距装置还包括与所述处理控制器连接的声光报警模块，用于提示所述货箱的重量信息或者发出超载提示信息；
与所述处理控制器连接的无线通讯器件，用于与移动终端、云端服务器建立通讯交互。
10.一种物流车辆，其特征在于，所述物流车辆至少包括动力车头，与所述动力车头连接的车架，在所述车架上设置货箱，所述车架设置在一车架支撑梁上，所述车架支撑梁下方通过悬架支撑轴安装两侧车轮，所述车架支撑梁和所述悬架支撑轴之间设置板簧，如权利要求1-9任意一项所述的货物称重测距装置安装所述车架支撑梁上，应力传感器通过一弹性连接件与所述板簧纵向连接。
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| CN202022846054.3U CN213932791U (zh) | 2020-12-02 | 2020-12-02 | 货物称重测距装置及其物流车辆 |
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|---|---|---|---|---|
| CN114563071A (zh) * | 2022-02-28 | 2022-05-31 | 郑州业伟实业有限公司 | 货车载重称量自动监测装置 |
| CN114964449A (zh) * | 2022-05-13 | 2022-08-30 | 武汉工程大学 | 一种车辆载重的测量装置及方法 |
-
2020
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN114964449A (zh) * | 2022-05-13 | 2022-08-30 | 武汉工程大学 | 一种车辆载重的测量装置及方法 |
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