CN214040296U - 一种车辆荷载动态测量装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及传感器技术领域，具体涉及一种车辆荷载动态测量装置，用于测量车辆荷载动态变化，广泛应用在有悬架的各类载货车辆上，从而满足车辆在线全程车辆荷载的动态测量，包括安装于车轴上的测距索固定器，所述测距索固定器连接有垂直于车轴设置的测距索，所述测距索远离所述测距索固定器一端连接有测距索排线与收放机构，所述测距索排线与收放机构通过固定架体安装于车架上；所述测距索排线与收放机构通过导线连接有数据采集装置，所述数据采集装置通信连接有云端。本方案在测量过程中，不会受到温度、外力等外界因素影响，减小了环境对测量的影响，不会出现安装错位或运行过程中错位的情况，避免了虚假测量的问题。

Description

一种车辆荷载动态测量装置

技术领域

本申请涉及传感器技术领域，具体而言，涉及一种车辆荷载动态测量装置。

背景技术

在实际工程中，路面的表面不是光滑的，其具有一定的不平整性。因此车辆在道路上以一定速度行驶时，一方面会产生颠簸，从而导致车辆作用在垂直于路面上的压力的大小并不是固定值，而是以一定的频率在车辆静载附近上下波动，表现为车辆对路面产生动荷载的冲击作用；另一方面，车辆作用在平行于路面上的剪力的大小也是随着车辆的加速、减速而波动，该力是引起路面产生推移和拥包的主要原因。

路面结构在动荷载和静荷载作用下的响应是有很大区别的，车辆震动对路面产生的动荷载的峰值要大于车辆的静荷载。随着我国运输事业的发展，车辆逐渐向重载、高速度方向发展。而车辆对路面产生动荷载冲击作用与车辆的载重和行车速度有直接的关系，近年来，很多新建公路产生严重的早期损坏，因此有学者质疑以静态荷载作为设计荷载的安全性。

目前，主要测量方案有大梁应变片测量和压差测距测量方法。其中，大梁或车轴应变片测量方法：采用在车辆的车大梁上贴应变片测量，大梁应变片的应变力获得车辆重量，这方法存在问题点：大梁的结构是一个以支撑件为功能的载体，因此，应变量与车辆荷载之间存在严重的非线性关系，数据标定难度很大，因此，在多年前尝试的都失败了；另外，车辆作为全天候户外运行设备，应变片的粘贴、保护等在温度、湿度的冲击下很快失效，一般应变片方式测量在3-6个月后都会失效。另外，压差测距测量方法：采用压差式测量支撑板簧的变形测量，该方法克服了采用大梁变形的非线性问题，但是由于支撑弹簧的变形范围一般在3-40mm，对应到压差变化上最大变量只有0.35kPa，但是环境温度引起的压强变化会超过0.02kPa。同时，车辆在运行过程中，液体颠簸会导致液体腔室内产生气体，导致液位无规律升高引起压差无规律变化，使测量精度无法得到保证。因此，该方法的测量精度受到温度、颠簸、振动等外界因素影响很大，综合精度无法满足实际需要。

因此，研发一种能够实时动态测量车辆荷载的装置，其需求已迫在眉睫。

实用新型内容

本申请的主要目的在于提供一种车辆荷载动态测量装置，用于测量车辆荷载动态变化，广泛应用在有悬架的各类载货车辆上，从而满足车辆在线全程车辆荷载的动态测量，是物联网技术应用的重要基础。

本申请的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种车辆荷载动态测量装置，包括安装于车轴上的测距索固定器，所述测距索固定器连接有垂直于车轴设置的测距索，所述测距索远离所述测距索固定器一端连接有测距索排线与收放机构，所述测距索排线与收放机构通过固定架体安装于车架上；

所述测距索排线与收放机构通过导线连接有数据采集装置，所述数据采集装置通信连接有云端。

可选地，所述测距索固定器包括可拆卸扣合连接于车轴上的第一夹片和第二夹片，所述第一夹片与所述第二夹片两侧通过调节螺栓连接，并且所述第一夹片上穿设有紧固螺栓。

可选地，所述测距索排线与收放机构包括排线机构，所述排线机构包括测距索绕线卷筒，所述测距索绕线卷筒上设有排线引导螺旋线，所述排线引导螺旋线一侧设有测距索排线引导器，所述排线引导螺旋线一端与所述测距索连接且连接处设有测距索固定件。

可选地，所述测距索排线与收放机构还包括收放机构，所述收放机构包括卷筒，所述卷筒上设有与所述排线引导螺旋线远离所述测距索一端连接的测距索收放螺旋线，并且所述卷筒通过张力弹簧连接有传动主轴，所述传动主轴连接有编码器。

可选地，所述固定架体包括一对对称设置的侧顶板，两个所述侧顶板外侧连接于一个驱动传动机构，所述驱动传动机构包括呈中心对称设置的两个连接块、一个滑轨、两个滑块、两个连杆以及一个气缸，所述连接块成开口相对的U型且其一侧边与侧顶板相接，其另一侧边与滑块相固定，所述滑块滑动连接在与侧顶板垂直的滑轨上，并且所述连接块靠近滑块的一侧边还与连杆相铰接，所述连杆的另一端设置于气缸的输出轴上。

可选地，所述数据采集装置包括数据采集单元、参数存储单元、六轴传感器、计算单元及通信单元，所述数据采集单元分别与参数存储单元以及计算单元相连；所述六轴传感器与计算单元相连；所述参数存储单元、计算单元均通过通信单元与云端相连。

可选地，所述数据采集装置与所述云端通过握手信号的交互进行工作状态的相互检查。

可选地，所述数据采集装置中还存储有装置中各部件的正常工作参数和/或工作寿命信息，并根据各部件的正常工作参数和/或工作寿命信息判断其是否需要更换或维修，若是，则进行本地和/或远程警示。

本实用新型的有益效果：

(1)采用测距索测量车辆支撑悬架的相对位移，能适用车轴与车架采用弹性悬架连接的所有车型，而非特定车型。

(2)采用测距索测量车辆支撑悬架的相对位移，完全不同于车轴或大梁微变形测量和压差位移测量。测量机构对温度、湿度等外界环境影响不敏感，而对相对位移变化高度敏感，测量精度高。

(3)机械运动部件选用合适材料，磨损小，寿命长。选用高强度的测距索，能很有效地提高使用寿命。

(4)测距索的排线机构是全新的机械结构设计，让排线动作和绕线动作形成了一体化的动作，结构简洁，效率高；

(5)测距索弹性收放装置设计，充分考虑了装置测量的特性，保证系统张力，满足了测量精度。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是根据本申请实施例提供的一种车辆荷载动态测量装置的结构示意图；

图2是根据本申请实施例提供的一种车辆荷载动态测量装置中测距索排线与收放机构的排线结构示意图；

图3是根据本申请实施例提供的一种车辆荷载动态测量装置中测距索排线与收放机构的收放结构示意图；

图4是根据本申请实施例提供的一种车辆荷载动态测量装置中固定架体的结构示意图；

图5是根据本申请实施例提供的一种车辆荷载动态测量装置的模块连接示意图。

图中，1、测距索固定器；11、第一夹片；12、第二夹片；13、调节螺栓；14、紧固螺栓；2、测距索；3、测距索排线与收放机构；31、测距索绕线卷筒；32、排线引导螺旋线；33、测距索排线引导器；34、测距索固定件；35、卷筒；36、测距索收放螺旋线；37、张力弹簧；38、传动主轴；39、编码器；4、固定架体；41、侧顶板；42、连接块；43、滑轨；44、滑块；45、连杆；46、气缸；5、数据采集装置；51、数据采集单元；52、参数存储单元；53、六轴传感器；54、计算单元；55、通信单元；6、云端。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”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。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

另外，术语“多个”的含义应为两个以及两个以上。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

一种车辆荷载动态测量装置，如图1和图5所示，包括安装在车轴上的测距索固定器1，测距索固定器1连接有垂直在车轴设置的测距索2，测距索2远离测距索固定器1一端连接有测距索排线与收放机构3，测距索排线与收放机构3通过固定架体4安装于车架上；另外，测距索排线与收放机构3通过导线连接有数据采集装置5，数据采集装置5通信连接有云端6。本方案采用载货车的车厢支撑悬架作为弹性体对车辆荷载进行动态测量，因为支撑悬架本身满足胡克定律，其变形量与车辆荷载成正比，所以利用高强度的测距索2来测量支撑悬架与大梁的距离，能够获得支撑悬架的精确变形量，而且测距索2延伸性极小，在测量过程中，不会受到温度、外力等外界因素影响，减小了环境对测量的影响，同时凭借测距索排线与收放机构3，可以准确标定，进行测量，具有自动对中的特点，不会出现安装错位或运行过程中错位的情况，确保测距索2可以保持一定的张力，确保测距索2始终处于张紧状态，避免了虚假测量问题。紧接着，数据采集装置5进行编码信号收集编译存储，最终在CPU中进行标定后把数据发送到云端6。

如图1所示，测距索固定器1包括可拆卸扣合连接于车轴上的第一夹片11和第二夹片12，第一夹片11与第二夹片12两侧通过调节螺栓13连接，并且在第一夹片11上穿设紧固螺栓14。如此设置，通过调节螺栓13、第一夹片11、第二夹片12初步固定在车轴上，在调整好测距索固定器1的角度之后，通过第一夹片11中部的紧固螺栓14可以进一步固定，保证在行车过程中其与车轴牢固接触，不会发生转动。

如图1和图4所示，固定架体4包括一对对称设置的侧顶板41，两个侧顶板41外侧连接于一个驱动传动机构，具体地，驱动传动机构包括呈中心对称设置的两个连接块42、一个滑轨43、两个滑块44、两个连杆45以及一个气缸46，连接块42成开口相对的U型且其一侧边与侧顶板41相接，其另一侧边与滑块44相固定，滑块44滑动连接在与侧顶板41垂直的滑轨43上，并且连接块42靠近滑块44的一侧边还与连杆45相铰接，连杆45的另一端设置于气缸46的输出轴上。由于连杆45是活动连接在连接块42和气缸46输出轴之间的，所以，开启气缸46，可通过连杆45带动连接块42沿滑轨43方向位移，从而驱动侧顶板41以贴合压紧，夹设安装在车架上。

如图1和图2所示，测距索排线与收放机构3包括排线机构，排线机构包括测距索绕线卷筒31，测距索绕线卷筒31上设有排线引导螺旋线32，排线引导螺旋线32一侧设有测距索排线引导器33，排线引导螺旋线32一端与测距索2连接且连接处设有测距索固定件34。测距索2收放使测距索绕线卷筒31旋转，测距索绕线卷筒31旋转使测距索排线引导器33沿其轴向移动，从而引导测距索2在测距索绕线卷筒31有序排布，不会错乱导致装置失效损坏或测量差错。

如图1和图3所示，测距索排线与收放机构3还包括收放机构，收放机构包括卷筒35，卷筒35上设有与排线引导螺旋线32远离测距索2一端连接的测距索收放螺旋线36，并且卷筒35通过张力弹簧37连接有传动主轴38，传动主轴38连接有编码器39。在车架与车轴之间的相对位移变大时，利用车辆悬架自身弹力拉伸测距索2，测距索2拉伸使卷筒35旋转，卷筒35旋转使张力弹簧37收紧而储存能量。当车架与车轴之间的相对位移缩小的时候，张力弹簧37释放储存的能量而驱动卷筒35旋转，卷筒35旋转从而实现测距索2的回收。该机构有效保证了测距索2始终处于张紧状态、绕线旋转体的轴向径向位移可控，确保测量精度。

如图5所示，数据采集装置5包括数据采集单元51、参数存储单元52、六轴传感器53、计算单元54及通信单元55，数据采集单元51分别与参数存储单元52以及计算单元54相连；六轴传感器53与计算单元54相连；参数存储单元52、计算单元54均通过通信单元55与云端6相连。其中，数据采集单元51用于采集车辆基本信息，并识别车辆类型，以实时采集车型、车辆速度、扭矩和变速箱齿轮比信息档位等动态数据；参数存储单元52，用于存储各种车辆荷载计算的相关参数信息；六轴传感器53，用于实时采集车辆加速度、坡度；计算单元54，用于计算在不同环境下的车辆荷载，更加精确无误。

为了提高系统的稳定性，参考图5，在本实施方式中，数据采集装置5与云端6之间通过握手信号的交互进行工作状态的相互检查，在云端6每次启动时给数据采集装置5一个信号，数据采集装置5再反馈一个信号给云端6，该反馈信号包括各数据采集装置5的I D信息，云端6对反馈的信号与数据库中的对应I D信息进行比对判断，在数据采集装置5存在问题时，或出现某种症状需要处理但暂时不会影响正常运行时，以及传感器的变化在误差范围内时候，做出拒绝使用、警告或正常启用的指示信息。另外，数据采集装置5中还存储有装置中各部件的正常工作参数和/或工作寿命信息，并根据各部件的正常工作参数和/或工作寿命信息判断其是否需要更换或维修，若是，则进行本地和/或远程警示。

本方案满足载货车户外全天候运行的测量场景需要，选择高强度测距索做媒介传递位移信号，高强度测距索本身的长度刚性保证了系统的稳定性，同时通过巧妙的结构设计和编程算法来规避或大幅度降低温度、颠簸、冲击、振动、油污、尘土、雨水等外界环境对测量结果的影响；本方案采用巧妙的结构设计、高强度测距索、非接触式高精度编码器进行测量，能大幅度提高使用寿命；本方案放弃车轴或大梁变形测量，而采用悬架位移作为计准测量参数，计准信号的测量精度直接影响荷载的测量精度，因此，在40mm的量程范围内采用绝对精度0.05mm，测量测距索的位移，可以充分满足测量精度的需求；本方案采用车辆悬架位移量进行测量换算，适用各种带悬架的车型，不伤及车架、车轴、油路、气路、电路，安全可靠、安装方便、成本低廉。

本车辆荷载动态测量装置的工作原理：安装时，首先开启气缸46，通过连杆45带动连接块42沿滑轨43方向位移，从而驱动侧顶板41以贴合压紧，将固定架体4整体夹设安装在车架上，然后通过调节螺栓13、第一夹片11、第二夹片12初步固定在车轴上，在调整好测距索固定器1的角度之后并保证测距索2的垂直放置，通过第一夹片11中部的紧固螺栓14完成进一步固定，最后可在外侧罩设保护外壳；

工作时，测距索排线与收放机构3构确保测距索2始终保持张紧，并保证测距索2在旋转体上有序排布，当车架在装卸货物导致载荷变化时，车架与车轴之间的位移发生变化，通过始终保持张紧的测距索2作为媒介对该位移量进行精确测量，然后通过标定换算成载荷变量，从而发出编码信号给数据采集装置5，数据采集装置5同时采集并存储车辆基本信息、车辆加速度、坡度，通过算法以精确计算在不同环境下的车辆荷载。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种车辆荷载动态测量装置，其特征在于，包括安装于车轴上的测距索固定器(1)，所述测距索固定器(1)连接有垂直于车轴设置的测距索(2)，所述测距索(2)远离所述测距索固定器(1)一端连接有测距索排线与收放机构(3)，所述测距索排线与收放机构(3)通过固定架体(4)安装于车架上；

所述测距索排线与收放机构(3)通过导线连接有数据采集装置(5)，所述数据采集装置(5)通信连接有云端(6)。

2.如权利要求1所述的一种车辆荷载动态测量装置，其特征在于，所述测距索固定器(1)包括可拆卸扣合连接于车轴上的第一夹片(11)和第二夹片(12)，所述第一夹片(11)与所述第二夹片(12)两侧通过调节螺栓(13)连接，并且所述第一夹片(11)上穿设有紧固螺栓(14)。

3.如权利要求1所述的一种车辆荷载动态测量装置，其特征在于，所述测距索排线与收放机构(3)包括排线机构，所述排线机构包括测距索绕线卷筒(31)，所述测距索绕线卷筒(31)上设有排线引导螺旋线(32)，所述排线引导螺旋线(32)一侧设有测距索排线引导器(33)，所述排线引导螺旋线(32)一端与所述测距索(2)连接且连接处设有测距索固定件(34)。

4.如权利要求3所述的一种车辆荷载动态测量装置，其特征在于，所述测距索排线与收放机构(3)还包括收放机构，所述收放机构包括卷筒(35)，所述卷筒(35)上设有与所述排线引导螺旋线(32)远离所述测距索(2)一端连接的测距索收放螺旋线(36)，并且所述卷筒(35)通过张力弹簧(37)连接有传动主轴(38)，所述传动主轴(38)连接有编码器(39)。

5.如权利要求1所述的一种车辆荷载动态测量装置，其特征在于，所述固定架体(4)包括一对对称设置的侧顶板(41)，两个所述侧顶板(41)外侧连接于一个驱动传动机构，所述驱动传动机构包括呈中心对称设置的两个连接块(42)、一个滑轨(43)、两个滑块(44)、两个连杆(45)以及一个气缸(46)，所述连接块(42)成开口相对的U型且其一侧边与侧顶板(41)相接，其另一侧边与滑块(44)相固定，所述滑块(44)滑动连接在与侧顶板(41)垂直的滑轨(43)上，并且所述连接块(42)靠近滑块(44)的一侧边还与连杆(45)相铰接，所述连杆(45)的另一端设置于气缸(46)的输出轴上。

6.如权利要求1所述的一种车辆荷载动态测量装置，其特征在于，所述数据采集装置(5)包括数据采集单元(51)、参数存储单元(52)、六轴传感器(53)、计算单元(54)及通信单元(55)，所述数据采集单元(51)分别与参数存储单元(52)以及计算单元(54)相连；所述六轴传感器(53)与计算单元(54)相连；所述参数存储单元(52)、计算单元(54)均通过通信单元(55)与云端(6)相连。

7.如权利要求6所述的一种车辆荷载动态测量装置，其特征在于，所述数据采集装置(5)与所述云端(6)通过握手信号的交互进行工作状态的相互检查。

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