RU2777715C1 - Способ измерения нагрузки на ось транспортного средства с температурной компенсацией с помощью датчиков деформации (варианты) - Google Patents

Способ измерения нагрузки на ось транспортного средства с температурной компенсацией с помощью датчиков деформации (варианты) Download PDF

Info

Publication number
RU2777715C1
RU2777715C1 RU2021117368A RU2021117368A RU2777715C1 RU 2777715 C1 RU2777715 C1 RU 2777715C1 RU 2021117368 A RU2021117368 A RU 2021117368A RU 2021117368 A RU2021117368 A RU 2021117368A RU 2777715 C1 RU2777715 C1 RU 2777715C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
vehicle
axle
bridge
measuring
strain
Prior art date
Application number
RU2021117368A
Other languages
English (en)
Inventor
Руслан Ильгизович Галеев
Дамир Талгатевич Ситдиков
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "ВЕСА Систем"
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "ВЕСА Систем" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "ВЕСА Систем"
Priority to PCT/RU2022/000186 priority Critical patent/WO2022265533A1/ru
Priority to CN202280041816.1A priority patent/CN117460935A/zh
Priority to EP22825420.7A priority patent/EP4357744A1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2777715C1 publication Critical patent/RU2777715C1/ru

Links

Images

Abstract

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к весоизмерительным устройствам, и может быть использовано для определения полной массы, веса груза и нагрузки на ось транспортного средства. Способ включает в себя получение первого выходного электрического сигнала от датчика деформации, установленного на мост транспортного средства и измеряющего деформацию растяжения-сжатия этого моста вдоль его продольной оси, получение второго выходного электрического сигнала от датчика, установленного на мост транспортного средства и измеряющего деформацию растяжения-сжатия этого моста вдоль его поперечной оси, и вычисление значения нагрузки на ось транспортного средства по разности между первым и вторым выходными электрическими сигналами. Вариант способа включает в себя получение первого выходного электрического сигнала от датчика деформации, установленного на верхнюю плоскость моста транспортного средства и измеряющего деформацию растяжения-сжатия этого моста вдоль его продольной оси, получение второго выходного электрического сигнала от датчика деформации, установленного на нижнюю плоскость моста транспортного средства и измеряющего деформацию растяжения-сжатия этого моста вдоль его продольной оси, и вычисление значения нагрузки на ось транспортного средства по разности между первым и вторым выходными электрическими сигналами. Технический результат заключается в минимизации влияния колебаний температуры окружающей среды на показания датчика деформации, устанавливаемого на мост транспортного средства. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Предлагаемый способ измерения нагрузки на ось транспортного средства с температурной компенсацией с помощью датчиков деформации, относится к весоизмерительным устройствам и может быть использован для определения полной массы транспортного средства, веса груза непосредственно на шасси транспортного средства и нагрузки на ось транспортного средства. В качестве датчиков деформации могут быть использованы датчики, измеряющие деформацию контактным способом (тензометрические, струнные, волоконно-оптические датчики).
В настоящее время существует проблема работоспособности датчиков деформации, используемых в условиях значительных колебаний температуры окружающей среды от -50°С до +70°С. При работе в подобных условиях точность измерения нагрузки на ось транспортного средства значительно снижается, выходной электрический сигнал датчика деформации, вызванный приложенной нагрузкой, становится сопоставим с выходным электрическим сигналом датчика деформации, обусловленным изменением температуры окружающей среды.
Основной проблемой возникающей при использовании датчика деформации при измерении нагрузки на ось транспортного средства является значительные колебания температуры окружающей среды от -50°С до +70°С в процессе эксплуатации системы. При этом стоит учитывать, что ведущие мосты транспортного средства (оси с редуктором) из-за тормозных и приводных нагрузок нагреваются до температуры +70°С, в результате разница температур между датчиком и мостом может достигать 5°С. В результате на выходной электрический сигнал датчика деформации, помимо температуры окружающей среды, влияние оказывает разница температур между датчиком деформации и мостом транспортного средства. При таких жестких условиях эксплуатации выходной электрический сигнал датчика деформации должен отражать только характеристики нагрузки и не должен реагировать на колебания температуры окружающей среды и моста транспортного средства.
Из исследованного уровня техники заявителем выявлены различные аналоги заявленного технического решения по совпадающей совокупности признаков способа измерения нагрузки на ось транспортного средства с температурной компенсацией с помощью датчика деформации, которые рассмотрены далее более детально.
Из исследованного уровня техники выявлено изобретение по патенту (US №4042049, МПК G01G 19/12, опубликовано в 16.08.1977). Сущностью является система измерения нагрузки для тандемно-колесной техники (со сдвоенной балансирной тележкой). Сдвоенные оси транспортного средства входят в зацепление с противоположными концами двух разнесенных в поперечном направлении балансирных балок, средние точки которых поддерживают транспортное средство с возможностью поворота. Деформация балансирных балок и передней оси в ответ на нагрузку транспортного средства воспринимаются тензометрическим датчиком деформации, установленным на каждой балансирной балке и на передней оси. Схема усиления принимает выходные сигналы тензометрического датчика деформации и управляет индикатором нагрузки. Индикатор нагрузки обеспечивает визуальную индикацию нагрузки на ось передних и задних колес относительно заданной максимальной точки нагрузки.
Недостатком данной системы является то, что система не имеет температурную компенсацию и подвержена неточностям в показаниях веса из-за изменений, происходящих в тензометрическом датчике деформации под влиянием температуры окружающей среды. Такие температурные изменения не отражают реальных изменений в загрузке транспортного средства, но влияют на выходной сигнал тензометрического датчика деформации. Описанный в патенте тензометрический датчик деформации измеряет прогиб каждой балансирной балки и рулевой оси транспортного средства и с помощью калибровочной линейной функции показания тензометрического датчика деформации пересчитываются в вес. Рулевая ось и балансирная балка транспортного средства имеет отличный от датчика коэффициент теплового расширения, это в дальнейшем влияет на выходной сигнал датчика, не отражая реальную нагрузку на ось.
Из исследованного уровня техники выявлено изобретение по патенту (RU №2711183, МПК G01L 1/22, G01G 19/12, G01B 7/16, опубликовано в 15.01.2020). Сущностью является тензометрический датчик измерения нагрузки на ось грузового транспортного средства, который состоит из сборки, содержащей две пары перпендикулярно направленных тензорезисторов фольгового типа на основе константана, представляющих собой полномостовую схему Уитсона, наклеенную в геометрическом центре дугообразной, предварительно отполированной ручным или полумеханическим способом до уровня не менее 7 класса чистоты, затем обезжиренной поверхности металлического элемента конструкции датчика, содержащей интегрированный во внутрь корпуса датчика электронный модуль обработки сигналов тензорезисторной сборки, включающий 32-битный процессор на основе ядра Cortex-МО, высокоточный цифровой датчик температуры для осуществления процесса температурной компенсации, NFC модуль, позволяющий идентифицировать датчик и передавать служебную информацию беспроводным способом на внешнее беспроводное считывающее устройство и CAN интерфейс для проводной передачи данных на монитор системы для дальнейшей обработки и индикации, при этом металлическая часть корпуса датчика выполнена из легированной стали марки 40CrNiMoA, а пластиковая часть корпуса выполнена из ударопрочного и маслобензостойкого стеклонаполненного полиамида, все внутренние элементы конструкции защищены демпфирующим влагостойким компаундом марки «Этал-1480ТГ».
Недостатком тензометрического датчика измерения нагрузки на ось является то, что процесс температурной компенсации осуществляется только непосредственно в отношении самого датчика деформации, но не в отношении разницы коэффициентов теплового расширения моста транспортного средства и датчика деформации.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению по совокупности существенных признаков и назначение выявлено изобретение по патенту (US №7478001, МПК G01G 23/01, G01G 19/08, опубликовано в 23.10.2008). Сущностью является способ измерения веса с компенсацией температуры включает в себя прием первого выходного сигнала от устройства датчика нагрузки, соединенного с конструктивным элементом, получение второго выходного сигнала от устройства датчика температуры и вычисление значения веса груза с использованием первого выходного сигнала и второго выходного сигнала и применение статистически сгенерированного коэффициента температурной компенсации.
Недостатком данного способа является привязка калибровочной кривой датчика к конкретной оси, на которую он установлен. Производится либо индивидуальная калибровка каждого датчика при трех различных температурах и трех различных загрузках, либо используется усредненная калибровочная характеристика для данного материала моста транспортного средства. Данный подход позволяет получить низкую погрешность при измерении веса (до 0,5% процентов при индивидуальной калибровке и до 2% при выборе усредненных коэффициентов), но он чрезвычайно трудоемок и требует больших финансовых затрат.
Таким образом, с учетом вышеизложенных известных обстоятельств существует потребность в экономически эффективной системе бортового взвешивания, на датчиках деформации, работающей в широком диапазоне температур и обеспечивающую низкую погрешность до 2%. Выходной сигнал датчика деформации должен отражать только характеристики нагрузки и не должен реагировать на колебания температуры.
Задачей данного изобретения является уменьшение влияния на выходной электрический сигнал датчика деформации температуры окружающей среды и разницы температур между датчиком деформации и мостом транспортного средства, что обеспечит снижение погрешности измерения нагрузки на ось до 2% в широком диапазоне температуры окружающей среды от -50°С до +70°С.
Вышеуказанная задача решается способом измерения нагрузки на ось транспортного средства, включающим в себя получение первого выходного электрического сигнала от датчика деформации, установленного на мост транспортного средства и измеряющего деформацию растяжения-сжатия этого моста вдоль его продольной оси, получение второго выходного электрического сигнала от датчика, установленного на мост транспортного средства и измеряющего деформацию растяжения-сжатия этого моста вдоль его поперечной оси, и вычисление значения нагрузки на ось транспортного средства по разности между первым и вторым выходными электрическими сигналами.
Вышеуказанная задача решается также вариантом способа измерения нагрузки на ось транспортного средства, включающим в себя получение первого выходного электрического сигнала от датчика деформации, установленного на верхнюю плоскость моста транспортного средства и измеряющего деформацию растяжения-сжатия этого моста вдоль его продольной оси, получение второго выходного электрического сигнала от датчика деформации, установленного на нижнюю плоскость моста транспортного средства и измеряющего деформацию растяжения-сжатия этого моста вдоль его продольной оси, и вычисление значения нагрузки на ось транспортного средства по разности между первым и вторым выходными электрическими сигналами.
Заявляемое техническое решение поясняется чертежами, где:
Фиг. 1. Представлена возможная реализация термокомпенсированного измерения нагрузки на ось с помощью датчика деформации, представляющего собой два датчика деформации, смонтированных в одном корпусе и измеряющих деформацию в двух взаимно перпендикулярных направлениях на поворотной оси грузовика. В этом примере датчик деформации (6) устанавливается на балку моста (1) либо с помощью трех приварных кронштейнов (3), либо на отливку (2) изготовленную непосредственно при производстве балки моста (1). Датчик деформации (6) закреплен на кронштейнах (3), либо на отливке (2) с помощью трех креплений (7). Датчик деформации (6) центрирован по осевой линии (5) балки моста (1) и располагается на равном расстоянии от пружин автомобиля (4).
Фиг. 2. Представлена возможная реализация термокомпенсированного измерения нагрузки на ось с помощью двух отдельных идентичных датчиков деформации, устанавливаемых во взаимно перпендикулярных направлениях на поворотной оси грузовика. В этом примере датчики деформации (10) устанавливаются на балку моста (1) либо непосредственно с применением клея, либо с помощью четырех приварных кронштейнов (9), либо на отливки (8) изготовленные непосредственно при производстве балки моста (1). Датчики деформации (10) закреплены на кронштейнах (9), либо на отливке (8) с помощью четырех креплений (7). Датчик деформации (10) центрирован по осевой линии (5) балки моста (1) и располагается на равном расстоянии от пружин автомобиля (4).
Фиг. 3. Представлена возможная реализация термокомпенсированного измерения нагрузки на ось с помощью двух отдельных идентичных датчиков деформации, устанавливаемых сверху и снизу поворотной оси грузовика. В этом примере датчики деформации (10) устанавливаются на балку моста (1) либо непосредственно с применением клея, либо с помощью четырех приварных кронштейнов (12), либо на отливки (11) изготовленные непосредственно при производстве балки моста (1). Датчики деформации (10) закреплены на кронштейнах (12), либо на отливке (11) с помощью четырех креплений (7). Датчик деформации (10) центрирован по осевой линии (5) балки моста (1) и располагается на равном расстоянии от пружин автомобиля (4).
Поэлементное описание фигуры 1:
1. Балка моста поворотной оси грузовика;
2. Отливка под крепление датчика деформации;
3. Кронштейн под крепление датчика деформации;
4. Места крепления пружин автомобиля;
5. Осевая линия балки моста поворотной оси грузовика;
6. Датчик деформации;
7. Элементы крепления датчик деформации.
2. Поэлементное описание фигуры 2:
1. Балка моста поворотной оси грузовика;
4. Места крепления пружин автомобиля;
5. Осевая линия балки моста поворотной оси грузовика;
7. Элементы крепления датчик деформации;
8. Отливка под крепление датчика деформации;
9. Кронштейн под крепление датчика деформации;
10. Датчики деформации.
3. Поэлементное описание фигуры 3:
1. Балка моста поворотной оси грузовика;
4. Места крепления пружин автомобиля;
5. Осевая линия балки моста поворотной оси грузовика;
7. Элементы крепления датчик деформации;
10.Датчики деформации.
11.Отливка под крепление датчика деформации;
12.Кронштейн под крепление датчика деформации.
Способ осуществляется следующим образом.
Первоначально, исходя из конструктивных особенностей моста транспортного средства, выбирается место установки датчиков деформации. Учитывая технические особенности установки датчиков деформации в выбранное место на мосту, реализуется один из двух предлагаемых вариантов способа измерения нагрузки на ось транспортного средства.
Первый вариант способа измерения нагрузки на ось транспортного средства заключается в монтаже двух датчиков деформации на мост транспортного средства, измеряющих деформацию в двух взаимоперпендикулярных направлениях. Один датчик деформации измеряет деформацию растяжения-сжатия моста транспортного средства вдоль его продольной оси, при этом допускается установка датчика на верхней или нижней плоскости моста, место установки выбирается исходя из конструктивных особенностей моста транспортного средства. Второй датчик деформации измеряет деформацию растяжения-сжатия моста транспортного средства вдоль его поперечной оси, при этом допускается установка датчика на любой из плоскостей моста (верхней, нижней, или боковой), место установки выбирается исходя из конструктивных особенностей моста транспортного средства. Нагрузка на ось транспортного средства вычисляется по разности выходных электрических сигналов датчиков деформации.
Второй вариант способа измерения нагрузки на ось транспортного средства заключается в монтаже двух датчиков деформации на мост транспортного средства, и измеряющих деформацию в одном направлении. Один датчик деформации измеряет деформацию растяжения-сжатия моста транспортного средства вдоль его продольной оси, и устанавливается на верхней плоскости моста, место установки выбирается исходя из конструктивных особенностей моста транспортного средства. Второй датчик деформации измеряет деформацию растяжения-сжатия моста транспортного средства вдоль его продольной оси, и устанавливается на нижней плоскости моста, место установки выбирается исходя из конструктивных особенностей моста транспортного средства. Нагрузка на ось транспортного средства вычисляется по разности выходных электрических сигналов датчиков деформации.
Вычисление разности выходных электрических сигналов датчиков деформации может производиться либо цифровым способом, путем подключения датчиков к двум преобразователям с последующим вычислением разности электрических сигналов датчиков деформации на микроконтроллере, либо аналоговым способом, например, для тензометрического датчика, путем подключения датчиков к одному преобразователю и изменения полярности выходного электрического сигнала одного из датчиков деформации,.
В первом варианте вышеприведенного способа измеряемая датчиком деформация е описывается следующей формулой:
Figure 00000001
где
Т2 - температура моста;
Т1 - температура датчика;
k2 - коэффициент температурного расширения материала моста;
k1 - коэффициент температурного расширения материала датчика;
Figure 00000002
- температурная зависимость показаний датчика;
Figure 00000003
- зависимость деформации моста от приложенной нагрузки;
А - постоянная величина обусловленная ненулевой деформацией, возникающей после установки датчика на мост.
Влияние температуры в указанной выше формуле не зависит от наложенной на ось нагрузки, а определяется только разницей коэффициентов теплового расширения и температур моста транспортного средства и датчика деформации. Таким образом, вклад температурных эффектов в выходном сигнале двух идентичных датчиков деформации, установленных в местах с одинаковой температурой, будет одинаковым. Следовательно, использование разности выходных электрических сигналов двух идентичных датчиков деформации, установленных в местах с одинаковой температурой, позволяет исключить влияние температурных эффектов.
Разница между первым и вторым сигналами Δ1 в первом варианте способа выражена следующей формулой:
Figure 00000004
где
Figure 00000005
- сигнал датчика, измеряющего деформацию растяжения-сжатия материала моста вдоль его продольной оси;
Figure 00000006
- сигнал датчика, измеряющего деформацию растяжения-сжатия материала моста вдоль его поперечной оси;
ε2(F) - зависимость деформации моста от приложенной нагрузки;
Figure 00000007
- постоянная величина обусловленная ненулевой деформацией, возникающей после установки датчиков на мост.
Таким образом, при осуществлении первого варианта способа разница между первым и вторым сигналами датчиков Δ1 зависит только от деформации моста, обусловленной приложенной нагрузкой. Данное выражение справедливо при условии идентичности датчиков деформации и одинаковой температуры в местах их установки.
Для второго варианта способа измерения нагрузки на ось транспортного средства измеряемая датчиком деформация е описывается следующей формулой:
Figure 00000008
где
Figure 00000009
- сигнал датчика, измеряющего деформацию растяжения-сжатия материала моста вдоль продольной оси;
Figure 00000010
- сигнал датчика, измеряющего деформацию растяжения - сжатия материала моста вдоль продольной оси;
ε2(F) - зависимость деформации моста от приложенной нагрузки;
Figure 00000011
- постоянная величина, обусловленная ненулевой деформацией, возникающей после установки датчиков на мост.
Таким образом, при осуществлении второго варианта способа, разница между первым и вторым сигналами датчиков А2 зависит только от удвоенной деформации моста, обусловленной наложенной нагрузкой. Данная формула будет справедлива при условии идентичности датчиков деформации и одинаковой температуры в местах их установки.
Техническим результатом настоящего изобретения является минимизация влияния колебаний температуры окружающей среды на показания датчика деформации, устанавливаемого на мост транспортного средства и обеспечение выполнения им только функции отражения характеристик весовых нагрузок на ось.

Claims (2)

1. Способ измерения нагрузки на ось транспортного средства, включающий в себя получение первого выходного электрического сигнала от датчика деформации, установленного на мост транспортного средства и измеряющего деформацию растяжения-сжатия этого моста вдоль его продольной оси, получение второго выходного электрического сигнала от датчика, установленного на мост транспортного средства и измеряющего деформацию растяжения-сжатия этого моста вдоль его поперечной оси, и вычисление значения нагрузки на ось транспортного средства по разности между первым и вторым выходными электрическими сигналами.
2. Способ измерения нагрузки на ось транспортного средства, включающий в себя получение первого выходного электрического сигнала от датчика деформации, установленного на верхнюю плоскость моста транспортного средства и измеряющего деформацию растяжения-сжатия этого моста вдоль его продольной оси, получение второго выходного электрического сигнала от датчика деформации, установленного на нижнюю плоскость моста транспортного средства и измеряющего деформацию растяжения-сжатия этого моста вдоль его продольной оси, и вычисление значения нагрузки на ось транспортного средства по разности между первым и вторым выходными электрическими сигналами.
RU2021117368A 2021-06-15 2021-06-15 Способ измерения нагрузки на ось транспортного средства с температурной компенсацией с помощью датчиков деформации (варианты) RU2777715C1 (ru)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2022/000186 WO2022265533A1 (ru) 2021-06-15 2022-06-06 Способ измерения нагрузки на ось транспортного средства с температурной компенсацией с помощью датчика деформации (варианты)
CN202280041816.1A CN117460935A (zh) 2021-06-15 2022-06-06 使用温度补偿应变仪测量车轴负载的方法(变体)
EP22825420.7A EP4357744A1 (en) 2021-06-15 2022-06-06 Method for measuring the load on a vehicle axle with temperature compensation using a strain gauge (variants)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2777715C1 true RU2777715C1 (ru) 2022-08-08

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4042049A (en) * 1975-09-29 1977-08-16 Structural Instrumentation, Inc. Vehicle load measuring system
RU68991U1 (ru) * 2007-06-14 2007-12-10 Закрытое Акционерное Общество "Весоизмерительная Компания "Тензо-М" Устройство контроля числа пассажиров транспортного средства
US7478001B2 (en) * 2007-04-19 2009-01-13 Hi-Tech Transport Electronics, Inc. Systems and methods for temperature-compensated measuring of a load
US9121747B2 (en) * 2011-09-19 2015-09-01 International Electronic Machines Corp. Object evaluation accounting for motion-related dynamic forces
RU2711183C1 (ru) * 2019-06-17 2020-01-15 Общество с ограниченной ответственностью "РД Групп" Тензометрический датчик измерения нагрузки на ось грузового транспортного средства и система для измерения нагрузки на ось грузового транспортного средства

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4042049A (en) * 1975-09-29 1977-08-16 Structural Instrumentation, Inc. Vehicle load measuring system
US7478001B2 (en) * 2007-04-19 2009-01-13 Hi-Tech Transport Electronics, Inc. Systems and methods for temperature-compensated measuring of a load
RU68991U1 (ru) * 2007-06-14 2007-12-10 Закрытое Акционерное Общество "Весоизмерительная Компания "Тензо-М" Устройство контроля числа пассажиров транспортного средства
US9121747B2 (en) * 2011-09-19 2015-09-01 International Electronic Machines Corp. Object evaluation accounting for motion-related dynamic forces
RU2711183C1 (ru) * 2019-06-17 2020-01-15 Общество с ограниченной ответственностью "РД Групп" Тензометрический датчик измерения нагрузки на ось грузового транспортного средства и система для измерения нагрузки на ось грузового транспортного средства

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3780817A (en) Weighing devices
US4042049A (en) Vehicle load measuring system
EP1784614B1 (en) Structural deflection and load measuring device
US7478001B2 (en) Systems and methods for temperature-compensated measuring of a load
US20070181350A1 (en) On-board truck scale
US6449582B1 (en) Vehicle weight and cargo load determination using tire pressure
US20070006652A1 (en) Load measuring sensor and method
JPH04315015A (ja) 特に車両の軸荷重、速度、軸距および総重量を動力学的に決定する力センサー装置
US5083624A (en) Deflection transducer for measuring vehicle loads and a system for mounting same
US3283838A (en) Apparatus and method for computing equivalent weight of tractor trailer vehicle
JP2935531B2 (ja) 車両における軸負荷検出方法および装置
US5190116A (en) Deflection transducer for measuring vehicle loads and a system for mounting same
US5366033A (en) Procedure and apparatus for the weighing of a load
US5243146A (en) Electromagnetic-type load weighing apparatus
RU2777715C1 (ru) Способ измерения нагрузки на ось транспортного средства с температурной компенсацией с помощью датчиков деформации (варианты)
WO2022265533A1 (ru) Способ измерения нагрузки на ось транспортного средства с температурной компенсацией с помощью датчика деформации (варианты)
CN114563069B (zh) 一种综合高精度智能车辆实时称重方法及其系统
JP2000509482A (ja) 車両用の荷重測定装置
WO2009142531A1 (ru) Способ измерения веса и диагностики железнодорожного транспорта под подошвой рельса с применением весовой рельсовой подкладки
JP2995589B2 (ja) 定置式軸重計の点検用試験装置
CA2576805C (en) Structural deflection and load measuring device
KR20040043510A (ko) 차량 스프링 장착용 하중 측정 장치 및 그의 측정 방법
RU2733703C1 (ru) Датчик для определения весовых параметров транспортного средства
RU2179306C1 (ru) Устройство для определения веса автомобиля
US8436261B2 (en) Cantilever beam scale