新型动态地磅称重系统研究与实践

新型动态地磅称重系统研究与实践

动态地磅称重系统中难免会出现误差，但是现有的衡称重系统所体现出的误差值非常大，本文以此为切入点简析相对来说误差值范围较小的新兴的动态地磅称重系统并且利用新型的技术手段来实现承重过程中的数值精准度，经过严格的计算得出这种新型动态地磅称重系统数据精确度要高于我国动态衡标准。

所谓动态地磅称重就是指汽车在非停车的运动状态中的承重过程。这种方式与汽车在停车状态下的静态称重相比较的话，优势是可以节约更多的时间，新型动态地磅称重的研究与实践对我国的公路建设以及交通管理都具有非常重要的意义，最重要的是能够有效促进我国车辆运输管理部门的现代化管理发展。

一、硬件系统结构

在硬件组成上动态汽车衡称重系统分为以下几个部分:

上位工控机、嵌入式称重仪表、接线盒、称重传感器及机械称重台面。承重的过程是是需要汽车按照规定的速度行驶到承重台面，通过承重台面的传感器将汽车的重量压力转变为信息指示，信号信息由接线盒传输给嵌入式称重表，这种称重表能够对截取的信号信息进行放大、过滤以及模数换算，最终就能够得到承重数据，之后将得出的数据信息传输给上为工控机，以此完成动态汽车衡称重数据数据的查询、打印以及监控。图 1 为系统硬件组成结构图。

此种动态地磅称重系统中新兴技术发挥出的稳定性是非常强的，其优势有以下几点: 一是系统中传感器的自身特征是新技术研发，具有较高的精准度。传感器转换信号信息的时候能够保证运行性能的稳定，而且精准度能够达到 0．01% 。二是在称重过程中为了能够增强信号信息的准确性，同时使系统结构能够完善与优化，系统中每一个传感器的测量头都接有一个接线盒，这样能够保证四个传感器在工作过

程中保持一致。三是在整体系统中最要的组成部分就是嵌入式称重仪表。四是一般称重现场的环境都不是非常理想的，所以针对这种情况新兴动态汽车衡称重系统中采用的上位工控机是抗干扰的，自身的工作性能非常好。五是该系统中的各个项目都是模块化管理实施的结果，所以每一个功能之间都是相对独立存在的，这对于日后的养护与维修来说是非常方便的。六是该系统对抗干扰的要求比较高，所以在模拟部分采取了高精度的稳压直流电源，数字供电部分采取的是稳压开关。

二、力学结构

静态地磅称重过程中获得的结果精准度较高是因为传感器与数据采集器不会受到运动干扰影响，动态地磅称重过程中汽车一直是匀速运动状态，称重数据会受到路面颠簸、轮轴不均匀动力、地磅受荷载激励的响应这些因素的影响，所以得出的信号信息是复杂而有冲击性的，这也使得最后得出的数据缺少稳定性。如图 2 轴重式动态地磅过秤所示。

秤台和汽车支承系的弹性系数，c1，c2 是代表秤台和汽车的阻尼系数，x1，x2 是代表秤台面和汽车的垂向位移，G 是代表冲击载荷。在方程式( 1) 中为了得出准确数据，在计算过程中需要忽略 G 值产生的影响，也就是说在称重过程中将阻尼数值设置为零，这样就能够推倒出两个方程式: 方程式中 q1曲线图如图 4 所示，我们可以推论出当 Y ＞ 100 时，f( r) = 1，也就是说称重台面的弹性系数比动态汽车的弹性系数大时，所表现出的振动均为汽车自身的振动，而在此过程中承重台面产生的振动是可以忽略不计的，由此我们可以得出动态汽车衡称重的力学模型方程式:

方程式中: x 代表的是汽车垂向位移，m 代表的是汽车质量，k，c 分别代表的是汽车的弹性系数和阻尼系数，G 代表的是车体重量。

三、应用实例

第二种新型动态地磅系统结构如图 5 所示，其中主要的构成部分是秤台、数据采集模块以及计算机平台。称重的过程是运动的汽车匀速行驶到承重台面，称重信号会通过传感器来传输，然后经由放大将信号传输给 A /D 板，最后以数字信号的形式传递给计算机，至此通过对车辆单轴与车身重量的计算得出承重的数值。

通过图 6 中典型的重力动态信号曲线示意图，分析这一阶段的信号，车辆重量的截取是信号平均值的计算，最大测量方式是利用信号的峰值数值进行，但是这两种方式并不能有效地保证数值的精准度。

为了使数据计算的结果精准度高，就要将离散化方程式应用在动态汽车衡称重系统过程中，阶跃信号在这一过程中是有要求的，所以要满足模型输入，时间的长度对于阶跃信号的输入是有一定影响的，带输出接近于稳定时方可测量出精准度较高的数值。在实验过程中分别采用的车型是载重卡车、空载卡车和微型面包车，这三种车型的静态称重数据分别是 15． 287 T 、5． 634 T 、1． 438 T，那么利用上述方式测量的误差范围应该是 0． 9600、1． 1200、1． 34000。

经过对这三种车型的承重实验，在不同的系数条件下为了保证得出数据的精准度，本次实验最终得出以下几点内容:一是在实验过程中若称重车辆的行驶过快，就会导致由于停留在承重台面上的时间过短，因而得出的信号并不稳定，因此最终得出的数值精准度非常低。最终经过反复实验得出被称重的车辆在行驶过程中应保持 20 km /h 以下，才可以保持信号的稳定性。二是振动冲击会给动态地磅称重数值的精准度带来影响，为了减少振动产生的影响，使实验方向能够与模型假设中的数据相吻合，对场地提出了要求，地基需要混凝土来找平并强化其刚性特征，称重台面要求与路面水平，而且需要安装限位。三是车辆在向承重台面行驶过程中要保持稳定，这需要在承重台面前后十五米的地方铺设引道，能够保证车辆驶入的稳定性，这才能够保证信号输出的稳定性，从而保证数值精确程度，在此期间能存在加速与制动的现象。

四、结语

随着科学技术的不断发展，动态地磅称重系统的研发还在继续，下一步的新型系统将会在承重平台下方安置加速传感器，在今后的研究中要讲动态地磅称重精准度的确定建立在忽略动态车速基础上，同时也要将车辆称重系统与结构实施在需抽检路段随意设置方面，这将对我国车辆管理以及交通事业作出一定的贡献，进一步实现我国交通管理的现代化模式，以适应时代发展与社会经济的号召。