本文從動(dòng)態(tài)地磅概述入手，著重分析了動(dòng)態(tài)地磅計(jì)量誤差的原因，并探索了動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡計(jì)量誤差的預(yù)防措施。
0.引言
隨著高速公路的發(fā)展,汽車(chē)運(yùn)輸越來(lái)越普遍,汽車(chē)超 載現(xiàn)象也越來(lái)越多。為此,我國(guó)采取了車(chē)輛動(dòng)態(tài)稱(chēng)重計(jì)費(fèi) 系統(tǒng)。動(dòng)態(tài)地磅能夠在汽車(chē)運(yùn)輸過(guò)程中對(duì)汽車(chē)進(jìn)行稱(chēng) 重,效率高、速度快。然而在實(shí)際計(jì)量過(guò)程中，動(dòng)態(tài)地磅稱(chēng)重存在著一定的誤差,稱(chēng)重精度不高。針對(duì)這一問(wèn)題,我 國(guó)積極探索動(dòng)態(tài)地磅計(jì)量誤差的原因，并探索了動(dòng)態(tài)汽 車(chē)衡計(jì)量誤差的預(yù)防措施。研究動(dòng)態(tài)地磅計(jì)量誤差原因 及預(yù)防措施不僅能夠提高動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡計(jì)量的精度,而且對(duì) 我國(guó)公路運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展意義深刻。
1.動(dòng)態(tài)地磅概述
1.1動(dòng)態(tài)地磅的原理
動(dòng)態(tài)地磅主要由稱(chēng)重平臺(tái)、傳感器、處理器、輪胎識(shí) 別器、信號(hào)調(diào)理電路、承載器等組成。
車(chē)輛行駛并通過(guò)稱(chēng)重平臺(tái)的時(shí)候,稱(chēng)重平臺(tái)下面的稱(chēng) 重傳感器會(huì)獲取車(chē)輛的相關(guān)軸重信息,然后將軸重信息轉(zhuǎn) 換為點(diǎn)信號(hào),傳輸?shù)椒Q(chēng)重儀表中，稱(chēng)重儀表對(duì)電信號(hào)進(jìn)行 模數(shù)轉(zhuǎn)換、濾波、放大等處理之后傳輸?shù)缴衔还た貦C(jī),進(jìn)而 實(shí)現(xiàn)對(duì)稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、打印報(bào)表、實(shí)時(shí)處理等。
1.2動(dòng)態(tài)地磅的構(gòu)成
1.2.1 稱(chēng)重傳感器
稱(chēng)重傳感器一般放置與稱(chēng)重平臺(tái)下面，并且，每一稱(chēng) 重平臺(tái)下面都會(huì)放置4個(gè)稱(chēng)重傳感器。這四個(gè)稱(chēng)重傳感器 位于稱(chēng)重平臺(tái)的四角，并靠近平臺(tái)邊緣。同時(shí),稱(chēng)重平臺(tái)的 長(zhǎng)度要容納車(chē)輛的承載軸,保證只有一輛車(chē)處于稱(chēng)重平臺(tái) 上面。傳感器主要獲取車(chē)輛的稱(chēng)重信息,并將稱(chēng)重信息轉(zhuǎn) 換為電信號(hào)。
1.2.2接線盒
稱(chēng)重傳感器的輸出阻抗、額定輸出等數(shù)據(jù)不可能完全 相同，因此,在運(yùn)用動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡的過(guò)程中很容易產(chǎn)生較差， 進(jìn)而影響稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。為了提高稱(chēng)重信息的準(zhǔn)確 性,我們?cè)趥鞲衅髦g連接了接線盒，用于調(diào)節(jié)傳感器之 間的較差,保證傳感器基準(zhǔn)的一致性。
1.2.3稱(chēng)重儀表
稱(chēng)重儀表是動(dòng)態(tài)地磅的核心，主要有放大器板塊濾波板塊、A/D傳感器等組成。其中放大器板塊主要負(fù)責(zé) 放大傳感器所獲得的電信號(hào)。濾波板塊主要負(fù)責(zé)濾除稱(chēng)重 信號(hào)中的高頻噪聲,進(jìn)而減輕處理器的負(fù)擔(dān)。A/D傳感器 的負(fù)責(zé)將放大后的電信號(hào)進(jìn)行采樣,然后將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為 數(shù)字信號(hào)。并且,稱(chēng)重儀表會(huì)對(duì)采樣之后的離散信號(hào)進(jìn)行 預(yù)處理,進(jìn)而提高信號(hào)的精確度,測(cè)出車(chē)輛的軸重。
1.2.4上位工控機(jī)
上位工控機(jī)主要負(fù)責(zé)稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)和顯示,進(jìn)而為 數(shù)據(jù)査詢(xún)、實(shí)時(shí)監(jiān)控、報(bào)表打印等提供條件。在車(chē)輛經(jīng)過(guò)稱(chēng) 重平臺(tái)的時(shí)候，稱(chēng)重系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)監(jiān)控車(chē)輛的加速度、速 度、車(chē)型等信息,并在發(fā)現(xiàn)車(chē)輛超載之后自動(dòng)報(bào)警。另外， 為了用戶(hù)能夠直觀地看到車(chē)輛的稱(chēng)重信息,上位工控機(jī)設(shè) 置了修改、添加、統(tǒng)計(jì)記錄、査詢(xún)等功能。
2.動(dòng)態(tài)地磅計(jì)量誤差的原因
2.1靜態(tài)干擾
2.1.1承載器的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度會(huì)導(dǎo)致動(dòng)態(tài)地磅計(jì)量誤差
具體來(lái)講,動(dòng)態(tài)地磅承載器的結(jié)構(gòu)與靜態(tài)稱(chēng)量結(jié)構(gòu) 相比有著較高的強(qiáng)度和剛度,能夠避免車(chē)輛通過(guò)時(shí)的大面 積變形,并能夠及時(shí)將車(chē)輛的軸重傳遞到稱(chēng)重器中，進(jìn)而 獲得稱(chēng)重信息。為了保持稱(chēng)重器良好的動(dòng)態(tài)性能,動(dòng)態(tài)地磅計(jì)量可以參照動(dòng)態(tài)軌道衡的計(jì)量方法,將承載器與傳 感器進(jìn)行一體化設(shè)置,在稱(chēng)重梁上直接粘貼應(yīng)變片，這樣 就不再需要重新選取稱(chēng)重器，也不需要再考慮限位、連接 等問(wèn)題。
2.1.2稱(chēng)重傳感器的特性
稱(chēng)重傳感器的性能直接影響著稱(chēng)重效果。現(xiàn)階段,大 多數(shù)動(dòng)態(tài)地磅系統(tǒng)主要采用應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器。這是因 為,現(xiàn)階段,人們對(duì)動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡的認(rèn)識(shí)還不夠統(tǒng)一。動(dòng)態(tài)汽 車(chē)衡的計(jì)量時(shí)間較短,稱(chēng)重系統(tǒng)需要進(jìn)行過(guò)稱(chēng)、采樣、信號(hào) 轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理等操作,然后再將稱(chēng)重結(jié)果反映出來(lái)。在這 種情況下,稱(chēng)重系統(tǒng)對(duì)稱(chēng)重傳感器的要求較高。然而,在實(shí) 際稱(chēng)重過(guò)稱(chēng)中,稱(chēng)重傳感器的溫度漂移、分辨率、傳感器的 非線性問(wèn)題等都會(huì)導(dǎo)致計(jì)量誤差。具體來(lái)講,溫度漂移是 在不同溫度造成的現(xiàn)象,需要我們采用合適的軟件方法或 電路來(lái)克服溫度漂移問(wèn)題。并且,動(dòng)態(tài)地磅還需要考慮 A/D分辨率問(wèn)題,提高測(cè)量精度。另外,動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡還需要 考慮傳感系統(tǒng)的非線性特征,重視傳感系統(tǒng)的過(guò)載、抗側(cè)向力、裝卸更換等指標(biāo),并對(duì)傳感數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)處理。
2.2動(dòng)態(tài)干擾
2.2.1汽車(chē)振動(dòng)
動(dòng)態(tài)地磅在計(jì)量過(guò)程中會(huì)受到車(chē)輛、承載器、地面 的相互影響,進(jìn)而導(dǎo)致稱(chēng)重系統(tǒng)振動(dòng)的復(fù)雜性。然而,汽車(chē) 振動(dòng)是稱(chēng)重系統(tǒng)振動(dòng)的主要原因,汽車(chē)輪胎花紋會(huì)引起汽 車(chē)的周期性振動(dòng)、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的偏心轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)引起振動(dòng)、駕 駛員操縱不穩(wěn)會(huì)引起振動(dòng)、油料燃燒不均勻也會(huì)引起振 動(dòng)。從汽車(chē)諧振方面來(lái)講,汽車(chē)的諧振與汽車(chē)的載重、自重 及汽車(chē)的等效彈簧剛度有著密切的關(guān)系。一般情況下,汽 車(chē)的重量大、彈簧剛度小,振動(dòng)周期較大。從汽車(chē)的耦合振 動(dòng)來(lái)講,車(chē)輛行駛的時(shí)候,汽車(chē)輪胎與承載臺(tái)之間會(huì)產(chǎn)生 擠壓作用，汽車(chē)輪胎與承載臺(tái)發(fā)生微量變形,進(jìn)而引發(fā)振 動(dòng),影響動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡計(jì)量的準(zhǔn)確性。
2.2.2汽車(chē)行駛速度
汽車(chē)在汽車(chē)行駛過(guò)程中與路面會(huì)產(chǎn)生靜態(tài)載荷與動(dòng) 態(tài)載荷的相互作用。其中，靜態(tài)載荷指汽車(chē)處于靜態(tài)狀態(tài) 是對(duì)路面產(chǎn)生的負(fù)荷,是汽車(chē)的靜態(tài)重量。動(dòng)態(tài)載荷指汽 車(chē)行駛對(duì)路面產(chǎn)生的負(fù)荷,是汽車(chē)的動(dòng)態(tài)重量。而汽車(chē)的 動(dòng)態(tài)載荷又可以分為四種類(lèi)型。第一種類(lèi)型是地面平整車(chē) 輛振動(dòng)極小的恒定荷載。第二種是汽車(chē)偶然發(fā)生的劇烈振 動(dòng),但是沒(méi)有進(jìn)行復(fù)雜描述的穩(wěn)定荷載。第三種是汽車(chē)行 駛所發(fā)生的十分劇烈的振動(dòng)而產(chǎn)生的荷載。第四種是車(chē)輛 在行駛過(guò)程中所發(fā)生的隨機(jī)荷載。
2.2.3汽車(chē)加速度
汽車(chē)加速度對(duì)稱(chēng)重結(jié)果也會(huì)產(chǎn)生影響,如果汽車(chē)在經(jīng) 過(guò)稱(chēng)重平臺(tái)的時(shí)候有加速度,動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡所計(jì)量的結(jié)果與 沒(méi)有加速度的情況下所計(jì)量的結(jié)果不同。并且,結(jié)果的變 化與驅(qū)動(dòng)軸的驅(qū)動(dòng)力變化及驅(qū)動(dòng)軸位置關(guān)系較大。如果驅(qū) 動(dòng)力不斷變大則計(jì)量結(jié)果偏大，如果驅(qū)動(dòng)力不斷變小,則 計(jì)量結(jié)果偏大。為了避免動(dòng)態(tài)地磅測(cè)量誤差,汽車(chē)在通 過(guò)稱(chēng)重臺(tái)的時(shí)候應(yīng)避免加速度,保持恒速。
3.動(dòng)態(tài)地磅計(jì)量失誤的預(yù)防措施
3.1優(yōu)化動(dòng)態(tài)地磅檢定工作
動(dòng)態(tài)地磅檢定工作是進(jìn)行稱(chēng)重計(jì)量的前提，因此， 我們應(yīng)積極優(yōu)化動(dòng)態(tài)地磅檢定工作。為此,我們應(yīng)確保 動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡測(cè)量平臺(tái)的整潔性，避免測(cè)量平臺(tái)周?chē)挟?物，防止異物堵塞在框架與稱(chēng)重平臺(tái)之間。并且,我們應(yīng)檢 査傳感器是否存在壓空，并及時(shí)墊實(shí)傳感器壓空。同時(shí),我 們應(yīng)嚴(yán)格規(guī)定汽車(chē)的行駛方向,禁止汽車(chē)反向行駛。另外, 相關(guān)人員要對(duì)動(dòng)態(tài)地磅進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)試和靜態(tài)調(diào)試,正確 配置動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)。最后,稱(chēng)重單位應(yīng)積極 優(yōu)化動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡檢定方法,用參考車(chē)輛代替砝碼，并對(duì)車(chē) 輛軸重進(jìn)行標(biāo)定,節(jié)省測(cè)量過(guò)程中的物力和人力。
3.2縮短動(dòng)態(tài)地磅檢定周期
由于公路收費(fèi)站的車(chē)流量較多,并存在著很多超載車(chē) 輛,動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡的性能會(huì)受到嚴(yán)重影響。在這種情況下,我 們應(yīng)縮短動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡檢定周期,使用三個(gè)月或半年的檢定 周期，及時(shí)發(fā)現(xiàn)動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡的性能問(wèn)題，找出動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡 系統(tǒng)中需要更換或維修的期間。例如，長(zhǎng)時(shí)間的大重量汽 車(chē)擠壓摩擦?xí)?dǎo)致車(chē)輛識(shí)別器的接觸壓頭被磨平。另外， 車(chē)輛通過(guò)稱(chēng)重臺(tái)會(huì)導(dǎo)致稱(chēng)重臺(tái)產(chǎn)生較大晃動(dòng)，需要收費(fèi)站 及時(shí)調(diào)整限位拉桿,保持合理的稱(chēng)臺(tái)與邊框間隙。
3.3做好維護(hù)工作
動(dòng)態(tài)地磅的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,需要進(jìn)行及時(shí)的維 護(hù)與保養(yǎng),減少系統(tǒng)故障,進(jìn)而保證計(jì)量精度。為此,收費(fèi) 站應(yīng)做好動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡維護(hù)措施,確保動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡系統(tǒng)各部 件的性能。
3.3.1選擇良好的動(dòng)態(tài)地磅安裝環(huán)境
在安裝動(dòng)態(tài)地磅的時(shí)候,收費(fèi)站應(yīng)選擇良好的動(dòng)態(tài)地磅安裝環(huán)境，盡量避免環(huán)境對(duì)動(dòng)態(tài)地磅的不力影 響。為此,在選擇動(dòng)態(tài)地磅安裝地址的時(shí)候,收費(fèi)站應(yīng)盡 量避免將動(dòng)態(tài)地磅安裝在風(fēng)口，避免風(fēng)速對(duì)動(dòng)態(tài)地磅計(jì)量結(jié)果準(zhǔn)確性的影響。同時(shí),動(dòng)態(tài)地磅的安裝應(yīng)挖到 凍土層的位置，保證稱(chēng)重平臺(tái)能夠承受30噸的重力。另 外，動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡的安裝要求設(shè)置長(zhǎng)度最后的筆直引導(dǎo),避 免彎度引導(dǎo)產(chǎn)生的汽車(chē)行駛向心力,影響計(jì)量準(zhǔn)確性。最 后,動(dòng)態(tài)地磅的安裝應(yīng)注意天氣和氣候的影響，為動(dòng)態(tài)地磅設(shè)置保溫設(shè)施,避免溫度過(guò)度導(dǎo)致動(dòng)態(tài)地磅不能 正常工作。而在雨季的時(shí)候,收費(fèi)站應(yīng)做好動(dòng)態(tài)地磅排 水措施,避免動(dòng)態(tài)地磅系統(tǒng)傳感器在水中浸泡而損壞。
3.3.2加強(qiáng)對(duì)動(dòng)態(tài)地磅的維護(hù)與保養(yǎng)
在動(dòng)態(tài)地磅維護(hù)過(guò)程中,收費(fèi)站應(yīng)及時(shí)清理動(dòng)態(tài)汽 車(chē)衡稱(chēng)重平臺(tái)，避免稱(chēng)重平臺(tái)上雜物、淤泥、煤塊、石子等 對(duì)稱(chēng)重結(jié)果的影響。并且,收費(fèi)站應(yīng)保持車(chē)道的平整干凈, 定期沖洗車(chē)道,但是不要沖洗傳感器所在的地方,及時(shí)打 掃稱(chēng)重平臺(tái)上的積水,保持動(dòng)態(tài)地磅的正常工作。同時(shí), 收費(fèi)站在雨季要及時(shí)檢査排水系統(tǒng),避免接線盒和傳感器 浸泡在水中，一旦發(fā)現(xiàn)水浸泡,及時(shí)用吹風(fēng)機(jī)吹干。另外， 收費(fèi)站要定期檢査稱(chēng)重儀表，檢査稱(chēng)重儀表接線是否正 常,散熱是否良好,保證稱(chēng)重儀表的正常運(yùn)行。最后,收費(fèi) 站要在動(dòng)態(tài)地磅附近安裝防雷系統(tǒng),避免雷電對(duì)動(dòng)態(tài)地磅系統(tǒng)的破壞。
3.4優(yōu)化數(shù)據(jù)處理方法
動(dòng)態(tài)地磅計(jì)量應(yīng)積極優(yōu)化數(shù)據(jù)處理方法,在FIR濾 波處理的基礎(chǔ)上,合理選擇并處理采樣數(shù)據(jù)，確保采樣數(shù) 據(jù)的準(zhǔn)確性。并且,收費(fèi)站應(yīng)積極運(yùn)用小波分析加強(qiáng)對(duì)高 頻噪聲的處理,避免高頻噪聲對(duì)動(dòng)態(tài)地磅計(jì)量誤差的影 響。另外,收費(fèi)站應(yīng)積極使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),采用BP網(wǎng)絡(luò)算 法，提高計(jì)量數(shù)據(jù)的精確度,進(jìn)而避免動(dòng)態(tài)地磅的計(jì)量 誤差。
4.結(jié)論
動(dòng)態(tài)地磅是現(xiàn)階段我國(guó)公路收費(fèi)的主要手段，然 而,動(dòng)態(tài)地磅的計(jì)量結(jié)果受多種因素的影響，計(jì)量結(jié)果 存在著一定的誤差,嚴(yán)重影響公路計(jì)重收費(fèi)的公信力。尤 其在汽車(chē)動(dòng)態(tài)運(yùn)行過(guò)程中，汽車(chē)結(jié)構(gòu)、汽車(chē)速度、電磁干 擾、路面狀況等都會(huì)影響計(jì)重結(jié)果。針對(duì)這些問(wèn)題,我國(guó)公 路收費(fèi)站分析了動(dòng)態(tài)地磅計(jì)量誤差的原因，并提出了相 關(guān)預(yù)防措施，以增強(qiáng)計(jì)重收費(fèi)的說(shuō)服力，促進(jìn)公路運(yùn)輸?shù)?健康發(fā)展。