專利名稱：一種車輛超載實時監測的方法
技術領域：
本發明涉及一種車輛超載實時監測的方法，利用物聯網有效的把靜態測重和動態測重結合起來，從而形成了一種動態經常性校正機制，達到了實時監測的目的。采用本方法，不僅具有建造成本低、可移動性強的特點，還具有M小時不間斷監測的優點，在車輛行使的情況下，仍然能夠利用本方法進行車輛超載實時監測，具有很高的準確度。
背景技術：
國際上許多國家，公路車輛在運輸貨物的過程中，普遍存在超載現象，且超載車輛比例相當高，超載車輛會對道路造成嚴重破壞，超載車輛造成的直接經濟損失非常嚴重，同時超載還大量導致交通事故發生。為了避免超載汽車對公路造成過早破壞，發達國家在20 世紀50年代就開始對汽車動態稱重系統進行研究以控制貨運車輛超載運行。1992年，由歐洲高速公路系統研究實驗室聯盟(FEHRI)發起，按照歐盟運輸委員會(ECTO)的程序框架進行了 C0ST323計劃，該計劃主要內容就是研究對公路上行駛的汽車進行動態載荷監控的相關問題，其中最重要的是在瑞士進行為期30個月的WIM(weighing in motion)動態稱重技術系統實際應用測試。1994年，歐盟開始進行WAVE (weighing in motion of axle and vehicles for Europe)計劃即著名的 CET(cold environment test)測試。為了規范世界上的動態稱重系統，1990年德克薩斯大學的學者起草了 ASTME1318-90標準，E1318標準給出WIM系統分類，并給出相應的WIM系統的驗收標準，該標準通過了美國實驗及材料協會 (ASTM)標準委員會的認定。目前，國外汽車動態稱重系統的研究以美國和德國水平較高，德國PAT公司生產的產品精度已達到士 3%。目前采用的車輛超載監測的方法之一是治超監測站的車輛載重監測。治超監測站稱重方式主要有兩種，一種是靜態監測，靜態測量時的車輛稱重正好等于靜態車輛的地心引力，這種稱重方式是最準確的方法。但是，這種傳統的稱重方式有它自身的缺點，一方面，需要在路邊或路口設置專門的場地或稱重站，測量效率較低，需要工作人員對車輛進行預選，無法實現對所有車輛的M小時不停車監控，且易引起交通堵塞。另一方面，由于靜態稱重規模大、成本高、攜帶不便，引人注目，超載車輛往往以繞道的方式躲避稱重檢查，造成國家稅收的大量流失。另一種是動態監測，即地下安裝有基于壓力或者壓電傳感器的稱重系統，車輛以一定的速度通過稱重臺，自動實現載重監測，其優點是提高了載重監測效率， 缺點是測量時車輛運動過程中受隨機載荷和沖擊載荷以及外界的諸多因素的影響，如空氣阻力、駕駛員的操作水平等，這都在相當大的程度上增加了汽車運動的復雜程度，嚴重影響了稱重的客觀性和準確性。但現有的動態車輛系統主要是在靜態稱重基礎上改進形成的動態汽車衡，要求汽車通過速度低，且需要開挖道路，安裝不方便。澳大利亞實測結果表明， 在一條道路上面，永久式稱重站測出的超載車輛為0. 5 %，用動態測重方式竟達30 %，差距明顯。目前采用的車輛超載監測的方法之二是基于電容傳感器車輛載重監測。該監測方式中，將電容傳感器安裝于車上，采用實驗方法對稱重系統的靜態特性進行標定，其優點是避免停止載重監測，且能對車輛超載監測實時記錄，缺點是電容傳感器在車輛運行的環境中和位移變化較大時的測量其精度很難保證，另外對每輛車都必須進行載荷-位移標定，不具有普遍適用性。目前采用的車輛超載監測的方法之三是基于無線傳輸的輪胎狀態的車輛載重監測。通過研究汽車行駛時輪胎載荷的變化以及輪胎載荷、氣壓、溫度之間的關系，利用三者關系的數學模型來判斷車輛載荷。該方案的優點是可實現車輛超載動態實時監測，具有普遍適用性，缺點是汽車輪胎溫度和壓力的采集、數據的傳輸難度較大，采集的精度的也很難保證，對無線傳輸的技術要求也太高，開發代價大。
發明內容
目前，車輛載重測量裝置成本高、不能實時監測，使其應用范圍受到很多的限制， 隨著科學技術的進步，這種測試裝置已不能滿足社會的需求。分析比較上面三種監測方案， 不難發現車輛超載監測矛盾在于既需要車輛靜態測重的準確性，又需要動態測重給車載監測帶來的便利性。為此，本研究從這兩方面考慮，提出了一種新的車輛超重實時監測方法， 解決現有的車輛超載監測無法實時監測的缺欠，以及克服體積大、成本高的困難，本發明利用物聯網有效的把靜態測重和動態測重結合起來，用動態測重來給出實時車輛載重，用靜態測重來給出靜態車輛載重并校正車輛載重，即每經過一次稱重平臺調整校正一次車輪承載重量的權重值，從而達到動態經常性校正車輛載重的目的，有效防止了因長時間不校正引起的測重誤差及測重數據篡改。本文利用車輛的鋼板彈簧懸架的變形量與車輛載重的對應關系，獲得在車輛正常行駛情況下的載重信息，并用在固定監測站(可放在高速路的出入口處)測出的靜態載重信息對車輛載重進行校正，設計了一套基于應變稱重傳感器的物聯網的車輛超載動態實時監測系統。本發明的特征在于，所述方法依次含有以下步驟步驟(1)車輛實時測重系統的安裝在車輛的車橋上依次安裝相互串接的放大器和8位逐次逼近式A/D轉換器，共有四組，形成四組檢測電路，各組檢測電路分別與四個車輪相對應，再在每個車輪的鋼板彈簧懸架的中間位置安放四個電阻應變式稱重傳感器，其中兩個固定在鋼板彈簧懸架上面，測量受拉應變，兩個固定在鋼板彈簧懸架下面，測量受壓應變，四個電阻應變式稱重傳感器組成一個電橋電路，再把四個所述電橋電路的輸出端與各自對應的一組上述檢測電路中的放大器的輸入端相連接起來，最后把四個檢測電路中的 8位逐次逼近式A/D轉換器的輸出端分別連到安放在車橋上的帶有無線發射器和接收器的第一微處理器(1)的輸入端；步驟(2)車輛實時測重系統中第一微處理器(1)初始化向所述的第一微處理器 (1)輸入此車型對應的額定載重Gn;步驟C3)利用車輛載重校正系統中帶有發射器的第二微處理器( 進行靜態稱重當車輛第一次在重量監測站或高速路口時，使用稱重平臺對載重車輛進行測量，靜態測得此車的載重(V通過車輛載重校正系統中第二微處理器O)的發射器發射到車輛實時測
重系統中第一微處理器(1)的接收器，第一微處理器(1)根據公式F = σ AL，σ = 3為
6h
鋼板彈簧相關系數，由鋼板彈簧厚度h、剛度k和彎曲跨距1決定，AL為電阻應變式稱重傳感器的金屬電阻絲的形變長度，算出四個上述車輪鋼板彈簧懸架的各自的承載重量F1(l、 F20> F30, F40,再根據車輛的靜態載重和四個車輪鋼板彈簧懸架的各自的承載重量F1(l、F20, F3(l、F4tl，按照下式進行擬合，求出四個所述車輪鋼板彈簧懸架在靜態下的權重α1(ι、α20>
權利要求
1. 一種實時監測車輛超載的方法，其特征在于，所述方法含有以下步驟步驟(1)車輛實時測重系統的安裝在車輛的車橋上依次安裝相互串接的放大器和8位逐次逼近式A/D轉換器，共有四組， 形成四組檢測電路，各組檢測電路分別與四個車輪相對應，再在每個車輪的鋼板彈簧懸架的中間位置安放四個電阻應變式稱重傳感器，其中兩個固定在鋼板彈簧懸架上面，測量受拉應變，兩個固定在鋼板彈簧懸架下面，測量受壓應變，四個電阻應變式稱重傳感器組成一個電橋電路，再把四個所述電橋電路的輸出端與各自對應的一組上述檢測電路中的放大器的輸入端相連接起來，最后把四個檢測電路中的8位逐次逼近式A/D轉換器的輸出端分別連到安放在車橋上的帶有無線發射器和接收器的第一微處理器(1)的輸入端；步驟(2)車輛實時測重系統中第一微處理器(1)初始化向所述的第一微處理器(1)輸入此車型對應的額定載重Gn;步驟( 利用車輛載重校正系統中帶有發射器的第二微處理器( 進行靜態稱重當車輛第一次在重量監測站或高速路口時，使用稱重平臺對載重車輛進行測量，靜態測得此車的載重(^，通過車輛載重校正系統中第二微處理器O)的發射器發射到車輛實時測重系統中第一微處理器(1)的接收器，第一微處理器(1)根據公式F= σ Δ ，σ = ￥為鋼板彈簧相關系數，由鋼板彈簧厚度h、剛度k和彎曲跨距1決定， 6hΔL為電阻應變式稱重傳感器的金屬電阻絲的形變長度，算出四個上述車輪鋼板彈簧懸架的各自的承載重量F1(i、F2(i、F3(i、F4(i，再根據車輛的靜態載重GO和四個車輪鋼板彈簧懸架的各自的承載重量F1(i、F2(i、F3(i、F4(i，按照下式進行擬合，求出四個所述車輪鋼板彈簧懸架在靜態下的權重α 10> α 20> α 3(1、α 40 4G = α ^1+ α 2F2+ α 3F3+ α 4F4，Σ A =1，i=l在靜態下 ^1= α 10，α2= α 20，α3= α 30，α4= α 40，F1 = F10, F2 = F20, F3 = F30, F4 = F4tl，把靜態測重下的權重值α (ι、α2(ι、α3(ι、α4(ι存儲到第一微處理器(1)中，用于下面的動態測重和車輛再次經過稱重平臺時的車輛載重校正，設定=F1，第一個前車輪鋼板彈簧懸架的承載重量，順序從左到右，下同；F2，第二個前車輪鋼板彈簧懸架的承載重量；F3，第三個后車輪鋼板彈簧懸架的承載重量；F4，第四個后車輪鋼板彈簧懸架的承載重量；G，車輛的載重；步驟(4)在行駛車輛過程中，按照在車輛實時測重系統的第一微處理器(1)中設定的采樣時刻，把上一次測得的權重值，作為下一次測量的權重值，按步驟(3)中所述的擬合式計算出車輛的動態實時載重G1，再根據步驟(3)中擬合得到的四個車輪鋼板彈簧懸架對應的權重，在下一采樣時刻重復步驟(3)，直到當車輛平穩行駛時相鄰兩次測得的權重值 αη、α21、α31、α 41的變化都在2 % 5 %的誤差范圍內，算出此時的車輛載重；步驟( 把步驟(4)測出的載重與跟此車型對應的額定載重6 進行比較，來判斷此車是否超重，若超重，則利用車輛實時測重系統的發射器發射無線報警信號，實現車輛超載的遠程監測；步驟(6)利用車輛載重校正系統對車輛載重進行校正當車輛再次通過重量監測站或高速路口時，使用稱重平臺對載重車輛進行靜態測量，按照步驟C3)擬合出四個車輪鋼板彈簧懸架在靜態下的權重值，把此次求得靜態下的權重值和上次存儲的靜態權重值求平均得出新的靜態下的權重值，存儲到第一微處理器(1) 中，用于下面的動態測重和車輛再次經過稱重平臺時的車輛載重校正，即每經過一次稱重平臺調整校正一次車輪承載重量的權重值，從而達到動態經常性校正車輛載重的目的，有效防止了因長時間不校正引起的測重誤差及測重數據篡改。
全文摘要
一種實時監測車輛超載的方法屬于公路交通安全技術領域，其特征在于，安裝在車上的車輛實時測重系統根據其測得的每個車輪的動態載重和車量載重校正系統測出的載重車輛的靜態載重，擬合得到各個車輪承載重量的權重值，并以上次權重值作為此次權重值計算實時載重，重復多次，直到平穩運行時相鄰兩次的權重值都在2％～5％的誤差內為止，算出此時車輛載重，若超出此車型的額定載重，則發出無線報警信號，實現車輛超載的遠程監測，并且每經過一次稱重平臺校正一次各車輪承載重量的權重值，本方法利用物聯網有效的把靜態測重和動態測重結合起來，從而形成了一種動態經常性校正機制，不僅具有精度高、體積小、安裝方便的特點，還具有實時監測的優點。
文檔編號G01G19/03GK102506975SQ201110375549
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月23日 優先權日2011年11月23日
發明者劉偉, 徐淑正, 楊華中, 王新凱, 王鵬軍, 羅洪 申請人:清華大學
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
