本文從動態(tài)地磅概述入手，著重分析了動態(tài)地磅計(jì)量誤差的原因，并探索了動態(tài)汽車衡計(jì)量誤差的預(yù)防措施。
0.引言
隨著高速公路的發(fā)展,汽車運(yùn)輸越來越普遍,汽車超 載現(xiàn)象也越來越多。為此,我國采取了車輛動態(tài)稱重計(jì)費(fèi) 系統(tǒng)。動態(tài)地磅能夠在汽車運(yùn)輸過程中對汽車進(jìn)行稱 重,效率高、速度快。然而在實(shí)際計(jì)量過程中，動態(tài)地磅稱重存在著一定的誤差,稱重精度不高。針對這一問題,我 國積極探索動態(tài)地磅計(jì)量誤差的原因，并探索了動態(tài)汽 車衡計(jì)量誤差的預(yù)防措施。研究動態(tài)地磅計(jì)量誤差原因 及預(yù)防措施不僅能夠提高動態(tài)汽車衡計(jì)量的精度,而且對 我國公路運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展意義深刻。
1.動態(tài)地磅概述
1.1動態(tài)地磅的原理
動態(tài)地磅主要由稱重平臺、傳感器、處理器、輪胎識 別器、信號調(diào)理電路、承載器等組成。
車輛行駛并通過稱重平臺的時候,稱重平臺下面的稱 重傳感器會獲取車輛的相關(guān)軸重信息,然后將軸重信息轉(zhuǎn) 換為點(diǎn)信號,傳輸?shù)椒Q重儀表中，稱重儀表對電信號進(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)對稱重?cái)?shù)據(jù)的實(shí)時監(jiān)控、打印報(bào)表、實(shí)時處理等。
1.2動態(tài)地磅的構(gòu)成
1.2.1 稱重傳感器
稱重傳感器一般放置與稱重平臺下面，并且，每一稱 重平臺下面都會放置4個稱重傳感器。這四個稱重傳感器 位于稱重平臺的四角，并靠近平臺邊緣。同時,稱重平臺的 長度要容納車輛的承載軸,保證只有一輛車處于稱重平臺 上面。傳感器主要獲取車輛的稱重信息,并將稱重信息轉(zhuǎn) 換為電信號。
1.2.2接線盒
稱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)用動態(tài)汽車衡的過程中很容易產(chǎn)生較差， 進(jìn)而影響稱重?cái)?shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。為了提高稱重信息的準(zhǔn)確 性,我們在傳感器之間連接了接線盒，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稱重儀表
稱重儀表是動態(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。濾波板塊主要負(fù)責(zé)濾除稱重 信號中的高頻噪聲,進(jìn)而減輕處理器的負(fù)擔(dān)。A/D傳感器 的負(fù)責(zé)將放大后的電信號進(jìn)行采樣,然后將電信號轉(zhuǎn)換為 數(shù)字信號。并且,稱重儀表會對采樣之后的離散信號進(jìn)行 預(yù)處理,進(jìn)而提高信號的精確度,測出車輛的軸重。
1.2.4上位工控機(jī)
上位工控機(jī)主要負(fù)責(zé)稱重?cái)?shù)據(jù)的存儲和顯示,進(jìn)而為 數(shù)據(jù)査詢、實(shí)時監(jiān)控、報(bào)表打印等提供條件。在車輛經(jīng)過稱 重平臺的時候，稱重系統(tǒng)需要實(shí)時監(jiān)控車輛的加速度、速 度、車型等信息,并在發(fā)現(xiàn)車輛超載之后自動報(bào)警。另外， 為了用戶能夠直觀地看到車輛的稱重信息,上位工控機(jī)設(shè) 置了修改、添加、統(tǒng)計(jì)記錄、査詢等功能。
2.動態(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)度會導(dǎo)致動態(tài)地磅計(jì)量誤差
具體來講,動態(tài)地磅承載器的結(jié)構(gòu)與靜態(tài)稱量結(jié)構(gòu) 相比有著較高的強(qiáng)度和剛度,能夠避免車輛通過時的大面 積變形,并能夠及時將車輛的軸重傳遞到稱重器中，進(jìn)而 獲得稱重信息。為了保持稱重器良好的動態(tài)性能,動態(tài)地磅計(jì)量可以參照動態(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,在稱重梁上直接粘貼應(yīng)變片，這樣 就不再需要重新選取稱重器，也不需要再考慮限位、連接 等問題。
2.1.2稱重傳感器的特性
稱重傳感器的性能直接影響著稱重效果?，F(xiàn)階段,大 多數(shù)動態(tài)地磅系統(tǒng)主要采用應(yīng)變式稱重傳感器。這是因 為,現(xiàn)階段,人們對動態(tài)汽車衡的認(rèn)識還不夠統(tǒng)一。動態(tài)汽 車衡的計(jì)量時間較短,稱重系統(tǒng)需要進(jìn)行過稱、采樣、信號 轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理等操作,然后再將稱重結(jié)果反映出來。在這 種情況下,稱重系統(tǒng)對稱重傳感器的要求較高。然而,在實(shí) 際稱重過稱中,稱重傳感器的溫度漂移、分辨率、傳感器的 非線性問題等都會導(dǎo)致計(jì)量誤差。具體來講,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 電路來克服溫度漂移問題。并且,動態(tài)地磅還需要考慮 A/D分辨率問題,提高測量精度。另外,動態(tài)汽車衡還需要 考慮傳感系統(tǒng)的非線性特征,重視傳感系統(tǒng)的過載、抗側(cè)向力、裝卸更換等指標(biāo),并對傳感數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)處理。
2.2動態(tài)干擾
2.2.1汽車振動
動態(tài)地磅在計(jì)量過程中會受到車輛、承載器、地面 的相互影響,進(jìn)而導(dǎo)致稱重系統(tǒng)振動的復(fù)雜性。然而,汽車 振動是稱重系統(tǒng)振動的主要原因,汽車輪胎花紋會引起汽 車的周期性振動、汽車發(fā)動機(jī)的偏心轉(zhuǎn)動會引起振動、駕 駛員操縱不穩(wěn)會引起振動、油料燃燒不均勻也會引起振 動。從汽車諧振方面來講,汽車的諧振與汽車的載重、自重 及汽車的等效彈簧剛度有著密切的關(guān)系。一般情況下,汽 車的重量大、彈簧剛度小,振動周期較大。從汽車的耦合振 動來講,車輛行駛的時候,汽車輪胎與承載臺之間會產(chǎn)生 擠壓作用，汽車輪胎與承載臺發(fā)生微量變形,進(jìn)而引發(fā)振 動,影響動態(tài)汽車衡計(jì)量的準(zhǔn)確性。
2.2.2汽車行駛速度
汽車在汽車行駛過程中與路面會產(chǎn)生靜態(tài)載荷與動 態(tài)載荷的相互作用。其中，靜態(tài)載荷指汽車處于靜態(tài)狀態(tài) 是對路面產(chǎn)生的負(fù)荷,是汽車的靜態(tài)重量。動態(tài)載荷指汽 車行駛對路面產(chǎn)生的負(fù)荷,是汽車的動態(tài)重量。而汽車的 動態(tài)載荷又可以分為四種類型。第一種類型是地面平整車 輛振動極小的恒定荷載。第二種是汽車偶然發(fā)生的劇烈振 動,但是沒有進(jìn)行復(fù)雜描述的穩(wěn)定荷載。第三種是汽車行 駛所發(fā)生的十分劇烈的振動而產(chǎn)生的荷載。第四種是車輛 在行駛過程中所發(fā)生的隨機(jī)荷載。
2.2.3汽車加速度
汽車加速度對稱重結(jié)果也會產(chǎn)生影響,如果汽車在經(jīng) 過稱重平臺的時候有加速度,動態(tài)汽車衡所計(jì)量的結(jié)果與 沒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)動軸的驅(qū)動力變化及驅(qū)動軸位置關(guān)系較大。如果驅(qū) 動力不斷變大則計(jì)量結(jié)果偏大，如果驅(qū)動力不斷變小,則 計(jì)量結(jié)果偏大。為了避免動態(tài)地磅測量誤差,汽車在通 過稱重臺的時候應(yīng)避免加速度,保持恒速。
3.動態(tài)地磅計(jì)量失誤的預(yù)防措施
3.1優(yōu)化動態(tài)地磅檢定工作
動態(tài)地磅檢定工作是進(jìn)行稱重計(jì)量的前提，因此， 我們應(yīng)積極優(yōu)化動態(tài)地磅檢定工作。為此,我們應(yīng)確保 動態(tài)汽車衡測量平臺的整潔性，避免測量平臺周圍有異 物，防止異物堵塞在框架與稱重平臺之間。并且,我們應(yīng)檢 査傳感器是否存在壓空，并及時墊實(shí)傳感器壓空。同時,我 們應(yīng)嚴(yán)格規(guī)定汽車的行駛方向,禁止汽車反向行駛。另外, 相關(guān)人員要對動態(tài)地磅進(jìn)行動態(tài)調(diào)試和靜態(tài)調(diào)試,正確 配置動態(tài)汽車衡系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)。最后,稱重單位應(yīng)積極 優(yōu)化動態(tài)汽車衡檢定方法,用參考車輛代替砝碼，并對車 輛軸重進(jìn)行標(biāo)定,節(jié)省測量過程中的物力和人力。
3.2縮短動態(tài)地磅檢定周期
由于公路收費(fèi)站的車流量較多,并存在著很多超載車 輛,動態(tài)汽車衡的性能會受到嚴(yán)重影響。在這種情況下,我 們應(yīng)縮短動態(tài)汽車衡檢定周期,使用三個月或半年的檢定 周期，及時發(fā)現(xiàn)動態(tài)汽車衡的性能問題，找出動態(tài)汽車衡 系統(tǒng)中需要更換或維修的期間。例如，長時間的大重量汽 車擠壓摩擦?xí)?dǎo)致車輛識別器的接觸壓頭被磨平。另外， 車輛通過稱重臺會導(dǎo)致稱重臺產(chǎn)生較大晃動，需要收費(fèi)站 及時調(diào)整限位拉桿,保持合理的稱臺與邊框間隙。
3.3做好維護(hù)工作
動態(tài)地磅的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,需要進(jìn)行及時的維 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)做好動態(tài)汽車衡維護(hù)措施,確保動態(tài)汽車衡系統(tǒng)各部 件的性能。
3.3.1選擇良好的動態(tài)地磅安裝環(huán)境
在安裝動態(tài)地磅的時候,收費(fèi)站應(yīng)選擇良好的動態(tài)地磅安裝環(huán)境，盡量避免環(huán)境對動態(tài)地磅的不力影 響。為此,在選擇動態(tài)地磅安裝地址的時候,收費(fèi)站應(yīng)盡 量避免將動態(tài)地磅安裝在風(fēng)口，避免風(fēng)速對動態(tài)地磅計(jì)量結(jié)果準(zhǔn)確性的影響。同時,動態(tài)地磅的安裝應(yīng)挖到 凍土層的位置，保證稱重平臺能夠承受30噸的重力。另 外，動態(tài)汽車衡的安裝要求設(shè)置長度最后的筆直引導(dǎo),避 免彎度引導(dǎo)產(chǎn)生的汽車行駛向心力,影響計(jì)量準(zhǔn)確性。最 后,動態(tài)地磅的安裝應(yīng)注意天氣和氣候的影響，為動態(tài)地磅設(shè)置保溫設(shè)施,避免溫度過度導(dǎo)致動態(tài)地磅不能 正常工作。而在雨季的時候,收費(fèi)站應(yīng)做好動態(tài)地磅排 水措施,避免動態(tài)地磅系統(tǒng)傳感器在水中浸泡而損壞。
3.3.2加強(qiáng)對動態(tài)地磅的維護(hù)與保養(yǎng)
在動態(tài)地磅維護(hù)過程中,收費(fèi)站應(yīng)及時清理動態(tài)汽 車衡稱重平臺，避免稱重平臺上雜物、淤泥、煤塊、石子等 對稱重結(jié)果的影響。并且,收費(fèi)站應(yīng)保持車道的平整干凈, 定期沖洗車道,但是不要沖洗傳感器所在的地方,及時打 掃稱重平臺上的積水,保持動態(tài)地磅的正常工作。同時, 收費(fèi)站在雨季要及時檢査排水系統(tǒng),避免接線盒和傳感器 浸泡在水中，一旦發(fā)現(xiàn)水浸泡,及時用吹風(fēng)機(jī)吹干。另外， 收費(fèi)站要定期檢査稱重儀表，檢査稱重儀表接線是否正 常,散熱是否良好,保證稱重儀表的正常運(yùn)行。最后,收費(fèi) 站要在動態(tài)地磅附近安裝防雷系統(tǒng),避免雷電對動態(tài)地磅系統(tǒng)的破壞。
3.4優(yōu)化數(shù)據(jù)處理方法
動態(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)對高 頻噪聲的處理,避免高頻噪聲對動態(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)而避免動態(tài)地磅的計(jì)量 誤差。
4.結(jié)論
動態(tài)地磅是現(xiàn)階段我國公路收費(fèi)的主要手段，然 而,動態(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 其在汽車動態(tài)運(yùn)行過程中，汽車結(jié)構(gòu)、汽車速度、電磁干 擾、路面狀況等都會影響計(jì)重結(jié)果。針對這些問題,我國公 路收費(fèi)站分析了動態(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)的說服力，促進(jìn)公路運(yùn)輸?shù)?健康發(fā)展。