本文從動(dòng)態(tài)地磅概述入手，著(zhù)重分析了動(dòng)態(tài)地磅計量誤差的原因，并探索了動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡計量誤差的預防措施。
0.引言
隨著(zhù)高速公路的發(fā)展,汽車(chē)運輸越來(lái)越普遍,汽車(chē)超 載現象也越來(lái)越多。為此,我國采取了車(chē)輛動(dòng)態(tài)稱(chēng)重計費 系統。動(dòng)態(tài)地磅能夠在汽車(chē)運輸過(guò)程中對汽車(chē)進(jìn)行稱(chēng) 重,效率高、速度快。然而在實(shí)際計量過(guò)程中，動(dòng)態(tài)地磅稱(chēng)重存在著(zhù)一定的誤差,稱(chēng)重精度不高。針對這一問(wèn)題,我 國積極探索動(dòng)態(tài)地磅計量誤差的原因，并探索了動(dòng)態(tài)汽 車(chē)衡計量誤差的預防措施。研究動(dòng)態(tài)地磅計量誤差原因 及預防措施不僅能夠提高動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡計量的精度,而且對 我國公路運輸的發(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、傳感器、處理器、輪胎識 別器、信號調理電路、承載器等組成。
車(chē)輛行駛并通過(guò)稱(chēng)重平臺的時(shí)候,稱(chēng)重平臺下面的稱(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 換為點(diǎn)信號,傳輸到稱(chēng)重儀表中，稱(chēng)重儀表對電信號進(jìn)行 模數轉換、濾波、放大等處理之后傳輸到上位工控機,進(jìn)而 實(shí)現對稱(chēng)重數據的實(shí)時(shí)監控、打印報表、實(shí)時(shí)處理等。
1.2動(dòng)態(tài)地磅的構成
1.2.1 稱(chēng)重傳感器
稱(chēng)重傳感器一般放置與稱(chēng)重平臺下面，并且，每一稱(chēng) 重平臺下面都會(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)重平臺的四角，并靠近平臺邊緣。同時(shí),稱(chēng)重平臺的 長(cháng)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 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 換為電信號。
1.2.2接線(xiàn)盒
稱(chēng)重傳感器的輸出阻抗、額定輸出等數據不可能完全 相同，因此,在運用動(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)重數據的準確性。為了提高稱(chēng)重信息的準確 性,我們在傳感器之間連接了接線(xiàn)盒，用于調節傳感器之 間的較差,保證傳感器基準的一致性。
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責 放大傳感器所獲得的電信號。濾波板塊主要負責濾除稱(chēng)重 信號中的高頻噪聲,進(jìn)而減輕處理器的負擔。A/D傳感器 的負責將放大后的電信號進(jìn)行采樣,然后將電信號轉換為 數字信號。并且,稱(chēng)重儀表會(huì )對采樣之后的離散信號進(jìn)行 預處理,進(jìn)而提高信號的精確度,測出車(chē)輛的軸重。
1.2.4上位工控機
上位工控機主要負責稱(chēng)重數據的存儲和顯示,進(jìn)而為 數據査詢(xún)、實(shí)時(shí)監控、報表打印等提供條件。在車(chē)輛經(jīng)過(guò)稱(chēng) 重平臺的時(shí)候，稱(chēng)重系統需要實(shí)時(shí)監控車(chē)輛的加速度、速 度、車(chē)型等信息,并在發(fā)現車(chē)輛超載之后自動(dòng)報警。另外， 為了用戶(hù)能夠直觀(guān)地看到車(chē)輛的稱(chēng)重信息,上位工控機設 置了修改、添加、統計記錄、査詢(xún)等功能。
2.動(dòng)態(tài)地磅計量誤差的原因
2.1靜態(tài)干擾
2.1.1承載器的結構和強度會(huì )導致動(dòng)態(tài)地磅計量誤差
具體來(lái)講,動(dòng)態(tài)地磅承載器的結構與靜態(tài)稱(chēng)量結構 相比有著(zhù)較高的強度和剛度,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)地磅計量可以參照動(dòng)態(tài)軌道衡的計量方法,將承載器與傳 感器進(jìn)行一體化設置,在稱(chēng)重梁上直接粘貼應變片，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(zhù)稱(chēng)重效果?，F階段,大 多數動(dòng)態(tài)地磅系統主要采用應變式稱(chēng)重傳感器。這是因 為,現階段,人們對動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡的認識還不夠統一。動(dòng)態(tài)汽 車(chē)衡的計量時(shí)間較短,稱(chēng)重系統需要進(jìn)行過(guò)稱(chēng)、采樣、信號 轉換、數據處理等操作,然后再將稱(chēng)重結果反映出來(lái)。在這 種情況下,稱(chēng)重系統對稱(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(xiàn)性問(wèn)題等都會(huì )導致計量誤差。具體來(lái)講,溫度漂移是 在不同溫度造成的現象,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,提高測量精度。另外,動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡還需要 考慮傳感系統的非線(xiàn)性特征,重視傳感系統的過(guò)載、抗側向力、裝卸更換等指標,并對傳感數據進(jìn)行相應處理。
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)而導致稱(chēng)重系統振動(dòng)的復雜性。然而,汽車(chē) 振動(dòng)是稱(chēng)重系統振動(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)機的偏心轉動(dòng)會(huì )引起振動(dòng)、駕 駛員操縱不穩會(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(zhù)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)輪胎與承載臺之間會(huì )產(chǎn)生 擠壓作用，汽車(chē)輪胎與承載臺發(fā)生微量變形,進(jìn)而引發(fā)振 動(dòng),影響動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡計量的準確性。
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) 是對路面產(chǎn)生的負荷,是汽車(chē)的靜態(tài)重量。動(dòng)態(tài)載荷指汽 車(chē)行駛對路面產(chǎn)生的負荷,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)行復雜描述的穩定荷載。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)生的隨機荷載。
2.2.3汽車(chē)加速度
汽車(chē)加速度對稱(chēng)重結果也會(huì )產(chǎn)生影響,如果汽車(chē)在經(jīng) 過(guò)稱(chēng)重平臺的時(shí)候有加速度,動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡所計量的結果與 沒(méi)有加速度的情況下所計量的結果不同。并且,結果的變 化與驅動(dòng)軸的驅動(dòng)力變化及驅動(dòng)軸位置關(guān)系較大。如果驅 動(dòng)力不斷變大則計量結果偏大，如果驅動(dòng)力不斷變小,則 計量結果偏大。為了避免動(dòng)態(tài)地磅測量誤差,汽車(chē)在通 過(guò)稱(chēng)重臺的時(shí)候應避免加速度,保持恒速。
3.動(dòng)態(tài)地磅計量失誤的預防措施
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)重計量的前提，因此， 我們應積極優(yōu)化動(dòng)態(tài)地磅檢定工作。為此,我們應確保 動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡測量平臺的整潔性，避免測量平臺周?chē)挟?物，防止異物堵塞在框架與稱(chēng)重平臺之間。并且,我們應檢 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 們應嚴格規定汽車(chē)的行駛方向,禁止汽車(chē)反向行駛。另外, 相關(guān)人員要對動(dòng)態(tài)地磅進(jìn)行動(dòng)態(tài)調試和靜態(tài)調試,正確 配置動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡系統的各項參數。最后,稱(chēng)重單位應積極 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，并對車(chē) 輛軸重進(jìn)行標定,節省測量過(guò)程中的物力和人力。
3.2縮短動(dòng)態(tài)地磅檢定周期
由于公路收費站的車(chē)流量較多,并存在著(zhù)很多超載車(chē) 輛,動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡的性能會(huì )受到嚴重影響。在這種情況下,我 們應縮短動(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 系統中需要更換或維修的期間。例如，長(cháng)時(shí)間的大重量汽 車(chē)擠壓摩擦會(huì )導致車(chē)輛識別器的接觸壓頭被磨平。另外， 車(chē)輛通過(guò)稱(chēng)重臺會(huì )導致稱(chēng)重臺產(chǎn)生較大晃動(dòng)，需要收費站 及時(shí)調整限位拉桿,保持合理的稱(chēng)臺與邊框間隙。
3.3做好維護工作
動(dòng)態(tài)地磅的系統結構比較復雜,需要進(jìn)行及時(shí)的維 護與保養,減少系統故障,進(jìn)而保證計量精度。為此,收費 站應做好動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡維護措施,確保動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡系統各部 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,收費站應選擇良好的動(dòng)態(tài)地磅安裝環(huán)境，盡量避免環(huán)境對動(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,收費站應盡 量避免將動(dòng)態(tài)地磅安裝在風(fēng)口，避免風(fēng)速對動(dòng)態(tài)地磅計量結果準確性的影響。同時(shí),動(dòng)態(tài)地磅的安裝應挖到 凍土層的位置，保證稱(chēng)重平臺能夠承受30噸的重力。另 外，動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡的安裝要求設置長(cháng)度最后的筆直引導,避 免彎度引導產(chǎn)生的汽車(chē)行駛向心力,影響計量準確性。最 后,動(dòng)態(tài)地磅的安裝應注意天氣和氣候的影響，為動(dòng)態(tài)地磅設置保溫設施,避免溫度過(guò)度導致動(dòng)態(tài)地磅不能 正常工作。而在雨季的時(shí)候,收費站應做好動(dòng)態(tài)地磅排 水措施,避免動(dòng)態(tài)地磅系統傳感器在水中浸泡而損壞。
3.3.2加強對動(dòng)態(tài)地磅的維護與保養
在動(dòng)態(tài)地磅維護過(guò)程中,收費站應及時(shí)清理動(dòng)態(tài)汽 車(chē)衡稱(chēng)重平臺，避免稱(chēng)重平臺上雜物、淤泥、煤塊、石子等 對稱(chēng)重結果的影響。并且,收費站應保持車(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)重平臺上的積水,保持動(dòng)態(tài)地磅的正常工作。同時(shí), 收費站在雨季要及時(shí)檢査排水系統,避免接線(xiàn)盒和傳感器 浸泡在水中，一旦發(fā)現水浸泡,及時(shí)用吹風(fēng)機吹干。另外， 收費站要定期檢査稱(chēng)重儀表，檢査稱(chēng)重儀表接線(xiàn)是否正 常,散熱是否良好,保證稱(chēng)重儀表的正常運行。最后,收費 站要在動(dòng)態(tài)地磅附近安裝防雷系統,避免雷電對動(dòng)態(tài)地磅系統的破壞。
3.4優(yōu)化數據處理方法
動(dòng)態(tài)地磅計量應積極優(yōu)化數據處理方法,在FIR濾 波處理的基礎上,合理選擇并處理采樣數據，確保采樣數 據的準確性。并且,收費站應積極運用小波分析加強對高 頻噪聲的處理,避免高頻噪聲對動(dòng)態(tài)地磅計量誤差的影 響。另外,收費站應積極使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò ),采用BP網(wǎng)絡(luò )算 法，提高計量數據的精確度,進(jìn)而避免動(dòng)態(tài)地磅的計量 誤差。
4.結論
動(dòng)態(tài)地磅是現階段我國公路收費的主要手段，然 而,動(dòng)態(tài)地磅的計量結果受多種因素的影響，計量結果 存在著(zhù)一定的誤差,嚴重影響公路計重收費的公信力。尤 其在汽車(chē)動(dòng)態(tài)運行過(guò)程中，汽車(chē)結構、汽車(chē)速度、電磁干 擾、路面狀況等都會(huì )影響計重結果。針對這些問(wèn)題,我國公 路收費站分析了動(dòng)態(tài)地磅計量誤差的原因，并提出了相 關(guān)預防措施，以增強計重收費的說(shuō)服力，促進(jìn)公路運輸的 健康發(fā)展。