CN102288268A - 动态车辆称重方法 - Google Patents
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Abstract
一种动态车辆称重方法,包括以下步骤:在路面埋设一压电传感器,汽车通过时车轮对压电传感器施加一负载由此产生一电信号,并将电信号传输至一信号处理***,信号处理***根据电信号的波形参数计算出所述负载的重量;还进一步包括以下步骤:对所述负载引发的电信号波形进行再采样,采样周期TL=L/S,其中L为传感器宽度,S为车速;根据每个采样点的电信号参数,计算出该点的负载值;将所有采样点的负载值进行叠加,计算出本次称重的总负载。本发明方法根据L/S的周期进行再采样,即等同于将负载分成若干与传感器等宽的分块,然后一块一块进行独立的测量,最后再叠加算出总负载,由于考虑了传感器宽度这一因素,整个称重方法更为精确。
Description
技术领域
本发明涉及一种道路机动车称重的方法,尤指一种在汽车行驶状态下的动态称重方法。
背景技术
随着国民经济的高速持续发展,我国的公路交通也迅猛发展,截止2007年底,我国收费公路总里程达10万公里,其中高速公路总里程5.36万公里,连同在建以及规划中的项目,到2020年我国高速公路通车里程将达到10万公里。随着《中华人民共和国道路交通安全法》的颁布和实施,加大了对机动车超载的处罚力度,这对车辆轴重称量的方式和精度提出了新的要求。传统的静态称重方式精度虽高,但是效率太低,干扰正常交通,易造成交通堵塞。所谓汽车动态称重(weigh-in-motion of vehicles),就是在汽车行驶状态下进行称重,和静态称重相比,具有节省时间、效率高、不干扰正常交通等优点。
目前,压电式传感器已被证明是一种多功能的工具测量的各种程序,因此在动态汽车称重中已经得到了广泛的应用。压电动态称重***包括铺设在路面上的压电传感器10和一个在路边控制箱中的信号处理***20,整个***图如图1所示。单一辆车辆的轮胎经过压电传感器10,车辆产生压力作用到传感器10上。结果就是,传感器10产生了和负载成比例的电流,电信号被传输至信号处理***20进行分析计算得出本次称重的负载值。目前的分析处理方法主要包括:
方法1:基于峰值
这个方法在某些商业产品上进行应用,是一个很直接的方法。轴载重W直接采用电压峰值进行计算,如下所示,
w=α*peak_signal_voltage(xi)
在这里,peak_signal_voltage(xi)是信号x(t)的峰值,α是校准因子,可以使用已知轴重进行标定。当然,很明显,这种方法的称重精度是非常低的,一般是用来进行一些要求不高的分类,例如,统计各类车辆的流量。
方法2:基于信号面积
这个轴重的计算方法在许多的商业产品上进行了应用。这个方法计算轴重采用信号曲线的覆盖区域和车速进行计算。重量W的计算方法如下:
这里,L是传感器的宽度,α是校准因子,S是车辆速度,x(t)是负载信号,b(t)是空闲信号。测量精度直接取决于车辆的速度计算。车速可以通过两行的称重传感器的进行高精度的计算。这种方法需要进行标定,类似于峰值计算方法,决定α的数值;如图2所示为负载信号(x(t))波形曲线图,再获取到完整波形[t1,t2]后,我们一般需要做一个左右边界扩展Δt,最终进入计算步骤的波形数据时[t1-Δt,t2+Δt],Δt和设定的阈值是成正比的,主要就是补偿相应的信号损失。上述方法中进行了积分,其实质是计算信号曲线下方区域的面积。
但是,在实际应用中传感器10是具有一定宽度的,如图3所示,假设负载是一个矩形块30,在传感器10上滑动矩形块30应具有和一个移动的车辆相同的效果,由于矩形块30慢慢移动,传感器10负载显然是期间传感器10宽度的一个叠加。因此,图2中信号线下的区域不是矩形块30的重量,除非传感器10宽度几乎等于零。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种新的动态车辆称重方法,可以实现在汽车行驶状态下的精确称重。
为解决上述技术问题,本发明提供一种动态车辆称重方法,包括以下步骤:在路面埋设一压电传感器,汽车通过时车轮对压电传感器施加一负载,压电传感器由此产生一电荷信号,并将电荷信号传输至一电荷放大器,电荷放大器将电荷信号转换为电压信号传递个一信号处理***,信号处理***根据电压信号的波形参数计算出所述负载的重量;该方法还进一步包括以下步骤:对所述负载引发的电压信号波形进行再采样(二次采样),采样周期TL=L/S,其中L为传感器宽度,S为车速;根据每个采样点的电压信号参数,结合压电传感器的灵敏度和电荷放大器的增益比,计算出该点的负载值;将所有采样点的负载值进行叠加,计算出本次称重的总负载。
本发明的方法根据L/S的周期对波形进行再采样,即等同于将负载分成若干与传感器等宽的分块,然后一块一块进行独立的精确测量,最后再叠加算出总负载,由于考虑了传感器宽度这一因素,整个称重方法更为精确。
本发明的进一步改进在于,在路面左右两侧分别埋设一压电传感器,且所述两个压电传感器前后错开布置。在左右两侧分别埋设压电传感器可以测定汽车的偏载,而前、后错开埋设则可以精确测定该汽车行驶的速度。
本发明的进一步改进在于,以汽车行进方向为正方向,在位置靠前的压电传感器前方埋设一地感线圈,在位置靠后的压电传感器后方埋设一地感线圈。在压电传感器的前后都埋设地感线圈,可以测定汽车进入以及离开称重区域的时刻,用于区分称重的车辆。
附图说明
图1为现有的动态称重***示意图;
图2为现有称重方法的波形曲线图;
图3为现有称重方法的模拟图;
图4为本发明动态称重***示意图;
图5为本发明动态称重方法的模拟图;
图6为本发明动态称重方法的波形曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
首先参阅图4所示,本发明动态称重***包括埋设于路面上的压电传感器11、12和一个在路边控制箱中的信号处理***20,所述压电传感器11、12与信号处理***20保持电连接,作为本发明的较佳实施方式,压电传感器11、12分别埋设于路面左右两侧,这样可以分别测定汽车左右两侧的负载从而确定汽车偏载量,并且将两个压电传感器11、12前后错开布置,这样可以测定车轮通过前后压电传感器11、12的时间从而确定汽车速度;作为本发明的另一较佳实施例,以汽车行进方向为正方向,在位置靠前的压电传感器11前方埋设一地感线圈41,在位置靠后的压电传感器12后方埋设一地感线圈42,上游的地感线圈41探测车辆进入检测区域,下游的地感线圈42检测车辆的离开,这样可用以区分称重的车辆。
当汽车通过时车轮对压电传感器11、12施加一负载,压电传感器11、12由此产生一电荷信号,并将所述电荷信号传输至电荷放大器,电荷发达器将电荷信号转换为电压信号传递个信号处理***20,在信号处理***20中产生如图6所示的波形曲线,然后根据该电信号的波形参数计算出负载的重量,具体计算方法如下:
1.首先对电信号波形进行再采样,采样周期TL=L/S,其中L为压电传感器的宽度,S为车速,其中各采样点为:
[t1-Δt+TL,t1-Δt+2TL,...,t1-Δt+NTL];
如图5所示,假设负载是一个矩形块30,上述采样的步骤即相当于将矩形块30分成N个与压电传感器等宽的分块,其中:
2.然后根据每个采样点的电信号参数,计算出对应该点的负载值,该步骤即相当于图5中矩形块30慢慢移动,每个分块依次经过压电传感器,分别计算每个分块的重量,使用的公式为:
Wj是第j片的重量,γ是压电传感器的灵敏度,G是电荷放大器的增益比例;
2.将所有采样点的负载值进行叠加,计算出本次称重的总负载:
本发明的称重方法由于考虑了传感器宽度这一因素,整个称重方法更为精确。
Claims (3)
1.一种动态车辆称重方法,包括以下步骤:
在路面埋设一压电传感器,汽车通过时车轮对压电传感器施加一负载,压电传感器由此产生一电荷信号,并将电荷信号传输至一电荷放大器,电荷放大器将电荷信号转换为电压信号传递个一信号处理***,信号处理***根据电压信号的波形参数计算出所述负载的重量;其特征在于所述方法还进一步包括以下步骤:
对所述负载引发的电压信号波形进行二次采样,采样周期TL=L/S,其中L为传感器宽度,S为车速;
根据每个采样点的电压信号参数,结合压电传感器的灵敏度和电荷放大器的增益比,计算出该点的负载值;
将所有采样点的负载值进行叠加,计算出本次称重的总负载。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于在路面左右两侧分别埋设一压电传感器,且所述两个压电传感器前后错开布置。
3.如权利要求2所述的方法,其特征在于:以汽车行进方向为正方向,在位置靠前的压电传感器前方埋设一地感线圈,在位置靠后的压电传感器后方埋设一地感线圈。
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