CN112945363A - 基于双传感器的车辆自载重精密测量方法 - Google Patents

基于双传感器的车辆自载重精密测量方法 Download PDF

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张慧欣
赵一丁
刘秀田
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Abstract

本发明公开了基于双传感器的车辆自载重精密测量方法，属于车辆载重测量技术领域。本方法使用双传感器，高精度的倾角传感器与加速度传感器集成，传感器测量数据通过LIN总线传至云端；测量方法为将集成传感器贴在弹簧钢板主片一端或两端，LIN主控制器贴于距传感器较近的车厢底部；根据左、右悬架结构相同以及前、后悬架的载重分配，对货车载重量及对应弹簧钢板角度进行推导计算即可得到货车的实际自载重；同时由于货车装货过程以及行驶途中各种影响因素，会造成车厢颠簸，而加速度传感器能滤除此类干扰，保证数据可靠。采用高精度传感器，低成本的LIN总线，并将数据传送至云端，具有精度高、成本低、安装方便、便于监测的特点。

Description

基于双传感器的车辆自载重精密测量方法
技术领域
本发明涉及车载自测量技术的技术领域，特别是涉及基于双传感器的车辆自载重精密测量方法。
背景技术
众所周知，目前，大多数的车辆交通事故和路桥损毁事故都是由车辆超载问题引起的，因此，对于事故率超高的货车领域，在其运输货物的过程中，车辆货物的重量检测是一项非常重要的工作，它对于货车的安全运输、道路的安全和企业的运营管理都具有至关重要的意义；现在，为了控制超载问题，有一些车辆配备了重量检测装置，而这些装置大多是通过应变片、超声波、红外测距对车辆的重量进行测量，该类测量装置安装复杂，不仅会对货车自身结构造成损坏，而且测量精度远低于倾角传感器测量精度，具有较大的误差，降低了超载检测装置的应用价值。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种能充分考虑到测量精度、动态扰动和实际安装问题，高精度、低成本的基于双传感器的车辆自载重精密测量方法。
本测量方法包括：
将各部件安装到货车上，集成传感器根据实际情况和车主意愿决定安装个数及位置，LIN收发器贴至距传感器较近的车厢底部；
货车开始装货时，货车自载重发生变化，货车钢板弹簧随之发生形变，倾角传感器与加速度传感器工作，倾角传感器检测弹簧钢板弯曲角度，加速度传感器检测货车动态载荷变化，消除动态干扰；
信号通过LIN总线传送至LIN接收器；LIN总线是针对汽车分布式电子***而定义的一种低成本的串行通讯网络，单线传输，外部有电源线、接地线、数据线，数据线长达40米，LIN总线为汽车标准线，适用于各个车型，便于实际走线；
在云端，角度与加速度进行数据融合，计算出对应的货车自载重，使手机、电脑等设备从云端获取载重量信息。
优选的，倾角传感器采用高精度的传感器芯片，普通货车满载时，钢板弹簧角度变化能达6°—20°，高精度的芯片精确度高达千分之一，核心传感器长、宽在1cm以内，高在0.5cm以内，安装时无需破坏车体结构，直接将装置贴附在钢板弹簧上。
优选的，***使用加速度传感器测量货车动态载荷，测得货车装货时间。
优选的，***采用LIN总线传输数据，其传输速率为20Kbit/s。
优选的，***连至云端，云端进行测量数据的处理，将传感器测得的角速度和加速度推算出货车自载重。
与现有技术相比本发明的有益效果为：
1、本发明利用倾角传感器和加速度传感器双传感器，通过货车弹簧钢板角度变化计算货车自载重，采用高精度的倾角传感器测量角度，采用加速度传感器消除干扰，传感器的安装位置、个数灵活，无硬性要求，且安装方便，不对车体结构造成破坏，便于实际操作；
2、本发明选用LIN总线进行通讯，LIN是一种低成本串行通讯网络，适用于对网络的带宽、性能没有过高要求的应用，使用LIN总线能满足发明需求，并大大降低了成本；
3、本发明连至云端，在云端进行数据运算减轻了单片机负担，选型和传输数据更容易，连至云端可供车主和交通部门方便快捷地实时监测货车载重量，便于车主自我监督和有关部门监控。
附图说明
图1是本发明的检测原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本方法基于倾角传感器和加速度传感器双传感器，利用LIN总线传输数据，经过DTU传至云端，包括：
将各部件安装到货车上，集成传感器根据实际情况和车主意愿决定安装个数及位置，LIN收发器贴至距传感器较近的车厢底部；
当货车开始装货时，货车自载重发生变化，货车钢板弹簧随之发生形变，倾角传感器与加速度传感器工作，倾角传感器检测弹簧钢板弯曲角度，加速度传感器检测货车动态载荷变化，消除动态干扰；
信号通过LIN总线传送至LIN接收器，LIN总线是针对汽车分布式电子***而定义的一种低成本的串行通讯网络，单线传输，外部有电源线、接地线、数据线，数据线长达40米，LIN总线为汽车标准线，适用于各个车型，便于实际走线；
在云端，角度与加速度进行数据融合，计算出对应的货车自载重，在云端计算降低***成本，提高计算效率，并能保持高度准确性，手机、电脑等设备能从云端获取载重量信息。
倾角传感器采用高精度的传感器芯片，普通货车满载时，钢板弹簧角度变化能达6°—20°，高精度的芯片精确度高达千分之一，确保测量结果可靠性，对于传感器安装位置无硬性要求，测量角度范围广，完全能满足***需求，核心传感器长、宽在1cm以内，高在0.5cm以内，体积小巧，方便实际安装，且安装时无需破坏车体结构，直接将装置贴附在钢板弹簧上即可。
***使用加速度传感器测量货车动态载荷，测得货车装货时间，货车装货时由于货物对车体的冲击以及道路颠簸产生的加速度，会使货车产生假性超重，加速度传感器能为消除扰动提供数据信息，滤掉不可靠数据，保持货车载重信息的准确性。
***采用LIN总线传输数据，LIN总线为汽车标准线，各个车型均能进行安装，能同时接收多个集成传感器信号，满足想要安装多个传感器的用户需求，传输速率为20Kbit/s,能够满足***需求，同时大大降低了生产成本。具有很强的经济适用性。
***连至云端，云端进行测量数据的处理，将传感器测得的角速度和加速度推算出货车自载重，云端数据处理便于实现，方便多方对货车自载重的监测，手机端与电脑端皆能从云端获得货车自载重信息。
为了更具体地阐述测量方法，结合倾角传感器、加速度传感器、云端计算进行详细说明。
一、倾角传感器
汽车车身与轮轴之间都安装有钢板弹簧作为缓冲装置，根据其结构，当货车载重发生变化时，弹簧钢板会产生相应的弹性形变，该弹性形变致使钢板从两边至中间发生大小不同的挠度变化，故钢板每一点的切线都会发生相应的倾角变化，利用倾角传感器测出某点倾角大小，根据各点倾角变化与货车载荷量，建立一个模型：Δθi＝f(wi)，根据左、右悬架结构相同以及前、后悬架的载重分配和此模型能得到货车的实际自载重；
该倾角传感器为基于MEMS的高精度传感器，测量范围为-90°—+90°，在安装时注意“两线”和“两面”，两面即传感器安装面与货车钢板弹簧面完全紧靠，两线即传感器轴线与货车弹簧钢板轴线平行，不能有夹角产生，由于倾角传感器的高精度，在保证以上两点的情况下，对安装位置、不做要求，由于LIN总线能接受多个从机发送信息，对传感器安装个数也不做要求；
该物理模型为是倾角变化与货车自载重间的关系，测量货车空载时弹簧钢板的倾角，在装货期间实时检测当前钢板倾角，根据倾角变化量，得到实时货车自载重。
二、加速度传感器
加速度传感器能检测加速度的突变和大小变化，根据此信号，能够判断货车装货的开始和结束时间；
车辆对路面的载荷主要有两种表现形式:稳态载荷和动态载荷,其中动态载荷的产生具有很大的不确定性,从而导致了车辆称重的复杂性；其中，振动是影响动态载重测量准确度的主要形式,而车辆振动的原因相当复杂；引起车辆振动的原因很多,如装货时货物对车厢的冲击、路面的不平整、轮胎的弹性、发动机工作的颤动以及驾驶员操作的不稳定等；振动来源的复杂性决定了车辆对路面载荷的复杂性；
为克服上述不确定因素以及惯性冲击带来的影响，从而真实地把握载重测量信号的规律，为实现高精度货车自载重动态测量，采用加速度补偿动态扰动方法；滤除由于各项干扰引起的信号变化抑，消除动态载荷的影响。
三、云端计算
传感器信号由DTU传至云端，DTU为无线数据传输单元，专门用于将串口数据转换为IP数据或将IP数据转换为串口数据，通过无线通信网络进行传送的无线终端设备；DTU传输速率主要根据串口通信波特率定义，同时考虑到借助无线网络的速度，4GDTU一般在1M/s以上，满足该方法数据传输需求，目前5G网络已投入使用，5G网络通讯速率约为4G网络的10倍，借助5G网络的DTU将有更高的速率，保证传输数据的时效性；
由于不同车型的倾角变化与对应载重量不同，在云端将所测数据和已有大数据进行分析、匹配，根据模型，进行一系列的数据处理，得到更为准确可靠的货车自载重信息值，并将该信息反馈给车主，车主根据实时信息做进一步的决定。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还能做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.基于双传感器的车辆自载重精密测量方法，实时监测货车载重量，其特征在于，该方法基于倾角传感器和加速度传感器集成的双传感器，通过LIN总线将数据传至云端，方法为：
(1)将各部件安装到货车上，集成传感器根据实际情况和车主意愿决定安装个数及位置，LIN收发器贴至距传感器较近的车厢底部；
(2)货车开始装货时，货车自载重发生变化，货车钢板弹簧随之发生形变，倾角传感器与加速度传感器工作，倾角传感器检测弹簧钢板弯曲角度，加速度传感器检测货车动态载荷变化，消除动态干扰；
(3)信号通过LIN总线传送至LIN接收器，LIN总线是针对汽车分布式电子***而定义的一种低成本的串行通讯网络，单线传输，外部有电源线、接地线、数据线，数据线长达40米；
(4)在云端，角度与加速度进行数据融合，计算出对应的货车自载重，使手机、电脑等设备从云端获取载重量信息。
2.根据权利要求1所述的基于双传感器的车辆自载重精密测量方法，其特征在于：倾角传感器采用高精度的传感器芯片，普通货车满载时，钢板弹簧角度变化能达6°—20°，高精度的芯片精确度高达千分之一，核心传感器长、宽在1cm以内，高在0.5cm以内，安装时无需破坏车体结构，直接将装置贴附在钢板弹簧上。
3.根据权利要求1所述的基于双传感器的车辆自载重精密测量方法，其特征在于：***使用加速度传感器测量货车动态载荷，测得货车装货时间。
4.根据权利要求1所述的基于双传感器的车辆自载重精密测量方法，其特征在于：***采用LIN总线传输数据，其传输速率为20Kbit/s。
5.根据权利要求1所述的基于双传感器的车辆自载重精密测量方法，其特征在于：***连至云端，云端进行测量数据的处理，将传感器测得的角速度和加速度推算出货车自载重。
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