CN1858563A - 线缆式中低速公路动态称重装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种线缆式中低速公路车辆动态称重装置，适用于汽车中低速(0～50Km/h)通过检测站，用于强制实施汽车限重法规。其特征是采用压电电缆式传感器以及传感器特殊的结构布置方案。该装置可以检测通过车辆的车速、轴距、轮距、轮胎数、偏载、车辆在车道中的横向位置、轴重、轴组重和总重，各传感器将采集的相关数据送计算机进行处理、显示结果。具有仪器成本低、测量精度高、数据多的优点。

Description

线缆式中低速公路动态称重装置

                           技术领域

本发明专利涉及公路交通控制***，具体地说是一种线缆式公路车辆动态称重装置，适用于汽车中低速(0～50Km/h)通过检测站，用于强制实施汽车限重法规。

                           背景技术

公路车辆在运输货物时，普遍存在着超重现象，而且超重车辆占相当高的比例，从而使路况指标下降、交通事故增加、交通阻塞等一系列不利的问题。这种情况促使公路部门了解当前公路上行驶车辆的车型组成、轴载谱和超重程度，分析超重车辆对路面损坏的影响程度，以便估算公路部门需为此增加的建设投资，并制定相应的管理措施和管理法规，同时也促使公路运营部门按车重收费。

由于公路车辆动态称重装置的用途各异，目前的国内外产品的单轴载称重平均误差从±5.0％~±30％不等，相应置信度为90％或95％，最好的WIM***单轴载称重误差可以优于±5.0％，但成本太昂贵仅适应于低速场合。对大量用于轴载调查的称量***的误差一般控制在±15％至±25％之内，置信度90％。目前国内现行的动态称重传感器，沿袭静态称设计方法设计的，当通过车辆的速度增加其误差明显增大；特别是车辆在低速通过时经常处于变速的状况下，更为严重。为解决这些问题，本发明专利提供了完备的解决方案。

                           发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对目前公路车辆动态称重装置的上述问题，提出一种线缆式公路车辆动态称重装置，可以以较低的成本来提高车辆动态称重装置的称量精度和车辆通过的速度。

本发明是以如下技术方案实现的：一种线缆式中低速公路车辆动态称重装置，包括传感器和写入程序的计算机数据处理***，传感器与计算机处理***电连接，其特征是传感器包括测量通过车辆轮距、轮胎数和偏载的压电传感器(6)、(7)；检测车辆在车道中的横向位置的传感器(3)；检测车辆轴重、轴距、轴组重及总重的压电传感器(2)、(5)、(8)、(11)；检测车辆速度和加速度的测速装置，测速装置由激光发射器(1)、(4)、(9)、(10)和光电传感器(17)、(14)、(16)、(12)组成；其中各传感器及测速装置的埋设及布置方式是：

压电传感器(2)、(5)、(8)、(11)的长度方向与行车道垂直埋设在行车道上，与路面齐平；传感器(3)长度方向与行车道中心线成一定夹角埋设在传感器(2)、(5)之间与路面平齐；

传感器(6)、(7)长度方向与行车道中心线成一定夹角α并交叉布置埋设在行车道上，并位于传感器(5)和(8)之间或(11)和(8)之间；

4组激光发射器(1)、(4)、(9)、(10)安装在行车道一侧，与之相对应的光电传感器(17)、(16)、(14)、(12)安装在行车道另一侧。

所述的线缆式中低速公路车辆动态称重装置当压电传感器(3)、(2)、(5)组合仅用于检测车辆在行车道上的横向位置和轮距时，其每条压电传感器也可由一个激光发射器和一个光电传感器代替。

所述的传感器(2)、(5)、(8)、(11)与行车道中心线垂直且彼此距离不等，其中传感器(2)和传感器(5)距离L1在30-50cm，传感器(5)、(8)之间的距离L2在2.5-4m，传感器(8)、(11)之间的距离L3在3.5-5m。

其工作原理是：当车辆通过时，各传感器检测车辆的各项动态数据，并传输给计算机进行数据处理，计算机将处理计算结果并显示出来。

本发明的优点是：测量精度高，测量项目多，成本低。

                           附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明各传感器在路面布置方案主视图；

图2是图1的俯视图；

图3是本发明测量车辆速度和加速度的光电检测原理图；

图4是本发明测量车辆位于行车道中横向位置和轮距的计算原理图。

图中：1、4、9、10激光发射器，12、14、16、17光电传感器，2、5、8、11压电传感器，3、压电传感器，6、7压电传感器，13、计算机，15、接线盒。

其中坐标轴X沿行车道边缘，Y轴沿传感器(2)；B为车道宽度；y₁为一侧车轮距离行车道一侧的横向位置；

                           具体实施方式

参照图1和图2，线缆式中低速公路车辆动态装置，包括多条线缆式压电传感器、多组激光测速传感器和相应的信号调理装置以及用于信号采集和处理的计算机。

各条线缆式传感器按照本发明提出的布置方案安装于路面的沟槽内然后用绝缘胶密封，激光测速传感器安装于与行车道中心线垂直的传感器的两端。各个传感器的信号通过接线盒内的调理电路处理后传送到计算机内进行计算。

从图1中可以看出，压电传感器(2)、(5)、(8)和(11)与行车道中心线垂直；(2)和(5)之间的距离L₁较小，设在30～50cm之间；(5)和(8)之间的距离L₂设在2.5～4m之间；(8)和(11)之间的距离L设在3.5～5m之间。

激光测速光电传感器(17)、(16)、(14)和(12)及其相对应的激光发射器(1)、(4)、(9)和(10)分别安装于行车道两边并和相对应的压电传感器(2)、(5)、(8)和(11)的两端并和其在同一直线上。

压电传感器(3)位于压电传感器(2)和(5)之间并按图示方位布置。

交叉布置的压电传感器(6)和(7)位于压电传感器(5)和(8)之间，与行车道纵向中心线成一定夹角并对称布置。

参照图3，(1)和(17)、(4)和(16)、(9)和(14)、(10)和(12)各组光电测速装置中，激光发射器和光电传感器按图3所示的方案布置。每组激光发射器由a、b、c三个激光发射器组成，光电传感器也有a、b、c三个组成。

当车辆通过时，压电传感器(2)、(5)、(8)和(11)依次检测出车辆的轴载分别为w_2j、w_5j、w_8j 、w_11j；

当车辆各轴通过同一条传感器时，各轴载之和为车辆总重；四条传感器测得的总重平均为最后显示的车辆总重值：

$w=\frac{1}{4}\underset{i}{\mathrm{\Σ}}\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{w}_{\mathrm{ij}};(i=\mathrm{2,5,8,11})$

式中：n为车辆的轴数。

同时记录车轴通过传感器(2)和(5)时的时间，分别记为t₂、t₅。

当车辆通过(1)和(17)、(4)和(16)、(9)和(14)、(10)和(12)各组光电测速装置时，各激光传感器(17)、(16)、(14)和(12)检测车辆通过相应的压电传感器时的速度和加速度。以其中(1)和(17)一组为例说明计算方法如下：由图3所示，当车辆通过时车轮由激光发射器和光电传感器之间通过，光线的通断由光电传感器检测到，同过光电传感器的脉冲信号触发计算机计时的开始和结束。这样测得车轮通过两个光电传感器之间的时间；由于两传感器之间距离已知；由此可计算出速度；进而计算出加速度。由速度和两轴产生脉冲信号之间的时间可计算出轴距。

当车辆通过时，压电传感器(3)检测到同一轴上各车轮通过的时间。由于该传感器与行车道纵向成一定的夹角倾斜布置，同一车轴的左右轮通过的时间不同，分别记为t_3l、t_3r。根据传感器(3)和传感器(2)、(5)检测到的时间差别计算出车辆在行车道中所处的横向位置及轮距。计算方法如下：

假设车辆在传感器(2)、(5)之间为匀速行驶，同轴左右车轮在传感器(2)和(3)之间的时间分别为：Δt_l、Δt_r；在传感器(5)和(3)之间的时间分别为；Δt′_l、Δt′_r：

Δt_l＝t_3l-t₂；

Δt_r＝t_3r-t₂；

Δt′_l＝t₅-t_3l；

Δt′_r＝t₅-t_3r；

由几何关系可得：

$\left\{\begin{array}{c}\frac{y_1+B_a}{y_1}=\frac{\mathrm{\Δ}{t}_l}{\mathrm{\Δ}{t}_r}\\ \frac{B-y_1}{B-(y_1+B_a)}=\frac{\mathrm{\Δ}{t}_r^{\′}}{\mathrm{\Δ}{t}_l^{\′}}\end{array}\right.$

式中：B为行车道宽度；

      Ba为车辆轮距；

      y₁为一侧车轮距离行车道一侧的横向位置。

由上述方程组即可求得车辆在行车道上的横向位置y₁和轮距Ba。

$\left\{\begin{array}{c}{y}_1=\frac{\mathrm{\Δ}{t}_r^{\′}\mathrm{\Δ}{t}_r-\mathrm{\Δ}{t}_l^{\′}\mathrm{\Δ}{t}_r}{\mathrm{\Δ}{t}_r^{\′}\mathrm{\Δ}{t}_l-\mathrm{\Δ}{t}_l^{\′}\mathrm{\Δ}{t}_r}\×B\\ B_a=\frac{\mathrm{\Δ}{t}_l}{\mathrm{\Δ}{t}_r}-y_1\end{array}\right.$

当车辆通过时，由于压电传感器(6)和(7)与行车道纵向成一定的夹角，同轴上左右侧车轮不同时通过该传感器，这样即可测得同轴上左右车轮荷载，根据轮载可判断出车辆的偏载情况，同时根据轮载脉冲的个数可判断轮胎的个数。

Claims (3)

1、一种线缆式中低速公路车辆动态称重装置，包括传感器和写入程序的计算机数据处理***，传感器与计算机处理***电连接，其特征是传感器包括测量通过车辆轮距、轮胎数和偏载的压电传感器(6)、(7)；检测车辆在车道中的横向位置的传感器(3)；检测车辆轴重、轴距、轴组重及总重的压电传感器(2)、(5)、(8)、(11)；检测车辆速度和加速度的测速装置，测速装置由激光发射器(1)、(4)、(9)、(10)和光电传感器(17)、(14)、(16)、(12)组成；其中各传感器及测速装置的埋设及布置方式是：

压电传感器(2)、(5)、(8)、(11)的长度方向与行车道垂直埋设在行车道上，与路面齐平；传感器(3)长度方向与行车道中心线成一定夹角埋设在传感器(2)、(5)之间与路面平齐；

传感器(6)、(7)长度方向与行车道中心线成一定夹角α并交叉布置埋设在行车道上，并位于传感器(5)和(8)之间或(11)和(8)之间；

4组激光发射器(1)、(4)、(9)、(10)安装在行车道一侧，与之相对应的光电传感器(17)、(16)、(14)、(12)安装在行车道另一侧。

2、根据权利要求1所述的线缆式中低速公路车辆动态称重装置，其特征是当压电传感器(3)、(2)、(5)组合仅用于检测车辆在行车道上的横向位置和轮距时，其每条压电传感器也可由一个激光发射器和一个光电传感器代替。

3、根据权利要求1所述的线缆式中低速公路车辆动态称重装置，其特征在于传感器(2)、(5)、(8)、(11)与行车道中心线垂直且彼此距离不等，其中传感器(2)和传感器(5)距离L1在30-50cm，传感器(5)、(8)之间的距离L2在2.5-4m，传感器(8)、(11)之间的距离L3在3.5-5m。

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