一种用于轮轴识别器的传感器结构、轮轴识别系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型一种用于轮轴识别器的传感器结构、轮轴识别系统，公开了一种用于轮轴识别器的传感器结构，包括N个压力传感器，N个压力传感器呈直线阵列方式排列，相邻两个压力传感器距离X<Dmin-W，X<W，d≤X/2，其中Dmin为车辆最小双胎间距，d为传感器直径，W为车辆轮胎有效着地宽度。同时本实用新型还公开了采用该传感器结构轮轴识别系统，该识别系统包括前述传感器结构、N个运算放大器、N个比较器、单片机和主控仪，每个压力传感器与一个运算放大器连接，每个运算放大器与一个比较器连接，每个比较器与单片的I/O口连接，单片机与主控仪连接。本实用新型摒弃由传统A/D转换模块将电压信号转换为数字信号的环节，可以省去A/D转换模块硬件成本。
【专利说明】一种用于轮轴识别器的传感器结构、轮轴识别系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉一种计量方法领域，特别涉及一种用于轮轴识别的传感器结构、轮轴识别系统。
【背景技术】
[0002]随着国家经济的发展和城市化进程的加速，交通运输中的大中型货运车辆的比率日益增加，交通量迅速上升，车辆超载、超限现象也变得越来越普遍和严重。交通部2000年颁布的第2号令《超限运输车辆行驶公路管理规定》和国家七部委联合发布的《关于在全国开展车辆超限超载治理工作的实施方案》(交公路发(2004)219号)，规定运用经济与行政相结合的手段对通过的超限车辆进行必要的执法处理，以有效保证桥梁和公路的使用寿命。准确检测并获取尽可能多的车辆特征数据，是公路和桥梁计重收费、超限车辆执法等领域的关键依据，其中车辆的轮胎类型就是必不可少的特征数据。
[0003]轮轴识别器又称轮胎识别器，与计重设备一起安装配套使用，主要用于检测车辆通过时的每轴轮胎数，并可结合系统整体功能识别车速、轮轴、车型等。轮轴识别器设备伴随着计重收费的实行不断发展，各个厂家根据掌握的不同技术和原理，设计出不同的产品O
[0004]目前轮轴识别器从原理来划分主要有开关型和压力传感型。在具体的结构设计中，二者产生电压的压力传感器排列方式基本一致，即每条轮轴识别器安装9?16个模块，模块间距约为8?15cm。单双轮的判断原理则根据所有模块输出信号的位置和数量确定:当信号总数小于或等于某个数m(m可取2?5)，且连续的模块有车轮压过时，为单轮；当信号总数大于或等于某个数η (η可取3?6)，或者中间不连续的在k (k可取I?3)个以上的模块有车轮压过时，为双轮。这种判断原理需要事先确定m，n，k三个数，由于各种类型车辆轮胎的有效着地宽度和双胎间距各不相同，m, n, k三值不易选取，没有统一标准，造成各厂家的轮胎识别正确率偏差较大。
实用新型内容
[0005]有鉴于此，本实用新型提供一种用于轮轴识别的传感器结构，同时提供一种新的轮轴识别系统，该方法通过确定传感器是否产生连续的变化信号确定是单胎还是双胎，简单可靠。
[0006]本实用新型的目的之一是通过这样的技术方案实现的，一种用于轮轴识别器的传感器结构，该传感器结构包括N个压力传感器，N个压力传感器呈直线阵列方式排列，相邻两个压力传感器的距离X〈Dmin_W，X〈W，d ( X/2，其中Dmin为车辆最小双胎间距，d为传感模的直径，W为车辆轮胎有效着地宽度。
[0007]本实用新型的目的之二是通过这样的技术方案实现的，一种轮轴识别系统，包括N个压力传感器、N个运算放大器、N个比较器、单片机和主控仪，每个压力传感器与一个运算放大器连接，每个运算放大器与一个比较器连接，每个比较器与单片的I/O 口连接，所述单片机与主控仪连接。
[0008]进一步，所述N个压力传感器呈直线阵列方式排列，压力传感器彼此间的距离为X〈Dmin-W，X〈W，d ( X/2，其中Dmin为车辆最小双胎间距，d为传感模的直径，W为车辆轮胎有效着地宽度。
[0009]由于采用了上述技术方案，本实用新型具有如下的优点:
[0010]1、根据上述压力传感器间距设定方法，当车轮压过各压力传感器时产生连续的变化信号时，可判断为单胎，若产生的变化信号不连续则判断为双胎，该方法简单可靠。
[0011]2、本实用新型所述轮轴识别系统摒弃了由传统的A/D转换模块将电压信号转换为数字信号的环节，可以省去A/D转换模块的硬件成本；二是由硬件比较器代替单片机软件处理程序的比较过程，降低单片机处理器的处理开销。并且，各路电压信号可以单独自动放大、比较，互不干扰。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细描述，其中:
[0013]图1为轮胎作用于轮轴识别器效果图；
[0014]图2为轮轴识别系统的原理框图；
[0015]图3为压力型轮轴识别流程图。
【具体实施方式】
[0016]以下将结合附图，对本实用新型的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本实用新型，而不是为了限制本实用新型的保护范围。
[0017]在众多类型的轮轴识别器中，各个压力传感器间距确定十分关键，现有产品通常根据经验大致设定一个数值，并没有合理依据，轮轴识别率参差不齐，本实用新型总结了一种新的压力传感器间距确定方法，可准确识别车辆轮胎类型。
[0018]设压力传感器的直径为d，相邻压力传感器的中心间距为X，车辆最小双胎间距为Dmin，相应车辆轮胎I有效着地宽度为W，X的取值需要满足两个条件:
[0019]1.轮轴识别器3在设计前，各压力传感器2的中心间距X值根据《载重汽车轮胎规格、尺寸、气压与负荷》国家标准GB/T2977-2008以及安装路段行驶车辆主要类型确定，那么X值应为:
[0020]X<Dmin-ff 式(I)
[0021]将国家标准GB/T2977-2008提供的不同轮胎最大使用尺寸和最小双胎间距代入式(I)，可以计算出相应的压力传感器中心间距邻界值，因此，实际应用中，为了有效识别所有轮胎类型，X值小于压力传感器中心间距邻界值最小值。
[0022]2.间距X应小于车辆轮胎有效着地宽度W，即:
[0023]X<ff式(2)
[0024]以保证车辆轮胎可以完全有效作用于一定数量的压力传感器。
[0025]在X取值基础上，压力传感器直径d应满足:
[0026]d 彡 X/2式(3)
[0027]另外，轮轴识别器的长度与称重平台相适应，不但保证车辆轮胎完全作用于轮轴识别器上，还需要配合称重平台计算车辆轴重、总重。通常情况下，普通车道检测宽度1700mm，超宽车道检测宽度2100mm。
[0028]同一时刻，车辆轮胎作用于轮轴识别器的阵列压力传感器接触效果如图1所示。
[0029]根据上述压力传感器间距设定方法，当车轮压过各压力传感器时产生连续的变化信号时，可判断为单胎，若产生的变化信号不连续则判断为双胎。
[0030]此种轮轴识别判断单双轮的方法使用范围不局限于开关型和压力传感型，压力传感器排列呈直线阵列方式基本可通用。
[0031]根据上述思想，本发明提供一种用于轮轴识别器的传感器结构，该传感器结构包括N个压力传感器，N个压力传感器呈直线阵列方式排列，相邻两个压力传感器的距离X〈Dmin-W，X〈W，d ( X/2，其中Dmin为车辆最小双胎间距，d为传感模的直径，W为车辆轮胎有效着地宽度。
[0032]轮轴识别器采用压力传感型，其结构简单，安装方便，实际应用较多。这种形式的轮胎识别器由弹性体电阻应变片、引线及外壳等部分组成。当车辆压上时，弹性体承载重力有一与重力成正比的形变，电阻应变片粘贴在弹性体上，与弹性体有相同的形变，由此产生电阻变量，在供桥电路作用下，桥路的输出端产生与重力成正比的电压，从而得到电信号。
[0033]根据压力传感器产生电信号的基本原理，以获取车轮压过多个传感器可识别的数字信号编码为目的，并为了克服现有压力传感型轮轴识别器电路复杂，自身功耗大，路间干扰大，成本高的缺点，本系统的压力传感电压信号采用了“路-路放大，路-路比较”的硬件处理模式，一是摒弃了由传统的A/D转换模块将电压信号转换为数字信号的环节，可以省去A/D转换模块的硬件成本；二是由硬件比较器代替单片机软件处理程序的比较过程，降低单片机处理器的处理开销。并且，各路电压信号可以单独自动放大、比较，互不干扰。
[0034]本系统结构设计如图2所示。
[0035]由于压力传感器产生的初始电压信号相当微弱，所以传感器信号必须经过一个放大倍数比较大的运算放大器之后，再送入各路对应的比较器。比较器负责将运算放大器输出的电压信号同基准电压信号进行比较，如果放大器信号大于基准电压信号，则输出高态，小于基准电压信号则输出低态。单片机处理器负责扫描各路比较器输出的TTL电平信号，通过内部程序处理，将各路压力传感器状态通过编码后由串口输出给主控仪器。每路比较器输出分别与单片机各1 口相接。整个流程如图3所示。
[0036]单片机扫描频率主要根据车辆压过传感器时的速度确定，以车辆速度36km/h即10m/s为例计算，设车轮有效接触压力传感器直径为30mm，从车轮开始压传感器到离开传感器，车轮接触的弧长实际约为200mm，因此车轮压过传感器的时间约为20ms。由力学可知，传感器的受力为抛物线，程序中去头去尾后为有效的受力时间，这段时间大约为20ms的一半，也就是10ms，要在1ms中准确的判断出有无车轮压到传感器，要求单片机的扫描速度不少于100Hz，实际中车速是不确定的，加上对可靠性的要求，将实际扫描速度提升到100Hz ο
[0037]以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
【权利要求】
1.一种用于轮轴识别器的传感器结构，其特征在于:该传感器结构包括N个压力传感器，N个压力传感器呈直线阵列方式排列，相邻两个压力传感器的距离X〈Dmin-W，X<ff,d ( X/2，其中Dmin为车辆最小双胎间距，d为传感模的直径，W为车辆轮胎有效着地宽度。
2.一种轮轴识别系统，其特征在于:包括N个压力传感器、N个运算放大器、N个比较器、单片机和主控仪，每个压力传感器与一个运算放大器连接，每个运算放大器与一个比较器连接，每个比较器与单片的I/O 口连接，所述单片机与主控仪连接；所述N个压力传感器呈直线阵列方式排列，压力传感器彼此间的距离为X〈Dmin_W，X〈W，d彡X/2，其中Dmin为车辆最小双胎间距，d为传感模的直径，W为车辆轮胎有效着地宽度。
【文档编号】G01G19/03GK204085749SQ201420393444
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年7月16日 优先权日:2014年7月16日
【发明者】雷荣富, 杜长东, 黄丹, 唐练, 张洪明, 熊山山, 班钊, 何春虎, 朱世宇, 徐先春, 李雪 申请人:重庆市华驰交通科技有限公司