一种车载式非接触车辆荷载质量动态监测装置及检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及车辆重量检测技术领域，具体是一种车载式非接触车辆荷载质量动态 监测装置及检测方法。
【背景技术】
[0002] 车辆超载不仅会造成道路交通事故，而且因交通事故引发的爆炸、火灾等其他危 险情况，直接危害到人民群众的生命安全，还会导致道路过早地破坏、减少道路使用寿命、 增加道路养护成本并影响行车的舒适性和安全性，因此方便准确及时地获取车辆的载重信 息，可W有效防止车辆超载对道路、桥梁的破坏，保证道路的安全畅通。
[0003] 目前，车辆的荷载质量测量有静态测量和动态测量两类，静态测量虽然精确高，但 需要将整车或单轴放到安装在地面上的传感器平台上进行测量，检修系统规模大，容易造 成交通不畅，适用性较差；动态称重可W实现车辆的不停车称重，但是其受汽车振动、路面 不平、汽车车速等影响较大，测量精确不高，尤其是车速较高时，测试结果可能不可信。
[0004] 现有的车辆荷载质量检测系统，大多都是在地面上安装压电传感器或应变仪等检 测传感器，当车辆通过检测传感器时，检测传感器信号变化，再综合应用数字滤波、信号处 理或多传感器融合技术等计算出车辆质量。该种方法需要在地面上安装称重平台，建设周 期长，造价高，并且检测精确受车速等因素影响较大。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种车载式非接触车辆荷载质量动态监测装置及检测方 法，W解决上述【背景技术】中提出的问题。
[0006] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0007] -种车载式非接触车辆荷载质量动态监测装置，包括激光位移传感器、加速度传 感器、测量电路、数据采集处理模块、整车质量计算模块、CAN通讯模块、显示模块和存储模 块，所述激光位移传感器设有四个，所述加速度传感器设有两个，其中两个所述激光位移传 感器分别安装在前轴左右两侧上方的车架上，其中一个所述加速度传感器安装在前轴中间 位置上方的车架上，另两个所述激光位移传感器分别安装在后轴左右两侧上方的车架上， 另一个所述加速度传感器安装在后轴中间位置上方的车架上，所述前轴和后轴的激光位移 传感器和加速度传感器分别连接一个测量电路，两个所述测量电路分别连接一个数据采集 处理模块，两个数据采集处理模块均连接到整车质量计算模块，所述整车质量计算模块通 过CAN通讯模块连接到设置在驾驶室的显示模块和存储模块。
[0008] 作为本发明进一步的方案；所述测量电路包括信号放大电路和信号采集电路。
[0009] 作为本发明再进一步的方案；所述放大电路包括高速运算放大器AD8032A、运算 放大器AD8310和高速运算放大器AD8032B，所述高速运算放大器AD8032A提供前级放大功 能，将信号放大到可W处理的程度，再经运算放大器AD8310和外围原件一起构成的限幅滤 波器整形，再经一级高速运放AD8032B把信号增强到可W采集的程度；所述信号采集电路 包括TLV5580AD芯片和EP2C8Q208开发板，采集信号经放大滤波输入到TLV5580AD芯片的 26号管脚上，所述TLV5580AD芯片的D0-D7是转换好的数字信息，分别连接到EPSC8Q208 开发板的63、64、65、68、69、70、71、73引脚上，所述TLV5580AD芯片的驱动时钟信号由 EP2C8Q208开发板的75脚提供。
[0010] 作为本发明再进一步的方案：所述激光位移传感器采用激光位移测量模块 CDG22000,所述加速度传感器采用MPU6050模块，所述CAN通讯模块中CAN控制器采用 MCP2515，CAN总线收发器采用TJA1050,所述存储模块采用mircoSDCard读写模块。
[0011] 作为本发明再进一步的方案；包括静态质量标定和动态校准标定，具体方法如 下：
[0012] 设车辆的整车整备质量为M，黃载质量为Ms,非黃载质量为Mu,由于载货车辆大多 采用钢板弹黃，同时同车轴左右弹黃的结构参数相同，忽略制造或者装配等因素对钢板弹 黃负荷特性的影响，可W认为同轴左、右钢板弹黃具有相同的负荷特性即设前、后轴板黃 的弹性刚度为kl，k2,当车辆息架弹黃处于自由状态时，4个传感器读数分别设为X0LX02， X03和X04。其中X01为前轴左侧激光位移传感器读数，X02为前轴右侧激光位移传感器读 数，X03为后轴左侧激光位移传感器读数，X04为后轴右侧激光位移传感器读数，在标定中， 设车辆的加载质量为m，此时4个激光位移传感器的读数分别为XII，X12,X13和X14,则有：
[0013]Mu+m=kUXll-X01)+kl狂 12-X02)+k2 狂 13-X03)+k2 狂 14-X04)
[0014]由于M=Mu+Ms则有：
[0015]M+m=Mu+m1+Ms=Mu+m1+Msl+Msr
[0016] 其中Msl为前轴非黃载质量，Msr为后置费黃载质量。
[0017]M+m=kl(Xll-X01)+kl(X12-X02)+Msl+k2(X13-X03)+k2(X14-X04)+Msr
[0018]令化=kUXll-X01)+kl狂 12-X02)+Msl，YR=k2 狂 13-X03)+k2 狂 14-X04)+Msr
[0019] 其中化为前轴荷载质量，YR为后轴荷载质量。
[0020] YL=kUXll巧12)-kUX01+X02)+Msl
[0021] YR=k2 狂 13巧 14) -k2 狂03巧04)+Msr
[0022] 化=kUXll巧12)+C1
[0023]YR=k2 狂 13巧 14) +C2
[0024] 其中C1，C2为常数：
[00巧]C1 =-kl〇(01+X02)+Msl
[0026]C2 = -k2 狂03巧04)+Msr
[0027]由W上分析可知车辆荷载质量为：
[0028]m=YL+YR-M
[0029] 利用W上公式，可W通过加载已知的荷载质量，测量传感器的数值，W上过程进行 多次，然后将测量到的数据进行拟合获得标定结果；
[0030] 所述静态质量标定的方法是将车辆放置在水平路面上，让车辆处于静止状态，然 后进行W下步骤的标定：
[0031] (1)将一个已知质量的配重放在车辆中间，然后沿车辆纵向方向移动若干次，每移 动一次位置，在地磅上分别称出前轴和后轴的质量，并获得4个激光位移传感器的读数；
[0032] (2)换一个已知质量的配置重复步骤（1);
[003引 做空载时，再称一次；
[0034] (4)将通过W上操作获得的多组数据进行数据拟合分别获得kl，C1，k2,C2该4个 参数，完成标定过程；
[0035] 所述动态校准标定包括车辆纵向加速度对前、后后荷载质量计算影响的校准和车 辆垂直加速度对前、后荷载质量计算影响的校准，两类校准标定的步骤相同，具体步骤如 下：
[0036] (1)在车辆上加载一定的配重质量，操纵汽车W-定速度行驶，根据静态标定结果 由激光位移传感器的读数计算出车辆在某一加速度下车辆前、后轴的荷载质量。分别获得 前、后轴荷载质量与加速之间的对应关系；
[0037] (2)根据计算荷载和加速度数据，计算出不同加速度下的测量误差，从而拟合出校 准关系曲线。
[0038] 作为本发明再进一步的方案：所述静态质量标定过程中，至少选择两种质量的配 重进行加载标定，标定中至少称重5次，即至少测量5组数据。
[0039] 与现有技术相比，本发明的有益效果是；系统结构简单，成本低，检测精确高，可W 广泛应用于车辆尤其是载货车辆质量动态检测中，采用本发明可W实时监测车辆的荷载质 量，驾驶员可W清楚的知道车辆是否超载，利用存储的质量数据还可W评价企业载货汽车 利用效率和节能性能，检测到的实时荷载质量数据可W成为开发车辆主动安全系统的基础 数据。
【附图说明】
[0040] 图1为车载式非接触车辆荷载质量动态监测装置及检测方法的结构示意图。
[0041] 图2为车载式非接触车辆荷载质量动态监测装置及检测方法中传感器的安装图。
[0042] 图3为车载式非接触车辆荷载质量动态监测装置及检测方法中信号放大电路图。
[0043]图4为车载式非接触车辆荷载质量动态监测装置及检测方法中信号采集电路图。
[0044]图5为车载式非接触车辆荷载质量动态监测装置及检测方法中前轴静态荷载质 量标定结果。
[0045]图6为车载式非接触车辆荷载质量动态监测装置及检测方法中后轴静态荷载质 量标定结果。
[0046]图7为车载式非接触车辆荷载质量动态监测装置及检测方法中前轴动态荷载。
[0047]图8为车载式非接触车辆荷载质量动态监测装置及检测方法中前轴动态校准结 果。
[0048] 图9为车载式非接触车辆荷载质量动态监测装