一种货运汽车车载静态物联网称重装置及水平举升物联网称重方法与流程

本发明涉及货运车的技术领域，具体涉及一种货运汽车车载静态物联网称重装置及水平举升物联网称重方法。

背景技术：

随着货物运输产业不断扩大，测量货物实际载重量一直是困扰货车司机和供货商的一大难题。虽然可以通过地磅称量货车货物的重量，然而对于去农村或山区收购农产品的大型货车来说，这无疑是不可能实现的。比如散装水泥，水泥罐车内装有多少水泥，只有靠地中衡，没有地中衡的地方，只能根据司机说多少来裁定。水泥罐车车载计量也是同类难题。

于是出现了车载静态称重装置。车载静态称重装置是通过四个油缸将车厢或水泥罐等载具举升起一定距离比如2mm，四个油缸举升接触点均设有压力传感器，检测压力传感器的压力并计算压力总和，即可知道载重量。该重量测量有一定的不准确性，因为举升时汽车底盘不一定是绝对水平的。比较常用的办法是，移动车辆多次，数据处理单元通过显示和存储每次的称重结果，并求其平均值作为最终车载货物的重量。

所以，虽然大力发展车载称重系统已经成为一种趋势，但是目前车载称重技术存在的主要问题是称重数据误差较大(一般在10％～20％)，且使用稳定性差，限制了车载称重系统的推广和使用。

上海工程技术大学的cn103303187a公开了一种快速精确的车载称重系统，先通过货物平衡调整装置2来调整车厢在一个绝对水平的水平面内，然后才准确称重。货物平衡调整装置2实际就是油缸，有三个，两个设置在车厢前端底部左右两角，另一个设置在车厢后端底部中间位置，通过油缸的升降到同一高度，使得车厢水平。油缸与车厢底部接触位置设有压力传感器，将压力传感器的压力转换为重量，显示。

另外，物联网是新一代信息技术的重要组成部分。它是指通过各种信息传感设备，将任何需要监控、互动的物体和产生的信息，与互联网结合形成一个巨大的网络。其目的是实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接，方便识别和管理。称重系统通过物联网应用才能集成到智能管理系统中。

如何能开发一种静态车载称重装置，只需一次举升就能够准确测量出载重量，成为行业发展的共性难题。

技术实现要素：

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种货运汽车车载静态物联网称重装置及水平举升称重方法。

本发明的目的是这样实现的，一种货运汽车车载静态物联网称重装置，车厢可更换承载基础地设置在一对汽车纵梁上，包括

举升称重机构，举升称重机构包括至少n个举升油缸，n为大于等于3的正整数；举升油缸通过基座固定在支撑横梁上，支撑横梁固定在所述纵梁上，举升油缸的举升活塞顶部设有压力传感器；

水平调节机构，水平调节机构包括连通器，所述连通器包括相互连通的对应举升油缸数量的旁支水柱管，旁支水柱管固定在举升油缸的旁边；旁支水柱管液面上设有浮子，浮子顶部设有相位激光传感器；

控制机构，包括主芯片，主芯片通过光纤数据线连接压力传感器、相位激光传感器。

进一步地，浮子设有垂直定位机构，所述浮子具有最大横截面，该最大横截面有三个端点；所述垂直定位机构包括上四面体和下四面体，所述上四面体和下四面体以该最大横截面共面一体连接；上四面体具有上顶点，下四面体具有下顶点，上顶点到最大横截面具有上垂直距离小于下顶点到最大横截面具有下垂直距离。

进一步地，最大横截面为正三角形，上顶点和下顶点的连线过最大横截面的重心，且上垂直距离h1和下垂直距离h2满足h2≥2h1。

进一步地，浮子的上顶点安装有所述相位激光传感器,相位激光传感器的发射激光束垂直于最大横截面。

进一步地，最大横截面的三个顶点位置分别沿最大横截面向外延伸一横杆，标定相位激光传感器的发射激光束垂直于横杆(28)的端点所在平面，然后将定位浮球的圆心固定安装于横杆的端点。

进一步地，支撑横梁包括燕尾槽定位部，基座设有定位锥孔，基座底部设有锥形定位台，定位锥孔的旋转轴线与锥形定位台的底面垂直度小于0.02mm，锥形定位台配合压紧在燕尾槽定位部中。

进一步地，举升油缸内设有举升活塞，举升活塞包括球头，球头支座可转动地固定在球头上，球头支座的圆柱形突出部伸入箱体的盲孔中；球头支座顶部设有所述压力传感器。

进一步地，连通器中设有有色液体，旁支水柱管顶端具有空气口和自动旋盖，所述自动旋盖可接收控制机构的指令使得旁边电机启动，通过齿轮传动机构带动自动旋盖旋转，将空气口漏出，同时顶盖旋到旁边。

进一步地，还包括限倾机构，所述限倾机构包括限倾杆和限倾套，所述限倾杆安装在车厢的四个角的箱体底部，所述限倾套通过横板固定在纵梁上,限倾杆穿过限倾套的内孔，其顶端设有调节螺母,调节螺母距离限倾套底部距离为举升最大行程h，同时限倾杆在升高到h/2时倾斜触碰限倾套内孔时决定了称重车辆极限倾角。

一种货运汽车车载静态物联网称重装置的水平举升称重方法，

1)判断称重举升是否安全，车厢的底部几何尺寸中心位置安装有倾角传感器,控制机构启动倾角传感器检测汽车实际倾角β，同时判断β≥α,如果是，则显示器显示汽车太倾斜，影响称重举升安全；如果β<α,则执行步骤2)；

2)定位水平基准z0，汽车驻车且汽车发动机熄火且蓄电池供电，连通器的旁支水柱管中的液面即使在倾斜状态下也具有绝对水平面π，这使得浮在液面上的各浮子顶部的相位激光传感器也是绝对位于同一水平基准z0，且相位激光传感器发射的激光束也绝对垂直于该水平面π；

3)测各支撑点初始距shpi，激光射出打到车厢底部而返回得到测距结果，在该同一水平基准z0且垂直发射激光的前提下，分别测得旁支水柱管位置的箱底初始距离shpi,其中i＝1-n的正整数，n为举升油缸个数。

4)举升判断，计算举升行程l举,依次取水平举升距其中h为举升最大行程；计算水平举升行程l举＝shpi+hp，判断如果l举≤l限,则进入下一步骤；如果l举≥l限，则重新执行步骤4)，取下一个数，直到进入下一步骤为止；如果取l举≥l限，则报错终止；

5)举升执行，启动各举升油缸，按照各自举升行程l举执行；

6)验证水平，当举升执行完成后，测各支撑点最终距ehpi，启动相位激光传感器，分别测得旁支水柱管位置的箱底最终距ehpi,其中i＝1-n的正整数，n为举升油缸个数；由小到大排序，取最小值，其他几个举升油缸举升油缸活塞下降，并同时每隔间隔时间t测试一次距离，同时计算差值δ，直到该差值δ为零时，即完成验证水平。如果全部相等，则完成验证水平；

7)称重，传回n个举升油缸顶部的压力传感器的压力值，计算压力和，得到称重压力p，单位是n，牛顿，得到净载重单位kg,整车重量g车1＝g载+g车0，其中g车0为货运汽车的整备重量，控制机构30将g载、g车1送显示部显示。

所述货运汽车车载静态物联网称重装置，利用水平调节机构确定水平基准，通过与举升称重机构的协同配合，对货运汽车车厢内的载荷进行准确称量，称重精度小于250g，称重准确度得到大幅提升。

附图说明

图1为本发明一种货运汽车车载静态物联网称重装置的主剖视图。

图2为本发明一种货运汽车车载静态物联网称重装置的倾斜状态水平举升前状态图。

图3为本发明一种货运汽车车载静态物联网称重装置的倾斜状态水平举升后状态图。

图4为本发明一种货运汽车车载静态物联网称重装置的浮子的主视图。

图5为本发明一种货运汽车车载静态物联网称重装置的浮子的俯视图。

图6为本发明一种货运汽车车载静态物联网称重装置的限倾机构的主剖视图。

图7为本发明一种货运汽车车载静态物联网称重装置的限倾机构的称重车辆极限倾角示意图。

上述图中的附图标记：

10举升称重机构，11举升油缸，12基座，13纵梁，14基座本体，15悬臂紧固部，16举升活塞，17支撑横梁，18定位锥孔，19锥形定位台

20水平调节机构，21连通器，22中央水柱管，23旁支水柱管，24空气口，25自动旋盖，26浮子，27定位浮球，28横杆

30控制机构，31压力传感器，32相位激光传感器，33倾角传感器，34触压传感器

40限倾机构,41限倾杆，42限倾套,43调节螺母

50垂直定位机构,51上四面体,52下四面体，53上顶点,54下顶点

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作详细说明，但不用来限制本发明的范围。

如图所示，一种货运汽车车载静态物联网称重装置，包括举升称重机构10、水平调节机构20和控制机构30，举升称重机构10包括至少3个举升油缸11，举升油缸11通过基座12固定在支撑横梁17上，支撑横梁17固定在货运汽车的纵梁13上。

支撑横梁17包括本体部17.1、固定部17.2和燕尾槽定位部17.3，支撑横梁17通过固定部17.2固定连接在两纵梁13之间。固定部17.2上方固定连接有基座12，基座12包括基座本体14和紧固部15，基座本体14设有定位锥孔18，基座本体14底部设有锥形定位台19。基座本体14底部通过锥形定位台配合压紧在燕尾槽定位部17.3中获得举升活塞轴线相对于燕尾槽定位部的底面的垂直度定位，该垂直度小于0.05mm，该锥形定位台19使得悬臂紧固部15通过螺栓紧固时不影响其垂直度。举升油缸11外壳设有锥形体11.1，所述锥形体11.1定位在基座12的定位锥孔18中。举升活塞16包括球头16.1，球头支座16.2固定在球头16.1上。球头支座16.2伸入货运汽车箱体1的盲孔2中。举升活塞16的球头支座16.2顶部设有压力传感器31。举升称重机构10有两种工作状态，一种是闲置状态，一种是举升称重状态，在闲置状态，举升活塞回缩至极限位，球头支座距离盲孔底部有一定距离；举升称重状态，举升活塞伸出，球头支座顶住盲孔底部，将货运汽车箱体1水平举起，控制机构30读取压力传感器31的压力而得到汽车载重量。

水平调节机构20包括连通器21，所述连通器21包括相互连通的对应举升油缸数量的旁支水柱管23，旁支水柱管23固定在举升油缸11的旁边；连通器21中设有液体22，旁支水柱管23顶端具有空气口24和自动旋盖25，所述自动旋盖25在举升称重状态，接收到控制机构30的指令旋转自动旋盖25，将空气口24漏出，同时顶部开口。旁支水柱管23液面上设有浮子26。

浮子26设有垂直定位机构50，所述浮子26具有最大横截面26.1，最大横截面为正三角形，该最大横截面有三个端点，所述垂直定位机构50包括上四面体51和下四面体52，所述上四面体51和下四面体52以该最大横截面26.1共面一体连接。上四面体51具有上顶点53，下四面体52具有下顶点54，上顶点53和下顶点54的连续过最大横截面的重心。

沿该正三角形的重心做垂直于最大横截面的垂线，该垂线上有两个点，上顶点53位于最大横截面上方距离h1，下顶点位于最大横截面下方距离h2，h2≥2h1。该最大横截面的三个端点分别和上点、下点构成上四面体51、下四面体52。该浮子26的重心在最大横截面下方，所以上四面体51总是朝向正上方。在上四面体51上顶点位置设有相位激光传感器32。最大横截面的三个顶点位置分别沿最大横截面向外延伸一横杆28，定位浮球27的圆心安装在横杆28的端点，所述定位浮球27可保证相位激光传感器32大致位于水柱管的中心，同时可在使用前对相位激光传感器32射出的激光是否垂直于定位浮球27所在平面进行标定。

所述控制机构30包括主芯片，主芯片通过光纤数据线连接压力传感器31、相位激光传感器32、倾角传感器33、触压传感器34，主芯片包括存储模块和重量换算模块。

还包括限倾机构40，所述限倾机构40包括限倾杆41和限倾套42，所述限倾杆41安装在货运汽车箱体1的四个角的箱体底部，所述限倾套42通过横板固定在纵梁13上。限倾杆41穿过限倾套42的内孔，其顶端设有调节螺母43，旋转调节螺母43可调节限倾杆41在限倾套42中的举升限h，举升限h可在限倾杆41上标示出来，是可读的标尺。限倾机构40决定了举升限h，也决定了称重车辆极限倾角α。在绝对水平的底面上，限倾杆41几乎垂直举起，不影响称重计量。而当汽车所停底面并非绝对水平，假设货运汽车箱体向左倾斜5°，这时倾角传感器33检测到该倾斜度并未超过阀值，所以并未向控制机构30发出称重报警信息，也就是说，该倾斜状态下水平举升是安全的，水平举升后，左侧限倾杆相对于铅垂线旋转了5°。限倾杆41的杆部间隔设有多个触压传感器34，当限倾杆41触压到限倾套42的内孔，则触压传感器34向控制机构30发出称重失败信号，控制机构30命令举升油缸11的举升活塞16回缩至极限位，从举升状态返回到闲置状态,货运汽车箱体1由举升油缸11支撑变为由货运汽车纵梁13支撑。该导致触压传感器34触碰限倾套内孔的角度为重车辆极限倾角α。该极限倾角α一般都在5°-10°。车箱1的底部几何尺寸中心位置安装有倾角传感器33，倾角传感器33在称重前会检测汽车实际倾角β，向控制机构发出信息，控制机构30判断β≥α,如果是，则显示器显示汽车太倾斜，影响称重举升安全。

在倾斜状态下，水平调节机构20可作为水平举升的测量参考，与举升称重机构10协同配合共同完成水平举升工作，保证了称重的准确性。具体包括如下步骤：

1)判断称重举升是否安全，倾角传感器33在称重前会检测汽车实际倾角β，向控制机构发出信息，控制机构30判断β≥α,如果是，则显示器显示汽车太倾斜，影响称重举升安全；如果β<α,则执行步骤2)；

2)定位测距水平基准z0，汽车停止状态，为防止汽车发动机抖动，汽车发动机熄火且蓄电池供电状态。连通器21的旁支水柱管23中的液面即使在倾斜状态下也具有绝对水平面π，这使得浮在液面上的各浮子26顶部的相位激光传感器32也是绝对位于同一水平基准z0，且相位激光传感器32发射的激光也是绝对垂直于该水平面π。

3)测各支撑点初始距shpi，激光射出打到货运汽车箱体1底部而返回得到测距结果，在该同一水平基准z0且垂直发射激光的前提下，分别测得旁支水柱管23位置的箱底初始距离shpi,其中i＝1-n的正整数，n为举升油缸个数，假如n＝4，则得到shp1、shp2、shp3和shp4。

4)举升判断，计算举升行程l举,依次取水平举升距其中h为举升最大行程；计算水平举升行程l举＝shpi+hp，判断如果l举≤l限,则进入下一步骤；如果l举≥l限，则重新执行步骤3)，取下一个数，即计算水平举升行程l举＝hpi+hp，判断如果l举≤l限,则执行步骤4)；如果l举≥l限，则重新执行步骤3)，直到进入下一步骤为止；如果取l举≥l限，则报错终止；

5)举升执行，启动各举升油缸11，按照各自举升行程l举执行；

6)校正水平，当举升执行完成后，测各支撑点最终距ehpi，启动相位激光传感器32，激光射出打到货运汽车箱体1底部而返回得到测距结果，在该同一水平基准z0且垂直发射激光的前提下，分别测得旁支水柱管23位置的箱底最终距ehpi,其中i＝1-n的正整数，n为举升油缸个数，假如n＝4，则得到ehp1、ehp2、ehp3和ehp4；由小到大排序，取最小值，其他几个举升油缸举升油缸活塞下降，并同时每隔间隔时间t测试一次距离，同时计算差值δ，直到该差值δ为零时，即完成校正水平。如果全部相等，则完成校正水平；

6)称重，传回n个举升油缸顶部的压力传感器的压力值，计算压力和，得到称重压力p，单位是n，牛顿，得到净载重单位kg,整车重量g车1＝g载+g车0，其中g车0为货运汽车的整备重量，汽车设有射频识别卡(rfid)，控制机构30将g载、g车1通过有线或无线网络送入计量平台，完成无人值守自动称重计量。

为了解决“只需一次举升就能够准确测量出载重量”的技术难题，本发明通过以下手段：

(1)连通器和浮子协同实现了绝对水平且同一高度z的测距水平基准z0

连通器的各旁支水柱管23的液面顶部全部接大气压，所以即使在倾斜状态下，各旁支水柱管23的液面是处于同一水平面；该液面上的浮子，由于其最大横截面的设计，浮子顶点的激光束标定垂直于该最大横截面，浮子的最大横截面浮于液面，则浮子顶点的相位激光传感器32也位于绝对水平且同一高度的测距水平基准z0。

(2)基于测距水平基准z0测距控制举升最终位置，实现一次做到绝对水平举升。

这点体现在举升执行后的校正水平步骤中，当举升执行完成后，测各支撑点最终距ehpi，由小到大排序，取最小值，其他几个举升油缸举升油缸活塞下降，并同时每隔间隔时间t测试一次距离，同时计算差值δ，直到该差值δ为零时，即完成校正水平。如果全部相等，则完成校正水平。正是位于绝对水平且同一高度的测距水平基准z0的存在基础，使得校正水平得以精确实现。

测距水平基准z0和校正水平互为基础，协同配合，使得控制机构30做到只需一次举升就能够准确测量出载重量。

所述货运汽车车载静态物联网称重装置，利用水平调节机构确定水平基准，通过与举升称重机构的协同配合，对货运汽车车厢内的载荷进行准确称量，称重精度小于250g，称重准确度得到大幅提升。