专利名称：汽车负荷量数字显示与行驶状况记录仪及其查询仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种汽车负荷量数字显示与行驶状况记录仪及其查询仪，属于测量仪器技术领域。
背景技术：
汽车主要零部件、特别是受力零部件设计最重要的依据是额定载重量。汽车的载重量是静载，由于路面凹凸不平，行驶时发生颠簸，车辆的装载重量和部分自重必然产生未预计到的附加冲击载荷，使车辆有可能出现瞬间大幅过载现象。因此，对于行驶中的汽车，考察其实际负荷量才是合适的，才能准确地反映车辆的实际受力状况。汽车严重超载，不但直接影响车辆使用寿命，而且严重威胁道路交通、桥梁及人身安全。因此，准确确定装载量和行驶时的实际负荷量是必要的。但现在尚无可以自动检测、显示行驶时的实际负荷量的技术装备，所以无法确定合理的装载量，也难以及时发现超载车辆和准确确定超载量。目前只能用汽车衡称重来确定车辆的装载量，由于汽车衡是一种固定设施，因此，无法随时随地实现对汽车装载量称重。通常情况下，汽车装载货物时，仅凭肉眼观察钢板弹簧的变形情况来推测是否超载；道路交通安全管理部门对车辆检查时，也以钢板弹簧的变形来判断是否超载和超载量的多少，这是无法准确做到的；新车起始的1-2万公里行程是磨合期，要求实际负荷量不超出额定载重量的50％，只凭观察钢板弹簧的变形是无法达到要求的；车辆的维修、剩余寿命估计、报废，依据的仅仅是行驶里程或使用年限，而未考察行驶状况，包括行驶速度、实际负荷量、对应的时间长短等因素，因此得出的结论很难做到客观、真实。
发明内容
本发明的目的其一是提供一种用于汽车的测量仪器，它是将汽车的实际负荷量定量地数字显示于驾驶室，实时同步纪录汽车的速度、包括因路面凹凸不平引起的附加动载荷在内的实际负荷量、实时时钟信号等行驶状况要素，数字化后压缩、存储，建立汽车全寿命使用期内的使用状况记录仪。本发明的另一个目的是提供一种用于读取记录仪数据的专用查询仪，它是通过提取使用状况记录仪内的数据并经解码后，实现对车辆的按时间段、负荷量分档等要素分类查询，并在需要时可生成相应报表。
本发明的汽车负荷量数字显示与行驶状况记录仪技术方案是这样实现的它有一个能固定在后桥与大梁之间的负荷量传感器信号发生装置，它主要由负荷量传感器和起固定及防护作用的固定防护座组成，用于获得因车辆负荷量引起后桥与大梁之间产生的相对位移而使负荷量传感器输出信号；有一个能安装于驾驶室内的集成系统；它主要由一个负荷量信号处理电路与车速信号处理电路组成；其中的负荷量信号处理电路主要由滤波、放大器和A/D(模拟/数字)转换器以及微型计算机组成；车速信号处理电路主要由车速信号处理装置和微型计算机组成；微型计算机的信号输出端连接有负荷量、车速、实时时钟数字量显示器，压缩装置(编码器)，行驶状况记录器以及接口；负荷量传感器发出的负荷量电信号，经过滤波、放大器后，在微型计算机内时钟驱动器发出的同步时钟信号控制下，由A/D(模拟/数字)转换器将负荷量电信号转换成一数字信号，并存入微型计算机，与此同时，车速测量装置发出的电信号，也由微型计算机发出的同步时钟信号控制，经车速信号处理装置处理后，一并存入微型计算机；微型计算机内的负荷量数字信号和车速数字信号，分别进行定度；所述微型计算机内经过定度的负荷量、车速数字量信号和实时时钟数字信号一路送数字量显示器显示；与此同时，另一路数字量信号送压缩装置(编码器)，对计算机文件进行固定压缩字符后，存入行驶状况记录器；微型计算机中的CPU(中央处理器)调取行驶状况记录器内的数据，由接口传输出微型计算机；本发明的一种在需要时用于提取上述汽车负荷量数字显示与行驶状况记录仪中数据信号的查询仪的技术方案是它为一独立的装置，主要由包含CPU、解码器和应用软件的数据接受处理装置，分类查询选择键盘，显示器以及打印机组成；数据接受处理装置的二个输入端可与分类查询选择键盘和微型计算机的接口连接，二个输出端分别与显示器以及打印机连接；数据接受处理装置接口接受由微型计算机中的CPU(中央处理器)从行驶状况记录器中取出的压缩信号，经解码器解码后，由分类查询选择键盘输入查询指令，在应用软件的支持下形成查询文件，由显示器显示，打印机打印。
本发明的基本原理和技术效果是
由于车箱置于大梁上，大梁与支承于后桥的钢板弹簧连接，装载货物时，上翘的钢板弹簧受压逐渐变平，即大梁相对于后桥产生位移，相对位置发生变化，相对位移量与车辆负荷量有着一一对应的关系。当使用这样一类传感器即测取大梁与后桥相对位移量或位置量改变引起传感器受力改变时、其输出信号产生的增量的传感器(包括荷重传感器及压力传感器)，或使用另一类传感器即直接测取相对位移量或位置量的传感器(包括位移传感器、位置和距离传感器)，于是即可获得汽车负荷量的模拟量。就负荷量传感器11是使用荷重传感器中的负荷传感器11’的优选实施例而言(见图1、3、4)，它是在大梁上设置压缩弹簧，在后桥上设置负荷传感器11’，压缩弹簧与负荷传感器11’常接触，并有一定的预压缩量，大梁相对于后桥的位移量成为压缩弹簧的压缩增量，弹簧力使负荷传感器11’产生输出信号，经A/D转换、标度，获得汽车的负荷量。使用压力传感器时的情况与使用负荷传感器时相同。也可以用位移传感器测取大梁相对于后桥的位移量，经A/D转换、标度，就可获得车辆负荷量；还可以用位置和距离传感器确定大梁相对于后桥的位置关系，由位置量经A/D转换、标度，获得车辆负荷量。
对于使用数字式车速里程表的车辆，车速数字信号由数字式车速里程表直接提供；对于其它车辆，可另行将机械式车速表的模拟信号转换成车速数字信号。
实时时钟信号由微型计算机内相应集成电路提供。
本发明使用负荷传感器11’测取汽车负荷量的优选实施方案中(见图1、3、4)，车厢装载货物后(标称重量Qn，并依次增加)，大梁2与后桥13之间发生相对位移，两者之间的距离Ln变小，弹簧7受压变短，产生弹簧力fnfn＝c1ΔLn式中 c1一弹簧7的刚度系数，kgf/mm；ΔLn-装载量为Qn时，弹簧7的被压缩量，mm。
弹簧7产生的弹簧力fn即为负荷传感器11’承受的力，负荷传感器11’输出的模拟信号经A/D(模拟/数字)转换后为qn，qn就等于fn，于是就可将负荷传感器11’的一系列输出量qn标度为车辆对应的负荷量Qn。
本发明的汽车负荷量数字显示与行驶状况记录仪是一个自成独立系统的仪器设备，与车辆原有电器、线路、仪表分离，安装时只需将传感器、显示器固定在车辆的相应部位即可，不需要改变车辆原有构件的结构、形状或尺寸，因此无论对现有车辆，还是装配过程中的新车辆，都易于实现；将车辆的实际负荷量定量地数字显示于驾驶室，便于驾驶人员掌握装载量，同时便于道路交通安全管理部门执法时核查；行驶状况记录仪只接收本发明中传感器测取的、经过编码器压缩的无法删除或更改的数据，以保持数据的完整、连续、真实；行驶状况记录仪中的压缩数据传输给查询仪解码后，在用户软件的支持下即可实现分类查询，生成相应报表，提供车辆的全寿命使用状况数据，以便长期跟踪、随时随地核查车辆使用状况，同时为汽车保险、保养、剩余寿命估计、报废、可靠性设计提供基础数据。
图1是本发明记录仪中负荷量传感器信号发生装置1及其安装位置示意图，图中，负荷量传感器11为负荷传感器11’；图2是本发明记录仪的基本结构图；图3是本发明的一个实施例当图2中的车速测量装置20是角位移传感器29时的基本结构图，适用于安装了机械式车速表的车辆；图4是本发明的又一个实施例当图2中的车速测量装置20是数字式车速里程表32时的基本结构图，适用于安装了数字式车速里程表的车辆；图5是集成系统用集成盒28’安装于驾驶室的示意图。
图6是查询仪结构示意图。
具体实施例方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的说明如图1、2、3、5所示，是本发明的汽车负荷量数字显示与行驶状况记录仪一个优选实施例，其中，负荷量传感器11为负荷传感器11’，车速测量装置20为角位移传感器29，其具体技术方案是1)、它有一个负荷量传感器信号发生装置1，能固定在后桥13与大梁2之间，由负荷量传感器11和固定防护座组成，其中的负荷量传感器11是能测取大梁2与后桥13相对位移量或位置量改变引起传感器受力改变，使传感器输出信号产生的增量的传感器，该类增量的传感器是荷重传感器，或压力传感器，本实施例是荷重传感器中的负荷传感器11’(如图1、3、4所示)，安装于由上座6和下座10组成的固定防护座内；上座6与下座10为一筒形有底套子，二者活动接触面上有密封圈8，防止水和灰尘等进入，也可以不设密封圈；负荷传感器11’上有一压头9，使二者始终处于接触状态的是具有一定预压缩量的弹簧7；上座6上连接一具有独立开关控制的能调节温度的电阻加热器3；负荷量传感器信号发生装置1用于获得因车辆负荷量引起后桥13与大梁2之间产生相对位移而使负荷传感器11’输出信号；上座6一般还衬以上垫4后用螺钉5固定于大梁2上，下座10衬以下垫12后用固定环14、螺钉15固定于后桥13上；电阻加热器3制成螺栓形式固定于上座6上，并具有独立的开关；工作时车辆负荷量传感器信号发生装置1中无发热元件，因此环境温度不会超出负荷传感器11’的最高工作温度(负荷传感器11’允许的工作温度范围为-20-+100℃)，不需冷却措施；如车辆负荷量传感信号发生装置1的环境温度过低，低于负荷传感器11’允许的最低工作温度，可启动电阻加热器3加热；2)、有一个集成系统28，通过一集成盒28’安装于驾驶室内；该集成系统由一个负荷信号处理电路与车速信号处理电路组成；其中的负荷信号处理电路由滤波、放大器16和A/D(模拟/数字)转换器17以及微型计算机22组成；滤波、放大器16输出端还连接一个比较、开关电路18，该比较、开关电路18与负荷程度光信号显示器19连接；车速信号处理电路由车速信号处理装置21和微型计算机22组成；微型计算机22的信号输出端连接有负荷量、车速、实时时钟数字量显示器23、压缩装置(编码器)24、行驶状况记录器25以及接口26；负荷传感器11’发出的负荷量电信号，经过滤波、放大器16后，其中一路在微型计算机22内时钟驱动器发出的同步时钟信号控制下，由A/D转换器17将负荷量电信号转换成一数字信号，并存入微型计算机22；与此同时，车速测量装置20、即本实施例(如图3所示)安装于机械式车速表末级的角位移传感器29发出转角电信号，也由微型计算机22发出的同步时钟信号控制，经车速信号处理装置21、即本实施例(如图3所示)的滤波、放大器30和A/D转换器31处理后，一并存入微型计算机22，所述处理是在微型计算机22发出的同步时钟信号控制下，使A/D转换器31与负荷信号处理电路中A/D转换器17同时采样，车速模拟信号转换为一数字信号；微型计算机22内的负荷量数字信号和车速数字信号，分别进行定度；所述微型计算机22内的负荷量、车速和实时时钟数字量信号一路送数字量显示器23显示；与此同时，另一路数字量信号送压缩装置(编码器)24进行压缩；由于在微型计算机22内生成的负荷量、车速和实时时钟信号为文本文件和数据文件，属计算机文件类，压缩装置(编码器)24采用时间编码技术中序列时间码范畴的位图法(Bit Mapping)编码，对计算机文件进行固定压缩字符后，存入行驶状况记录器25；微型计算机22中的CPU(中央处理器)调取行驶状况记录器25内的数据，由接口26输出；滤波、放大器16和30，A/D转换器17和31，微型计算机22，负荷量、车速、实时时钟数字量显示器23，压缩装置(编码器)24，行驶状况记录器25，接口26，都安装于集成系统28的集成盒28’中，系统集成盒28’安装于驾驶室(见图5)内；汽车负荷量自动监测显示与行驶状况记录仪各部分所需电源由车辆电瓶提供；上述方案中，负荷传感器11’的工作温度范围为-20～100℃，零点漂移和灵敏度变化引起的误差为0.45％R.O(R.O为负荷传感器11’额定输出)，温度灵敏度变化为0.02％示值/10℃；A/D转换精度为0.1％，定度精度为0.5％；A/D转换器17和31或采样装置33的采样频率范围为50-100次/秒；压缩装置(编码器)24为时间编码技术中的序列时间码范畴的位图法(Bit Mapping)编码。
如图4所示的实施例与前述实施例不同之处是所述车速测量装置20是安装于车辆上的数字式车速里程表32；所述的车速信号处理装置21是采样装置33，在微型计算机22内时钟驱动器发出的同步时钟信号控制下，直接由采样装置33从数字式车速里程表32采集车速数字信号后送微型计算机22。
本发明的记录仪其它实施例为，其中的负荷量传感器11是一个能测取大梁2与后桥13相对位移量或位置量的传感器，该类位移量或位置量的传感器是位移传感器或位置和距离传感器，安装于主要由上座6和下座10组成的固定防护座内。如果负荷量传感器11自身有保护罩，则只需要固定座。
图6是本发明的一种在需要时能对上述汽车负荷量数字显示与行驶状况记录仪中数据信号进行查询的查询仪27的实施例它由包含CPU、解码器和应用软件的数据接受处理装置35，分类查询选择键盘34，显示器36以及打印机37组成；数据接受处理装置35的二个输入端可与分类查询选择键盘34和微型计算机22的接口26连接，二个输出端分别与显示器36以及打印机37连接；数据接受处理装置35从接口26接受由微型计算机22中的CPU(中央处理器)从行驶状况记录器25中取出的压缩信号，经解码器解码后，准确地恢复为计算机文本文件和数据文件，再由分类查询选择键盘34输入查询指令，在应用软件的支持下生成相应报表，显示器36显示，打印机37打印；查询仪27为一独立装置，可接收所有车辆安装的行驶状况记录器25中的信号，但不安装在车辆上，不需要随车携带，也不需要每辆车都配备。
图1中，车辆空载时，弹簧7已有一定的预压缩量，因此将车辆装载前负荷传感器11’的输出设为零点，以消除弹簧7的预压缩和车箱等预负荷带来的影响。
以下进一步以使用负荷传感器11’监测车辆负荷量的优选实施方案为例，对车辆负荷量示值误差作说明如下负荷传感器11’技术指标为非线性误差为0.03％R.O.(R.O.-负荷传感器11’额定输出，下同)；滞后误差为0.02％R.O；温度引起的零点漂移为0.02％R.O./10℃；温度灵敏度变化为0.02％示值/10℃；在负荷传感器允许的工作温度范围内(-20-+100℃)，如果不进行温度补偿，在最极端情况下，即-20℃定度、+100℃使用，或+100℃定度、-20℃使用，由零点漂移和灵敏度变化引起的误差为[(0.02％+0.02％)R.O./10℃]×120℃＝0.48％R.0.
一般要求设定的其它技术指标为A/D转换精度为0.1％；定度精度为0.5％。
因此，使用负荷传感器11’时，车辆负荷量示值极限误差为±(0.03+0.02+0.48+0.1+0.5)％R.O.＝±1.13％R.O；而均方误差为±0.70％R.O。
使用其它传感器时的情况与此相类似。由此可见，作为非商业计量，用传感器检测车辆的实际负荷量，即使在最不利、最严酷的情况下使用，其精确度仍然是足够的。
权利要求
1.汽车负荷量数字显示与行驶状况记录仪，其特征在于，它具有一个能固定在后桥(13)与大梁(2)之间的负荷量传感器信号发生装置(1)，它主要由负荷量传感器(11)和固定防护座组成，用于获得因车辆负荷量引起后桥(13)与大梁(2)之间产生的位移而使负荷量传感器(11)输出信号；一个能安装于驾驶室内的集成系统(28)；它主要由一个负荷量信号处理电路与车速信号处理电路组成；其中的负荷量信号处理电路主要由滤波、放大器(16)和A/D转换器(17)以及微型计算机(22)组成；滤波、放大器(16)输出端还连接一个比较、开关电路(18)，该比较、开关电路(18)与负荷程度光信号显示器(19)连接；车速信号处理电路主要由车速信号处理装置(21)和微型计算机(22)组成；微型计算机(22)的信号输出端连接有负荷量、车速、实时时钟数字量显示器(23)，压缩装置(编码器)(24)，行驶状况记录器(25)以及接口(26)；负荷量传感器(11)发出的负荷量电信号，其中一路在微型计算机(22)内时钟驱动器发出的同步时钟信号控制下，由A/D(模拟/数字)转换器(17)将负荷量电信号转换成一数字信号，并存入微型计算机(22)；与此同时，车速测量装置(20)发出的电信号，也由微型计算机(22)发出的同步时钟信号控制，经车速信号处理装置(21)处理后，一并存入微型计算机(22)；微型计算机(22)内的负荷量数字信号和车速数字信号，分别进行定度；所述微型计算机(22)内的负荷量、车速和实时时钟信号一路送数字量显示器(23)显示；与此同时，另一路数字量信号送压缩装置(编码器)(24)，对计算机文件进行固定压缩字符后，存入行驶状况记录器(25)；微型计算机(22)中的CPU(中央处理器)调取行驶状况记录器(25)内的数据，由接口(26)传输出微型计算机(22)。
2.根据权利要求1所述的记录仪，其特征在于，负荷量传感器(11)是能测取大梁(2)与后桥(13)相对位移量或位置量改变引起传感器受力改变，使传感器输出信号产生的增量的传感器，该类增量的传感器是荷重传感器，或压力传感器；安装于主要由上座(6)和下座(10)组成的固定防护座内。
3.根据权利要求2所述的记录仪，其特征在于，负荷量传感器(11)是选自荷重传感器一类中的负荷传感器(11’)，安装于主要由上座(6)和下座(10)组成的固定防护座内；上座(6)与下座(10)活动面上可以有密封圈(8)；该负荷传感器(11’)上有一压头(9)，使二者始终处于接触状态的是一具有一定预压缩量的弹簧(7)；上座(6)上连接一具有独立开关控制的能调节温度的电阻加热器(3)。
4.根据权利要求1所述的记录仪，其特征在于，负荷量传感器(11)是为直接测取大梁(2)与后桥(13)相对位移量或位置量的传感器，该类位移量或位置量的传感器是位移传感器或位置和距离传感器，安装于主要由上座(6)和下座(10)组成的固定防护座内。
5.根据权利要求1所述的记录仪，其特征在于，所述车速测量装置(20)是安装于机械式车速表末级的角位移传感器(29)；所述的车速信号处理装置(21)由滤波、放大器(30)、A/D(模拟/数字)转换器(31)组成；角位移传感器(29)发出转角电信号，通过滤波、放大器(30)后，在微型计算机(22)发出的同步时钟信号控制下，与负荷量信号处理电路同步采样，由A/D(模拟/数字)转换器(31)将转角电信号转换为一数字信号，一并存入微型计算机(22)；微型计算机(22)内的负荷量数字信号和车速数字信号分别进行定度。
6.根据权利要求1所述的记录仪，其特征在于，所述车速测量装置(20)是一安装于车辆上的数字式车速里程表(32)；车速信号处理装置(21)是采样装置(33)，在微型计算机(22)内时钟驱动器发出的同步时钟信号控制下，直接由采样装置(33)从数字式车速里程表(32)采集车速数字信号后送微型计算机(22)。
7.根据权利要求3所述的记录仪，其特征在于，负荷传感器(11’)的工作温度范围为-20～100℃，零点漂移和灵敏度变化引起的误差为0.45％R.O其中R.O为负荷传感器额定输出，温度灵敏度变化为0.02％示值/10℃。
8.根据权利要求1-7中任一权利要求所述的记录仪，其特征在于，A/D转换器精度为0.1％，定度精度为0.5％
9.根据权利要求1-7中任一权利要求所述的记录仪，其特征在于，A/D转换器(17)和(31)或采样装置(33)的采样频率范围为50-100次/秒。
10.一种适用于权利要求1所述的汽车负荷量数字显示与行驶状况记录仪的查询仪，其特征在于，它为一独立装置，主要由包含CPU、解码器和应用软件的数据接受处理装置(35)，分类查询选择键盘(34)，显示器(36)以及打印机(37)组成；数据接受处理装置(35)的二个输入端可与分类查询选择键盘(34)和微形计算机(22)的接口(26)连接，二个输出端分别与显示器(36)以及打印机(37)连接；数据接受处理装置(35)从接口(26)接受由微型计算机(22)中的CPU(中央处理器)从行驶状况记录器(25)中取出的压缩信号和分类查询选择键盘(34)发出的查询指令。
全文摘要
本发明涉及一种汽车负荷量数字显示与行驶状况记录仪及其查询仪。其中记录仪它有一个能固定在后桥与大梁之间的负荷量传感器信号发生装置，由负荷量传感器和固定防护座组成；有一个能安装于驾驶室内的集成系统，其中的负荷量信号处理电路主要由滤波、放大器和A/D转换器以及微型计算机组成；车速信号处理电路主要由车速信号处理装置和微型计算机组成。查询仪主要由包含CPU、解码器和应用软件的数据接受处理装置，分类查询选择键盘，显示器以及打印机组成。本发明效果克服了仅凭肉眼观察钢板弹簧的变形来推测车辆是否超载的缺点，实现对车辆的安全行驶等方面以计算机进行科学综合管理的技术效果。
文档编号G01G19/12GK1434275SQ03118610
公开日2003年8月6日 申请日期2003年2月18日 优先权日2003年2月18日
发明者邢思明, 熊昌仑, 吴功平 申请人:武汉大学