一种车辆动态称重算法的制作方法

1.本发明涉及汽车衡技术领域，具体涉及车辆动态称重方法。


背景技术：

2.随着运输业的不断发展，各种货运车辆的数量和比重逐年递增，个别运输单位或个人不顾车辆和公路承载能力及行车安全，擅自进行超限超载运输，使公路、桥梁及其附属设施遭受到严重破坏，且由此而引发的交通事故日益增多。因此，为了维护国家财产和人民生命安全，保护公路完好畅通，严格限制超载运输车辆迫在眉睫。
3.准确称量车辆的总重是打击超限超载车辆的前提，动态称重系统因其测量速度快，不影响车辆正常通行，因而决定了它在交通轴载调查、治理超限超载运输和计重收费系统中不可替代的作用。
4.在动态称重过程中，与车辆相关的许多因素都影响着车辆动态称重的测量结果，而在这诸多影响因素中，车辆的轮胎特性、车辆特性、车速变化和车辆及称重平台的振动是车辆动态称重系统中影响测量准确度的主要因素。同时，测量过程中车辆运动过程的复杂多变，也决定了车辆动态称重的结果的不确定性和不可预测性。
5.在以往的重量计算中，要找出轮轴上秤、下秤时刻，然后根据轴距计算出合理的轴重、轴组重或整车重量。车辆在高速行驶时，由于震动大，时间短很难找到稳定且准确的重量。


技术实现要素：

6.为了解决现有技术中的不足，提供一种能够在车辆高速形势下消除震荡干扰的车辆动态称重算法：
7.一种车辆动态称重算法，其特征在于：从车辆第一个轴进入称重平台到车辆最后一个轴下称重平台，称重主控系统处理上述时间段内的称重平台数据，通过以下算法计算出车辆总重：w＝z
×
[(lc+l
nm
)/lc]，其中w为车辆总重；z为车辆通过秤台时秤台实时重量对时间的积分；lc为称重平台长度；lnm为车辆第一个轴到最后一轴的距离。
[0008]
进一步的，称重平台数据采集频率为1000次/秒。
[0009]
进一步的，称重平台长度lc≥3.3米。
[0010]
进一步的，称重平台长度lc＝3.3米
[0011]
进一步的，车辆第一个轴到最后一个轴的距离可采用etc信息获取或通过图像识别获取或激光扫描获取。
[0012]
运用此算法无需知道轴下秤时间，可以不用下秤端轴识别器，减少硬件布局；无需复杂滤波算法计算车辆重量，简化算法难度提高稳定性。
附图说明
[0013]
图1为称重系统结构示意图；
[0014]
图2为六轴货车示意图；
[0015]
图3为六轴货车通过称重平台时的重量信号变化；
[0016]
图4为不考虑震荡干扰时轴距大于称重平台长度的双轴货车通过称重平台时的重量信号变化；
[0017]
图5为不考虑震荡干扰时轴距小于称重平台长度的双轴货车通过称重平台时的重量信号变化；
[0018]
图6为不考虑震荡干扰时轴距之和小于称重平台长度的三轴货车通过称重平台时的重量信号变化；
[0019]
图7为不考虑震荡干扰时轴距小于称重平台长度且轴距之和大于称重平台长度的三轴货车通过称重平台时的重量信号变化；
[0020]
图8为不考虑震荡干扰时其中一轴距小于称重平台长度、另一轴距大于称重平台长度的三轴货车通过称重平台时的重量信号变化；
具体实施方式
[0021]
本发明提供一种车辆动态称重算法，由称重平台采集车辆在其上的行驶过程中重量数据，主控系统处理从车辆第一个轴进入称重平台到车辆最后一个轴下称重平台所采集到重量数据，通过以下算法获得车辆的总重：w＝z
×
[(lc+lnm)/lc]，其中w为车辆总重；z为车辆通过称重平台时称重平台实时重量对时间的积分；lc为称重平台长度；lnm为车辆第一个轴到最后一轴的距离。
[0022]
为了能够更好的理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明技术方案做进一步详细说明：
[0023]
如图1所示称重系统包括车辆分离器a、轴识别器b以及称重平台c和主控系统，其中车辆分离器感应车辆车头和车位位置用于识别车辆是否通过，轴识别器用于判断车辆轴数，称重平台则用于采集车辆通过时的重量数据。
[0024]
下面对本发明的算法推导过程做详细解释：
[0025]
本方法合适于车辆匀速通过称重平台，且确保整个称重过程中称重平台上只有一辆车。
[0026]
车辆高速通过称重平台，主控系统采集到的称重平台输出信号相当复杂，要得到车辆的真实重量，就需要对信号进行处理分析，提取有用的信号信息。
[0027]
如图3所示为图2的六轴货车以60km/h时速通过长度为7.2米称重平台时称重平台的输出信号变化，图中：
[0028]
台阶1为第1轴位于称重平台上的重量信号；
[0029]
台阶2为第1、2轴共同位于称重平台上的重量信号；
[0030]
台阶3为第1、2、3轴共同位于称重平台上的重量信号；
[0031]
台阶4为第1轴离开称重平台后，第2、3轴共同位于称重平台上的重量信号；
[0032]
台阶5为第2、3、4轴共同位于称重平台上的重量信号；
[0033]
台阶6为第2、3、4、5轴共同位于称重平台上的重量信号；
[0034]
台阶7为第2轴离开称重平台后，第3、4、5轴共同位于称重平台上的重量信号；
[0035]
台阶8为第3、4、5、6轴共同位于称重平台上的重量信号；
[0036]
台阶9为第3轴离开称重平台后，第4、5、6轴共同位于称重平台上的重量信号；
[0037]
台阶10为第4轴离开称重平台后，第5、6轴共同位于称重平台上的重量信号；
[0038]
台阶11为第5轴离开称重平台后，第6轴位于称重平台上的重量信号。
[0039]
从图3中曲线的各个台阶可以看出，每个信号台阶不是平直的，叠加有称重平台引起的高频振荡和车轴减震体引起的低频振荡，台阶9尤为明显；要从各个信号台阶中剔除振荡干扰，信号台阶必须持续足够的时长，振荡的干扰信号至少要有半个周期以上，这样才能有效地消除振荡干扰，获取各信号台阶真实值，获得车辆重量。
[0040]
车辆低速行驶时，重量信号台阶持续时间较长，振荡干扰信号有半个周期以上，通过算法，可以获得车辆真实重量值。然而，车辆高速行驶时，重量信号台阶持续时间很短，无法去除干扰从重量信号台阶信号获取真实车辆重量值。
[0041]
根据上述分析，车辆驶过有一定长度的称重平台时，每个轴重量信号叠加振荡信号在半个周期以上，通过每个轴重量信号在整个称重平台的时间积分，就可以消除振荡干扰，获取车辆真实重量信息。
[0042]
分析前做如下约定：
[0043][0044][0045]
w：车辆通过称重平台时的瞬时重量信号；
[0046]
z：车辆通过称重平台时重量对时间的积分；
[0047]
ts：车辆通过称重平台时的起始时间；
[0048]
tf：车辆通过称重平台时的结束时间；
[0049]zavr
：车辆通过称重平台时重量对时间积分的平均值；
[0050]
lc：称重平台长度；
[0051]
vc：车辆通过称重平台时速度；
[0052]
lnm：车辆第n轴与n+1轴之间的轴距；
[0053]
wn:车辆第n轴的轴重。
[0054]
g:车辆总重量；
[0055]
分析以下车辆轴重wn与重量对时间积分的平均值z
avr
之间关系。
[0056]
不考虑震荡干扰，两轴车通过称重平台时，称重信号如图4所示：
[0057]
此时，
[0058][0059][0060]
即z
avr n
＝wn
[0061]
那么，车辆总重
[0062]
g＝∑wn＝∑z
avr n
[0063]
图4中轴距大于称重平台，而轴距小于称重平台时如图5所示，此时，当车辆以速度vc通过称重平台时，
[0064]
t
1-ts＝t
f-t2＝l
12
/vc
[0065]
t
2-t1＝(lc-l
12
)/vc
[0066]
t
f-ts＝(lc+l
12
)/vc
[0067]
所以z＝(w1+w2)
×
lc/vc
[0068]zavr
＝z/(t
f-ts)＝(w1+w2)
×
[lc/(lc+l
12
)]
[0069]
即z
avr
＝∑wn×
[lc/(lc+∑l
nm
)]
[0070]
再以三轴车为例：
[0071]
1)、车辆轴距大于称重平台长度时类似2轴车
[0072]zavr n
＝wn[0073]
那么，车辆总重g＝∑wn＝∑z
avr n
[0074]
2)、车辆轴距之和小于称重平台长度，车辆通过称重平台时，不考虑振荡干扰重量信号如图6所示。
[0075]
此时，
[0076][0077]
车辆以速度vc通过称重平台时，z＝(w1+w2+w3)
×
lc/vc，即
[0078]zavr
＝z/(t
f-ts)＝(w1+w2+w3)
×
[lc/(lc+l
12+
l
23
)]＝∑wn×
[lc/(lc+∑l
nm
)]
[0079]
车辆轴距均小于称重平台长度、之和大于称重平台长度车辆通过称重平台时，不考虑振荡干扰重量信号如图7所示：
[0080]
此时，
[0081][0082]
z＝(w1+w2+w3)
×
lc/vc
[0083]
即z
avr
＝z/(t
f-ts)＝(w1+w2+w3)
×
[lc/(lc+l
12+
l
23
)]＝∑wn
×
[lc/(lc+∑l
nm
)]
[0084]
车辆其中一轴距小于称重平台长度、另一轴距大于称重平台长度车辆通过称重平台时，不考虑振荡干扰重量信号如图8所示：
[0085]
此时，
[0086]zavr 1
＝w1；
[0087]zavr 2
＝(w2+w3)
×
[lc/(lc+l
23
)]＝∑wn
×
[lc/(lc+∑l
nm
)]
[0088]
1)总结上述各种情况，根据类推法，车辆以匀速方式通过称重平台时，车辆轴重等
于车辆通过称重平台对重量对时间积分的平均值。
[0089]
即wn＝z
avr n
[0090]
2)根据类推法，车辆以称重平台重量不为零方式通过称重平台时，车辆通过称重平台时重量对时间积分的平均值为：
[0091]zavr
＝∑wn×
[lc/(lc+∑l
nm
)]
[0092]
通过称重平台所有重量为
[0093]
∑wn＝z
avr
×
[(lc+∑l
nm
)/lc]
[0094]
根据上述公式，车辆通过称重平台时，我们获取称重平台重量信号对时间积分值，同时获取车辆轴距，就能得到车辆重量。
[0095]
上述为该称重算法的推导过程，在考虑称重系统的设计时还需要考虑称重平台最小长度，目前高速公路限速为120km/h，即33.3m/s，车辆在行驶过程中，由于颠簸引起车辆减震装置震动，其震动频率一般为5～10hz；由于减震装置的震动而引起车辆轴载荷施加于称重平台面的压力(重量)呈现出周期性变化，要从这些周期性变化的信号中提取轴载真实值，获取的信号时长应大于半个周期，因此要求称重平台的长度应符合下式要求，即：
[0096]
称重平台最小长度＝车辆最高速度
×
(最小震动周期/2)
[0097]
＝33.3
×
0.1
[0098]
＝3.3m
[0099]
对于某一长度的称重平台，车辆在通过时有可能引起同时上下秤的情况，采集的信号就会出现叠加，进而造成轴载重量计量困难。为了尽可能避免此类情况发生，选择合适的称重平台长度至关重要。
[0100]
为确定称重平台长度，首先需要对现有货运车辆的轴距进行统计分析，通过对145种货车的轴距进行测量、统计和分析，其结果如下表示：
[0101][0102][0103]
上表中的轴距
*
，是指除联轴和双转向轴以外的轴间距。
[0104]
货车的联轴(双联轴、三联轴)的轴距通常为1350mm，双转向桥的轴距通常在2000mm左右，综合各种货车的轴距数据，除联轴和双转向桥外的其余轴距大于3300mm的约
占89％，小于3300mm的约占11％，绝大部分的非联轴轴距大于3300mm。
[0105]
综合上述结果分析，称重平台的长度选用3.3m最为合适，既能满足车辆高速通过称重平台时的系统称重信号采样需要，又能使绝大部车辆在通过称重平台时不会出现同时上下秤的情况，而造成系统称重计算的困难。
[0106]
对于双转向桥和非联轴，由于其轴距通常不超过2米，因此这类轴进入长度为3.3米的称重平台后，不会出现同一时刻有上称重平台的轴和下称重平台的轴，而且这类轴还能在称重平台上运行一段距离，使称重系统能够采集到足够数量的数据。一般而言，称重平台数据采集频率为1000次/秒，足以满足单个轴通过3.3m称重平台时所需的数据量。
[0107]
由于该算法中还需要获得车辆第一个轴到最后一个轴的距离，因此这里可以采用etc信息获取或通过图像识别获取或激光扫描获取，通过上述方法获得的轴距数据最终都传输至称重主控系统用于后续车辆总成的计算。