采用離散化二階系統(tǒng)的分析方法實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)地磅的稱重測(cè)量。從稱重過(guò)程的力學(xué)模型分析入手，推導(dǎo)出系統(tǒng)傳 遞函數(shù)關(guān)系并作離散化處理，采用最小二乘法估計(jì)系統(tǒng)的模型參數(shù)，由稱重系統(tǒng)的測(cè)量值推算車輛的實(shí)際重量。將此方法應(yīng)用于某公路動(dòng)態(tài)地磅的開發(fā)，安裝路試表明，動(dòng)態(tài)測(cè)量與靜態(tài)稱重的吻合度控制于1.5%以內(nèi)。

我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長(zhǎng)促成了道路工程和商品物 流運(yùn)輸業(yè)日新月異的上升態(tài)勢(shì)，然而伴隨的公路交 通事故逐年上升。其中汽車超載、超速行駛成為近 年來(lái)十分突出肇事因素?？蛙噰?yán)重超員，建筑材料、 農(nóng)副產(chǎn)品等運(yùn)輸中的高倍率超載，導(dǎo)致車輛制動(dòng)失 靈、車翻人亡以及路面、橋梁的早期損傷失效，對(duì)人 民生命財(cái)產(chǎn)與道路設(shè)施構(gòu)成了巨大的威脅。

目前，遏止車輛超載主要通過(guò)目測(cè)車況或接受 舉報(bào)信息，截獲肇事車輛清點(diǎn)計(jì)數(shù)或在靜態(tài)地磅上 稱重，耗時(shí)費(fèi)力，監(jiān)控效率受到限制。本文研制開發(fā) 的動(dòng)態(tài)地磅，在收費(fèi)時(shí)進(jìn)行車輛超載檢測(cè)，大大降 低車輛漏檢率，同時(shí)提高了檢測(cè)速度，有效控制了車 輛超載運(yùn)行對(duì)人身和道路的危害.

動(dòng)態(tài)地磅開發(fā)中，車輛運(yùn)動(dòng)對(duì)秤臺(tái)的沖擊是 引起較大測(cè)量誤差的關(guān)鍵，為確保動(dòng)態(tài)地磅的稱 重精度，本文從力學(xué)原理分析起步，為計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處 理提供了一種計(jì)算車重的方法，實(shí)測(cè)表明對(duì)提高測(cè) 量的精度是有效的。

1.地磅概述

地磅枰的一個(gè)分支，應(yīng)用中有靜態(tài)和 動(dòng)態(tài)兩大類，目前秤臺(tái)設(shè)計(jì)有整車、軸組和輪重三大類。整車式稱重為靜態(tài)稱重，其過(guò)程明確，秤臺(tái)下的 傳感器組釆集的是進(jìn)入臺(tái)面整車的合力，容易保證 較高的精度;但是為了適應(yīng)各種車型，秤臺(tái)龐大，安 裝維護(hù)困難，投資頗大。軸組式和輪重式的秤臺(tái)安 裝位短、安裝方便，成本較低。其中輪重式配置不易 適應(yīng)不同車型，故軸組式更為常用（如圖1)。與整 車式稱重相比，由于釆用了分軸計(jì)量，在數(shù)據(jù)處理和 減小誤差上需釆取專門的措施。

靜態(tài)稱重中，測(cè)量結(jié)果的精度主要由傳感器和 數(shù)據(jù)釆集器件的精度決定;動(dòng)態(tài)稱重時(shí)，被測(cè)車輛處 于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，路面顛簸引起的振動(dòng)、輪軸上重力分布 不均以及地磅受荷載激勵(lì)的響應(yīng)等，稱重時(shí)秤臺(tái) 承受的是一個(gè)復(fù)雜的沖擊信號(hào)，測(cè)量系統(tǒng)無(wú)法顯示 穩(wěn)定的數(shù)值。需要通過(guò)對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的分析，構(gòu)建數(shù) 據(jù)處理的適用方法。

2.力學(xué)模型

為便于數(shù)學(xué)求解，將車身視為支撐在彈簧上的 剛性板;由于稱重過(guò)程中臺(tái)面垂向位移遠(yuǎn)小于汽車 前后軸距，可以忽略車體轉(zhuǎn)動(dòng)的影響。

汽車一秤臺(tái)系統(tǒng)可簡(jiǎn)化為圖2所示的力學(xué)模 型。其系統(tǒng)振動(dòng)方程為：

3.測(cè)量系統(tǒng)的傳遞函數(shù)

由式(4)進(jìn)行拉普拉斯變換，得到輸入G(s)與 輸出X(s)的傳遞函數(shù)：

4.傳遞函數(shù)離散化

動(dòng)態(tài)地磅的傳遞函數(shù)如圖4所示，系統(tǒng)的輸 入為汽車的軸重階躍信號(hào)。動(dòng)態(tài)地磅的輸出經(jīng)過(guò) AD米樣后傳感器的輸出變化量，為一離散量。為 能得到輸出跟輸入之間的離散化傳遞函數(shù)，我們將 系統(tǒng)輸入視為階躍信號(hào)經(jīng)零階釆樣保持電路之后得 到的離散信號(hào)量。零階保持環(huán)節(jié)輸出Gk(t)與連 續(xù)輸入信號(hào)G(t)之間的關(guān)系為：

5.信號(hào)分析及算法

6.應(yīng)用實(shí)例

本設(shè)計(jì)開發(fā)的動(dòng)態(tài)地磅系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖6所 示，系統(tǒng)包括:秤臺(tái)、數(shù)據(jù)釆集模塊、計(jì)算機(jī)平臺(tái)三個(gè) 部分。

使用了 4個(gè)雙復(fù)梁橋式式傳感器YZ102A (精 度0. 02%、量程50 T)；傳感器與信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)用并 行連接;數(shù)據(jù)釆集使用單片機(jī)，主要包括電源、放大濾波電路截止頻頻率卻米樣電路，數(shù)據(jù)釆集頻率為500 Hz;釆集系統(tǒng)通過(guò)串口 與計(jì)算機(jī)通信。當(dāng)車輛前輪進(jìn)入稱臺(tái)，傳感器給出 稱量信號(hào)，經(jīng)放大濾波后，將模擬信號(hào)送入A /D板 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，由數(shù)據(jù)釆集系統(tǒng)上傳給計(jì)算機(jī)，最 后單軸和整車重量由計(jì)算機(jī)依據(jù)上述測(cè)量方法計(jì)算 得出。

圖7所示為典型的車輛駛上動(dòng)態(tài)地磅的重量 曲線。分析該段信號(hào)時(shí)，簡(jiǎn)單平均方法取信號(hào)的均 值為車輛重量，最大值測(cè)量方法則是選取信號(hào)的峰 值，用這兩種方法獲得較高的精度是十分困難的。

為將系統(tǒng)離散化方程應(yīng)用于汽車動(dòng)態(tài)稱量，首 先需滿足模型輸入是階躍信號(hào)的要求。對(duì)于階躍輸 入，隨著時(shí)間的增加，系統(tǒng)輸出越趨近于穩(wěn)定，穩(wěn)定 時(shí)稱量結(jié)果越準(zhǔn)確。由于信號(hào)長(zhǎng)度受秤臺(tái)長(zhǎng)度和車 速的限制，系統(tǒng)響應(yīng)不可能隨時(shí)間無(wú)限增長(zhǎng)而趨向 于穩(wěn)定。故用閾值方法截取信號(hào)的有效區(qū)段，圖7 中所示A、B有效信號(hào)初始點(diǎn)和終止點(diǎn)。本系統(tǒng)閾 值如下設(shè)置:測(cè)量幅值超出了無(wú)載荷時(shí)的三倍標(biāo)準(zhǔn) 差為觸發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)釆集的起始點(diǎn)；當(dāng)幅值降到該三倍標(biāo)準(zhǔn)差時(shí)，結(jié)束數(shù)據(jù)記錄為終止點(diǎn)。

試驗(yàn)中先后用載重卡車、空載卡車和微型面包 車進(jìn)行實(shí)測(cè)。其靜態(tài)稱量值分15. 287 T ,5.634 T、 1. 438 T，用本文開發(fā)的動(dòng)態(tài)汽車衡在一定車速區(qū)間 內(nèi)測(cè)量誤差相應(yīng)為0.96%、1. 12%,1.34%。

在我們的實(shí)驗(yàn)中，設(shè)置了三個(gè)工況條件，以保證 稱重綜合精度：

①實(shí)際測(cè)量發(fā)現(xiàn)，被測(cè)車輛行駛速度過(guò)快，車 輛經(jīng)過(guò)秤臺(tái)時(shí)間縮短，被測(cè)信號(hào)未達(dá)穩(wěn)態(tài)，使得計(jì)量 的準(zhǔn)確度降低，因而規(guī)定車輛通過(guò)稱臺(tái)的行駛速度 為20 km/h以下;②為了降低振動(dòng)沖擊對(duì)測(cè)量結(jié)果 的影響，使系統(tǒng)能夠盡量接近模型假設(shè)，要求地基用 混凝土加強(qiáng)剛性、調(diào)平，秤臺(tái)與路面齊平并增加限位 裝置;③為保證車輛平穩(wěn)地通過(guò)秤臺(tái)，秤臺(tái)前后鋪 設(shè)不小于15 m的平直引道，平直度不大于2 mm 汽車進(jìn)入引道后勻速前進(jìn)，不能有制動(dòng)或加速現(xiàn)象。

7.結(jié)束語(yǔ)

目前我們進(jìn)一步的研究點(diǎn)是目前我們進(jìn)一步的研究點(diǎn)是在秤臺(tái)下安裝加速 度傳感器，提取不同行使速度和垂向沖擊加速度下 的沖擊激勵(lì)信號(hào)，由專門編制的數(shù)據(jù)分析程序?qū)嵭?/span> 軸（車)重信號(hào)輸出的補(bǔ)償，保證不同測(cè)量工況下測(cè)衡測(cè)量精度與車行速度無(wú)關(guān)，以及在需抽檢路 段隨意設(shè) 量數(shù)據(jù)具有適用的精度范圍。為最終實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代動(dòng)態(tài) 汽車置的開發(fā)和應(yīng)用期望做出努力。