本發(fā)明涉及一種車輛載重技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種載重車超載限制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

近年來，車輛超限超載違法運輸現(xiàn)象十分嚴(yán)重，不僅損壞公路基礎(chǔ)設(shè)施，引發(fā)大量的道路交通事故，而且直接導(dǎo)致道路運輸市場的惡性競爭和車輛生產(chǎn)使用秩序的混亂。目前，市面上的載重車超限制系統(tǒng)，它能有效限制載重車輛的超載行為，對于當(dāng)前國家、社會和民眾都有著巨大的實際作用和現(xiàn)實意義，具體：第一，它能極大防止現(xiàn)在全國多發(fā)的因車輛超重而導(dǎo)致的車禍?zhǔn)鹿剩Ｗo(hù)人民群眾生命財產(chǎn)安全；第二，它能極大減少現(xiàn)在全國常見的道路、橋梁因為車輛超重導(dǎo)致的道路龜裂和橋梁垮塌事故，保護(hù)公共財產(chǎn)安全；第三，它能極大減少行政成本方便交通部門對貨車超第三，它能極大減少行政成本方便交通部門對貨車超第三，它能極大減少行政成本方便交通部門對貨車超第三，它能極大減少行政成本方便交通部門對貨車超第三，它能極大減少行政成本方便交通部門對貨車超載行為的監(jiān)控管理，節(jié)約社會資源；第四，它能一定程度減少部分地區(qū)人員在審查貨車運輸時的人為因素所造成腐敗現(xiàn)象，將判斷轉(zhuǎn)變計算機測量，為我黨反腐敗斗爭貢獻(xiàn)力；第五，它能隨時地對車載貨物進(jìn)行稱重，提高企業(yè)的運行效率，降低企業(yè)成本，助推經(jīng)濟增長。由此產(chǎn)生的社會效益是顯而易見，既規(guī)范了汽車運輸業(yè)，也為社會發(fā)展做出了顯著的貢獻(xiàn)。為實現(xiàn)對車輛超載的控制管理，通常是在車輛上安裝防超載檢測器、超載感應(yīng)器或超載遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置，但是這類方式都側(cè)重于超載感應(yīng)或后臺監(jiān)控，通過LED閃爍對超載情況進(jìn)行報警，無法實時形象的顯示車輛的載重信息，無法設(shè)置或查詢相應(yīng)的稱重傳感器，人機交互性較差。另外，存在成本高的缺陷。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種成本低、性能穩(wěn)定和便于推廣的載重車超載限制系統(tǒng)。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種載重車超載限制系統(tǒng)，其中，包括監(jiān)控模塊,與監(jiān)控模塊連接的傳感器組和限制單元。監(jiān)控模塊包括第一MCU、與第一MCU連接的信號濾波器、與信號濾波器連接的信號放大器，及分別與第一MCU并聯(lián)的穩(wěn)壓模塊、執(zhí)行觸發(fā)接口(串口通信)、液晶顯示模塊和聲光報警模塊。傳感器組包括安裝于車輛的每組鋼板彈簧上且與信號放大器連接的稱重傳感器、與第一MCU連接的角度傳感器，及分別與第一MCU并聯(lián)的車輛行駛判斷電路和車輛振動判斷電路。限制單元包括與執(zhí)行觸發(fā)接口連接的串口通信、與串口通信連接的第二MCU、與第二MCU連接的CAN控制器和與CAN控制器連接的CAN收發(fā)器，及與CAN收發(fā)器連接的相關(guān)CAN節(jié)點。

在一些實施方式中，稱重傳感器為四個。

一種載重車超載限制系統(tǒng)的應(yīng)用，具體如下：

(1)初始的準(zhǔn)備狀態(tài)；

(2)線路保護(hù)監(jiān)測電路是否發(fā)生異常；

(3)正常時，判斷本次稱量獲得的載荷為車輛靜態(tài)載荷，如果車輛在行駛中，則液晶顯示模塊顯示“行駛”，MCU不做判斷；

(4)若車輛未在行駛，則判斷車輛振動是否在合理范圍內(nèi)；1)若不在合理范圍內(nèi)，則稱重傳感器、角度傳感器采集信號傳送給MCU處理；2)MCU計算車輛瞬態(tài)軸載、瞬態(tài)總載荷，及比較判斷超載情況；3)MCU將信息發(fā)送到液晶顯示模塊上，顯示道路坡度角、顯示瞬態(tài)總載荷、軸載顯示超載情況；4)如此，判斷出車輛超載；5)若沒有超載，則返回初始的準(zhǔn)備狀態(tài)；6)若有超載，限制執(zhí)行模塊MCU向CAN總線發(fā)送停油信號持續(xù)5秒；

(5)若在合理范圍內(nèi)，則稱重傳感器、角度傳感器采集信號傳送給MCU處理；

(6)MCU計算車輛靜態(tài)軸載、靜態(tài)總載荷，及比較判斷超載情況；

(7)MCU將信息發(fā)送到液晶顯示模塊上，顯示道路坡度角、顯示靜態(tài)總載荷、軸載顯示超載情況；

(8)如此，判斷出車輛超載；若沒有超載，則返回初始的準(zhǔn)備狀態(tài)；

(9)若有超載，超載聲光報警啟動觸發(fā)限制執(zhí)行模塊；

(10)之后，限制執(zhí)行模塊向CAN總線發(fā)送停油信號車輛拒啟動；

上述的線路保護(hù)監(jiān)測電路發(fā)生異常時，超載聲光報警啟動觸發(fā)限制執(zhí)行模塊；之后，限制執(zhí)行模塊向CAN總線發(fā)送停油信號車輛拒啟動。

本發(fā)明的有益效果是具有成本低、性能穩(wěn)定和便于推廣的效果。由于車輛超載限制裝置是利用應(yīng)變傳感器監(jiān)測重過程中鋼板彈簧的質(zhì)量，融合道路的坡度值計算車輛總載荷和軸變化情況。應(yīng)用時，如果車輛未行駛并且車身振動情況在設(shè)定的合理范圍內(nèi)，則判斷本次稱量獲得的載荷為車輛靜態(tài)載荷，如果車輛在行駛中，則屏幕顯示“行駛”，MCU不做判斷。若車輛未行駛但振動超出了合理范圍，則MCU進(jìn)行動態(tài)稱重。實現(xiàn)了本低、性能穩(wěn)定和便于推廣的效果。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)方框圖；

圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)工作流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

如圖1所示，一種載重車超載限制系統(tǒng)，包括監(jiān)控模塊,與監(jiān)控模塊連接的傳感器組和限制單元。監(jiān)控模塊包括第一MCU、與第一MCU連接的信號濾波器、與信號濾波器連接的信號放大器，及分別與第一MCU并聯(lián)的穩(wěn)壓模塊、執(zhí)行觸發(fā)接口(串口通信)、液晶顯示模塊和聲光報警模塊。傳感器組包括安裝于車輛的每組鋼板彈簧上且與信號放大器連接的稱重傳感器、與第一MCU連接的角度傳感器，及分別與第一MCU并聯(lián)的車輛行駛判斷電路和車輛振動判斷電路。限制單元包括與執(zhí)行觸發(fā)接口連接的串口通信、與串口通信連接的第二MCU、與第二MCU連接的CAN控制器和與CAN控制器連接的CAN收發(fā)器，及與CAN收發(fā)器連接的相關(guān)CAN節(jié)點。稱重傳感器為四個。上述傳感器組為應(yīng)變式傳感器，本方案選擇了粘貼式應(yīng)變傳感器，應(yīng)變傳感器通過測量車輛鋼板彈簧表面應(yīng)變值即可計算出簧載質(zhì)量，進(jìn)而得到車輛總載荷和各軸軸載質(zhì)量。粘貼式應(yīng)變傳感器的優(yōu)點主要有如下幾：側(cè)量應(yīng)精度和靈敏較高，性能可靠且穩(wěn)定；應(yīng)變片使用非常方便、質(zhì)量輕、響速度快，尺寸小、結(jié)構(gòu)相對比較簡單，既可應(yīng)用于動態(tài)測量，又可應(yīng)用于靜態(tài)測量；檢測范圍廣，即可測塑性變形，也可檢測彈性變形，變形量在1％-20％之間；對外界環(huán)境適應(yīng)性很強，可在高低溫、水下壓、核輻射以及強磁場等環(huán)境十分惡劣的條件使用。應(yīng)變傳感器由應(yīng)變片和測量電路兩部分組成。本方案選擇金屬箔式應(yīng)變片，因為金屬箔柵比較薄，能夠很好地和彈性體一同工作，因此測量精度很高。表面積大，利于散熱，最大工作電流較大，可以輸出更強的電壓信號，應(yīng)用范圍較大。柔韌度好，能夠被粘貼在各種形狀帶測上。在實際應(yīng)用中，機械應(yīng)變往往都比較小，有的甚至無法直接測量。如果要把十分微小的電阻變化量檢測出來，同時又要把電阻相對變化量△R/R轉(zhuǎn)化為電流或電壓的變化，就需要有專門測量試件應(yīng)變變化所產(chǎn)生阻路或電壓的變化，就需要有專門測量試件應(yīng)變變化的測量電路，通常采用交流電橋或直流電橋。電橋電路具有很高的靈敏度，并且測量范圍較寬等，因此在實際測量中廣泛應(yīng)用電橋電路。目前主要有恒壓和恒流兩種電橋電路的供電方式，考慮到車輛源為恒壓電源，所以采用恒壓全橋電路，全橋電路不僅電橋靈敏度高，而且當(dāng)負(fù)載趨于無窮時,不會產(chǎn)生非線性誤差,同時還具有溫度補償?shù)墓δ?。上述角度傳感器通過測量重力加速的變化量，進(jìn)而轉(zhuǎn)換成角度的變化。測量輸出傳感器兩相互垂直軸(X,Y軸)相對于水平面的角度值，傳感器輸出電壓模擬量，通過A/D轉(zhuǎn)換后送達(dá)MCU。上述車輛行駛判斷電路如果超載限制系統(tǒng)在車輛行駛過程中對其進(jìn)荷檢測，當(dāng)MCU判斷車輛超載后，限制執(zhí)行模塊就會做出相應(yīng)的措施，這樣勢必給行車安全帶來很大的影響。并且車輛在行駛過程中會存在很多振動，鋼板彈簧上貨物處于超重或失重狀態(tài)，從而稱重傳感器測得的數(shù)值就會偏大或偏小。基于以上兩種影響因素，超載限制系統(tǒng)工作前必須判斷車輛是否行駛。車輛行駛判斷電路的基本原理為霍爾效應(yīng)，霍爾效應(yīng)是指當(dāng)半導(dǎo)體膜片或金屬置入磁場中，有電流通過半導(dǎo)體膜片金時,會在垂直于電流和磁場的方向上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢?；魻栟D(zhuǎn)速傳感器主要由永磁體齒輪(安裝在傳動軸上)、霍爾元件和相關(guān)電子線路等構(gòu)成。當(dāng)車輛靜止時，汽傳動軸不轉(zhuǎn)，通過霍爾元件的磁通不會改變，此時車輛行駛判斷電路輸出TTL低電平，單片機判斷車輛未行駛，并進(jìn)數(shù)據(jù)的采集。當(dāng)車輛行駛時，汽傳動軸轉(zhuǎn)動，通過霍爾感器的磁會交替變化，此時車輛行駛時，汽傳動軸轉(zhuǎn)動，通過霍爾感器的磁通會交替變化，此時，車輛行駛判斷電路輸出TTL高電平，單片機判斷車輛行駛中，超載監(jiān)測與限制系統(tǒng)暫停工作。上述車體振動判斷電路雖然車輛行駛判斷電路己經(jīng)判斷車輛的行駛狀態(tài)，但對于貨而言，即使是停車狀態(tài)下，貨物裝載后啟動前也存在著微小振，此時將會對稱重傳感器的測量產(chǎn)生影響，所以在貨物裝載后要進(jìn)行振動檢測。車體振動判斷電路安裝在身底部，振動傳感器選用801S振動檢測探頭，其優(yōu)點是振動檢測范圍寬、無方向限制，并且靈敏度可由電路控。此車體振動判斷電路的原理就是，當(dāng)車體有振動時,輸出高平給MCU，MCU進(jìn)行動態(tài)稱重，當(dāng)振動傳感器沒有檢測到時輸出低電平給MCU，MCU進(jìn)行靜態(tài)稱重。超載監(jiān)測模塊主要負(fù)責(zé)各傳感器數(shù)據(jù)的采集、車輛總載荷和軸計算顯責(zé)各傳感器數(shù)據(jù)的采集、車輛總載荷和軸計算、顯示測量值、判斷車輛超載情況以及控制限模塊。

如圖2所示，一種載重車超載限制系統(tǒng)的應(yīng)用，具體如下：(1)初始的準(zhǔn)備狀態(tài)；(2)線路保護(hù)監(jiān)測電路是否發(fā)生異常；(3)正常時，判斷本次稱量獲得的載荷為車輛靜態(tài)載荷，如果車輛在行駛中，則液晶顯示模塊顯示“行駛”，MCU不做判斷；(4)若車輛未在行駛，則判斷車輛振動是否在合理范圍內(nèi)；1)若不在合理范圍內(nèi)，則稱重傳感器、角度傳感器采集信號傳送給MCU處理；2)MCU計算車輛瞬態(tài)軸載、瞬態(tài)總載荷，及比較判斷超載情況；3)MCU將信息發(fā)送到液晶顯示模塊上，顯示道路坡度角、顯示瞬態(tài)總載荷、軸載顯示超載情況；4)如此，判斷出車輛超載；5)若沒有超載，則返回初始的準(zhǔn)備狀態(tài)；6)若有超載，限制執(zhí)行模塊MCU向CAN總線發(fā)送停油信號持續(xù)5秒；(5)若在合理范圍內(nèi)，則稱重傳感器、角度傳感器采集信號傳送給MCU處理；(6)MCU計算車輛靜態(tài)軸載、靜態(tài)總載荷，及比較判斷超載情況；(7)MCU將信息發(fā)送到液晶顯示模塊上，顯示道路坡度角、顯示靜態(tài)總載荷、軸載顯示超載情況；(8)如此，判斷出車輛超載；若沒有超載，則返回初始的準(zhǔn)備狀態(tài)；(9)若有超載，超載聲光報警啟動觸發(fā)限制執(zhí)行模塊；(10)之后，限制執(zhí)行模塊向CAN總線發(fā)送停油信號車輛拒啟動；上述的線路保護(hù)監(jiān)測電路發(fā)生異常時，超載聲光報警啟動觸發(fā)限制執(zhí)行模塊；之后，限制執(zhí)行模塊向CAN總線發(fā)送停油信號車輛拒啟動。

本發(fā)明的設(shè)計原理：車輛稱重是載運貨物超限制系統(tǒng)的主要內(nèi)容，只有在準(zhǔn)確量貨車載荷的前提之下，才能夠精準(zhǔn)的判斷汽車超載與否。車輛載荷分析對于車載稱重至為重要，車輛載荷分析包括靜態(tài)和動重要，車輛載荷分析包括靜態(tài)和動態(tài)。1)車輛靜態(tài)載荷分析。假設(shè)車輛靜止在道路坡度角的面上。2)車輛動態(tài)載荷分析。對稱重原理分析后可知，車輛沿著垂直路面方向上的位移對稱重的準(zhǔn)確性影響較大，而造成車輛沿垂直路面方向產(chǎn)生位移的主要因素就是振動。引起車輛振動的因素主要有，車輛由于自身各種因素而造成的振動、車輛通過凹凸不平的路面而產(chǎn)生的振動以及路面與車輛通過耦合效應(yīng)而產(chǎn)生的振動。由此可見，難以對振動造成的影響進(jìn)行定量計算。并且考慮到如果車輛在靜止時檢測并未超載，但在車輛行駛過程中由于劇烈振動產(chǎn)生瞬間重狀態(tài)，此時超載監(jiān)測系統(tǒng)就有可能判定車輛超載，并作出相應(yīng)的處理措施，這樣一來會給行車安全帶來巨大的隱患，所以超載監(jiān)測系統(tǒng)必須在停車時進(jìn)行超載監(jiān)測。雖然振動對稱重精度有一定的影響，但是不能將系統(tǒng)設(shè)計成車輛有振動時時就不工作，這是為了防止有些貨車司機對怠速車輛進(jìn)行裝。所以本方案的系統(tǒng)設(shè)計成在車輛行駛時不對車輛進(jìn)行超載監(jiān)測，但車輛怠速與連續(xù)裝載時對車輛行駛進(jìn)行態(tài)稱重，需要說明，由于動態(tài)稱重中振干擾比較大，所以動態(tài)穩(wěn)重測量出的載荷不作為車輛超載判定依據(jù)，需要系統(tǒng)采取相應(yīng)措施控制使其穩(wěn)再進(jìn)行靜態(tài)稱重從而判斷超載情況。由于本方案設(shè)計的超載限制系統(tǒng)只有當(dāng)車輛怠速或連續(xù)裝時才對其進(jìn)行動態(tài)稱重，所以動態(tài)穩(wěn)重數(shù)據(jù)處理方法選用平均值法，因為這種方簡單，而且在車輛怠速時精度較高。載運貨車超限制系統(tǒng)主要由傳感器組、監(jiān)控單元和執(zhí)行單元構(gòu)成。傳感器組由任意多個穩(wěn)重傳感器(即在每組鋼板彈簧上安裝一個穩(wěn)重傳感器)、角度傳感器、車輛行駛判斷電路和車輛振動判斷電路構(gòu)成。穩(wěn)重傳感器測量車輛每組鋼板彈簧的簧載質(zhì)量，角度傳感器測量車輛所在坡路的坡度角，車輛行駛判斷電路和車體振動判斷電路用于判斷車輛稱重過程中的車輛行駛與振動狀態(tài)。如果車輛未行駛并且車身振動情況在設(shè)定的合理范圍內(nèi)，則判斷本次稱量獲得的載荷為車輛靜態(tài)載荷，如果車輛在行駛中，則屏幕顯示“行駛”，MCU不做判斷。若車輛未行駛但振動超出了合理范圍，則MCU進(jìn)行動態(tài)稱重。監(jiān)控單元由穩(wěn)壓電源、信號處理、微處理器、液晶顯示模塊和聲光報警等模塊構(gòu)成。(1)四路稱重傳感器數(shù)據(jù)經(jīng)由信號濾波和放大兩個模輸入MCU的A/D口(即模數(shù)轉(zhuǎn)換器即A/D轉(zhuǎn)換器)。(2)傳感器判斷電路的信號以TTL電平形式輸入微控制器，角度傳感信號通過MCU的A/D口輸入。(3)MCU融合各傳感器信息，計算車輛總載荷、軸載，并判斷車輛超載情況，液晶顯示模塊顯示車輛載荷信息。當(dāng)車輛超載時，MCU通過串口發(fā)送信息給超載限制執(zhí)行模塊。超載限制執(zhí)行模塊由MCU,CAN控制器以及CAN控制器以及CAN收發(fā)器構(gòu)成，當(dāng)接收到超載信號后，控制車輛相應(yīng)CAN節(jié)點，限制車輛啟動。

以上所述的僅是本發(fā)明的一些實施方式。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于發(fā)明的保護(hù)范圍。