專利名稱：一種車輛通行計重系統(tǒng)及車輛計重方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種車輛通行計重系統(tǒng)及車輛計重方法。
背景技術(shù)：
目前，我國高速公路收費站普遍使用了車輛動態(tài)稱重系統(tǒng)，以載貨類車輛的總重、 軸重、軸型、胎型和行駛公里數(shù)確定收費數(shù)額；在車輛超限治理站、礦山稱重站等地方，也都廣泛使用了車輛動態(tài)稱重系統(tǒng)，以檢測車輛重量。在車輛動態(tài)稱重系統(tǒng)的使用過程中，要求需要計重收費的車輛以低速且勻速通過計重稱臺，以達到計重的精度要求，但在實際使用中，大量出現(xiàn)了車輛高速、變速通過稱臺的情況，稱重結(jié)果的精度大幅降低，有的誤差超過 30%，造成大量的糾紛事件，嚴重影響了稱重和收費秩序。目前市場上出現(xiàn)了檢測車軸駛上稱臺到下稱臺一定距離的加速度，并根據(jù)加速度值進行車軸重量修正的設(shè)備(申請?zhí)?00910017774. 4)，但還是存在一定的缺陷車輛的加速度在影響車軸稱重結(jié)果的區(qū)域上，是在車軸駛上稱臺前一定時間到駛下稱臺之間，而不是上述專利中描述的在車軸駛上稱臺到駛下稱臺一定距離之間；車輛在前軸過稱臺時正向加速度會減輕軸重的計量結(jié)果，負向加速度會增加軸重的計量結(jié)果，影響后軸軸重計量結(jié)果的情況與前軸相反。上述專利中沒有區(qū)分這一情況，使用同樣一個公式，反而在一定程度上增大了誤差；影響車軸稱重誤差的因素，除了上述專利中描述的軸重、速度、加速度外， 還有車軸在車輛的位置、車輛總質(zhì)量、車輛重心位置等關(guān)鍵因素，在上述專利中沒有考慮進去，所以誤差依舊很大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種車輛通行計重系統(tǒng)，它能夠準確補償因車輛在稱重過程中的加速度對測量精度的影響。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種車輛通行計重系統(tǒng)，其特征在于包括計重系統(tǒng)，包括計重稱臺、稱重儀表，車輛的第K個車軸輪駛上所述計重稱臺時，所述稱重儀表測量該車軸的軸重，并實時記錄該車軸駛上所述計重稱臺時的時間Tk，以及駛下計重稱臺時的時間Tk'；所述計重稱臺安裝于車輛通道上，
車輛掃描系統(tǒng)，安裝于車輛駛上所述計重稱臺之前的車輛通道旁，用于分別記錄車輛頭部、尾部先后經(jīng)過車輛掃描系統(tǒng)的時間TpTcici ；
車速測量儀，安裝于車輛通過所述計重稱臺附近，用于從Ttl開始到Tcitl的時間內(nèi)持續(xù)采集車輛速度，包括Tk、Tk'時的車輛速度；
計算機，分別連接所述計重系統(tǒng)、車輛掃描系統(tǒng)、車速測量儀，用于接收所述計重系統(tǒng)采集的軸重和Tk、Tk'時間數(shù)據(jù)，接收所述車輛掃描系統(tǒng)的 ；、T00時間數(shù)據(jù)，向所述車速測量儀發(fā)出從Ttl開始到Ttltl的時間內(nèi)持續(xù)采集車輛速度的控制指令，并接收所述車速測量儀采集的車輛速度數(shù)據(jù)；計算車輛總重。本發(fā)明同時還提供了上述的車輛通行計重系統(tǒng)的車輛計重方法，其特征在于，包括以下步驟
所述車輛掃描系統(tǒng)分別記錄車輛頭部、尾部先后經(jīng)過車輛掃描系統(tǒng)的時間Tc^Tcitl ； 所述計算機控制所述車速測量儀從Ttl開始到Ttltl的時間內(nèi)持續(xù)采集車輛速度， 車輛的第K個車軸輪駛上所述計重稱臺時，所述稱重儀表測量該車軸的軸重(ik，并實時記錄該車軸駛上所述計重稱臺時的時間Tk，以及駛下計重稱臺時的時間Tk'；
所述計算機計算車輛總重為G= Σ !nGk ；k為1 η的整數(shù)，η代表被稱重車輛的車軸數(shù)
量；
所述計算機計算車輛的第K個車軸在(Tk-At)至Tk'時間內(nèi)的加速度％ ；所述At 為預(yù)先設(shè)定時間；
所述計算機計算第K個車軸到車頭前端的距離值Lk ；
計算車輛的重心高度H=HO+ Δ H，其中，HO是車輛空載時的重心高度，Δ H是車輛所載貨物的重心高度，ΔΗ =(G-GO)* (Hl-HO)/(Gm-GO),其中GO是車輛空載重量，Gm為車輛滿載重量，Hl為車輛限高；
計算車輛的重心到車頭前端的距離值Lz= (Σ !nGk^Lk) /G ；
步驟Si、設(shè)f\、f2……fm、fm+1……fn為車輛因具有加速度而產(chǎn)生的對地面的額外壓力， 設(shè)該額外壓力方向向下為正值，方向向上為負值；不失一般性，設(shè)第1 m個車軸位于車輛重心之前，第m+1 η個車軸位于車輛重心之后，則，
Σ !n fi=0①
f^Li +f2*L2 + ... + fk*Lk …+ fn*Ln=ak*G*H②
fi /f2 /……/fm= (Lz-L1)Z(Lz-L2)/……/(Lz-Lm)③
fm+i /f m+2 /……/fn= (Lm+「LZ) / (Lm+2-Lz)/……/ (Ln-Lz)④
式①、②中，i為1 η的整數(shù)，Li為第i軸距離車頭前端的距離； 若第k個車軸經(jīng)過計稱重臺，車輛具有加速度％時，根據(jù)上述公式① ④，計算此時第 k個車軸因加速度而產(chǎn)生的對計稱重臺的額外壓力fk ；
修正第k個車軸的軸重(V為原軸重&減去額外壓力fk，即(V = Gk - fk ； 計算修正后的車輛總重G' = Σ !nGk'。進一步改進的，所述公式③、④進一步修正為
fi /f2 /……Zfffl=K1 (Lz-L1)/ K2 (Lz-L2)/……/Kffl (Lz-Lm)…⑤
fm+i /f m+2 /...... /fn=K ffl+1 (Lm+1-Lz) / Km+2 (Lm+2-Lz)/...... /Kn (Ln-Lz)…⑥
上式⑤和式⑥中，I、K2、…、Kn為車軸輪數(shù)因子，分別代表車軸序號為1、2、…、η的車軸上的單側(cè)車輪數(shù)，η代表被稱重車輛的車軸數(shù)量，車軸上的單側(cè)車輪數(shù)為一個時，K1, K2>…、Kn的取值為1，車軸上的單側(cè)車輪數(shù)為兩個時，Kp K2,…、Kn在1.4 1.7的范圍內(nèi)取值；
根據(jù)上述公式①、②、⑤、⑥，計算此時第k個車軸因加速度而產(chǎn)生的對計稱重臺的額外壓力fk。更加優(yōu)化的，所述的車輛通行計重系統(tǒng)的車輛計重方法，其特征在于，還包括以下步驟
步驟S2、判斷，|G' -Gl/ G'是否大于Gd%，如果是，
計算Lz' = (Σ !nGk' *Lk)，將Lz'賦予步驟1中的Lz，然后用公式①②③④，或①②⑤⑥，重新計算額外壓力fk ；
重新計算修正第k個車軸的軸重(V = Gk - fk ； 重新計算修正后的車輛總重G' = Σ !nGk'； 返回步驟S2 ； 如果否，則跳出步驟S2。最優(yōu)的，所述的車輛通行計重系統(tǒng)的車輛計重方法，其特征在于，還包括以下步驟
步驟S3、計算G" =G' + Σ ka*VkJ，式中Vk是第k個軸經(jīng)過計重稱臺時的速度，ka 和j都是根據(jù)計重稱臺的型號不同而設(shè)置的一個常數(shù)，ka的取值范圍為0 1，j的取值范圍0 3 ；G"為再次修正后的車輛總重。本發(fā)明通過計算車輛變速經(jīng)過稱臺時，因加速度產(chǎn)生的每個車軸重量的偏差值， 并對存在重量誤差的車輛重量值進行補償，可大幅提高車輛通行計重的精確度，并且測量速度快。本發(fā)明對于提高車輛通行計計重精度，減少公路橋梁的收費額的流失，優(yōu)化收費環(huán)境具有推廣應(yīng)用的價值。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步具體說明。圖1為本發(fā)明車輛通行計重系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明車輛通行計重過程中因加速度而對地面產(chǎn)生的額外壓力示意圖。
具體實施例方式如圖1所示，車輛2進入計重稱臺4的行駛通道1，車輛掃描系統(tǒng)3安裝在計重稱臺4之前的車輛通道旁，分別記錄車輛頭部、尾部先后經(jīng)過車輛掃描系統(tǒng)的時間I；、T00 ；
計重稱臺4與稱重儀表5相連，當車輛2的每個車軸駛上計重稱臺4時，計重稱臺4 測量車輛每個車軸的重量Gl、G2……&1，稱重儀表5記錄每個車軸駛上計重臺的時間Tp T2……Tn，及每個車軸駛下稱臺的時間T1'、！V……Tn'；車輛的第K個車軸輪駛上所述計重稱臺時，所述稱重儀表測量該車軸的軸重，并實時記錄該車軸駛上所述計重稱臺時的時間Tk，以及駛下計重稱臺時的時間Tk'，k為1 η的整數(shù)。車速測量儀6安裝在計重稱臺4附近，從Ttl開始到Tcitl的時間內(nèi)持續(xù)采集車輛速度，包括Tk、Tk'時的車輛速度；并按照加速度公式a= dv/dt，計算車輛的每個車軸在 (Tk-At)至Tk'時間內(nèi)的η個加速度&1、 、…、4、…、知；所述At為預(yù)先設(shè)定時間。計算機7分別連接計重系統(tǒng)、車輛掃描系統(tǒng)、車速測量儀，接收所述計重系統(tǒng)采集的軸重和Tk、Tk'時間數(shù)據(jù)，接收所述車輛掃描系統(tǒng)的Tp T00時間數(shù)據(jù)，向所述車速測量儀發(fā)出從Ttl開始到Ttltl的時間內(nèi)持續(xù)采集車輛速度的控制指令，并接收所述車速測量儀采集的車輛速度數(shù)據(jù)；計算車輛總重。本發(fā)明的工作過程如下
車輛掃描系統(tǒng)分別記錄車輛頭部、尾部先后經(jīng)過車輛掃描系統(tǒng)的時間Tc^Tcitl ； 計算機控制所述車速測量儀從Ttl開始到Tcitl的時間內(nèi)持續(xù)采集車輛速度， 車輛的第K個車軸輪駛上計重稱臺時，稱重儀表測量該車軸的軸重(ik，并實時記錄該車軸駛上計重稱臺時的時間Tk，以及駛下計重稱臺時的時間Tk'；
計算機計算車輛總重為G= Σ !nGk ；k為1 η的整數(shù)，η代表被稱重車輛的車軸數(shù)量； 計算機計算車輛的第K個車軸在(Tk-At)至Tk'時間內(nèi)的加速度％ ；所述At為預(yù)先設(shè)定時間；
計算機計算第K個車軸到車頭前端的距離值Lk ；
計算機計算車輛的重心高度H=HO+ Δ H，其中，HO是車輛空載時的重心高度，Δ H是車輛所載貨物的重心高度，ΔΗ =(G-GO)* (Hl-HO)/(Gm-G0)，其中GO是車輛空載重量，Gm為車輛滿載重量，Hl為車輛限高；
計算車輛的重心到車頭前端的距離值Lz= (Σ !nGk^Lk) /G ；
步驟Si、參照圖2，車輛可以看做是一個剛性物體，車輛的某軸在以一定加速度通過稱重臺時，在車輛重心處產(chǎn)生一個水平方向的慣性力ak*G。如果該軸在車輛重心的前端，且加速度為正向，則由于車輛重心的慣性“滯后”效應(yīng)，該軸對稱重臺的重力小于該軸在車輛勻速或靜止時的正常重力，即，相當于因加速度產(chǎn)生一個對稱重臺的額外壓力，該額外壓力方向向上。同時，處在車輛重心的后端的軸，則由于車輛重心的慣性“滯后”效應(yīng)，對稱重臺的重力大于該軸在車輛勻速或靜止時的正常重力，即，相當于因加速度產(chǎn)生一個對地面的額外壓力，該額外壓力方向向下。因此，自車輛重心分界，車輛前部與后部承受的因加速度而對稱臺產(chǎn)生額外的壓力方向是相反的。設(shè)f\、f2……fm、fm+1……4為車輛因具有加速度而產(chǎn)生的對地面的額外壓力，設(shè)該額外壓力方向向下為正值，方向向上為負值；不失一般性， 設(shè)第1 m個車軸位于車輛重心之前，第m+1 η個車軸位于車輛重心之后，則，所有因加速度而對稱臺產(chǎn)生額外的壓力的總和為0，如式①所示
Σ !n fi=0①
以車頭前端的下部為軸心，按照力矩的原理，列出上式②、③和式④； f^Li +f2*L2 + ... + fk*Lk …+ fn*Ln=ak*G*H②
fi /f2 /……/X=K1 (Lz-L1)/ K2 (Lz-L2)/……/Km (Lz-Lm)③
f"m+i /f"m+2 /....../fn-K m+1 (Lm+i_Lz) / K m+2 (Lm+2_LZ) /..· /Kn (Ln_Lz) ④
式①中，i為1 η的整數(shù),Li為第i軸距離車頭前端的距離，式③、④中，Kp K2,…、 Kn為車軸輪數(shù)因子，分別代表車軸序號為1、2、…、η的車軸上的單側(cè)車輪數(shù)，η代表被稱重車輛的車軸數(shù)量。K值由于雙輪的彈性相對較大，單輪的相對較小，所以設(shè)為不同的值。車軸上的單側(cè)車輪數(shù)為一個時，I、K2,…、Kn的取值為1，車軸上的單側(cè)車輪數(shù)為兩個時，Kp K2>…、1在1.4 1.7的范圍內(nèi)取值。若第k個車軸經(jīng)過計稱重臺，車輛具有加速度％時，根據(jù)上述公式① ④，計算此時第k個車軸因加速度而產(chǎn)生的對計稱重臺的額外壓力fk ；
修正第k個車軸的軸重為原軸重減去額外壓力fk，即(V = Gk - fk ； 計算修正后的車輛總重G' = Σ !nGk'。步驟S2、判斷，|G' -Gl/ G'是否大于Gd%，如果是，
計算Lz' = (Σ !nGk' *Lk)，將Lz'賦予步驟1中的Lz，然后用公式①②③④，或 ①②⑤⑥，重新計算額外壓力fk ；
重新計算修正第k個車軸的軸重(V = Gk - fk ； 重新計算修正后的車輛總重G' = Σ !nGk'；返回步驟S2 ； 如果否，則跳出步驟S2。步驟S3、計算G" =G' +E1" ka*VkJ，式中Vk是第k個軸經(jīng)過計重稱臺時的速度，ka和j都是根據(jù)計重稱臺的型號不同而設(shè)置的一個常數(shù)，ka的取值范圍為0 1，j的取值范圍0 3 ；G"為再次修正后的車輛總重。最后所應(yīng)說明的是，以上具體實施方式
僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制， 盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，特別是以上內(nèi)容都是按照載貨汽車中車梁貫穿全車的整車、無并裝多車軸的情況來分析的，其它如半掛車、全掛車以及并裝多軸的情況用類似分析方法，只要不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。
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權(quán)利要求
1.一種車輛通行計重系統(tǒng)，其特征在于，包括計重系統(tǒng)，包括計重稱臺、稱重儀表，車輛的第K個車軸輪駛上所述計重稱臺時，所述稱重儀表測量該車軸的軸重，并實時記錄該車軸駛上所述計重稱臺時的時間Tk，以及駛下計重稱臺時的時間Tk'；所述計重稱臺安裝于車輛通道上，車輛掃描系統(tǒng)，安裝于車輛駛上所述計重稱臺之前的車輛通道旁，用于分別記錄車輛頭部、尾部先后經(jīng)過車輛掃描系統(tǒng)的時間TpTcici ；車速測量儀，安裝于車輛通過所述計重稱臺附近，用于從Ttl開始到Tcitl的時間內(nèi)持續(xù)采集車輛速度，包括Tk、Tk'時的車輛速度；計算機，分別連接所述計重系統(tǒng)、車輛掃描系統(tǒng)、車速測量儀，用于接收所述計重系統(tǒng)采集的軸重和Tk、Tk'時間數(shù)據(jù)，接收所述車輛掃描系統(tǒng)的 ；、T00時間數(shù)據(jù)，向所述車速測量儀發(fā)出從Ttl開始到Ttltl的時間內(nèi)持續(xù)采集車輛速度的控制指令，并接收所述車速測量儀采集的車輛速度數(shù)據(jù)；計算車輛總重。
2.—種權(quán)利要求1所述的車輛通行計重系統(tǒng)的車輛計重方法，其特征在于，包括以下步驟所述車輛掃描系統(tǒng)分別記錄車輛頭部、尾部先后經(jīng)過車輛掃描系統(tǒng)的時間Tc^Tcitl ； 所述計算機控制所述車速測量儀從Ttl開始到Ttltl的時間內(nèi)持續(xù)采集車輛速度， 車輛的第K個車軸輪駛上所述計重稱臺時，所述稱重儀表測量該車軸的軸重(ik，并實時記錄該車軸駛上所述計重稱臺時的時間Tk，以及駛下計重稱臺時的時間Tk'；所述計算機計算車輛總重為G= Σ !nGk, k為1 η的整數(shù)，η代表被稱重車輛的車軸數(shù)量；所述計算機計算車輛的第K個車軸在(Tk-At)至Tk'時間內(nèi)的加速度％ ；所述At 為預(yù)先設(shè)定時間；所述計算機計算第K個車軸到車頭前端的距離值Lk ；計算車輛的重心高度H=HO+ Δ H，其中，HO是車輛空載時的重心高度，Δ H是車輛所載貨物的重心高度，ΔΗ =(G-GO)* (Hl-HO)/(Gm-GO),其中GO是車輛空載重量，Gm為車輛滿載重量，Hl為車輛限高；計算車輛的重心到車頭前端的距離值Lz= (Σ !nGk^Lk) /G ；步驟Si、設(shè)f\、f2……fm、fm+1……fn為車輛因具有加速度而產(chǎn)生的對地面的額外壓力， 設(shè)該額外壓力方向向下為正值，方向向上為負值；不失一般性，設(shè)第1 m個車軸位于車輛重心之前，第m+1 η個車軸位于車輛重心之后，則，Σ !n fi=0①f^Li +f2*L2 + ... + fk*Lk …+ fn*Ln=ak*G*H②fi /f2 /……/fm= (Lz-L1)Z(Lz-L2)/……/(Lz-Lm)③fm+i /f m+2 /……/fn= (Lm+「LZ) / (Lm+2-Lz)/……/ (Ln-Lz)④式①、②中，i為1 η的整數(shù)，Li為第i軸距離車頭前端的距離； 若第k個車軸經(jīng)過計稱重臺，車輛具有加速度％時，根據(jù)上述公式① ④，計算此時第 k個車軸因加速度而產(chǎn)生的對計稱重臺的額外壓力fk ；修正第k個車軸的軸重(V為原軸重&減去額外壓力fk，即(V = Gk - fk ； 計算修正后的車輛總重G' = Σ !nGk'。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的車輛通行計重系統(tǒng)的車輛計重方法，其特征在于，所述步驟 Sl中，公式③、④進一步修正為fi /f2 /……Zfffl=K1 (Lz-L1)/ K2 (Lz-L2)/……/Kffl (Lz-Lm)…⑤fm+i /f m+2 /...... /fn=K ffl+1 (Lm+1-Lz) / Km+2 (Lm+2-Lz)/...... /Kn (Ln-Lz)…⑥上式⑤和式⑥中，I、K2、…、Kn為車軸輪數(shù)因子，分別代表車軸序號為1、2、…、η的車軸上的單側(cè)車輪數(shù)，η代表被稱重車輛的車軸數(shù)量，車軸上的單側(cè)車輪數(shù)為一個時，K1, K2>…、Kn的取值為1，車軸上的單側(cè)車輪數(shù)為兩個時，Kp K2,…、Kn在1.4 1.7的范圍內(nèi)取值；根據(jù)上述公式①、②、⑤、⑥，計算此時第k個車軸因加速度而產(chǎn)生的對計稱重臺的額外壓力fk。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的車輛通行計重系統(tǒng)的車輛計重方法，其特征在于，還包括以下步驟步驟S2、判斷，|G' -Gl/ G'是否大于Gd%，如果是，計算Lz' = (Σ !nGk' *Lk)，將Lz'賦予步驟1中的Lz，然后用公式①②③④，或 ①②⑤⑥，重新計算額外壓力fk ；重新計算修正第k個車軸的軸重(V = Gk - fk ； 重新計算修正后的車輛總重G' = Σ !nGk'； 返回步驟S2 ； 如果否，則跳出步驟S2。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的車輛通行計重系統(tǒng)的車輛計重方法，其特征在于，還包括以下步驟步驟S3、計算G" =G' + Σ ka*VkJ，式中Vk是第k個軸經(jīng)過計重稱臺時的速度，ka 和j都是根據(jù)計重稱臺的型號不同而設(shè)置的一個常數(shù)，ka的取值范圍為0 1，j的取值范圍0 3 ；G"為再次修正后的車輛總重。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種車輛通行計重系統(tǒng)及車輛計重方法，該車輛通行計重系統(tǒng)包括計重系統(tǒng)、車輛掃描系統(tǒng)、車速測量儀和計算機。車輛掃描系統(tǒng)安裝于車輛駛上計重稱臺之前的車輛通道旁，分別記錄車輛頭部、尾部先后經(jīng)過車輛掃描系統(tǒng)的時間。車輛的每個車軸輪駛上所述計重稱臺時，計重系統(tǒng)測量該車軸的軸重，并實時記錄該車軸駛上、駛下計重稱臺的時間。車速測量儀安裝于車輛通過所述計重稱臺附近，持續(xù)采集車輛速度。計算機，分別連接計重系統(tǒng)、車輛掃描系統(tǒng)、車速測量儀，接收和處理所連接設(shè)備的數(shù)據(jù)以及控制所連接設(shè)備。本發(fā)明準確測量每個車軸駛上、駛下計重秤臺的的瞬時加速度，便于車輛重量的補償計算，使車輛準確計重。
文檔編號G01G19/03GK102410866SQ201110220679
公開日2012年4月11日 申請日期2011年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月3日
發(fā)明者張梅云 申請人:武漢嘉工科技有限公司