本發(fā)明涉及車輛動態(tài)稱重，尤其涉及利用支反力動態(tài)識別車輛軸重、速度和軸距的方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

交通結(jié)構(gòu)主題的使用期長達(dá)幾十年、甚至上百年，在環(huán)境侵蝕、材料老化、荷載的長期效應(yīng)和疲勞效應(yīng)、災(zāi)害因素的突變效應(yīng)等共同作用下將不可避免地導(dǎo)致結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的損傷積累和抗力衰減，極端情況下可能引發(fā)災(zāi)難性的突發(fā)事故。因此，為了保障結(jié)構(gòu)的安全性、完整性和耐久性，已建成使用的交通結(jié)構(gòu)主體急需采用有效的手段來監(jiān)測和評估其損傷程度及安全狀態(tài)，而車輛的軸重和軸距是交通結(jié)構(gòu)主題健康監(jiān)測中重要的參數(shù)。

目前對車輛進(jìn)行稱重的主要方法有：

傳統(tǒng)地磅，該方式識別效率低，車輛需停車或以極低速度行駛，只能識別車輛總重，不能識別車輛單軸軸重，并且需設(shè)置專門稱重站；

路面式動態(tài)稱重系統(tǒng)(pavementweight-in-motion,pwim)，包括彎板式、壓電石英式等。該方式安裝維護(hù)不方便，需中斷交通，使用壽命低；另外車輛正常行駛的跳動對識別精度影響較大且不易控制；

橋梁動態(tài)稱重系統(tǒng)(bridgeweigh-in-motion,bwim)，該類系統(tǒng)一般需要由兩套裝置協(xié)同工作以達(dá)到識別車輛重量的功能：一套裝置用于識別車輛速度和軸距，另一套裝置用于識別車輛軸重。用于識別車輛速度和軸距的技術(shù)主要有傳統(tǒng)的磁帶式或風(fēng)壓管式路面軸距識別裝置和非路面式車軸探測傳感器(free-of-axle-detector,fad)兩類。用于識別車輛軸重的技術(shù)一般為moses方法或基于其改進(jìn)的方法，這類方法通過在橋梁上安裝應(yīng)變傳感器，利用測得的橋梁彎曲應(yīng)變計(jì)算車輛軸重/總重。

但bwim也存在一定的局限性：

現(xiàn)有的磁帶式或壓感覺式軸距識別裝置，由于其安裝方式需要在路面/橋面開挖后安裝傳感器，因此仍存在使用壽命低和安裝維護(hù)需要中斷交通等缺點(diǎn)。

現(xiàn)有的fad傳感器，由于其安裝在橋梁下方，因此解決了磁帶式或壓感式裝置壽命低的缺點(diǎn)，因而fad技術(shù)已逐步替代了傳統(tǒng)的磁帶式或壓感式裝置。但商用經(jīng)驗(yàn)表明，fad傳感器對車輛橫向行駛位置很敏感，即車輛行駛位置的改變可能導(dǎo)致識別結(jié)果精度下降，甚至無法識別(即使用橋梁局部響應(yīng)識別車軸，受車輛橫向加載位置影響)；此外，fad傳感器在應(yīng)用于結(jié)構(gòu)長度較短的橋梁或具有次級結(jié)構(gòu)的橋梁(如正交異性板橋)時具有較好的效果，但對于其它類型橋梁其識別精度較差。

現(xiàn)有bwim技術(shù)使用橋梁彎曲應(yīng)變進(jìn)行車軸軸重識別，因此僅適用于以受彎為主要受力形式的梁橋或含有以受彎為主要受力形式的次級結(jié)構(gòu)的橋梁(如正交異性板橋梁)。此外，通過橋梁彎曲應(yīng)變計(jì)算結(jié)構(gòu)內(nèi)力時需要考慮結(jié)構(gòu)材料屬性和截面屬性，而結(jié)構(gòu)材料屬性和截面屬性無法避免地具有一定的隨機(jī)性，因此將導(dǎo)致計(jì)算所用的數(shù)值模型具有一定的誤差，且該誤差無法徹底消除，從而導(dǎo)致識別得到的車輛軸重的可靠精度降低。

針對上述情況，需提出一種利用支反力動態(tài)識別車輛軸重、軸距的方法及其系統(tǒng)，以解決傳統(tǒng)技術(shù)安裝維護(hù)不方便，需中斷交通，使用壽命低，識別精度局限性較大且易產(chǎn)生誤差的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提供一種利用支反力動態(tài)識別車輛軸重、軸距的方法及其系統(tǒng)，以解決傳統(tǒng)技術(shù)安裝維護(hù)不方便，需中斷交通，使用壽命低，識別精度局限性較大且易產(chǎn)生誤差的現(xiàn)的技術(shù)問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了利用支反力動態(tài)識別車輛軸重、速度和軸距的方法，包括以下步驟：

s1：在主體結(jié)構(gòu)上部署動態(tài)識別模塊，當(dāng)車輛經(jīng)過所述主體結(jié)構(gòu)時所述動態(tài)識別模塊采集作用力數(shù)據(jù)。

s2：對所述動態(tài)識別模塊采集的作用力數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算得到支反力及支反力時程。

s3：通過所述支反力時程所對應(yīng)的時程曲線識別車軸對應(yīng)的突變，獲取車輛軸數(shù)和車輛各軸駛上和離開主體結(jié)構(gòu)的時間點(diǎn)。

s4：通過所述駛上和離開主體結(jié)構(gòu)的時間點(diǎn)和所述支反力時程計(jì)算支反力名義值及車輛速度。

s5：通過所述支反力名義值及所述車輛速度分別計(jì)算車輛軸重和軸距。

步驟s1包括：

s101：在主體結(jié)構(gòu)p端和q端分別安裝np和nq個稱重傳感器。

s102：將各稱重傳感器的信號輸出端連接到動態(tài)數(shù)據(jù)采集單元的輸入端，將動態(tài)數(shù)據(jù)采集單元的輸出端連接到計(jì)算模塊。

步驟s2包括：

s201：從t0＝0時刻開始采集數(shù)據(jù)，共進(jìn)行k次數(shù)據(jù)采集。

s202：記錄tk＝k·ts(k＝1,2,...,k)時刻動態(tài)識別系統(tǒng)采集的p端和q端的各稱重傳感器的作用力分別為和其中ts為采樣頻率。

s203：根據(jù)采集所得的作用力計(jì)算端支反力和支反力時程：

k時刻p端的支反力為p端的支反力時程為向量fp＝{fp·1,fp·2,...,fp·k}^t；

k時刻q端的支反力為q端的支反力時程為向量fq＝{fq·1,fq·2,...,fq·k}^t。

步驟s3中：

通過信號分析方法獲取時程曲線發(fā)生突變的時刻記為記為則車輛軸數(shù)為na，車輛各軸駛上主體結(jié)構(gòu)的時刻為車輛各軸離開主體結(jié)構(gòu)的時刻為

步驟s4包括：

s401：通過s3獲取的時間點(diǎn)按時間先后排序得到一個序列利用得到的新序列將車輛車軸與主體結(jié)構(gòu)接觸的全部時間分割為2na-1個時間區(qū)段并獲取時間區(qū)段內(nèi)與主體結(jié)構(gòu)接觸的車軸集合其中fp上發(fā)生突變的時刻點(diǎn)記為fq上發(fā)生突變的時刻為na為車輛軸數(shù)，j＝1,2,...,2na-1。

s402：獲得任意時間區(qū)段內(nèi)總支反力名義值

s403：利用獲取的na組時刻值可計(jì)算得到na個識別速度值，記為集合v，對集合v中的元素進(jìn)行數(shù)據(jù)處理可得vⁱ。

本發(fā)明s5計(jì)算車輛軸重的方式為：其中軸重向量矩陣i＝{ij,i}為元素全為0或1的2na-1行na列矩陣，其元素由下面規(guī)則確定：對于任意車軸ai和j∈{1,2,...,2na-1}，若則ij,i＝1，否則ij,i＝0。

本發(fā)明s5計(jì)算車輛軸距的方式為：若車輛軸數(shù)na≤1，則不存在軸距，否則根據(jù)所述車速，計(jì)算得到兩組待選軸距值：

其中，i為車輛車軸序數(shù)，代表車輛的第i個車軸，通過已知車輛進(jìn)行校驗(yàn)，從兩組待選軸距值取與真實(shí)的車軸軸距更接近的一組待選軸距值，或者取兩組待選軸距值的平均值，作為識別的軸距值，記為

車輛總重由下式確定：

本發(fā)明還提供了一種利用支反力動態(tài)識別車輛軸重、速度和軸距的系統(tǒng)，包括：

數(shù)據(jù)采集模塊：用于采集在主體結(jié)構(gòu)上部署的動態(tài)識別模塊，當(dāng)車輛經(jīng)過時采集的作用力數(shù)據(jù)。

第一計(jì)算模塊：用于對動態(tài)識別系統(tǒng)采集模塊采集的作用力數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算得到支反力及支反力時程。

第二計(jì)算模塊：用于通過支反力時程所對應(yīng)的時程曲線識別車軸對應(yīng)的突變，獲取車輛軸數(shù)和車輛各軸駛上和離開主體結(jié)構(gòu)的時間點(diǎn)。

第三計(jì)算模塊：用于通過所述駛上和離開主體結(jié)構(gòu)的時間點(diǎn)和支反力時程計(jì)算支反力名義值及車輛速度。

第四計(jì)算模塊：用于通過支反力名義值及車輛速度分別計(jì)算車輛軸重和軸距。

第一計(jì)算模塊包括：

第一單元：用于從t0＝0時刻開始采集數(shù)據(jù)，共進(jìn)行k次數(shù)據(jù)采集。

第二單元：用于記錄tk＝k·ts(k＝1,2,...,k)時刻動態(tài)識別系統(tǒng)采集的p端和q端的各稱重傳感器的作用力分別為和其中ts為采樣頻率。

第三單元：用于根據(jù)采集所得的作用力計(jì)算端支反力和支反力時程：

k時刻p端的支反力為p端的支反力時程為向量fp＝{fp·1,fp·2,...,fp·k}^t；

k時刻q端的支反力為q端的支反力時程為向量fq＝{fq·1,fq·2,...,fq·k}^t。

第二計(jì)算模塊中：

通過信號分析方法獲取時程曲線發(fā)生突變的時刻記為記為則車輛軸數(shù)為na，車輛各軸駛上主體結(jié)構(gòu)的時刻為車輛各軸離開主體結(jié)構(gòu)的時刻為

第三計(jì)算模塊包括：

第四單元：用于通過s3獲取的時刻按時間先后排序得到一個序列，利用得到的新序列將車輛車軸與主體結(jié)構(gòu)接觸的全部時間分割為2na-1個時間區(qū)段以及時間區(qū)段內(nèi)與主體結(jié)構(gòu)接觸的車軸集合。

第五單元：用于獲得任意時間區(qū)段內(nèi)總支反力名義值

第六單元：用于利用獲取的na組時刻值可計(jì)算得到na個識別速度值，記為集合v，對集合v中的元素進(jìn)行數(shù)據(jù)處理可得vⁱ。

第四計(jì)算模塊包括：

第七單元：用于計(jì)算車輛軸重的方式為：其中軸重向量矩陣i＝{ij,i}為元素全為0或1的2na-1行na列矩陣；

第八單元：用于計(jì)算車輛軸距的方式為：若車輛軸數(shù)na≤1，則不存在軸距，否則根據(jù)車速，計(jì)算得到兩組待選軸距值：

其中，i為車輛車軸序數(shù)，代表車輛的第i個車軸，通過已知車輛進(jìn)行校驗(yàn)，從兩組待選軸距值取與真實(shí)的車軸軸距更接近的一組待選軸距值，或者取兩組待選軸距值的平均值，作為識別的軸距值，記為

則車輛總重由下式確定：

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明可同時實(shí)現(xiàn)對車輛軸數(shù)的識別、對車輛軸重的識別、對車輛軸距的識別和對車輛行駛速度的識別，并通過識別的軸數(shù)、軸重和軸距對車輛進(jìn)行分型。本發(fā)明既可以對慢速的車輛稱重，也可以對快速行駛的車輛稱重，利用車載時的結(jié)構(gòu)響應(yīng)時程中的大量數(shù)據(jù)對車重進(jìn)行估計(jì)，抗結(jié)構(gòu)振動影響和其它外部干擾能力強(qiáng)，車輛無需靜止或減速，識別精度和穩(wěn)定性高。本發(fā)明的系統(tǒng)建構(gòu)簡單，既可新建稱重主體受力結(jié)構(gòu)，也可直接利用已有公路橋梁或在既有地磅等稱重設(shè)備上進(jìn)行功能擴(kuò)展；安裝方便，安裝于受力結(jié)構(gòu)下部(地磅或橋梁的支座)，無需在公路路面或橋面安裝傳感器。傳感器不直接承受汽車荷載，耐久性好，使用壽命長。

除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)之外，本發(fā)明還有其它的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。下面將參照附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

附圖說明

構(gòu)成本申請的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1是本發(fā)明利用支反力動態(tài)識別車輛軸重、速度和軸距的方法流程圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例的應(yīng)用場景和稱重主體受力結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例的支反力時程曲線仿真示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明，但是本發(fā)明可以由權(quán)利要求限定和覆蓋的多種不同方式實(shí)施。

參見圖1，本發(fā)明的利用支反力動態(tài)識別車輛軸重、速度和軸距的方法，包括以下步驟：

s1：在主體結(jié)構(gòu)上部署動態(tài)識別模塊，當(dāng)車輛經(jīng)過主體結(jié)構(gòu)時動態(tài)識別模塊采集作用力數(shù)據(jù)。

s2：對動態(tài)識別系統(tǒng)采集模塊采集的作用力數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算得到支反力及支反力時程。

s3：通過支反力時程所對應(yīng)的時程曲線識別車軸對應(yīng)的突變，獲得車輛軸數(shù)和車輛各軸駛上和離開主體結(jié)構(gòu)的時刻。

s4：通過所述駛上和離開主體結(jié)構(gòu)的時刻和支反力時程計(jì)算支反力名義值及車輛速度。

s5：通過支反力名義值及車輛速度分別計(jì)算車輛軸重和軸距。

將動態(tài)識別系統(tǒng)部署在主體結(jié)構(gòu)上，當(dāng)車輛經(jīng)過主體結(jié)構(gòu)時，動態(tài)識別系統(tǒng)將其所受到的拉/壓力轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號后輸出。計(jì)算模塊根據(jù)接收到的信號數(shù)據(jù)計(jì)算支反力時程并得到相應(yīng)的支反力時程曲線。根據(jù)支反力時程曲線的突變可以得到車輛駛?cè)胫黧w結(jié)構(gòu)和離開主體結(jié)構(gòu)的時間以及車輛的軸數(shù)。通過車輛駛?cè)腚x開主體結(jié)構(gòu)的時間和對應(yīng)時刻的支反力時程計(jì)算可得車輛的支反力名義值和車輛的速度，通過支反力名義值和速度計(jì)算出車輛軸重和軸距，并通過軸重計(jì)算出車輛總重。

通過上述步驟，能對快速行駛的車輛進(jìn)行軸數(shù)、軸重、速度和總重進(jìn)行識別，當(dāng)然也可以對慢速的車輛進(jìn)行上述識別，具有傳統(tǒng)動態(tài)稱重系統(tǒng)的功能，通過軸數(shù)、軸重和軸距對車輛進(jìn)行分型。

參見圖2，在實(shí)際應(yīng)用中，s1部署的步驟為：

s101：在主體結(jié)構(gòu)p端和q端分別安裝np和nq個稱重傳感器。

s102：將各稱重傳感器的信號輸出端連接到動態(tài)數(shù)據(jù)采集單元的輸入端，將動態(tài)數(shù)據(jù)采集單元的輸出端連接到計(jì)算機(jī)。

在主體結(jié)構(gòu)的p端和q端分別安裝np和nq個稱重傳感器，所謂的主體結(jié)構(gòu)為車輛通行的簡支梁結(jié)構(gòu)，包括公路簡支橋梁，地磅等，主體結(jié)構(gòu)p端和q端一般選擇為主體結(jié)構(gòu)入口和出口的下部，如地磅和橋梁的支座。稱重傳感器的信號輸出端連接到動態(tài)數(shù)據(jù)采集單元的輸入端，稱重傳感器和動態(tài)數(shù)據(jù)采集單元均含有a/d轉(zhuǎn)換模塊、且通常具有信號放大、低通濾波等功能。稱重傳感器將其所受到的拉/壓力轉(zhuǎn)換為電信號輸出到動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)再由動態(tài)數(shù)據(jù)采集單元將該電信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號輸出到計(jì)算模塊進(jìn)行后續(xù)計(jì)算。

該動態(tài)識別模塊構(gòu)成簡單，既可新建稱重主體受力結(jié)構(gòu)，也可直接利用已有公路橋梁或在既有地磅等稱重設(shè)備上進(jìn)行功能擴(kuò)展，且傳感器都安裝于受力結(jié)構(gòu)下部，無需在公路路面或橋面安裝傳感器。傳感器不直接承受汽車荷載，耐久性好，使用壽命長。

本發(fā)明s2包括以下步驟：

s201：從t0＝0時刻開始采集數(shù)據(jù)，共進(jìn)行k次數(shù)據(jù)采集。

s202：記錄tk＝k·ts(k＝1,2,...,k)時刻動態(tài)識別系統(tǒng)采集的p端和q端的各稱重傳感器的作用力分別為和其中ts為采樣周期。

s203：根據(jù)采集所得的作用力計(jì)算端支反力和支反力時程：

k時刻p端的支反力為p端的支反力時程為向量fp＝{fp·1,fp·2,...,fp·k}^t；

k時刻q端的支反力為q端的支反力時程為向量fq＝{fq·1,fq·2,...,fq·k}^t。

以ts為采樣周期從t0時刻開始進(jìn)行k次數(shù)據(jù)采集，記錄每次采樣時刻稱重傳感器采集的作用力數(shù)據(jù)，分別計(jì)算p端和f端的支反力和支反力時程。從支反力時程曲線上識別車軸對應(yīng)的突變，可獲得車輛軸數(shù)和車輛駛?cè)牒婉偝鲋黧w結(jié)構(gòu)的時刻。

本發(fā)明s3中：

通過信號分析方法獲取時程曲線發(fā)生突變的時刻記為記為則車輛軸數(shù)為na，車輛各軸駛上主體結(jié)構(gòu)的時刻為車輛各軸離開主體結(jié)構(gòu)的時刻為

對時程曲線fp、fq關(guān)于時間求差分，然后對差分曲線進(jìn)行峰值/谷值分析，最后提取差分曲線上的局部峰值/谷值對應(yīng)的時刻，即得和

本發(fā)明中的信號分析方法不限于上述方法，使用其他求解的方法均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

本發(fā)明s4包括以下步驟：

s401：通過s3獲取的時間點(diǎn)按時間先后排序得到一個序列利用得到的新序列將車輛車軸與主體結(jié)構(gòu)接觸的全部時間分割為2na-1個時間區(qū)段并獲取時間區(qū)段內(nèi)與主體結(jié)構(gòu)接觸的車軸集合其中fp上發(fā)生突變的時刻點(diǎn)記為fq上發(fā)生突變的時刻記為na為車輛軸數(shù)，j＝1,2,...,2na-1

s402：獲得任意時間區(qū)段內(nèi)總支反力名義值

s403：利用獲取的na組時刻值可計(jì)算得到na個識別速度值，記為集合v，對集合v中的元素進(jìn)行數(shù)據(jù)處理可得vⁱ。

將獲得的時刻點(diǎn)序列中的元素按時間先后進(jìn)行排序，得到一個新序列利用得到的新序列將車輛車軸與主體結(jié)構(gòu)接觸的全部時間分割為2na-1個時間區(qū)段其中j＝1,2,...,2na-1。

獲得任意時間區(qū)段內(nèi)與主體結(jié)構(gòu)接觸的車軸集合由下式確定：

獲得任意時間區(qū)段內(nèi)梁總支座反力名義值：

對于時間區(qū)段若kj+1-kj≤1，則梁總支座反力名義值為若kj+1-kj>1，此時間段內(nèi)，采集的梁總支座反力時程為

當(dāng)有兩個軸發(fā)生了這樣的情況：一個軸到達(dá)主體結(jié)構(gòu)左支座，同時另一個軸到達(dá)主體結(jié)構(gòu)右支座，這段時間過短，其梁總支座反力名義值對軸重計(jì)算沒有意義，即kj+1-kj≤1時，梁總支座反力名義值為

梁總支座反力名義值由下述方法之一得出：

梁總支座反力名義值取梁總支座反力時程的線性組合，即

其中ck為任意實(shí)數(shù)且不全為0，且當(dāng)ck均為1時，是梁總支座反力時程的平均值。

梁總支座反力名義值取梁總支座反力時程的線性組合的n階矩，即

其中ck為任意實(shí)數(shù)且不全為0，n為大于0的任意實(shí)數(shù)，且當(dāng)ck均為1，n＝2時，是梁總支座反力時程的有效值。

取梁總支座反力時程中的若干個元素的中位數(shù)，即：

其中，ne為計(jì)算時所取元素的個數(shù)。

可以根據(jù)實(shí)際調(diào)試結(jié)果確定效果最優(yōu)的方法并根據(jù)最優(yōu)計(jì)算方法支反力名義值。

利用獲取的na組時刻值可計(jì)算得到na個識別速度值，記為集合v：

其中，vi為第i個識別速度值，l為梁pq的縱向長度；

對集合v中的元素進(jìn)行數(shù)據(jù)處理可得vⁱ，所述數(shù)據(jù)處理方法為以下三者之一：

取v中的若干個元素的平均值，即：

取v中的若干個元素的有效值，即：

取v中的若干個元素的中位數(shù)，即：

其中，ne為從v中任取若干個元素進(jìn)行計(jì)算時元素的個數(shù)。

可以根據(jù)實(shí)際調(diào)試結(jié)果確定效果最優(yōu)的方法并根據(jù)最優(yōu)計(jì)算方法計(jì)算速度值。

通過上述方法，求得支反力名義值和車輛速度，是計(jì)算車輛軸重和軸距的先決條件。

本發(fā)明中s5計(jì)算車輛軸重的方式為：其中軸重向量矩陣i＝{ij,i}為元素全為0或1的2na-1行na列矩陣，其元素由下面規(guī)則確定：對于任意車軸ai和j∈{1,2,...,2na-1}，若則ij,i＝1，否則ij,i＝0。

本發(fā)明中s5計(jì)算車輛軸距的方式為：若車輛軸數(shù)na≤1，則不存在軸距，否則根據(jù)所述車速，計(jì)算得到兩組待選軸距值：

其中，i為車輛車軸序數(shù)，代表車輛的第i個車軸，通過已知車輛進(jìn)行校驗(yàn)，從兩組待選軸距值取與真實(shí)的車軸軸距更接近的一組待選軸距值，或者取兩組待選軸距值的平均值，作為識別的軸距值，記為

車輛總重由下式確定：

通過上述方法，可以求得車輛的軸重、總重、速度和軸距，可通過軸重、總重和軸距對車輛進(jìn)行分型。

在上述方法的同一原理的基礎(chǔ)上，本發(fā)明的利用支反力動態(tài)識別車輛軸重、速度和軸距的系統(tǒng)，包括：

數(shù)據(jù)采集模塊：用于采集在主體結(jié)構(gòu)上部署的動態(tài)識別模塊，當(dāng)車輛經(jīng)過時采集的作用力數(shù)據(jù)。

第一計(jì)算模塊：用于對動態(tài)識別系統(tǒng)采集模塊采集的作用力數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算得到支反力及支反力時程。

第二計(jì)算模塊：用于通過支反力時程所對應(yīng)的時程曲線識別車軸對應(yīng)的突變，獲取車輛軸數(shù)和車輛各軸駛上和離開主體結(jié)構(gòu)的時間點(diǎn)。

第三計(jì)算模塊：用于通過所述駛上和離開主體結(jié)構(gòu)的時間點(diǎn)和支反力時程計(jì)算支反力名義值及車輛速度。

第四計(jì)算模塊：用于通過支反力名義值及車輛速度分別計(jì)算車輛軸重和軸距。

該系統(tǒng)既可對慢速行駛的車輛進(jìn)行稱重，也可對快速行駛的車輛進(jìn)行稱重，能快速地識別車輛軸重、軸距和速度，從而對車輛進(jìn)行分型。本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，既可新建稱重主體受力結(jié)構(gòu)，也可直接利用已有公路橋梁或在既有地磅等稱重設(shè)備上進(jìn)行功能擴(kuò)展。安裝方便，動態(tài)識別模塊安裝于受力結(jié)構(gòu)下部(地磅或橋梁的支座)，無需在公路路面或橋面安裝，使用壽命長，又具有良好的識別精度和穩(wěn)定性。

在實(shí)際應(yīng)用中，本系統(tǒng)的第一計(jì)算模塊包括：

第一單元：用于從t0＝0時刻開始采集數(shù)據(jù)，共進(jìn)行k次數(shù)據(jù)采集。

第二單元：用于記錄tk＝k·ts(k＝1,2,...,k)時刻動態(tài)識別系統(tǒng)采集的p端和q端的各稱重傳感器的作用力分別為和其中ts為采樣頻率。

第三單元：用于根據(jù)采集所得的作用力計(jì)算端支反力和支反力時程：

k時刻p端的支反力為p端的支反力時程為向量fp＝{fp·1,fp·2,...,fp·k}^t；

k時刻q端的支反力為q端的支反力時程為向量fq＝{fq·1,fq·2,...,fq·k}^t。

第二計(jì)算模塊包括：

第四單元：用于通過信號分析方法獲取時程曲線發(fā)生突變的時刻fp記為fq記為則車輛軸數(shù)為na，車輛各軸駛上主體結(jié)構(gòu)的時刻為車輛各軸離開主體結(jié)構(gòu)的時刻為

第五單元：用于對時程曲線fp、fq關(guān)于時間求差分，然后對差分曲線進(jìn)行峰值/谷值分析，最后提取差分曲線上的局部峰值/谷值對應(yīng)的時刻，即得和

本系統(tǒng)的第三計(jì)算模塊包括：

第六單元：用于通過s3獲取的時間點(diǎn)按時間先后排序得到一個序列利用得到的新序列將車輛車軸與主體結(jié)構(gòu)接觸的全部時間分割為2na-1個時間區(qū)段并獲取時間區(qū)段內(nèi)與主體結(jié)構(gòu)接觸的車軸集合其中fp上發(fā)生突變的時刻點(diǎn)為記fq上發(fā)生突變的時刻為na為車輛軸數(shù)，j＝1,2,...,2na-1。

第七單元：獲得任意時間區(qū)段內(nèi)總支反力名義值

第八單元：用于利用獲取的na組時刻值可計(jì)算得到na個識別速度值，記為集合v，對集合v中的元素進(jìn)行數(shù)據(jù)處理可得vⁱ。

第四計(jì)算模塊包括：

第九單元：用于計(jì)算車輛軸重的方式為：其中軸重向量矩陣i＝{ij,i}為元素全為0或1的2na-1行na列矩陣；

第十單元：用于計(jì)算車輛軸距的方式為：若車輛軸數(shù)na≤1，則不存在軸距，否則根據(jù)車速，計(jì)算得到兩組待選軸距值：

其中，i為車輛車軸序數(shù)，代表車輛的第i個車軸，通過已知車輛進(jìn)行校驗(yàn)，從兩組待選軸距值取與真實(shí)的車軸軸距更接近的一組待選軸距值，或者取兩組待選軸距值的平均值，作為識別的軸距值，記為

則車輛總重由下式確定：

該系統(tǒng)可用稱重傳感器/測力支座作為公路簡支橋梁支座，利用橋梁作為稱重平臺，并連接動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)所述功能也可利用既有地磅(汽車衡)主體結(jié)構(gòu)及傳感器，并連接動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)所述功能。

參見圖3，圖3為3軸車經(jīng)過20m跨徑主體結(jié)構(gòu)時的支反力時程曲線仿真示意圖，通過圖中對應(yīng)的突變可以確定車軸為3軸。通過駛上和離開主體結(jié)構(gòu)的時間點(diǎn)和支反力時程計(jì)算支反力名義值及車輛速度，支反力名義值及車輛速度分別計(jì)算車輛軸重和軸距。

本發(fā)明對主體結(jié)構(gòu)長度沒有限制，但主體結(jié)構(gòu)長度不應(yīng)小于車輛程度。且本發(fā)明目前只考慮主體結(jié)構(gòu)上多個車道同時最多只有一輛車的情況，不能考慮多車道同時有車輛行駛的情況，因此最適宜應(yīng)用于單車道的主體結(jié)構(gòu)。

綜上可知，本發(fā)明既可對慢速行駛的車輛進(jìn)行稱重，也可對快速行駛的車輛進(jìn)行稱重，具有傳統(tǒng)動態(tài)稱重系統(tǒng)的功能，并且具有車輛軸數(shù)、軸重、總重、速度和軸距識別的功能，可以根據(jù)識別的軸數(shù)、軸距和軸重對車輛進(jìn)行分型。本發(fā)明利用車輛加載時的結(jié)構(gòu)響應(yīng)時程中的大量數(shù)據(jù)對車重進(jìn)行估計(jì)，抗結(jié)構(gòu)振動影響和其它外部干擾能力強(qiáng)，車輛無需靜止或減速，識別精度和穩(wěn)定性高，且結(jié)構(gòu)簡單，既可新建稱重主體受力結(jié)構(gòu)，也可直接利用已有公路橋梁或在既有地磅等稱重設(shè)備上進(jìn)行功能擴(kuò)展。又因?yàn)樵撓到y(tǒng)的傳感器安裝于受力結(jié)構(gòu)下部(地磅或橋梁的支座)，無需在公路路面或橋面安裝傳感器。傳感器不直接承受汽車荷載，耐久性好，使用壽命長。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。