研究動態(tài)電子汽車衡在實際應用中

上海有限公司產(chǎn)品研發(fā)工程部

自國內部分省市公路實行計重收費以來，動態(tài)電子汽車衡的使用越來越廣泛，但由于設備供應商實力和實施經(jīng)驗的參差不齊，zui早安裝的稱重設備并非都能令業(yè)主滿意。隨著2005年交通部《收費公路試行計重收費指導意見》的出臺和《全國治超檢測站點規(guī)范化建設試點工程實施方案》通知的下發(fā)，全國許多省份針對收費公路的計重收費設備和超載檢測設備相繼步入新設備試點運營、大規(guī)模設備采購和舊產(chǎn)品更新?lián)Q代的調研階段。很多衡器廠家和公路機電設備供應商看好其巨大的市場前景，紛紛上馬，但其中出現(xiàn)諸多對于動態(tài)車輛設備(系統(tǒng))認識、研究不夠的情況，新一輪關于動態(tài)車輛稱重設備應用及其技術指標的浮夸之風愈演愈烈。但是，動態(tài)車輛設備不同于一般靜態(tài)電子汽車衡。動態(tài)車輛稱重設備技術含量高、使用頻率高，項目投資大、施工周期長，對供應商綜合實力要求高，若技術上、資金上沒有把握而匆匆上馬則會隱含很大風險。一旦設備性能不達標，施工不合格，可靠性的工期不能滿足業(yè)主實際要求，對各方面都會造成重大損失。    

　　一、速度

JJG907-2006《動態(tài)公路車輛自動衡器》檢定規(guī)程中規(guī)定動態(tài)稱重設備可“安裝于稱量控制區(qū)域內，并在規(guī)定速度范圍實行"，但卻沒有明確規(guī)定該速度的范圍，在投標過程中發(fā)現(xiàn)有任意擴大固定式軸重儀標稱運行速度范圍的情況，然而在實際應用中，特定的稱重設備其運行速度是有上限的。一般來講，固定式軸重儀的一般運行速度為(10～15)km/h，實際檢驗過程中，各省市質監(jiān)部門在檢驗測試過程中，檢測車輛的速度也均為(10～15)km/h。

動態(tài)車輛稱重系統(tǒng)是一個由稱重設備和行駛車輛組成的等效二階振動系統(tǒng)，如圖1所示，其振動微分方程可以寫為

式中:M(t)——貨物質量；c——系統(tǒng)阻尼；k——系統(tǒng)剛度；x——系統(tǒng)相對參考零點的位移；F(t)——車輛動力載荷。

*，在計重收費應用中，稱重設備作為相關部門執(zhí)法和收費的依據(jù)，其稱重準確度和可靠性都必須是嚴肅、不容置疑的。我們將利用“稱重設備-車輛"系統(tǒng)振動方程的求解結論，論證當前動態(tài)車輛設備的速度上限。

式(1)是由穩(wěn)態(tài)載荷組成的，是車輛自身質量引起的，也是檢測所需求出的，是車輛振動引起的，且具有明顯峰值。據(jù)實際采集波形及二階微分方程可知，不同的車型振動頻率集中在(3～20)Hz的低頻范圍內，而振幅可達靜態(tài)載荷的10%左右。

設秤臺的有效采樣寬度為800mm(一般固定式軸重儀秤臺寬度為800mm)，車輛行駛速度為20km/h，則荷載作用于秤臺的瞬間，假設動態(tài)載荷的低頻干擾為10Hz(即振動周期為0.1s)，而秤臺固有頻率足夠高，此時，稱重設備的采樣信號長度是動態(tài)載荷的干擾長度的1.4倍，采集數(shù)據(jù)中包含一個完整周期的動態(tài)干擾信號，勉強滿足對于低頻動態(tài)干擾信號的濾除。因此，若行駛速度大于20km/h，則采樣數(shù)據(jù)中動態(tài)干擾信號將不足一個完整周期，這樣的干擾稱為短歷程的周期干擾，時域中的均值濾波和頻域中的各種濾波方法對這種干擾效果不大，同時考慮到動態(tài)載荷干擾的幅值、相位和頻率都是隨機性的，這就決定了目前在動態(tài)車輛稱重設備中所廣泛采用的滑動均值濾波的算法失效，造成了更大的隨機誤差和不確定度。因此，在有效采樣寬度更窄，車輛速度更高的高速預檢測系統(tǒng)應用中，必須采用更為*的數(shù)學模型和軟件處理方式以保證稱重準確度。

所以，在動態(tài)電子汽車衡的應用過程中一定要結合實際使用情況，了解秤臺的有效采樣寬度、動態(tài)處理方式的zui高運行速度等具有內在關系的指標是否科學嚴肅、真實可行。   

二、準確度

幾年來，主流供應商紛紛針對產(chǎn)品的應用情況，進行了深層次的研究和開發(fā)，動態(tài)稱重技術得到長足發(fā)展。但是，綜觀動態(tài)車輛稱重市場，技術提升之勢遠弱于指標浮夸之風。

JJG907-2006中對于動態(tài)車輛稱重設備的安裝有著明確的說明，其中的強制性規(guī)定中描述:為了減少行進車輛各軸之間的載荷傳遞，引道不能有縱向斜坡，其橫向斜坡度不能超過1%，承載器兩端8m的范圍內，引道的縱向和橫向水平傾斜度允差為±3mm，8m以外的引道區(qū)域，引道的縱向和橫向的水平傾斜度允差為±6mm。結合國情和實際應用情況，動態(tài)車輛稱重站點的技術條件往往難以滿足JJG907-2006中關于道路的要求，其中也不乏個別從業(yè)者不重視道路狀況對于動態(tài)車輛稱重設備應用準確度的影響，為降低成本、減小地基開挖量，類似情況使得動態(tài)車輛設備的安裝更是無法達標，對設備應用準確度帶來重大影響。

動態(tài)電子汽車衡的準確度除了與設備自身的實驗室準確度、稱重站點的技術條件有關外，另外還有一個比較重要的因素——行駛車輛的運動狀態(tài)。運動中的車輛相對于稱重設備是一個存在多相干擾的激勵源，包括客觀存在的車輛自身彈簧系統(tǒng)的振動、阻尼，來自于路面的激振，車輪輪轂圓度、油箱中汽油運動中的激振，以及車載貨物的重心轉移和慣性干擾等；也包括個別駕駛員有意無意的“zuo弊"行駛對稱重準確度的影響問題，這些特殊行駛狀態(tài)主要有變速行駛、“S"型等異型行車、頻繁點剎車等。

因此，動態(tài)車輛稱重設備的實際運行準確度與稱重站點的技術條件和使用者的正確使用有著很大的關系。在試驗路面狀況較好的情況下，試驗車輛的動態(tài)車輛稱重設備可以達到整車總重量準確度2級，而實際應用中，隨著稱重站點技術條件的惡化和使用者的異常駕駛，一般動態(tài)車輛稱重設備實際運營準確度等級為整車總重量5級。

三、設備類型

現(xiàn)階段，動態(tài)車輛稱重設備在國內的應用主要限于計重收費、超限超載治理、高速預檢稱重及少量交通數(shù)據(jù)采集，其設備主要類型有固定式軸重儀、彎板式軸重儀和壓電類設備。

在JJG907-2006中對于3種設備在動態(tài)車輛稱重系統(tǒng)中的應用都沒有明確的規(guī)定，但是根據(jù)3種設備的技術特點和規(guī)范中對于稱重設備的技術條件和準確度要求，業(yè)內在使用上通用的界定為:低速動態(tài)車輛稱重的計重收費、超限超載的準確稱重等直接參與或作為執(zhí)法依據(jù)的設備通常采用準確度更高的固定式軸重儀，中高速預檢稱重、交通數(shù)據(jù)采集等不作為執(zhí)法依據(jù)的設備通常采用彎板式軸重儀和壓電類設備。

在計重收費、超限執(zhí)法稱重應用中，由于稱重站地處收費車道或低速稱重執(zhí)法站，車輛通行速度通常比較低，甚至是長期靜止在稱重設備上，行車狀態(tài)也zui為復雜。作為收費、執(zhí)法的依據(jù)也要求該類應用設備準確度更高。靜態(tài)稱重的要求和復雜多變的行駛狀態(tài)首先決定了壓電類產(chǎn)品在該應用中失效。固定式軸重儀相較于彎板式軸重儀除了具備更寬的臺面、更可靠穩(wěn)定的算法外，其zui大的優(yōu)勢還在于優(yōu)良的橫向靈敏度一致性。通常情況下，彎板式軸重儀由于不可避免的邊界效應，當載荷位于軸重儀兩端時，其輸出變化劇烈，橫向靈敏度一般為3%，即當載荷分別由軸重儀的左、中、右3個位置通過時，*一項就會帶來高達3%的誤差。

高速預檢稱重和交通數(shù)據(jù)采集站點由于設備一般安裝于交通干線，車流zui大，車輛通行速度快，要求具備施工周期短、地基開挖zui小、相應的準確度要求較低等特點，因此通常采用彎板式軸重儀和壓電類設備。   

四、結束語

本文主要結合動態(tài)車輛稱重設備(系統(tǒng))的設備特點和應用，就設備的使用速度、準確度和設備應用類型的推介誤導和認識誤區(qū)談了些看法，期望能對我國計重收費、超限治理工程的實施有所幫助。