機動車不停車測重裝置

渠珊珊　程澤宇　張超　趙文崢

摘 要：隨著時代經濟的發展，全國的高速公路建設里程每年都在不斷地發生著巨大變化，以及海關、水泥廠等運貨量大且需要按重量交易的場所不斷增加，因此運輸車量的超載以及測重問題隨之而來。本論文為實現車輛的不停車測重，稱重器由光纖光柵壓力傳感器和高級材料相結合構成稱重秤體，進而進行靜態載荷下的試驗以及動態運行實驗。實驗結果表明，論文中不停車測重裝置具有幾乎零誤差、對載荷的變化靈敏、具有較好可靠性等特點。

關鍵詞：車輛 不停車測重 光纖光柵

中圖分類號：U260 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）02（c）-0101-03

1 研究概況

如今的道路交通發展突飛猛進，交通事故的傷亡數字不堪入目，因此現如今我們面對的最大問題是如何進行機動車有效管理。尤其是由于超載導致的事故越來越多，超載不僅對人民群眾遭受人身及財產損失，對道路也有極大的傷害。近些年來超載檢測系統的研究取得了巨大的發展，各種檢測系統不斷地被研發應用。現有的有關超載檢測系統的技術有：汽車輪載檢測系統、根據不停車稱重的快速路段超載檢測系統一級物聯網技術的汽車超載移動檢測系統等。近年來由于其在車輛超載查處中起到的巨大作用，逐步受到社會各界的重視，但對其研究大多不能全面推廣到所有道路中，原因是動態稱重系統的研究還不完善，稱重結果不夠準確，動態不停車超載檢測系統應是以后研發的主要方向。不停車車輛重量檢測主要用于城市快速路和高速公路入口及橋梁，應用于檢測汽車的動態重量，有效制止了行駛在道路上的車輛超出限重量的情況，有效避免了因為汽車超出限重量對路面造成不可逆轉的損壞，用預防工作取代處罰工作。該系統與傳統檢測方法相比效率提高十倍甚 至數十倍，創造出新型的檢測測重裝置，彌補了中國在動態車輛稱重檢測方面的不足。

2 不停車測重裝置

2.1 系統功能

快速檢測動態車輛超重；對超載車輛進行語音提示，通過LED顯示屏告知當事人違反事實，誘導其進行靜態檢測；監測數據自動錄入系統，根據用戶需求查詢，打印檢測結果和現場處罰決定；將車輛檢測到的所有信息實時地上傳至高速公路信息比對系統，發現有超載超重的車輛，工作人員及時查處，同時禁止未經檢測的車輛進入高速公路；系統將檢測情況錄入數據庫，為公安機關等執法部門提供基礎信息。

2.2 系統原理

動態車輛稱重系統的監測區域設置在高速公路收費口約150m，以安裝檢測行駛時車重的設備，車身自動檢測、道路監控設施、車牌辨識裝置、計算機管理檢測設施等。在車輛進入收費口時，可以就此實現零干擾無需停車的快速檢測流程，其中包括車輛實際重量、車牌照等。如果發生車輛超重現象，該系統將會自動提醒超載車輛要減輕負載，對需要繼續上路的超載車輛通過情報板進行報警的自動檢測裝置。車輛在檢測區域內，全程監控記錄，方便查處違法車輛，固定證據。

稱體載荷大小可以根據應力的改變來反向計算。因此我們把簡支梁選取作為實驗秤體。我們將采用一端為可動鉸支，另一端為固定鉸支。我們要綜合考慮不同情況下的載荷大小，這是由于在載荷的變動和傳感器不同位置變化的作用下，整體梁上各個截面積的剪力和彎矩并不是總能用一個相關函數來進行詳細描述。因此為了準確測定載荷大小，先要固定兩個FBG傳感器，我們假定簡支梁長為L，坐標原點為簡支梁的固定鉸支端，這兩個FBG傳感器與簡支梁的固定鉸支端的距離分別記為X1，X2，其中X1

由實驗過程可知，當兩個傳感器之間被加載載荷時的的情況。我們結合材料力學分析：當我們固定好載荷位置時（X為常數），應變與載荷呈現出線性關系。借此，如果我們使用固定載荷位置的方式，即F作為固定常量時，載荷的位置點X也與應變呈現出線性關系。這就是我們前面所說的稱體載荷大小可以根據應力的改變來反向計算。

但是在實際生活中，由于現實因素導致承重結構所承受的力并非是集中力，而是一部分的均布力（某一小部分面積上的）。我們可以根據已知的應力計算公式求得，應變大小與加載位置上的均布力也呈現出線性關系。并且當固定加載位置時，如若傳感器的一個應變值已知，我們就可以計算出加載位置X及載荷F。

2.3 系統工作流程

當車輛行駛進入檢測區時，感應線圈、動態稱重器等設施將會被自動觸發，動態車輛得以稱重。同時，也會自動觸發監控設備、車牌識別設施，車輛駛入檢測區的圖像將會被自動捕捉，圖像將會被自動傳送至控制計算機上，計算機再自動進行車輛信息的提取工作。

通過感應區，對采集到的車輛信息和數據進行分析比較，得出稱重結果，計算機自動與規定裝載重量進行比較，判斷車輛是否超載。

如果當前檢測車輛超載，系統將信息傳送給計算機，系統將誘導車輛駛向復驗區。倘若當前的受檢車輛超出限載量，系統實時對電腦反饋，系統將提示車輛開往復驗區。

若車輛沒有超出，系統將誘導車輛駛入高速公路。如果車輛被確定超載，工作人員對超載車輛進行處理，并引導車輛進入超載貨物過境區或接受其他處理措施。

對車輛未按誘導方向行駛未進入復驗區的，及時將第一次檢測的車輛信息，超載情況發送給高速路收費口，阻止車輛駛入高速公路。

3 系統試驗

3.1 試驗材料

該車輛測重裝置采用復合型材料制成，復合型材料具有重量輕、剛度大、耐腐蝕等優點。動態稱重裝置的傳感器運用了光線布拉格光柵裝置，實驗過程中，將該裝置貼在秤體上，其運行原理是：光源發出的寬帶光途徑光纖傳送至被檢測點，因為光柵具有選擇性，所以反射回一窄帶近紅外光，經過光分路器的處理后傳輸到波長鑒別器或波長解調儀，然后通過光探測器進行光電轉換。最后當稱重器受到了外界壓力而形變時，光柵反射的窄帶光波長也會發出相應的變化，從而反映出稱重器所受的壓力值。FBR光纖光柵壓力傳感器具有結構簡單、操作便捷、性能可靠、線性度好、靈敏度、受外界干擾小等多個特點

3.2 復合材料秤體動態試驗

為研究復合型材料稱體的實用性，首先選擇長度為1000m的具有硬化路面且路狀良好的局段，作為本實驗的實驗路段；此實驗路段，應當按照國家的相關標準施工，建立秤體的混凝土基礎；使用國家專用檢衡車，用增減標準砝碼的方式，來測量不同速度及不同重量下的準確度；并且在稱體附近加測試平臺，集中測試設備對秤體傳感器采集數據及對光電測速數據進行采集和應用。

用以往的老式測重方式測量出的值定為標準，方便用不停車測重值和標準值相對比，計算不停車測重存在的誤差。首先，在做不停車測重實驗之前，使用砝碼對稱重器進行定值，A、B兩個稱重器上分別放置車輪狀的砝碼，但受砝碼形狀的限制，每個稱重器僅能放置一個砝碼，由于稱重器對同一個位置的載荷線性度相同，可以通過放置砝碼的方式解算稱重器的形變載荷公式。通過疊加方形砝碼的方式來檢驗雙輪上稱時結構發生的線性變化。疊加方形碼時，一次增加1t、3t、5t，通過三次的測量值來計算線性公式的斜率，如表1、圖1所示。兩個稱重器的斜率十分接近，說明了兩個稱重器很穩定。

通過統計實驗結果發現具有一定的離散性，而離散性會對稱重器的可靠性產生影響。主要有兩方面原因：一是離散度很大的測量結果都是在車輪位置比較靠近秤體邊緣的位置上，即為無效區域；二是稱重器早期的設計是為了處理單輪胎行駛過稱重器時的動態測量，對雙輪胎的測量只能利用砝碼檢稱時的線性關系計算得出，這個問題有待解決。

4 結語

針對高速公路超載問題的特征，設計了“動態預檢和靜態復檢”雙重結合的不停車測重系統。該系統十分有效地解決了高速公路上行駛車輛超出限重量的問題，及超出限重量的車輛會對道路橋梁產生嚴重損毀的問題。針對各用戶進行了分析，對系統原理和結構進行了設計，并擬定了系統的功能及流程，能夠準確測量出機動車載重量。

不停車智能測重裝置是一種創新的管理模式。不停車檢測的整個過程全封閉、全自動，在該過程中人工不可干預，信息獲取、收集公開透明，全程多關把控，互相監督，有效地避免了公路“三亂”現象的發生，保護了治理超載的執法人員，使執法環境得到了良好的改善，文明執法得到充分體現。該檢測裝置系統不僅大幅度地降低了一線執法工作人員的勞動強度，而且減少了車輛溫室氣體的排放量。待檢測的車輛不需要消耗過多的油耗，可以為國家環保事業做出貢獻。另一方面，該系統與以往的測重方式相比，放行的速度大幅加快，收費口不必進行過多的拓寬改造就可以引進該裝置，節約了工程改造費用。

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