動態汽車衡計量誤差的原因及預防措施研究

潘多慶

摘要：本文從動態汽車衡概述入手，著重分析了動態汽車衡計量誤差的原因，并探索了動態汽車衡計量誤差的預防措施。

Abstract： This article starts with the overview of dynamic truck scales， focuses on the analysis of the causes of dynamic truck scale measurement errors， and explores preventive measures for dynamic truck scale measurement errors.

關鍵詞：動態汽車衡計量；誤差；原因；預防措施

Key words： dynamic truck scale measurement；error；reason；preventive measures

中圖分類號：TH715 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）21-0219-02

0 引言

隨著高速公路的發展，汽車運輸越來越普遍，汽車超載現象也越來越多。為此，我國采取了車輛動態稱重計費系統。動態汽車衡能夠在汽車運輸過程中對汽車進行稱重，效率高、速度快。然而在實際計量過程中，動態汽車衡稱重存在著一定的誤差，稱重精度不高。針對這一問題，我國積極探索動態汽車衡計量誤差的原因，并探索了動態汽車衡計量誤差的預防措施。研究動態汽車衡計量誤差原因及預防措施不僅能夠提高動態汽車衡計量的精度，而且對我國公路運輸的發展意義深刻。

1 動態汽車衡概述

1.1 動態汽車衡的原理

動態汽車衡主要由稱重平臺、傳感器、處理器、輪胎識別器、信號調理電路、承載器等組成。

車輛行駛并通過稱重平臺的時候，稱重平臺下面的稱重傳感器會獲取車輛的相關軸重信息，然后將軸重信息轉換為點信號，傳輸到稱重儀表中，稱重儀表對電信號進行模數轉換、濾波、放大等處理之后傳輸到上位工控機，進而實現對稱重數據的實時監控、打印報表、實時處理等。

1.2 動態汽車衡的構成

1.2.1 稱重傳感器

稱重傳感器一般放置與稱重平臺下面，并且，每一稱重平臺下面都會放置4個稱重傳感器。這四個稱重傳感器位于稱重平臺的四角，并靠近平臺邊緣。同時，稱重平臺的長度要容納車輛的承載軸，保證只有一輛車處于稱重平臺上面。傳感器主要獲取車輛的稱重信息，并將稱重信息轉換為電信號。

1.2.2 接線盒

稱重傳感器的輸出阻抗、額定輸出等數據不可能完全相同，因此，在運用動態汽車衡的過程中很容易產生較差，進而影響稱重數據的準確性。為了提高稱重信息的準確性，我們在傳感器之間連接了接線盒，用于調節傳感器之間的較差，保證傳感器基準的一致性。

1.2.3 稱重儀表

稱重儀表是動態汽車衡的核心，主要有放大器板塊、濾波板塊、A/D傳感器等組成。其中放大器板塊主要負責放大傳感器所獲得的電信號。濾波板塊主要負責濾除稱重信號中的高頻噪聲，進而減輕處理器的負擔。A/D傳感器的負責將放大后的電信號進行采樣，然后將電信號轉換為數字信號。并且，稱重儀表會對采樣之后的離散信號進行預處理，進而提高信號的精確度，測出車輛的軸重。

1.2.4 上位工控機

上位工控機主要負責稱重數據的存儲和顯示，進而為數據查詢、實時監控、報表打印等提供條件。在車輛經過稱重平臺的時候，稱重系統需要實時監控車輛的加速度、速度、車型等信息，并在發現車輛超載之后自動報警。另外，為了用戶能夠直觀地看到車輛的稱重信息，上位工控機設置了修改、添加、統計記錄、查詢等功能。

2 動態汽車衡計量誤差的原因

2.1 靜態干擾

2.1.1 承載器的結構和強度會導致動態汽車衡計量誤差

具體來講，動態汽車衡承載器的結構與靜態稱量結構相比有著較高的強度和剛度，能夠避免車輛通過時的大面積變形，并能夠及時將車輛的軸重傳遞到稱重器中，進而獲得稱重信息。為了保持稱重器良好的動態性能，動態汽車衡計量可以參照動態軌道衡的計量方法，將承載器與傳感器進行一體化設置，在稱重梁上直接粘貼應變片，這樣就不再需要重新選取稱重器，也不需要再考慮限位、連接等問題。

2.1.2 稱重傳感器的特性

稱重傳感器的性能直接影響著稱重效果。現階段，大多數動態汽車衡系統主要采用應變式稱重傳感器。這是因為，現階段，人們對動態汽車衡的認識還不夠統一。動態汽車衡的計量時間較短，稱重系統需要進行過稱、采樣、信號轉換、數據處理等操作，然后再將稱重結果反映出來。在這種情況下，稱重系統對稱重傳感器的要求較高。然而，在實際稱重過稱中，稱重傳感器的溫度漂移、分辨率、傳感器的非線性問題等都會導致計量誤差。具體來講，溫度漂移是在不同溫度造成的現象，需要我們采用合適的軟件方法或電路來克服溫度漂移問題。并且，動態汽車衡還需要考慮A/D分辨率問題，提高測量精度。另外，動態汽車衡還需要考慮傳感系統的非線性特征，重視傳感系統的過載、抗側向力、裝卸更換等指標，并對傳感數據進行相應處理。

2.2 動態干擾

2.2.1 汽車振動

動態汽車衡在計量過程中會受到車輛、承載器、地面的相互影響，進而導致稱重系統振動的復雜性。然而，汽車振動是稱重系統振動的主要原因，汽車輪胎花紋會引起汽車的周期性振動、汽車發動機的偏心轉動會引起振動、駕駛員操縱不穩會引起振動、油料燃燒不均勻也會引起振動。從汽車諧振方面來講，汽車的諧振與汽車的載重、自重及汽車的等效彈簧剛度有著密切的關系。一般情況下，汽車的重量大、彈簧剛度小，振動周期較大。從汽車的耦合振動來講，車輛行駛的時候，汽車輪胎與承載臺之間會產生擠壓作用，汽車輪胎與承載臺發生微量變形，進而引發振動，影響動態汽車衡計量的準確性。

2.2.2 汽車行駛速度

汽車在汽車行駛過程中與路面會產生靜態載荷與動態載荷的相互作用。其中，靜態載荷指汽車處于靜態狀態是對路面產生的負荷，是汽車的靜態重量。動態載荷指汽車行駛對路面產生的負荷，是汽車的動態重量。而汽車的動態載荷又可以分為四種類型。第一種類型是地面平整車輛振動極小的恒定荷載。第二種是汽車偶然發生的劇烈振動，但是沒有進行復雜描述的穩定荷載。第三種是汽車行駛所發生的十分劇烈的振動而產生的荷載。第四種是車輛在行駛過程中所發生的隨機荷載。

2.2.3 汽車加速度

汽車加速度對稱重結果也會產生影響，如果汽車在經過稱重平臺的時候有加速度，動態汽車衡所計量的結果與沒有加速度的情況下所計量的結果不同。并且，結果的變化與驅動軸的驅動力變化及驅動軸位置關系較大。如果驅動力不斷變大則計量結果偏大，如果驅動力不斷變小，則計量結果偏大。為了避免動態汽車衡測量誤差，汽車在通過稱重臺的時候應避免加速度，保持恒速。

3 動態汽車衡計量失誤的預防措施

3.1 優化動態汽車衡檢定工作

動態汽車衡檢定工作是進行稱重計量的前提，因此，我們應積極優化動態汽車衡檢定工作。為此，我們應確保動態汽車衡測量平臺的整潔性，避免測量平臺周圍有異物，防止異物堵塞在框架與稱重平臺之間。并且，我們應檢查傳感器是否存在壓空，并及時墊實傳感器壓空。同時，我們應嚴格規定汽車的行駛方向，禁止汽車反向行駛。另外，相關人員要對動態汽車衡進行動態調試和靜態調試，正確配置動態汽車衡系統的各項參數。最后，稱重單位應積極優化動態汽車衡檢定方法，用參考車輛代替砝碼，并對車輛軸重進行標定，節省測量過程中的物力和人力。

3.2 縮短動態汽車衡檢定周期

由于公路收費站的車流量較多，并存在著很多超載車輛，動態汽車衡的性能會受到嚴重影響。在這種情況下，我們應縮短動態汽車衡檢定周期，使用三個月或半年的檢定周期，及時發現動態汽車衡的性能問題，找出動態汽車衡系統中需要更換或維修的期間。例如，長時間的大重量汽車擠壓摩擦會導致車輛識別器的接觸壓頭被磨平。另外，車輛通過稱重臺會導致稱重臺產生較大晃動，需要收費站及時調整限位拉桿，保持合理的稱臺與邊框間隙。

3.3 做好維護工作

動態汽車衡的系統結構比較復雜，需要進行及時的維護與保養，減少系統故障，進而保證計量精度。為此，收費站應做好動態汽車衡維護措施，確保動態汽車衡系統各部件的性能。

3.3.1 選擇良好的動態汽車衡安裝環境

在安裝動態汽車衡的時候，收費站應選擇良好的動態汽車衡安裝環境，盡量避免環境對動態汽車衡的不力影響。為此，在選擇動態汽車衡安裝地址的時候，收費站應盡量避免將動態汽車衡安裝在風口，避免風速對動態汽車衡計量結果準確性的影響。同時，動態汽車衡的安裝應挖到凍土層的位置，保證稱重平臺能夠承受30噸的重力。另外，動態汽車衡的安裝要求設置長度最后的筆直引導，避免彎度引導產生的汽車行駛向心力，影響計量準確性。最后，動態汽車衡的安裝應注意天氣和氣候的影響，為動態汽車衡設置保溫設施，避免溫度過度導致動態汽車衡不能正常工作。而在雨季的時候，收費站應做好動態汽車衡排水措施，避免動態汽車衡系統傳感器在水中浸泡而損壞。

3.3.2 加強對動態汽車衡的維護與保養

在動態汽車衡維護過程中，收費站應及時清理動態汽車衡稱重平臺，避免稱重平臺上雜物、淤泥、煤塊、石子等對稱重結果的影響。并且，收費站應保持車道的平整干凈，定期沖洗車道，但是不要沖洗傳感器所在的地方，及時打掃稱重平臺上的積水，保持動態汽車衡的正常工作。同時，收費站在雨季要及時檢查排水系統，避免接線盒和傳感器浸泡在水中，一旦發現水浸泡，及時用吹風機吹干。另外，收費站要定期檢查稱重儀表，檢查稱重儀表接線是否正常，散熱是否良好，保證稱重儀表的正常運行。最后，收費站要在動態汽車衡附近安裝防雷系統，避免雷電對動態汽車衡系統的破壞。

3.4 優化數據處理方法

動態汽車衡計量應積極優化數據處理方法，在FIR濾波處理的基礎上，合理選擇并處理采樣數據，確保采樣數據的準確性。并且，收費站應積極運用小波分析加強對高頻噪聲的處理，避免高頻噪聲對動態汽車衡計量誤差的影響。另外，收費站應積極使用神經網絡，采用BP網絡算法，提高計量數據的精確度，進而避免動態汽車衡的計量誤差。

4 結論

動態汽車衡是現階段我國公路收費的主要手段，然而，動態汽車衡的計量結果受多種因素的影響，計量結果存在著一定的誤差，嚴重影響公路計重收費的公信力。尤其在汽車動態運行過程中，汽車結構、汽車速度、電磁干擾、路面狀況等都會影響計重結果。針對這些問題，我國公路收費站分析了動態汽車衡計量誤差的原因，并提出了相關預防措施，以增強計重收費的說服力，促進公路運輸的健康發展。

參考文獻：

[1]羅檢民.整車式動態汽車衡連續過車誤差分析[J].中國交通信息化，2016（12）.

[2]賈琨，劉倬彤.動態汽車衡的檢定與影響因素[J].南方農機， 2017（21）.

[3]邵勇強.動態汽車衡存在的問題及對策[J].計量與測試技術，2013（01）.