車載智能動態稱重技術應用研究

王彤

（江蘇東交智控科技集團股份有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引言

近年來，貨車超載導致的一系列不良影響，不僅阻礙物流企業發展，給企業利益帶來了沉重損失，而且危害交通基礎設施造成惡劣的社會影響。為了減少車輛超載超限帶來的個人生命財產安全和社會損失，必須有效防治車輛超限超載事件的發生[1]。車載智能稱重系統是綜合利用了物聯網、互聯網、智能傳感、計算機等技術的綜合治超管理平臺。因現階段市場上相關產品較多，本文選取具有代表性的6 軸重型載貨汽車安裝不同動態稱重傳感設備，驗證現有系統的準確性、合理性、可靠性，通過總結經驗，闡述車載動態稱重設備、系統、安裝的技術要求，為物流車企自治參考，望真正做到源頭上的治超，保證交通安全，為推動區域經濟和社會發展提供基礎。

1 車載智能動態稱重技術研究

1.1 車載智能動態稱重基本原理

現階段應用較為廣泛的稱重技術是利用重力作用，來檢測貨物的重力在垂直方向對車輛造成的應變從而計算出物體的質量。通過安裝在車輛上的應變傳感器測量鋼板彈簧或者車橋表面的應變，測得車載質量。

假設車輛鋼板彈簧或者車橋的變化與承載量是線性關系，將通過檢測應變傳感器變化得到車輛的載重信息。利用物聯網、互聯網技術將傳感器的信號傳輸至中心監控平臺，在中心監控平臺實現車輛跟蹤、信息顯示、數據統計等功能。

1.2 車載智能動態稱重方式

1.2.1 彈簧板應變動態稱重

將應變傳感器安裝于車輛鋼板上，通過監測每一個鋼板產生的形變，測算出載重情況。

1.2.2 車橋應變動態稱重

將多個傳感器安裝于車橋上，通過利用車橋的載荷與變形量關系得出靜態載荷，再對整個載荷進行“加權求和”，從而得出汽車的載重（見圖1）。

圖1 車橋應變動態稱重

1.2.3 受力關鍵點應變動態稱重

將傳感器安裝于彈簧鋼板與車軸接觸點，以及磨盤兩側橫梁上，通過監測每一個受力關鍵點產生的形變，根據關鍵點的變形解算車載重量（見圖2）。

圖2 受力關鍵點應變動態稱重

1.3 設備安裝方法與過程

車載稱重系統現場安裝步驟主要包括：安裝位置標記與清潔、安裝位置保護、傳感器安裝、數據采集器安裝等。

1.3.1 安裝位置標記

嚴寒天氣安裝前，使用熱風槍加熱安裝表面，溫度高于0℃即可，嚴禁溫度過熱；若安裝表面過熱有水汽產生時，必須停止操作，待30min 后再進行下一步清潔工作。

1.3.2 安裝位置清潔

清潔時嚴禁損傷車輛原廠車漆，可先使用軟毛刷將表面的污漬、灰塵清除，然后用專業清潔劑將安裝表面清潔干凈。

1.3.3 安裝位置保護

安裝位置保護過程中，嚴禁用手接觸安裝表面。噴涂保護劑前，先用VHB 再次擦拭安裝表面，待2min左右安裝表面自然風干后，噴涂第一次保護劑；再次等待2min 左右保護劑風干后，噴涂第二次保護劑。采用無塵紙覆蓋于安裝表面，對噴涂位置進行保護，30min 后方可移除無塵紙，帶安裝表面位置呈現紫色時，安裝位置的保護工作方可結束。

1.3.4 傳感器安裝

傳感器采用雙組分膠黏劑，安裝于上述保護區域內。

1.3.5 數據采集器安裝

數據采集器同樣采用雙組分膠黏劑，黏結在車架大梁上，并通過布線與傳感器、電源相連。

2 車載智能動態稱重精度分析

2.1 車速對車載稱重的影響

將三輛同一型號的6 軸貨車分別按照彈簧板應變、車橋應變、受力關鍵點應變稱重方法安裝稱重設備，分別裝載相同重量的標準砝碼（在車輛上均勻擺放），采集車輛在行駛速度0km/h、20km/h、40km/h、60km/h、80km/h、100km/h 六種車速下，動態稱重與實際重量的差值，以驗證車載動態稱重設備的精度。總共進行三種載重測試，分別為10t、20t、30t，試驗結果見表1。

由表1 可知，在車輛速度為0km/h 時（靜止狀態），受力關鍵點、車橋、彈簧板應變三種車載稱重設備在10t、20t、30t 三種砝碼加荷下，稱重精度全部不大于3%，表明三種車載稱重設備的硬件安裝方式、安裝位置、安裝數量以及數據的計算依據較為合理。

表1 不同車速下車載動態稱重誤差的試驗結果

由圖3可知，在10t、20t、30t三種不同砝碼重量下，受力關鍵點的稱重精度為3.61%、2.90%、4.81%，平均值為3.77%；車橋設備的稱重精度為1.95%、3.68%、3.23%，平均值為2.95%；彈簧板應變設備的稱重精度為7.32%、7.79%、7.63%，平均值為7.58%。因此在稱重精度的順序為：彈簧＞受力關鍵點＞車橋。這是因為車橋設備是將傳感器放置于車輛鋼板彈簧上，鋼板彈性變形對車載重量較為敏感，傳感器采集的數據較為準確，而受力關鍵點和彈簧板應變設備是將傳感器放置于車軸上，由于車軸的彈性變形遠小于鋼板彈簧，采集的形變量程也要小于鋼板彈簧的形變，導致傳感器安裝位置不同，采集的車載動態稱重數據精度不同。

圖3 不同設備稱重精度

由圖4可知，在10t、20t、30t三種砝碼重量下，受力關鍵點在不同車速情況下稱重誤差的標準差為1.12、2.74、0.32；彈簧板在不同車速情況下稱重誤差的標準差為2.09、2.99、0.46；車橋在不同車速情況下稱重誤差的標準差為1.56、3.68、0.6。因此，稱重精度受車速影響的順序為：彈簧板＞車橋＞受力關鍵點。這也是由于車橋設備是將傳感器放置于車輛鋼板彈簧上，鋼板彈簧在傳遞車廂豎向荷載的同時，還承擔車身減震的作用，鋼板彈性變形對車載重量較為敏感，在路面不平或其他條件導致車輛顛簸時，鋼板彈簧的變形幅度要遠大于車橋。

圖4 不同車速下稱重誤差的離散性

2.2 偏重對車載稱重的影響

由于受力關鍵點、彈簧板、車橋三種車載智能稱重，都是利用貨車各個軸或鋼板的變形，來計算車載的重量，因此不得不考慮偏重對稱重測量精度的影響。為了驗證偏重對車載稱重的影響，將車輛分為三個區域，按四種裝載情況進行稱重精度驗證。四種裝載情況分別為貨物集中在前部、中部、后部和均勻裝載。三種安裝動態稱重設備的車輛，分別按照上述方案，裝載重量為10t，完成結束后，啟動車輛，在車輛恒速40km/h 時記錄車載稱重數據。通過計算動態稱重與實際重量的差值，作為偏重對車載稱重影響的結果，試驗數據見表2 和圖5。

表2 偏重對車載動態稱重誤差的試驗結果

圖5 偏重對車載動態稱重誤差

由表2 和圖5 內容可知，受力關鍵點在前部、中部、后部集中堆載與均勻裝載的稱重精度范圍分別為-26.94%、-10.14%、-20.77%、3.22%；彈簧板在前部、中部、后部集中堆載與均勻裝載的稱重精度分別為-28.52%、-23.62%、-25.08%、7.71%；車橋在前部、中部、后部集中堆載與均勻裝載的稱重精度分別為15.37%、9.57%、19.92%、1.24%；三種設備在偏重狀態下稱重精度顯著下降，這是由于車載稱重的算法是通過利用車橋的載荷與變形量關系得出單軸的載荷，然后通過對各軸的載荷進行“加權求和”，得出汽車的載重。但是當車輛出現上述極端偏載時，可認為車輛運輸貨物較少，不足以在貨箱底部均勻布載，出現超載的概率較低。

3 結語

本文基于重載貨車源頭超載的情形，從車載動態稱的原理、車載智能動態稱重方式、設備安裝方法與過程等方面詳細研究了車載智能動態稱重技術，驗證了車載智能稱重系統，在不同車速、偏重等情況下的實時稱重精度，結果表明車載智能動態稱重系統，可滿足物流車企的自治需求，為管理部門提供執法基礎。