動態(tài)汽車衡的新時代

動態(tài)汽車衡的新時代

作為描述物質基本特征的度量衡量之一，物體質量的測量是歷史上最受關注的活動。近年來,隨著物流行業(yè)的急速發(fā)展,車輛的稱量問題浮出水面,如何準確而快速地獲取車輛質量的問題逐漸得到人們的重視。在動態(tài)汽車衡發(fā)展成熟之前,通常以靜態(tài)稱量的方式獲取車輛重量,盡管車輛靜態(tài)稱量的精度非常高,但車輛靜態(tài)稱量的效率是極其低下的。多年來,很多國家對車輛如何快速而準確地稱重的問題進行了探索,而我國在車輛的動態(tài)稱量中發(fā)展了獨有的技術。一、載器過程對車輛壓力的影響20世紀50年代,美國人受到德國人啟發(fā),在國內(nèi)建造高速公路網(wǎng),然而,隨之而來的卻是超限車輛對路面的損壞日益嚴重。美國自1953年即著手研究車輛運動中的重量檢測技術。而最早進行車輛動態(tài)稱重的技術研究,奠定了車輛動態(tài)稱重技術基礎的國家則是匈牙利。不過早期的動態(tài)稱重系統(tǒng)研究偏向于在硬件上解決問題,在傳感器以及承載器如何能夠精準地反映車輛對其壓力的問題上一直在兜圈子。直到1976年春,來自日本的小野敏郎于第七屆IMEKO/TC3會議上發(fā)表了重要論文《動態(tài)稱重問題估算理論的應用》,為車輛動態(tài)稱重提出了不同于以前的軟件方面的解決方案,是動態(tài)汽車衡的研究由純硬件測重向軟件突破的一個里程碑國內(nèi)針對汽車的動態(tài)稱重研究開始在20世紀80年代初期,最早獨立研發(fā)動態(tài)汽車衡并推出成果的是重慶公路科學研究所,其研發(fā)的SM2000和SM3000動態(tài)汽車測重系統(tǒng)可以用在道路的自動化交通流量調查、貨車軸載重監(jiān)測、限重限超執(zhí)法等領域,山西的計量測試研究院與太原理工學院也曾進行過聯(lián)合開發(fā),最終開發(fā)出軸稱重式車輛動態(tài)汽車衡。隨著高速公路的不停發(fā)展,公路車輛的超載超限現(xiàn)象日益嚴重,而貨運車輛的大幅增加,也使原有的靜態(tài)稱量技術效率低下的問題日益嚴重,因此對車輛的動態(tài)稱量產(chǎn)生了非常大的需求。動態(tài)汽車衡是用稱重平臺和引道構成的動態(tài)公路車輛自動衡器,根據(jù)計量的方式不一樣,動態(tài)汽車衡一般有軸組(或軸)重式動態(tài)汽車衡、輪重式動態(tài)汽車衡、整車式動態(tài)汽車衡三種樣式(一)應變式傳感器秤臺式是最為常見的以軸稱量的方式獲取整車重量的動態(tài)汽車衡型式,秤臺式動態(tài)汽車衡的稱重平臺由承載體和支撐承載體的四只應變式傳感器組成。當車輛的每個軸動態(tài)行駛經(jīng)過承載體時,承載體將車輛的軸重轉變?yōu)閷兪絺鞲衅鞯膲毫?應變式傳感器則將作用于其上的壓力轉變?yōu)殡娦盘?稱重系統(tǒng)采集應變式傳感器產(chǎn)生的電信號并進行處理,相應得出汽車每個軸的軸重,輔助分車設備對車輛駛入和離開進行判別,車輛離開后對通過的每個軸重進行加和獲取車輛的總重,其稱量的準確性取決于安裝的道路情況、車輛的行駛速度、車輛的行駛方式以及稱重系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的處理水平。其優(yōu)點在于稱臺開挖量較小、施工進度較快,且后期維護量小、成本低;其缺點在于軸的有效稱量距離短,為稱重平臺沿行車方向的長度,從而導致其精度和可靠性較低,受車輛速度及不規(guī)范行駛影響大。(二)應變片電阻試驗彎板式動態(tài)汽車衡是常見的輪重式動態(tài)汽車衡,彎板由框架支撐,它自身便是傳感器,當車輪碾壓時,彎板受力向下彎曲變形導致應變片電阻發(fā)生,從而可以得到車輪的重量以及車輛的總軸數(shù),再對輪軸累加得到車輛的總重。其優(yōu)點在于開挖量小、施工進度快,且后期維護量小、成本低;其缺點在于輪的有效稱量距離短,為稱重平臺沿行車方向的長度,從而導致其精度和可靠性較低,受車輛速度及不規(guī)范行駛影響大,且對稱重平臺周圍的路面情況要求較高。(三)精度降低一方面,由于軸重式和輪重式汽車衡的稱重平臺較短,使車輛容易采取加速或減速的方式轉移車輛重心,從而導致稱重精度大大降低;另外一方面,由于傳統(tǒng)的靜態(tài)大稱的車輛通行效率較低,因而整車式動態(tài)汽車衡浮出水面。由于是整車稱量,車輛受外部因素的影響較小,其準確度較高,整車稱量的準確度可達到0.5級,甚至高達0.2級。但秤臺的體積大,結構較復雜,剛度較低,要求動態(tài)過秤的速度較小,一般在15km/h以下,基礎施工量大,現(xiàn)場安裝復雜。二、道路路面安全防護動態(tài)汽車衡是為了解決靜態(tài)汽車衡在車輛重量獲取中的低效問題而產(chǎn)生的。在國內(nèi),車輛的動態(tài)稱重技術發(fā)展與目前的車輛超限超載情況息息相關。但動態(tài)稱重技術不只局限于超限超載治理的應用,現(xiàn)在動態(tài)稱重系統(tǒng)有如下重要運用領域。利用動態(tài)稱重系統(tǒng)及附屬的汽車感應器計算某車道的車輛數(shù)量、車輛種類以及重量分散在哪一部分,依據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)得到某一條路的車輛行駛狀況,以此作為依據(jù)來制定道路規(guī)劃設計、路面的養(yǎng)護以及路面大修的計劃道路治理者建立道路超載執(zhí)法站,經(jīng)過精密、嚴厲的對超載車輛的司法,對道路路面形成了較好的保護,使車輛在道路上行駛更加安全使用動態(tài)稱重系統(tǒng)于道路流通車輛,執(zhí)行按載荷收費,完美詮釋了公平公正這一社會原則,多載則多繳費,少載則少繳費,針對超限運輸加大收費力度,行之有效地制止了貨車超載超限對公路造成的損害,極大地保護了高速道路路面與橋梁,制止了持續(xù)增長的超限運輸貨車對道路路面、橋梁的過分迫害,進而大大提升了車輛駕駛的安全性能這樣的運用方式在當前國內(nèi)還未曾出現(xiàn)。一般情況下,將設備放置在公路匝道或者彎道處,避免對不熟悉路況的貨車司機造成整車翻車或者傾覆。在匝道與彎道預先埋設稱重的設備與檢測的設備,依據(jù)車的重量與車的速度計算出拐彎的離心力,進而得到拐彎的安全行車速度,之后,道路前方電子顯示屏上自動地顯現(xiàn)出安全行駛速度,提醒駕駛司機不能超速行駛三、收費員在限載中出現(xiàn)服務群眾的缺陷,易導致熱動態(tài)汽車衡在計重收費等領域的應用中顯現(xiàn)出了一系列問題,主要凸顯在以下幾點(1)設備體積龐大,在收費站場地安裝動態(tài)衡器的困難比較大,設備安置時間長,維護的復雜度高。(2)設備的穩(wěn)定性能干擾費額。系統(tǒng)檢測數(shù)據(jù)與實時車型的對比主要如下:一是單雙胎型判別錯誤;二是多軸或少軸,即稱重數(shù)據(jù)相比車輛實際軸數(shù)多軸或者少軸的狀況,使收費無法正常進行。面對以上情況,有些情況下收費員可以通過修改限載來進行調整,但限載修改以后兩次的收費額會發(fā)生變化,司機會認為是收費員人為操作,極易引發(fā)矛盾;有些情況下只能讓車輛倒回重新稱重,從而引起車輛的排隊,甚至在倒車過程中發(fā)生事故。(3)稱重的差異變成新問題的關鍵。載重車輛在通過不同收費站、甚至同一收費站中不同的收費車道時,其測量數(shù)據(jù)會反復出現(xiàn)稱量值偏差巨大的情況。而貨車司機則按照對自己有利的方式與收費站收費人員理論,經(jīng)常因此而產(chǎn)生糾紛。對于計重收費來講,其收費費率與車輛的超限率息息相關,通常是超限率在某個閾值以下為標準費率,某個閾值以上是加倍費率,因此雖然是極小的誤差,但有可能一下就超越了閾值,需要交的道路通行費也變化巨大,極易引起沖突。(4)通行費用被偷逃。一部分貨車司機利用逃費技巧,以不規(guī)范的方式通過動態(tài)汽車衡。例如,以S形行車軌跡通過秤臺臺板,使輪胎向下的壓力分解成橫向的扭矩,從而減少某個或某幾個軸的稱量重量;車輛最末軸組通過動態(tài)汽車衡時采用拖車過稱臺臺板的方法,使車輛的重心前傾,進而使后軸的重量減輕。四、稱重平臺及測量方法隨著高速公路的不斷發(fā)展和技術水平的不斷提高,對于稱重精度、設備成本、施工進度、維護復雜度、防作弊效果、設備穩(wěn)定性的綜合性要求會越來越高,而現(xiàn)有的動態(tài)汽車衡無法在這幾方面達到很好的平衡?？v觀動態(tài)汽車衡的發(fā)展歷程,凡是遇到需求的改變,新型式的動態(tài)汽車衡便會應運而生。軸組式動態(tài)汽車衡便是綜合考慮了稱重精度、設備成本、施工進度、維護復雜度、防作弊效果、設備穩(wěn)定性而設計出來的,其性能對比見表1。它沿行車方向上的長度為5.1m,由四個稱重傳感器支撐,在稱重平臺的上秤端和下秤端各分布了兩組觸發(fā)器傳感器,用于識別車軸經(jīng)過上秤端和下秤端的方向,它分別對各個軸組進行稱量,最后將各軸組的軸組重求和得到車輛的總重。一方面,由于是軸組稱量,所以運動過程中在各相鄰軸(聯(lián)軸中)之間的重量轉移對于軸組重的稱量幾乎沒有影響;另外一方面,其有效稱量距離為各軸組的軸間距與軸組完全獨立(或兩相鄰短軸距軸組)在秤臺上的可行駛距離的最小者,憑借如此大的稱量區(qū)域,不僅可以很好地保證稱重精度,還可以很好地從結構上大大降低車輛作弊的難度;第三,由于其具有更加豐富多樣的數(shù)據(jù)信號,所以可以通過車輛的上、下秤速度更準確地計算車輛通過秤臺的加速度,從而識別車輛的作弊行為,按照車輛加速度的動力學模型對作弊