動(dòng)態(tài)汽車衡的新時(shí)代

動(dòng)態(tài)汽車衡的新時(shí)代

作為描述物質(zhì)基本特征的度量衡量之一，物體質(zhì)量的測(cè)量是歷史上最受關(guān)注的活動(dòng)。近年來(lái),隨著物流行業(yè)的急速發(fā)展,車輛的稱量問(wèn)題浮出水面,如何準(zhǔn)確而快速地獲取車輛質(zhì)量的問(wèn)題逐漸得到人們的重視。在動(dòng)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(lái),很多國(guó)家對(duì)車輛如何快速而準(zhǔn)確地稱重的問(wèn)題進(jìn)行了探索,而我國(guó)在車輛的動(dòng)態(tài)稱量中發(fā)展了獨(dú)有的技術(shù)。一、載器過(guò)程對(duì)車輛壓力的影響20世紀(jì)50年代,美國(guó)人受到德國(guó)人啟發(fā),在國(guó)內(nèi)建造高速公路網(wǎng),然而,隨之而來(lái)的卻是超限車輛對(duì)路面的損壞日益嚴(yán)重。美國(guó)自1953年即著手研究車輛運(yùn)動(dòng)中的重量檢測(cè)技術(shù)。而最早進(jìn)行車輛動(dòng)態(tài)稱重的技術(shù)研究,奠定了車輛動(dòng)態(tài)稱重技術(shù)基礎(chǔ)的國(guó)家則是匈牙利。不過(guò)早期的動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)研究偏向于在硬件上解決問(wèn)題,在傳感器以及承載器如何能夠精準(zhǔn)地反映車輛對(duì)其壓力的問(wèn)題上一直在兜圈子。直到1976年春,來(lái)自日本的小野敏郎于第七屆IMEKO/TC3會(huì)議上發(fā)表了重要論文《動(dòng)態(tài)稱重問(wèn)題估算理論的應(yīng)用》,為車輛動(dòng)態(tài)稱重提出了不同于以前的軟件方面的解決方案,是動(dòng)態(tài)汽車衡的研究由純硬件測(cè)重向軟件突破的一個(gè)里程碑國(guó)內(nèi)針對(duì)汽車的動(dòng)態(tài)稱重研究開(kāi)始在20世紀(jì)80年代初期,最早獨(dú)立研發(fā)動(dòng)態(tài)汽車衡并推出成果的是重慶公路科學(xué)研究所,其研發(fā)的SM2000和SM3000動(dòng)態(tài)汽車測(cè)重系統(tǒng)可以用在道路的自動(dòng)化交通流量調(diào)查、貨車軸載重監(jiān)測(cè)、限重限超執(zhí)法等領(lǐng)域,山西的計(jì)量測(cè)試研究院與太原理工學(xué)院也曾進(jìn)行過(guò)聯(lián)合開(kāi)發(fā),最終開(kāi)發(fā)出軸稱重式車輛動(dòng)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(yán)重,而貨運(yùn)車輛的大幅增加,也使原有的靜態(tài)稱量技術(shù)效率低下的問(wèn)題日益嚴(yán)重,因此對(duì)車輛的動(dòng)態(tài)稱量產(chǎn)生了非常大的需求。動(dòng)態(tài)汽車衡是用稱重平臺(tái)和引道構(gòu)成的動(dòng)態(tài)公路車輛自動(dòng)衡器,根據(jù)計(jì)量的方式不一樣,動(dòng)態(tài)汽車衡一般有軸組(或軸)重式動(dòng)態(tài)汽車衡、輪重式動(dòng)態(tài)汽車衡、整車式動(dòng)態(tài)汽車衡三種樣式(一)應(yīng)變式傳感器秤臺(tái)式是最為常見(jiàn)的以軸稱量的方式獲取整車重量的動(dòng)態(tài)汽車衡型式,秤臺(tái)式動(dòng)態(tài)汽車衡的稱重平臺(tái)由承載體和支撐承載體的四只應(yīng)變式傳感器組成。當(dāng)車輛的每個(gè)軸動(dòng)態(tài)行駛經(jīng)過(guò)承載體時(shí),承載體將車輛的軸重轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)應(yīng)變式傳感器的壓力,應(yīng)變式傳感器則將作用于其上的壓力轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào),稱重系統(tǒng)采集應(yīng)變式傳感器產(chǎn)生的電信號(hào)并進(jìn)行處理,相應(yīng)得出汽車每個(gè)軸的軸重,輔助分車設(shè)備對(duì)車輛駛?cè)牒碗x開(kāi)進(jìn)行判別,車輛離開(kāi)后對(duì)通過(guò)的每個(gè)軸重進(jìn)行加和獲取車輛的總重,其稱量的準(zhǔn)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(duì)數(shù)據(jù)的處理水平。其優(yōu)點(diǎn)在于稱臺(tái)開(kāi)挖量較小、施工進(jìn)度較快,且后期維護(hù)量小、成本低;其缺點(diǎn)在于軸的有效稱量距離短,為稱重平臺(tái)沿行車方向的長(zhǎng)度,從而導(dǎo)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(yīng)變片電阻試驗(yàn)彎板式動(dòng)態(tài)汽車衡是常見(jiàn)的輪重式動(dòng)態(tài)汽車衡,彎板由框架支撐,它自身便是傳感器,當(dāng)車輪碾壓時(shí),彎板受力向下彎曲變形導(dǎo)致應(yīng)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(duì)輪軸累加得到車輛的總重。其優(yōu)點(diǎn)在于開(kāi)挖量小、施工進(jìn)度快,且后期維護(hù)量小、成本低;其缺點(diǎn)在于輪的有效稱量距離短,為稱重平臺(tái)沿行車方向的長(zhǎng)度,從而導(dǎo)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(duì)稱重平臺(tái)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(tái)較短,使車輛容易采取加速或減速的方式轉(zhuǎn)移車輛重心,從而導(dǎo)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(dòng)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(zhǔn)確度較高,整車稱量的準(zhǔn)確度可達(dá)到0.5級(jí),甚至高達(dá)0.2級(jí)。但秤臺(tái)的體積大,結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,剛度較低,要求動(dòng)態(tài)過(guò)秤的速度較小,一般在15km/h以下,基礎(chǔ)施工量大,現(xiàn)場(chǎng)安裝復(fù)雜。二、道路路面安全防護(hù)動(dòng)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(wèn)題而產(chǎn)生的。在國(guó)內(nèi),車輛的動(dòng)態(tài)稱重技術(shù)發(fā)展與目前的車輛超限超載情況息息相關(guān)。但動(dòng)態(tài)稱重技術(shù)不只局限于超限超載治理的應(yīng)用,現(xiàn)在動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)有如下重要運(yùn)用領(lǐng)域。利用動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)及附屬的汽車感應(yīng)器計(jì)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(jì)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(lái)制定道路規(guī)劃設(shè)計(jì)、路面的養(yǎng)護(hù)以及路面大修的計(jì)劃道路治理者建立道路超載執(zhí)法站,經(jīng)過(guò)精密、嚴(yán)厲的對(duì)超載車輛的司法,對(duì)道路路面形成了較好的保護(hù),使車輛在道路上行駛更加安全使用動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)于道路流通車輛,執(zhí)行按載荷收費(fèi),完美詮釋了公平公正這一社會(huì)原則,多載則多繳費(fèi),少載則少繳費(fèi),針對(duì)超限運(yùn)輸加大收費(fèi)力度,行之有效地制止了貨車超載超限對(duì)公路造成的損害,極大地保護(hù)了高速道路路面與橋梁,制止了持續(xù)增長(zhǎng)的超限運(yùn)輸貨車對(duì)道路路面、橋梁的過(guò)分迫害,進(jìn)而大大提升了車輛駕駛的安全性能這樣的運(yùn)用方式在當(dāng)前國(guó)內(nèi)還未曾出現(xiàn)。一般情況下,將設(shè)備放置在公路匝道或者彎道處,避免對(duì)不熟悉路況的貨車司機(jī)造成整車翻車或者傾覆。在匝道與彎道預(yù)先埋設(shè)稱重的設(shè)備與檢測(cè)的設(shè)備,依據(jù)車的重量與車的速度計(jì)算出拐彎的離心力,進(jìn)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(dòng)地顯現(xiàn)出安全行駛速度,提醒駕駛司機(jī)不能超速行駛?cè)?、收費(fèi)員在限載中出現(xiàn)服務(wù)群眾的缺陷,易導(dǎo)致熱動(dòng)態(tài)汽車衡在計(jì)重收費(fèi)等領(lǐng)域的應(yīng)用中顯現(xiàn)出了一系列問(wèn)題,主要凸顯在以下幾點(diǎn)(1)設(shè)備體積龐大,在收費(fèi)站場(chǎng)地安裝動(dòng)態(tài)衡器的困難比較大,設(shè)備安置時(shí)間長(zhǎng),維護(hù)的復(fù)雜度高。(2)設(shè)備的穩(wěn)定性能干擾費(fèi)額。系統(tǒng)檢測(cè)數(shù)據(jù)與實(shí)時(shí)車型的對(duì)比主要如下:一是單雙胎型判別錯(cuò)誤;二是多軸或少軸,即稱重?cái)?shù)據(jù)相比車輛實(shí)際軸數(shù)多軸或者少軸的狀況,使收費(fèi)無(wú)法正常進(jìn)行。面對(duì)以上情況,有些情況下收費(fèi)員可以通過(guò)修改限載來(lái)進(jìn)行調(diào)整,但限載修改以后兩次的收費(fèi)額會(huì)發(fā)生變化,司機(jī)會(huì)認(rèn)為是收費(fèi)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(duì),甚至在倒車過(guò)程中發(fā)生事故。(3)稱重的差異變成新問(wèn)題的關(guān)鍵。載重車輛在通過(guò)不同收費(fèi)站、甚至同一收費(fèi)站中不同的收費(fèi)車道時(shí),其測(cè)量數(shù)據(jù)會(huì)反復(fù)出現(xiàn)稱量值偏差巨大的情況。而貨車司機(jī)則按照對(duì)自己有利的方式與收費(fèi)站收費(fèi)人員理論,經(jīng)常因此而產(chǎn)生糾紛。對(duì)于計(jì)重收費(fèi)來(lái)講,其收費(fèi)費(fèi)率與車輛的超限率息息相關(guān),通常是超限率在某個(gè)閾值以下為標(biāo)準(zhǔn)費(fèi)率,某個(gè)閾值以上是加倍費(fèi)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(fèi)也變化巨大,極易引起沖突。(4)通行費(fèi)用被偷逃。一部分貨車司機(jī)利用逃費(fèi)技巧,以不規(guī)范的方式通過(guò)動(dòng)態(tài)汽車衡。例如,以S形行車軌跡通過(guò)秤臺(tái)臺(tái)板,使輪胎向下的壓力分解成橫向的扭矩,從而減少某個(gè)或某幾個(gè)軸的稱量重量;車輛最末軸組通過(guò)動(dòng)態(tài)汽車衡時(shí)采用拖車過(guò)稱臺(tái)臺(tái)板的方法,使車輛的重心前傾,進(jìn)而使后軸的重量減輕。四、稱重平臺(tái)及測(cè)量方法隨著高速公路的不斷發(fā)展和技術(shù)水平的不斷提高,對(duì)于稱重精度、設(shè)備成本、施工進(jìn)度、維護(hù)復(fù)雜度、防作弊效果、設(shè)備穩(wěn)定性的綜合性要求會(huì)越來(lái)越高,而現(xiàn)有的動(dòng)態(tài)汽車衡無(wú)法在這幾方面達(dá)到很好的平衡?？v觀動(dòng)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(dòng)態(tài)汽車衡便會(huì)應(yīng)運(yùn)而生。軸組式動(dòng)態(tài)汽車衡便是綜合考慮了稱重精度、設(shè)備成本、施工進(jìn)度、維護(hù)復(fù)雜度、防作弊效果、設(shè)備穩(wěn)定性而設(shè)計(jì)出來(lái)的,其性能對(duì)比見(jiàn)表1。它沿行車方向上的長(zhǎng)度為5.1m,由四個(gè)稱重傳感器支撐,在稱重平臺(tái)的上秤端和下秤端各分布了兩組觸發(fā)器傳感器,用于識(shí)別車軸經(jīng)過(guò)上秤端和下秤端的方向,它分別對(duì)各個(gè)軸組進(jìn)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(yùn)動(dòng)過(guò)程中在各相鄰軸(聯(lián)軸中)之間的重量轉(zhuǎn)移對(duì)于軸組重的稱量幾乎沒(méi)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(dú)立(或兩相鄰短軸距軸組)在秤臺(tái)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(jié)構(gòu)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(hào),所以可以通過(guò)車輛的上、下秤速度更準(zhǔn)確地計(jì)算車輛通過(guò)秤臺(tái)的加速度,從而識(shí)別車輛的作弊行為,按照車輛加速度的動(dòng)力學(xué)模型對(duì)作弊