集成化车辆动态称重仪精度分析与实验研究

    传统的静态称重作为检测公路车辆超载的方法,存在效率低、占地面积大、移动不方便等缺点^[1],车辆行驶称重技术(weigh in motion ,WIM^[2]) 作为一种智能称重技术得到了广泛研究和迅速的发展。欧美发达国家几十年前就开始了对车辆动态称重技术的研究,称重技术日益成熟并形成了相关的技术规范。我 国在这方面的研究起步较晚,还未形成相关规范。随着动态称重技术的发展,我国也会制定相关WIM技术标准和精度划分标准,如何提高称重精度已成为当前动态 称重技术发展的关键。

    1　集成化称重仪的结构设计

    1.1　车辆动态称重精度的影响因素及防范方法

    如图1所示,当被测车辆以一定的速度v通过称重板的时候,存在以下几种影响称重精度的运动^[3]:①绕x轴的侧倾运 动,引起轴上的重量在同一轮轴上由一侧车轮向另一侧车轮上转移或者在同一转向架上重量从一边向另一边转移。如果两边同时称重,重量在两个轮子间的分布不会 影响到整个称重的分布。②绕y轴的俯仰运动,俯仰表示重量从前轴转移到后轴,反之亦然。通常认为的称轴重做法是将汽车先分轴测量,然后相加得到总重。然而 这样可能会引起相当大的误差,这主要取决于车速和俯仰频率之间的相互作用。例如,若在前轴称重瞬间,车的前端下俯,则测量读数较实际重量偏大;若某瞬间后 轴在秤台上,车的后端恰好下俯,则测量读数同样偏大。因此,简单将两个测量值相加的做法严格来说是不恰当的。③绕z轴的横摆运动,横摆表示水平面内的运动 产生的力,针对这个力可以选择对水平力不敏感的称重传感系统,可在机械设计中保障这一点。假如水平力约束器保持水平,则作用在约束器上的力将不会产生垂直 分力影响称重系统。起伏表示沿z轴的移动,即车辆的振动,也将影响重量读数,由于它像俯仰那样产生垂直的力,俯仰可以使车的前端或者后端重量读数增大或者 减少,z方向同时在两端产生垂直力,因此这种效应也影响称重的精度。显然这样的运动直接影响重量读数,

    由于它是垂直方向的作用力,因而也是作用于称重系统的作用力。由上述分析可知,起伏和俯仰运动对轴重的测量影响相对较大。由于车辆动态称重的干扰力甚多, 因此笔者所设计的集成化称重仪为了减小这种干扰采用降低其高度的方法(比同类的称重仪高度降低较多),并且在秤台前后引入引轨,对引轨的基本要求是平直、 刚性好,并具有一定长度,同时便于携带,使得汽车从开始接触秤台到最后离开秤台期间,不再产生新的振动,原有的振动和摆动得到足够的衰减。