研究動(dòng)態(tài)電子汽車衡在實(shí)際應(yīng)用中

上海有限公司產(chǎn)品研發(fā)工程部

自國內(nèi)部分省市公路實(shí)行計(jì)重收費(fèi)以來，動(dòng)態(tài)電子汽車衡的使用越來越廣泛，但由于設(shè)備供應(yīng)商實(shí)力和實(shí)施經(jīng)驗(yàn)的參差不齊，zui早安裝的稱重設(shè)備并非都能令業(yè)主滿意。隨著2005年交通部《收費(fèi)公路試行計(jì)重收費(fèi)指導(dǎo)意見》的出臺(tái)和《全國治超檢測(cè)站點(diǎn)規(guī)范化建設(shè)試點(diǎn)工程實(shí)施方案》通知的下發(fā)，全國許多省份針對(duì)收費(fèi)公路的計(jì)重收費(fèi)設(shè)備和超載檢測(cè)設(shè)備相繼步入新設(shè)備試點(diǎn)運(yùn)營、大規(guī)模設(shè)備采購和舊產(chǎn)品更新?lián)Q代的調(diào)研階段。很多衡器廠家和公路機(jī)電設(shè)備供應(yīng)商看好其巨大的市場前景，紛紛上馬，但其中出現(xiàn)諸多對(duì)于動(dòng)態(tài)車輛設(shè)備(系統(tǒng))認(rèn)識(shí)、研究不夠的情況，新一輪關(guān)于動(dòng)態(tài)車輛稱重設(shè)備應(yīng)用及其技術(shù)指標(biāo)的浮夸之風(fēng)愈演愈烈。但是，動(dòng)態(tài)車輛設(shè)備不同于一般靜態(tài)電子汽車衡。動(dòng)態(tài)車輛稱重設(shè)備技術(shù)含量高、使用頻率高，項(xiàng)目投資大、施工周期長，對(duì)供應(yīng)商綜合實(shí)力要求高，若技術(shù)上、資金上沒有把握而匆匆上馬則會(huì)隱含很大風(fēng)險(xiǎn)。一旦設(shè)備性能不達(dá)標(biāo)，施工不合格，可靠性的工期不能滿足業(yè)主實(shí)際要求，對(duì)各方面都會(huì)造成重大損失。    

　　一、速度

JJG907-2006《動(dòng)態(tài)公路車輛自動(dòng)衡器》檢定規(guī)程中規(guī)定動(dòng)態(tài)稱重設(shè)備可“安裝于稱量控制區(qū)域內(nèi)，并在規(guī)定速度范圍實(shí)行"，但卻沒有明確規(guī)定該速度的范圍，在投標(biāo)過程中發(fā)現(xiàn)有任意擴(kuò)大固定式軸重儀標(biāo)稱運(yùn)行速度范圍的情況，然而在實(shí)際應(yīng)用中，特定的稱重設(shè)備其運(yùn)行速度是有上限的。一般來講，固定式軸重儀的一般運(yùn)行速度為(10～15)km/h，實(shí)際檢驗(yàn)過程中，各省市質(zhì)監(jiān)部門在檢驗(yàn)測(cè)試過程中，檢測(cè)車輛的速度也均為(10～15)km/h。

動(dòng)態(tài)車輛稱重系統(tǒng)是一個(gè)由稱重設(shè)備和行駛車輛組成的等效二階振動(dòng)系統(tǒng)，如圖1所示，其振動(dòng)微分方程可以寫為

式中:M(t)——貨物質(zhì)量；c——系統(tǒng)阻尼；k——系統(tǒng)剛度；x——系統(tǒng)相對(duì)參考零點(diǎn)的位移；F(t)——車輛動(dòng)力載荷。

*，在計(jì)重收費(fèi)應(yīng)用中，稱重設(shè)備作為相關(guān)部門執(zhí)法和收費(fèi)的依據(jù)，其稱重準(zhǔn)確度和可靠性都必須是嚴(yán)肅、不容置疑的。我們將利用“稱重設(shè)備-車輛"系統(tǒng)振動(dòng)方程的求解結(jié)論，論證當(dāng)前動(dòng)態(tài)車輛設(shè)備的速度上限。

式(1)是由穩(wěn)態(tài)載荷組成的，是車輛自身質(zhì)量引起的，也是檢測(cè)所需求出的，是車輛振動(dòng)引起的，且具有明顯峰值。據(jù)實(shí)際采集波形及二階微分方程可知，不同的車型振動(dòng)頻率集中在(3～20)Hz的低頻范圍內(nèi)，而振幅可達(dá)靜態(tài)載荷的10%左右。

設(shè)秤臺(tái)的有效采樣寬度為800mm(一般固定式軸重儀秤臺(tái)寬度為800mm)，車輛行駛速度為20km/h，則荷載作用于秤臺(tái)的瞬間，假設(shè)動(dòng)態(tài)載荷的低頻干擾為10Hz(即振動(dòng)周期為0.1s)，而秤臺(tái)固有頻率足夠高，此時(shí)，稱重設(shè)備的采樣信號(hào)長度是動(dòng)態(tài)載荷的干擾長度的1.4倍，采集數(shù)據(jù)中包含一個(gè)完整周期的動(dòng)態(tài)干擾信號(hào)，勉強(qiáng)滿足對(duì)于低頻動(dòng)態(tài)干擾信號(hào)的濾除。因此，若行駛速度大于20km/h，則采樣數(shù)據(jù)中動(dòng)態(tài)干擾信號(hào)將不足一個(gè)完整周期，這樣的干擾稱為短歷程的周期干擾，時(shí)域中的均值濾波和頻域中的各種濾波方法對(duì)這種干擾效果不大，同時(shí)考慮到動(dòng)態(tài)載荷干擾的幅值、相位和頻率都是隨機(jī)性的，這就決定了目前在動(dòng)態(tài)車輛稱重設(shè)備中所廣泛采用的滑動(dòng)均值濾波的算法失效，造成了更大的隨機(jī)誤差和不確定度。因此，在有效采樣寬度更窄，車輛速度更高的高速預(yù)檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用中，必須采用更為*的數(shù)學(xué)模型和軟件處理方式以保證稱重準(zhǔn)確度。

所以，在動(dòng)態(tài)電子汽車衡的應(yīng)用過程中一定要結(jié)合實(shí)際使用情況，了解秤臺(tái)的有效采樣寬度、動(dòng)態(tài)處理方式的zui高運(yùn)行速度等具有內(nèi)在關(guān)系的指標(biāo)是否科學(xué)嚴(yán)肅、真實(shí)可行。   

二、準(zhǔn)確度

幾年來，主流供應(yīng)商紛紛針對(duì)產(chǎn)品的應(yīng)用情況，進(jìn)行了深層次的研究和開發(fā)，動(dòng)態(tài)稱重技術(shù)得到長足發(fā)展。但是，綜觀動(dòng)態(tài)車輛稱重市場，技術(shù)提升之勢(shì)遠(yuǎn)弱于指標(biāo)浮夸之風(fēng)。

JJG907-2006中對(duì)于動(dòng)態(tài)車輛稱重設(shè)備的安裝有著明確的說明，其中的強(qiáng)制性規(guī)定中描述:為了減少行進(jìn)車輛各軸之間的載荷傳遞，引道不能有縱向斜坡，其橫向斜坡度不能超過1%，承載器兩端8m的范圍內(nèi)，引道的縱向和橫向水平傾斜度允差為±3mm，8m以外的引道區(qū)域，引道的縱向和橫向的水平傾斜度允差為±6mm。結(jié)合國情和實(shí)際應(yīng)用情況，動(dòng)態(tài)車輛稱重站點(diǎn)的技術(shù)條件往往難以滿足JJG907-2006中關(guān)于道路的要求，其中也不乏個(gè)別從業(yè)者不重視道路狀況對(duì)于動(dòng)態(tài)車輛稱重設(shè)備應(yīng)用準(zhǔn)確度的影響，為降低成本、減小地基開挖量，類似情況使得動(dòng)態(tài)車輛設(shè)備的安裝更是無法達(dá)標(biāo)，對(duì)設(shè)備應(yīng)用準(zhǔn)確度帶來重大影響。

動(dòng)態(tài)電子汽車衡的準(zhǔn)確度除了與設(shè)備自身的實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)確度、稱重站點(diǎn)的技術(shù)條件有關(guān)外，另外還有一個(gè)比較重要的因素——行駛車輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。運(yùn)動(dòng)中的車輛相對(duì)于稱重設(shè)備是一個(gè)存在多相干擾的激勵(lì)源，包括客觀存在的車輛自身彈簧系統(tǒng)的振動(dòng)、阻尼，來自于路面的激振，車輪輪轂圓度、油箱中汽油運(yùn)動(dòng)中的激振，以及車載貨物的重心轉(zhuǎn)移和慣性干擾等；也包括個(gè)別駕駛員有意無意的“zuo弊"行駛對(duì)稱重準(zhǔn)確度的影響問題，這些特殊行駛狀態(tài)主要有變速行駛、“S"型等異型行車、頻繁點(diǎn)剎車等。

因此，動(dòng)態(tài)車輛稱重設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行準(zhǔn)確度與稱重站點(diǎn)的技術(shù)條件和使用者的正確使用有著很大的關(guān)系。在試驗(yàn)路面狀況較好的情況下，試驗(yàn)車輛的動(dòng)態(tài)車輛稱重設(shè)備可以達(dá)到整車總重量準(zhǔn)確度2級(jí)，而實(shí)際應(yīng)用中，隨著稱重站點(diǎn)技術(shù)條件的惡化和使用者的異常駕駛，一般動(dòng)態(tài)車輛稱重設(shè)備實(shí)際運(yùn)營準(zhǔn)確度等級(jí)為整車總重量5級(jí)。

三、設(shè)備類型

現(xiàn)階段，動(dòng)態(tài)車輛稱重設(shè)備在國內(nèi)的應(yīng)用主要限于計(jì)重收費(fèi)、超限超載治理、高速預(yù)檢稱重及少量交通數(shù)據(jù)采集，其設(shè)備主要類型有固定式軸重儀、彎板式軸重儀和壓電類設(shè)備。

在JJG907-2006中對(duì)于3種設(shè)備在動(dòng)態(tài)車輛稱重系統(tǒng)中的應(yīng)用都沒有明確的規(guī)定，但是根據(jù)3種設(shè)備的技術(shù)特點(diǎn)和規(guī)范中對(duì)于稱重設(shè)備的技術(shù)條件和準(zhǔn)確度要求，業(yè)內(nèi)在使用上通用的界定為:低速動(dòng)態(tài)車輛稱重的計(jì)重收費(fèi)、超限超載的準(zhǔn)確稱重等直接參與或作為執(zhí)法依據(jù)的設(shè)備通常采用準(zhǔn)確度更高的固定式軸重儀，中高速預(yù)檢稱重、交通數(shù)據(jù)采集等不作為執(zhí)法依據(jù)的設(shè)備通常采用彎板式軸重儀和壓電類設(shè)備。

在計(jì)重收費(fèi)、超限執(zhí)法稱重應(yīng)用中，由于稱重站地處收費(fèi)車道或低速稱重執(zhí)法站，車輛通行速度通常比較低，甚至是長期靜止在稱重設(shè)備上，行車狀態(tài)也zui為復(fù)雜。作為收費(fèi)、執(zhí)法的依據(jù)也要求該類應(yīng)用設(shè)備準(zhǔn)確度更高。靜態(tài)稱重的要求和復(fù)雜多變的行駛狀態(tài)首先決定了壓電類產(chǎn)品在該應(yīng)用中失效。固定式軸重儀相較于彎板式軸重儀除了具備更寬的臺(tái)面、更可靠穩(wěn)定的算法外，其zui大的優(yōu)勢(shì)還在于優(yōu)良的橫向靈敏度一致性。通常情況下，彎板式軸重儀由于不可避免的邊界效應(yīng)，當(dāng)載荷位于軸重儀兩端時(shí)，其輸出變化劇烈，橫向靈敏度一般為3%，即當(dāng)載荷分別由軸重儀的左、中、右3個(gè)位置通過時(shí)，*一項(xiàng)就會(huì)帶來高達(dá)3%的誤差。

高速預(yù)檢稱重和交通數(shù)據(jù)采集站點(diǎn)由于設(shè)備一般安裝于交通干線，車流zui大，車輛通行速度快，要求具備施工周期短、地基開挖zui小、相應(yīng)的準(zhǔn)確度要求較低等特點(diǎn)，因此通常采用彎板式軸重儀和壓電類設(shè)備。   

四、結(jié)束語

本文主要結(jié)合動(dòng)態(tài)車輛稱重設(shè)備(系統(tǒng))的設(shè)備特點(diǎn)和應(yīng)用，就設(shè)備的使用速度、準(zhǔn)確度和設(shè)備應(yīng)用類型的推介誤導(dǎo)和認(rèn)識(shí)誤區(qū)談了些看法，期望能對(duì)我國計(jì)重收費(fèi)、超限治理工程的實(shí)施有所幫助。