本文介紹了動(dòng)態(tài)稱重的特征和系統(tǒng)組成，根據(jù)對動(dòng)態(tài)汽車衡的檢定實(shí)施和營運(yùn)狀況， 分析了車輛動(dòng)態(tài)稱重準(zhǔn)確性影響因素與減少誤差的措施，并提出了推薦的動(dòng)態(tài)稱量系統(tǒng)軟件框架。

0.前言

近年來，在公路上行駛的超限運(yùn)輸車愈來愈多， 據(jù)統(tǒng)計(jì)，貨車超載超限運(yùn)輸肇事占交通事故總數(shù)的 30%以上，占貨車事故的55%以上。超載不僅是造成 交通事故的主要原因，加劇公路的疲勞破壞，同時(shí) 也危及中小跨徑橋梁和舊橋的安全.為此,交通部于 2000年4月1日頒布實(shí)施了《超限運(yùn)輸車輛行駛公 路管理機(jī)構(gòu)管理規(guī)定》，并指出公路管理機(jī)構(gòu)可根據(jù) 需要在公路上設(shè)置運(yùn)輸車輛軸載質(zhì)量及車貨總質(zhì)量 的檢測裝置。

工作中，有時(shí)要在運(yùn)動(dòng)的或振動(dòng)的環(huán)境中，諸如 遠(yuǎn)洋輪船、飛機(jī)或貨車上對物體進(jìn)行稱量，形成了 動(dòng)態(tài)稱重狀態(tài)，而動(dòng)態(tài)汽車衡就在這樣的背景下產(chǎn) 生了，一些發(fā)達(dá)國家早在上世紀(jì)50年代就開始了動(dòng) 態(tài)稱重技術(shù)的研究。

1.車輛動(dòng)態(tài)稱重的特征

動(dòng)態(tài)測量是指為確定量的瞬時(shí)值及（或）其隨 時(shí)間變化所進(jìn)行的測量，即被測量是隨時(shí)間而變化 的；而靜態(tài)測量中，通常考慮信號(hào)的響應(yīng)時(shí)間，只 關(guān)注測量結(jié)果的不確定度和隨時(shí)間的穩(wěn)定性和可靠性。

車輛動(dòng)態(tài)稱重有以下特征：車輛的類型（型號(hào)）， 路面的平整度，車輛的行駛速度,車輛的動(dòng)平衡作 用，輪胎的狀態(tài)，車輛拖掛的類型，裝載物的特性 (固態(tài)/液態(tài)），以及駕駛員的操作方式，加、減速等。

2.計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)的組成

目前多數(shù)計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)包括以下幾個(gè)部分：

1、 鋼制秤臺(tái)在結(jié)構(gòu)上有兩種形式：稱重傳感器安裝高 于秤臺(tái)的位置,稱之為上翻式秤臺(tái)；另一種則是將傳 感器裝在秤臺(tái)下面，與常規(guī)汽車衡一樣，秤臺(tái)限位主 要有兩種類型,一種是拉桿式限位，另一種是頂式限 位。

2、專用稱重控制器，這是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分。 動(dòng)態(tài)稱重時(shí)需要比靜態(tài)更高的采樣率，但只要采樣 率符合Naquest定律的要求（即釆樣率不低于信號(hào) 最高有效頻率的2倍即可保證包含信號(hào)的所有信 息），即可滿足，而實(shí)際上傳感器的精度和布置形式 也很重要，甚至決定算法。

3、輪軸識(shí)別器的作用是正確判別通過的車軸每 側(cè)是單輪還是雙輪，同時(shí)與秤臺(tái)一起判別軸型是單 軸還是雙聯(lián)軸或三聯(lián)軸。目前常見的大體上有兩大 類：一是采用多個(gè)傳感器（通常有稱重傳感器和非 接觸式開關(guān)兩大類）；另一種是采用壓電元件來識(shí) 別。

4、紅外車輛分離器的作用是檢測車輛是否已完 全通過秤臺(tái)，由一組紅外發(fā)射/接受光柵組成。

5、綜合顯示器，能顯示收費(fèi)車輛的車型、應(yīng)收 金額和通行信號(hào)燈。

6、收費(fèi)計(jì)算機(jī)是用于收費(fèi)系統(tǒng)與計(jì)重系統(tǒng)的聯(lián) 接以及稱重?cái)?shù)據(jù)的處理。如圖1所示。

3.計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)稱量檢測分析

動(dòng)態(tài)稱量測試步驟簡單介紹如下：設(shè)備供應(yīng)商 技術(shù)人員預(yù)先對被檢衡器進(jìn)行系統(tǒng)自校，確認(rèn)各項(xiàng) 正常后，使用動(dòng)態(tài)檢衡車分別以0 km/h-5km/h、5 km/h-lOkm/h、15 km/h-20km/h 各不超過 3 次勻速行 駛駛過被檢衡器，對被檢衡器進(jìn)行動(dòng)態(tài)稱量測試.

根據(jù)每一速度下偏離標(biāo)準(zhǔn)值敁大的儀表示值計(jì)算該 速度下的準(zhǔn)確性誤差，根據(jù)每一速度下儀表域大示 值和敁小示值的差值計(jì)算該速度下的重復(fù)性誤差。

從理論上講，對輪軸稱重時(shí)，都是測出輪胎對 秤臺(tái)的作用力。依次測最各輪軸的“重S”。在測量 時(shí)車軸間的相對距離保持不變。但實(shí)際上，車輛組 件之間的位置不變只是近似的。車輛、貨物的復(fù)合 繭心隨車輛的移動(dòng)而變動(dòng)。因此在稱不同輪軸時(shí)， 車輛的實(shí)際重心是不同的，這樣依次對輪軸稱繭相 加得到整車的繭:，就沒有整車稱重的結(jié)果準(zhǔn)確。 另外當(dāng)稱重儀周圍支持車輪的地面與秤重臺(tái)面不在 同一水平上，各軸之間將產(chǎn)生不可忽略的“重量轉(zhuǎn) 移?，引起的測量誤差將更大。因此為了最大限度減 少由于“繭貸轉(zhuǎn)移”帶來的影響，應(yīng)盡量使車輪保 持在同一水平上。車輪的圓度、動(dòng)平衡在髙速轉(zhuǎn)動(dòng) 時(shí)將產(chǎn)生顯著的附加垂直力，形成所謂的輪胎力。 隨著車速的變快，其影響是不可忽略的，由圖2和 圖3可知，路面平整度較差的狀態(tài)下，稱重重量偏 高的概書：低速40%、中速50%、高速60% ；平整度 較好的狀態(tài)下，稱重：偏高的概率：低速40%、中 速50%、高速70%。

4.稱重精度的因素分析與減少誤差的措施

動(dòng)態(tài)稱重與靜態(tài)稱里的本質(zhì)區(qū)別就是稱重過程 在系統(tǒng)沒有達(dá)到穩(wěn)態(tài)的情況下進(jìn)行，很多因素顯著 地影響稱里的精度。在速度較低的時(shí)候，實(shí)際軸載 與靜態(tài)軸載的差別不大，但足在速度較高時(shí)，動(dòng)態(tài) 軸載與靜態(tài)軸載有顯著的差別！這主耍足汽發(fā)生振動(dòng)。

4.1動(dòng)力系統(tǒng)

汽車在運(yùn)行的過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)在高速運(yùn)行，各 種轉(zhuǎn)動(dòng)部件不可避免地存在偏心，這些都必然激勵(lì) 汽車發(fā)生振動(dòng)。不過由于此激勵(lì)的頻率很高，可以 通過相應(yīng)的濾波等方法消除。

4.2路面不平整

實(shí)際的路面不可能完全平整光滑的，汽車行駛 過程中，汽車的懸掛在不平整的路面的隨機(jī)激勵(lì)下， 將發(fā)生復(fù)雜的振動(dòng)。由于稱繭的時(shí)間很短，低頻噪 聲很難消除，這是影響稱重準(zhǔn)確的主耍因素。

4.3汽車加減速

實(shí)際中汽車尤其是滿載的汽車的重心總是高于懸掛 的支撐點(diǎn)。當(dāng)汽車加速減速的時(shí)候’由于慣性的作 用將導(dǎo)致汽車產(chǎn)生前后俯仰與重心前后移動(dòng)的水平 縱向震動(dòng)以及整體豎直方向振動(dòng)。

路面不平整、加速減速引起汽車整體俯仰振動(dòng) 導(dǎo)致的變化，都將顯著的影響稱量結(jié)果的準(zhǔn)確度。 所以OIML國際建議、ASTM規(guī)范都對稱重控制區(qū)的路 面平整度、汽車在稱重前的運(yùn)行狀態(tài)做了詳細(xì)的規(guī) 定以盡可能減少由于外界的干擾而引起的誤差。

4.4稱重系統(tǒng)本身誤差及其誤差累積

因通過定期檢查來校正常見的惡意違規(guī)行駛的 四種形式：1.點(diǎn)剎車；2.壓秤邊；3.走S形路線；

翹頭，按照正常的數(shù)據(jù)處理及邏輯判別，這四種 形式都可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)偏輕，嚴(yán)重時(shí)會(huì)丟掉一個(gè)軸重 并導(dǎo)致車型檢測失誤。解決方法就是在稱量數(shù)據(jù)的 采集與邏輯判斷中增加特殊的比較與邏輯條件。

5.動(dòng)態(tài)稱重常用算法的比較分析

國外很早開始對WIM相關(guān)技術(shù)開展了研究，發(fā) 展了一些算法以提高動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)的精度，下面對 目前己經(jīng)報(bào)道過的算法做個(gè)簡單的介紹與回顧。

5.1積分ADV法、DV法、V法

該類方法是20世紀(jì)80年代的日本小野敏郎為 結(jié)局動(dòng)態(tài)稱重問題所提出來的。其測量思路主要是 同時(shí)或單獨(dú)測量重物移動(dòng)的位移、速度和加速度， 然后用直接方法或數(shù)值積分發(fā)來求解稱重過程的微 分方程以獲得待測的重量。

5.2專家系統(tǒng)

專家系統(tǒng)法主要是引入知識(shí)模型而構(gòu)成專家系 統(tǒng)。即把優(yōu)秀稱重測量專家的思維過程固化到測量 程序中，并與計(jì)算機(jī)修正程序結(jié)合起來，進(jìn)而提高 計(jì)量儀器的測試能力和故障檢測能力。

5.3參數(shù)估計(jì)法

參數(shù)估計(jì)法主要是把動(dòng)態(tài)測量作為一個(gè)參數(shù)估 計(jì)和預(yù)測問題來處理，即首先根據(jù)有關(guān)稱重測力系 統(tǒng)的先驗(yàn)知識(shí)推導(dǎo)出一個(gè)含有未知參數(shù)的模型，然 后用該模型去擬合稱重測力過程的輸出信號(hào)，從而 獲得最小平方誤差意義上的參數(shù)估計(jì)。在實(shí)際應(yīng)用 中，結(jié)果表明具有較好的效果。

5.4神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)該方法主要是基于并行技術(shù)的思想， 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為控制核心，采取多因素協(xié)調(diào)，將 檢測過程中對影響稱重精度和限制車輛通過速度起 主導(dǎo)作用的因素作為訓(xùn)練樣本，通過訓(xùn)練獲得較好 的網(wǎng)絡(luò)模型。稱重臺(tái)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，要進(jìn)行高精度 建模很困難。利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以避開復(fù)雜的物 理建模，僅根據(jù)系統(tǒng)的輸入、輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行黑箱建 模。

目前來看，利用數(shù)學(xué)模型的稱重檢測方法比較 有前途的。國外已經(jīng)見到利用神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)際 運(yùn)用的報(bào)導(dǎo)，特別是對于多傳感器稱重系統(tǒng)，據(jù)報(bào) 導(dǎo)效果很好。在2005年2月在臺(tái)北市舉行的ICWIM4 會(huì)議上，A. Gonzalez與E. J. O'Brien報(bào)道了采用功 能網(wǎng)絡(luò)替代神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的做法，該方法與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相 比不需要大量的訓(xùn)練，但仍然可以達(dá)到較高的精度。

6.結(jié)語

計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)在我國的使用越來越廣泛，江蘇、 安徽和山東等省已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)全覆蓋，其他 很多省份處于調(diào)研或試點(diǎn)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而紛紛上 馬，但是計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)有其特殊性：全天侯工作，使用頻率遠(yuǎn)高于一般汽車衡；動(dòng)態(tài)稱重，技術(shù)含量 高,如何規(guī)范這一市場,讓動(dòng)態(tài)稱重設(shè)備健康的發(fā)展， 為公路交通服務(wù)，是我們應(yīng)該思考的問題。