動態車輛稱重設備在實際應用中的研究:
自*部(bù)分省市公路實行計重收費以(yǐ)來,動態車(chē)輛稱重設備的使用越來越廣泛,但由於設備供應商實力和實施(shī)經驗的參差不齊,zui早安裝的稱重設(shè)備並非都能令業主滿意。隨著2005年交通部《收費公路試行計(jì)重(chóng)收費指導意見》的出台和《全國治超*點規範化建設(shè)試點工程實施方(fāng)案》通知的下發,全國許多省(shěng)份針對收費公路(lù)的計重收費設備和超(chāo)載檢測設備相繼步入新設(shè)備試點運營、大規模設備采購(gòu)和舊產品更(gèng)新換代的調研階段。很多衡(héng)器(qì)廠家(jiā)和公路機電設備供應商看好其巨(jù)大的市場前景,紛紛上馬(mǎ),但其中出現諸多(duō)對於動態車(chē)輛設(shè)備(係統(tǒng))認識、研究不夠的情況,新(xīn)*輪關於動態車輛稱重設備應用(yòng)及(jí)其技術指標的浮誇之(zhī)風愈演愈烈。但是,動態車輛設備不同於*般靜態電子汽車衡。動態車輛稱重(chóng)設備技術含量*、使用(yòng)頻率*,項目投資大、施工周期長,對供應商綜合實力(lì)要求*,若技術上、資金上沒有把握而匆匆(cōng)上馬則會隱含很大風險。*旦(dàn)設備性能不達標,施工不合格,可靠性的工期不能滿足業(yè)主實際要求,對各方麵都會造成重大損失。
*、速度
JJG907-2006《動態公路車輛自動衡器》檢定規程中規定(dìng)動(dòng)態稱重設備(bèi)可“安裝於稱量控製區域內(nèi),並在規定速度範圍實行”,但卻沒有明確規定該(gāi)速度的(de)範(fàn)圍,在投標(biāo)過程(chéng)中發現有任意擴(kuò)大固定式軸重儀標稱運(yùn)行速(sù)度範(fàn)圍的情況,然而在(zài)實際應用中,特定的稱重(chóng)設備其運(yùn)行速度是有上(shàng)限的。*般來講,固定式軸重儀的*般運行速(sù)度為(10~15)km/h,實際檢驗(yàn)過程中,各省市質監部門在檢(jiǎn)驗(yàn)測試過程中,檢測車輛的速度也均為(10~15)km/h。
動態車輛稱重係統是*個由稱重(chóng)設備和行駛車輛組(zǔ)成的等效二階振動(dòng)係統,如圖1*示,其振(zhèn)動微分方程可以寫(xiě)為
式中:M(t)——貨物質量;c——係(xì)統阻尼;k——係統(tǒng)剛(gāng)度;x——係統相(xiàng)對參考零點的位移;F(t)——車輛動力載荷。
眾*周知,在(zài)計重收費應用中,稱重(chóng)設備(bèi)作為相關部門執(zhí)法和(hé)收費的依據,其稱重(chóng)*度和可靠性都必須是嚴肅、不容(róng)置疑的。我們將利用“稱重設備-車輛(liàng)”係統振動(dòng)方程的求解(jiě)結論,論證當前動態車輛設備的速(sù)度上限(xiàn)。
式(1)是(shì)由穩態載荷組成的,是車輛自身質量引(yǐn)起的,也是*需求出的,是車輛振動引(yǐn)起(qǐ)的,且具有明顯峰值。據(jù)實際采集波形及二(èr)階微分(fèn)方程可知,不同的(de)車(chē)型(xíng)振動(dòng)頻率集中在(zài)(3~20)Hz的低頻範圍(wéi)內,而振(zhèn)幅可達(dá)靜態載荷的10%左(zuǒ)右。
設秤台的有(yǒu)效采樣寬度為800mm(*般固定(dìng)式(shì)軸重儀秤台寬度(dù)為800mm),車輛行駛速度為20km/h,則荷(hé)載作用於秤台的瞬(shùn)間,假設動態載荷的低頻幹擾為(wéi)10Hz(即振動(dòng)周期為0.1s),而秤(chèng)台固有頻率足夠*,此時,稱重設備(bèi)的采樣信號長度是動態載荷的幹擾長度的(de)1.4倍,采集數據中包含*個完整周期的動態(tài)幹擾信號,勉強滿足對於低頻動態幹擾信號(hào)的濾(lǜ)除。因此,若行駛速度大於(yú)20km/h,則采樣數據中動態幹擾信號將不足*個完整周期,這樣的幹擾(rǎo)稱為短曆程(chéng)的周期幹(gàn)擾,時域中的均(jun1)值濾波和頻域中的(de)各種濾波方法對這(zhè)種幹擾效果不大,同(tóng)時考慮到動(dòng)態載(zǎi)荷幹擾(rǎo)的幅值、相位和頻率都是(shì)隨機性的,這就決定了目前在動態車(chē)輛稱(chēng)重設備(bèi)中*廣泛采用的滑動均值濾波的算法失效,造成了更大的(de)隨機誤差和不確定度。因此,在有(yǒu)效采(cǎi)樣寬度更窄,車輛速度更*的*速預檢測係統應用中,必(bì)須采用更為*的數學模型和軟件處理方式以保證稱重*度。
*以,在動態稱重設備的應用過程中*定要結合實際使用情況,了解(jiě)秤台(tái)的有效(xiào)采樣寬度、動態處理方式的zui*運行速度等具有內在關係的(de)指標是否*嚴肅、真實可行。
二、*度
幾年(nián)來,主流供應商紛(fēn)紛針對產品的應用情況,進(jìn)行了深層次的研究和開發,動(dòng)態稱重技術得到長足發展。但是,綜(zōng)觀動態車輛稱重市場,技術提(tí)升之(zhī)勢遠(yuǎn)弱(ruò)於指標浮(fú)誇(kuā)之風。
JJG907-2006中對於動態(tài)車(chē)輛稱重設備的安裝有著明確的說明,其中的強(qiáng)製性規定(dìng)中描述:為了減少行進(jìn)車輛各軸(zhóu)之間(jiān)的載荷傳遞,引道不(bú)能有縱向斜(xié)坡,其(qí)橫向斜坡度不能超過1%,承(chéng)載器兩端8m的範圍內,引道的縱向和橫向水平傾斜度允差(chà)為±3mm,8m以外的引(yǐn)道區域,引道的縱向和橫向的水平傾斜度允差為±6mm。結合國情和(hé)實際應用情況,動態車輛稱重*點的技術條件往往難以滿足JJG907-2006中關於道路的要求(qiú),其(qí)中也不乏(fá)個別從業者不重視道路狀況對於動(dòng)態車輛稱重設備(bèi)應用*度的(de)影響,為降低成本、減小地基開挖量,類似情況(kuàng)使得動態車輛設備的安裝更(gèng)是無法達標,對設(shè)備應用*度帶(dài)來重大影響。
動態車輛稱(chēng)重設備的*度除了與設備自身的實驗室*度、稱重*點(diǎn)的技術條件有關外,另(lìng)外(wài)還有*個(gè)比較重要的因素——行(háng)駛車輛(liàng)的運動狀態。運動中的(de)車輛相對於稱重設備是*個存在多相幹(gàn)擾(rǎo)的激勵源(yuán),包括客觀存在的車輛自身彈簧係統的振(zhèn)動(dòng)、阻尼,來自於路麵(miàn)的激振,車輪輪轂圓度、油箱中汽油運動中的激振,以及車載貨物的重心轉移和慣性(xìng)幹擾等;也包括個別駕駛員有意無意的“作弊”行駛對稱重*度的(de)影響問題,這些特殊行駛狀態主要有變速行駛、“S”型等異型行車、頻繁點刹車等。
因此,動態車(chē)輛稱重設備的(de)實(shí)際運行*度與稱重*點的技術條件和使用者的正確使用有著很大的關係。在試驗路麵(miàn)狀況較好的情(qíng)況下,試驗車輛的動態車輛稱重設備可以達到整車總重量*度(dù)2級,而實際應用(yòng)中,隨著稱重*點技(jì)術條件的惡(è)化和使用者的異常(cháng)駕駛,*般動態車輛(liàng)稱重設備實際運營*度等級為整車總重量5級。
三、設備類型
現階段(duàn),動態車輛稱重設備在*的應用主要限(xiàn)於計重收費、超限超載(zǎi)治理、*速預檢稱重及少量交(jiāo)通數據采集,其設備主要類型有固定式軸重儀、彎板(bǎn)式軸重儀和壓電類設備。
在JJG907-2006中對於3種設備(bèi)在動態車輛稱重係統中的應用都沒有明(míng)確的(de)規定,但(dàn)是根據3種設備的技術特點和(hé)規範中對於稱重設備的技術條件和*度要求,業內在使用上通用的界定為:低速動態車輛稱重的計重收(shōu)費、超限(xiàn)超載的*稱重等直接參與或作為執法依據的設(shè)備通常采用*度更*的固定(dìng)式軸重儀,中*速預檢稱重、交通數據采集等不作為執法依據(jù)的設備通常采用彎板式軸重(chóng)儀(yí)和壓電類設備。
在計重收費、超限(xiàn)執法稱重應用中,由於稱重*地處收費車道或低速(sù)稱(chēng)重執法*,車輛通行速度通常比較低,甚至是長期靜(jìng)止在稱重設(shè)備上,行車狀態也zui為複雜。作為收費、執法的依據(jù)也要求(qiú)該類應用設備*度更*。靜態(tài)稱重的要求和複雜多(duō)變的行駛狀態*先決定了壓電類產品在該應用中失效(xiào)。固定式軸重儀相較於彎板式軸重儀除了具備更(gèng)寬的台麵、更可靠穩定的算法外,其zui大的優勢還在於(yú)優(yōu)良的橫向靈敏度*致性。通常情況下,彎板式軸重儀由於不可避免的邊界效應,當載荷位於軸重儀兩端時(shí),其輸出(chū)變化劇烈,橫向靈敏度*般為3%,即當載荷分別(bié)由軸(zhóu)重儀的左(zuǒ)、中、右3個位置通過時,*此*項就會帶來*達3%的誤差(chà)。
*速預檢(jiǎn)稱重和交通(tōng)數據采集*點由於設備(bèi)*般安(ān)裝於交通幹線,車流zui大(dà),車輛通行速度快,要求具備施工周期短、地基開挖zui小、相應的*度要求較低等特點,因此(cǐ)通常采用彎板式軸重儀和壓電類(lèi)設備。
動態車輛稱重設備在實際應用中(zhōng)的(de)研究(jiū)