高速公路稱重收費(fèi)系統(tǒng)組成及其工作原理

賈桂福

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，經(jīng)濟(jì)對(duì)交通運(yùn)輸?shù)囊蕾囈苍絹碓礁撸愤\(yùn)輸已經(jīng)成為最重要的運(yùn)輸方式之一。開發(fā)出車輛在行駛中進(jìn)行稱重并且準(zhǔn)確性高、造價(jià)低、外界因素影響較小的稱重技術(shù)，對(duì)當(dāng)前公路運(yùn)輸行業(yè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有深遠(yuǎn)意義。文章論述了高速公路稱重收費(fèi)系統(tǒng)組成與工作原理。

關(guān)鍵詞：計(jì)重收費(fèi)；稱重系統(tǒng)；數(shù)據(jù)處理

高速公路收費(fèi)站不停車稱重收費(fèi)系統(tǒng)工作原理是，車輛在行駛通過稱臺(tái)時(shí)，車輛分離器將行進(jìn)的車輛按照車輛的車軸數(shù)分離為單個(gè)目標(biāo)，運(yùn)動(dòng)或靜止中的每個(gè)單軸由軸重儀進(jìn)行稱重，并且累加每個(gè)單軸重量，最終得出車輛的總重量。車輛識(shí)別裝置對(duì)車輛的輪胎寬度和輪胎個(gè)數(shù)進(jìn)行識(shí)別，判斷出車輛類型和車軸類型，同時(shí)得到按車輛類別預(yù)先設(shè)置的車載超限限值，與軸重儀稱量車輛總重量進(jìn)行對(duì)比，判斷車輛是否超重和超重重量，根據(jù)車輛重量和超重重量，通過相關(guān)規(guī)定計(jì)算出該車通過收費(fèi)站應(yīng)繳費(fèi)用。它主要由以下幾個(gè)部分組成，見圖1。

1 稱重儀

稱重儀是通過稱量單軸重量并累計(jì)整車軸組重量的車輛稱重設(shè)備。工作原理是稱臺(tái)連接壓力傳感器，壓力傳感器由試件、電阻應(yīng)變片、引線和外部殼體組成。被稱重車輛駛?cè)敕Q臺(tái)時(shí)，試件受到車輛的重力作用發(fā)生變形，車輛的重力即是試件所受壓力，此壓力與試件變形成正比關(guān)系，試件與電阻應(yīng)變片粘貼在一起，試件的變形使電阻應(yīng)變片產(chǎn)生與之對(duì)應(yīng)的變形，電阻應(yīng)變片的電阻值產(chǎn)生變量， 電阻應(yīng)變片連接到供橋電路中，電路輸出端產(chǎn)生的電壓與壓力成正比。通過電壓變化量和換算，得到稱臺(tái)所受承載力值，完成稱重計(jì)量。

2 車輛分離器

車輛分離器能夠完成車輛與檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的關(guān)系，這種對(duì)應(yīng)關(guān)系是稱重系統(tǒng)必不可少的功能。其原理是，車輛采用紅外線分離，紅外線收發(fā)裝置接受和發(fā)射直線紅外光柵，當(dāng)無車輛遮擋收發(fā)點(diǎn)紅外線連線時(shí)，接收器收到信號(hào)，當(dāng)有車輛遮擋時(shí)紅外線連線被阻斷，接收器無法接收信號(hào)。在收費(fèi)站通道中，待檢車輛經(jīng)過車輛分離器時(shí)，紅外光柵被全部（車廂）或部分（拖掛車車廂之間的連接體）被阻隔，車輛檢測(cè)開始，車輛完全通過車輛分離器時(shí)，紅外光連線無阻隔信號(hào)收發(fā)正常，車輛檢測(cè)結(jié)束。如果兩輛車同時(shí)停在稱重臺(tái)，就會(huì)出現(xiàn)前一輛車還未駛出稱臺(tái)，后一輛車便駛?cè)敕Q臺(tái)的情況，這時(shí)利用紅外線檢測(cè)器和傳感器采集波形信號(hào)并進(jìn)行分析，有效分離兩個(gè)車輛的數(shù)據(jù)，其原理如圖2所示。利用檢測(cè)波形，依據(jù)重量參數(shù)，系統(tǒng)都可以準(zhǔn)確無誤地判別出待檢車輛是跟隨車或是拖掛車，并且判斷被檢車輛是否單軸或是多聯(lián)軸。

3 輪胎識(shí)別器

采用多組行程開關(guān)對(duì)車輛的輪胎寬度和輪胎個(gè)數(shù)進(jìn)行識(shí)別，其識(shí)別原理如圖3所示，當(dāng)滿足“傳感器間隙<最小輪胎間隙”時(shí)，系統(tǒng)便能有效地測(cè)量出汽車的輪寬以及輪胎間隙。其中，最小輪胎間隙根據(jù)車輛統(tǒng)計(jì)而來。

4 中央控制器

采用單臺(tái)面的軸計(jì)量方式，在有效的秤臺(tái)寬度內(nèi)如何得到更高的計(jì)量精度是一直在努力研究的方向。當(dāng)車輛勻速通過稱重臺(tái)時(shí)，系統(tǒng)計(jì)量的精度是由在有效計(jì)量時(shí)間范圍內(nèi)控制器采集數(shù)據(jù)的速率來確定的，處理器內(nèi)存的大小，單片機(jī)的運(yùn)行速度也是能夠影響計(jì)量精度的因素。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)以及采數(shù)精度的要求，選用工業(yè)控制方式，采用高速采集卡對(duì)A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，如果能夠保證20000次/秒的采樣頻率，理論上計(jì)量精度的誤差就可以控制到小于千分之一。目前在車速不大于5公里/小時(shí)的低速狀態(tài)下，測(cè)量精度可以達(dá)到千分之三的誤差范圍以內(nèi)。

5 模擬判別和數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采集、預(yù)處理、設(shè)備自檢、數(shù)據(jù)處理、計(jì)算、顯示、打印、存盤等任務(wù)的完成依賴計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理單元，該單元為中央控制系統(tǒng)的軟件部分。判別方式采用全模擬判別，判別原理如下，假設(shè)三軸貨車以勻速通過稱重臺(tái)面，則整個(gè)受力波形如圖4所示，其中A、G段為空秤段。顯然，D段即為我們所要得到的汽車重量。汽車重量靜態(tài)稱重軟件的目的是完成靜態(tài)標(biāo)定及汽車的靜態(tài)稱重等工作，靜態(tài)稱重軟件包括數(shù)據(jù)采集濾波，均值顯示等。動(dòng)態(tài)稱重軟件是把靜態(tài)重量加以速度補(bǔ)償處理，得到車輛和載重的實(shí)際應(yīng)得的稱量重量。模擬判別和數(shù)據(jù)處理是稱重系統(tǒng)的核心部分，完成了稱重過程中的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理以及數(shù)據(jù)上傳的功能。

6 動(dòng)態(tài)稱重設(shè)備的安裝

稱重設(shè)備采取前置式安裝即收費(fèi)前進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)車輛技術(shù)規(guī)范，貨車總長(zhǎng)應(yīng)小于18米，為保證車輛在到達(dá)收費(fèi)亭前完成計(jì)量，收費(fèi)島的長(zhǎng)度要適當(dāng)延長(zhǎng)，還應(yīng)考慮駕駛?cè)藛T通過軸重儀時(shí)對(duì)車輛的控制。車輛在完成加減速、轉(zhuǎn)向等動(dòng)作后駛?cè)胧召M(fèi)車道，此時(shí)車輛處于不平衡狀態(tài)，容易產(chǎn)生檢測(cè)誤差，建議傳感器安裝在進(jìn)入收費(fèi)車道5米處，傳感器距離收費(fèi)亭中心線的距離應(yīng)大于l8米，所以收費(fèi)島前端相距收費(fèi)亭中心線的距離為30米。收費(fèi)站每個(gè)收費(fèi)車道使用一套稱重系統(tǒng)，并排放置，稱重臺(tái)面末端裝有紅外線收發(fā)裝置，稱重處理器機(jī)箱裝在收費(fèi)島上。數(shù)據(jù)采集和中央控制系統(tǒng)安裝在收費(fèi)島上，最好在收費(fèi)亭內(nèi)。

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