一種車載式非接觸車輛荷載質量動態監測裝置及檢測方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及車輛重量檢測技術領域，具體是一種車載式非接觸車輛荷載質量動態 監測裝置及檢測方法。
【背景技術】
[0002] 車輛超載不僅會造成道路交通事故，而且因交通事故引發的爆炸、火災等其他危 險情況，直接危害到人民群眾的生命安全，還會導致道路過早地破壞、減少道路使用壽命、 增加道路養護成本并影響行車的舒適性和安全性，因此方便準確及時地獲取車輛的載重信 息，可W有效防止車輛超載對道路、橋梁的破壞，保證道路的安全暢通。
[0003] 目前，車輛的荷載質量測量有靜態測量和動態測量兩類，靜態測量雖然精確高，但 需要將整車或單軸放到安裝在地面上的傳感器平臺上進行測量，檢修系統規模大，容易造 成交通不暢，適用性較差；動態稱重可W實現車輛的不停車稱重，但是其受汽車振動、路面 不平、汽車車速等影響較大，測量精確不高，尤其是車速較高時，測試結果可能不可信。
[0004] 現有的車輛荷載質量檢測系統，大多都是在地面上安裝壓電傳感器或應變儀等檢 測傳感器，當車輛通過檢測傳感器時，檢測傳感器信號變化，再綜合應用數字濾波、信號處 理或多傳感器融合技術等計算出車輛質量。該種方法需要在地面上安裝稱重平臺，建設周 期長，造價高，并且檢測精確受車速等因素影響較大。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在于提供一種車載式非接觸車輛荷載質量動態監測裝置及檢測方 法，W解決上述【背景技術】中提出的問題。
[0006] 為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：
[0007] -種車載式非接觸車輛荷載質量動態監測裝置，包括激光位移傳感器、加速度傳 感器、測量電路、數據采集處理模塊、整車質量計算模塊、CAN通訊模塊、顯示模塊和存儲模 塊，所述激光位移傳感器設有四個，所述加速度傳感器設有兩個，其中兩個所述激光位移傳 感器分別安裝在前軸左右兩側上方的車架上，其中一個所述加速度傳感器安裝在前軸中間 位置上方的車架上，另兩個所述激光位移傳感器分別安裝在后軸左右兩側上方的車架上， 另一個所述加速度傳感器安裝在后軸中間位置上方的車架上，所述前軸和后軸的激光位移 傳感器和加速度傳感器分別連接一個測量電路，兩個所述測量電路分別連接一個數據采集 處理模塊，兩個數據采集處理模塊均連接到整車質量計算模塊，所述整車質量計算模塊通 過CAN通訊模塊連接到設置在駕駛室的顯示模塊和存儲模塊。
[0008] 作為本發明進一步的方案；所述測量電路包括信號放大電路和信號采集電路。
[0009] 作為本發明再進一步的方案；所述放大電路包括高速運算放大器AD8032A、運算 放大器AD8310和高速運算放大器AD8032B，所述高速運算放大器AD8032A提供前級放大功 能，將信號放大到可W處理的程度，再經運算放大器AD8310和外圍原件一起構成的限幅濾 波器整形，再經一級高速運放AD8032B把信號增強到可W采集的程度；所述信號采集電路 包括TLV5580AD芯片和EP2C8Q208開發板，采集信號經放大濾波輸入到TLV5580AD芯片的 26號管腳上，所述TLV5580AD芯片的D0-D7是轉換好的數字信息，分別連接到EPSC8Q208 開發板的63、64、65、68、69、70、71、73引腳上，所述TLV5580AD芯片的驅動時鐘信號由 EP2C8Q208開發板的75腳提供。
[0010] 作為本發明再進一步的方案：所述激光位移傳感器采用激光位移測量模塊 CDG22000,所述加速度傳感器采用MPU6050模塊，所述CAN通訊模塊中CAN控制器采用 MCP2515，CAN總線收發器采用TJA1050,所述存儲模塊采用mircoSDCard讀寫模塊。
[0011] 作為本發明再進一步的方案；包括靜態質量標定和動態校準標定，具體方法如 下：
[0012] 設車輛的整車整備質量為M，黃載質量為Ms,非黃載質量為Mu,由于載貨車輛大多 采用鋼板彈黃，同時同車軸左右彈黃的結構參數相同，忽略制造或者裝配等因素對鋼板彈 黃負荷特性的影響，可W認為同軸左、右鋼板彈黃具有相同的負荷特性即設前、后軸板黃 的彈性剛度為kl，k2,當車輛息架彈黃處于自由狀態時，4個傳感器讀數分別設為X0LX02， X03和X04。其中X01為前軸左側激光位移傳感器讀數，X02為前軸右側激光位移傳感器讀 數，X03為后軸左側激光位移傳感器讀數，X04為后軸右側激光位移傳感器讀數，在標定中， 設車輛的加載質量為m，此時4個激光位移傳感器的讀數分別為XII，X12,X13和X14,則有：
[0013]Mu+m=kUXll-X01)+kl狂 12-X02)+k2 狂 13-X03)+k2 狂 14-X04)
[0014]由于M=Mu+Ms則有：
[0015]M+m=Mu+m1+Ms=Mu+m1+Msl+Msr
[0016] 其中Msl為前軸非黃載質量，Msr為后置費黃載質量。
[0017]M+m=kl(Xll-X01)+kl(X12-X02)+Msl+k2(X13-X03)+k2(X14-X04)+Msr
[0018]令化=kUXll-X01)+kl狂 12-X02)+Msl，YR=k2 狂 13-X03)+k2 狂 14-X04)+Msr
[0019] 其中化為前軸荷載質量，YR為后軸荷載質量。
[0020] YL=kUXll巧12)-kUX01+X02)+Msl
[0021] YR=k2 狂 13巧 14) -k2 狂03巧04)+Msr
[0022] 化=kUXll巧12)+C1
[0023]YR=k2 狂 13巧 14) +C2
[0024] 其中C1，C2為常數：
[00巧]C1 =-kl〇(01+X02)+Msl
[0026]C2 = -k2 狂03巧04)+Msr
[0027]由W上分析可知車輛荷載質量為：
[0028]m=YL+YR-M
[0029] 利用W上公式，可W通過加載已知的荷載質量，測量傳感器的數值，W上過程進行 多次，然后將測量到的數據進行擬合獲得標定結果；
[0030] 所述靜態質量標定的方法是將車輛放置在水平路面上，讓車輛處于靜止狀態，然 后進行W下步驟的標定：
[0031] (1)將一個已知質量的配重放在車輛中間，然后沿車輛縱向方向移動若干次，每移 動一次位置，在地磅上分別稱出前軸和后軸的質量，并獲得4個激光位移傳感器的讀數；
[0032] (2)換一個已知質量的配置重復步驟（1);
[003引 做空載時，再稱一次；
[0034] (4)將通過W上操作獲得的多組數據進行數據擬合分別獲得kl，C1，k2,C2該4個 參數，完成標定過程；
[0035] 所述動態校準標定包括車輛縱向加速度對前、后后荷載質量計算影響的校準和車 輛垂直加速度對前、后荷載質量計算影響的校準，兩類校準標定的步驟相同，具體步驟如 下：
[0036] (1)在車輛上加載一定的配重質量，操縱汽車W-定速度行駛，根據靜態標定結果 由激光位移傳感器的讀數計算出車輛在某一加速度下車輛前、后軸的荷載質量。分別獲得 前、后軸荷載質量與加速之間的對應關系；
[0037] (2)根據計算荷載和加速度數據，計算出不同加速度下的測量誤差，從而擬合出校 準關系曲線。
[0038] 作為本發明再進一步的方案：所述靜態質量標定過程中，至少選擇兩種質量的配 重進行加載標定，標定中至少稱重5次，即至少測量5組數據。
[0039] 與現有技術相比，本發明的有益效果是；系統結構簡單，成本低，檢測精確高，可W 廣泛應用于車輛尤其是載貨車輛質量動態檢測中，采用本發明可W實時監測車輛的荷載質 量，駕駛員可W清楚的知道車輛是否超載，利用存儲的質量數據還可W評價企業載貨汽車 利用效率和節能性能，檢測到的實時荷載質量數據可W成為開發車輛主動安全系統的基礎 數據。
【附圖說明】
[0040] 圖1為車載式非接觸車輛荷載質量動態監測裝置及檢測方法的結構示意圖。
[0041] 圖2為車載式非接觸車輛荷載質量動態監測裝置及檢測方法中傳感器的安裝圖。
[0042] 圖3為車載式非接觸車輛荷載質量動態監測裝置及檢測方法中信號放大電路圖。
[0043]圖4為車載式非接觸車輛荷載質量動態監測裝置及檢測方法中信號采集電路圖。
[0044]圖5為車載式非接觸車輛荷載質量動態監測裝置及檢測方法中前軸靜態荷載質 量標定結果。
[0045]圖6為車載式非接觸車輛荷載質量動態監測裝置及檢測方法中后軸靜態荷載質 量標定結果。
[0046]圖7為車載式非接觸車輛荷載質量動態監測裝置及檢測方法中前軸動態荷載。
[0047]圖8為車載式非接觸車輛荷載質量動態監測裝置及檢測方法中前軸動態校準結 果。
[0048] 圖9為車載式非接觸車輛荷載質量動態監測裝