本文介紹了動(dòng)態(tài)稱(chēng)重的特征和系統組成，根據對動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡的檢定實(shí)施和營(yíng)運狀況， 分析了車(chē)輛動(dòng)態(tài)稱(chēng)重準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(chēng)量系統軟件框架。

0.前言

近年來(lái)，在公路上行駛的超限運輸車(chē)愈來(lái)愈多， 據統計，貨車(chē)超載超限運輸肇事占交通事故總數的 30%以上，占貨車(chē)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《超限運輸車(chē)輛行駛公 路管理機構管理規定》，并指出公路管理機構可根據 需要在公路上設置運輸車(chē)輛軸載質(zhì)量及車(chē)貨總質(zhì)量 的檢測裝置。

工作中，有時(shí)要在運動(dòng)的或振動(dòng)的環(huán)境中，諸如 遠洋輪船、飛機或貨車(chē)上對物體進(jìn)行稱(chēng)量，形成了 動(dòng)態(tài)稱(chēng)重狀態(tài)，而動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡就在這樣的背景下產(chǎn) 生了，一些發(fā)達國家早在上世紀50年代就開(kāi)始了動(dòng) 態(tài)稱(chēng)重技術(shù)的研究。

1.車(chē)輛動(dòng)態(tài)稱(chēng)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?？紤]信號的響應時(shí)間，只 關(guān)注測量結果的不確定度和隨時(shí)間的穩定性和可靠性。

車(chē)輛動(dòng)態(tài)稱(chēng)重有以下特征：車(chē)輛的類(lèi)型（型號）， 路面的平整度，車(chē)輛的行駛速度,車(chē)輛的動(dòng)平衡作 用，輪胎的狀態(tài)，車(chē)輛拖掛的類(lèi)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.計重收費系統的組成

目前多數計重收費系統包括以下幾個(gè)部分：

1、 鋼制秤臺在結構上有兩種形式：稱(chēng)重傳感器安裝高 于秤臺的位置,稱(chēng)之為上翻式秤臺；另一種則是將傳 感器裝在秤臺下面，與常規汽車(chē)衡一樣，秤臺限位主 要有兩種類(lèi)型,一種是拉桿式限位，另一種是頂式限 位。

2、專(zhuān)用稱(chēng)重控制器，這是整個(gè)系統的核心部分。 動(dòng)態(tài)稱(chēng)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 最高有效頻率的2倍即可保證包含信號的所有信 息），即可滿(mǎn)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、輪軸識別器的作用是正確判別通過(guò)的車(chē)軸每 側是單輪還是雙輪，同時(shí)與秤臺一起判別軸型是單 軸還是雙聯(lián)軸或三聯(lián)軸。目前常見(jiàn)的大體上有兩大 類(lèi)：一是采用多個(gè)傳感器（通常有稱(chēng)重傳感器和非 接觸式開(kāi)關(guān)兩大類(lèi)）；另一種是采用壓電元件來(lái)識 別。

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

5、綜合顯示器，能顯示收費車(chē)輛的車(chē)型、應收 金額和通行信號燈。

6、收費計算機是用于收費系統與計重系統的聯(lián) 接以及稱(chēng)重數據的處理。如圖1所示。

3.計重收費系統動(dòng)態(tài)稱(chēng)量檢測分析

動(dòng)態(tài)稱(chēng)量測試步驟簡(jiǎn)單介紹如下：設備供應商 技術(shù)人員預先對被檢衡器進(jìn)行系統自校，確認各項 正常后，使用動(dòng)態(tài)檢衡車(chē)分別以0 km/h-5km/h、5 km/h-lOkm/h、15 km/h-20km/h 各不超過(guò) 3 次勻速行 駛駛過(guò)被檢衡器，對被檢衡器進(jìn)行動(dòng)態(tài)稱(chēng)量測試.

根據每一速度下偏離標準值敁大的儀表示值計算該 速度下的準確性誤差，根據每一速度下儀表域大示 值和敁小示值的差值計算該速度下的重復性誤差。

從理論上講，對輪軸稱(chēng)重時(shí)，都是測出輪胎對 秤臺的作用力。依次測最各輪軸的“重S”。在測量 時(shí)車(chē)軸間的相對距離保持不變。但實(shí)際上，車(chē)輛組 件之間的位置不變只是近似的。車(chē)輛、貨物的復合 繭心隨車(chē)輛的移動(dòng)而變動(dòng)。因此在稱(chēng)不同輪軸時(shí)， 車(chē)輛的實(shí)際重心是不同的，這樣依次對輪軸稱(chēng)繭相 加得到整車(chē)的繭:，就沒(méi)有整車(chē)稱(chēng)重的結果準確。 另外當稱(chēng)重儀周?chē)С周?chē)輪的地面與秤重臺面不在 同一水平上，各軸之間將產(chǎn)生不可忽略的“重量轉 移?，引起的測量誤差將更大。因此為了最大限度減 少由于“繭貸轉移”帶來(lái)的影響，應盡量使車(chē)輪保 持在同一水平上。車(chē)輪的圓度、動(dòng)平衡在髙速轉動(dòng) 時(shí)將產(chǎn)生顯著(zhù)的附加垂直力，形成所謂的輪胎力。 隨著(zhù)車(chē)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(chēng)重重量偏 高的概書(shū)：低速40%、中速50%、高速60% ；平整度 較好的狀態(tài)下，稱(chēng)重：偏高的概率：低速40%、中 速50%、高速70%。

4.稱(chēng)重精度的因素分析與減少誤差的措施

動(dòng)態(tài)稱(chēng)重與靜態(tài)稱(chēng)里的本質(zhì)區別就是稱(chēng)重過(guò)程 在系統沒(méi)有達到穩態(tài)的情況下進(jìn)行，很多因素顯著(zhù) 地影響稱(chēng)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(zhù)的差別！這主耍足汽發(fā)生振動(dòng)。

4.1動(dòng)力系統

汽車(chē)在運行的過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機在高速運行，各 種轉動(dòng)部件不可避免地存在偏心，這些都必然激勵 汽車(chē)發(fā)生振動(dòng)。不過(guò)由于此激勵的頻率很高，可以 通過(guò)相應的濾波等方法消除。

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(chē)行駛 過(guò)程中，汽車(chē)的懸掛在不平整的路面的隨機激勵下， 將發(fā)生復雜的振動(dòng)。由于稱(chēng)繭的時(shí)間很短，低頻噪 聲很難消除，這是影響稱(chēng)重準確的主耍因素。

4.3汽車(chē)加減速

實(shí)際中汽車(chē)尤其是滿(mǎn)載的汽車(chē)的重心總是高于懸掛 的支撐點(diǎn)。當汽車(chē)加速減速的時(shí)候’由于慣性的作 用將導致汽車(chē)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(chē)整體俯仰振動(dòng) 導致的變化，都將顯著(zhù)的影響稱(chēng)量結果的準確度。 所以OIML國際建議、ASTM規范都對稱(chēng)重控制區的路 面平整度、汽車(chē)在稱(chēng)重前的運行狀態(tài)做了詳細的規 定以盡可能減少由于外界的干擾而引起的誤差。

4.4稱(chēng)重系統本身誤差及其誤差累積

因通過(guò)定期檢查來(lái)校正常見(jiàn)的惡意違規行駛的 四種形式：1.點(diǎn)剎車(chē)；2.壓秤邊；3.走S形路線(xiàn)；

翹頭，按照正常的數據處理及邏輯判別，這四種 形式都可能導致數據偏輕，嚴重時(shí)會(huì )丟掉一個(gè)軸重 并導致車(chē)型檢測失誤。解決方法就是在稱(chēng)量數據的 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(chēng)重常用算法的比較分析

國外很早開(kāi)始對WIM相關(guān)技術(shù)開(kāi)展了研究，發(fā) 展了一些算法以提高動(dòng)態(tài)稱(chēng)重系統的精度，下面對 目前己經(jīng)報道過(guò)的算法做個(gè)簡(jiǎn)單的介紹與回顧。

5.1積分ADV法、DV法、V法

該類(lèi)方法是20世紀80年代的日本小野敏郎為 結局動(dòng)態(tài)稱(chēng)重問(wèn)題所提出來(lái)的。其測量思路主要是 同時(shí)或單獨測量重物移動(dòng)的位移、速度和加速度， 然后用直接方法或數值積分發(fā)來(lái)求解稱(chēng)重過(guò)程的微 分方程以獲得待測的重量。

5.2專(zhuān)家系統

專(zhuān)家系統法主要是引入知識模型而構成專(zhuān)家系 統。即把優(yōu)秀稱(chēng)重測量專(zhuān)家的思維過(guò)程固化到測量 程序中，并與計算機修正程序結合起來(lái)，進(jìn)而提高 計量?jì)x器的測試能力和故障檢測能力。

5.3參數估計法

參數估計法主要是把動(dòng)態(tài)測量作為一個(gè)參數估 計和預測問(wèn)題來(lái)處理，即首先根據有關(guān)稱(chēng)重測力系 統的先驗知識推導出一個(gè)含有未知參數的模型，然 后用該模型去擬合稱(chēng)重測力過(guò)程的輸出信號，從而 獲得最小平方誤差意義上的參數估計。在實(shí)際應用 中，結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，將 檢測過(guò)程中對影響稱(chēng)重精度和限制車(chē)輛通過(guò)速度起 主導作用的因素作為訓練樣本，通過(guò)訓練獲得較好 的網(wǎng)絡(luò )模型。稱(chēng)重臺結構比較復雜，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(kāi)復雜的物 理建模，僅根據系統的輸入、輸出數據進(jìn)行黑箱建 模。

目前來(lái)看，利用數學(xué)模型的稱(chēng)重檢測方法比較 有前途的。國外已經(jīng)見(jiàn)到利用神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行實(shí)際 運用的報導，特別是對于多傳感器稱(chēng)重系統，據報 導效果很好。在2005年2月在臺北市舉行的ICWIM4 會(huì )議上，A. Gonzalez與E. J. O'Brien報道了采用功 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 比不需要大量的訓練，但仍然可以達到較高的精度。

6.結語(yǔ)

計重收費系統在我國的使用越來(lái)越廣泛，江蘇、 安徽和山東等省已經(jīng)基本實(shí)現全覆蓋，其他 很多省份處于調研或試點(diǎn)階段，很多衡器廠(chǎng)家和公 路機電設備供應商看好其巨大的市場(chǎng)前景而紛紛上 馬，但是計重收費系統有其特殊性：全天侯工作，使用頻率遠高于一般汽車(chē)衡；動(dòng)態(tài)稱(chēng)重，技術(shù)含量 高,如何規范這一市場(chǎng),讓動(dòng)態(tài)稱(chēng)重設備健康的發(fā)展， 為公路交通服務(wù)，是我們應該思考的問(wèn)題。