車(chē)輛超速及超載是造成交通事故的一個(gè)重要原因，并且車(chē)輛超速、超載也會(huì )加速對公路的損壞，使得人們生命及財產(chǎn)安全受到極大危害，因此要求使用一些先進(jìn)的手段，對車(chē)輛超限超載運輸問(wèn)題做解決?；诖?，本文就計重收費系統與CW公路車(chē)輛超限動(dòng)態(tài)檢測實(shí)際算法設計及應用做敘述。

動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡稱(chēng)重是指對行駛狀態(tài)中的車(chē)輛進(jìn)行稱(chēng)重，與過(guò)去的靜態(tài)稱(chēng)重相比，其具有效率高、節省時(shí)間，有效減少對道路交通影響等優(yōu)點(diǎn)，但是實(shí)際實(shí)施過(guò)程中，因為干擾因素多、汽車(chē)行駛沖擊力大、稱(chēng)重時(shí)間過(guò)短等影響，使得稱(chēng)重精度大幅度下降，所以積極研究動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡稱(chēng)重精度算法設計，以準確對車(chē)輛進(jìn)行稱(chēng)重，具有極為重要的實(shí)踐意義。

1.動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡稱(chēng)重具體工作原理

CW動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡主要有稱(chēng)重控制儀表、上位機、車(chē)輛分離器、數軸識別器及動(dòng)態(tài)軸重衡等組成。整個(gè)稱(chēng)重過(guò)程中，動(dòng)態(tài)軸重衡通過(guò)對軸載進(jìn)行稱(chēng)量的方式以對車(chē)輛實(shí)際軸組及各軸稱(chēng)量，進(jìn)而計算出車(chē)輛總重量；而輪軸識別器則由幾個(gè)壓力傳感器共同構成，當車(chē)輛輪胎行駛過(guò)來(lái)時(shí)，車(chē)輛分離器利用同步掃描來(lái)對車(chē)輛經(jīng)過(guò)開(kāi)始與結束信號收集；而壓力傳感器則收集壓力信號與輪胎數量，通過(guò)計算機確定車(chē)輛與稱(chēng)重數據一一對應；上位機則對智能路閘、音頻、視頻、聲光報警及顯示器等涉筆進(jìn)行管理，此時(shí)通過(guò)計算機程序自動(dòng)判定車(chē)輛是否超載超限，并自動(dòng)生成、打印報表和控制中心完成通訊。

當車(chē)輛行駛過(guò)稱(chēng)重車(chē)道時(shí)，實(shí)際車(chē)輛稱(chēng)重分為以下幾步完成：

（1）車(chē)輛分離器對車(chē)輛進(jìn)行識別，并啟動(dòng)稱(chēng)重程序，動(dòng)態(tài)軸重衡對該軸軸載信息做收集，（2）對軸載信息做分析，獲得該車(chē)車(chē)軸是雙輪或單輪信息，然后利用稱(chēng)重控制儀表做處理；此時(shí)車(chē)輛分離器對車(chē)輛尾部通過(guò)信息做檢測，并給出收尾信息；（3）系統將稱(chēng)重時(shí)間、速度、速度變化、超限標志、軸數、每軸軸載、軸型、相鄰軸軸距等數據信息做合成，進(jìn)而對這些數據傳輸。（4）上位機對收集到的數據根據特定的程序做處理，并對整車(chē)重量進(jìn)行計算；（5）控制視頻設備對通過(guò)車(chē)輛做拍照，然后結合控制中心指定的收費標準進(jìn)行對應收費計算，并且通過(guò)相應屏幕對車(chē)輛車(chē)型、車(chē)重、收費金額、是否超載等信息做顯示；（6）打印報表，出示給司機查看，如果發(fā)現車(chē)輛超載超限，此時(shí)聲光報警器發(fā)出報警；（7）交費結束之后，控制中心控制擋車(chē)欄桿開(kāi)啟，允許車(chē)輛通行。

2.動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡稱(chēng)重精度分析

由于整個(gè)汽車(chē)稱(chēng)重過(guò)程是運動(dòng)過(guò)程較為復雜，但是不難發(fā)現汽車(chē)通過(guò)稱(chēng)重區域，傳感器接收到的作用力主要包括兩類(lèi)，其一為車(chē)輛的本身靜態(tài)荷載，也就是車(chē)輛當前輪軸上本身所承擔的車(chē)輛重量而產(chǎn)生的荷載；其二是車(chē)輛行駛過(guò)程引起的一些動(dòng)態(tài)荷載，也可以將其稱(chēng)為瞬態(tài)荷載。產(chǎn)生動(dòng)態(tài)荷載的原因有很多，但是經(jīng)過(guò)研究及長(cháng)期實(shí)踐發(fā)現，動(dòng)態(tài)荷載主要包括如下三類(lèi)：

（1）車(chē)輛本身情況而引起的一些振動(dòng)導致的動(dòng)態(tài)荷載；（2）由于稱(chēng)重所在區域路面不平，導致的一些動(dòng)態(tài)荷載；（3）車(chē)輛和稱(chēng)重區域耦合而導致的一些振動(dòng)造成的動(dòng)態(tài)荷載。對于動(dòng)態(tài)荷載來(lái)說(shuō)，其是影響動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡稱(chēng)重精度的最主要因素，要想更加精確的測得汽車(chē)真實(shí)靜態(tài)軸載，必須要最大限度的消除實(shí)際稱(chēng)重過(guò)程中的汽車(chē)動(dòng)態(tài)荷載。有關(guān)實(shí)驗表明，動(dòng)態(tài)稱(chēng)重信號實(shí)際信噪比較低，并且干擾噪聲幅值常常在真實(shí)軸重的五分之一或者更多。并且其成分也較為復雜，不但有串模干擾，而且有共模干擾，其頻率分布范圍也是極廣，從幾十赫茲到幾千赫茲不等。而使用差動(dòng)放大器則能夠很好消除該過(guò)程中出現共模干擾，通過(guò)模擬RC低通濾波器可很好消除該過(guò)程中出現串模干擾，但是整個(gè)過(guò)程必須對濾波參數大小做折中考慮。參數越大，干擾消除效果越好，但是過(guò)大的參數必然會(huì )使得信號出現較大的延遲，并且該延遲還是與參數值成正比，因此實(shí)際車(chē)輛動(dòng)態(tài)稱(chēng)重可用性較小。參數越小，實(shí)時(shí)性越好，但是干擾消除效果必然變得很差，因此一定要使用一定的數字濾波方法對該干擾消除。因此實(shí)際上動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡稱(chēng)重精度在一定程度上是取決于對數字信號的實(shí)際處理方法，高效優(yōu)質(zhì)的數字濾波算法能夠很好的實(shí)現動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡稱(chēng)重精度提高的目的。

3.動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡稱(chēng)重精度算法優(yōu)化設計

動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡因為在戶(hù)外安裝，外界環(huán)境較為惡劣，各種電磁干干、沖擊、振動(dòng)及溫度影響均會(huì )使得稱(chēng)重基本算法受到影響，因此必須要對FIR濾波基本算法做一定優(yōu)化改進(jìn)，以提高濾波性能，保證動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡技術(shù)性能達到使用要求。

（1）在進(jìn)行FIR濾波前，首先對采樣數據過(guò)濾一次，將其中的異常點(diǎn)處理掉，具體實(shí)施過(guò)程中，先隨機采樣兩個(gè)點(diǎn)，并對其是否異常進(jìn)行比較，如果異常，則重新采樣。經(jīng)過(guò)反復試驗及理論推導發(fā)現，對異常的判定應該這樣進(jìn)行，如果兩個(gè)數值之差的絕對值比第一個(gè)數絕對值的10%還要大，該數值必然異常。這樣就有效消除了一些汽車(chē)高速通過(guò)檢測區顛簸而導致的尖峰信號數據。（2）得到兩個(gè)正常的數值之后，后續采樣均將該數值和上次數值進(jìn)行比較，如第三次所得數值和第一步中正常數值的第二個(gè)數值進(jìn)行比較，而仍然沿用第一步中的檢測方法，一則將異常數值消除，其二是保證了數據數量及采樣頻率不會(huì )受到影響。（3）經(jīng)過(guò)前兩個(gè)步驟的處理之后，此時(shí)發(fā)現稱(chēng)重信號曲線(xiàn)，必然會(huì )變得更加平滑，測量準確度必然得到一定程度的提高，而為了進(jìn)一步提高濾波精度，此時(shí)使用FIR二次濾波，實(shí)際操作中將濾波所得結果再次作為信號輸入，進(jìn)而完成二次FIR濾波。（4）為了進(jìn)一步降低其中的一些尖峰脈沖信息對稱(chēng)重精度的影響，提高測量信號的平滑性，將二次濾波結束之后所得的數據，每12個(gè)數據中去掉一個(gè)最大值和最小值，并將這個(gè)10個(gè)數值信號求平均值，然后進(jìn)行車(chē)輛重量計算。

4.優(yōu)化后的動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡稱(chēng)重具體應用

為了對使用優(yōu)化算法之后的動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡技術(shù)性能做檢驗，特別根據《動(dòng)態(tài)公路車(chē)輛自動(dòng)衡器》中的國家規程要求對CW動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡做了檢定，檢定過(guò)程中三軸車(chē)輛使用了一兩前軸為單軸單輪、后軸為雙軸雙輪的汽車(chē)，該車(chē)加載了10t標準，在靜態(tài)環(huán)境下對該車(chē)稱(chēng)重，前后軸重量分別為5620kg、18340kg，為適應優(yōu)化算法之后的動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡在汽車(chē)時(shí)速為20km/h對該車(chē)整車(chē)稱(chēng)重數據，通過(guò)數據對比，整車(chē)稱(chēng)重誤差小于±1%，實(shí)現了很高的稱(chēng)重精度要求。

5.結語(yǔ)

動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡作為公路計重收費與車(chē)輛超載超限檢測過(guò)程中重要技術(shù)設備，其穩定性和稱(chēng)重精度一直制約著(zhù)其廣泛的應用，而本文對動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡稱(chēng)重通過(guò)FIR濾波優(yōu)化設計算法，對稱(chēng)重信號做一定處理，除去了其中的噪聲干擾，而實(shí)際應用證明該技術(shù)CW動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡在稱(chēng)重穩定性和精度均有了很大提高。