動(dòng)態(tài)車輛稱重設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用中的研究:
自*部分省市公路實(shí)行計(jì)重收費(fèi)以來,動(dòng)態(tài)車輛稱重設(shè)備的使用越來越廣泛,但由于設(shè)備供應(yīng)商實(shí)力和實(shí)施經(jīng)驗(yàn)的參差不齊,zui早安裝的稱重設(shè)備并非都能令業(yè)主滿意。隨著2005年交通部《收費(fèi)公路試行計(jì)重收費(fèi)指導(dǎo)意見》的出臺(tái)和《全國治超*點(diǎn)規(guī)范化建設(shè)試點(diǎn)工程實(shí)施方案》通知的下發(fā),全國許多省份針對(duì)收費(fèi)公路的計(jì)重收費(fèi)設(shè)備和超載檢測(cè)設(shè)備相繼步入新設(shè)備試點(diǎn)運(yùn)營、大規(guī)模設(shè)備采購和舊產(chǎn)品更新?lián)Q代的調(diào)研階段。很多衡器廠家和公路機(jī)電設(shè)備供應(yīng)商看好其巨大的市場(chǎng)前景,紛紛上馬,但其中出現(xiàn)諸多對(duì)于動(dòng)態(tài)車輛設(shè)備(系統(tǒng))認(rèn)識(shí)、研究不夠的情況,新*輪關(guān)于動(dòng)態(tài)車輛稱重設(shè)備應(yīng)用及其技術(shù)指標(biāo)的浮夸之風(fēng)愈演愈烈。但是,動(dòng)態(tài)車輛設(shè)備不同于*般靜態(tài)電子汽車衡。動(dòng)態(tài)車輛稱重設(shè)備技術(shù)含量*、使用頻率*,項(xiàng)目投資大、施工周期長,對(duì)供應(yīng)商綜合實(shí)力要求*,若技術(shù)上、資金上沒有把握而匆匆上馬則會(huì)隱含很大風(fēng)險(xiǎn)。*旦設(shè)備性能不達(dá)標(biāo),施工不合格,可靠性的工期不能滿足業(yè)主實(shí)際要求,對(duì)各方面都會(huì)造成重大損失。
*、速度
JJG907-2006《動(dòng)態(tài)公路車輛自動(dòng)衡器》檢定規(guī)程中規(guī)定動(dòng)態(tài)稱重設(shè)備可“安裝于稱量控制區(qū)域內(nèi),并在規(guī)定速度范圍實(shí)行”,但卻沒有明確規(guī)定該速度的范圍,在投標(biāo)過程中發(fā)現(xiàn)有任意擴(kuò)大固定式軸重儀標(biāo)稱運(yùn)行速度范圍的情況,然而在實(shí)際應(yīng)用中,特定的稱重設(shè)備其運(yùn)行速度是有上限的。*般來講,固定式軸重儀的*般運(yùn)行速度為(10~15)km/h,實(shí)際檢驗(yàn)過程中,各省市質(zhì)監(jiān)部門在檢驗(yàn)測(cè)試過程中,檢測(cè)車輛的速度也均為(10~15)km/h。
動(dòng)態(tài)車輛稱重系統(tǒng)是*個(gè)由稱重設(shè)備和行駛車輛組成的等效二階振動(dòng)系統(tǒng),如圖1*示,其振動(dòng)微分方程可以寫為
式中:M(t)——貨物質(zhì)量;c——系統(tǒng)阻尼;k——系統(tǒng)剛度;x——系統(tǒng)相對(duì)參考零點(diǎn)的位移;F(t)——車輛動(dòng)力載荷。
眾*周知,在計(jì)重收費(fèi)應(yīng)用中,稱重設(shè)備作為相關(guān)部門執(zhí)法和收費(fèi)的依據(jù),其稱重*度和可靠性都必須是嚴(yán)肅、不容置疑的。我們將利用“稱重設(shè)備-車輛”系統(tǒng)振動(dòng)方程的求解結(jié)論,論證當(dāng)前動(dòng)態(tài)車輛設(shè)備的速度上限。
式(1)是由穩(wěn)態(tài)載荷組成的,是車輛自身質(zhì)量引起的,也是*需求出的,是車輛振動(dòng)引起的,且具有明顯峰值。據(jù)實(shí)際采集波形及二階微分方程可知,不同的車型振動(dòng)頻率集中在(3~20)Hz的低頻范圍內(nèi),而振幅可達(dá)靜態(tài)載荷的10%左右。
設(shè)秤臺(tái)的有效采樣寬度為800mm(*般固定式軸重儀秤臺(tái)寬度為800mm),車輛行駛速度為20km/h,則荷載作用于秤臺(tái)的瞬間,假設(shè)動(dòng)態(tài)載荷的低頻干擾為10Hz(即振動(dòng)周期為0.1s),而秤臺(tái)固有頻率足夠*,此時(shí),稱重設(shè)備的采樣信號(hào)長度是動(dòng)態(tài)載荷的干擾長度的1.4倍,采集數(shù)據(jù)中包含*個(gè)完整周期的動(dòng)態(tài)干擾信號(hào),勉強(qiáng)滿足對(duì)于低頻動(dòng)態(tài)干擾信號(hào)的濾除。因此,若行駛速度大于20km/h,則采樣數(shù)據(jù)中動(dòng)態(tài)干擾信號(hào)將不足*個(gè)完整周期,這樣的干擾稱為短歷程的周期干擾,時(shí)域中的均值濾波和頻域中的各種濾波方法對(duì)這種干擾效果不大,同時(shí)考慮到動(dòng)態(tài)載荷干擾的幅值、相位和頻率都是隨機(jī)性的,這就決定了目前在動(dòng)態(tài)車輛稱重設(shè)備中*廣泛采用的滑動(dòng)均值濾波的算法失效,造成了更大的隨機(jī)誤差和不確定度。因此,在有效采樣寬度更窄,車輛速度更*的*速預(yù)檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用中,必須采用更為*的數(shù)學(xué)模型和軟件處理方式以保證稱重*度。
*以,在動(dòng)態(tài)稱重設(shè)備的應(yīng)用過程中*定要結(jié)合實(shí)際使用情況,了解秤臺(tái)的有效采樣寬度、動(dòng)態(tài)處理方式的zui*運(yùn)行速度等具有內(nèi)在關(guān)系的指標(biāo)是否*嚴(yán)肅、真實(shí)可行。
二、*度
幾年來,主流供應(yīng)商紛紛針對(duì)產(chǎn)品的應(yīng)用情況,進(jìn)行了深層次的研究和開發(fā),動(dòng)態(tài)稱重技術(shù)得到長足發(fā)展。但是,綜觀動(dòng)態(tài)車輛稱重市場(chǎng),技術(shù)提升之勢(shì)遠(yuǎn)弱于指標(biāo)浮夸之風(fēng)。
JJG907-2006中對(duì)于動(dòng)態(tài)車輛稱重設(shè)備的安裝有著明確的說明,其中的強(qiáng)制性規(guī)定中描述:為了減少行進(jìn)車輛各軸之間的載荷傳遞,引道不能有縱向斜坡,其橫向斜坡度不能超過1%,承載器兩端8m的范圍內(nèi),引道的縱向和橫向水平傾斜度允差為±3mm,8m以外的引道區(qū)域,引道的縱向和橫向的水平傾斜度允差為±6mm。結(jié)合國情和實(shí)際應(yīng)用情況,動(dòng)態(tài)車輛稱重*點(diǎn)的技術(shù)條件往往難以滿足JJG907-2006中關(guān)于道路的要求,其中也不乏個(gè)別從業(yè)者不重視道路狀況對(duì)于動(dòng)態(tài)車輛稱重設(shè)備應(yīng)用*度的影響,為降低成本、減小地基開挖量,類似情況使得動(dòng)態(tài)車輛設(shè)備的安裝更是無法達(dá)標(biāo),對(duì)設(shè)備應(yīng)用*度帶來重大影響。
動(dòng)態(tài)車輛稱重設(shè)備的*度除了與設(shè)備自身的實(shí)驗(yàn)室*度、稱重*點(diǎn)的技術(shù)條件有關(guān)外,另外還有*個(gè)比較重要的因素——行駛車輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。運(yùn)動(dòng)中的車輛相對(duì)于稱重設(shè)備是*個(gè)存在多相干擾的激勵(lì)源,包括客觀存在的車輛自身彈簧系統(tǒng)的振動(dòng)、阻尼,來自于路面的激振,車輪輪轂圓度、油箱中汽油運(yùn)動(dòng)中的激振,以及車載貨物的重心轉(zhuǎn)移和慣性干擾等;也包括個(gè)別駕駛員有意無意的“作弊”行駛對(duì)稱重*度的影響問題,這些特殊行駛狀態(tài)主要有變速行駛、“S”型等異型行車、頻繁點(diǎn)剎車等。
因此,動(dòng)態(tài)車輛稱重設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行*度與稱重*點(diǎn)的技術(shù)條件和使用者的正確使用有著很大的關(guān)系。在試驗(yàn)路面狀況較好的情況下,試驗(yàn)車輛的動(dòng)態(tài)車輛稱重設(shè)備可以達(dá)到整車總重量*度2級(jí),而實(shí)際應(yīng)用中,隨著稱重*點(diǎn)技術(shù)條件的惡化和使用者的異常駕駛,*般動(dòng)態(tài)車輛稱重設(shè)備實(shí)際運(yùn)營*度等級(jí)為整車總重量5級(jí)。
三、設(shè)備類型
現(xiàn)階段,動(dòng)態(tài)車輛稱重設(shè)備在*的應(yīng)用主要限于計(jì)重收費(fèi)、超限超載治理、*速預(yù)檢稱重及少量交通數(shù)據(jù)采集,其設(shè)備主要類型有固定式軸重儀、彎板式軸重儀和壓電類設(shè)備。
在JJG907-2006中對(duì)于3種設(shè)備在動(dòng)態(tài)車輛稱重系統(tǒng)中的應(yīng)用都沒有明確的規(guī)定,但是根據(jù)3種設(shè)備的技術(shù)特點(diǎn)和規(guī)范中對(duì)于稱重設(shè)備的技術(shù)條件和*度要求,業(yè)內(nèi)在使用上通用的界定為:低速動(dòng)態(tài)車輛稱重的計(jì)重收費(fèi)、超限超載的*稱重等直接參與或作為執(zhí)法依據(jù)的設(shè)備通常采用*度更*的固定式軸重儀,中*速預(yù)檢稱重、交通數(shù)據(jù)采集等不作為執(zhí)法依據(jù)的設(shè)備通常采用彎板式軸重儀和壓電類設(shè)備。
在計(jì)重收費(fèi)、超限執(zhí)法稱重應(yīng)用中,由于稱重*地處收費(fèi)車道或低速稱重執(zhí)法*,車輛通行速度通常比較低,甚至是長期靜止在稱重設(shè)備上,行車狀態(tài)也zui為復(fù)雜。作為收費(fèi)、執(zhí)法的依據(jù)也要求該類應(yīng)用設(shè)備*度更*。靜態(tài)稱重的要求和復(fù)雜多變的行駛狀態(tài)*先決定了壓電類產(chǎn)品在該應(yīng)用中失效。固定式軸重儀相較于彎板式軸重儀除了具備更寬的臺(tái)面、更可靠穩(wěn)定的算法外,其zui大的優(yōu)勢(shì)還在于優(yōu)良的橫向靈敏度*致性。通常情況下,彎板式軸重儀由于不可避免的邊界效應(yīng),當(dāng)載荷位于軸重儀兩端時(shí),其輸出變化劇烈,橫向靈敏度*般為3%,即當(dāng)載荷分別由軸重儀的左、中、右3個(gè)位置通過時(shí),*此*項(xiàng)就會(huì)帶來*達(dá)3%的誤差。
*速預(yù)檢稱重和交通數(shù)據(jù)采集*點(diǎn)由于設(shè)備*般安裝于交通干線,車流zui大,車輛通行速度快,要求具備施工周期短、地基開挖zui小、相應(yīng)的*度要求較低等特點(diǎn),因此通常采用彎板式軸重儀和壓電類設(shè)備。
動(dòng)態(tài)車輛稱重設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用中的研究