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动态车辆称重设备在实际应用中的研究
发布时间:2019-06-06   点击次数:234次

动态车辆称重设备在实际应用中的研究:

自国内部分省市公路实行计重收费以来,动态车辆称重设备的使用越来越广泛,但由于设备供应商实力和实施经验的参差不齐,zui早安装的称重设备并非都能令业主满意。随着2005年交通部《收费公路试行计重收费指导意见》的出台和《全国治超检测站点规范化建设试点工程实施方案》通知的下发,全国许多省份针对收费公路的计重收费设备和超载检测设备相继步入新设备试点运营、大规模设备采购和旧产品更新换代的调研阶段。很多衡器厂家和公路机电设备供应商看好其巨大的市场前景,纷纷上马,但其中出现诸多对于动态车辆设备(系统)认识、研究不够的情况,新一轮关于动态车辆称重设备应用及其技术指标的浮夸之风愈演愈烈。但是,动态车辆设备不同于一般静态电子汽车衡。动态车辆称重设备技术含量高、使用频率高,项目投资大、施工周期长,对供应商综合实力要求高,若技术上、资金上没有把握而匆匆上马则会隐含很大风险。一旦设备性能不达标,施工不合格,可靠性的工期不能满足业主实际要求,对各方面都会造成重大损失。

一、速度

JJG907-2006《动态公路车辆自动衡器》检定规程中规定动态称重设备可“安装于称量控制区域内,并在规定速度范围实行”,但却没有明确规定该速度的范围,在投标过程中发现有任意扩大固定式轴重仪标称运行速度范围的情况,然而在实际应用中,特定的称重设备其运行速度是有上限的。一般来讲,固定式轴重仪的一般运行速度为(10~15)km/h,实际检验过程中,各省市质监部门在检验测试过程中,检测车辆的速度也均为(10~15)km/h。

动态车辆称重系统是一个由称重设备和行驶车辆组成的等效二阶振动系统,如图1所示,其振动微分方程可以写为

式中:M(t)——货物质量;c——系统阻尼;k——系统刚度;x——系统相对参考零点的位移;F(t)——车辆动力载荷。

众所周知,在计重收费应用中,称重设备作为相关部门执法和收费的依据,其称重准确度和可靠性都必须是严肃、不容置疑的。我们将利用“称重设备-车辆”系统振动方程的求解结论,论证当前动态车辆设备的速度上限。

式(1)是由稳态载荷组成的,是车辆自身质量引起的,也是检测所需求出的,是车辆振动引起的,且具有明显峰值。据实际采集波形及二阶微分方程可知,不同的车型振动频率集中在(3~20)Hz的低频范围内,而振幅可达静态载荷的10%左右。

设秤台的有效采样宽度为800mm(一般固定式轴重仪秤台宽度为800mm),车辆行驶速度为20km/h,则荷载作用于秤台的瞬间,假设动态载荷的低频干扰为10Hz(即振动周期为0.1s),而秤台固有频率足够高,此时,称重设备的采样信号长度是动态载荷的干扰长度的1.4倍,采集数据中包含一个完整周期的动态干扰信号,勉强满足对于低频动态干扰信号的滤除。因此,若行驶速度大于20km/h,则采样数据中动态干扰信号将不足一个完整周期,这样的干扰称为短历程的周期干扰,时域中的均值滤波和频域中的各种滤波方法对这种干扰效果不大,同时考虑到动态载荷干扰的幅值、相位和频率都是随机性的,这就决定了目前在动态车辆称重设备中所广泛采用的滑动均值滤波的算法失效,造成了更大的随机误差和不确定度。因此,在有效采样宽度更窄,车辆速度更高的高速预检测系统应用中,必须采用更为先进的数学模型和软件处理方式以保证称重准确度。

所以,在动态称重设备的应用过程中一定要结合实际使用情况,了解秤台的有效采样宽度、动态处理方式的zui高运行速度等具有内在关系的指标是否科学严肃、真实可行。

二、准确度

几年来,主流供应商纷纷针对产品的应用情况,进行了深层次的研究和开发,动态称重技术得到长足发展。但是,综观动态车辆称重市场,技术提升之势远弱于指标浮夸之风。

JJG907-2006中对于动态车辆称重设备的安装有着明确的说明,其中的强制性规定中描述:为了减少行进车辆各轴之间的载荷传递,引道不能有纵向斜坡,其横向斜坡度不能超过1%,承载器两端8m的范围内,引道的纵向和横向水平倾斜度允差为±3mm,8m以外的引道区域,引道的纵向和横向的水平倾斜度允差为±6mm。结合国情和实际应用情况,动态车辆称重站点的技术条件往往难以满足JJG907-2006中关于道路的要求,其中也不乏个别从业者不重视道路状况对于动态车辆称重设备应用准确度的影响,为降低成本、减小地基开挖量,类似情况使得动态车辆设备的安装更是无法达标,对设备应用准确度带来重大影响。

动态车辆称重设备的准确度除了与设备自身的实验室准确度、称重站点的技术条件有关外,另外还有一个比较重要的因素——行驶车辆的运动状态。运动中的车辆相对于称重设备是一个存在多相干扰的激励源,包括客观存在的车辆自身弹簧系统的振动、阻尼,来自于路面的激振,车轮轮毂圆度、油箱中汽油运动中的激振,以及车载货物的重心转移和惯性干扰等;也包括个别驾驶员有意无意的“作弊”行驶对称重准确度的影响问题,这些特殊行驶状态主要有变速行驶、“S”型等异型行车、频繁点刹车等。

因此,动态车辆称重设备的实际运行准确度与称重站点的技术条件和使用者的正确使用有着很大的关系。在试验路面状况较好的情况下,试验车辆的动态车辆称重设备可以达到整车总重量准确度2级,而实际应用中,随着称重站点技术条件的恶化和使用者的异常驾驶,一般动态车辆称重设备实际运营准确度等级为整车总重量5级。

三、设备类型

现阶段,动态车辆称重设备在国内的应用主要限于计重收费、超限超载治理、高速预检称重及少量交通数据采集,其设备主要类型有固定式轴重仪、弯板式轴重仪和压电类设备。

在JJG907-2006中对于3种设备在动态车辆称重系统中的应用都没有明确的规定,但是根据3种设备的技术特点和规范中对于称重设备的技术条件和准确度要求,业内在使用上通用的界定为:低速动态车辆称重的计重收费、超限超载的准确称重等直接参与或作为执法依据的设备通常采用准确度更高的固定式轴重仪,中高速预检称重、交通数据采集等不作为执法依据的设备通常采用弯板式轴重仪和压电类设备。

在计重收费、超限执法称重应用中,由于称重站地处收费车道或低速称重执法站,车辆通行速度通常比较低,甚至是长期静止在称重设备上,行车状态也zui为复杂。作为收费、执法的依据也要求该类应用设备准确度更高。静态称重的要求和复杂多变的行驶状态首先决定了压电类产品在该应用中失效。固定式轴重仪相较于弯板式轴重仪除了具备更宽的台面、更可靠稳定的算法外,其zui大的优势还在于优良的横向灵敏度一致性。通常情况下,弯板式轴重仪由于不可避免的边界效应,当载荷位于轴重仪两端时,其输出变化剧烈,横向灵敏度一般为3%,即当载荷分别由轴重仪的左、中、右3个位置通过时,仅此一项就会带来高达3%的误差。

高速预检称重和交通数据采集站点由于设备一般安装于交通干线,车流zui大,车辆通行速度快,要求具备施工周期短、地基开挖zui小、相应的准确度要求较低等特点,因此通常采用弯板式轴重仪和压电类设备。

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