[发明专利]车辆在运动中称重的方法和装置

说明书

承担维护和发展各种国有基础设施的政府部门关注高速公路路面的磨损。通常，已经知道在高速公路的损坏因素与重型工业车辆的车轴负载之间存在密切关系。这样，开发能够有效测定车辆重量及其它数据的系统是极为重要的。例如，一个由国家研究委员会的运输研究部门主办的研究表明，政府每年在重型车辆的数据收集计划方面的花费超过2500万美元。

通常，法规执行人员或车辆重量检测专家所用的小型便携式轮称已实现了载重车的称重。更完善和更安全的称重方法使人联想到固定称重站，固定称重站设在主要高速公路的边上并使卡车通过上、下坡道。在称重过程中，由于卡车停下来不动，因此这种称重是静止的。目前，使用便携式称能存储的数据很少，而在固定称重站由于称重过程是静止的，对路面磨损的研究来说限制了数据的来源。在后一种情况下，满载的卡车将避免在装有这种称的高速公路的路段上行驶，此外，在交通高峰期卡车在进入称重站的坡道排队等候，使高速公路的状况不安全。

由于重型卡车静止称重系统在数据收集方面所固有的缺陷，研究人员已找到了车辆在运动中测定交通负荷值的技术，其精度是令人满意的。运动称重系统（WIM）如果能有效地工作，有希望使通用称缩小而避免由于司机意识到称的位置所产生的问题;并减少每辆车的称重成本，而且普遍改善数据的数量和质量及提高统计结果精度。

到目前为止，就车速而言，无论在精度还是在性能方面，WIM设备已受到了限制。在所设想的设计WIM称装置方面，研究人员所面临的问题是这种称需十分耐用，经受得起大量重型卡车以高于70英里/时的速度在其上通过所造成的动载。为适应这种动载，开发了高质量和高强度的称重桥结构。可惜的是，动载试验已经证明这种称重桥由于这种坚固的结构致使其固有频率在30Hz的范围内，其值太低以致无法精确、迅速确定WIM负载。在后一情况下，可以看出，轮胎以55英里/时的WIM速度作用在30英寸的称台上的滞留时间大约为25-30毫秒。因此，对于这样设想的系统，称的灵敏度太低，以致不能产生实用的称量信号。这样的物理因素是公知的，研究人员已面临的前景是用很复杂的关系算出运动中称重的标准和不定因素给工作带来的误差。

本发明涉及一个给运动中的车辆称重的方法和装置，它可达到必要的称量精度而基本上不受车辆速度的影响。这件非常吸引人的工作是以利用俄亥俄州哥伦布市东边州际Ⅰ-270号公路上对实际称量装置的调查活动着手的。这台实验称量装置是作为研究工具而设计的，其目的是为了给研究人员在数据的选择和产生方面提供宽的范围。例如，这台称包含有多个，彼此隔开的称重平台或称重桥以便沿着每一条车轮轨道提供两个称重工具。这些称重平台依次由无阻尼的悬挂架构成，重量轻而强度高，用予压方式稳定在高速公路上。这些平台的固有频率高或其频带特性宽。为了最大限度采集数据，把基于平台反力系统的负载传感器的输出信号以高抽检率或修正率数字化或即对每一个称重平台以每秒3000次的修正频率进行修正。

在平台上结合予置静载荷进行初步冲击试验表示出在静载荷为零时具有理想的高固有频率特性。然而，由于实验连续提供增加静载质量的载荷，结果是予期所加的质量降低了平台的共振频率。这一结果基本符合结构质量与共振频率之间已知的关系，固有频率与称结构的质量平方根成反比变化。因此，由于汽车所具有的质量驶过地称，同一原理是适用的，予期考虑到共振频率的降低使测量重量值极为复杂化是合乎逻辑的。

由于试验从试验卡车驶过试验称重系统的运动着手，结果数据表明称重平台的共振频率显著高于予料的频率。对数据进一步计算表明了用高抽检率测量的峰值振幅和静态卡车重量特性之间的直接关系。这个意外的结果对车辆速度的变化也是有效的，并对于在静标定载荷和总的动载荷下称或WIM称重装置的输出发现了一个普遍有效的关系。

另一方面，本发明提供了一种当车辆沿一给定道路运动并通过车辆接触一个表面使其被可动地支撑时求出车辆重量值的方法。本方法包括如下步骤：

提供一个具有称重平台的称，在平台表面上标出最小固有振动频率，并按照车辆运动中的称重关系把这个称置于承受车轮的位置。

提供随称一起操作的测试仪器，它具有随施加给称重平台上的力而变化的振幅输出信号。

通过把一已知重量加到称重平台上来标定这个称，此外，使上述的输出信号和得到的标准值一致。

得到随车轮驶过称重平台的运动而响应的输出信号。

以得到的输出信号确定重量当量值。

根据重量当量值与标定数据之间的相互关系得出车辆的重量值。

把上述的重量值输出到读数器。