专利名称：一种用于汽车衡上的汽车轮轴数的精确检测方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明是一种汽车轮轴数的精确检测装置，属于计量技术领域。
背景技术：
公路治理超限和计重收费需要准确测量车辆的轮轴数，长期以来主要是使用各种形式的独立传感器，也有人尝试对汽车衡称得的重量变化曲线用计算机进行分析来判定轮轴数，但因准确性较差未见广泛使用。目前，实际使用的传感器都是使用称重传感器，当有车轮压过传感器时，受压的传感器就会输出一个电压，通过放大比较处理，确定是否有车轮压过。使用称重传感器的优点是传感器密封性较好，体积也较为紧凑。但是称重传感器的输出电压较低，一般为mV级，若屏蔽不好极易受到干扰。另外，称重传感器的敏感元件多为电阻应变计，为了跟随零点的漂移，一般都采取模数转换后通过微处理机用软件进行跟踪和判断，系统较复杂。文献CN200520017319. 1和CN200320108298. 5所述的轮轴识别其内部使用了接近开关，但其主体仍然属接触式，在公路上使用时必然要承担来自车轮的强大冲击力(甚至是轮胎所夹载的石块的撞击力)，所以实际使用寿命大都不长。独立的传感器，在使用中有个问题，就是当车辆通过传感器的加速度绝对值较大时，可能会出现行业通常说的“丢轴”或“多轴”现象。单纯用计算机对汽车衡称得的重量变化曲线进行分析来判定轮轴数的方法，省去专门的硬件，消除了因硬件造成的故障。但当遇到车辆不规则行驶时或速度较慢时，轴识别的准确度很差，根本无法满足计重收费系统的实际要求。
发明内容
本发明设计了一种新型汽车轮轴数的精确检测装置。旨在克服目前公路计重收费系统中传感器识别率低的缺点。本发明所述的一种汽车轮轴数的精确检测装置综合了独立的传感器和汽车衡重量变化曲线分析法的两种思想，并不以单独的判定作为最终结果，从而排除各种可能的误判，提高了轴识别的准确度。具体地说，一种用于汽车衡上的汽车轮轴数的精确检测方法，其是在汽车衡的秤台的入端边缘安装一个接收和发射车轮通过信息的测轴传感器，通过测轴传感器接收车轮通过信息并发射给微处理器，同时由微处理器结合汽车衡的称重仪表的重量变化对测轴传感器测得的结果进行二次研判，并对比测轴传感器输出信号的前沿时刻和后沿时刻汽车衡的称重仪表称得的重量变化作为判断依据，发生显著变化时判断为有车轴通过；并且重量由轻变重判定为车在前进，有新车轴驶上秤台；重量由重变轻判断为车在后退，最后驶上秤台的车轴倒出了秤台。实现上述方法的一种用于汽车衡上汽车轮轴数的精确检测装置，具有汽车衡，在汽车衡的秤台下安装有称重传感器，该称重传感器与称重仪表电连接，汽车衡的秤台侧端装有车辆分离器，该车辆分离器与微处理器连接，在秤台的入端边缘分别安装接收和发射车轮通过信息的测轴传感器；测轴传感器与微处理器连接，同时微处理器还与称重仪表电连接。本发明的主要技术要点1、轮轴的最终确认是通过计算机(或微处理器)对传感器有效信号“前沿”和“后沿”的到来时刻汽车衡称重仪表称得的重量进行比较判断后确定的。避免了采用单一检测模式造成的误判，精准度大幅提高。2、传感器可以选用多种形式，特别是过去不被看好的非接触式传感器在此方案中效果要比称重传感器更好，这些传感器可能会多报，但不会漏报。3、计算机(或微处理器)对轴数的判别工作方式可以采用实时处理和人工神经网络等多种方式。采用人工神经网络方式时结果更加准确。4、传感器应作冗余设计，即至少有两组安装位置相近的传感器同时工作，当其中一个因污物造成故障时，就及时提醒工作人员清理，确保设备的运行不间断。本发明与现有技术相比具有以下优点1、轴识别的精度更高。2、使用非接触式的对射式红外线、超声波或微波传感器或超声波对射式传感器， 这类传感器的使用寿命较长，维护保养方便，特别是超声波对射式传感器的抗污染能力更强，凝露和轻微的泥水不影响其正常工作。3、硬件成本低廉，非接触式传感器的采购成本和维护成本都远低于称重传感器； 安装也较为简单，不必挖坑做专门的基础。4、可以将本实用新型检测装置与光幕式车辆分离器(1)作成一体，底部距地面 IOOmm以下是测轴数的传感器(2)，距地500mm以上是车辆分离光幕，这样做可以进一步简化设备的安装。5、当传感器(2)为超声波对射式传感器时，可以采用同步限时接收工作方式。即发射头发射很短暂的超声波，根据发射头与接受头安装的距离，限定接收头地接受时间，只能接收直线入射的超声波。从其它方向来的反射波因路径加长，到达接受头时电路已自动关闭，以此克服多路径反射造成的误判。
图1是本发明所述方案的工作原理示意图；图中⑴车辆分离器、⑵为测轴传感器、(3)为汽车衡的称重传感器、⑷为微处理器、(5)为称重仪表、(6)为基础砼、(7)为汽车衡秤台、(8)为收费亭计算机。图2是本发明的一种结构示意图。图3是本发明的实时处理方式软件流程图
具体实施例方式附图给出了本发明具体实施方式
。本发明具体方案是在汽车衡的入端边缘安装一个高灵敏的传感器2，只要有物体通过必定会被检测到；同时结合汽车衡重量变化曲线对传感器测得的结果进行二次研判。比对在传感器输出信号的前沿、后沿时刻汽车衡称得的重量，只有当两个重量发生显著变化时才能认定有车轴通过。重量由轻变重表明车在前进，有新车轴驶上秤台；重量由重变轻则表明车在后退，最后驶上秤台的车轴倒出了秤台。当传感器2采用光电、超声波和微波方式时，即使出现“跳秤”车轴也不会被漏过。 (“跳秤”是一种极端的不正常驾驶行为，表现是汽车以极高的加速度驶上秤台时，前 轮对地的压力会变得很轻；刹车时后轮也会变轻)。按照本发明检测装置识别车轴需要传感器和计算机(或微处理器)来完成。传感器2可以用传统的称重传感器来做，但最好用非接触的对射式红外传感器或超声波传感器，可以将传感器2与光栅式车辆分离器1作成一体。为了保证能够可靠工作， 轴识别的传感器2应作冗余设计，即最好使用至少有两组安装位置相近的传感器同时工作，当其中一个因污物造成故障时，就及时提醒工作人员清理，确保设备的运行不间断。
计算机(或微处理器)4被用来读取汽车衡称重仪表5称得的重量，并在传感器输出信号的驱动下对重量变化进行分析，最终判定是否有车轴。工作方式可以采用实时处理和人工神经网络等多种方式。实时处理方式是实时记录传感器2有效信号的前沿和后沿到来时刻称重仪表5的重量信息，并及时进行比较判断。人工神经网络工作方式则是在一次称量过程开始后，先将汽车衡称重仪表5称得的重量随时间的变化曲线和轮轴传感器2有效信号的发生时间全部压缩记录在内存中。在收到来自车辆分离器1发来的收尾信号后，计算机(或微处理器)4便将记录的信息调出， 并对重量-时间信息曲线和轮轴信号作适当的滤波处理，消除瞬间的随机干扰和假信号。 然后计算机(或微处理器)4再根据轮轴信号的前沿和后沿到来时刻汽车衡称得的重量信息进行比较判断。实时处理方式对计算机(或微处理器)的硬件要求较低，软件也比较简单，实现起来较容易。人工神经网络方式对计算机(或微处理器)的硬件要求相对较高，软件也比较复杂，但结果更加准确。当前嵌入式计算机的功能已非常强大，运算速度也非�？欤褂萌斯ど窬绶绞蕉杂布杓埔衙挥惺裁蠢�。在车辆收尾后开始计算，并不明显耽搁时间， 例如使用常用的DSP或ARM，一般都能在不到0. 5s的时间内完成所有的统计、比较等计算工作。本发明所述传感器的一种分体式实施方案如图2所示。车辆分离器1安装在汽车衡秤台7入口外边缘附近的基础砼6上，轮轴传感器2 安装在汽车衡秤台7入口内边缘附近的基础砼6上；称重传感器3通过电缆与称重仪表5 相连；车辆分离器1、轮轴传感器2的信号通过电缆输出给微处理器4 ；微处理器4还通过数据通信电缆与称重仪表5和收费亭计算机8相连接。当车辆驶向汽车衡，首先车辆分离器1发出信号，一轮新的称量过程开始。车轮驶上汽车衡秤台7的过程是一开始当车轮的接地面仅有很小一部分压上汽车衡秤台7时，轮胎就遮住了对射型的轮轴传感器2，轮轴传感器2就立即响应并向微处理器4发出信号；直到车轮完全驶上汽车衡秤台7并且继续往前走一段后，遮挡了对射型轮轴传感器2的轮胎才能完全离开传感器2的轴线，此刻，轮轴传感器2就向微处理器4发出结束信号。微处理器4在收到轮轴传感器2发出的开始信号的同时，读取称重仪表5的重量作为被测轮轴开始的重量Wl ；收到轮轴传感器2发出的结束信号时，读取称重仪表5的重量作为被测轮轴结束的重量W2 ；然后微处理器4比较Wl与W2的大�。鬢2-W1大于或等于一个设定重量 WO (例如WO取100kg)，就判定有一个车轴驶上了汽车衡秤台7 ；反之当W2-W1小于负的设定重量W0，就判定有最后驶上汽车衡秤台7的那根轴车轴倒出了汽车衡秤台7 ；W2-W1的绝对值小于WO时，则判定为外界干扰，不计轴。 在图3中为了简捷说明工作原理，未将抗干扰和防误判措施写入。当采用人工神经网络方式时，计算机(或微处理器)4必须采集来自称重仪表5的一辆车从开始到完全驶上汽车衡秤台7的完整的重量-时间信息。轴检测传感器2为超声波对射式传感器时，应采用同步限时接收工作方式。接收头只接收直线入射的超声波，反射波因路径加长，当到达接受头时电路自动关闭，以此克服多路径反射造成的误判。轮轴检测传感器2为红外线对射式传感器时，传感器应不少于2组，以便当其中一组因污染出现异常时，能及时报警，由工作人员及时清理并不中断系统的正常运行。轮轴检测传感器2为对射式红外线传感器或超声波传感器时，可将轮轴检测传感器2与光幕式车辆分离器1做成一体，底部距地面IOOmm以下是轴数传感器2，以上是车辆分离光幕1。轮轴检测传感器2可以用至少一组红外对射式传感器和至少一组超声波对射式传感器来组成，两种传感器可以相距很近(甚至共轴)而不会相互干扰。
权利要求
1.一种用于汽车衡上的汽车轮轴数的精确检测方法，其特征是在汽车衡的秤台(7)的入端边缘安装一个接收和发射车轮通过信息的测轴传感器O)，通过测轴传感器( 接收车轮通过信息并发射给微处理器(4)，同时由微处理器(4)结合汽车衡的称重仪表( 的重量变化对测轴传感器( 测得的结果进行二次研判，并对比测轴传感器( 输出信号的前沿时刻和后沿时刻汽车衡的称重仪表( 称得的重量变化作为判断依据，发生显著变化时判断为有车轴通过；并且重量由轻变重判定为车在前进，有新车轴驶上秤台；重量由重变轻判断为车在后退，最后驶上秤台的车轴倒出了秤台(7)。
2.实现如权利要求1所述方法的一种用于汽车衡上汽车轮轴数的精确检测装置，具有汽车衡，在汽车衡的秤台(7)下安装有称重传感器(3)，该称重传感器C3)与称重仪表(5) 电连接，汽车衡的秤台(7)侧端装有车辆分离器(1)，该车辆分离器(1)与微处理器(4)连接，其特征是在秤台(7)的入端边缘分别安装接收和发射车轮通过信息的测轴传感器O)； 测轴传感器( 与微处理器(4)连接，同时微处理器(4)还与称重仪表(5)电连接。
3.根据权利要求2所述的汽车轮轴数的精确检测装置，其特征是轮轴检测传感器(2) 为非接触式的对射式光电传感器或超声波传感器或微波传感器中的一种。
4.根据权利要求3所述的汽车轮轴数的精确检测装置，其特征是用于轮轴检测的测轴传感器(2)为红外线对射式传感器，且轴测传感器(2)不少于2组。
5.根据权利要求3所述的汽车轮轴数的精确检测装置，其特征是用于轮轴检测的测轴传感器( 为对射式红外线传感器或超声波传感器时，并将轮轴检测传感器( 与车辆分离器(1)做成一体，车辆分离器(1)为光幕式并位于上部，轮轴传感器(2)位于接近地面的下部。
6.根据权利要求3所述的汽车轮轴数的精确检测装置，其特征是用于轮轴检测的测轴传感器( 用至少一组红外对射式传感器和至少一组超声波对射式传感器来组成。
全文摘要
一种用于汽车衡上的汽车轮轴数的精确检测方法，其是在汽车衡的秤台的入端边缘安装一个接收和发射车轮通过信息的测轴传感器，通过测轴传感器接收车轮通过信息并发射给微处理器，同时由微处理器结合汽车衡的称重仪表的重量变化对测轴传感器测得的结果进行二次研判，并对比测轴传感器输出信号的前沿时刻和后沿时刻汽车衡的称重仪表称得的重量变化作为判断依据，发生显著变化时判断为有车轴通过；并且重量由轻变重判定为车在前进，有新车轴驶上秤台；重量由重变轻判断为车在后退，最后驶上秤台的车轴倒出了秤台。轮轴的最终确认是通过计算机(或微处理器)对传感器有效信号“前沿”和“后沿”的到来时刻汽车衡称重仪表称得的重量进行比较判断后确定的。避免了采用单一检测模式造成的误判，精准度大幅提高。
文档编号G01V8/10GK102288267SQ20111011812
公开日2011年12月21日 申请日期2011年5月9日 优先权日2011年5月9日
发明者吉少波 申请人:宝鸡四维衡器有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
