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(duì)公路的損壞,使得人們生命及財(cái)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(duì)車(chē)輛超限超載運(yùn)輸問(wèn)題做解決。基于此,本文就計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)與CW公路車(chē)輛超限動(dòng)態(tài)檢測(cè)實(shí)際算法設(shè)計(jì)及應(yīng)用做敘述。
動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡稱(chēng)重是指對(duì)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(jié)省時(shí)間,有效減少對(duì)道路交通影響等優(yōu)點(diǎn),但是實(shí)際實(shí)施過(guò)程中,因?yàn)楦蓴_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(shè)計(jì),以準(zhǔn)確對(duì)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(jī)、車(chē)輛分離器、數(shù)軸識(shí)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(duì)軸載進(jìn)行稱(chēng)量的方式以對(duì)車(chē)輛實(shí)際軸組及各軸稱(chēng)量,進(jìn)而計(jì)算出車(chē)輛總重量;而輪軸識(shí)別器則由幾個(gè)壓力傳感器共同構(gòu)成,當(dāng)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(duì)車(chē)輛經(jīng)過(guò)開(kāi)始與結(jié)束信號(hào)收集;而壓力傳感器則收集壓力信號(hào)與輪胎數(shù)量,通過(guò)計(jì)算機(jī)確定車(chē)輛與稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)一一對(duì)應(yīng);上位機(jī)則對(duì)智能路閘、音頻、視頻、聲光報(bào)警及顯示器等涉筆進(jìn)行管理,此時(shí)通過(guò)計(jì)算機(jī)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(bào)表和控制中心完成通訊。
當(dāng)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(duì)車(chē)輛進(jìn)行識(shí)別,并啟動(dòng)稱(chēng)重程序,動(dòng)態(tài)軸重衡對(duì)該軸軸載信息做收集,(2)對(duì)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(duì)車(chē)輛尾部通過(guò)信息做檢測(cè),并給出收尾信息;(3)系統(tǒng)將稱(chēng)重時(shí)間、速度、速度變化、超限標(biāo)志、軸數(shù)、每軸軸載、軸型、相鄰軸軸距等數(shù)據(jù)信息做合成,進(jìn)而對(duì)這些數(shù)據(jù)傳輸。(4)上位機(jī)對(duì)收集到的數(shù)據(jù)根據(jù)特定的程序做處理,并對(duì)整車(chē)重量進(jìn)行計(jì)算;(5)控制視頻設(shè)備對(duì)通過(guò)車(chē)輛做拍照,然后結(jié)合控制中心指定的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)應(yīng)收費(fèi)計(jì)算,并且通過(guò)相應(yīng)屏幕對(duì)車(chē)輛車(chē)型、車(chē)重、收費(fèi)金額、是否超載等信息做顯示;(6)打印報(bào)表,出示給司機(jī)查看,如果發(fā)現(xiàn)車(chē)輛超載超限,此時(shí)聲光報(bào)警器發(fā)出報(bào)警;(7)交費(fèi)結(jié)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(yùn)動(dòng)過(guò)程較為復(fù)雜,但是不難發(fā)現(xiàn)汽車(chē)通過(guò)稱(chēng)重區(qū)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(dāng)前輪軸上本身所承擔(dān)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(zhǎng)期實(shí)踐發(fā)現(xiàn),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(dǎo)致的動(dòng)態(tài)荷載;(2)由于稱(chēng)重所在區(qū)域路面不平,導(dǎo)致的一些動(dòng)態(tài)荷載;(3)車(chē)輛和稱(chēng)重區(qū)域耦合而導(dǎo)致的一些振動(dòng)造成的動(dòng)態(tài)荷載。對(duì)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(cè)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(yàn)表明,動(dòng)態(tài)稱(chēng)重信號(hào)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(fù)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(xiàn)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(xiàn)串模干擾,但是整個(gè)過(guò)程必須對(duì)濾波參數(shù)大小做折中考慮。參數(shù)越大,干擾消除效果越好,但是過(guò)大的參數(shù)必然會(huì)使得信號(hào)出現(xiàn)較大的延遲,并且該延遲還是與參數(shù)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(shù)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(shù)字濾波方法對(duì)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(duì)數(shù)字信號(hào)的實(shí)際處理方法,高效優(yōu)質(zhì)的數(shù)字濾波算法能夠很好的實(shí)現(xiàn)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(shè)計(jì)
動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡因?yàn)樵趹?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(duì)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(dá)到使用要求。
(1)在進(jìn)行FIR濾波前,首先對(duì)采樣數(shù)據(jù)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(jī)采樣兩個(gè)點(diǎn),并對(duì)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(fù)試驗(yàn)及理論推導(dǎo)發(fā)現(xiàn),對(duì)異常的判定應(yīng)該這樣進(jìn)行,如果兩個(gè)數(shù)值之差的絕對(duì)值比第一個(gè)數(shù)絕對(duì)值的10%還要大,該數(shù)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(cè)區(qū)顛簸而導(dǎo)致的尖峰信號(hào)數(shù)據(jù)。(2)得到兩個(gè)正常的數(shù)值之后,后續(xù)采樣均將該數(shù)值和上次數(shù)值進(jìn)行比較,如第三次所得數(shù)值和第一步中正常數(shù)值的第二個(gè)數(shù)值進(jìn)行比較,而仍然沿用第一步中的檢測(cè)方法,一則將異常數(shù)值消除,其二是保證了數(shù)據(jù)數(shù)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(xiàn)稱(chēng)重信號(hào)曲線,必然會(huì)變得更加平滑,測(cè)量準(zhǔn)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(jié)果再次作為信號(hào)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(duì)稱(chēng)重精度的影響,提高測(cè)量信號(hào)的平滑性,將二次濾波結(jié)束之后所得的數(shù)據(jù),每12個(gè)數(shù)據(jù)中去掉一個(gè)最大值和最小值,并將這個(gè)10個(gè)數(shù)值信號(hào)求平均值,然后進(jìn)行車(chē)輛重量計(jì)算。
4.優(yōu)化后的動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡稱(chēng)重具體應(yīng)用
為了對(duì)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(yàn),特別根據(jù)《動(dòng)態(tài)公路車(chē)輛自動(dòng)衡器》中的國(guó)家規(guī)程要求對(duì)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(biāo)準(zhǔn),在靜態(tài)環(huán)境下對(duì)該車(chē)稱(chēng)重,前后軸重量分別為5620kg、18340kg,為適應(yīng)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(duì)該車(chē)整車(chē)稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù),通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比,整車(chē)稱(chēng)重誤差小于±1%,實(shí)現(xiàn)了很高的稱(chēng)重精度要求。
5.結(jié)語(yǔ)
動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡作為公路計(jì)重收費(fèi)與車(chē)輛超載超限檢測(cè)過(guò)程中重要技術(shù)設(shè)備,其穩(wěn)定性和稱(chēng)重精度一直制約著其廣泛的應(yīng)用,而本文對(duì)動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡稱(chēng)重通過(guò)FIR濾波優(yōu)化設(shè)計(jì)算法,對(duì)稱(chēng)重信號(hào)做一定處理,除去了其中的噪聲干擾,而實(shí)際應(yīng)用證明該技術(shù)CW動(dòng)態(tài)汽車(chē)衡在稱(chēng)重穩(wěn)定性和精度均有了很大提高。