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。