机动车不停车测重装置
作者：渠珊珊　程泽宇　张超　赵文峥
来源：《科技资讯》2018年第06期
        摘 要：随着时代经济的发展，全国的高速公路建设里程每年都在不断地发生着巨大变化，以及海关、水泥厂等运货量大且需要按重量交易的场所不断增加，因此运输车量的超载以及测重问题随之而来。本论文为实现车辆的不停车测重，称重器由光纤光栅压力传感器和高级材料相结合构成称重秤体，进而进行静态载荷下的试验以及动态运行实验。实验结果表明，论文中不停车测重装置具有几乎零误差、对载荷的变化灵敏、具有较好可靠性等特点。
        关键词：车辆 不停车测重 光纤光栅
        中图分类号：U260 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）02（c）-0101-03
        1 研究概况
        如今的道路交通发展突飞猛进，交通事故的伤亡数字不堪入目，因此现如今我们面对的最大问题是如何进行机动车有效管理。尤其是由于超载导致的事故越来越多，超载不仅对人民
众遭受人身及财产损失，对道路也有极大的伤害。近些年来超载检测系统的研究取得了巨大的发展，各种检测系统不断地被研发应用。现有的有关超载检测系统的技术有：汽车轮载检测系统、根据不停车称重的快速路段超载检测系统一级物联网技术的汽车超载移动检测系统等。近年来由于其在车辆超载查处中起到的巨大作用，逐步受到社会各界的重视，但对其研究大多不能全面推广到所有道路中，原因是动态称重系统的研究还不完善，称重结果不够准确，动态不停车超载检测系统应是以后研发的主要方向。不停车车辆重量检测主要用于城市快速路和高速公路入口及桥梁，应用于检测汽车的动态重量，有效制止了行驶在道路上的车辆超出限重量的情况，有效避免了因为汽车超出限重量对路面造成不可逆转的损坏，用预防工作取代处罚工作。该系统与传统检测方法相比效率提高十倍甚 至数十倍，创造出新型的检测测重装置，弥补了中国在动态车辆称重检测方面的不足。
        2 不停车测重装置
        2.1 系统功能
        快速检测动态车辆超重；对超载车辆进行语音提示，通过汽车牌照选号LED显示屏告知当事人违反事实，诱导其进行静态检测；监测数据自动录入系统，根据用户需求查询，打印检测结果和现
场处罚决定；将车辆检测到的所有信息实时地上传至高速公路信息比对系统，发现有超载超重的车辆，工作人员及时查处，同时禁止未经检测的车辆进入高速公路；系统将检测情况录入数据库，为公安机关等执法部门提供基础信息。
        2.2 系统原理
        动态车辆称重系统的监测区域设置在高速公路收费口约150m，以安装检测行驶时车重的设备，车身自动检测、道路监控设施、车牌辨识装置、计算机管理检测设施等。在车辆进入收费口时，可以就此实现零干扰无需停车的快速检测流程，其中包括车辆实际重量、车牌照等。如果发生车辆超重现象，该系统将会自动提醒超载车辆要减轻负载，对需要继续上路的超载车辆通过情报板进行报警的自动检测装置。车辆在检测区域内，全程监控记录，方便查处违法车辆，固定证据。
        称体载荷大小可以根据应力的改变来反向计算。因此我们把简支梁选取作为实验秤体。我们将采用一端为可动铰支，另一端为固定铰支。我们要综合考虑不同情况下的载荷大小，这是由于在载荷的变动和传感器不同位置变化的作用下，整体梁上各个截面积的剪力和弯矩并不是总能用一个相关函数来进行详细描述。因此为了准确测定载荷大小，先要固定两个FB
G传感器，我们假定简支梁长为L，坐标原点为简支梁的固定铰支端，这两个FBG传感器与简支梁的固定铰支端的距离分别记为X1，X2，其中X1
        由实验过程可知，当两个传感器之间被加载载荷时的的情况。我们结合材料力学分析：当我们固定好载荷位置时（X为常数），应变与载荷呈现出线性关系。借此，如果我们使用固定载荷位置的方式，即F作为固定常量时，载荷的位置点X也与应变呈现出线性关系。这就是我们前面所说的称体载荷大小可以根据应力的改变来反向计算。
        但是在实际生活中，由于现实因素导致承重结构所承受的力并非是集中力，而是一部分的均布力（某一小部分面积上的）。我们可以根据已知的应力计算公式求得，应变大小与加载位置上的均布力也呈现出线性关系。并且当固定加载位置时，如若传感器的一个应变值已知，我们就可以计算出加载位置X及载荷F。
        2.3 系统工作流程
        当车辆行驶进入检测区时，感应线圈、动态称重器等设施将会被自动触发，动态车辆得以称重。同时，也会自动触发监控设备、车牌识别设施，车辆驶入检测区的图像将会被自动捕捉，图像将会被自动传送至控制计算机上，计算机再自动进行车辆信息的提取工作。
        通过感应区，对采集到的车辆信息和数据进行分析比较，得出称重结果，计算机自动与规定装载重量进行比较，判断车辆是否超载。
        如果当前检测车辆超载，系统将信息传送给计算机，系统将诱导车辆驶向复验区。倘若当前的受检车辆超出限载量，系统实时对电脑反馈，系统将提示车辆开往复验区。
        若车辆没有超出，系统将诱导车辆驶入高速公路。如果车辆被确定超载，工作人员对超载车辆进行处理，并引导车辆进入超载货物过境区或接受其他处理措施。
        对车辆未按诱导方向行驶未进入复验区的，及时将第一次检测的车辆信息，超载情况发送给高速路收费口，阻止车辆驶入高速公路。
        3 系统试验
        3.1 试验材料
        该车辆测重装置采用复合型材料制成，复合型材料具有重量轻、刚度大、耐腐蚀等优点。动态称重装置的传感器运用了光线布拉格光栅装置，实验过程中，将该装置贴在秤体上，
其运行原理是：光源发出的宽带光途径光纤传送至被检测点，因为光栅具有选择性，所以反射回一窄带近红外光，经过光分路器的处理后传输到波长鉴别器或波长解调仪，然后通过光探测器进行光电转换。最后当称重器受到了外界压力而形变时，光栅反射的窄带光波长也会发出相应的变化，从而反映出称重器所受的压力值。FBR光纤光栅压力传感器具有结构简单、操作便捷、性能可靠、线性度好、灵敏度、受外界干扰小等多个特点
        3.2 复合材料秤体动态试验
        为研究复合型材料称体的实用性，首先选择长度为1000m的具有硬化路面且路状良好的局段，作为本实验的实验路段；此实验路段，应当按照国家的相关标准施工，建立秤体的混凝土基础；使用国家专用检衡车，用增减标准砝码的方式，来测量不同速度及不同重量下的准确度；并且在称体附近加测试平台，集中测试设备对秤体传感器采集数据及对光电测速数据进行采集和应用。
        用以往的老式测重方式测量出的值定为标准，方便用不停车测重值和标准值相对比，计算不停车测重存在的误差。首先，在做不停车测重实验之前，使用砝码对称重器进行定值，A、B两个称重器上分别放置车轮状的砝码，但受砝码形状的限制，每个称重器仅能放置一个
砝码，由于称重器对同一个位置的载荷线性度相同，可以通过放置砝码的方式解算称重器的形变载荷公式。通过叠加方形砝码的方式来检验双轮上称时结构发生的线性变化。叠加方形码时，一次增加1t、3t、5t，通过三次的测量值来计算线性公式的斜率，如表1、图1所示。两个称重器的斜率十分接近，说明了两个称重器很稳定。
        通过统计实验结果发现具有一定的离散性，而离散性会对称重器的可靠性产生影响。主要有两方面原因：一是离散度很大的测量结果都是在车轮位置比较靠近秤体边缘的位置上，即为无效区域；二是称重器早期的设计是为了处理单轮胎行驶过称重器时的动态测量，对双轮胎的测量只能利用砝码检称时的线性关系计算得出，这个问题有待解决。
        4 结语
        针对高速公路超载问题的特征，设计了“动态预检和静态复检”双重结合的不停车测重系统。该系统十分有效地解决了高速公路上行驶车辆超出限重量的问题，及超出限重量的车辆会对道路桥梁产生严重损毁的问题。针对各用户进行了分析，对系统原理和结构进行了设计，并拟定了系统的功能及流程，能够准确测量出机动车载重量。
        不停车智能测重装置是一种创新的管理模式。不停车检测的整个过程全封闭、全自动，在该过程中人工不可干预，信息获取、收集公开透明，全程多关把控，互相监督，有效地避免了公路“三乱”现象的发生，保护了治理超载的执法人员，使执法环境得到了良好的改善，文明执法得到充分体现。该检测装置系统不仅大幅度地降低了一线执法工作人员的劳动强度，而且减少了车辆温室气体的排放量。待检测的车辆不需要消耗过多的油耗，可以为国家环保事业做出贡献。另一方面，该系统与以往的测重方式相比，放行的速度大幅加快，收费口不必进行过多的拓宽改造就可以引进该装置，节约了工程改造费用。
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