專利名稱:車輛超載檢測系統(tǒng)及其檢測方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種車輛稱重系統(tǒng)及其運行方法，具體為一種車輛超載檢測系統(tǒng)及其檢測方法。
(二)技術背景目前機動車輛超載是嚴重問題。長途貨車大部分超載，超載量甚至達到為額定載重的數倍，如5噸的車居然能裝載近20噸。嚴重的超載不僅引發(fā)重大交通事故，而且對道路橋梁都造成破壞。數億元成本的高速公路建成不久就慘遭超載車輛破壞，大大影響我國的交通道路順暢。為了保護路面，解決超載問題，各道路轄區(qū)只好出動大量警力在主要路口查、罰、堵。
但現在檢查車輛是否超載大多只是通過目測，觀看其裝載貨物的體積推斷，或觀察車輛鋼板受壓情況，顯然不科學不準確。若是對車輛稱重，目前多是采用地磅。這種設備質量大，安裝復雜，固定的檢測站才能配備。而且車輛必須行駛到地磅上才能測量。目測或過磅對于行駛中的車輛特別是高速行駛的車輛均無能為力，停車查驗，容易造成車輛堵塞，也會有車輛逃逸。
國外現有采用石英晶體傳感器的運動中稱重系統(tǒng)，但價格昂貴，只適合于在固定車道安裝使用。
為解決機動車輛動態(tài)超載檢測問題，已有專利申請?zhí)岢?。如中國發(fā)明專利申請02104001“汽車超載自動識別檢測系統(tǒng)及方法”，該檢測系統(tǒng)檢測每輛車的總重量，與數據庫中的此車自重比較計算，確定是否超載。此系統(tǒng)中要存儲各種車輛的自重、核定載重量等信息，或為各種車輛建立存儲此類信息的電子卡，工作量極大。確定車型、查詢重量信息，再計算比較，確定是否超載的步驟也較多，實時控制有困難。
中國發(fā)明專利申請02138337“便攜式汽車行駛中稱重儀”提出將橡膠壓力油管置于路面，油管端裝有手動泵和壓力傳感器，經壓力傳感器將壓力信號傳輸至信號處理儀。雖然該稱重儀便攜，也可實現對汽車載荷的實時測量和評價。但油壓隨溫度變化較，影響壓力測量的準確，特別是橡膠壓力油管難以承受長時期車輛的輾壓，易于發(fā)生漏油等故障，使系統(tǒng)失效。
故，為保護公路路面，目前急需要行駛中車輛的超載檢測系統(tǒng)。
發(fā)明內容本發(fā)明的目的是設計一種車輛超載檢測系統(tǒng)，可安裝在普通路面上，對行駛或靜止車輛均可實時檢測是否超載。
本發(fā)明的另一目的是設計本車輛超載檢測系統(tǒng)的檢測方法，實時檢測行駛或靜止車輛是否超載。
本發(fā)明設計的車輛超載檢測系統(tǒng)包括壓強檢測裝置和信號處理裝置。壓強檢測裝置為多個含傳壓棒和應變片的檢測點，安置于路面。應變片檢測裝置在車輛輪胎壓在其上時根據所承受壓強的大小發(fā)出電平信號。信號處理裝置包括依次相連接的放大器、平均器、模數轉換器及單片機、計算機。應變片檢測點與數目與之相配的放大器一一相連。
本車輛超載檢測系統(tǒng)的檢測方法為應變片因輪胎所壓產生的信號送入放大器放大后，送入平均器，平均器對多路模擬信號相加平均，所得結果送入模數轉換器將模擬信號轉換為數字信號，再送入單片機。單片機將此信號與預先采用本壓強檢測裝置、經實驗各種車輛超載時所得信號綜合后而設定的超載信號值相比較，當前信號值大于設定超載信號值時送入計算機記錄存儲并啟動報警系統(tǒng)和攝錄像系統(tǒng)。
為保護公路路面，關鍵在于車輛輪胎對地面的壓強不能過大。機動車輛的額定載重量由其車輛結構決定，但無論大小車輛，在最大載重量時其輪胎對地面的壓強不會超過一個安全值。本發(fā)明的設計即是據此，檢測車輛輪胎對地面的壓強所產生的信號值是否超出一定值，判斷其是否超載。檢測輪胎對地面的壓強所產生的信號值而不是檢測整車的總重量，省去了確定車輛自重及額定載重量再進行計算等復雜步驟，簡便易行。應變片檢測裝置安裝于基本平坦的路面上即可檢測。多個應變片檢測點橫貫路面安置，車輛的輪胎只要壓到其中一個應變片檢測點即輸出信號，無論車輛的行駛速度如何或車輛停止，均可檢測。也不必要求車輛行駛到特殊車道，更不必停車檢查，不影響道路上車輛的正常通過量，也不會有車輛逃脫檢測。本檢測系統(tǒng)可直接與報警系統(tǒng)、攝影或錄像系統(tǒng)連接，發(fā)現超載時直接報警或立即攝下超載車輛圖像存檔等待處理。本車輛超載檢測系統(tǒng)的壓強檢測裝置和信號處理裝置采用普通的應變片和放大器來進行檢測和信號處理，因巧妙地運用了RC延時器以及信號差值的計算，均能自動消除溫漂等誤差的影響，檢測準確，而且裝置易于推廣應用。本系統(tǒng)還可根據路面情況及需要調節(jié)設置超載判斷標準δ，靈活機動，報警無誤。
圖1為本行駛中車輛超載檢測系統(tǒng)主要電路框圖；圖2為本車輛超載檢測系統(tǒng)壓強檢測裝置整體結構示意圖；圖3為本車輛超載檢測系統(tǒng)壓強檢測裝置A型某個檢測點的剖面圖；圖4為本車輛超載檢測系統(tǒng)壓強檢測裝置B型某個檢測點的剖面圖；圖5為本車輛超載檢測系統(tǒng)壓強檢測裝置某個檢測點4個應變片組成的電橋電路圖；圖6為本車輛超載檢測系統(tǒng)單片機處理程序框圖；圖7為本車輛超載檢測系統(tǒng)的可變多路輸入信號平均器電路示意圖。
具體實施方式
本發(fā)明設計的車輛超載檢測系統(tǒng)包括壓強檢測裝置和信號處理裝置，其電路框圖如圖1所示。壓強檢測裝置與信號處理裝置相連接。壓強檢測裝置為多個含傳壓棒和應變片的檢測點。信號處理裝置包括依次相連接的放大器、平均器、模數轉換器及單片機，計算機。應變片檢測點與數目與之相配的放大器一一相連。
如圖2～4所示，壓強檢測裝置包括方管1、傳壓棒2和應變片3。應變片3為一般應變電阻元件。剛性方管1截面為邊長8～12厘米的矩形框，其上表面有多個直徑為0.8～1.2厘米的孔。傳壓棒2為直徑0.8～1.2厘米的剛性棒，傳壓棒2的直徑略小于方管1表面孔的直徑。實施例中方管1為鋼制方管，傳壓棒2為鋼棒。傳壓棒2底端與方管1內面固接，頂端從方管1上表面孔伸出，頂端表面與方管1上表面相平齊。1或2個應變片3固定于傳壓棒2側面，3或2個應變片3固定于方管1內底面，4個應變片3連接為電橋。A型檢測裝置如圖3所示，傳壓棒2為L形，水平段尾端與方管1側面相固接，垂直段的頂端從方管1上表面孔中伸出，頂端表面與方管1上表面相平齊。2個應變片3固定于傳壓棒2水平段上下兩相對面上，2個應變片3固定于方管1內底面。B型檢測裝置如圖4所示，傳壓棒2為直棒，垂直插入方管1表面的孔內，底端與方管1內底面固接，頂端表面與方管1上表面相平齊。1個應變片3固定于傳壓棒2側面，3個應變片3固定于方管1內底面。
如圖5所示，4個應變片3連接為電橋，電橋的某兩端加電壓U0，另兩端為輸出端，輸出Ui，與放大器連接。當電橋中某個應變片電阻值發(fā)生變化時，即其輸出Ui發(fā)生變化。當有溫度等引起電阻值變化時，因4個應變片3同時緩慢變化，不會影響電橋輸出，即固定于方管1內面的應變片起到溫度補償作用。上述Ui送入信號處理裝置，據此判斷壓強值。
1個傳壓棒2和4個應變片3組成一個檢測點。方管1上有多個、設為M個檢測點。檢測點之間的間距為5～20厘米，方管橫貫車道埋入路面，其上表面與路面平齊。載重車輛經過時至少有一個輪胎會壓到至少一個檢測點。
如圖1所示，壓強檢測裝置與信號處理裝置相連接。信號處理裝置包括依次相連接的放大器、平均器、模數轉換器及單片機。M個檢測點應變片電橋輸出端與M個放大器一一相連，M個放大器分別與M檔的電子開關A相連接。
本系統(tǒng)的平均器為可變多路輸入模擬信號平均器，其電路結構示意圖如圖7所示，包括電子開關A5、模擬加法器6和電子開關B7，還包括電阻13和電容14構成的RC延時電路、單穩(wěn)觸發(fā)器12、數字加法器11、數字譯碼器10、反相器9。M個應變片電橋分別與M個放大器4連接，放大器4與電子開關A5連接，再與模擬加法器6連接。模擬加法器6的輸出端與電子開關B7連接。放大器4的輸出端同時經電阻13電容14構成的RC延時器連接單穩(wěn)觸發(fā)器12，單穩(wěn)觸發(fā)器12的反相輸出端和電子開關A5的使能端連接，單穩(wěn)觸發(fā)器12的正相輸出端與數字加法器11的輸入端連接，數字加法器11的輸出端接入數字譯碼器10的輸入端，數字譯碼器10的輸出端經反相器9與電子開關B7的使能端連接。電子開關B7輸出端有M個相同的串聯電阻8，平均器輸出端從第一個電阻8的一端引出。當其有i路導通時，模擬加法器6信號相加值經i個電阻8平均后為平均器輸出。該輸出經模數轉換器，再接入單片機輸入端。
因有溫度等外界因素的影響，應變片3電橋的四個電阻很難完全平衡，完全沒有輸出。為判斷檢測點輸出信號的真?zhèn)?，在各個放大器4后接入電阻13、電容14構成的RC延時器，再接單穩(wěn)觸發(fā)器12。當M個檢測點的應變片3電橋輸出M個信號，M個放大器4工作。若有i個檢測點被輪胎所壓，那么i個放大器4的輸出就會有躍變，單穩(wěn)觸發(fā)器12只有當躍變足夠大時才會翻轉。也就是說即使溫漂很大，因溫度的變化是逐漸的，非躍變，RC的時間常數足夠小時，溫漂產生的信號無法使單穩(wěn)觸發(fā)器12翻轉。避免了單純由溫漂產生的信號進入模擬加法器6。模擬加法器6不會將虛假信號加入因壓強產生的信號。而因輪胎壓強產生的躍變信號Vi使單穩(wěn)觸發(fā)器12翻轉。RC延時器的時間常數可調節(jié)。
設有m個信號通過單穩(wěn)觸發(fā)器12，即m路單穩(wěn)觸發(fā)器12有輸出V1～Vm，電子開關A5有m路使能端得到信號，電子開關A5有m檔接通至模擬加法器6，模擬加法器6將m個信號相加得Vm=Σi=1mVi.]]>m個單穩(wěn)觸發(fā)器12的輸出同時送入數字加法器11，數字加法器11將m個信號相加得m=Σi=1mi,]]>并通過數字譯碼器10使電子開關B7的第m路導通，在第m路輸出模擬加法器6所得m個信號模擬值之和Vm因電子開關B7輸出端有串聯的M個相等的電阻8，當電子開關B7的第m路導通時，Vm被m個電阻分壓，平均器輸出端的輸出VP＝Vm/m。此模擬信號經模數轉換器，轉換為數字信號，送入單片機處理。
本汽車超載檢測系統(tǒng)的檢測方法如下本系統(tǒng)的壓強檢測裝置橫貫車道埋下后，經過該車道的車輛，其中一個輪胎或處于同一直線上的數個輪胎必會壓到M個檢測點中的某個或某幾個。若是正三輪車，其前輪單個壓在檢測點上，若一般四輪車，前后兩對輪先后壓到檢測點，而大型載重車同一軸上可能有四個輪胎同時壓到檢測點。設受壓的檢測點為i個，這i個檢測點在車輛輪胎壓在其上時根據所承受壓強的大小發(fā)出i個電平信號Ui。Ui與檢測點承受壓強成正比。
當有m個應變片電橋產生的信號Ui送入m個放大器，m個模擬信號放大后的Vi送入平均器。平均器對m個模擬信號相加平均，所得結果Vp送入模數轉換器將模擬信號轉換為數字信號Pj，再送入單片機。單片機根據計算結果與超載判斷標準比較此時壓在應變片上的輪胎是否超載。
超載判斷標準δ為采用本壓強檢測裝置、預先實驗測定各種車型車輛超載1.2至5倍時其輪胎對地面的壓強所產生的信號值，平均取中間值，設定為超載信號值。δ存入單片機，根據路面情況及需要，單片機編程時可對其進行調整設置，當前檢測到的輪胎對地面壓強產生的信號值大于或等于δ值時，判斷其為超載。因超載判斷標準δ根據實驗綜合而得，且可調節(jié)，故本系統(tǒng)避免了誤判斷誤報警。
單片機處理程序框圖如圖6所示。單片機啟動后，當有車輛壓到某個檢測點時，模數轉換器每間隔一定時間t取樣一次，傳遞信號到單片機。單片機接受模數轉換器送來的壓強信號Pj，判斷該信號Pj與前一信號Pj-1的大小，當Pj大于Pj-1，記錄保存所得數據Pj-Pj-1，至(Pj-Pj-1)小于或等于0時，將原存儲的n個(Pj-Pj-1)值相加，計算Pn=Σjn(Pj-Pj-1),]]>將Pn值與所定超載判斷標準δ比較，若Pn小于δ，說明此輪胎未超載，單片機清零，即清除原存儲的n個(Pj-Pj-1)值，開始接受新的一組Pj信號。若Pn大于或等于δ時，結果送入計算機存儲，啟動報警系統(tǒng)，啟動攝/錄像系統(tǒng)，并且清零，開始接受新的一組Pj信號。
溫漂等會使應變片或放大器產生信號誤差，即在應變片未受壓時，也會輸出P溫。為消除誤差，單片機分析處理時，取前后信號之差進行判斷。即當后一信號Pj與前一信號Pj-1之差大于0時，記錄保存所得數據Pj-Pj-1。由于相隔時間t所得到的Pj和Pj-1所含誤差相同，其差即為輪胎壓強產生的結果，此法消除了溫漂等誤差。每隔時間t單片機得到信號一次，當車輛行駛時，輪胎逐漸壓到檢測點上，壓強逐步增大，即(Pj-Pj-1)大于0，當壓強達到最大值、輪胎開始離開檢測點時，對檢測點產生的壓強逐步減小，即(Pj-Pj-1)小于或等于0，此時的(Pj-Pj-1)值不再記錄存儲。
設在壓強達到最大值時得到n個大于0的(Pj-Pj-1)值，計算n個(Pj-Pj-1)之和，Pn=Σjn(Pj-Pj-1),]]>Pn為此輪胎對檢測點的壓強。將Pn值與所定超載判斷標準δ比較，若Pn小于δ，說明此輪胎未超載，單片機清零，即清除原記錄存儲的(Pj-Pj-1)，開始接受新的一組Pj信號。若Pn大于或等于δ時，結果送入計算機存儲，單片機啟動報警系統(tǒng)，報告有車超載，單片機還啟動攝/錄像系統(tǒng)，攝/錄超載車輛車牌等信息，攝錄像結果送入計算機存儲，供事后查詢及處理。最后單片機清零，開始接受新的一組Pj信號。
對于時速為每小時72公里的機動車，即速度為每秒20米。其駛過10厘米的所用時間約為5毫秒。一般輪胎與地接觸面的長度為10厘米。本系統(tǒng)中模數轉換器取樣間隔時間t＝1～10毫秒，即當車速高達每小時60公里時，其輪胎壓到檢測點時也不會漏檢。而當車輪行駛到檢測點后停止時，雖因停車后(Pj-Pj-1)不再大于0，同樣可從該車駛上檢測點的數據得到其壓強數值。
平均器中單穩(wěn)觸發(fā)器12翻轉時間大于數模轉換器采樣時間，為2～20毫秒。
權利要求
1一種車輛超載檢測系統(tǒng)，包括壓強檢測裝置和信號處理裝置，壓強檢測裝置與信號處理裝置相連接；其特征為壓強檢測裝置為多個含傳壓棒和應變片的檢測點，安置于路面；應變片檢測裝置在車輛輪胎壓在其上時根據所承受壓強的大小發(fā)出電平信號；信號處理裝置包括依次相連接的放大器、平均器、模數轉換器及單片機、計算機；應變片檢測點與數目與之相配的放大器一一相連。
2根據權利要求
1所述的車輛超載檢測系統(tǒng)，其特征為壓強檢測裝置包括方管(1)、傳壓棒(2)和應變片(3)；剛性方管(1)截面為矩形框，其上表面有多個的孔；傳壓棒(2)為剛性棒，傳壓棒(2)的直徑略小于方管(1)表面孔的直徑，傳壓棒(2)底端與方管(1)內面固接，頂端從方管(1)上表面孔伸出，頂端表面與方管(1)上表面相平齊；1或2個應變片(3)固定于傳壓棒(2)側面，3或2個應變片(3)固定于方管(1)內底面，4個應變片(3)連接為電橋；電橋的某兩端加電壓U0，另兩端為輸出端，與放大器(4)連接；1個傳壓棒(2)和4個應變片(3)組成一個檢測點；方管(1)上有多個檢測點；方管(1)橫貫車道，其上表面與路面平齊。
3根據權利要求
2所述的車輛超載檢測系統(tǒng)，其特征為剛性方管(1)截面為邊長8～12厘米的矩形框，其上表面有多個直徑為0.8～1.2厘米的孔；傳壓棒(2)為直徑0.8～1.2厘米的剛性棒。
4根據權利要求
2或3所述的車輛超載檢測系統(tǒng)，其特征為方管(1)的檢測點之間的間距為5～20厘米。
5根據權利要求
1所述的車輛超載檢測系統(tǒng)，其特征為所述的平均器為可變多路輸入模擬信號平均器，包括電子開關A(5)、模擬加法器(6)和電子開關B(7)，還包括電阻(13)電容(14)構成的RC延時電路、單穩(wěn)觸發(fā)器(12)、數字加法器(11)、數字譯碼器(10)、反相器(9)；M個應變片(3)電橋分別與M個放大器(4)連接，放大器(4)與電子開關A(5)連接，再與模擬加法器(6)連接，模擬加法器(6)的輸出端與電子開關B(7)連接；放大器(4)的輸出端同時連接電阻(13)電容(14)構成的RC延時器，再連接單穩(wěn)觸發(fā)器(12)，單穩(wěn)觸發(fā)器(12)的反相輸出端和電子開關A(5)的使能端連接，單穩(wěn)觸發(fā)器(12)的正相輸出端與數字加法器(11)的輸入端連接，數字加法器(11)的輸出端接入數字譯碼器(10)的輸入端，數字譯碼器(10)的輸出端經反相器(9)與電子開關B(7)的使能端連接；電子開關B(7)輸出端有M個相同的串聯電阻(8)，平均器輸出端從第一個電阻(8)的一端引出；經模數轉換器，接入單片機輸入端。
6權利要求
1至5中任一項所述的車輛超載檢測系統(tǒng)的檢測方法，其特征為應變片因輪胎所壓產生的信號送入放大器放大后，送入平均器，平均器對多路模擬信號相加平均，所得結果送入模數轉換器將模擬信號轉換為數字信號，再送入單片機；單片機將此信號與預先采用本壓強檢測裝置、經實驗各種車輛超載時所得信號綜合后而設定的超載信號值相比較，當前信號值大于設定超載信號值時送入計算機記錄存儲并啟動報警系統(tǒng)和攝錄像系統(tǒng)。
7根據權利要求
6所述的車輛超載檢測系統(tǒng)的檢測方法，其特征為模數轉換器每間隔一定時間t取樣一次，傳遞信號到單片機；單片機處理程序為接受模數轉換器送來的壓強信號Pj，判斷該信號Pj與前一信號Pj-1的大小，當Pj大于Pj-1，記錄保存所得數據Pj-Pj-1；至(Pj-Pj-1)小于或等于0時，將原存儲的n個(Pj-Pj-1)值相加，計算Pn=Σjn(Pj-Pj-1);]]>將Pn值與所定超載判斷標準δ比較，若Pn小于δ，說明此輪胎未超載，單片機清零，即清除原存儲的n個(Pj-Pj-1)值，開始接受新的一組Pj信號；若Pn大于或等于δ時，結果送入計算機存儲，啟動報警系統(tǒng)，啟動攝/錄像系統(tǒng)，并且清零，開始接受新的一組Pj信號。
8根據權利要求
6所述的車輛超載檢測系統(tǒng)的檢測方法，其特征為所述超載判斷標準δ為采用本壓強檢測裝置、預先實驗測定各種車型車輛超載1.2至5倍時其輪胎對地面的壓強所產生的信號值，平均取中間值，設定為超載信號值。
9根據權利要求
6所述的車輛超載檢測系統(tǒng)的檢測方法，其特征為所述的模數轉換器取樣間隔時間t＝1～10毫秒。
10根據權利要求
6所述的車輛超載檢測系統(tǒng)的檢測方法，其特征為所述單穩(wěn)觸發(fā)器(12)翻轉時間為2～20毫秒。
專利摘要
本車輛超載檢測系統(tǒng)的壓強檢測裝置為多個含傳壓棒和應變片的檢測點，安置于路面。信號處理裝置包括依次相連接的放大器、平均器、模數轉換器及單片機。檢測點與相配的放大器一一相連，應變片因輪胎所壓產生的信號經放大器放大后，送入平均器，平均器對多路模擬信號相加平均，所得結果經模數轉換送入單片機。單片機將此信號與預先經實驗各種車輛超載時所得信號綜合后而設定的超載信號值相比較，當前信號值大于設定超載信號值時送入計算機記錄存儲并啟動報警系統(tǒng)和攝錄像系統(tǒng)。本發(fā)明檢測輪胎對地壓強所產生的信號值，判斷其是否超載，簡便易行。本系統(tǒng)車輛行停均可檢測，不影響道路通行。能自動消除溫漂影響，檢測準確，報警無誤。
文檔編號G01G19/03GKCN1271394SQ200410040033
公開日2006年8月23日 申請日期2004年6月15日
發(fā)明者龔少楠 申請人:龔少楠導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan