提高動態汽車衡稱重精度的算法設計分析

何鵬輝 高峰 申江偉

(洛陽市質量技術監督檢驗測試中心，河南洛陽 471000）

提高動態汽車衡稱重精度的算法設計分析

何鵬輝 高峰 申江偉

(洛陽市質量技術監督檢驗測試中心，河南洛陽 471000）

提高動態汽車衡稱重精度的算法，能有效減少車輛動態稱重過程中產生的干擾噪音，因此本文主要分析一種常見的稱重計算方法，即FIR數字濾波計算方法，并且闡述了這種計算方法的優越性，對基本算法進行改進與優化，最終實現提高動態汽車衡稱重精度的目的。

動態汽車衡；稱重精度；算法設計；方法

車輛超重超載是造成我國公路損壞的重要原因，也是引發交通事故的重要因素。目前，經相關技術人員研究得出一種車輛管理規范要求的CW公路車輛超限動態檢測與計重收費系統，及動態汽車衡，成為目前控制車輛超重超載的重要技術手段。

1 動態汽車衡基本構成

動態汽車衡是公路車輛超載超重測量的一種先進的重要技術手段，而影響該系統計算設計的關鍵就是稱重精度和其穩定性，因此，要進一步提高FIR稱重算法的精準度和穩定性，就必須要全面掌握和分析系統結構。

CW動態汽車衡主要是由動態軸重衡、輪軸識別器、車輛分離器、上位機以及稱重控制儀表構成。其中動態軸重衡以稱重軸載的方式對車輛的各軸或軸組依次進行稱重。車輛在行駛過程中，只要輪胎經過稱重軸，CW系統會將壓力信號轉換為輪胎數量信號，然后利用紅外光對車輛進行掃描，系統會自動將稱重數量與車輛相對應，并且能自動化處理數據。其中數據處理主要是利用系統中稱重控制儀表檢測設備的工作狀態，采集各種傳感器上的信號，處理數據；上位機的主要作用就是管理視頻、音頻以及智能的開關路閘、聲光報警器以及大屏幕顯示器等設備，接收和處理儀表上傳的車輛信息，能根據系統中提供的車輛重量數值，超重情況下，控制路閘開關。其智能化程度比較高，能生成和打印各種報表，并且與控制中心直接對接，遠程通訊，具體構成如下圖所示：

2 系統功能

系統中主要功能就是動態稱重信號采集、整理以及分析，還有數字濾波FIR計算，這兩個方面是重要系統組成部分。其中動態稱重信號采集與分析主要是指收集傳感器上的信號，當車輛經過動態汽車衡時，車輛前軸經過汽車衡時，就會引起載荷。而在實際應用中，影響動態載荷的因素有很多，如車輛自身的各種因素引起的振動、路面不平造成的振動、車輛與地表耦合而產生的振動等。信息采集是系統中一個重要的方面，此外，還有數字濾波的功能，數字濾波是一種用來過濾時間離散信號的數字系統，通過對采樣數據進行數字化處理達到頻域濾波，CW動態汽車衡中使用的是一種高效的有限沖擊響應FIR數字濾波方法，其穩定性非常強，并且對信號干擾處理法效果也比一般的數字濾波方法要好。

3 系統運行難點

動態汽車衡采用動態稱重技術，即在車輛行駛狀態下進行稱重，與靜態稱重相比，其主要特點就是節省時間、效率高，并且不會影響正常交通環境。這種系統對技術設備要求比較高，且對使用環境有一定的要求，由于安裝在外面，工作環境比較惡劣、稱重時間短、沖擊力度大、干擾因素多，這都會影響動態稱重精度。因此，技術人員必須要深入研究和分析，尋找克服外界隨機干擾的影響，準確稱量車輛的重量。

4 提高動態汽車衡稱重精度的算法設計措施

提高動態汽車衡稱重精度，是為了避免車輛超載超過，造成嚴重的道路破壞或交通事故，下面針對CW稱重算法設計系統進行優化和改進，取得了比較理想的效果。

當信號的干擾較小時，系統中FIR濾波基本算法的精度會提高，但是由于動態汽車衡是安裝在室外，經過風吹雨灑之后，電磁干擾以及溫度影響，對濾波的沖擊與振動影響都比較嚴重，稱重信號會變得不穩定，甚至無法發射信號，這就必然導致FIR基本算法無法剔除外界噪音干擾。而技術人員在實踐和多次研究之后，找到改造和優化的方法，極大地改善濾波性能，使動態汽車衡的技術指標設計達到要求。首先，在FIR濾波之前對采樣數據進行一次過濾，針對異常點進行處理。選取兩個采樣點，比較這兩點的異常之處，重復采樣比較，發現異常點變化規律。即兩個數之差的絕對值超過第一個數的絕對值的10%，就說明這個樣點存在異常，進而能通過反復驗證和計算，剔除汽車高速通過CE稱重時噪音對信號的干擾，提升信號的精準度，進而能提高計算的準確性。

濾波器的各種重要指標都是由窗函數決定，為了改善濾波器的性能，窗函數的主瓣直徑應該減小，旁瓣峰值應該要盡量增大，以使濾波器形成一個比較陡的過渡帶，減少肩峰的振動情況。在實際應用中應該取兩者的折中處理方法，兼顧各項指標。一般濾波在使用過程中，告訴車道上的噪音會達到0.1，而經過改進后的噪音高峰值為0.15左右，說明經過調整后，濾波器噪音控制性能明顯得到改善，降低了信號干擾程度，將信號控制在一定的范圍內，為稱重提供穩定而精確的信號，提高了整個動態稱重精度。

5 結束語

綜上所述，動態汽車衡稱重精度計算設計系統，主要是利用可編程控制器模塊的組合特點以及其獨特的開入和開出二次邏輯編程特點，能確保實現系統設計功能，并且減少系統主控制平臺在車輛開入開出功能檢測資源開銷，提升整個系統的穩定性和可靠性。未來，隨著計算機技術水平不斷提高，尤其是可編程控制器的核心模塊CPU運算速度的提升，最終必定能將可編程控制期在其他領域推廣開來。

[1]樊旺日.提高動態汽車衡稱重精度的算法設計與實現[J].自動化技術與應用,2010(07).

TH715

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1003-5168(2014)04-0096-01