基于測量減震器形變的車輛載重檢測系統開發

化雪薈

（佛山職業技術學院 廣東 佛山　528000）

基于測量減震器形變的車輛載重檢測系統開發

化雪薈

（佛山職業技術學院 廣東 佛山528000）

針對智能車輛寬高檢測系統設備貴，檢測時間長的問題，實現快速檢測車輛超載重量，設計了基于檢測減震器形變的智能車輛載重檢測系統。系統應用德國SICK公司具有雙脈沖計算的二維激光脈沖測距傳感器測量車輛載重時減震器的形變量，通過形變量與減震器的彈力系數計算出貨物重量，同時還設計了上位機控制軟件進行數據的實時傳輸和處理。經過系統仿真和現場試驗數據表明，該系統實時性好，測量精度高，具有較好的推廣價值。

載重檢測；激光測距傳感器；減震器形變；彈力系數

貨運車輛超載對公路破壞嚴重，且容易引發安全事故，由于超載車輛速度下降還會影響公路的使用效率，但是由于缺少檢驗手段，使得超載現象無法杜絕，也無法對違法駕駛員進行處罰，目前對車輛載重檢測的應用多采取在超載車輛必經道路下安裝稱重傳感器的方法，車輛通過時稱重傳感器將車輛的質量信號轉變為可測量的電信號輸出，從而判斷車輛是否超載，但此種方法存在多種不足：設備花費多；浪費時間；重量超過限度會造成傳感器損壞。

針對在當前車輛超載檢測中只有寬高檢測［1］而且現有載重檢測效率低的情況，設計了一種采用激光測距傳感器的車輛超載檢測系統。

1　車輛超載檢測系統

車輛超載檢測系統采用激光測距傳感器［2］作為車輛超載檢測系統的高度檢測儀。根據貨箱在空載與滿載時離地高度的不同，通過采取車輛信息計算車輛載重檢測，用以優化人工檢測效率低下的問題，系統實現簡單，測量準確度高。

該系統可以與車輛超寬超高檢測系統以及車輛限速攝像頭結合，組成功能更加完善的車輛違章檢測系統。

圖1　車輛超載檢測系統示意圖

2　激光測距傳感器

測距傳感器可分為超聲波測距傳感器、激光測距傳感器、紅外線測距傳感器以及24 GHz雷達傳感器等，激光傳感器工作時，先由激光二極管對準目標發射激光脈沖。傳感器接收器接收經目標反射后向各方向散射的激光。根據從光脈沖發出到返回被接收所經歷的時間，測定目標距離［3-5］。由于激光測距傳感器具有響應速度快，測量精度高，實時性強等優點，采用激光測距傳感器作為車輛超載檢測系統的高度檢測儀。本系統采用德國SICK公司生產的LMS型雙脈沖激光測距傳感器。LMS激光測距傳感器掃描頻率是25～50 Hz，角度頻率是0.25°-0.5°，掃描角度是0°-270°，最大掃描距離是20 m，標準測量精度為±30 mm，安全防護等級為IP67，對人眼安全。惡劣的環境因素對測量范圍沒有影響，可用于室外溫度-30～+50°C的環境中。

3　測重原理

貨箱載重時貨物重量會對減震器造成形變，根據形變量與減震器的彈力系數可求出貨物重量，貨箱載重時，受力分析如圖2所示。

圖2　受力分析

貨物重量為m，重力為G=m×g，減震器數量為N，G=N× Gi，其中i∈1，2，…，N，減震器在F方向的形變量為x，則F= k×x，k為減震器的彈力系數，由于減震器與垂直方向存在角度θ，所以

由于測出的是貨箱在垂直距離的距離改變量Δx，Δx= xcosθ，減震器數量N、減震器彈力系數k為已知，且Δx可由測量得知，則貨物重量為

4　系統結構

系統硬件結構如圖3所示，車輛載重系統由單片機、顯示屏、CMOS圖像采集傳感器與激光測距傳感器組成，并根據需要可以選擇是否連接PC端。

圖3　系統硬件結構圖

工控機通過可視化編程語言VB的網絡通訊內核Winsock與LMS系列傳感器直接進行數據的交換。在使用Winsock控件時使用UDP通信協議。

軟件包括寫入單片機的載重計算軟件和PC端控制軟件，其中車輛載重系統已錄入各種貨車的以下信息：車輛型號，拖掛貨箱空載時離地高度，減震器數量以及彈力系數；PC端可以通過車牌號提取車輛以上信息。

系統應根據是否連接PC端，可分為聯網與離線兩種使用方式：

1）聯網方式

圖4　系統實現流程圖

①通過CMOS圖像采集傳感器采集車輛車牌號，傳入PC端解析并根據車牌號讀取車輛信息，將讀取的信息返回車輛測重系統［6］；

②通過激光測距傳感器測量載重車輛離地距離；

③根據已有信息計算出車輛的載重重量，在顯示屏顯示。

2）離線方式

①根據車輛測重系統中已有信息，選擇車輛型號；

②通過激光測距傳感器測量載重車輛離地距離；

③根據已有信息計算出車輛的載重重量，在顯示屏顯示。

5　仿真實驗

以某型福田貨車作為測試車輛，將車輛貨箱空載時的離地高度，減震器彈力系數、減震器數量以及額定載重作為初始信息錄入到系統中，根據測量的Δx值，計算出載重m與實際載重量進行對比，X軸為車輛貨箱載貨時離地距離與空載時離地距離之差，Y軸為貨箱載貨重量，根據上圖可知，測量值十分接近理論值，用Matlab進行計算后得到結果如圖5所示。

圖5　測試結果

6　結　論

本系統采用LMS系列激光脈沖掃描傳感器和可視化編程語言VB的網絡內核設計基于減震器形變的車輛載重智能檢測系統，在實驗期間工作穩定，功耗低，計算速度快，測量精度高，抗干擾能力強，實驗誤差小，可以準確的測量車輛載重情況。本系統應用實現車輛載重檢測的自動化，測量數據自動保存到數據庫中并可以隨時進行查詢，大大提高了工作效率和檢測精度，具有很好的推廣價值。

［1］禹琳琳.基于激光測距技術的車輛寬高檢測系統的設計［J］.電子設計工程，2011，19（10）:103-106.

［2］張黎明，張毅，趙欣.基于TDC的激光測距傳感器飛行時間測量研究［J］.傳感器與微系統，2011，30（12）:71-74.

［3］施智勇，潘曉聲，張謙.利用延時法進行高精度脈沖激光測距［J］.光學精密工程，2014，22（2）:252-258.

［4］曲興華，戴建芳，張福民.基于激光測距的大尺寸測量應用研究［J］.儀器儀表學報，2009，30（3）:481-485.

［5］謝志鵬，卞春江，孟新.基于FPGA的激光測距控制系統設計［J］.微計算機信息，2009，25（3/2）:187，190-191.

［6］潘銀松，袁祥輝，林聚承，等.CMOS數字圖像傳感器研究進展［J］.重慶大學學報:自然科學版，2005，28（9）:16-18.

Development of vehicle load detection system based on measuring the deformation of shock absorber

HUA Xue-hui
（Foshan Polytechnic，Foshan 528000，China）

For intelligent vehicle equipment expensive，high detection system wide detection time，realize the rapid detection of overloaded vehicles weight，design based on the detection of deformation of the intelligent vehicle shock absorber load test system.This system uses 2-D laser pulse range-finding sensors of SICK company in German to measure vehicle load of shock absorber，through the form variables and shock absorber of the elastic coefficient to calculate the weight of goods，also designed the PC control software for real-time data transmission and processing.Through simulation and test datasheet in experimentation indicates that this system is real-time，precision and valuable.

load detection；laser sensor；shock absorber deformation；elastic coefficient

TN98

A

1674－6236（2016）16-0076-02

2015-08-08稿件編號：201508034

化雪薈（1976—），女，甘肅景泰人，碩士，高級實驗師。研究方向：電子產品智能控制及電磁兼容檢測。