高速公路稱重收費系統組成及其工作原理

賈桂福

摘 要：隨著經濟的高速發展，經濟對交通運輸的依賴也越來越高，公路運輸已經成為最重要的運輸方式之一。開發出車輛在行駛中進行稱重并且準確性高、造價低、外界因素影響較小的稱重技術，對當前公路運輸行業和經濟發展具有深遠意義。文章論述了高速公路稱重收費系統組成與工作原理。

關鍵詞：計重收費；稱重系統；數據處理

高速公路收費站不停車稱重收費系統工作原理是，車輛在行駛通過稱臺時，車輛分離器將行進的車輛按照車輛的車軸數分離為單個目標，運動或靜止中的每個單軸由軸重儀進行稱重，并且累加每個單軸重量，最終得出車輛的總重量。車輛識別裝置對車輛的輪胎寬度和輪胎個數進行識別，判斷出車輛類型和車軸類型，同時得到按車輛類別預先設置的車載超限限值，與軸重儀稱量車輛總重量進行對比，判斷車輛是否超重和超重重量，根據車輛重量和超重重量，通過相關規定計算出該車通過收費站應繳費用。它主要由以下幾個部分組成，見圖1。

1 稱重儀

稱重儀是通過稱量單軸重量并累計整車軸組重量的車輛稱重設備。工作原理是稱臺連接壓力傳感器，壓力傳感器由試件、電阻應變片、引線和外部殼體組成。被稱重車輛駛入稱臺時，試件受到車輛的重力作用發生變形，車輛的重力即是試件所受壓力，此壓力與試件變形成正比關系，試件與電阻應變片粘貼在一起，試件的變形使電阻應變片產生與之對應的變形，電阻應變片的電阻值產生變量， 電阻應變片連接到供橋電路中，電路輸出端產生的電壓與壓力成正比。通過電壓變化量和換算，得到稱臺所受承載力值，完成稱重計量。

2 車輛分離器

車輛分離器能夠完成車輛與檢測數據對應的關系，這種對應關系是稱重系統必不可少的功能。其原理是，車輛采用紅外線分離，紅外線收發裝置接受和發射直線紅外光柵，當無車輛遮擋收發點紅外線連線時，接收器收到信號，當有車輛遮擋時紅外線連線被阻斷，接收器無法接收信號。在收費站通道中，待檢車輛經過車輛分離器時，紅外光柵被全部（車廂）或部分（拖掛車車廂之間的連接體）被阻隔，車輛檢測開始，車輛完全通過車輛分離器時，紅外光連線無阻隔信號收發正常，車輛檢測結束。如果兩輛車同時停在稱重臺，就會出現前一輛車還未駛出稱臺，后一輛車便駛入稱臺的情況，這時利用紅外線檢測器和傳感器采集波形信號并進行分析，有效分離兩個車輛的數據，其原理如圖2所示。利用檢測波形，依據重量參數，系統都可以準確無誤地判別出待檢車輛是跟隨車或是拖掛車，并且判斷被檢車輛是否單軸或是多聯軸。

3 輪胎識別器

采用多組行程開關對車輛的輪胎寬度和輪胎個數進行識別，其識別原理如圖3所示，當滿足“傳感器間隙<最小輪胎間隙”時，系統便能有效地測量出汽車的輪寬以及輪胎間隙。其中，最小輪胎間隙根據車輛統計而來。

4 中央控制器

采用單臺面的軸計量方式，在有效的秤臺寬度內如何得到更高的計量精度是一直在努力研究的方向。當車輛勻速通過稱重臺時，系統計量的精度是由在有效計量時間范圍內控制器采集數據的速率來確定的，處理器內存的大小，單片機的運行速度也是能夠影響計量精度的因素。根據現場經驗以及采數精度的要求，選用工業控制方式，采用高速采集卡對A/D轉換的數據進行采集，如果能夠保證20000次/秒的采樣頻率，理論上計量精度的誤差就可以控制到小于千分之一。目前在車速不大于5公里/小時的低速狀態下，測量精度可以達到千分之三的誤差范圍以內。

5 模擬判別和數據處理

數據采集、預處理、設備自檢、數據處理、計算、顯示、打印、存盤等任務的完成依賴計重收費系統的數據處理單元，該單元為中央控制系統的軟件部分。判別方式采用全模擬判別，判別原理如下，假設三軸貨車以勻速通過稱重臺面，則整個受力波形如圖4所示，其中A、G段為空秤段。顯然，D段即為我們所要得到的汽車重量。汽車重量靜態稱重軟件的目的是完成靜態標定及汽車的靜態稱重等工作，靜態稱重軟件包括數據采集濾波，均值顯示等。動態稱重軟件是把靜態重量加以速度補償處理，得到車輛和載重的實際應得的稱量重量。模擬判別和數據處理是稱重系統的核心部分，完成了稱重過程中的數據采集、數據處理以及數據上傳的功能。

6 動態稱重設備的安裝

稱重設備采取前置式安裝即收費前進行檢測，根據車輛技術規范，貨車總長應小于18米，為保證車輛在到達收費亭前完成計量，收費島的長度要適當延長，還應考慮駕駛人員通過軸重儀時對車輛的控制。車輛在完成加減速、轉向等動作后駛入收費車道，此時車輛處于不平衡狀態，容易產生檢測誤差，建議傳感器安裝在進入收費車道5米處，傳感器距離收費亭中心線的距離應大于l8米，所以收費島前端相距收費亭中心線的距離為30米。收費站每個收費車道使用一套稱重系統，并排放置，稱重臺面末端裝有紅外線收發裝置，稱重處理器機箱裝在收費島上。數據采集和中央控制系統安裝在收費島上，最好在收費亭內。

參考文獻

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