冗余轮轴识别技术在整车式动态地磅上的应用
自货车实行高速公路计重收费以来，车辆计重收费主要依据车辆轴型、自身重量以及行驶路程等因素。在动态称重技术日益成熟的今天，传统轮轴识别技术存在传感器容易损坏、整个系统装置故障率高且安装铺设困难等问题，而冗余轮轴识别技术则可有效解决上述问题，且可有效降低货车计重收费过程中的纠纷，提高收费站通行效率。介绍冗余轮轴识别技术配合整车式动态计重系统在酉沿高速公路重庆段收费站的应用，对冗余轮轴识别技术的可靠性和先进性进行有效验证。
货车计重收费自 2001 年 9 月在天津彩虹大桥率先实施以来，经过多年的研究与发展，先后经过静态、轴载、整车等几种计重方法，其中轴载和整车属于动态计重。根据交通运输部 2005 年发布的《关于，收费公路试行计重收费的指导意见》 计重收费依据主要是车辆轴型和车辆载荷，而冗余轴型识别技术就是一种车辆轴型识别方法，其主要用于动态计重地磅中以识别货车轴型，为计重收费提供准确的轴型数据。本文介绍了酉沿高速公路重庆段计重收费系统中大量采用了带冗余轮轴识别技术的整车式计重系统，其成功应用有效验证了冗余轮轴识别技术的可靠性和先进性。

1.工程概况

酉沿高速公路是西部民族地区扶贫公路，也是重庆市“三环十射三联线”高速公路网规划中的六射支线，是黔东北地区通往鄂、豫等地区和长江沿线的重要交通转换通道，是渝黔两地重要连接通道。
其重庆段起于重庆酉阳城南小米坑落水洞附近，与贵州省沿河至榕江高速公路相连，全长 30. 74 km,设计速度 80 km /h，双向 4 车道.
酉沿高速公路通车后，将串起张家界、武隆、桃花源、乌江画廊精品线路游，其将为酉阳打通连接黔东北的交通阻隔，成为渝黔地区经济推动力。
2 .常见轴型识别技术介绍
目前常见轴型识别技术主要有轮板式传感器轮轴识别器和压电传感器式轮轴识别器 2 类。这 2 类轮轴识别器的检测原理基本相同，只是使用的传感器有所不同。
2. 1  基本检测原理
目前，常见的 2 类轮轴识别器根据车道宽度的不同，轮轴识别器长度主要有 1. 6 和 2 m 两种规格,其分别由均匀分布的 12 和 16 个传感器组成，传感器间隔约 120 mm。轮轴识别器基本结构如图 1所示。

根据 GB /T 2977—2008《载重汽车轮胎规格、尺寸、气压与负荷》的规定，轮胎断面宽度范围为127 ～ 457 mm，最小双胎间距为 146 mm 且随着轮胎断面宽度的增加而加大。轮轴识别器要准确判断出轮轴是单胎或双胎，则需要轮轴识别器的传感器间距满足以下要求: 最小断面宽度的轮胎能至少压 1个传感器，最小双胎间距之间至少有 1 个传感器不承受压力。
轮轴识别器的传感器中心间距为 120 mm，这样就能保证最小断面在 127 mm 单胎通过时至少有 1个压力传感器能够受力，保证不会出现轮胎从传感器间距中间通过而漏掉检测的现象，同时也可保证146 mm 最小双胎间距在双胎通过时其中间至少有1 个传感器不会受力，从而准确检测车辆每根轴的轮胎数量.轮轴识别器传感器受双胎或单胎压力示意图如图 2 所示。

在轮轴识别器处理单元检测出车辆每根轴轮胎数量后，轮轴识别器处理单元依据国家强制标准 GB1589—2016《道路车辆外廓尺寸、轴荷及质量限值，对车辆轴型与轮轴轮胎数量的相关规定进行综合处理，计算车辆的轴型类别。
2.2轮轴识别器简介
2.2.1轮板式传感器轮轴识别器
轮板式传感器轮轴识别器一般采用载荷 2 t 或3 t 的轮板式传感器，其衩均匀固定在轮轴识别器结构箱体内，如图 3 所示。

这类轮轴识别器最早使用，但存在寿命短、施工开挖大、维护困难等缺点。
2. 2. 2  压电传感器式轮轴识别器
压电传感器式轮轴识别器一般采用压电电缆或压电陶瓷制成，即将压电材质先封装在一个类似轮式传感器外观的钢体内，钢体示意如图 4 所示。钢体上压板有一定的活动范围，当上压板受力挤压压电材料时，压电材料就会产生电荷电压，处理单元通过对电压信号的采集及处理。来识别轮轴轮胎数; 然后再将封装好的传感器均匀分布在凹型型材内，并用特殊封装胶密封而成。国内某厂家生产的轮轴识别器外观如图 5 所示。

这类轮轴识别器较轮板式轮轴识别器其寿命有所提高，但仍然存在开挖路面、维护困难等问题。
3.冗余轴型识别技术
3.1冗余轴型识别技术原理
根据 GB 1589—2016《道路车辆外廓尺寸、轴荷及质量限值》规定，并装双轴的轴距在 1 ～ 1. 8 m之间，双前桥货车两轴之间的距离在 1. 8 ～ 2. 15 m之间。冗余轴型识别技术正是利用了上述这一特征，把 2 条压力传感器埋设距离设为 2. 2 m。这样根据车辆通过压力传感器所产生的波形及时序，通过软件的冗余数据处理，经软件自动识别，就能很容易地判断出车辆通过传感器是双前桥、双联轴还是三联轴。压力传感器铺设如图 6 所示。

单轴、双联轴、三联轴、普通两轴汽车通过传感器的波形如图 7 所示。

从图 7 可以看出，不同轴型通过传感器后，传感器波形差异还是很明显的。在安装传感器时，设传感器埋设距离为 2. 2 m，车辆通过传感器后每个传感器上都会产生波形。2 个传感器第 1 个波峰之间的距离就是传感器埋设的间距，每个传感器第 1 个

波峰和第 2 个或第 3 个波峰之间的距离就是轴距。根据 2 个传感器中波形产生的时间序列，就能判断出当前通过车辆是双联轴、三联轴、双前桥还是普通轴。

将传感器信号放大并进行 AD 采样后，对传感器波形的数字信号进行数字滤波，并利用软件对波形的时序进行冗余处理。设 1 辆车分别通过 2 个传感器，其共产生了 2n 个波形，第 1 个传感器到第 2
个传感器的波形时间序列由小到大排列为:
t11 ，t12 …t1n，t21，t22 …t2n ，设 k 初始值为 1。

软件通过如下步骤进行判断:
S1: 若 k ＜ n，且 t1k ＜ t2k ，则转入 S2; 否则结束判断。

S2: 若 t1k ＜t2k ＜t1k+1 ＜t2k+1 ，则为普通轴，此时 k = k+ 1，转入 S1; 若 t1k ＜t1k+1 ＜t2k ＜t2k+1 ，则转入 S3。

S3: 若 t1k ＜t1k+1 ＜t1k+2 ＜t2k ＜t2k+1 ＜t2k+2( t1k ＜t1k+1 ＜t2k ＜

t1k+2 ＜t2k+1 ＜t2k+2 ) ，则为三联轴，此时 k = k+3，转入 S1; 否则为双联轴，此时 k = k+2，转入 S1。
利用上述的算法计算判断出轴型后，结合称重 设备的光栅、线圈等信号就能判断整辆车的轴型类别。
3.2 冗余轮轴识别技术在整车式动态地磅上的应用
目前计重收费系统大多采用整车式动态汽车衡，为了解决车辆同上同下的问题，基本都在整车式动态汽车衡秤体两端铺设了 1 条称重触发器。冗余轮轴识别技术正是借助于该触发器，在距上秤触发器 2. 2 m 处增加了 1 条相同的触发器，如图 8 所示。触发器在秤体生产时由厂家直接安装好，现场无需额外开挖路面。这类触发器一般采用更大量程的称重传感器，因此解决了传统轮轴识别器中称重传感器量程小且易损坏的问题。

3.3与其他轴型识别器对比
根据前期研究及使用情况，本文对各类轮轴识别器的多个参数进行了对比，结果如表 1 所示。
由表 1 可以看出，冗余轮轴识别技术采用复杂的软处理算法，解决了安装破坏大、维护性高等问题，在降低产品成本的同时保证了轮轴识别精度。

4.冗余轴型识别技术在酉沿高速公路中的应用

酉沿高速公路重庆段收费车道计重设备采用了冗余轮轴识别的整车式动态称重系统，自 2016 年 6月 15 日开通以来，整个系统运行良好。根据主线收费站不完全统计，冗余轮轴识别器对车辆轴型识别准确率超过 99. 8%。

5.结束语

本文主要介绍了冗余轮轴识别技术的技术原理及其在酉沿高速公路重庆段整车计重收费系统上的应用。整车计重收费系统借用现有计重设备部分传感器信号通过冗余轮轴识别技术的软件处理得到车辆的轮轴识别结果，在保证轮轴识别精度的同时节约了产品成本，且安装时无需开挖路面，减少了对路面的破坏。