汽车衡厂家关于弯板式动态轴重秤应用研究
本文对动态称重的发展进行了简要介绍，对目前公路上使用较多的弯板式高速动态轴重秤的结构和原理进行了介绍，对影响轴重秤动态称量误差的因素进行了分析，并对如何降低动态误差给出了建议.
0引言
由于动态称重系统具有称重效率高的优点,汽车动态称重系统在公路现代化管理中的应用越来越普遍。弯板式高速动态轴重秤是目前公路上动态称重系统采用最广泛的称重衡器之一,弯板式动态轴重秤根据原理分为剪切梁式弯板动态轴重秤和弯曲梁式弯板动态轴重秤。弯板式动态轴重秤集支撑、秤台、称重传感器于一体,结构紧凑,具有响应快、体积小、重量轻、使用寿命长的优点。称重板结构的一体化设计使得轴重秤的工作可靠性得到提高,抗振动、抗冲击能力得到加强。但是由于高速动态轴重秤的结构特点,其称量准确度不如静态衡器,其原因在于车辆通过秤台时速度快,车辆与秤台接触时间短,秤台受轮胎作用力时间短,秤台传感器采样周期不全,使得其称重误差较大。此外,在称重过程中,秤台称重准确度会受到外界振动引起的干扰影响进一步降低,这些振动既有与车辆自身结构有关的周期振动,也有运动状态改变引起的随机振动。另外,当汽车行驶速度较快时,这些振动幅度得到加强,轴重秤准确度将越来越差。
1公路车辆动态称重的发展
汽车运输能实现门到门的运输,具有快捷、灵活、方便的优点,因此汽车运输是生活物流中最主要的运输方式之一。随着经济社会的迅猛发展，汽车运输规模越来越大，公路变得越来越繁忙，其相应的公路管理和养护成本变得越来越高。有研究表明车辆对路面的破坏作用与车辆轴载质量的4次方成正比。特别是超载车辆，不仅使用公路、桥梁及其附注设施遭到严重损坏，而且容易造成交通事故，使人员生命安全受到伤害。由于汽车称重能及时为公路管理部门提供车重信息，因此汽车称重在公路管理中的地位越来越重要。
根据车辆称重时的运动状态可以将称重分为两个大的范围：静态称重和动态称重。静态称重，即车辆在静止的情况下，使用静态称重衡器称出车辆的总重或轴重(轮重)。静态称重具有称重准确度高的优点，但其响应慢、称重时间长，影响车辆通行效率。动态称重即车辆称重时保持一定的速度通过称重衡器，得到车辆的轴重(轮重)或总重。相比于静态称重，动态称重准确度不高，但其响应速度快、车辆通行效率高。为了满足日益繁忙的公路称重需求，动态称重将是公路管理者的最理想选择。动态称重可广泛应用于自动交通调查收费系统，交通安全管理场合，对实现交通运输管理的现代化具有巨大的促进作用。
动态轴重秤是公路称重中应用最为广泛的一种称重衡器，其核心部件为秤台(含称重传感器)及动态称重仪表。根据秤台结构型式的不同，又可分为秤台式轴重秤、弯板式轴重秤、一体化轴重秤、压电石英式轴重秤、汽车衡及轴重仪等其各自的特点和使用范围如表1所示。
随着称量技术的不断提高，动态称重系统的准确度有了很大的提高，考虑到各种使用因素和经济性，弯板式动态轴重秤越来越受到重视，应用也将越来越广泛，这里主要对弯板式动态轴重秤的结构进行介绍。弯板式动态轴重秤根据原理不同又可分为剪切梁式弯板动态轴重秤和弯曲梁式弯板动态轴重秤、弯板式动态轴重秤集支撑称重于一体，结构紧凑，体现了电子衡器体积小、高度低、重量轻的发展方向。由于其秤台本身就是一个大型称重传感器，可以完全按照已经成熟的称重传感器制造工艺进行生产加工，因而称量准确度和工作可靠性高

通过合理的结构设计和偏载误差修正，秤台抗偏心载荷的能力得到了提高。由于秤台是一个整体结构，无任何活动环节，抗振动、抗冲击能力增强，减少了动态测量时由于各种谐波组成的动态分量，降低了称重仪表对输出信号处理的要求。
2.弯板式动态轴重秤
2.1动态轴重秤传感器结构
2.1.1剪切梁式弯板动态轴重秤
此类型的弯板动态轴重秤称重时，测量的是轮胎压在秤台上时秤台顶部与底部之间当时的剪应力引起的拉、压成双的主应力、剪切型称重板为LY12硬铝合金板，工艺过程为冷拉加工，并经过固熔热处理和人工时效处理，硬度高、不易变形、抗冲击能力强，在铝合金板的底部，进行合适宽度凹陷区域的加工，沿铝合金板宽度方向进行加工，长度方向上由于两侧的相对凸出，则形成了有足够面积的承力支撑区，这样就完成了秤台传感器的主体结构。再在靠近两侧支撑的区域内，平行于支撑加工出两排大小相同、间隔相同的盲槽，这样就形成了若干根与支撑相垂直的剪切梁，在称重过程中这些剪切梁共同承受车辆驶过或停在秤台上时产生的动态或静态载荷。在盲槽形成的剪切梁的侧面粘贴单剪切型电阻应变计，分别测量剪切梁的正、负主应变，再把应变方向相同的电阻应变计串联在一起，按一定的电桥组成原则组成惠斯通电桥电路，整个称重板就成为一个完整的大型板式称重传感器。其结构如图1所示。

2.1.2弯曲梁式弯板动态轴重秤
弯曲型称重板测量的是车轮压在称重板上的弯曲应力弯曲型称重板与剪切型称重板不同，其设计要求是刚度大、变形小、动态响应速度快所以其称重板在机械加工后不必进行热处理。它的外形与剪切型称重板相同，其结构如图2所示。由于弯曲型称重板的工作原理是测量称重板承受车辆载荷是弯曲应力，所以和剪切梁结构不同的是，作为称重板应变区的盲槽为两对平行于支撑的长盲槽，在四个长盲槽内沿称重板的长度方向，等间隔地粘贴上若干个单轴电阻应变计，这样就在电阻应变计粘贴的截面构成若干根弯曲梁。为测量车辆驶过秤台或静止在秤台上的弯曲应变，应使单轴电阻应变计的方向垂直于支撑面，将每个个长盲槽内的电阻应变计串联在一起组成惠斯通电桥电路，这样就完成了弯曲板式电子轴重秤的主体部分。

2.2动态轴重秤系统组成
现以ZDG-30-WZ高速动态轴重秤为例，对轴重秤系统的组成进行介绍.ZDG-30-WZ高速动态称重系统是本公司专门为公路上高速动态称重设计的系统，可以自动检测过衡车辆的轴重、轴组重、总重、车速车型等数据，自动判断车辆上限，检测数据通过串口上传至高速动态处理计算机，完成对行驶车辆的超限判断。该系统具有高灵敏度、动静两用、高分辨率、工作稳定可靠的特点。ZDG-30-WZ高速动态称重系统主要包括物理部分和电气部分，物理部分主要包括弯板式传感器和地感线圈，电气部分主要包括AW1000称重显示器、数据控制处理单元等，称重系统组成，如图3所示。

每条道路安装两个轴重秤秤台，并排安装，秤台的两传感器位于一条线，可以避免称重时车轮数据丢失。在轴重秤秤台前后安装有地感线圈，地感线圈既用作车辆速度检测器，也为车辆称重检测提供开始和结束信号。在轴重秤的前方安装摄像机，对经过轴重秤的车辆进行拍照取证，在称重系统的前方安装有大屏幕，对有超载超限嫌疑的车辆信息进行显示，并指示车辆进入复测区进行复测，复测区所用的称量衡器为静态电子汽车衡。
3.动态误差影响因素分析
相比与静态称重方式，动态称重具有称量速度快、车辆通过效率高的优点，对实现公路交通
运输智能管理非常有意义。但动态称重时，称量态称量过程会受到各种随机不确定因素（包括汽车结构、汽车运动状态、路面状况等引起的振动）的干扰。难以实现高准确度的动态秤量。下面就对影响动态秤量准确度的因素进行分析，并对引起误差的原因进行分析，给出相关的解决建议，根据目前的研究分析：主要有一下2个方面因素导致动态称量误差过大:(1)信号采样不全(2)秤台受到振动干扰。
3.1信号采样不全引起的动态误差
目前动态称重传感器的形式主要是依靠剪切弯曲变形产生应变的压力传感器和压电类传感器在进行动态称重时，秤台受轮胎作用力时间短，而这两类传感器需要的采样周期较长，所以造成信号采样不全，响应速度较慢，对于高速车辆称重容易造成误差过大，另外，压电类传感器在使用过程也容易受电磁干扰，所以对动态误差影响较严重，目前的应对办法是开发新型传感器，比如基于MicheLson干涉仪的动态称重系统，提出了一种基于双轴光纤光栅动态称重传感器的称重系统，及基于光纤微弯传感器的汽车动态称重系统等。这类传感器采样周期短、响应速度快，这些新型传感器的应用，使得高速称重准确度得到了不同程度的提高。
3.2秤台受到各种振动干扰引起的动态误差
对所存在的振动进行分类整理，大致可将振动分为以下3类。
3.2.1车辆自身结构引起的规律性振动
主要是由汽车在行驶过程中车辆部件周期性振动产生的，这类振动包括发动机偏心转动引起的周期性振动、轮胎花纹引起的周期性振动等。
3.2.2汽车运动状态改变引起的随机振动
汽车的运动，从广义上来讲，不仅只有沿行驶方向上的运动，而是在所有方位上都存在着各
种不同形式的运动，比如车辆忽左忽右的摇头运动、车辆忽上忽下的点头运动以及前后、左右、上下的平移运动，这些运动都会引起秤台的振动。
除了上述的随机振动外，路面的粗糙。不平整也能引起车辆的随机振动，比如路面的凸凹不
平和高低起伏等。另外，汽车行驶过程中的汽车与地面会有耦合作用，耦合作用也能给车辆秤台带来随机振动，导致动态称量准确度下降。
此外，还有其他一些随机振动，比如油料燃烧的不均匀引起的随机振动等。
3.2.3由冲击载荷引起的偶然性剧烈振动
此类振动主要是由汽车运动状态的突然发生变化和其他一些偶然因素引起的，比如司机在车速很快的情况下通过秤台时司机猛踩刹车。秤台前路面的突然起伏，使汽车跳离路面然后砸向秤台等。
以上这些振动有些是无法消除的，比如车辆自身结构引起的规律性振动。但有些是可以通过规范司机的驾驶行为和改善安装环境来降低甚至消除的，比如汽车运动状态的突然发生变化引起的冲击振动和路面表面的凸凹不平和高低起伏等地面不平整度引起随机振动。另外，这些振动的幅度都会随着车速的增加而增大，这也是为什么随着速度的增加，测量值越来越偏离真实值的原因。
4.结束语
随着公路现代化管理的需要，由于高速动态轴重秤称量的高效率，应用越来越广泛但是高速动态轴重秤受客观环境的限制，其准确度受到影响:一是由其自身条件限制的，比如秤台受轮胎作用力时间短，采样周期不全，这可以通过研发新的传感器类型进行改善;二是称重过程中秤台会受到各种振动引起的干扰的影响，这些振动既有与车辆自身结构有关的周期振动，也有与车辆运动状态改变有关的随机振动。这些振动有些是无法消除的，按其中的某些振动是可以通过规范司机的驾驶行为和改善安装环境来降低甚至消除的。