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    動態地磅稱重精度的算法設計及應用

    車輛超速及超載是造成交通事故的一個重要原因,并且車輛超速、超載也會加速對公路的損壞,使得人們生命及財產安全受到極大危害,因此要求使用一些先進的手段,對車輛超限超載運輸問題做解決?;诖?,本文就計重收費系統與CW公路車輛超限動態檢測實際算法設計及應用做敘述。 
      動態汽車衡稱重是指對行駛狀態中的車輛進行稱重,與過去的靜態稱重相比,其具有效率高、節省時間,有效減少對道路交通影響等優點,但是實際實施過程中,因為干擾因素多、汽車行駛沖擊力大、稱重時間過短等影響,使得稱重精度大幅度下降,所以積極研究動態汽車衡稱重精度算法設計,以準確對車輛進行稱重,具有極為重要的實踐意義。 
      1.動態地磅稱重具體工作原理 
      CW動態地磅主要有稱重控制儀表、上位機、車輛分離器、數軸識別器及動態軸重衡等組成。整個稱重過程中,動態軸重衡通過對軸載進行稱量的方式以對車輛實際軸組及各軸稱量,進而計算出車輛總重量;而輪軸識別器則由幾個壓力傳感器共同構成,當車輛輪胎行駛過來時,車輛分離器利用同步掃描來對車輛經過開始與結束信號收集;而壓力傳感器則收集壓力信號與輪胎數量,通過計算機確定車輛與稱重數據一一對應;上位機則對智能路閘、音頻、視頻、聲光報警及顯示器等涉筆進行管理,此時通過計算機程序自動判定車輛是否超載超限,并自動生成、打印報表和控制中心完成通訊。 
      當車輛行駛過稱重車道時,實際車輛稱重分為以下幾步完成: 
     ?。?)車輛分離器對車輛進行識別,并啟動稱重程序,動態軸重衡對該軸軸載信息做收集,(2)對軸載信息做分析,獲得該車車軸是雙輪或單輪信息,然后利用稱重控制儀表做處理;此時車輛分離器對車輛尾部通過信息做檢測,并給出收尾信息;(3)系統將稱重時間、速度、速度變化、超限標志、軸數、每軸軸載、軸型、相鄰軸軸距等數據信息做合成,進而對這些數據傳輸。(4)上位機對收集到的數據根據特定的程序做處理,并對整車重量進行計算;(5)控制視頻設備對通過車輛做拍照,然后結合控制中心指定的收費標準進行對應收費計算,并且通過相應屏幕對車輛車型、車重、收費金額、是否超載等信息做顯示;(6)打印報表,出示給司機查看,如果發現車輛超載超限,此時聲光報警器發出報警;(7)交費結束之后,控制中心控制擋車欄桿開啟,允許車輛通行。 
      2.動態地磅稱重精度分析 
      由于整個汽車稱重過程是運動過程較為復雜,但是不難發現汽車通過稱重區域,傳感器接收到的作用力主要包括兩類,其一為車輛的本身靜態荷載,也就是車輛當前輪軸上本身所承擔的車輛重量而產生的荷載;其二是車輛行駛過程引起的一些動態荷載,也可以將其稱為瞬態荷載。產生動態荷載的原因有很多,但是經過研究及長期實踐發現,動態荷載主要包括如下三類: 
     ?。?)車輛本身情況而引起的一些振動導致的動態荷載;(2)由于稱重所在區域路面不平,導致的一些動態荷載;(3)車輛和稱重區域耦合而導致的一些振動造成的動態荷載。對于動態荷載來說,其是影響動態地磅稱重精度的最主要因素,要想更加精確的測得汽車真實靜態軸載,必須要最大限度的消除實際稱重過程中的汽車動態荷載。有關實驗表明,動態稱重信號實際信噪比較低,并且干擾噪聲幅值常常在真實軸重的五分之一或者更多。并且其成分也較為復雜,不但有串模干擾,而且有共模干擾,其頻率分布范圍也是極廣,從幾十赫茲到幾千赫茲不等。而使用差動放大器則能夠很好消除該過程中出現共模干擾,通過模擬RC低通濾波器可很好消除該過程中出現串模干擾,但是整個過程必須對濾波參數大小做折中考慮。參數越大,干擾消除效果越好,但是過大的參數必然會使得信號出現較大的延遲,并且該延遲還是與參數值成正比,因此實際車輛動態稱重可用性較小。參數越小,實時性越好,但是干擾消除效果必然變得很差,因此一定要使用一定的數字濾波方法對該干擾消除。因此實際上動態汽車衡稱重精度在一定程度上是取決于對數字信號的實際處理方法,高效優質的數字濾波算法能夠很好的實現動態地磅稱重精度提高的目的。 
      3.動態地磅稱重精度算法優化設計 
      動態地磅因為在戶外安裝,外界環境較為惡劣,各種電磁干干、沖擊、振動及溫度影響均會使得稱重基本算法受到影響,因此必須要對FIR濾波基本算法做一定優化改進,以提高濾波性能,保證動態地磅技術性能達到使用要求。 
     ?。?)在進行FIR濾波前,首先對采樣數據過濾一次,將其中的異常點處理掉,具體實施過程中,先隨機采樣兩個點,并對其是否異常進行比較,如果異常,則重新采樣。經過反復試驗及理論推導發現,對異常的判定應該這樣進行,如果兩個數值之差的絕對值比第一個數絕對值的10%還要大,該數值必然異常。這樣就有效消除了一些汽車高速通過檢測區顛簸而導致的尖峰信號數據。(2)得到兩個正常的數值之后,后續采樣均將該數值和上次數值進行比較,如第三次所得數值和第一步中正常數值的第二個數值進行比較,而仍然沿用第一步中的檢測方法,一則將異常數值消除,其二是保證了數據數量及采樣頻率不會受到影響[3]。(3)經過前兩個步驟的處理之后,此時發現稱重信號曲線,必然會變得更加平滑,測量準確度必然得到一定程度的提高,而為了進一步提高濾波精度,此時使用FIR二次濾波,實際操作中將濾波所得結果再次作為信號輸入,進而完成二次FIR濾波。(4)為了進一步降低其中的一些尖峰脈沖信息對稱重精度的影響,提高測量信號的平滑性,將二次濾波結束之后所得的數據,每12個數據中去掉一個最大值和最小值,并將這個10個數值信號求平均值,然后進行車輛重量計算。 
      4.優化后的動態地磅稱重具體應用 
      為了對使用優化算法之后的動態地磅技術性能做檢驗,特別根據《動態公路車輛自動衡器》中的國家規程要求對CW動態汽車衡做了檢定,檢定過程中三軸車輛使用了一兩前軸為單軸單輪、后軸為雙軸雙輪的汽車,該車加載了10t標準,在靜態環境下對該車稱重,前后軸重量分別為5620kg、18340kg,為適應優化算法之后的動態地磅在汽車時速為20km/h對該車整車稱重數據,通過數據對比,整車稱重誤差小于±1%,實現了很高的稱重精度要求。 
      5.結語 
      動態地磅作為公路計重收費與車輛超載超限檢測過程中重要技術設備,其穩定性和稱重精度一直制約著其廣泛的應用,而本文對動態地磅稱重通過FIR濾波優化設計算法,對稱重信號做一定處理,除去了其中的噪聲干擾,而實際應用證明該技術CW動態地磅在稱重穩定性和精度均有了很大提高。
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