一种车辆匀速运动下动态称重的方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种车辆匀速运动下动态称重的方法和系统，称重传感器获取动态称重数据信号，采用滑动平均法对动态称重数据作滤波处理，抑制秤台振动和车辆振动叠加以后产生的随机误差，得到滤波后的数据信号。但滑动平均法滤波本身会引起方法误差，因此再进行B样条最小二乘法计算，对滤波后的数据信号进行拟合，消除秤体振动信号，减少滑动平均滤波本身所引起的方法误差。最后将车辆上秤的原始动态称重信号和车辆刚下秤时的动态称重信号分别代入最小二乘拟合曲线进行最小二乘拟合，求取二者差值即为消除汽车振动和秤体振动后的动态称重信号。并且结合上述汽车振动特性，可计算出在车辆匀速运动下动态称重的系统中秤体承载器的长度范围。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及动态称重方法领域，特别涉及车辆匀速运动下的动态称重。
技术介绍
我国自2001年开始试行高速公路计重收费至今已达15年，至2011年我国已全面实行高速公路货车计重收费。近年来，动态称重设备经历了多次技术升级，依次为弯板、单台面秤、双台面秤、轴组秤与整车秤。长期以来，动态称重技术的主要研究方向通过延长秤体承载器长度，增大车辆称重时间来提高动态称重精度。从车辆匀速行驶的动态称重精度来看，目前整车秤已达到动态1级，基本满足了市场需求。但是也存在以下两个问题：一是没有从理论上分析秤体承载器长度，导致秤体越来越大，成本越来越高，占地面积越来越大，施工周期越来越长，通行效率也变差；二是占据大半市场的存量设备单台面秤、双台面秤的动态称重精度得不到有效提高，若更换已有设备成本又非常高。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术要解决的技术问题是提供一种车辆匀速运动下的动态称重方法，能够在不增加秤体承载器长度的情况下，提高动态称重精度。为了实现上述目的，本专利技术通过如下的技术方案来实现：车辆匀速运动下的动态称重方法的具体流程如下：步骤一：获取动态称重数据信号；步骤二：采用滑动平均法对动态称重数据作滤波处理，抑制秤台振动和车辆振动叠加以后产生的随机误差的影响，得到滤波后的数据信号；步骤三：采用B样条最小二乘法，对滤波后的滤波后的数据信号进行拟合，消除秤体振动信号，减少滑动平均滤波本身所引起的方法误差，并得到最小二乘拟合曲线；步骤四：车辆上秤的原始动态称重信号为y1(n)，车辆刚下秤时的动态称重信号为y2(n)，将y1(n)和y2(n)分别代入最小二乘拟合曲线，进行最小二乘拟合，并求取二者差值即为消除汽车振动和秤体振动后的动态称重信号。进一步的，步骤二对动态称重数据作滤波处理为：选择一个长度为N的数组，沿全长N个数据逐一小区间上进行不断的局部平均，得到滤波后的数据信号。进一步的，所述滤波后的数据信号输出为k＝n+1,n+2,…,N-n。进一步的，步骤三最小二乘拟合曲线为QC＝N(NTN)-1NTY。进一步的，最小二乘拟合曲线为插值于端点的最小二乘拟合曲线。进一步的，一种车辆匀速运动下动态称重的系统，包括称体承载器、称重传感器、滑动平均滤波器、单片机和上位机，称体承载器与单片机相连接其中称重传感器、滑动平均滤波器、单片机和上位机依顺次连接；称重传感器用于获取动态称重数据信号，滑动平均滤波器用于对动态称重数据作滤波处理，单片机用于对滤波后的数据信号进行拟合并计算出消除秤体振动后的动态称重信号，上位机用于显示和存储相关信号数据。进一步的，称体承载器的长度最小值为2.5m。进一步的，还包括计时开关和温度传感器，其中计时开关、温度传感器和滑动平均滤波器依顺次连接，用于探测称重环境的温度。进一步的，还包括输入模块，输入模块与单片机相连接，用于设置称重单位、分度值。专利技术的有益效果：本专利技术的一种车辆匀速运动下动态称重的方法和系统，称重传感器获取动态称重数据信号后，滑动平均滤波器采用滑动平均法对动态称重数据作滤波处理，抑制秤台振动和车辆振动叠加以后产生的随机误差，得到滤波后的数据信号。但滑动平均法滤波本身会引起方法误差，因此，再通过单片机进行B样条最小二乘法计算，对滤波后的滤波后的数据信号进行拟合，消除秤体振动信号，减少滑动平均滤波本身所引起的方法误差。最后将车辆上秤的原始动态称重信号和车辆刚下秤时的动态称重信号分别代入最小二乘拟合曲线进行最小二乘拟合，并求取二者差值即为消除秤体振动后的动态称重信号。最终得到的动态称重信号在上位机上显示并存储。动态称重的振动信号主要由稳态荷载、动态荷载及高频噪声三部分组成，其中动态载荷产生的原因主要是汽车振动和秤体振动，它是影响车辆动态称重准确度的关键因素之一，消除或减缓了汽车振动和秤体振动的干扰后，车辆匀速运动下的动态称重更加精准。并且结合上述汽车振动特性，可计算出在车辆匀速运动下动态称重的系统中秤体承载器的长度范围。附图说明图1为一种车辆匀速运动下动态称重的方法的流程图。图2为一种车辆匀速运动下动态称重的系统的原理图。具体实施方式为使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本专利技术。本专利技术公开了一种车辆匀速运动下动态称重的方法和系统，动态称重的振动信号主要由稳态荷载、动态荷载及高频噪声三部分组成。其中，动态载荷产生的原因主要是汽车振动和秤体振动，表现为低频周期动态载荷，它是影响车辆动态称重准确度的关键因素之一，使真实静态轴重信号淹没在各种复杂的动态轴重信号中，因此需要有效消除或减缓。车辆行驶通过秤台时，秤台和汽车均处于振动状态，使称重信号夹杂一个由于振动引起的波动分量，从而造成测量误差。为了便于数学分析，可以将汽车和秤体的振动力学模型等效为由弹簧、阻尼器组成的二阶系统。用二阶系统微分方程描述该系统为：公式(1)中m为汽车质量，f(t)为汽车振动载荷，K为汽车结构的弹性系数，C为汽车的阻尼系数，x为汽车振动产生的垂向位移。设系统的固有角频率阻尼比汽车的振动特性：汽车的阻尼非常小，可以忽略不计。假设汽车在外力作用下获得一向下的速度v0，代入初始条件可解得：由上述可得：汽车的振动是一个自由无阻尼振动，主要来于悬挂系统系统，而汽车的振动频率与汽车的质量、载重及弹簧刚度等因素有关，大约为2.5Hz～10Hz，振幅则与车辆速度和路面状况有关，其峰值一般为恒定分量的10％左右。秤体的振动特性：汽车上秤后，秤体受到的外力可看作阶跃函数f1(t)的汽车重力和汽车作无阻尼自由振动的力f2(t)，设ω0为秤体的固有频率，依据线性系统的叠加原理，分别求出在力f1(t)和力f2(t)的作用下的位移x1、x2，进而求出秤台的总位移为：其中W1＝mg，由此可看出，秤体衰减振荡的频率以及衰减幅度的大小与秤台的固有频率ω0、重量及阻尼有关，一般情况下，秤台的重量越大，衰减过程就会越慢，且振荡的频率也越低。秤体的振动频率和振幅与车辆轮胎状况和自身特性有关，频率大约为10～20Hz，振幅大约为恒定分量的5％左右。实施例1如图1所述车辆匀速运动下动态称重的方法，其具体步骤如下：首先，获取原始动态称重数据信号。其次，采用滑动平均法对动态称重数据作滤波处理，抑制秤台振动和车辆振动叠加以后产生的随机误差的影响，得到滤波后的数据信号。其中，对动态称重数据作平滑和滤波处理为：选择一个长度为N的数组，沿全长N个数据逐一小区间上进行不断的局部平均。对于N个非平稳数据，视之为每m个相邻数据的小区间内是接近平稳的，即其均值接近于常量。滤波后的数据信号输出为：然后，采用B样条最小二乘法，对滤波后的滤波后的数据信号进行拟合，消除秤体振动信号，减少滑动平均滤波本身所引起的方法误差，并得到最小二乘拟合曲线。设有m个平面有序数据点集对应参数向量R＝{r0,r1,r2…，rm-1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种车辆匀速运动下动态称重的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：获取动态称重数据信号；步骤二：采用滑动平均法对动态称重数据作滤波处理，抑制秤台振动和车辆振动叠加以后产生的随机误差，得到滤波后的数据信号；步骤三：采用B样条最小二乘法，对滤波后的数据信号进行拟合，消除秤体振动信号，减少滑动平均滤波本身所引起的方法误差，并得到最小二乘拟合曲线；步骤四：车辆上秤的原始动态称重信号为y1(n)，车辆刚下秤时的动态称重信号为y2(n)，将y1(n)和y2(n)分别代入最小二乘拟合曲线，进行最小二乘拟合，并求取二者差值即为消除汽车振动和秤体振动后的动态称重信号。

【技术特征摘要】
1.一种车辆匀速运动下动态称重的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：获取动态称重数据信号；步骤二：采用滑动平均法对动态称重数据作滤波处理，抑制秤台振动和车辆振动叠加以后产生的随机误差，得到滤波后的数据信号；步骤三：采用B样条最小二乘法，对滤波后的数据信号进行拟合，消除秤体振动信号，减少滑动平均滤波本身所引起的方法误差，并得到最小二乘拟合曲线；步骤四：车辆上秤的原始动态称重信号为y1(n)，车辆刚下秤时的动态称重信号为y2(n)，将y1(n)和y2(n)分别代入最小二乘拟合曲线，进行最小二乘拟合，并求取二者差值即为消除汽车振动和秤体振动后的动态称重信号。2.根据权利要求1所述的一种车辆匀速运动下的动态称重方法，其特征在于：所述步骤二对动态称重数据作滤波处理为：选择一个长度为N的数组，沿全长N个数据逐一小区间上进行不断的局部平均，得到滤波后的数据信号。3.根据权利要求2所述的一种车辆匀速运动下的动态称重方法，其特征在于：所述滤波后的数据信号输出为4.根据权利要求1所述的一种车辆匀速运动下的动态称重方法，其特征在于：所述步骤三最小二乘拟合曲线为QC＝N(...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜长东，黄丹，熊山山，唐练，朱世宇，
申请(专利权)人：重庆市华驰交通科技有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50