CN104568095B - 汽车车载称重方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种汽车车载称重的方法，能够便捷、实时地测量车载货物质量。该种汽车车载称重方法，其包括如下步骤：在车桥上加装多个应变式传感器；在车箱不同位置依次加装测试体，并读取每次加装时各传感器读数；根据测试体质量数组、传感器读数数组和各传感器的分配系数数组构成超静定方程，通过求解该超静定方程的最小二乘解获得各传感器的最佳分配系数；在车厢的任意位置依次加装测试体，记录每次加装测试体的实际质量，并读取每次加装时所对应的各传感器读数，确定每次加装的测量误差；进行多项式拟合，确定测量误差值与测量质量之间的关系，根据实际载货的测量质量与载货的测量误差之和得到实际载货质量。

Description

汽车车载称重方法

技术领域

本发明涉及一种汽车车载称重的方法，属于车辆机电一体化领域。

背景技术

目前，车辆装载货物的质量只能在衡器上称重获取，车辆自身无法判断。很多情况下，由于无法便捷地获取实际的货物质量，在国家“治理超载”的情况下，往往由于超载造成车辆无法正常上路行驶。同时掌握货物质量在运输过程中的变化情况对货物的安全运输以及车队的管理也十分有益，因此急需开发一种车载称重系统，能便捷、实时地得到货物质量并能全程跟踪货物质量的变化情况，已满足市场需求。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明旨在提供一种汽车车载自称重方法，能够便捷、实时地测量车载货物质量。

为了解决上述问题，该种汽车车载称重方法，其包括如下步骤：

在车桥上加装多个应变式传感器；

在车箱不同位置依次加装测试体，并读取每次加装时各传感器读数；分别构成测试体质量数组M₁和传感器读数数组N₁；

根据测试体质量数组M₁、传感器读数数组N₁和各传感器的分配系数数组S构成超静定方程：N₁·S＝M₁，通过求解该超静定方程的最小二乘解获得各传感器的最佳分配系数；

模拟实际装货情况，在车厢的任意位置依次加装测试体，记录每次加装测试体的实际质量M₂，并读取每次加装时所对应的各传感器读数N₂，

根据公式：m＝S·N₂确定每次加装测试体的测量质量m；根据公式：δm＝M₂－m确定每次加装的测量误差δm；

对每次加装测试体的测量质量m和每次加装测量误差δm进行多项式拟合，确定测量误差值与测量质量之间的关系：其中该公式中的a_K为拟合多项式系数；以及

根据实际载货的测量质量与载货的测量误差之和得到实际载货质量。

优选地，还包括步骤：

当测量汽车行使时的实际载货质量时，对所述各应变式传感器的信号进行低通滤波处理，使其输出信号为近似的静态信号，且其低通滤波的截止频率为一个预设值f；

当所测得称重数据在一个的规定时间t内的变化量大于一个规定值b时，显示本次测得称重数据；否则显示上次测得称重数据。

将测得的称重数据通过车身CAN总线在车载组合仪表上显示。

优选地，所述截止频率预设值f为0.001～0.005H_Z；所述规定值b为7～50Kg；所述规定时间t为3～9s。

优选地，分别在前桥、中桥和后桥的两端加装两个应变式传感器；该应变式传感器通过螺栓和支架与车桥连接，或者在车桥上预先加工凸台与螺纹孔，应变式传感器通过螺栓固定在该凸台上。

优选地，在车箱的四角和中心依次加装测试体；或者在车箱的前排、中排和后排依次加装测试体；所述测试体为测试砝码或测试块。

更优选地，所述拟合多项式系数a_K中的K为2～4。

本发明的有益效果是：在车辆前轴，中、后桥的形变与载荷之间存在确定的对应关系，通过现场标定及特定的数据处理软件的方法获取车辆的实际的装载质量，当车辆行驶时，利用低通滤波的方法获取传感器的静态信号，从而对货物质量实现全过程监控，本发明实现了货物称重的车载化，为货物的称重提供了一种非常便捷的方法；本发明实现了对货物质量的全程监控，为货物的安全运输提供了保障。

附图说明

图1为本发明的汽车车载称重方法的流程图；

图2为本发明的应变式传感器的安装结构示意图；

图3为本发明的在车箱加载砝码的一种实施例的示意图；

图4为本发明的在车箱加载砝码的又一种实施例的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步地说明。

本发明的汽车车载称重方法，该方法的原理和整体思路为：当装载货物时，车辆的前轴(前桥)和中、后桥受力发生变形，这种变形会随货物质量的增大而增大，并呈一一对应的关系。基于这种一一对应的关系，在车辆前轴(前桥)和中、后桥上加装应变式传感器，当装载货物时，应变式传感器测量其与前轴(前桥)和中、后桥相连接的两点的相对位移，并将这种位移信号通过传感器和控制器转变为数字信号，通过下面给出的方法确定各传感器输出信号与加载的货物总质量之间的函数关系，从而实现货物称重的车载化。如图1所示，其包括如下具体步骤：

步骤101：在车桥上加装多个应变式传感器。可以分别在前桥、中桥和后桥的两端加装两个应变式传感器，总共六个传感器。如图2所示，该应变式传感器可以通过螺栓和支架与前桥连接，或者直接在车桥上预先加工凸台与螺纹孔，将应变式传感器通过螺栓固定在该凸台上。

步骤102：在车箱不同位置依次加装测试体，并读取每次加装时所对应的各传感器读数。具体的，如图3所示，可以在车箱的四角和中心依次加装测试体。或者如图4，在车箱的前排、中排和后排依次加装测试体。该测试体可以为测试砝码或测试块。将所得数据分别构成测试体质量数组M₁和传感器读数数组N₁。

步骤103：根据测试体质量数组M₁、传感器读数数组N₁和各传感器的分配系数数组S构成超静定方程：N₁·S＝M₁，通过求解该超静定方程的最小二乘解获得各传感器的最佳分配系数，其中S为各传感器的分配系数数组。

步骤104：之后，模拟实际装货情况，在车厢的任意位置依次加装测试体，记录每次加装测试体的实际质量M₂并读取每次加装时所对应的各传感器读数N₂。该步骤中的加装方式与步骤102的加装方式不同，该步骤中的加装方式是模拟真实货物的加装，体现随机性和真实性，旨在确定误差值与载货质量之间的关系。而步骤102中的加装方式是在货箱的各极限位置加载，旨在消除系统的“四角误差”，即确保对于相同的货物而言，系统的测试数据不因放置位置的不同而不同。

步骤105：根据公式：m＝S·N₂确定每次加装测试体的测量质量m。根据公式：δm＝M₂－m确定每次加装的测量误差δm。

步骤106：对每次加装测试体的测量质量m和每次加装测量误差δm通过公式：进行多项式拟合，形成m与δm之间的函数关系，从而确定测量误差值与测量质量之间的关系。其中该公式中的a_K为拟合多项式系数，该系数的K可以为2～4。

步骤107：当汽车行使时，进行载货质量测量时，对所述各应变式传感器的信号进行低通滤波处理，使其输出信号为近似的静态信号，且其低通滤波截止频率为一个预设值f。以滤波处理后的信号为依据，计算得到的货物质量是一个围绕静态测量值而上下小幅度波动的数据。这里截止频率预设值f可以为0.001～0.005H_Z。

步骤108：当所测得称重数据在一定的时间内的变化量大于一个规定值b时，说明这种变化是由货物质量的变化引起，系统将跟踪并显示这种变化。当称重数据在规定的时间内的变化量不超过较小的规定值b时，这种变化可以认为是由滤波后的缓慢变化的信号引起，而非货物质量的变化所致。当达到规定的时间上限时，去除这种变化量，系统依旧显示装载时的货物质量，即按上次测得的称重数据显示。这里所述规定值b为7～50Kg；所述规定时间t为3～9s。

步骤109：根据公式M＝m+δm获得实际载货质量，即根据实际载货的测量质量与载货的测量误差之和得到实际载货质量，将测得的称重数据通过车身CAN总线在车载组合仪表上显示。

下面举例说明本发明的汽车车载称重方法的实施方式：

1.传感器的安装

1.1安装方式：本发明中，传感器有以下两种安装方式：

1)将传感器支架焊接在前轴(前桥)与中、后桥上，传感器用螺栓与支架连接。

2)在前轴(前桥)与中、后桥上相应位置加工出凸台与螺纹孔，传感器用螺栓与前轴(前桥)与中、后桥连接。

1.2安装位置与数量

传感器安装于前轴(前桥)、中后桥的上平面，以前轴(前桥)、中后桥的中线为对称轴，对称安装于左右两侧。每个轴或桥上安装两个传感器。

2.称重数据的获取

2.1获取称重数据的总体思路

1)确定各传感器的最佳分配系数；

2)用公式(1)计算测量结果；

3)对测量误差与测量结果进行多项式拟合，建立测量误差与测量结果的函数关系，见公式(2)；

4)用公式(3)计算最终测量值。

2.2分配系数的确定方法

2.2.1加载方式

根据对货箱加载区域的不同划分，有以下两种加载方式。

1)说明书附图中图3对货箱划分了5个区域，具体加载过程如下：

a)将砝码逐个放置在“位置1”区域，逐次记录各传感器的读数与所加砝码的总质量；

b)当位置1加载完后，分别在“位置2”、“位置3”、“位置4”、“位置5”按上述方法进行加载并记录数据。

2)说明书附图中图4对货箱划分了7个区域，除多出一个区域外，具体加载过程与5个区域的加载过程完全相同。

2.2.2计算方法

记录每次加载时的各传感器的读数，构成传感器读数数组N，

(其中i为传感器个数，j为测量组数)

记录每次加载的货物总质量,构成货物质量数组M，传感器的分配系数构成的数组为通过求解超静定方程N₁·S＝M₁的最小二乘解得到各传感器的最佳分配系数。

2.3称重数据的确定

将砝码逐个置于货箱内，逐次记录各传感器的读数与所加砝码的实际总质量，构成数组M₂，并读取每次加装时所对应的各传感器读数，构成数组N₂。用上述的分配系数按下式计算所加砝码的总质量。

m＝N₂·S (1)

实际加载质量M₂、测量加载质量m₂、测量误差δm对应地列于下表。

实际加载质量(M2)	M1	M2	……	Mj-1	Mj
						测量加载质量(m)	m1	m2	……	mj-1	mj
测量误差(δm)	δm1	δm2	……	δmj-1	δmj

对数据(m₂，δm)进行多项式拟合，得到测量误差与测量值之间的关系：

该系统最终的测量值(在仪表上显示的数据)按(3)式计算。

3.称重数据的显示

用车载组合仪表的显示屏显示称重数据。

车载控制系统的控制器按规定格式向具有CAN功能的车载组合仪表发送称重数据信息，车载组合仪表将该信息在显示屏予以显示。

4.行驶过程中，稳定的称重数据的获取

车辆在行驶过程中，由于载荷的随机变化，车载称重系统计算的货物质量值也是一个随机变化的量，为了在整个运输过程中能获取稳定的称重数据，采取了以下措施：

1)对传感器获取的随机信号进行低通滤波处理，当截止频率低到某种程度时，各传感器输出信号随时间的变化已非常缓慢，基于该信号计算车辆行驶过程中的称重数据。

2)当称重数据在规定的时间内的变化量不超过一个较小的规定值b时，这种变化可以认为是由滤波后的缓慢变化的信号引起，而非货物质量的变化所致。当达到规定的时间上限时，去除这种变化量，系统依旧显示装载时的货物质量。

3)当称重数据在规定的时间内的变化量超过上述较小的规定值b时，这种变化可以认为是由货物质量的变化引起，系统将跟踪并显示这种变化。

上述实施例只是为了方便说明而举例，本发明所主张的权利范围应以权利要求书为准，而非仅限于上述实施例。

Claims (7)

1.一种汽车车载称重方法，其特征在于包括如下步骤：

在车桥上加装多个应变式传感器；

在车箱不同位置依次加装测试体，并读取每次加装时各传感器读数；分别构成测试体质量数组M₁和传感器读数数组N₁；

根据测试体质量数组M₁、传感器读数数组N₁和各传感器的分配系数数组S构成超静定方程：N₁·S＝M₁，通过求解该超静定方程的最小二乘解获得各传感器的最佳分配系数；

模拟实际装货情况，在车厢的任意位置依次加装测试体，记录每次加装测试体的实际质量M₂，并读取每次加装时所对应的各传感器读数N₂；

根据公式：m＝S·N₂确定每次加装测试体的测量质量m；根据公式：δm＝M₂－m确定每次加装的测量误差δm；

对每次加装测试体的测量质量m和每次加装测量误差δm进行多项式拟合，确定测量误差值与测量质量之间的关系：其中该公式中的a_K为拟合多项式系数；以及

根据实际载货的测量质量与载货的测量误差之和得到实际载货质量。

2.根据权利要求1所述的汽车车载称重方法，其特征在于还包括步骤：

当测量汽车行使状态的实际载货质量时，对所述各应变式传感器的信号进行低通滤波处理，使其输出信号为近似的静态信号，且其低通滤波的截止频率为一个预设值f；

当所测得称重数据在一个的规定时间t内的变化量大于一个规定值b时，显示当前测得称重数据；否则显示上次测得称重数据。

3.根据权利要求2所述的汽车车载称重方法，其特征在于：将测得的称重数据通过车身CAN总线在车载组合仪表上显示。

4.根据权利要求2或3所述的汽车车载称重方法，其特征在于：所述截止频率预设值f为0.001～0.005H_Z；所述规定值b为7～50Kg；所述规定时间t为3～9s。

5.根据权利要求1或2所述的汽车车载称重方法，其特征在于：

分别在前桥、中桥和后桥的两端加装两个应变式传感器；该应变式传感器通过螺栓和支架与车桥连接，或者在车桥上预先加工凸台与螺纹孔，应变式传感器通过螺栓固定在该凸台上。

6.根据权利要求1或2所述的汽车车载称重方法，其特征在于：在车箱的四角和中心依次加装测试体；或者在车箱的前排、中排和后排依次加装测试体；所述测试体为测试砝码或测试块。

7.根据权利要求1或2所述的汽车车载称重方法，其特征在于：所述拟合多项式系数a_K中，K为2～4。