采用離散化二階系統的分析方法實現了動態地磅的稱重測量。從稱重過程的力學模型分析入手，推導出系統傳 遞函數關系并作離散化處理，采用最小二乘法估計系統的模型參數，由稱重系統的測量值推算車輛的實際重量。將此方法應用于某公路動態地磅的開發，安裝路試表明，動態測量與靜態稱重的吻合度控制于1.5%以內。

我國經濟的持續增長促成了道路工程和商品物 流運輸業日新月異的上升態勢，然而伴隨的公路交 通事故逐年上升。其中汽車超載、超速行駛成為近 年來十分突出肇事因素。客車嚴重超員，建筑材料、 農副產品等運輸中的高倍率超載，導致車輛制動失 靈、車翻人亡以及路面、橋梁的早期損傷失效，對人 民生命財產與道路設施構成了巨大的威脅。

目前，遏止車輛超載主要通過目測車況或接受 舉報信息，截獲肇事車輛清點計數或在靜態地磅上 稱重，耗時費力，監控效率受到限制。本文研制開發 的動態地磅，在收費時進行車輛超載檢測，大大降 低車輛漏檢率，同時提高了檢測速度，有效控制了車 輛超載運行對人身和道路的危害.

動態地磅開發中，車輛運動對秤臺的沖擊是 引起較大測量誤差的關鍵，為確保動態地磅的稱 重精度，本文從力學原理分析起步，為計算機數據處 理提供了一種計算車重的方法，實測表明對提高測 量的精度是有效的。

1.地磅概述

地磅枰的一個分支，應用中有靜態和 動態兩大類，目前秤臺設計有整車、軸組和輪重三大類。整車式稱重為靜態稱重，其過程明確，秤臺下的 傳感器組釆集的是進入臺面整車的合力，容易保證 較高的精度;但是為了適應各種車型，秤臺龐大，安 裝維護困難，投資頗大。軸組式和輪重式的秤臺安 裝位短、安裝方便，成本較低。其中輪重式配置不易 適應不同車型，故軸組式更為常用（如圖1)。與整 車式稱重相比，由于釆用了分軸計量，在數據處理和 減小誤差上需釆取專門的措施。

靜態稱重中，測量結果的精度主要由傳感器和 數據釆集器件的精度決定;動態稱重時，被測車輛處 于運動狀態，路面顛簸引起的振動、輪軸上重力分布 不均以及地磅受荷載激勵的響應等，稱重時秤臺 承受的是一個復雜的沖擊信號，測量系統無法顯示 穩定的數值。需要通過對測量系統的分析，構建數 據處理的適用方法。

2.力學模型

為便于數學求解，將車身視為支撐在彈簧上的 剛性板;由于稱重過程中臺面垂向位移遠小于汽車 前后軸距，可以忽略車體轉動的影響。

汽車一秤臺系統可簡化為圖2所示的力學模 型。其系統振動方程為：

3.測量系統的傳遞函數

由式(4)進行拉普拉斯變換，得到輸入G(s)與 輸出X(s)的傳遞函數：

4.傳遞函數離散化

動態地磅的傳遞函數如圖4所示，系統的輸 入為汽車的軸重階躍信號。動態地磅的輸出經過 AD米樣后傳感器的輸出變化量，為一離散量。為 能得到輸出跟輸入之間的離散化傳遞函數，我們將 系統輸入視為階躍信號經零階釆樣保持電路之后得 到的離散信號量。零階保持環節輸出Gk(t)與連 續輸入信號G(t)之間的關系為：

5.信號分析及算法

6.應用實例

本設計開發的動態地磅系統結構如圖6所 示，系統包括:秤臺、數據釆集模塊、計算機平臺三個 部分。

使用了 4個雙復梁橋式式傳感器YZ102A (精 度0. 02%、量程50 T)；傳感器與信號測量系統用并 行連接;數據釆集使用單片機，主要包括電源、放大濾波電路截止頻頻率卻米樣電路，數據釆集頻率為500 Hz;釆集系統通過串口 與計算機通信。當車輛前輪進入稱臺，傳感器給出 稱量信號，經放大濾波后，將模擬信號送入A /D板 轉換為數字信號，由數據釆集系統上傳給計算機，最 后單軸和整車重量由計算機依據上述測量方法計算 得出。

圖7所示為典型的車輛駛上動態地磅的重量 曲線。分析該段信號時，簡單平均方法取信號的均 值為車輛重量，最大值測量方法則是選取信號的峰 值，用這兩種方法獲得較高的精度是十分困難的。

為將系統離散化方程應用于汽車動態稱量，首 先需滿足模型輸入是階躍信號的要求。對于階躍輸 入，隨著時間的增加，系統輸出越趨近于穩定，穩定 時稱量結果越準確。由于信號長度受秤臺長度和車 速的限制，系統響應不可能隨時間無限增長而趨向 于穩定。故用閾值方法截取信號的有效區段，圖7 中所示A、B有效信號初始點和終止點。本系統閾 值如下設置:測量幅值超出了無載荷時的三倍標準 差為觸發系統進行數據釆集的起始點；當幅值降到該三倍標準差時，結束數據記錄為終止點。

試驗中先后用載重卡車、空載卡車和微型面包 車進行實測。其靜態稱量值分15. 287 T ,5.634 T、 1. 438 T，用本文開發的動態汽車衡在一定車速區間 內測量誤差相應為0.96%、1. 12%,1.34%。

在我們的實驗中，設置了三個工況條件，以保證 稱重綜合精度：

①實際測量發現，被測車輛行駛速度過快，車 輛經過秤臺時間縮短，被測信號未達穩態，使得計量 的準確度降低，因而規定車輛通過稱臺的行駛速度 為20 km/h以下;②為了降低振動沖擊對測量結果 的影響，使系統能夠盡量接近模型假設，要求地基用 混凝土加強剛性、調平，秤臺與路面齊平并增加限位 裝置;③為保證車輛平穩地通過秤臺，秤臺前后鋪 設不小于15 m的平直引道，平直度不大于2 mm 汽車進入引道后勻速前進，不能有制動或加速現象。

7.結束語

目前我們進一步的研究點是目前我們進一步的研究點是在秤臺下安裝加速 度傳感器，提取不同行使速度和垂向沖擊加速度下 的沖擊激勵信號，由專門編制的數據分析程序實行 軸（車)重信號輸出的補償，保證不同測量工況下測衡測量精度與車行速度無關，以及在需抽檢路 段隨意設 量數據具有適用的精度范圍。為最終實現現代動態 汽車置的開發和應用期望做出努力。