何鵬輝 高峰 申江偉

(洛陽市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心，河南洛陽 471000）

提高動(dòng)態(tài)汽車衡稱重精度的算法設(shè)計(jì)分析

何鵬輝 高峰 申江偉

(洛陽市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心，河南洛陽 471000）

提高動(dòng)態(tài)汽車衡稱重精度的算法，能有效減少車輛動(dòng)態(tài)稱重過程中產(chǎn)生的干擾噪音，因此本文主要分析一種常見的稱重計(jì)算方法，即FIR數(shù)字濾波計(jì)算方法，并且闡述了這種計(jì)算方法的優(yōu)越性，對(duì)基本算法進(jìn)行改進(jìn)與優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)提高動(dòng)態(tài)汽車衡稱重精度的目的。

動(dòng)態(tài)汽車衡；稱重精度；算法設(shè)計(jì)；方法

車輛超重超載是造成我國公路損壞的重要原因，也是引發(fā)交通事故的重要因素。目前，經(jīng)相關(guān)技術(shù)人員研究得出一種車輛管理規(guī)范要求的CW公路車輛超限動(dòng)態(tài)檢測(cè)與計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)，及動(dòng)態(tài)汽車衡，成為目前控制車輛超重超載的重要技術(shù)手段。

1 動(dòng)態(tài)汽車衡基本構(gòu)成

動(dòng)態(tài)汽車衡是公路車輛超載超重測(cè)量的一種先進(jìn)的重要技術(shù)手段，而影響該系統(tǒng)計(jì)算設(shè)計(jì)的關(guān)鍵就是稱重精度和其穩(wěn)定性，因此，要進(jìn)一步提高FIR稱重算法的精準(zhǔn)度和穩(wěn)定性，就必須要全面掌握和分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

CW動(dòng)態(tài)汽車衡主要是由動(dòng)態(tài)軸重衡、輪軸識(shí)別器、車輛分離器、上位機(jī)以及稱重控制儀表構(gòu)成。其中動(dòng)態(tài)軸重衡以稱重軸載的方式對(duì)車輛的各軸或軸組依次進(jìn)行稱重。車輛在行駛過程中，只要輪胎經(jīng)過稱重軸，CW系統(tǒng)會(huì)將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為輪胎數(shù)量信號(hào)，然后利用紅外光對(duì)車輛進(jìn)行掃描，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將稱重?cái)?shù)量與車輛相對(duì)應(yīng)，并且能自動(dòng)化處理數(shù)據(jù)。其中數(shù)據(jù)處理主要是利用系統(tǒng)中稱重控制儀表檢測(cè)設(shè)備的工作狀態(tài)，采集各種傳感器上的信號(hào)，處理數(shù)據(jù)；上位機(jī)的主要作用就是管理視頻、音頻以及智能的開關(guān)路閘、聲光報(bào)警器以及大屏幕顯示器等設(shè)備，接收和處理儀表上傳的車輛信息，能根據(jù)系統(tǒng)中提供的車輛重量數(shù)值，超重情況下，控制路閘開關(guān)。其智能化程度比較高，能生成和打印各種報(bào)表，并且與控制中心直接對(duì)接，遠(yuǎn)程通訊，具體構(gòu)成如下圖所示：

2 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)中主要功能就是動(dòng)態(tài)稱重信號(hào)采集、整理以及分析，還有數(shù)字濾波FIR計(jì)算，這兩個(gè)方面是重要系統(tǒng)組成部分。其中動(dòng)態(tài)稱重信號(hào)采集與分析主要是指收集傳感器上的信號(hào)，當(dāng)車輛經(jīng)過動(dòng)態(tài)汽車衡時(shí)，車輛前軸經(jīng)過汽車衡時(shí)，就會(huì)引起載荷。而在實(shí)際應(yīng)用中，影響動(dòng)態(tài)載荷的因素有很多，如車輛自身的各種因素引起的振動(dòng)、路面不平造成的振動(dòng)、車輛與地表耦合而產(chǎn)生的振動(dòng)等。信息采集是系統(tǒng)中一個(gè)重要的方面，此外，還有數(shù)字濾波的功能，數(shù)字濾波是一種用來過濾時(shí)間離散信號(hào)的數(shù)字系統(tǒng)，通過對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化處理達(dá)到頻域?yàn)V波，CW動(dòng)態(tài)汽車衡中使用的是一種高效的有限沖擊響應(yīng)FIR數(shù)字濾波方法，其穩(wěn)定性非常強(qiáng)，并且對(duì)信號(hào)干擾處理法效果也比一般的數(shù)字濾波方法要好。

3 系統(tǒng)運(yùn)行難點(diǎn)

動(dòng)態(tài)汽車衡采用動(dòng)態(tài)稱重技術(shù)，即在車輛行駛狀態(tài)下進(jìn)行稱重，與靜態(tài)稱重相比，其主要特點(diǎn)就是節(jié)省時(shí)間、效率高，并且不會(huì)影響正常交通環(huán)境。這種系統(tǒng)對(duì)技術(shù)設(shè)備要求比較高，且對(duì)使用環(huán)境有一定的要求，由于安裝在外面，工作環(huán)境比較惡劣、稱重時(shí)間短、沖擊力度大、干擾因素多，這都會(huì)影響動(dòng)態(tài)稱重精度。因此，技術(shù)人員必須要深入研究和分析，尋找克服外界隨機(jī)干擾的影響，準(zhǔn)確稱量車輛的重量。

4 提高動(dòng)態(tài)汽車衡稱重精度的算法設(shè)計(jì)措施

提高動(dòng)態(tài)汽車衡稱重精度，是為了避免車輛超載超過，造成嚴(yán)重的道路破壞或交通事故，下面針對(duì)CW稱重算法設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，取得了比較理想的效果。

當(dāng)信號(hào)的干擾較小時(shí)，系統(tǒng)中FIR濾波基本算法的精度會(huì)提高，但是由于動(dòng)態(tài)汽車衡是安裝在室外，經(jīng)過風(fēng)吹雨灑之后，電磁干擾以及溫度影響，對(duì)濾波的沖擊與振動(dòng)影響都比較嚴(yán)重，稱重信號(hào)會(huì)變得不穩(wěn)定，甚至無法發(fā)射信號(hào)，這就必然導(dǎo)致FIR基本算法無法剔除外界噪音干擾。而技術(shù)人員在實(shí)踐和多次研究之后，找到改造和優(yōu)化的方法，極大地改善濾波性能，使動(dòng)態(tài)汽車衡的技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)達(dá)到要求。首先，在FIR濾波之前對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行一次過濾，針對(duì)異常點(diǎn)進(jìn)行處理。選取兩個(gè)采樣點(diǎn)，比較這兩點(diǎn)的異常之處，重復(fù)采樣比較，發(fā)現(xiàn)異常點(diǎn)變化規(guī)律。即兩個(gè)數(shù)之差的絕對(duì)值超過第一個(gè)數(shù)的絕對(duì)值的10%，就說明這個(gè)樣點(diǎn)存在異常，進(jìn)而能通過反復(fù)驗(yàn)證和計(jì)算，剔除汽車高速通過CE稱重時(shí)噪音對(duì)信號(hào)的干擾，提升信號(hào)的精準(zhǔn)度，進(jìn)而能提高計(jì)算的準(zhǔn)確性。

濾波器的各種重要指標(biāo)都是由窗函數(shù)決定，為了改善濾波器的性能，窗函數(shù)的主瓣直徑應(yīng)該減小，旁瓣峰值應(yīng)該要盡量增大，以使濾波器形成一個(gè)比較陡的過渡帶，減少肩峰的振動(dòng)情況。在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)該取兩者的折中處理方法，兼顧各項(xiàng)指標(biāo)。一般濾波在使用過程中，告訴車道上的噪音會(huì)達(dá)到0.1，而經(jīng)過改進(jìn)后的噪音高峰值為0.15左右，說明經(jīng)過調(diào)整后，濾波器噪音控制性能明顯得到改善，降低了信號(hào)干擾程度，將信號(hào)控制在一定的范圍內(nèi)，為稱重提供穩(wěn)定而精確的信號(hào)，提高了整個(gè)動(dòng)態(tài)稱重精度。

5 結(jié)束語

綜上所述，動(dòng)態(tài)汽車衡稱重精度計(jì)算設(shè)計(jì)系統(tǒng)，主要是利用可編程控制器模塊的組合特點(diǎn)以及其獨(dú)特的開入和開出二次邏輯編程特點(diǎn)，能確保實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能，并且減少系統(tǒng)主控制平臺(tái)在車輛開入開出功能檢測(cè)資源開銷，提升整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。未來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)水平不斷提高，尤其是可編程控制器的核心模塊CPU運(yùn)算速度的提升，最終必定能將可編程控制期在其他領(lǐng)域推廣開來。

[1]樊旺日.提高動(dòng)態(tài)汽車衡稱重精度的算法設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用,2010(07).

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1003-5168(2014)04-0096-01