柳東亮，符丹丹（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

基于CAN總線的車載稱重系統(tǒng)的仿真開發(fā)及實現(xiàn)

柳東亮，符丹丹
（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

文章所介紹的車載稱重系統(tǒng)用于重型卡車，采用CAN總線模塊，符合SAE J1939協(xié)議，在前期的開發(fā)過程中，為了驗證開發(fā)效果，使用CANoe軟件，采用CAPL語言，實現(xiàn)功能仿真，創(chuàng)建Panel界面，觀察仿真結(jié)果穩(wěn)定，并能滿足初期設(shè)計要求。

CANoe；仿真；CAPL；車載稱重系統(tǒng)

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.12.023

CLC NO.: U463.9Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2015)12-65-02

引言

隨著我國市場經(jīng)濟的發(fā)展，公路交通量迅速發(fā)展，重型卡車的使用量逐年增長，部分運輸單位或個人不顧車輛及道路的承載能力，行車安全意識薄弱，擅自增加車輛欄板，嚴重超載，對車輛本身及公路都造成了嚴重的損害。因此，為了維護國家的財產(chǎn)安全及行車安全，嚴格限制車輛超載已迫在眉睫。車載稱重系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于載貨車，本文介紹的車載稱重系統(tǒng)，可以在行車過程中自動測量整車重量，根據(jù)用戶的使用需求，可自主選擇是否需要顯示重量。

1、系統(tǒng)介紹

車橋的變化量，控制器采用飛思卡爾MCU，具有CAN信號收發(fā)功能，采集傳感器的信號和整車信號進行處理，輸出貨物重量 CAN信號給整車，顯示系統(tǒng)可以使用整車儀表，也可以使用其他顯示屏，顯示系統(tǒng)要求必須具有CAN信號收發(fā)功能。

圖1　系統(tǒng)組成

2、系統(tǒng)方案設(shè)計

2.1傳感器的選擇和安裝方案

當在車廂內(nèi)裝載貨物時，車軸和車橋受力發(fā)生變形，這種變形會隨貨物重量的增大而增大，并呈一一對應(yīng)的關(guān)系?？傮w技術(shù)方案的原理就是：基于這種一一對應(yīng)的關(guān)系，選擇

本系統(tǒng)主要包含三部分，傳感器、控制器和顯示系統(tǒng)，如圖1所示。傳感器采用應(yīng)變片式傳感器，每個車橋上安裝兩個傳感器，以6×4載貨車為例，需安裝6個傳感器來檢測應(yīng)變式電阻傳感器，該傳感器由電阻應(yīng)變片和彈性敏感元件組成，工作原理：將應(yīng)變片粘貼在各種彈性敏感元件上，當彈性敏感元件感受到外力、位移、加速度等參數(shù)的作用時，彈性敏感元件產(chǎn)生應(yīng)變、再通過粘貼在上面的電阻應(yīng)變片將其轉(zhuǎn)換成電阻的變化[1]，傳感器測量電路如圖2所示：

圖2　電阻傳感器測量電路

通過實驗所得，需在圖3、圖4所示位置安裝傳感器，通過測量車軸和車橋的變形來求得所裝載的貨物質(zhì)量。

2.2控制器數(shù)據(jù)處理

圖3　車軸安裝位置

圖4　車橋安裝位置

以前軸為例具體說明工作原理[2]，傳感器分別測量如圖4所示的P1與P2、P3與P4的在垂直方向的相對變形，并將這種變形通過傳感器和控制器轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號 ni(i=1、2、3……)，通過標定和計算的方式找出各傳感器輸出信號ni(i=1、2、3……)與貨物質(zhì)量W貨之間的關(guān)系，即確定各傳感器的分配系數(shù)si(i=1、2、3……)，用下列算式計算貨物總質(zhì)量：

通過標定采得的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理求得分配系統(tǒng)S。

由于傳感器靈敏度較高，在行車和停車狀態(tài)下，傳感器的變化量較大，所以控制器需要接收整車的車速信號、轉(zhuǎn)速等信號進行動靜態(tài)區(qū)分，需采用不同的濾波深度進行信號處理?？刂破鲗⑻幚硗甑呢浳镏亓繑?shù)據(jù)按照 CAN信號定義發(fā)送至CAN總線。

控制器可以做一些報警信號：貨物丟失報警，當在行車過程中，突然出現(xiàn)貨物重量變小，發(fā)送總線報警信號，接收設(shè)備接收后提示司機貨物丟失；傳感器檢測的是橋的應(yīng)變量，當橋的應(yīng)變量變化超過橋正常的應(yīng)變量時，及時發(fā)送報警信號，提示司機注意安全；該系統(tǒng)通過與網(wǎng)絡(luò)后臺通訊，可以實時記錄車輛的運輸狀況，方便進行車隊管理。

2.3顯示系統(tǒng)

顯示系統(tǒng)必須具有 CAN總線收發(fā)功能，可以接收控制器發(fā)送的CAN信號，通過液晶顯示貨物重量，當重量超過設(shè)定值時可以進行聲光報警。也可通過遠程終端將數(shù)據(jù)傳遞至網(wǎng)絡(luò)后臺進行監(jiān)控[3]。

由于傳感器存在溫漂、零點漂移等問題，所以需設(shè)置一個按鍵進行置零操作，建議將該按鍵放于儀表上，稱重控制器內(nèi)部標定一個參數(shù)，在該數(shù)字范圍內(nèi)可以進行置零操作，點擊稱重置零操作，儀表通過CAN線發(fā)送置零操作給控制器，控制器接收后根據(jù)內(nèi)部標定的數(shù)字判斷是否可以進行置零操作，置零操作成功發(fā)送反饋信號儀表顯示“置零操作成功”，如不能操作也通過CAN線發(fā)送給儀表，儀表顯示“置零失敗”。

3、系統(tǒng)仿真驗證

由于傳感器采集的數(shù)據(jù)有很多隨機信號，隨機信號可以認為是一個靜態(tài)信號與諸多不同頻率、不同幅值的正弦信號疊加的結(jié)果。該靜態(tài)信號就是車輛靜態(tài)時對應(yīng)于裝載貨物的信號。獲取靜態(tài)信號的方法如下：對6個傳感器原始信號進行傅里葉變化，將時域信號轉(zhuǎn)變?yōu)轭l域信號；采用低通濾波的方法得到靜態(tài)信號；以此信號作為穩(wěn)態(tài)信號，稱重數(shù)值為處理后數(shù)據(jù)后求和的數(shù)值[4]。 現(xiàn)對實際采集的數(shù)據(jù)進行仿真驗證如圖5所示：

圖5　數(shù)據(jù)處理前后對比

4、系統(tǒng)實現(xiàn)

將該套系統(tǒng)裝與6×4自卸車，標定完成后將分配系數(shù)刷寫至控制器，然后對車輛裝沙后進行實際稱重，重量顯示見圖6∶35690kg，整車重量為16350kg，磅秤稱得實際裝沙量為19340kg，車載稱重系統(tǒng)顯示19004kg，相對誤差1.7%。

圖6　磅秤顯示

5、結(jié)束語

基于CAN總線的車載稱重系統(tǒng)，通過仿真驗證和實際試驗驗證，該系統(tǒng)的設(shè)計方案可行，且在行車和停車全過程中，誤差均可保持在3% 以內(nèi)，滿足設(shè)計要求，可以有效的監(jiān)測到超重，運行中貨物丟失等問題。

[1] 余成波.傳感器與自動化監(jiān)測技術(shù)[M].北京:高等教育出版社, 2004.

[2] 李朝青.單片機原理與接口技術(shù)[M].北京:北京航空航天大學出版社,1994.

[3] 何立民.單片機應(yīng)用程序設(shè)計技術(shù)[M].北京:北京航空航天大學出版社,2002.

[4] 吳哲輝.算法設(shè)計與分析[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,1993.

The On-board Weighing System Based On CAN Bus Simulation Development

and Implementation
Liu Dongliang, Fu Dandan
( Shaanxi Heavy-Duty Automobile Co., Ltd., Shaanxi Xi'an 710200 )

In this paper, the vehicle weighing system is used for heavy duty truck, use CAN bus module, SAE J1939 protocol. In order to validate the development effect, use CANoe software, use CAPL language, realize the function simulation, create Panel interface, observe the simulation results and meet the requirements of the initial design.

CANoe; simulation; CAPL; automatic weighing system

U463.9

A

1671-7988（2015）12-65-02

柳東亮，就職于陜西重型汽車有限公司。