车辆载重测量系统及方法与流程

1.本发明涉及车辆检测技术领域，尤其涉及一种车辆载重测量系统及方法。


背景技术：

2.工程车由于体积大、质量大，使得工程车的制动能力不佳，如果驾驶员使用过程中超载，不仅会让公路、桥梁等公共设施损坏，同时极容易造成交通事故。因此，需要在工程车上安装载重监测装置，对于超载现象进行监管。
3.此外，不管是从新型环保渣土车管理办法中车厢空、重载状态的检测，或是商砼车“治超”管理中实际载货重量的测量，或是城市生活垃圾清运车按量计费的运营模式，还是物流运输行业货品全过程跟踪的精细化管理。这都要求工程车实现载重高精度测量，这不仅符合监管的要求，同时可优化整体的资源配置。
4.目前，常见的称重方法有静态称重和动态称重。静态称重精度高，但称重过程耗时长、效率低；动态称重虽然能够测量行驶中车辆的载重，但称重设备与车辆是分离的，无法实现对车辆状态的实时监控，并且对无法铺设地下称重设备的偏远地区，难以进行超载管制。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的问题，本发明提供一种车辆载重测量系统及方法。
6.第一方面，本发明提供一种车辆载重测量系统，包括：
7.传感器模块、模数转化模块、主控模块以及电源模块；
8.其中，所述传感器模块用于检测车辆横梁的形变并输出模拟信号数据；
9.所述模数转化模块用于将所述模拟信号数据转化为数字信号数据；
10.所述主控模块用于获取所述数字信号数据，并基于所述数字信号数据计算车辆的载重值；
11.所述电源模块用于分别为所述传感器模块、所述模数转化模块和所述主控模块提供所需的工作电压。
12.可选地，所述传感器模块包括多个压力传感器，所述多个压力传感器分别设于所述车辆横梁的不同位置处，并紧贴所述车辆横梁的表面。
13.可选地，所述模数转化模块包括多个模数转化子模块，各所述模数转化子模块与各所述压力传感器一一对应设置。
14.可选地，所述主控模块包括一个主模块和至少一个从模块；
15.其中，所述从模块用于获取各自连接的模数转化子模块转化得到的数字信号数据并发送给所述主模块，所述主模块用于基于各模数转化子模块转化得到的数字信号数据计算车辆的载重值。
16.可选地，所述主模块和所述从模块之间采用控制器局域网络can协议通讯。
17.可选地，所述压力传感器中的传感元件为电阻式压力应变片。
18.可选地，所述电阻式压力应变片为惠斯通电桥式电阻应变片。
19.可选地，所述模数转化子模块为24位量程的模拟数字转换adc芯片。
20.第二方面，本发明还提供一种基于如上所述第一方面所述的车辆载重测量系统执行的车辆载重测量方法，所述方法包括：
21.所述电源模块分别为所述传感器模块、所述模数转化模块和所述主控模块提供所需的工作电压；
22.所述传感器模块检测车辆横梁的形变并输出模拟信号数据至所述模数转化模块；
23.所述模数转化模块接收所述模拟信号数据，并将所述模拟信号数据转化为数字信号数据；
24.所述主控模块从所述模数转化模块获取所述数字信号数据，并基于所述数字信号数据计算车辆的载重值。
25.可选地，所述基于所述数字信号数据计算车辆的载重值，包括：
26.基于多个数字信号数据和所述多个数字信号数据分别对应的权重值，计算车辆的载重值。
27.本发明提供的车辆载重测量系统及方法，通过检测车辆横梁的形变间接测量得到车辆的载重值，且传感器模块、模数转化模块、主控模块和电源模块均可以设于车辆上，从而可以不依赖地下铺设的称重设备，实时对车辆的载重量进行测量，并可以实现及时超载监控。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
29.图1是本发明提供的车辆载重测量系统的结构示意图；
30.图2是本发明提供的压力传感器内部结构示意图；
31.图3是本发明提供的主控模块和传感器模块设置示意图之一；
32.图4是本发明提供的主控模块和传感器模块设置示意图之二；
33.图5是本发明提供的车辆载重测量方法的流程示意图。
具体实施方式
34.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.图1为本发明提供的车辆载重测量系统的结构示意图，如图1所示，该系统包括：传感器模块100、模数转化模块110、主控模块120以及电源模块130；
36.其中，传感器模块100用于检测车辆横梁的形变并输出模拟信号数据；
37.具体地，车辆横梁不仅用来保证车架的扭转刚度和承受纵向载荷，而且还可以支
撑车辆上的主要部件，当车辆的载重值发生变化，车辆横梁在压力的作用下会发生相应的形变。因此，本发明实施例中，通过传感器模块100检测车辆横梁的形变，间接测量车辆的载重值。传感器模块100中采用的传感器可以为任意可测量形变的传感器，在此不做具体限制。
38.例如，传感器模块100可采用压力传感器，压力传感器中的传感元件可以为电阻式压力应变片，将压力传感器紧贴在车辆横梁的表面，当车辆的载重值发生变化，车辆横梁在压力的作用下会发生相应的形变，紧贴在横梁上的压力传感器中的应变片的电阻值也跟随变化。图2为本发明提供的压力传感器内部结构示意图，如图2所示，压力传感器中包括四个电阻式压力应变片，四个应变片的电阻分别为r1、r2、r3和r4，传感器供电电压为e，以u
bd
表示bd点输出电压，则δu
bd
为bd点输出电压变化量，四个应变片的变化电阻分别为δr1、δr2、δr3和δr4，其输出电压与四路应变片阻值的关系为：
[0039][0040]
设四个应变片的应变量分别为ε1、ε2、ε3和ε4，则在小应变，等桥臂(r1＝r2＝r3＝r4)、相同灵敏系数k下，每个压力传感器输出电压变化与应变量关系为：
[0041][0042]
从上述关系式可以得出，应变片输出电压变化与横梁的形变呈线性关系，从而传感器输出的模拟信号数据(如应变片输出电压变化δu
bd
)可用于表征车辆横梁的形变。
[0043]
为了减少重物不平均，对于后续载重值计算的影响，传感器模块100可以包括多个压力传感器，多个压力传感器分别设于车辆横梁的不同位置处，并紧贴车辆横梁的表面。例如，可以放置4个以上压力传感器，分别选择车辆横梁承担压力最大的位置(一般为横梁与纵轴接触的各个部位)，将压力传感器紧贴在横梁的表面。
[0044]
可选地，为了实现温度自补偿，电阻式压力应变片可以采用惠斯通电桥式电阻应变片。
[0045]
模数转化模块110用于将模拟信号数据转化为数字信号数据；
[0046]
具体地，模数转化模块110负责将传感器模块100输出的模拟信号数据(一般为电压模拟信号)，转化为单片机可处理的数字信号数据(也可称为数字量信息，以下简称数字量)，以供主控模块120进行后续处理。其中，模数转化模块110可采用高精度模拟数字转换(analog to digital converter，adc)芯片，例如24位量程、低温漂的adc芯片，以减少原始数据的信息丢失，提高采集的精度。
[0047]
可选地，在采用多个压力传感器的情况下，模数转化模块110可以包括多个模数转化子模块，各模数转化子模块与各压力传感器一一对应设置。每一路压力传感器都有一块专门的adc芯片处理，可以防止单块adc芯片多路压力传感器使用时，彼此电压相互干扰。
[0048]
压力传感器输出的电压值，可通过高精度adc芯片转化为数字量。当采用24位量程的adc芯片，芯片供电电压为5v，则每个传感器模拟量与数字量d转化关系为：
[0049]
[0050]
主控模块120用于获取数字信号数据，并基于数字信号数据计算车辆的载重值；
[0051]
具体地，主控模块120负责对模数转化模块110转化得到的数字信号数据进行处理，计算得到车辆的载重值。图3为本发明提供的主控模块和传感器模块设置示意图之一，如图3所示，图中，传感器模块100由4路传感器101组成，每一路传感器101都连接有一块专门的adc芯片(图中未示出)负责模数转化，每当adc芯片模数转化完成，主控模块120中的主控芯片可采用查询方式主动读取其数值。
[0052]
图3中，一旦主控模块120所连接的adc芯片均转化完成，主控模块120完成载重值计算。仍以采用24位量程的adc芯片，芯片供电电压为5v的情形为例，设4路adc转化后的数字量分别为d1、d2、d3和d4，权重为k1、k2、k3和k4，则车辆的载重值w与4路数字量的关系式为：
[0053][0054]
其中，b为常量基准值，权重k与每一路传感器101所设位置相关，b和k的取值可根据实际情况进行设置，在此不做限制。由于权重和adc数模转化关系是固定的，则上述关系式可简化为：
[0055]
w＝a1*d1 a2*d2 a3*d3 a4*d4 b。
[0056]
其中，a为相对应下标的权重k与数模转化关系的乘积。
[0057]
电源模块130用于分别为传感器模块100、模数转化模块110和主控模块120提供所需的工作电压。
[0058]
具体地，由于传感器模块100、模数转化模块110和主控模块120要求的工作电压存在不同，因此需要电源模块130对输入电源进行转化，为各个模块提供稳定的所需工作电压。
[0059]
可选地，本发明提供的车辆载重测量系统，主控模块120完成车辆载重值的计算后，还可以将车辆的载重值通过无线传输模块远程发送给监控设备，或者，主控模块120还可以在车辆载重值超过预设值后及时发出告警信息，从而可实现对车辆载重值的实时监控和及时对车辆超载进行管理。
[0060]
本发明提供的车辆载重测量系统，通过检测车辆横梁的形变间接测量得到车辆的载重值，且传感器模块、模数转化模块、主控模块和电源模块均可以设于车辆上，从而可以不依赖地下铺设的称重设备，实时对车辆的载重量进行测量，并可以实现及时超载监控。
[0061]
可选地，主控模块120包括一个主模块和至少一个从模块；
[0062]
其中，从模块用于获取各自连接的模数转化子模块转化得到的数字信号数据并发送给主模块，主模块用于基于各模数转化子模块转化得到的数字信号数据计算车辆的载重值。
[0063]
具体地，针对车身过长的车辆，本发明实施例中，可以设置更多的传感器，以提高载重测量的精度，此时，为便于线路布置和减少干扰，主控模块120可以采用主从级联的方式进行设置，即主控模块120可以包括一个主模块(也可称为主机)和至少一个从模块(也可称为从机)。
[0064]
图4为本发明提供的主控模块和传感器模块设置示意图之二，如图4所示，图中，传感器模块100由8路传感器101组成，每一路传感器101都连接有一块专门的adc芯片(图中未
示出)负责模数转化，每当adc芯片模数转化完成，主控模块120中的主控芯片可采用查询方式主动读取其数值。与图3不同的是，图4中，主控模块120由一个主模块121和一个从模块122级联组成，在级联模式下，主控模块120的主模块121不仅需等待所连接的adc芯片转化完成，还需等待从模块122传输其采集到的数据，一旦主模块121所有数据都获取成功，才进行载重值计算。可选地，主模块121和从模块122通讯可采用控制器局域网络(contrller area network，can)协议，以确保数据的可靠性。
[0065]
参考非级联模式下的关系式，在上述级联模式下，设8路adc转化后的数字量分别为d1、d2、d3、d4、d5、d6、d7和d8，则车辆的载重值w与8路数字量的关系式为：
[0066]
w＝a1*d1 a2*d2 a3*d3 a4*d4 a5*d5 a6*d6 a7*d7 a8*d8 b；
[0067]
其中，与非级联模式的关系式类似，b为常量基准值，a为相对应下标的权重k与数模转化关系的乘积，权重k与每一路传感器101所设位置相关，b和k的取值可根据实际情况进行设置。
[0068]
本发明提供的方法和系统是基于同一发明构思的，由于方法和系统解决问题的原理相似，因此方法和系统的实施可以相互参见，重复之处不再赘述。
[0069]
图5为本发明提供的车辆载重测量方法的流程示意图，如图5所示，该方法包括如下步骤：
[0070]
步骤500、电源模块分别为传感器模块、模数转化模块和主控模块提供所需的工作电压；
[0071]
具体地，本发明实施例中，可以通过上述车辆载重测量系统进行车辆载重的测量，系统布置完成后，首先，电源模块对输入电源进行转化，分别为传感器模块、模数转化模块和主控模块提供稳定的所需工作电压。
[0072]
步骤501、传感器模块检测车辆横梁的形变并输出模拟信号数据至模数转化模块；
[0073]
具体地，电源供电后，传感器模块开始检测车辆横梁的形变，并可根据车辆横梁的形变量输出相应的模拟信号数据至模数转化模块。
[0074]
步骤502、模数转化模块接收模拟信号数据，并将模拟信号数据转化为数字信号数据；
[0075]
具体地，模数转化模块接收到传感器模块输出的模拟信号数据后，即可进行模数转化，将模拟信号数据转化为数字信号数据。
[0076]
步骤503、主控模块从模数转化模块获取数字信号数据，并基于数字信号数据计算车辆的载重值。
[0077]
具体地，每当模数转化模块转化完成，主控模块可以采用查询方式主动读取其转化得到的数字信号数据，并在所有传感器测量的模拟信号数据均转化完成后，主控模块基于转化得到的数字信号数据计算车辆的载重值。
[0078]
对于采用多路传感器的测量方式，可以对每一路传感器输出的模拟信号数据分别进行模数转化，得到多个数字信号数据，并基于多个数字信号数据和该多个数字信号数据分别对应的权重值，计算车辆的载重值。
[0079]
对于采用主从级联方式设置的主控模块，主控模块主机不仅需等待所连接的模数转化子模块转化完成，还需等待从机传输其采集到的数据，一旦主机所有数据都获取成功，
才进行载重值计算。
[0080]
本发明提供的车辆载重测量方法，通过检测车辆横梁的形变间接测量得到车辆的载重值，且传感器模块、模数转化模块、主控模块和电源模块均可以设于车辆上，从而可以不依赖地下铺设的称重设备，实时对车辆的载重量进行测量，并可以实现及时超载监控。
[0081]
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0082]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
[0083]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。