整车式动态地磅合理布局方式的探讨

本文通过目前行业内流行的整车式动态地磅的不同布局的优缺点对比分析，提出了一种较理想的整车式动态地磅的合理布局方式。该布局方式配合分块算法的思想，能够有效实现多车连续过车情况下的整车称量，保证了称量的准确度。
1.引言
动态公路车辆自动衡器（以下简称动态地磅）广泛应用于国内高速公路计重收费和超限超载、检测站治理超载。该类自动衡器按称量方式分为整车称量和部分称量两大类，也就是我们常说的整车式和轴（轴组）重式。
一方面由于轴重式和轮重式地磅的称重平台较短，这使得车辆容易采取加速或减速的方式转移车辆重心，从而导致称重精度大大降低，另外一方面由于传统的静态大称的车辆通行效率较低，因而整车式动态地磅浮出水面，其外形结构如图 1。自 2013 年初，四川省开始在高速公路计重收费中应用整车式动态地磅。从使用情况看，整车式动态地磅运行状况良好，计量精度得到了提高，计重争议大幅减少。

整车式动态地磅通常由四节或四节以上分秤台组成，总长度 20m 左右，通常其整车总重量的准确度等级是 1 级，且受到国标分度值和分度数的限制，其最大秤量为 100t，而目前市场上的需求一般在150t 左右，相关厂家为了满足市场和国标的要求，通常会推出准确度等级 2 级，最大秤量 150t 的整车式动态汽车衡
为了实现车辆的整车称量，整车式动态地磅的长度通常超过 15m，这就导致车辆自由通过时可能会有两辆或者三辆车同时在秤上的情况，此时由于整车上的重量是多个车辆重量的加和，因此如何确定每辆车的重量是一个较难解决的问题。
一部分厂家采用 “一车一杆 ”的模式进行称量，当第一辆车完全驶上秤台后，秤台前的栏杆机随即落下，阻止下一辆车驶上秤台。待第一辆车完全驶离秤台后，栏杆机抬起，允许下一辆车进入秤台。
一部分厂家的整车式动态地磅支持 “连续过车 ”模式，即无需阻止后续车辆驶上秤台，秤台上同时有两辆甚至三辆车时仍然能够对每辆车进行称重。
相对来讲，“一车一杆 ”模式整车重量精度较高，而 “连续过车 ”模式过车效率较高，四川省高速公路全部使用 “连续过车”模式的整车式动态地磅。
2. 不同类型的整车式动态地磅布局（见图 2）

无论采用 “一车一杆 ”模式还是 “连续过车 ”模式，采用整车式动态地磅称量车辆重量仍然需要获取车辆的轴数，不同厂家获取车辆轴数的方式不同，有些厂家采用触发器形式，有些厂家采取轴重秤形式。下面就对三种不同的秤台形式进行一定的分析。
图 2 是 A 型整车式动态地磅布局，采用两个车辆分离设备以及上秤和下秤两个触发器用于车辆的分离以及车辆轴数的计算。其中上秤端的车辆分离器能够有效的判断车辆是否驶上秤台，下秤端的车辆分离器能够有效判断车辆是否驶离秤台，上下秤触发能够准确的计算车辆的轴数，可完美用于“一车一杆”模式；但由于没有轴或轴组称量的能力，无法实现多个车辆的连续称量，因此无法实现“连续过车”模式。

图 3 是 B 型整车式动态地磅布局，该厂家采用单个车辆分离设备以及上秤和下秤两个触发器用于车辆的分离以及车辆轴数的计算。从形式上看，缺少一个车辆分离器，无法通过车辆分离器判断车辆是否驶离秤台，但通过上秤端车辆分离器和上秤端触发器的配合，可以在车辆驶上秤台的过程中计算车辆的轴数，通过下秤触发器计算车辆驶离秤台的轴数，即可判断车辆是否驶离秤台，因此该秤台也可用于 “一车一杆 ”模式；同 A 型一样，由于没有轴或轴组称量的能力，无法实现多个车辆的连续称量，因此无法实现“连续过车”模式（见图 4）。

图 4 是 C 型整车式动态地磅布局，采用单个车辆分离设备，上秤端布置了一套轴重秤（轴组重称），下秤端采用下秤触发器。从形式上看，但通过上秤端车辆分离器和上秤端轴重秤的配合，可以在车辆驶上秤台的过程中计算车辆的轴数，通过下秤触发器计算车辆驶离秤台的轴数，即可判断车辆是否驶离秤台，因此该秤台也可用于“一车一杆”模式；不同于 A、B型，C 型整车式动态地磅由于具有轴或轴组称量的能力，可通过轴或轴组称量的方式实现“连续过车”模式。
通过以上三种布局形式我们可以发现，三种整车式地磅均可实现 “一车一杆 ”模式，但仅有 C 型布局形式能够实现连续过车”模式。对于 C 型类似的布局形式，能够在车辆连续通过时通过轴或轴组称量的方式实现 “连续过车 ”模式，但仅仅依靠硬件是不够的，因为收费站的应用环境中，“连续过车”模式的应用必然伴随着车辆不间断的连续过车，若不能实现连续过车时每辆车的车辆整车称量，必然导致车辆的称量由轴或轴组重加和从而获取车辆总重，大大降低了称重的准确度。
3.理想的整车式动态地磅称量方法和布局
比对上面三种布局形式，A、B、C 型各有优缺点，我们可以发现，“一车一杆 ” 模式可以较好的保证车辆的整车称量，而“连续过车 ”模式由于车辆的连续通过，无法保证车辆的整车称量，即无法保证精度。现在就需要一种既能实现连续过车又能实现整车称量的模式来实现现实工作中的需求。
目前整车式动态地磅均采用分体结构，通常由四个或更多个秤台拼接或搭接而成，因此我们不能仅仅看到整个整车秤台上有几辆车，还要看到构成整车的几个小秤台上有几辆车，或者一辆车在几个小秤台上。图 5 是由四节小秤台组成的整车秤的示意图，我们可以看到秤上现在有两辆车，而且Ⅱ号车已经有部分已经下秤，以整车上的总重量计算，很明显无法获得Ⅰ号车的重量。

很明显，我们可以通过 A、B 两节秤台上的重量确认 I 号车的重量，由此思路扩展出来，当Ⅰ号车分别在 A、B 两节秤台，B、C 两节秤台，C、D 两节秤台上时，可以分别利用 AB 段、BC 段和 CD 段上的重量数据计算获得三次Ⅰ号车的重量。由此可知，基于这种秤台分块的算法可以非常有效的实现多车在整车上时每辆车重量的计算。
对于极少数情况下，在多车辆跟车时当出现不满足一辆车单独在某个或某几个台面上，也就无法使用秤台分块的算法实现整车称量。如果在秤台的第一节的台面是一个轴或轴组称量的秤台，那么仍然能够实现车辆的动态称量，但其称量的准确度及其取决于轴或轴组称量的精度。因此为保证多数情况下的“连续过车”，整车式动态地磅的第一节秤台应当是一个轴重秤或一个轴组秤，但由于目前轴组秤的精度远远大于轴重秤，因此当实现了上述的分块称量算法后，选择轴组秤作为整车的第一节秤台是一种最优方案，其布局如图 6 所示.

图 6 是理想的整车式动态地磅布局，采用单个车辆分离设备，上秤端布置了一套轴组秤，下秤端采用下秤触发器.从形式上看，但通过上秤端车辆分离器和上秤端轴重秤的配合，可以在车辆驶上秤台的过程中计算车辆的轴数，通过下秤触发器计算车辆驶离秤台的轴数，即可判断车辆是否驶离秤台，因此该秤台也可用于“一车一杆”模式；整车汽车衡通过适当的搭接或拼接以及上述整车分块算法辅以轴组秤称量精度的保证就能够实现高精度的“连续过车”。
4.结语
通过对几个种整车式地磅布局方式的分析，我们可以发现，目前车辆的整车动态称量是一个较为复杂的问题，“一车一杆” 模式可以说是目前大部分整车地磅厂家 “连续过车”模式无法实现整车称量精度的一种无奈之举。而解决“连续过车”精度的问题既需要通过汽车衡的布局来解决，又需要通过整车分块的算法思维为其实现提供可能性，基于对各种布局方式的分析，希望能够对整车式动态地磅的性能提升提供帮助。

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