一種用于輪軸識別器的傳感器結(jié)構(gòu)、輪軸識別系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型一種用于輪軸識別器的傳感器結(jié)構(gòu)、輪軸識別系統(tǒng)，公開了一種用于輪軸識別器的傳感器結(jié)構(gòu)，包括N個壓力傳感器，N個壓力傳感器呈直線陣列方式排列，相鄰兩個壓力傳感器距離X<Dmin-W，X<W，d≤X/2，其中Dmin為車輛最小雙胎間距，d為傳感器直徑，W為車輛輪胎有效著地寬度。同時本實用新型還公開了采用該傳感器結(jié)構(gòu)輪軸識別系統(tǒng)，該識別系統(tǒng)包括前述傳感器結(jié)構(gòu)、N個運算放大器、N個比較器、單片機和主控儀，每個壓力傳感器與一個運算放大器連接，每個運算放大器與一個比較器連接，每個比較器與單片的I/O口連接，單片機與主控儀連接。本實用新型摒棄由傳統(tǒng)A/D轉(zhuǎn)換模塊將電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的環(huán)節(jié)，可以省去A/D轉(zhuǎn)換模塊硬件成本。
【專利說明】一種用于輪軸識別器的傳感器結(jié)構(gòu)、輪軸識別系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉一種計量方法領(lǐng)域，特別涉及一種用于輪軸識別的傳感器結(jié)構(gòu)、輪軸識別系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著國家經(jīng)濟的發(fā)展和城市化進程的加速，交通運輸中的大中型貨運車輛的比率日益增加，交通量迅速上升，車輛超載、超限現(xiàn)象也變得越來越普遍和嚴重。交通部2000年頒布的第2號令《超限運輸車輛行駛公路管理規(guī)定》和國家七部委聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)于在全國開展車輛超限超載治理工作的實施方案》(交公路發(fā)(2004)219號)，規(guī)定運用經(jīng)濟與行政相結(jié)合的手段對通過的超限車輛進行必要的執(zhí)法處理，以有效保證橋梁和公路的使用壽命。準確檢測并獲取盡可能多的車輛特征數(shù)據(jù)，是公路和橋梁計重收費、超限車輛執(zhí)法等領(lǐng)域的關(guān)鍵依據(jù)，其中車輛的輪胎類型就是必不可少的特征數(shù)據(jù)。
[0003]輪軸識別器又稱輪胎識別器，與計重設(shè)備一起安裝配套使用，主要用于檢測車輛通過時的每軸輪胎數(shù)，并可結(jié)合系統(tǒng)整體功能識別車速、輪軸、車型等。輪軸識別器設(shè)備伴隨著計重收費的實行不斷發(fā)展，各個廠家根據(jù)掌握的不同技術(shù)和原理，設(shè)計出不同的產(chǎn)品O
[0004]目前輪軸識別器從原理來劃分主要有開關(guān)型和壓力傳感型。在具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，二者產(chǎn)生電壓的壓力傳感器排列方式基本一致，即每條輪軸識別器安裝9?16個模塊，模塊間距約為8?15cm。單雙輪的判斷原理則根據(jù)所有模塊輸出信號的位置和數(shù)量確定:當信號總數(shù)小于或等于某個數(shù)m(m可取2?5)，且連續(xù)的模塊有車輪壓過時，為單輪；當信號總數(shù)大于或等于某個數(shù)η (η可取3?6)，或者中間不連續(xù)的在k (k可取I?3)個以上的模塊有車輪壓過時，為雙輪。這種判斷原理需要事先確定m，n，k三個數(shù)，由于各種類型車輛輪胎的有效著地寬度和雙胎間距各不相同，m, n, k三值不易選取，沒有統(tǒng)一標準，造成各廠家的輪胎識別正確率偏差較大。
實用新型內(nèi)容
[0005]有鑒于此，本實用新型提供一種用于輪軸識別的傳感器結(jié)構(gòu)，同時提供一種新的輪軸識別系統(tǒng)，該方法通過確定傳感器是否產(chǎn)生連續(xù)的變化信號確定是單胎還是雙胎，簡單可靠。
[0006]本實用新型的目的之一是通過這樣的技術(shù)方案實現(xiàn)的，一種用于輪軸識別器的傳感器結(jié)構(gòu)，該傳感器結(jié)構(gòu)包括N個壓力傳感器，N個壓力傳感器呈直線陣列方式排列，相鄰兩個壓力傳感器的距離X〈Dmin_W，X〈W，d ( X/2，其中Dmin為車輛最小雙胎間距，d為傳感模的直徑，W為車輛輪胎有效著地寬度。
[0007]本實用新型的目的之二是通過這樣的技術(shù)方案實現(xiàn)的，一種輪軸識別系統(tǒng)，包括N個壓力傳感器、N個運算放大器、N個比較器、單片機和主控儀，每個壓力傳感器與一個運算放大器連接，每個運算放大器與一個比較器連接，每個比較器與單片的I/O 口連接，所述單片機與主控儀連接。
[0008]進一步，所述N個壓力傳感器呈直線陣列方式排列，壓力傳感器彼此間的距離為X〈Dmin-W，X〈W，d ( X/2，其中Dmin為車輛最小雙胎間距，d為傳感模的直徑，W為車輛輪胎有效著地寬度。
[0009]由于采用了上述技術(shù)方案，本實用新型具有如下的優(yōu)點:
[0010]1、根據(jù)上述壓力傳感器間距設(shè)定方法，當車輪壓過各壓力傳感器時產(chǎn)生連續(xù)的變化信號時，可判斷為單胎，若產(chǎn)生的變化信號不連續(xù)則判斷為雙胎，該方法簡單可靠。
[0011]2、本實用新型所述輪軸識別系統(tǒng)摒棄了由傳統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換模塊將電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的環(huán)節(jié)，可以省去A/D轉(zhuǎn)換模塊的硬件成本；二是由硬件比較器代替單片機軟件處理程序的比較過程，降低單片機處理器的處理開銷。并且，各路電壓信號可以單獨自動放大、比較，互不干擾。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本實用新型作進一步的詳細描述，其中:
[0013]圖1為輪胎作用于輪軸識別器效果圖；
[0014]圖2為輪軸識別系統(tǒng)的原理框圖；
[0015]圖3為壓力型輪軸識別流程圖。

【具體實施方式】
[0016]以下將結(jié)合附圖，對本實用新型的優(yōu)選實施例進行詳細的描述；應(yīng)當理解，優(yōu)選實施例僅為了說明本實用新型，而不是為了限制本實用新型的保護范圍。
[0017]在眾多類型的輪軸識別器中，各個壓力傳感器間距確定十分關(guān)鍵，現(xiàn)有產(chǎn)品通常根據(jù)經(jīng)驗大致設(shè)定一個數(shù)值，并沒有合理依據(jù)，輪軸識別率參差不齊，本實用新型總結(jié)了一種新的壓力傳感器間距確定方法，可準確識別車輛輪胎類型。
[0018]設(shè)壓力傳感器的直徑為d，相鄰壓力傳感器的中心間距為X，車輛最小雙胎間距為Dmin，相應(yīng)車輛輪胎I有效著地寬度為W，X的取值需要滿足兩個條件:
[0019]1.輪軸識別器3在設(shè)計前，各壓力傳感器2的中心間距X值根據(jù)《載重汽車輪胎規(guī)格、尺寸、氣壓與負荷》國家標準GB/T2977-2008以及安裝路段行駛車輛主要類型確定，那么X值應(yīng)為:
[0020]X<Dmin-ff 式(I)
[0021]將國家標準GB/T2977-2008提供的不同輪胎最大使用尺寸和最小雙胎間距代入式(I)，可以計算出相應(yīng)的壓力傳感器中心間距鄰界值，因此，實際應(yīng)用中，為了有效識別所有輪胎類型，X值小于壓力傳感器中心間距鄰界值最小值。
[0022]2.間距X應(yīng)小于車輛輪胎有效著地寬度W，即:
[0023]X<ff式(2)
[0024]以保證車輛輪胎可以完全有效作用于一定數(shù)量的壓力傳感器。
[0025]在X取值基礎(chǔ)上，壓力傳感器直徑d應(yīng)滿足:
[0026]d 彡 X/2式(3)
[0027]另外，輪軸識別器的長度與稱重平臺相適應(yīng)，不但保證車輛輪胎完全作用于輪軸識別器上，還需要配合稱重平臺計算車輛軸重、總重。通常情況下，普通車道檢測寬度1700mm，超寬車道檢測寬度2100mm。
[0028]同一時刻，車輛輪胎作用于輪軸識別器的陣列壓力傳感器接觸效果如圖1所示。
[0029]根據(jù)上述壓力傳感器間距設(shè)定方法，當車輪壓過各壓力傳感器時產(chǎn)生連續(xù)的變化信號時，可判斷為單胎，若產(chǎn)生的變化信號不連續(xù)則判斷為雙胎。
[0030]此種輪軸識別判斷單雙輪的方法使用范圍不局限于開關(guān)型和壓力傳感型，壓力傳感器排列呈直線陣列方式基本可通用。
[0031]根據(jù)上述思想，本發(fā)明提供一種用于輪軸識別器的傳感器結(jié)構(gòu)，該傳感器結(jié)構(gòu)包括N個壓力傳感器，N個壓力傳感器呈直線陣列方式排列，相鄰兩個壓力傳感器的距離X〈Dmin-W，X〈W，d ( X/2，其中Dmin為車輛最小雙胎間距，d為傳感模的直徑，W為車輛輪胎有效著地寬度。
[0032]輪軸識別器采用壓力傳感型，其結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，實際應(yīng)用較多。這種形式的輪胎識別器由彈性體電阻應(yīng)變片、引線及外殼等部分組成。當車輛壓上時，彈性體承載重力有一與重力成正比的形變，電阻應(yīng)變片粘貼在彈性體上，與彈性體有相同的形變，由此產(chǎn)生電阻變量，在供橋電路作用下，橋路的輸出端產(chǎn)生與重力成正比的電壓，從而得到電信號。
[0033]根據(jù)壓力傳感器產(chǎn)生電信號的基本原理，以獲取車輪壓過多個傳感器可識別的數(shù)字信號編碼為目的，并為了克服現(xiàn)有壓力傳感型輪軸識別器電路復(fù)雜，自身功耗大，路間干擾大，成本高的缺點，本系統(tǒng)的壓力傳感電壓信號采用了“路-路放大，路-路比較”的硬件處理模式，一是摒棄了由傳統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換模塊將電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的環(huán)節(jié)，可以省去A/D轉(zhuǎn)換模塊的硬件成本；二是由硬件比較器代替單片機軟件處理程序的比較過程，降低單片機處理器的處理開銷。并且，各路電壓信號可以單獨自動放大、比較，互不干擾。
[0034]本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖2所示。
[0035]由于壓力傳感器產(chǎn)生的初始電壓信號相當微弱，所以傳感器信號必須經(jīng)過一個放大倍數(shù)比較大的運算放大器之后，再送入各路對應(yīng)的比較器。比較器負責(zé)將運算放大器輸出的電壓信號同基準電壓信號進行比較，如果放大器信號大于基準電壓信號，則輸出高態(tài)，小于基準電壓信號則輸出低態(tài)。單片機處理器負責(zé)掃描各路比較器輸出的TTL電平信號，通過內(nèi)部程序處理，將各路壓力傳感器狀態(tài)通過編碼后由串口輸出給主控儀器。每路比較器輸出分別與單片機各1 口相接。整個流程如圖3所示。
[0036]單片機掃描頻率主要根據(jù)車輛壓過傳感器時的速度確定，以車輛速度36km/h即10m/s為例計算，設(shè)車輪有效接觸壓力傳感器直徑為30mm，從車輪開始壓傳感器到離開傳感器，車輪接觸的弧長實際約為200mm，因此車輪壓過傳感器的時間約為20ms。由力學(xué)可知，傳感器的受力為拋物線，程序中去頭去尾后為有效的受力時間，這段時間大約為20ms的一半，也就是10ms，要在1ms中準確的判斷出有無車輪壓到傳感器，要求單片機的掃描速度不少于100Hz，實際中車速是不確定的，加上對可靠性的要求，將實際掃描速度提升到100Hz ο
[0037]以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例，并不用于限制本實用新型，顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本實用新型進行各種改動和變型而不脫離本實用新型的精神和范圍。這樣，倘若本實用新型的這些修改和變型屬于本實用新型權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本實用新型也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于輪軸識別器的傳感器結(jié)構(gòu)，其特征在于:該傳感器結(jié)構(gòu)包括N個壓力傳感器，N個壓力傳感器呈直線陣列方式排列，相鄰兩個壓力傳感器的距離X〈Dmin-W，X<ff,d ( X/2，其中Dmin為車輛最小雙胎間距，d為傳感模的直徑，W為車輛輪胎有效著地寬度。
2.一種輪軸識別系統(tǒng)，其特征在于:包括N個壓力傳感器、N個運算放大器、N個比較器、單片機和主控儀，每個壓力傳感器與一個運算放大器連接，每個運算放大器與一個比較器連接，每個比較器與單片的I/O 口連接，所述單片機與主控儀連接；所述N個壓力傳感器呈直線陣列方式排列，壓力傳感器彼此間的距離為X〈Dmin_W，X〈W，d彡X/2，其中Dmin為車輛最小雙胎間距，d為傳感模的直徑，W為車輛輪胎有效著地寬度。
【文檔編號】G01G19/03GK204085749SQ201420393444
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年7月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月16日
【發(fā)明者】雷榮富, 杜長東, 黃丹, 唐練, 張洪明, 熊山山, 班釗, 何春虎, 朱世宇, 徐先春, 李雪 申請人:重慶市華馳交通科技有限公司