化雪薈

（佛山職業(yè)技術(shù)學(xué)院 廣東 佛山　528000）

基于測量減震器形變的車輛載重檢測系統(tǒng)開發(fā)

化雪薈

（佛山職業(yè)技術(shù)學(xué)院 廣東 佛山528000）

針對智能車輛寬高檢測系統(tǒng)設(shè)備貴，檢測時間長的問題，實現(xiàn)快速檢測車輛超載重量，設(shè)計了基于檢測減震器形變的智能車輛載重檢測系統(tǒng)。系統(tǒng)應(yīng)用德國SICK公司具有雙脈沖計算的二維激光脈沖測距傳感器測量車輛載重時減震器的形變量，通過形變量與減震器的彈力系數(shù)計算出貨物重量，同時還設(shè)計了上位機控制軟件進行數(shù)據(jù)的實時傳輸和處理。經(jīng)過系統(tǒng)仿真和現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)表明，該系統(tǒng)實時性好，測量精度高，具有較好的推廣價值。

載重檢測；激光測距傳感器；減震器形變；彈力系數(shù)

貨運車輛超載對公路破壞嚴(yán)重，且容易引發(fā)安全事故，由于超載車輛速度下降還會影響公路的使用效率，但是由于缺少檢驗手段，使得超載現(xiàn)象無法杜絕，也無法對違法駕駛員進行處罰，目前對車輛載重檢測的應(yīng)用多采取在超載車輛必經(jīng)道路下安裝稱重傳感器的方法，車輛通過時稱重傳感器將車輛的質(zhì)量信號轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y量的電信號輸出，從而判斷車輛是否超載，但此種方法存在多種不足：設(shè)備花費多；浪費時間；重量超過限度會造成傳感器損壞。

針對在當(dāng)前車輛超載檢測中只有寬高檢測［1］而且現(xiàn)有載重檢測效率低的情況，設(shè)計了一種采用激光測距傳感器的車輛超載檢測系統(tǒng)。

1　車輛超載檢測系統(tǒng)

車輛超載檢測系統(tǒng)采用激光測距傳感器［2］作為車輛超載檢測系統(tǒng)的高度檢測儀。根據(jù)貨箱在空載與滿載時離地高度的不同，通過采取車輛信息計算車輛載重檢測，用以優(yōu)化人工檢測效率低下的問題，系統(tǒng)實現(xiàn)簡單，測量準(zhǔn)確度高。

該系統(tǒng)可以與車輛超寬超高檢測系統(tǒng)以及車輛限速攝像頭結(jié)合，組成功能更加完善的車輛違章檢測系統(tǒng)。

圖1　車輛超載檢測系統(tǒng)示意圖

2　激光測距傳感器

測距傳感器可分為超聲波測距傳感器、激光測距傳感器、紅外線測距傳感器以及24 GHz雷達(dá)傳感器等，激光傳感器工作時，先由激光二極管對準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射激光脈沖。傳感器接收器接收經(jīng)目標(biāo)反射后向各方向散射的激光。根據(jù)從光脈沖發(fā)出到返回被接收所經(jīng)歷的時間，測定目標(biāo)距離［3-5］。由于激光測距傳感器具有響應(yīng)速度快，測量精度高，實時性強等優(yōu)點，采用激光測距傳感器作為車輛超載檢測系統(tǒng)的高度檢測儀。本系統(tǒng)采用德國SICK公司生產(chǎn)的LMS型雙脈沖激光測距傳感器。LMS激光測距傳感器掃描頻率是25～50 Hz，角度頻率是0.25°-0.5°，掃描角度是0°-270°，最大掃描距離是20 m，標(biāo)準(zhǔn)測量精度為±30 mm，安全防護等級為IP67，對人眼安全。惡劣的環(huán)境因素對測量范圍沒有影響，可用于室外溫度-30～+50°C的環(huán)境中。

3　測重原理

貨箱載重時貨物重量會對減震器造成形變，根據(jù)形變量與減震器的彈力系數(shù)可求出貨物重量，貨箱載重時，受力分析如圖2所示。

圖2　受力分析

貨物重量為m，重力為G=m×g，減震器數(shù)量為N，G=N× Gi，其中i∈1，2，…，N，減震器在F方向的形變量為x，則F= k×x，k為減震器的彈力系數(shù)，由于減震器與垂直方向存在角度θ，所以

由于測出的是貨箱在垂直距離的距離改變量Δx，Δx= xcosθ，減震器數(shù)量N、減震器彈力系數(shù)k為已知，且Δx可由測量得知，則貨物重量為

4　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示，車輛載重系統(tǒng)由單片機、顯示屏、CMOS圖像采集傳感器與激光測距傳感器組成，并根據(jù)需要可以選擇是否連接PC端。

圖3　系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

工控機通過可視化編程語言VB的網(wǎng)絡(luò)通訊內(nèi)核Winsock與LMS系列傳感器直接進行數(shù)據(jù)的交換。在使用Winsock控件時使用UDP通信協(xié)議。

軟件包括寫入單片機的載重計算軟件和PC端控制軟件，其中車輛載重系統(tǒng)已錄入各種貨車的以下信息：車輛型號，拖掛貨箱空載時離地高度，減震器數(shù)量以及彈力系數(shù)；PC端可以通過車牌號提取車輛以上信息。

系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)是否連接PC端，可分為聯(lián)網(wǎng)與離線兩種使用方式：

1）聯(lián)網(wǎng)方式

圖4　系統(tǒng)實現(xiàn)流程圖

①通過CMOS圖像采集傳感器采集車輛車牌號，傳入PC端解析并根據(jù)車牌號讀取車輛信息，將讀取的信息返回車輛測重系統(tǒng)［6］；

②通過激光測距傳感器測量載重車輛離地距離；

③根據(jù)已有信息計算出車輛的載重重量，在顯示屏顯示。

2）離線方式

①根據(jù)車輛測重系統(tǒng)中已有信息，選擇車輛型號；

②通過激光測距傳感器測量載重車輛離地距離；

③根據(jù)已有信息計算出車輛的載重重量，在顯示屏顯示。

5　仿真實驗

以某型福田貨車作為測試車輛，將車輛貨箱空載時的離地高度，減震器彈力系數(shù)、減震器數(shù)量以及額定載重作為初始信息錄入到系統(tǒng)中，根據(jù)測量的Δx值，計算出載重m與實際載重量進行對比，X軸為車輛貨箱載貨時離地距離與空載時離地距離之差，Y軸為貨箱載貨重量，根據(jù)上圖可知，測量值十分接近理論值，用Matlab進行計算后得到結(jié)果如圖5所示。

圖5　測試結(jié)果

6　結(jié)　論

本系統(tǒng)采用LMS系列激光脈沖掃描傳感器和可視化編程語言VB的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)核設(shè)計基于減震器形變的車輛載重智能檢測系統(tǒng)，在實驗期間工作穩(wěn)定，功耗低，計算速度快，測量精度高，抗干擾能力強，實驗誤差小，可以準(zhǔn)確的測量車輛載重情況。本系統(tǒng)應(yīng)用實現(xiàn)車輛載重檢測的自動化，測量數(shù)據(jù)自動保存到數(shù)據(jù)庫中并可以隨時進行查詢，大大提高了工作效率和檢測精度，具有很好的推廣價值。

［1］禹琳琳.基于激光測距技術(shù)的車輛寬高檢測系統(tǒng)的設(shè)計［J］.電子設(shè)計工程，2011，19（10）:103-106.

［2］張黎明，張毅，趙欣.基于TDC的激光測距傳感器飛行時間測量研究［J］.傳感器與微系統(tǒng)，2011，30（12）:71-74.

［3］施智勇，潘曉聲，張謙.利用延時法進行高精度脈沖激光測距［J］.光學(xué)精密工程，2014，22（2）:252-258.

［4］曲興華，戴建芳，張福民.基于激光測距的大尺寸測量應(yīng)用研究［J］.儀器儀表學(xué)報，2009，30（3）:481-485.

［5］謝志鵬，卞春江，孟新.基于FPGA的激光測距控制系統(tǒng)設(shè)計［J］.微計算機信息，2009，25（3/2）:187，190-191.

［6］潘銀松，袁祥輝，林聚承，等.CMOS數(shù)字圖像傳感器研究進展［J］.重慶大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2005，28（9）:16-18.

Development of vehicle load detection system based on measuring the deformation of shock absorber

HUA Xue-hui
（Foshan Polytechnic，F(xiàn)oshan 528000，China）

For intelligent vehicle equipment expensive，high detection system wide detection time，realize the rapid detection of overloaded vehicles weight，design based on the detection of deformation of the intelligent vehicle shock absorber load test system.This system uses 2-D laser pulse range-finding sensors of SICK company in German to measure vehicle load of shock absorber，through the form variables and shock absorber of the elastic coefficient to calculate the weight of goods，also designed the PC control software for real-time data transmission and processing.Through simulation and test datasheet in experimentation indicates that this system is real-time，precision and valuable.

load detection；laser sensor；shock absorber deformation；elastic coefficient

TN98

A

1674－6236（2016）16-0076-02

2015-08-08稿件編號：201508034

化雪薈（1976—），女，甘肅景泰人，碩士，高級實驗師。研究方向：電子產(chǎn)品智能控制及電磁兼容檢測。