整車式動態(tài)地磅合理布局方式的探討

本文通過目前行業(yè)內(nèi)流行的整車式動態(tài)地磅的不同布局的優(yōu)缺點對比分析，提出了一種較理想的整車式動態(tài)地磅的合理布局方式。該布局方式配合分塊算法的思想，能夠有效實現(xiàn)多車連續(xù)過車情況下的整車稱量，保證了稱量的準(zhǔn)確度。
1.引言
動態(tài)公路車輛自動衡器（以下簡稱動態(tài)地磅）廣泛應(yīng)用于國內(nèi)高速公路計重收費和超限超載、檢測站治理超載。該類自動衡器按稱量方式分為整車稱量和部分稱量兩大類，也就是我們常說的整車式和軸（軸組）重式。
一方面由于軸重式和輪重式地磅的稱重平臺較短，這使得車輛容易采取加速或減速的方式轉(zhuǎn)移車輛重心，從而導(dǎo)致稱重精度大大降低，另外一方面由于傳統(tǒng)的靜態(tài)大稱的車輛通行效率較低，因而整車式動態(tài)地磅浮出水面，其外形結(jié)構(gòu)如圖 1。自 2013 年初，四川省開始在高速公路計重收費中應(yīng)用整車式動態(tài)地磅。從使用情況看，整車式動態(tài)地磅運行狀況良好，計量精度得到了提高，計重爭議大幅減少。

整車式動態(tài)地磅通常由四節(jié)或四節(jié)以上分秤臺組成，總長度 20m 左右，通常其整車總重量的準(zhǔn)確度等級是 1 級，且受到國標(biāo)分度值和分度數(shù)的限制，其最大秤量為 100t，而目前市場上的需求一般在150t 左右，相關(guān)廠家為了滿足市場和國標(biāo)的要求，通常會推出準(zhǔn)確度等級 2 級，最大秤量 150t 的整車式動態(tài)汽車衡
為了實現(xiàn)車輛的整車稱量，整車式動態(tài)地磅的長度通常超過 15m，這就導(dǎo)致車輛自由通過時可能會有兩輛或者三輛車同時在秤上的情況，此時由于整車上的重量是多個車輛重量的加和，因此如何確定每輛車的重量是一個較難解決的問題。
一部分廠家采用 “一車一桿 ”的模式進行稱量，當(dāng)?shù)谝惠v車完全駛上秤臺后，秤臺前的欄桿機隨即落下，阻止下一輛車駛上秤臺。待第一輛車完全駛離秤臺后，欄桿機抬起，允許下一輛車進入秤臺。
一部分廠家的整車式動態(tài)地磅支持 “連續(xù)過車 ”模式，即無需阻止后續(xù)車輛駛上秤臺，秤臺上同時有兩輛甚至三輛車時仍然能夠?qū)γ枯v車進行稱重。
相對來講，“一車一桿 ”模式整車重量精度較高，而 “連續(xù)過車 ”模式過車效率較高，四川省高速公路全部使用 “連續(xù)過車”模式的整車式動態(tài)地磅。
2. 不同類型的整車式動態(tài)地磅布局（見圖 2）

無論采用 “一車一桿 ”模式還是 “連續(xù)過車 ”模式，采用整車式動態(tài)地磅稱量車輛重量仍然需要獲取車輛的軸數(shù)，不同廠家獲取車輛軸數(shù)的方式不同，有些廠家采用觸發(fā)器形式，有些廠家采取軸重秤形式。下面就對三種不同的秤臺形式進行一定的分析。
圖 2 是 A 型整車式動態(tài)地磅布局，采用兩個車輛分離設(shè)備以及上秤和下秤兩個觸發(fā)器用于車輛的分離以及車輛軸數(shù)的計算。其中上秤端的車輛分離器能夠有效的判斷車輛是否駛上秤臺，下秤端的車輛分離器能夠有效判斷車輛是否駛離秤臺，上下秤觸發(fā)能夠準(zhǔn)確的計算車輛的軸數(shù)，可完美用于“一車一桿”模式；但由于沒有軸或軸組稱量的能力，無法實現(xiàn)多個車輛的連續(xù)稱量，因此無法實現(xiàn)“連續(xù)過車”模式。

圖 3 是 B 型整車式動態(tài)地磅布局，該廠家采用單個車輛分離設(shè)備以及上秤和下秤兩個觸發(fā)器用于車輛的分離以及車輛軸數(shù)的計算。從形式上看，缺少一個車輛分離器，無法通過車輛分離器判斷車輛是否駛離秤臺，但通過上秤端車輛分離器和上秤端觸發(fā)器的配合，可以在車輛駛上秤臺的過程中計算車輛的軸數(shù)，通過下秤觸發(fā)器計算車輛駛離秤臺的軸數(shù)，即可判斷車輛是否駛離秤臺，因此該秤臺也可用于 “一車一桿 ”模式；同 A 型一樣，由于沒有軸或軸組稱量的能力，無法實現(xiàn)多個車輛的連續(xù)稱量，因此無法實現(xiàn)“連續(xù)過車”模式（見圖 4）。

圖 4 是 C 型整車式動態(tài)地磅布局，采用單個車輛分離設(shè)備，上秤端布置了一套軸重秤（軸組重稱），下秤端采用下秤觸發(fā)器。從形式上看，但通過上秤端車輛分離器和上秤端軸重秤的配合，可以在車輛駛上秤臺的過程中計算車輛的軸數(shù)，通過下秤觸發(fā)器計算車輛駛離秤臺的軸數(shù)，即可判斷車輛是否駛離秤臺，因此該秤臺也可用于“一車一桿”模式；不同于 A、B型，C 型整車式動態(tài)地磅由于具有軸或軸組稱量的能力，可通過軸或軸組稱量的方式實現(xiàn)“連續(xù)過車”模式。
通過以上三種布局形式我們可以發(fā)現(xiàn)，三種整車式地磅均可實現(xiàn) “一車一桿 ”模式，但僅有 C 型布局形式能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)過車”模式。對于 C 型類似的布局形式，能夠在車輛連續(xù)通過時通過軸或軸組稱量的方式實現(xiàn) “連續(xù)過車 ”模式，但僅僅依靠硬件是不夠的，因為收費站的應(yīng)用環(huán)境中，“連續(xù)過車”模式的應(yīng)用必然伴隨著車輛不間斷的連續(xù)過車，若不能實現(xiàn)連續(xù)過車時每輛車的車輛整車稱量，必然導(dǎo)致車輛的稱量由軸或軸組重加和從而獲取車輛總重，大大降低了稱重的準(zhǔn)確度。
3.理想的整車式動態(tài)地磅稱量方法和布局
比對上面三種布局形式，A、B、C 型各有優(yōu)缺點，我們可以發(fā)現(xiàn)，“一車一桿 ” 模式可以較好的保證車輛的整車稱量，而“連續(xù)過車 ”模式由于車輛的連續(xù)通過，無法保證車輛的整車稱量，即無法保證精度。現(xiàn)在就需要一種既能實現(xiàn)連續(xù)過車又能實現(xiàn)整車稱量的模式來實現(xiàn)現(xiàn)實工作中的需求。
目前整車式動態(tài)地磅均采用分體結(jié)構(gòu)，通常由四個或更多個秤臺拼接或搭接而成，因此我們不能僅僅看到整個整車秤臺上有幾輛車，還要看到構(gòu)成整車的幾個小秤臺上有幾輛車，或者一輛車在幾個小秤臺上。圖 5 是由四節(jié)小秤臺組成的整車秤的示意圖，我們可以看到秤上現(xiàn)在有兩輛車，而且Ⅱ號車已經(jīng)有部分已經(jīng)下秤，以整車上的總重量計算，很明顯無法獲得Ⅰ號車的重量。

很明顯，我們可以通過 A、B 兩節(jié)秤臺上的重量確認(rèn) I 號車的重量，由此思路擴展出來，當(dāng)Ⅰ號車分別在 A、B 兩節(jié)秤臺，B、C 兩節(jié)秤臺，C、D 兩節(jié)秤臺上時，可以分別利用 AB 段、BC 段和 CD 段上的重量數(shù)據(jù)計算獲得三次Ⅰ號車的重量。由此可知，基于這種秤臺分塊的算法可以非常有效的實現(xiàn)多車在整車上時每輛車重量的計算。
對于極少數(shù)情況下，在多車輛跟車時當(dāng)出現(xiàn)不滿足一輛車單獨在某個或某幾個臺面上，也就無法使用秤臺分塊的算法實現(xiàn)整車稱量。如果在秤臺的第一節(jié)的臺面是一個軸或軸組稱量的秤臺，那么仍然能夠?qū)崿F(xiàn)車輛的動態(tài)稱量，但其稱量的準(zhǔn)確度及其取決于軸或軸組稱量的精度。因此為保證多數(shù)情況下的“連續(xù)過車”，整車式動態(tài)地磅的第一節(jié)秤臺應(yīng)當(dāng)是一個軸重秤或一個軸組秤，但由于目前軸組秤的精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于軸重秤，因此當(dāng)實現(xiàn)了上述的分塊稱量算法后，選擇軸組秤作為整車的第一節(jié)秤臺是一種最優(yōu)方案，其布局如圖 6 所示.

圖 6 是理想的整車式動態(tài)地磅布局，采用單個車輛分離設(shè)備，上秤端布置了一套軸組秤，下秤端采用下秤觸發(fā)器.從形式上看，但通過上秤端車輛分離器和上秤端軸重秤的配合，可以在車輛駛上秤臺的過程中計算車輛的軸數(shù)，通過下秤觸發(fā)器計算車輛駛離秤臺的軸數(shù)，即可判斷車輛是否駛離秤臺，因此該秤臺也可用于“一車一桿”模式；整車汽車衡通過適當(dāng)?shù)拇罱踊蚱唇右约吧鲜稣嚪謮K算法輔以軸組秤稱量精度的保證就能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的“連續(xù)過車”。
4.結(jié)語
通過對幾個種整車式地磅布局方式的分析，我們可以發(fā)現(xiàn)，目前車輛的整車動態(tài)稱量是一個較為復(fù)雜的問題，“一車一桿” 模式可以說是目前大部分整車地磅廠家 “連續(xù)過車”模式無法實現(xiàn)整車稱量精度的一種無奈之舉。而解決“連續(xù)過車”精度的問題既需要通過汽車衡的布局來解決，又需要通過整車分塊的算法思維為其實現(xiàn)提供可能性，基于對各種布局方式的分析，希望能夠?qū)φ囀絼討B(tài)地磅的性能提升提供幫助。

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