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整車式動態地磅合理布局方式的探討

本文通過目前行業內流行的整車式動態地磅的不同布局的優缺點對比分析，提出了一種較理想的整車式動態地磅的合理布局方式。該布局方式配合分塊算法的思想，能夠有效實現多車連續過車情況下的整車稱量，保證了稱量的準確度。
1.引言
動態公路車輛自動衡器（以下簡稱動態地磅）廣泛應用于國內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移車輛重心，從而導致稱重精度大大降低，另外一方面由于傳統的靜態大稱的車輛通行效率較低，因而整車式動態地磅浮出水面，其外形結構如圖 1。自 2013 年初，四川省開始在高速公路計重收費中應用整車式動態地磅。從使用情況看，整車式動態地磅運行狀況良好，計量精度得到了提高，計重爭議大幅減少。

整車式動態地磅通常由四節或四節以上分秤臺組成，總長度 20m 左右，通常其整車總重量的準確度等級是 1 級，且受到國標分度值和分度數的限制，其最大秤量為 100t，而目前市場上的需求一般在150t 左右，相關廠家為了滿足市場和國標的要求，通常會推出準確度等級 2 級，最大秤量 150t 的整車式動態汽車衡
為了實現車輛的整車稱量，整車式動態地磅的長度通常超過 15m，這就導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，當第一輛車完全駛上秤臺后，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地磅支持 “連續過車 ”模式，即無需阻止后續車輛駛上秤臺，秤臺上同時有兩輛甚至三輛車時仍然能夠對每輛車進行稱重。
相對來講，“一車一桿 ”模式整車重量精度較高，而 “連續過車 ”模式過車效率較高，四川省高速公路全部使用 “連續過車”模式的整車式動態地磅。
2. 不同類型的整車式動態地磅布局（見圖 2）

無論采用 “一車一桿 ”模式還是 “連續過車 ”模式，采用整車式動態地磅稱量車輛重量仍然需要獲取車輛的軸數，不同廠家獲取車輛軸數的方式不同，有些廠家采用觸發器形式，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 型整車式動態地磅布局，采用兩個車輛分離設備以及上秤和下秤兩個觸發器用于車輛的分離以及車輛軸數的計算。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，上下秤觸發能夠準確的計算車輛的軸數，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，無法實現多個車輛的連續稱量，因此無法實現“連續過車”模式。

圖 3 是 B 型整車式動態地磅布局，該廠家采用單個車輛分離設備以及上秤和下秤兩個觸發器用于車輛的分離以及車輛軸數的計算。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器的配合，可以在車輛駛上秤臺的過程中計算車輛的軸數，通過下秤觸發器計算車輛駛離秤臺的軸數，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，無法實現多個車輛的連續稱量，因此無法實現“連續過車”模式（見圖 4）。

圖 4 是 C 型整車式動態地磅布局，采用單個車輛分離設備，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，通過下秤觸發器計算車輛駛離秤臺的軸數，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“連續過車”模式。
通過以上三種布局形式我們可以發現，三種整車式地磅均可實現 “一車一桿 ”模式，但僅有 C 型布局形式能夠實現連續過車”模式。對于 C 型類似的布局形式，能夠在車輛連續通過時通過軸或軸組稱量的方式實現 “連續過車 ”模式，但僅僅依靠硬件是不夠的，因為收費站的應用環境中，“連續過車”模式的應用必然伴隨著車輛不間斷的連續過車，若不能實現連續過車時每輛車的車輛整車稱量，必然導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確度。
3.理想的整車式動態地磅稱量方法和布局
比對上面三種布局形式，A、B、C 型各有優缺點，我們可以發現，“一車一桿 ” 模式可以較好的保證車輛的整車稱量，而“連續過車 ”模式由于車輛的連續通過，無法保證車輛的整車稱量，即無法保證精度。現在就需要一種既能實現連續過車又能實現整車稱量的模式來實現現實工作中的需求。
目前整車式動態地磅均采用分體結構，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 是由四節小秤臺組成的整車秤的示意圖，我們可以看到秤上現在有兩輛車，而且Ⅱ號車已經有部分已經下秤，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 兩節秤臺上的重量確認 I 號車的重量，由此思路擴展出來，當Ⅰ號車分別在 A、B 兩節秤臺，B、C 兩節秤臺，C、D 兩節秤臺上時，可以分別利用 AB 段、BC 段和 CD 段上的重量數據計算獲得三次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多車在整車上時每輛車重量的計算。
對于極少數情況下，在多車輛跟車時當出現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整車稱量。如果在秤臺的第一節的臺面是一個軸或軸組稱量的秤臺，那么仍然能夠實現車輛的動態稱量，但其稱量的準確度及其取決于軸或軸組稱量的精度。因此為保證多數情況下的“連續過車”，整車式動態地磅的第一節秤臺應當是一個軸重秤或一個軸組秤，但由于目前軸組秤的精度遠遠大于軸重秤，因此當實現了上述的分塊稱量算法后，選擇軸組秤作為整車的第一節秤臺是一種最優方案，其布局如圖 6 所示.

圖 6 是理想的整車式動態地磅布局，采用單個車輛分離設備，上秤端布置了一套軸組秤，下秤端采用下秤觸發器.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，通過下秤觸發器計算車輛駛離秤臺的軸數，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的搭接或拼接以及上述整車分塊算法輔以軸組秤稱量精度的保證就能夠實現高精度的“連續過車”。
4.結語
通過對幾個種整車式地磅布局方式的分析，我們可以發現，目前車輛的整車動態稱量是一個較為復雜的問題，“一車一桿” 模式可以說是目前大部分整車地磅廠家 “連續過車”模式無法實現整車稱量精度的一種無奈之舉。而解決“連續過車”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提供可能性，基于對各種布局方式的分析，希望能夠對整車式動態地磅的性能提升提供幫助。

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