[發明專利]基于超聲波測距傳感器的貨運車輛載荷監測方法及監測設備

有效

• 申請號: 201410073484.2
• 申請日: 2014-02-28
• 公開（公告）號: CN103822692A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發明（設計）人: 余貴珍;韓蕾;王云鵬;于海洋;劉浩
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01G19/08
• 分類號: G01G19/08;G01G23/00;G01B17/04
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 周長琪

1.基于超聲波測距傳感器的貨運車輛載荷監測方法，其特征在于：通過下述步驟實現：

步驟1：安裝測距傳感器；

通過第一測距傳感器、第二測距傳感器分別測量貨運車輛前車軸左右兩端的鋼板彈簧與大梁間的距離值；通過第三測距傳感器與第四測距傳感器分別測量貨運車輛后車軸左右兩端的鋼板彈簧與大梁間的距離值；

步驟2：對貨運車輛進行標定，確定貨運車輛前車軸與后車軸兩端鋼板彈簧的剛度值；

A、將貨運車輛的車廂空間沿縱向方向平均分為三塊區域，再沿橫向方向平均分為兩塊區域；令左上區域、右上區域、左中區域、右中區域、左下區域與右下區域分別為1區、2區、3區、4區、5區與6區；

B、確定貨運車輛空載時，第一測距傳感器、第二測距傳感器、第三測距傳感器與第四測距傳感器的測量值γ₁、γ₂、γ₃、γ₄；在貨運車輛的車廂中各個區域內分別加載相同重量M的貨物，確定此時第一測距傳感器、第二測距傳感器、第三測距傳感器與第四測距傳感器的測量值γ`<sub>1</sub>、γ`₂、γ`<sub>3</sub>、γ`₄；

C、通過式（1）得到貨運車輛前車軸兩端的鋼板彈簧對加載貨物的共同支持力F₁與貨運車輛后車軸兩端的鋼板彈簧對加載貨物的共同支持力F₂；

G1+G2+G3=F1+F2(56L1+L3)*G1+(12L1+L3)*G2+(16L1+L3)*G3=F2---(1)]]>

式（1）中，G₁為貨運車輛的車廂中1區、2區的質量總和；G₂為貨運車輛的車廂中3區、4區的質量總和；G₃為貨運車輛的車廂中5區、6區的質量總和；L₁為貨運車輛的車廂的長度；L₂為貨運車輛前車軸至后車軸間的距離；L₃為車輛前車軸至車廂前端的水平距離；

D、通過式（2）、式（3），得到貨運車輛前車軸左右兩端鋼板彈簧的剛度值C₁、C₂，以及貨運車輛后車軸左右兩端鋼板彈簧的剛度值C₃、C₄：

C1*(γ1-γ1′)+C2*(γ2-γ2′)=F1---(2)C3*(γ3-γ3′)+C4*(γ4-γ4′)=F2---(3)]]>

式（2）、（3）中，若γ₁-γ`<sub>1</sub>＝γ<sub>2</sub>-γ`₂，則可知前軸左側板簧與右側板簧的鋼板彈簧剛度相等，將數值帶入公式（2），可直接求得前軸左側板簧與右側板簧的鋼板彈簧剛度為同理，若γ₃-γ`<sub>3</sub>＝γ<sub>4</sub>-γ`₄，則可知后軸左側板簧與右側板簧的鋼板彈簧剛度相等，將數值帶入公式（3），即可求得后軸左側板簧與右側板簧的鋼板彈簧剛度為

C3=C4=F22(γ3-γ3′)=F22(γ4-γ4′);]]>

若γ₁-γ`<sub>1</sub>≠γ<sub>2</sub>-γ`₂或者γ₃-γ`<sub>3</sub>≠γ<sub>4</sub>-γ`₄，則沿橫向方向移動1區、2區、3區、4區、5區、6區中一個或1個以上區域內擺放的貨物，改變貨物位置后，通過各個測距傳感器再次進行測量，令各個測距傳感器的測量值為γ``<sub>1</sub>、γ``₂、γ``<sub>3</sub>、γ``₄；此時，可得到：

C1*(γ1-γ1′′)+C2*(γ2-γ2′′)=F1---(4)C3*(γ3-γ3′′)+C4*(γ4-γ4′′)=F2---(5)]]>

聯立式（2）與式（4），即可得到C₁與C₂的值；同理聯立式（3）與式（5）即可得到C₃與C₄的值；

步驟3：根據式（6），確定貨運車輛載荷：

G=Σi=1Gi=C1χ1+C2χ2+C3χ3+C4χ4---(6)]]>

其中，G為貨運車輛總載重量；G_i為第i個鋼板彈簧的承重量；i=1、2、3、4；χ₁、χ₂、χ₃、χ₄分別為貨運車輛前車軸與后車軸左右兩端鋼板彈簧的形變量，C₁、C₂、C₃、C₄分別為貨運車輛前車軸與后車軸左右兩端鋼板彈簧的剛度值；

步驟4：將步驟3中得到的貨運車輛載重量與貨運車輛的位置信息，實時發送至上位機，通過上位機即可實現貨運車輛載重量及運行狀態信息的監測。

2.基于權利要求1所述基于超聲波測距傳感器的貨運車輛載荷監測方法的監測設備，其特征在于：包括四個超聲波測距傳感器、稱重控制器、GPS模塊與GPRS模塊；

令四個超聲波測距傳感器為第一超聲波測距傳感器、第二超聲波測距傳感器、第三超聲波測距傳感器與第四超聲波測距傳感器，均安裝在貨運車輛大梁上；使第一測距傳感器與第二測距傳感器的探頭分別垂直朝向貨運車輛前車軸左右兩端的鋼板彈簧頂部簧片上表面中心點；使第三測距傳感器與第四測距傳感器的探頭分別垂直朝向貨運車輛后車軸左右兩端的鋼板彈簧頂部簧片上表面中心點；

稱重控制器采集被測貨運車輛裝載后，四個超聲波測距傳感器的測量值，結合稱重控制器內預存的被測貨運車輛空載時，四個超聲波測距傳感器的測量值，得到被測貨運車輛前后車軸兩端鋼板彈簧形變量；隨后，將被測貨運車輛前后車軸兩端鋼板彈簧形變量，與稱重控制器內預存被測貨運車輛對應的前車軸與后車軸左右兩端鋼板彈簧的剛度值，通過稱重控制器內預存的載荷測量模型進行運算處理，得到被測貨運車輛的總載重量，實現貨運車輛鋼板彈簧形變量到車輛載重量的數值變換。

所述GPS模塊用來實現貨運車輛的遠距離定位；GPRS模塊用來實現數據與信息的傳遞，將貨運車輛載重量信息與位置信息通過GPRS網絡發送到遠程上位機。