應(yīng)變式汽車軸重動(dòng)態(tài)測量系統(tǒng)性能增長研究.pdf

1、車輛超載是造成道路損壞的重要原因。隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國總的公路里程數(shù)已位居世界前列，超載現(xiàn)象已成為交通運(yùn)輸中日益突出的問題，國家每年因超載產(chǎn)生的額外道路維修保養(yǎng)費(fèi)用高達(dá)幾百億元，超載造成的車毀人亡和橋梁倒塌等惡性事故時(shí)有發(fā)生，造成了生命和財(cái)產(chǎn)的重大損失。快速、準(zhǔn)確地測量車輛軸重和總重等交通數(shù)據(jù)對于公路的執(zhí)法、運(yùn)營、管理等方面具有重要意義。 目前國內(nèi)超載檢測中廣泛使用的應(yīng)變式汽車軸重秤普遍存在車輛過秤速度慢、檢測效率過低的

2、問題，主要原因是所采用的信號(hào)處理方法無法有效去除汽車動(dòng)態(tài)稱重信號(hào)中的動(dòng)態(tài)載荷。因此針對應(yīng)變式汽車軸重秤的信號(hào)特點(diǎn)開展動(dòng)態(tài)稱重信號(hào)處理研究，提高稱重效率和精度具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。本文以上海市科技攻關(guān)項(xiàng)目(N0.035115003)為依托，對應(yīng)變式汽車軸重秤的動(dòng)態(tài)稱重信號(hào)處理方法進(jìn)行了深入研究，旨在保證稱重精度滿足計(jì)量要求的同時(shí)明顯提高稱重效率，改善現(xiàn)有應(yīng)變式軸重秤限速過低的現(xiàn)狀。 論文深入分析了動(dòng)態(tài)稱重信號(hào)的構(gòu)成，構(gòu)

3、建了動(dòng)態(tài)稱重實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，提出了基于動(dòng)態(tài)載荷分離的軸重信號(hào)處理方法，著重解決動(dòng)態(tài)載荷對稱重精度影響的問題，采用經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解和非線性擬合等方法明顯提高了車輛通過速度，為動(dòng)態(tài)稱重信號(hào)的處理提供了新思路和新方法。本文具體研究工作分為以下幾個(gè)方面： 1.在充分了解汽車動(dòng)態(tài)稱重國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，對目前國內(nèi)外主要?jiǎng)討B(tài)稱重方式的特點(diǎn)進(jìn)行了分析和比較；討論和分析了應(yīng)變式軸重秤中應(yīng)用的主要數(shù)據(jù)處理方法以及這些方法存在的問題；指出了動(dòng)態(tài)載荷是影響

4、動(dòng)態(tài)稱重效率和精度的關(guān)鍵因素。 2.動(dòng)態(tài)載荷分析研究。以1/4車輛模型和道路不平整度模型為基礎(chǔ)進(jìn)行車-路動(dòng)力學(xué)分析，研究路面平整度、車速、載重、懸架系統(tǒng)等因素對動(dòng)態(tài)載荷的影響，揭示動(dòng)態(tài)載荷的性質(zhì)、特點(diǎn)以及對動(dòng)態(tài)稱重精度的影響。 3.動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在比較各種稱重傳感器和秤臺(tái)結(jié)構(gòu)形式的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了壓縮圓板式稱重傳感器和框式箱式組合秤臺(tái)，對傳感器彈性體進(jìn)行了有限元分析，為應(yīng)變片粘貼位置的選擇提供了依據(jù)；編制了相應(yīng)的軟件

5、程序進(jìn)行稱重系統(tǒng)控制和信號(hào)采集。 4.汽車秤動(dòng)態(tài)校正研究。依據(jù)兩自由度動(dòng)態(tài)稱重模型，設(shè)計(jì)了長秤臺(tái)汽車秤的自適應(yīng)動(dòng)態(tài)校正算法，縮短了稱重信號(hào)到達(dá)平穩(wěn)狀態(tài)的時(shí)間，進(jìn)行了實(shí)際動(dòng)態(tài)校正實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明可以有效縮短信號(hào)到達(dá)平穩(wěn)狀態(tài)的時(shí)間。 5.基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解的稱重信號(hào)處理。在介紹經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解概念和步驟的基礎(chǔ)上，指出了模態(tài)分解中存在的端點(diǎn)效應(yīng)和虛假模態(tài)問題，并分析了它們對稱重精度的影響，給出了All模型端點(diǎn)延拓法和相關(guān)系數(shù)法來分別處

6、理端點(diǎn)效應(yīng)和虛假模態(tài)，對實(shí)際軸重信號(hào)進(jìn)行模態(tài)分解，在車速不高于20km/h時(shí)，最大軸重誤差為7.38％。 6.基于非線性擬合的稱重信號(hào)處理。根據(jù)軸重信號(hào)的參數(shù)方程和實(shí)際采樣信號(hào)，建立目標(biāo)方程；在分析、比較各種優(yōu)化方法特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，選擇Levenberg-Marquardt方法進(jìn)行參數(shù)估計(jì)；根據(jù)軸重信號(hào)特點(diǎn)，選擇MUSIC頻譜分析方法進(jìn)行信號(hào)頻率估計(jì)，減少待估計(jì)參數(shù)的個(gè)數(shù)；根據(jù)估計(jì)的參數(shù)重建軸重信號(hào)，分離實(shí)際信號(hào)中的動(dòng)態(tài)載荷，在車

7、速不高于15km/h時(shí)，最大軸重誤差為5.24％。 7.將BP和RBF網(wǎng)絡(luò)用于較高速稱重時(shí)軸重信號(hào)的辨識(shí)。分析了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)以及網(wǎng)絡(luò)輸入?yún)?shù)對軸重估計(jì)的影響，通過提取采樣信號(hào)特征量，建立特征量和軸重的映射關(guān)系；通過實(shí)驗(yàn)對比了兩種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)輸入?yún)?shù)對軸重估計(jì)的影響，結(jié)果表明：在網(wǎng)絡(luò)輸入中增加軸距參數(shù)可以提高軸重估計(jì)精度；RBF網(wǎng)絡(luò)估計(jì)的實(shí)時(shí)性能優(yōu)于BP網(wǎng)絡(luò)。 論文最后對所做工作和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了總結(jié)，指出下一步的研