高速公路用整車地磅計量設(shè)備是高速公路計重收費的發(fā)展方向，該產(chǎn)品替代軸計量設(shè)備，可有效杜絕各種作弊行為。本文分別介紹了靜態(tài)和動態(tài)稱重的原理，并從系統(tǒng)組成出發(fā)，通過對各種部件優(yōu)缺點的分析，提出了詳細(xì)的設(shè)計選擇意見。
1.概述
在高速公路剛剛開始實施計重收費時，對超限運輸起到了較好的遏制作用，通行費收入明顯增加。然而計重設(shè)備普遍使用的是軸計量設(shè)備，從計量設(shè)備原理上要求車輛必須勻速通過才能較準(zhǔn)確的計量。部分車主受利益驅(qū)動，出現(xiàn)了各種各樣的作弊現(xiàn)象。車輛作弊減少通行費問題嚴(yán)重擾亂了正常的收費站工作，造成了高速公路通行費的流失，并且極易引發(fā)交通事故。為了遏制不規(guī)范過秤偷逃車輛通行費行為，減少收費爭議， 提高通行效率，減少安全隱患，降低收費現(xiàn)場管理難度，目前高速公路普遍將軸計量設(shè)備更新?lián)Q代為整車計量設(shè)備。整車計量可杜絕各種作弊行為，是高速公路計重收費的發(fā)展方向。
2.整車計量稱重原理
2.1靜態(tài)稱重原理
地磅是利用應(yīng)變電測原理稱重，在稱重傳感器的彈性體上粘貼有應(yīng)變計，組成惠斯頓電橋，在零負(fù)載時，電橋處于平衡狀態(tài)，輸出為零。當(dāng)彈性體承受載荷時，各應(yīng)變計隨之產(chǎn)生與載荷成比例的應(yīng)變，由輸出電壓即可測出外加載荷的大小。
將多個稱重傳感器安裝在秤臺的下方，多個傳感器電纜線引入接線盒里并聯(lián)，然后用一根電纜線接入儀表。當(dāng)汽車駛上秤臺后，秤臺將所受力傳遞到各個稱重傳感器上，使應(yīng)變電橋的電阻發(fā)生變化，引起輸出電壓變化，即輸出了電信號，此電信號傳輸?shù)絻x表內(nèi)，經(jīng)數(shù)字濾波、線性放大、 A/D轉(zhuǎn)化、經(jīng)CPU處理后最終顯示稱重數(shù)值。
2.2動態(tài)稱重原理
第一輛車在行駛到秤臺計重時，車輛分離器被遮擋，系統(tǒng)感知到車輛開始上衡。車軸依次通過嵌入式軸重儀，系統(tǒng)分析出車輛的軸數(shù)和行駛方向。秤體傳感器感知到車輛的壓力并轉(zhuǎn)化為電信號，經(jīng)稱重電路放大并進行AD轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，稱重單元根據(jù)數(shù)字信號計算出秤臺上車輛的重量。當(dāng)車輛離開光幕后，系統(tǒng)感知到車輛完全上衡，自動判斷出車輛的車型、車速、行駛方向等數(shù)據(jù)，并根據(jù)稱重單元的重量計算出車輛的軸重、總重。系統(tǒng)將計算完成的稱重信息上傳至收費計算機，_次稱量完成。
在第一輛車完全下秤前，如果有第二輛車上衡，系統(tǒng)采用與第一輛車相同的計算原理，計算車輛的軸數(shù)、車型、速度等數(shù)據(jù)，當(dāng)?shù)诙v車完全上衡后，系統(tǒng)會根據(jù)下秤端嵌入式軸識別器的數(shù)據(jù)，確認(rèn)第一輛車是否開始下秤，如果已經(jīng)開始下秤會計算第一輛車有幾個車軸下秤，從而得出第一輛車在秤體剩余的重量。秤臺總重減去第 —輛車的剩余重量即為第二輛車的重量，從而第二輛車的稱重數(shù)據(jù)也計算完成，系統(tǒng)將第二輛車的數(shù)據(jù)進行上傳。
在第一輛車完全下秤前，如果有第三輛車上秤，系統(tǒng)采用與第一輛車相同的計算原理，計算車輛的軸數(shù)、車型、速度等數(shù)據(jù)，當(dāng)?shù)谌v車完全上衡后，系統(tǒng)會根據(jù)下秤端嵌入式軸識別器的數(shù)據(jù)，確認(rèn)第一輛車是否開始下秤，如果已經(jīng)開始下秤，會計算第一輛車有幾個車軸下秤，從而得出第一輛車和第二輛車在秤體剩余的重量；秤臺總重減去第一輛車和第二輛車的剩余重量即為第三輛車的重量，從而第三輛車的稱重數(shù)據(jù)也計算完成，系統(tǒng)將第三輛車的數(shù)據(jù)進行上傳。
如果第一輛車下秤前有第四輛車上秤，原理依此類推。
3.整車式計量收費系統(tǒng)組成
整車式計量收費系統(tǒng)由整車式稱重平臺（地磅、下秤端輪軸識別器、上秤端輪軸識別器、計重控制系統(tǒng)、車輛分離器、防滑、輪胎阻 隔器防擦邊等部分組成。
結(jié)合收費站收費島長度和車道寬度，秤臺尺寸設(shè)計為多種規(guī)格，比如3mx 21m、3.4mx 21m等。
3.1整車式稱重平臺
整車式稱重平臺也就是我們常說的地磅秤體含稱重傳感器。目前市場上存在型鋼結(jié)構(gòu)和 U型梁結(jié)構(gòu)兩種形式的汽車衡，普遍的情況是正常車道采用U型梁結(jié)構(gòu)，超寬車道采用型鋼結(jié)構(gòu)。汽車衡面板一般是采用兩塊鋼板拼焊或者采用整板。兩塊鋼板拼焊方式成本低，但是秤臺剛性低，長期使用容易出現(xiàn)秤體變形，整板焊接秤臺剛性強，但是成本偏高。地磅秤臺一般是米用C〇2 氣體保護焊接，焊接完成后需要拋丸噴砂預(yù)處理，保證漆膜附著強度。表面加鋪花紋鋼板，有效提高設(shè)備的耐磨性能和防滑性能。
地磅稱重傳感器主要有橋式和柱式兩大類型。橋式傳感器的優(yōu)點是抗側(cè)向力強，主要用于靜態(tài)地磅。柱式傳感器的優(yōu)點是動態(tài)響應(yīng)快，體積小，便于維護，主要用于動態(tài)地磅。因此高速公路整車計量產(chǎn)品中，普遍使用的是柱式傳感器，性能更加優(yōu)越，可靠性更高。
3.2車輛分離器
車輛分離器的作用是分離車輛，給計重控制系統(tǒng)收尾信號，以便于系統(tǒng)進行車輛的數(shù)據(jù)運算。高速公路計重收費使用的車輛分離器有兩種，一種是紅外光柵，也稱為光幕；一種是地感車輛檢測器。光幕的特點是檢測快速、準(zhǔn)確，可以分離間距超過0.1米的車輛，缺點是安裝在安全島上，有可能被車輛損壞。地感車輛檢測器特點是埋于道路內(nèi)部，不容易損壞，但是檢測準(zhǔn)確性不高， 兩車間距小于1.5m容易誤判。這兩種設(shè)備特點鮮明，因此高速公路計重收費計重控制系統(tǒng)中一般是配合使用，即當(dāng)光幕工作正常時系統(tǒng)采用光幕信號作為車輛分離信號，當(dāng)光幕出現(xiàn)故障后，系統(tǒng)自動切換為地感車輛檢測器信號，并發(fā)出光幕故障報警。
3.3下秤端軸識別器
下秤軸識別器位于收費亭端，一般由2只壓力傳感器組成，整體安裝，可對過衡車輛的軸數(shù)、軸重、軸重的壓力比例進行自動記錄。與傳統(tǒng)輪胎識別器相比，可大幅度提高軸數(shù)識別率，為計重控制系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的下秤軸數(shù)據(jù)。輪軸識別器的長度與稱重平臺適應(yīng)，普通車道檢測寬度2 1100mm,超寬車道檢測寬度2 1500mm。當(dāng)軸識 別器發(fā)生故障時，可以通過硬件和軟件發(fā)出故障報警。
3.4上秤端軸識別器
與下秤端軸識別器相比，上秤端軸識別器任務(wù)更重。它除了可對上衡車輛的軸數(shù)、軸重、軸重的壓力比例自動記錄外，還擔(dān)負(fù)著判斷車輛車型、行駛方向、行駛速度的重任。因為高速公路計重收費一個很重要的數(shù)據(jù)是車型信息，它直接關(guān)系著收費金額，所以上秤端的設(shè)計更為復(fù)雜。它一般由6只壓力傳感器組成，寬度與秤臺寬度一致并分為兩路輸出信號，為計重控制系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的上秤軸數(shù)據(jù)。根據(jù)不同的收費站，可單獨進行門限值調(diào)整，適應(yīng)性更高。當(dāng)輪軸識別器發(fā)生故障時，可以通過硬件和軟件發(fā)出故障報警。
3.5計量控制系統(tǒng)
計量控制系統(tǒng)是高速公路整車計重收費系統(tǒng)的控制核心。該系統(tǒng)可自動接收來自稱重傳感器、上秤端識別器、下秤端軸識別器、車輛分離器等部件的各類信息，將各種數(shù)據(jù)信號整合計算，得出整車重量、車速、車型、軸數(shù)、軸重、軸間距等數(shù)據(jù)，與高速公路稱重收費軟件系統(tǒng)無縫對接。
因高速公路計重收費車道多，車流量大的特點，要求計重控制性能穩(wěn)定，能方便地進行參數(shù)設(shè)置，操作簡便，工作環(huán)境適應(yīng)能力強。早期的軸計量產(chǎn)品中，控制系統(tǒng)相對比較簡單，顯示信息有限，已經(jīng)不能滿足目前使用需求。整車計重控制系統(tǒng)要求采用LCD顯示屏，全中文操作界面，稱重信息包括總重、軸數(shù)、軸重、軸間距、速度等等，方便設(shè)備檢修；系統(tǒng)接口也要求帶有標(biāo)準(zhǔn)PS/2鍵盤接口、以太網(wǎng)接口、RS- 232C串口、車輛分離器接口、輪軸識別傳感器接口、紅綠燈控制接口、欄桿機控制接口等，便于后期功能升級。
3.6防滑
防滑是高速公路整車計量的一個關(guān)鍵問題， 特別是雨天時如果處理不好防滑問題，容易造成車輛打滑失控或者追尾，產(chǎn)生很多不必要的麻煩。目前市場上的整車產(chǎn)品主要有涂料防滑、焊接鋼筋防滑、滿鋪花紋板防滑、斷續(xù)鋪花紋板防滑等幾種防滑措施，它們的優(yōu)缺點如下：
1.涂料防滑：如果采用公路路面及船甲板等常用的改性環(huán)氧樹脂加金剛砂固化或?qū)Ｓ梅阑苛侠に嚨姆阑绞剑跗诜阑Ч容^好，但拉毛后棱角尖銳對輪胎損傷較大，且其工藝性較差闥為該材料在涂覆前需要將鋼板表面采用噴砂方式清理干凈，其涂覆后其余不覆蓋部分只能手動刷漆而不能采用自動噴漆和油漆烘干，從而使其余裸露部分防腐、防銹性能以及美觀性大大降低，且與金屬臺面的粘合力差，容易脫落，而且脫落后現(xiàn)場恢復(fù)受環(huán)境溫度、濕度影響大，不易恢復(fù)，且維護成本高，施工周期長（常溫下約需15天才可使用。
2.鋼筋防滑：即在秤臺表面沿行車方向焊接鋼筋條，特點是：焊縫強度低，鋼筋易開焊脫落，車輛過衡顛簸感較強，駕乘感受較差。
3.滿鋪花紋板防滑：如果采用秤臺滿鋪花紋鋼板的方式，在局部花紋磨損后無法在現(xiàn)場更換。
4.斷續(xù)鋪花紋板防滑：在秤體表面鋪設(shè)優(yōu)質(zhì)扁豆型花紋鋼板,全部花紋鋼板經(jīng)調(diào)平處理后，放置在秤體面板上，用重物壓實，再用二氧化碳?xì)怏w保護焊進行連續(xù)焊接?；y板共鋪設(shè)四路，能夠覆蓋通用公路車輛的行駛區(qū)域，保證各類車輛均可獲得理想的防滑效果?；y板采用斷續(xù)分布結(jié)構(gòu)，通過改變車輛輪胎與防滑板的摩擦因數(shù)，達到提高最終防滑效果的目的；斷續(xù)布局的結(jié)構(gòu)便于現(xiàn)場局部更換，減少更換時間，大大提高維護效率，便于表面積水排出。
3.7輪胎阻隔器舫擦邊
在整車計量產(chǎn)品中，為防范車輪碾壓基礎(chǔ)路面、輪胎側(cè)向摩擦島緣石等人為作弊，一般都安裝有車輛輪胎阻隔器，俗稱防擦邊。市場上常見的防擦邊結(jié)構(gòu)有3種，分別是：反C型，倒V型和倒U型。其中反C型出現(xiàn)最早，特點是結(jié)構(gòu)簡單成本低，缺點是強度差，重車擠壓容易變形，目前基本被淘汰。倒V型特點是加工簡單成本低，采用兩條鋼板放成倒V型并焊接即可，缺點是焊口鋒利，容易割破輪胎造成爭議。倒U型采用熱軋板材，經(jīng)一體化折彎后，呈倒U型截面，再使用周邊連續(xù)焊接技術(shù)與秤臺連為一體。一體化折彎工藝通過冷作硬化原理提高了車輛輪胎阻隔器的整體剛度，與采用鋼板搭焊成型的車輛輪胎阻隔器方式相比，具有焊接殘余應(yīng)力少、強度高、可靠性好、外形美觀等特點。車輛輪胎阻隔器呈倒U型截面，具有底寬頂圓特點，有效避免了可能存在的輪胎劃傷等現(xiàn)象，從而保證行車安全。同時車輛輪胎阻隔器在秤臺面上斷續(xù)布局，便于表面積水排出。
4.結(jié)束語
整車計量產(chǎn)品的工作原理和結(jié)構(gòu)特點決定了車輛秤量的準(zhǔn)確性和不可作弊性。實踐也證明了它符合高速公路計重收費發(fā)展的新需求，解決了軸計量設(shè)備無法解決的很多現(xiàn)實問題，在未來很長的時間內(nèi)將是計重收費的主流設(shè)備。
