高速公路整车汽车衡计量技术的选择与应用

高速公路用整车汽车衡计量设备是高速公路计重收费的发展方向，该产品替代轴计量设备，可有效杜绝各种作弊行为。本文分别介绍了静态和动态称重的原理，并从系统组成出发，通过对各种部件优缺点的分析，提出了详细的设计选择意见。

1.概述

在高速公路刚刚开始实施计重收费时，对超限运输起到了较好的遏制作用，通行费收入明显 增加。然而计重设备普遍使用的是轴计量设备， 从计量设备原理上要求车辆必须匀速通过才能较 准确的计量。部分车主受利益驱动，出现了各种 各样的作弊现象。车辆作弊减少通行费问题严重 扰乱了正常的收费站工作，造成了高速公路通行 费的流失，并且极易引发交通事故。为了遏制不 规范过秤偷逃车辆通行费行为，减少收费争议， 提高通行效率，减少安全隐患，降低收费现场管 理难度，目前高速公路普遍将轴计量设备更新换 代为整车计量设备。整车计量可杜绝各种作弊行 为，是高速公路计重收费的发展方向。

2.整车计量称重原理

2.1静态称重原理

汽车衡是利用应变电测原理称重，在称 重传感器的弹性体上粘贴有应变计，组成惠斯顿 电桥，在零负载时，电桥处于平衡状态，输出为 零。当弹性体承受载荷时，各应变计随之产生与 载荷成比例的应变，由输出电压即可测出外加载 荷的大小。

将多个称重传感器安装在秤台的下方，多个 传感器电缆线引入接线盒里并联，然后用一根电 缆线接入仪表。当汽车驶上秤台后，秤台将所受 力传递到各个称重传感器上，使应变电桥的电阻 发生变化，引起输出电压变化，即输出了电信号， 此电信号传输到仪表内，经数字滤波、线性放大、 A/D转化、经CPU处理后最终显示称重数值。

2.2动态称重原理

第一辆车在行驶到秤台计重时，车辆分离器 被遮挡，系统感知到车辆开始上衡。车轴依次通 过嵌入式轴重仪，系统分析出车辆的轴数和行驶 方向。秤体传感器感知到车辆的压力并转化为电 信号，经称重电路放大并进行AD转化为数字信 号，称重单元根据数字信号计算出秤台上车辆的 重量。当车辆离开光幕后，系统感知到车辆完全 上衡，自动判断出车辆的车型、车速、行驶方向 等数据，并根据称重单元的重量计算出车辆的轴 重、总重。系统将计算完成的称重信息上传至收费计算机，_次称量完成。

在第一辆车完全下秤前，如果有第二辆车上 衡，系统采用与第一辆车相同的计算原理，计算 车辆的轴数、车型、速度等数据，当第二辆车完 全上衡后，系统会根据下秤端嵌入式轴识别器的 数据，确认第一辆车是否开始下秤，如果已经开 始下秤会计算第一辆车有几个车轴下秤，从而得 出第一辆车在秤体剩余的重量。秤台总重减去第 —辆车的剩余重量即为第二辆车的重量，从而第 二辆车的称重数据也计算完成，系统将第二辆车 的数据进行上传。

在第一辆车完全下秤前，如果有第三辆车上 秤，系统采用与第一辆车相同的计算原理，计算 车辆的轴数、车型、速度等数据，当第三辆车完 全上衡后，系统会根据下秤端嵌入式轴识别器的 数据，确认第一辆车是否开始下秤，如果已经开 始下秤，会计算第一辆车有几个车轴下秤，从而 得出第一辆车和第二辆车在秤体剩余的重量；秤 台总重减去第一辆车和第二辆车的剩余重量即为 第三辆车的重量，从而第三辆车的称重数据也计 算完成，系统将第三辆车的数据进行上传。

如果第一辆车下秤前有第四辆车上秤，原理 依此类推。

3.整车式计量收费系统组成

整车式计量收费系统由整车式称重平台（汽车衡、下秤端轮轴识别器、上秤端轮轴识别 器、计重控制系统、车辆分离器、防滑、轮胎阻 隔器防擦边等部分组成。

结合收费站收费岛长度和车道宽度，秤台尺寸 设计为多种规格，比如3mx 21m、3.4mx 21m等。

3.1整车式称重平台

整车式称重平台也就是我们常说的汽车衡秤 体含称重传感器。目前市场上存在型钢结构和 U型梁结构两种形式的汽车衡，普遍的情况是正常 车道采用U型梁结构，超宽车道采用型钢结构。 汽车衡面板一般是采用两块钢板拼焊或者采用整 板。两块钢板拼焊方式成本低，但是秤台刚性低， 长期使用容易出现秤体变形，整板焊接秤台刚性 强，但是成本偏高。汽车衡秤台一般是米用C〇2 气体保护焊接，焊接完成后需要拋丸喷砂预处理， 保证漆膜附着强度。表面加铺花纹钢板，有效提 高设备的耐磨性能和防滑性能。

汽车衡称重传感器主要有桥式和柱式两大类 型。桥式传感器的优点是抗侧向力强，主要用于 静态汽车衡。柱式传感器的优点是动态响应快， 体积小，便于维护，主要用于动态汽车衡。因此 高速公路整车计量产品中，普遍使用的是柱式传 感器，性能更加优越，可靠性更高。

3.2车辆分离器

车辆分离器的作用是分离车辆，给计重控制 系统收尾信号，以便于系统进行车辆的数据运算。 高速公路计重收费使用的车辆分离器有两种，一 种是红外光栅，也称为光幕；一种是地感车辆检 测器。光幕的特点是检测快速、准确，可以分离 间距超过0.1米的车辆，缺点是安装在安全岛上， 有可能被车辆损坏。地感车辆检测器特点是埋于 道路内部，不容易损坏，但是检测准确性不高， 两车间距小于1.5m容易误判。这两种设备特点鲜 明，因此高速公路计重收费计重控制系统中一般 是配合使用，即当光幕工作正常时系统采用光幕 信号作为车辆分离信号，当光幕出现故障后，系 统自动切换为地感车辆检测器信号，并发出光幕 故障报警。

3.3下秤端轴识别器

下秤轴识别器位于收费亭端，一般由2只压 力传感器组成，整体安装，可对过衡车辆的轴数、 轴重、轴重的压力比例进行自动记录。与传统轮 胎识别器相比，可大幅度提高轴数识别率，为计 重控制系统提供准确的下秤轴数据。轮轴识别器 的长度与称重平台适应，普通车道检测宽度2 1100mm,超宽车道检测宽度2 1500mm。当轴识 别器发生故障时，可以通过硬件和软件发出故障 报警。

3.4上秤端轴识别器

与下秤端轴识别器相比，上秤端轴识别器任 务更重。它除了可对上衡车辆的轴数、轴重、轴 重的压力比例自动记录外，还担负着判断车辆车 型、行驶方向、行驶速度的重任。因为高速公路 计重收费一个很重要的数据是车型信息，它直接 关系着收费金额，所以上秤端的设计更为复杂。它一般由6只压力传感器组成，宽度与秤台宽度 一致并分为两路输出信号，为计重控制系统提供 准确的上秤轴数据。根据不同的收费站，可单独 进行门限值调整，适应性更高。当轮轴识别器发 生故障时，可以通过硬件和软件发出故障报警。

3.5计量控制系统

计量控制系统是高速公路整车计重收费系统 的控制核心。该系统可自动接收来自称重传感 器、上秤端识别器、下秤端轴识别器、车辆分离 器等部件的各类信息，将各种数据信号整合计 算，得出整车重量、车速、车型、轴数、轴重、 轴间距等数据，与高速公路称重收费软件系统无 缝对接。

因高速公路计重收费车道多，车流量大的特 点，要求计重控制性能稳定，能方便地进行参数 设置，操作简便，工作环境适应能力强。早期的 轴计量产品中，控制系统相对比较简单，显示信 息有限，已经不能满足目前使用需求。整车计重 控制系统要求采用LCD显示屏，全中文操作界 面，称重信息包括总重、轴数、轴重、轴间距、 速度等等，方便设备检修；系统接口也要求带有 标准PS/2键盘接口、以太网接口、RS- 232C串 口、车辆分离器接口、轮轴识别传感器接口、红 绿灯控制接口、栏杆机控制接口等，便于后期功 能升级。

3.6防滑

防滑是高速公路整车计量的一个关键问题， 特别是雨天时如果处理不好防滑问题，容易造成 车辆打滑失控或者追尾，产生很多不必要的麻烦。 目前市场上的整车产品主要有涂料防滑、焊接钢 筋防滑、满铺花纹板防滑、断续铺花纹板防滑等 几种防滑措施，它们的优缺点如下：

1.涂料防滑：如果采用公路路面及船甲板等 常用的改性环氧树脂加金刚砂固化或专用防滑涂 料拉毛工艺的防滑方式，初期防滑效果比较好， 但拉毛后棱角尖锐对轮胎损伤较大，且其工艺性 较差闼为该材料在涂覆前需要将钢板表面采用 喷砂方式清理干净，其涂覆后其余不覆盖部分只 能手动刷漆而不能采用自动喷漆和油漆烘干，从 而使其余裸露部分防腐、防锈性能以及美观性大 大降低，且与金属台面的粘合力差，容易脱落， 而且脱落后现场恢复受环境温度、湿度影响大， 不易恢复，且维护成本高，施工周期长（常温下 约需15天才可使用。

2.钢筋防滑：即在秤台表面沿行车方向焊接 钢筋条，特点是：焊缝强度低，钢筋易开焊脱落， 车辆过衡颠簸感较强，驾乘感受较差。

3.满铺花纹板防滑：如果采用秤台满铺花纹 钢板的方式，在局部花纹磨损后无法在现场更换。

4.断续铺花纹板防滑：在秤体表面铺设优质 扁豆型花纹钢板,全部花纹钢板经调平处理后，放 置在秤体面板上，用重物压实，再用二氧化碳气 体保护焊进行连续焊接。花纹板共铺设四路，能 够覆盖通用公路车辆的行驶区域，保证各类车辆 均可获得理想的防滑效果。花纹板采用断续分布 结构，通过改变车辆轮胎与防滑板的摩擦因数， 达到提高最终防滑效果的目的；断续布局的结构 便于现场局部更换，减少更换时间，大大提高维 护效率，便于表面积水排出。

3.7轮胎阻隔器舫擦边

在整车计量产品中，为防范车轮碾压基础路 面、轮胎侧向摩擦岛缘石等人为作弊，一般都安 装有车辆轮胎阻隔器，俗称防擦边。市场上常见 的防擦边结构有3种，分别是：反C型，倒V型 和倒U型。其中反C型出现最早，特点是结构简 单成本低，缺点是强度差，重车挤压容易变形， 目前基本被淘汰。倒V型特点是加工简单成本低， 采用两条钢板放成倒V型并焊接即可，缺点是焊 口锋利，容易割破轮胎造成争议。倒U型采用热 轧板材，经一体化折弯后，呈倒U型截面，再使 用周边连续焊接技术与秤台连为一体。一体化折 弯工艺通过冷作硬化原理提高了车辆轮胎阻隔器 的整体刚度，与采用钢板搭焊成型的车辆轮胎阻 隔器方式相比，具有焊接残余应力少、强度高、 可靠性好、外形美观等特点。车辆轮胎阻隔器呈 倒U型截面，具有底宽顶圆特点，有效避免了可 能存在的轮胎划伤等现象，从而保证行车安全。 同时车辆轮胎阻隔器在秤台面上断续布局，便于 表面积水排出。

4.结束语

整车计量产品的工作原理和结构特点决定了 车辆秤量的准确性和不可作弊性。实践也证明了 它符合高速公路计重收费发展的新需求，解决了 轴计量设备无法解决的很多现实问题，在未来很 长的时间内将是计重收费的主流设备。