為了提高動(dòng)態(tài)稱重的精度，提出一種選取有效采樣點(diǎn)減小誤差的方式該方式選用有限沖擊響應(yīng) 數(shù)字濾波的方法設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器，并利用Matlab軟件進(jìn)行了仿真經(jīng)過(guò)濾波后的采樣信號(hào)，將重量信號(hào)大 于3 Hz以上的全部濾去，消除了汽車經(jīng)過(guò)秤臺(tái)時(shí)的各種干擾信號(hào)；保留有用的汽車軸重信號(hào)，準(zhǔn)確提取出 有效數(shù)據(jù)稱量段；再采用3a準(zhǔn)則去除粗大誤差，對(duì)去除粗大誤差后的數(shù)據(jù)求和，然后取平均值作為經(jīng)過(guò)秤 臺(tái)的汽車軸重測(cè)量值對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析表明：通過(guò)選取有效采樣點(diǎn)，可使動(dòng)態(tài)地磅在50%載荷時(shí)的稱 量精度提高到1%以內(nèi).

0.引言

目前，公路超載檢測(cè)和計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的動(dòng)態(tài)地磅的稱量精度一般在5%左右，其算法 大多是采用數(shù)字濾波并去掉AD采樣數(shù)據(jù)前段和后段的部分采樣點(diǎn)，對(duì)其余采樣點(diǎn)求取算術(shù)平均值的方 法由于過(guò)車的情況不一樣，汽車動(dòng)態(tài)稱重信號(hào)中混入了由于路面不平和車輛振動(dòng)等因素引起的干擾信 號(hào)例如，加速或者減速過(guò)車、車輛顛簸等情況都會(huì)使得車軸AD的采樣波形發(fā)生較大變化，所以采用 這種算法就使得計(jì)算結(jié)果精度較低因此，在外界隨機(jī)不確定度干擾因素的作用下如何準(zhǔn)確測(cè)量真實(shí)軸重信號(hào)，就成了汽車動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)的技術(shù)難點(diǎn)和關(guān)鍵.

1.采樣信號(hào)分析

理想情況下，汽車經(jīng)過(guò)秤臺(tái)的波形為梯形波，上升和下降沿分別是汽車輪胎上下秤臺(tái)的過(guò)程對(duì)不 同的車速，梯形波的上升沿和下降沿的長(zhǎng)度和角度不相同.實(shí)際測(cè)得的汽車過(guò)秤信號(hào)如圖1和圖2中 曲線所示在重量信號(hào)中，除了混有汽車自身的振動(dòng)引起的干擾外，還有秤臺(tái)的振動(dòng)以及路面平整程度、 外界工頻信號(hào)等干擾因素的影響.

由圖1和圖2可以看出，相同重量時(shí)，車輛以不同的速度通過(guò)，輪軸重量的波形不同，達(dá)到最高點(diǎn) 的時(shí)刻也不相同如果在算法中采用簡(jiǎn)單地去掉前邊和后邊的部分采樣點(diǎn)的辦法，會(huì)使得有效數(shù)據(jù)被舍 去，即只取得了一部分有效數(shù)據(jù)，這就使得在AD采樣速率低的情況下不能得到車輛重量的真實(shí)值，或 者使得車輛在上下秤臺(tái)時(shí)過(guò)渡段的數(shù)據(jù)被當(dāng)作有效數(shù)據(jù)參與運(yùn)算，在取樣和運(yùn)算中造成較大誤差所 以，根據(jù)波形確定有效數(shù)據(jù)段是一種更加合理可靠的方法，采用此法能進(jìn)一步提高稱量精度.

2.信號(hào)處理

在實(shí)際測(cè)試中發(fā)現(xiàn).汽車的重量信號(hào)為小于3 Hz的信號(hào).大于3 Hz的信號(hào)一般是由于外界的干擾 因素造成的.例如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)震動(dòng)、秤臺(tái)的抖動(dòng)或者道路不平等，所以選用FIR的Kaiser窗方 法將重量信號(hào)大于3 Hz以上的全部濾去，保留 有用的汽車軸重信號(hào)處理過(guò)程如圖3所示。

Kaiser窗是一種適應(yīng)性較強(qiáng)的窗函數(shù)，具有較陡的過(guò)渡帶，它是一種近似最佳的窗函數(shù),其表達(dá)式為

第一步，對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波m以圖1所示波形為例對(duì)其AD值進(jìn)行濾波選用的Kaiser窗階數(shù)為16階，計(jì)算得到/3值為5 653.這樣選取的Kaiser窗，對(duì)于給定阻帶衰減，提供了最大主瓣寬度,從而具有最陡的過(guò)渡帶，有利于提取有效采樣點(diǎn)MATLAB仿真結(jié)果⑻如圖4所示。

第二步，選取有效數(shù)據(jù)段有效數(shù)據(jù)段的起始點(diǎn)為AD采樣數(shù)值達(dá)到第一個(gè)最大值的時(shí)刻，有效數(shù)據(jù)結(jié)束點(diǎn)為AD采樣數(shù)據(jù)從最后一個(gè)采樣值往前比較，達(dá)到第一個(gè)最大值的時(shí)刻，在起始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)即為算法中要用的有效數(shù)據(jù)。

第三步，對(duì)濾波后的數(shù)據(jù)按照3P準(zhǔn)則去除粗大誤差?.這樣可以消除由于外界干擾所造成的個(gè)別采樣值的粗大誤差對(duì)整個(gè)測(cè)量結(jié)果的影響.使計(jì)算結(jié)果最大限度地逼近車軸的真實(shí)重量

設(shè)對(duì)被測(cè)量進(jìn)行等精度測(cè)量.得到獨(dú)立的測(cè)量 55GG

值X 1, X 2,…,Xn,其算術(shù)平均值為

第四步，對(duì)去除粗大誤差后的數(shù)據(jù)求和，然后取平均值作為經(jīng)過(guò)稱臺(tái)的汽車軸重測(cè)量值

3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果

上述方法經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試效果很好，實(shí)驗(yàn)用兩軸載重貨車(加載砝碼)，在額定軸載荷為30t的動(dòng)態(tài)地磅上進(jìn)行測(cè)試在靜態(tài)情況下稱得汽車前軸重量是5 193 kg,后軸重量是14 175 kg測(cè)試車分別以快 速、慢速及變速等多種形式通過(guò)秤臺(tái)，實(shí)驗(yàn)測(cè)得部分?jǐn)?shù)據(jù)及處理運(yùn)算結(jié)果如表1所示。

式中：M1為動(dòng)態(tài)軸重重量；M2為靜態(tài)軸重重量；S為測(cè)量誤差

4.結(jié)論

相比單純地使用數(shù)字濾波的方法，選取有效采樣點(diǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)處理的方法將動(dòng)態(tài)地磅在50% 載荷的稱量精度得到了提高此方法不需要大量的采樣數(shù)據(jù)，即使AD采集到的周期信號(hào)不完整，也能 有效地將測(cè)得的軸重量誤差控制在1%以內(nèi)在對(duì)濾波后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時(shí)，按照3&準(zhǔn)則去除粗大誤 差，消除了由于外界干擾所造成的個(gè)別采樣值的粗大誤差對(duì)整個(gè)測(cè)量結(jié)果的影響，求取有效數(shù)據(jù)和的平 均值，使計(jì)算結(jié)果最大限度地逼近車軸的真實(shí)重量。