基于超声波测距传感器的货运车辆载荷监测方法及监测设备

摘要

本发明公开一种基于超声波测距传感器的货运车辆载荷监测方法及监测设备，通过四个测距传感器测量货运车辆前后车轴两端钢板弹簧与大梁间的距离值。通过称重控制器采集货运车辆装载后四个测距传感器的测量值，结合预存装载前四个超声波测距传感器的测量值，得到前后车轴两端钢板弹簧形变量；通过预存载荷测量模型，以及标定得到的前后车轴两端钢板弹簧刚度值，得到被测货运车辆的总载重量；最终将货运车辆的总载重量与由GPS模块得到的货运车辆运行状态信息通过GPRS模块发送至上位机。本发明的优点为：操作简单，既节省了时间又避免了因多次加载、搬移货物而可能造成的人力物力财力资源的浪费；且载荷测量模型所需参数容易获得，载荷计算方式简单高效。

主权项

1.基于超声波测距传感器的货运车辆载荷监测方法，其特征在于：通过下述步骤实现：步骤1：安装测距传感器；通过第一测距传感器、第二测距传感器分别测量货运车辆前车轴左右两端的钢板弹簧与大梁间的距离值；通过第三测距传感器与第四测距传感器分别测量货运车辆后车轴左右两端的钢板弹簧与大梁间的距离值；步骤2：对货运车辆进行标定，确定货运车辆前车轴与后车轴两端钢板弹簧的刚度值；A、将货运车辆的车厢空间沿纵向方向平均分为三块区域，再沿横向方向平均分为两块区域；令左上区域、右上区域、左中区域、右中区域、左下区域与右下区域分别为1区、2区、3区、4区、5区与6区；B、确定货运车辆空载时，第一测距传感器、第二测距传感器、第三测距传感器与第四测距传感器的测量值γ₁、γ₂、γ₃、γ₄；在货运车辆的车厢中各个区域内分别加载相同重量M的货物，确定此时第一测距传感器、第二测距传感器、第三测距传感器与第四测距传感器的测量值γ`<sub>1</sub>、γ`₂、γ`<sub>3</sub>、γ`₄；C、通过式（1）得到货运车辆前车轴两端的钢板弹簧对加载货物的共同支持力F₁与货运车辆后车轴两端的钢板弹簧对加载货物的共同支持力F₂；$\left\{\begin{array}{c}{G}_1+G_2+G_3=F_1+F_2\\ (\frac{5}{6}{L}_1+L_3)*G_1+(\frac{1}{2}{L}_1+L_3)*G_2+(\frac{1}{6}{L}_1+L_3)*G_3=F_2\end{array}\right.---\left(1\right)$式（1）中，G₁为货运车辆的车厢中1区、2区的质量总和；G₂为货运车辆的车厢中3区、4区的质量总和；G₃为货运车辆的车厢中5区、6区的质量总和；L₁为货运车辆的车厢的长度；L₂为货运车辆前车轴至后车轴间的距离；L₃为车辆前车轴至车厢前端的水平距离；D、通过式（2）、式（3），得到货运车辆前车轴左右两端钢板弹簧的刚度值C₁、C₂，以及货运车辆后车轴左右两端钢板弹簧的刚度值C₃、C₄：$\left\{\begin{array}{c}{C}_1*({\gamma }_1-{\gamma }_1^{\prime })+C_2*({\gamma }_2-{\gamma }_2^{\prime })=F_1---\left(2\right)\\ C_3*({\gamma }_3-{\gamma }_3^{\prime })+C_4*({\gamma }_4-{\gamma }_4^{\prime })=F_2---\left(3\right)\end{array}\right.$式（2）、（3）中，若γ₁-γ`<sub>1</sub>＝γ<sub>2</sub>-γ`₂，则可知前轴左侧板簧与右侧板簧的钢板弹簧刚度相等，将数值带入公式（2），可直接求得前轴左侧板簧与右侧板簧的钢板弹簧刚度为同理，若γ₃-γ`<sub>3</sub>＝γ<sub>4</sub>-γ`₄，则可知后轴左侧板簧与右侧板簧的钢板弹簧刚度相等，将数值带入公式（3），即可求得后轴左侧板簧与右侧板簧的钢板弹簧刚度为$C_3=C_4=\frac{F_2}{2({\gamma }_3-{\gamma }_3^{\prime })}=\frac{F_2}{2({\gamma }_4-{\gamma }_4^{\prime })};$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，则沿横向方向移动1区、2区、3区、4区、5区、6区中一个或1个以上区域内摆放的货物，改变货物位置后，通过各个测距传感器再次进行测量，令各个测距传感器的测量值为γ``<sub>1</sub>、γ``₂、γ``<sub>3</sub>、γ``₄；此时，可得到：$\left\{\begin{array}{c}{C}_1*({\gamma }_1-{\gamma }_1^{\prime \prime })+C_2*({\gamma }_2-{\gamma }_2^{\prime \prime })=F_1---\left(4\right)\\ C_3*({\gamma }_3-{\gamma }_3^{\prime \prime })+C_4*({\gamma }_4-{\gamma }_4^{\prime \prime })=F_2---\left(5\right)\end{array}\right.$联立式（2）与式（4），即可得到C₁与C₂的值；同理联立式（3）与式（5）即可得到C₃与C₄的值；步骤3：根据式（6），确定货运车辆载荷：$G=\underset{i=1}{\Sigma }{G}_i=C_1{\chi }_1+C_2{\chi }_2+C_3{\chi }_3+C_4{\chi }_4---\left(6\right)$其中，G为货运车辆总载重量；G_i为第i个钢板弹簧的承重量；i=1、2、3、4；χ₁、χ₂、χ₃、χ₄分别为货运车辆前车轴与后车轴左右两端钢板弹簧的形变量，C₁、C₂、C₃、C₄分别为货运车辆前车轴与后车轴左右两端钢板弹簧的刚度值；步骤4：将步骤3中得到的货运车辆载重量与货运车辆的位置信息，实时发送至上位机，通过上位机即可实现货运车辆载重量及运行状态信息的监测。