八台面轴重秤在高速公路计重中的应用

八台面轴重秤是多台面轴重秤的一种，其稳定的近8.8米有效称量距离保证了其在实际应用中称量距离与整车衡不相上下，从而使其称 量精度与整车衡相当，且其秤台结构的特点使得八台面轴重秤具有能任意跟车，且精度无任何影响，轴型判别准确等优点。此外，由于其单个秤 台与普通轴重秤枰台类似，因此具有综合成本低，施工量较小，施工周期短的特点，实际部署实施时具有较大的优越性。
计重设备是治理超载的公路计重收费系统中的核心设备。 经过用户十余年的计重应用实践，早期在公路计重中广泛应用的 单、双台面轴重秤虽然有安装简单，通行率高，维护方便，价格 低廉等优点，但其计量精度相对较低，且车辆非规范过坪（如冲 磅、拖磅）时误差较大的缺点使得其难以满足实际需要。近年 来，随着用户对计量精度等级要求的不断提高，满足动态1级要求 的设备在各地广泛部署，整车衡、轴组枰以及多台面轴重枰即为 其中的代表性计重设备。
一、概述
虽然各种计重设备结构不同，但其基本原理都是类似的，即 让车辆通过秤台，通过传感器计量出相应承载重力的大小，再通 过相应的算法计算出真实的车重值。然而，当汽车以一定的速度 通过称重台面时，车辆自身谐振、路面不平、轮胎驱动等各种干 扰信号会叠加到有效称重信号中，因此，相关研究人员提出了各 种算法以去除干扰，提高测量准确度IM。不过，取决于称重的基 本原理，无论何种方法，均需要足量的数据长度方能计算出准确 的称重数值121，所以，提高计量精度的关键点之一就是尽量延长 车辆在枰台上的有效停留时间'
为了加长车辆在秤台上的停留时间，一种方法是降低车辆 的通行速度，以期在同等抨台长度的前提下取得更多有效称量数 据。例如，要求车辆以低速（如5km/h以下）通过抨台，甚至直 接采用静态整车计量的方式。这种方法不是因为不规范过枰行为 难以保证低速通过,就是因大幅降低通行率而难以被用户采纳； 另一种方法则是増加被称重物体（如轴，轴组或整车）在秤台上 行驶的且可以用于称重计算的长度?即有效称重长度，以期达 到延长采样时间的目的。事实上，整车衡、轴组秤和多台面轴重 枰均为试图达成此目的的不同结构形式。
二、八台面轴重秤的称重原理
(一)八台面轴重秤的有效称重长度
为了延长有效称重长度，一种手段是直接增加抨台的长度， 然而，在被称重物体的坪量过程完成前，不应有其他物体被同时 置于抨台上，一旦其他物体上抨，对被称重物体的有效称量过程 实际上就等于结束了。即对于轴重秤而言，枰台长度最大不能超 过被称量汽车的轴距长度，考虑到车轮着地长度，单个台面最长 约1.1米；对于轴组枰而言，单个抨台长度既要满足尽量长的轴组 共枰时间，又要防止跟车、（负重）轴组在同一秤台上等影响计 重精度的因素，因此，一般厂家将其设置在6米以下|41。对于整车 衡而言，其枰台长度需大于车辆第1轴和最后1轴之间的轴距，受 车道长度等因素限制，一般长度为21米。
另外一种延长秤台的手段是沿车辆行进方向设置多个坪台， 坪台之间独立，然后通过技术手段将每个载荷（轴/轴组）依序通 过各个秤台的重量波形进行合并，每个轴/轴组合并后的波形可视 为该轴/轴组重量在一个长台面上产生的波形。这种手段即为多台 面轴重枰的基本设计思路，从理论上，该方法可不断组合出任意 长的有效称重长度。

图1显示了一辆六轴车通过八台面轴重坪的原始波形。从图中可见，每个轴在各个秤台上的称重数据是相对独立的，因此可 以将其进行分割后再合并，从而得到单轴在整个四台面上行驶的 重量曲线，如图2所示。拼接后的数据长度可完全满足进一步高 精度计算的需要。
(二）不同秤台结构的有效称重长度分析 综上所述，对于多台面轴重秤而言，其有效称重长度为台面 个数与单个台面长度的乘积。例如，单个台面为1.1米的八台面轴 重秤，其有效称重长度可近似认为是8.8米，且与车型，轴型其他 因素等无关3然而，对其他坪台结构而言，其有效称重长度并不 一定等于坪台长度，而与车型，轴型等存在一定的关系。

图3显示了一个7型轴组（三轴)在一个4.5米的轴重抨上的重 mm,对于轴组而言，其有效称重距离为整个轴组在秤上行驶 的距离。以一般7型轴组第1轴和第3轴间距2.7米进行计算，其有 效称重长度仅为1.8米（4.5米减2.7米），对应图3中标注线段的时 间长度a由此可见，对于轴组枰和整车衡，其有效称重长度不仅 与枰台整体长度有关，还与车型、轴型有关。其有效称重长度可 能远小于秤台的整体长度

图4显示了整台面轴组秤的示意图。由图可见，有效称重长 度只包括轴组完全在秤上时行驶的距离。不考虑前后轴组同在 秤台上的情况，其对单轴轴组的有效称重长度为6米，对双轴轴 组的有效称重长度约为4.7米，对三轴轴组的有效称重长度约为 3.3 米。
同理，对整车衡而言，在不踉车的情况下，其对车辆有效的 称重距离取决于车辆第1轴和最后1轴之间的距离。以6轴半挂车为 例，若其第1轴至最后1轴的距离为14米，则21米整车衡对该车辆 的有效称重长度仅为7米，如图5(a)所示；而在跟车情况下，一旦 后车驶h秤台，对前车的称量即相当于结束。因此，其对前车的 有效称量距离即等于实际的跟车距离L，如图5(b)所示。虽然一些 改进型的方案试图减小跟车时的称量误差，但是从称量原理上均 不可能完全排除相应的干扰。
与之相比，八台面轴重枰通过八个台面的组合，可以达到8.8 米的有效称量长度，且不受车型、轴型的影响。考虑到实际应用 中称量对象主要是包含双轴或三轴的货车，八台面轴重枰的有效 称量长度是轴组秤的两倍左右，与21米整车衡的有效称量长度不 相上下，从而保证了八台面轴重秤在应用中的整体计量精度与整 车衡的计量精度相当。

三、八台面轴重秤的应用
为了在实际应用中对八台面轴重秤进行评估和检验，我们 于2016年11月在京台高速鲁冀收费站第30车道部署了八秤台轴重 秤。经过对施工、安装过程的跟踪，以及一年多的实际运行，我 们对八秤台轴重枰的应用特点总结如下。
(一）施工周期短，部署灵活

八台面轴重枰的单个秤台与普通轴重秤枰台类似，尤其适合 于在现有车道上迅速部署。与螫车衡相比，具有基坑浅，土木施工量较小，施工周期短的特点，如图6所示t因八枰台轴重秤单 个台面的长度较短，故为运输、储存提供了较高的便利性，施 工安装亦能较好地适应复杂现场（如匝道、坡道等）的要求， 所以特别适合于在车道长度已固定的站点部署实施，而不必对 收费岛身、广场等进行重新改造。此外，其封道施工时间也比 整车衡方案显著减少，从而可使改造工程对交通流量的影响降 低到最低限度。
(二）高精度，低成本，可任意跟车，运行稳定
对于任何车型或轴型，八台面轴重坪的有效称量距离均为8.8 米，从前述分析可知，该有效称量距离与21米整车衡的有效称量 长度处于同一量级，保证了八台面轴重抨在应用中的整体计量精 度与整车衡的计量精度相当，但其整体价格（含土建）却大幅低 于相应的整车衡价格。
八台面轴重坪每个枰台长度为1.1米，不会发生前后两辆车的 车轴在同一坪台上的情况；称重仪表的算法可通过光幕状态、坪 台承载重量等数据，准确分离前后车辆的车轴重量，不会发生混 淆。即在使用时，任意跟车同样可保证每辆车有8.8米的有效称重 长度，跟车对称重精度完全无影响。
八台面轴重枰的八个独立称重台面极大地提高了信息冗余 度，从而使比整车衡有较优的轴型判别准确度。此外，即使有某 个台面的传感器失效，八台面轴重秤依然可以容措运行，不影响 车道通行。
(三）运维简单，综合使用成本低
八台面轴重秤设备结构均经特别设计（如传感器上置），非 常有利于施工部署及日常运维的高效完成。运维人员仅用千斤顶 和撬杠即可完成绝大部分维护修理工作，与整车衡和轴重枰的运 维工作相比，效率大幅提升，提高了设备使用率。
此外，八台面轴重枰采用的称重仪表可实现各传感器的完全 独立接入，并接入到相应的高速公路动态轴重枰监控管理系统。 管理人员可通过监控系统远程监控轴重秤各设备的参数及运行记 录，尤其是对每个称重传感器、枰台整体情况、显控仪表的各项 参数等实现全面的监控，便于管理人员对轴重坪运行状态、过车 情况、维护计划等相关情况了解和掌握，从而提高运维效率，降 低了综合使用成本。
四、结论
八台面轴重秤是多台面轴重抨的一沖，其稳定的近8.8米有 效称量距离保证了其在实际应用中称量距离与整车衡不相上下， 从而使其称量精度与整车衡相当，且其坪台结构的特点使得八台 面轴重抨具有能任意跟车且精度无任何影响，轴型判别准确等优 点。此外，由于其单个秤台与普通轴重秤枰台类似，因此具有综 合成本低，施工量较小，施工周期短的特点，实际部署实施时具 有较大的优越性。在我们一年多的实际运行中，八台面轴重枰计 量准确，运行稳定，体现出了良好应用效果。