Investigación sobre las fuentes de errores de detección sin parar y soluciones técnicas para el diseño de unidades de pesaje

Investigación sobre las fuentes de errores de detección sin parar y soluciones técnicas para el diseño de unidades de pesaje

Palabra clave:detección sin parar,sistema de pesaje dinámico,vehículo de transporte de carreteras

【Abstracto】:A través de la exploración y el análisis de las fuentes de errores de detección sin parar, se proponen los problemas que se han estudiado y necesitan ser estudiados y resueltos. Se analizan y comparan algunos resultados de investigación en algoritmos de pesaje dinámico, y se señalan futuras direcciones de desarrollo. Según los antecedentes de la aplicación de la tecnología de vehículos de transporte de carreteras de China para el control de sobrecarga, este estudio comprende objetivamente el uso de varios sistemas de pesaje dinámico en aplicaciones de ingeniería práctica y los problemas existentes que deben resolverse. Al estudiar los efectos de las unidades de pesaje amplias y estrechas, comúnmente utilizadas en la detección sin parar sobre la velocidad del vehículo, la aceleración, la fuerza impulsora de los neumáticos, la presión de los neumáticos, la forma de los neumáticos, el ancho de los neumáticos, la trayectoria de movimiento, así como los problemas como el cruce, el cambio de carril, paralelo y velocidad variable en el área de medición, la influencia de la influencia de la presión de los neumáticos en el ancho estrecho de los unitos como los units de los cimes de la franja estrecha. Se verificó unidades a altas y bajas diferencias de precisión de velocidad del vehículo. En la premisa de comprender la influencia de la presión y la velocidad de los neumáticos, el estudio adoptó unidades de pesaje estrechas y anchas. La solución de implementación combinada, a través de la instalación y verificación reales, se ha confirmado preliminarmente que este esquema de implementación de combinación de productos complementario tiene ciertas ventajas para lograr una verdadera precisión de 5 niveles, y es digno de una mayor exploración e investigación por parte de la industria.

Introducción:

La detección de sobrecarga del vehículo es un componente importante del campo del control de sobrecarga. La sobrecarga es el factor principal que afecta la seguridad de la operación del vehículo. Los vehículos sobrecargados funcionan bajo sobrecarga durante mucho tiempo, y su frenado, operación y otro rendimiento de seguridad se reducen significativamente. Son propensos a situaciones peligrosas, como reventones de neumáticos, fallas de frenos, fracturas de resorte de placas de acero y fracturas de eje. Según los cálculos de las instituciones extranjeras relevantes, si los vehículos que viajan en la carretera están sobrecargados en aproximadamente un 50%, la vida útil normal de la carretera se acortará en aproximadamente un 80%. Por lo tanto, medir con precisión la capacidad de carga real de los vehículos de transporte es particularmente importante para la supervisión efectiva y la aplicación de la ley por parte de los departamentos de gestión de acuerdo con la ley. Además, el análisis de big data de la capacidad de carga del vehículo es de gran importancia para el diseño de carreteras y puentes. Según el análisis de expertos nacionales, el aumento del sobrepeso del vehículo y su daño a la superficie de la carretera aumenta geométricamente. Un camión que excede el límite en un 10% causará un aumento del 40% en el daño en la carretera. El daño causado por un vehículo con sobrepeso de 36T a la carretera es equivalente al daño causado por los automóviles pequeños 9600 1.8t; Si la carga del eje de un vehículo excede el 30% del límite, la vida útil de la carretera se acortará en un 56%, lo que dará como resultado un fuerte aumento en los costos de mantenimiento de la carretera y una vida útil acortada de la superficie de la carretera. En el contexto de la tecnología de vehículos de transporte de carreteras de China para el control de sobrecarga, para garantizar el funcionamiento normal de las carreteras y promover el desarrollo saludable de la industria del transporte de carreteras, el país ha aumentado sus esfuerzos, inversiones y regulaciones legales para sobrecargar el control. Por ejemplo, en las "opiniones de la Oficina General del Consejo de Estado sobre la implementación de proyectos de seguridad y protección de la vida de las carreteras" (Oficina del Consejo de Estado [2014] No. 55), se propone que "promueva activamente la aplicación de nuevas tecnologías y medios de tecnología de la información, e invierta continuamente en equipos de gestión como el monitoreo de la tecnología de tráfico". El Ministerio de Transporte claramente declaró en "varias opiniones sobre el fortalecimiento de la construcción de estandarización de la aplicación de la ley de la administración de carreteras" (Jiaogaolu FA [2014] No. 106) que "nos esforzaremos por el apoyo de los gobiernos locales y los departamentos relevantes, acelerar el juicio y la promoción de la aplicación de la ley de la ley de la autopista en la autopista en la autopista en la autopista en la autopista en la autopista de la autopista. El borrador revisado del "Medidas de gestión para el gobierno del transporte ilegal por encima del límite en las carreteras" (Orden del Ministerio No. 2) requiere que "las agencias de gestión de carreteras deberían, de acuerdo con las necesidades de proteger las carreteras, establecer equipos de monitoreo técnico, como el pesaje de los vehículos y la detección en secciones importantes y nodos de la red de carreteras, como los canales principales de los canales de transporte principales de transporte de transporte de transporte de transporte, y en las entradas de la carga de los puentes de los puentes, e invernaderos e invernades e invernades e invernaderos de los nodos de las carreteras. de acuerdo con la ley.

1: Las fuentes de error endetección sin parary los problemas que deben estudiarse y resolver más

La detección no parada pertenece completamente al pesaje dinámico. Los vehículos pasan a través de la sección de medición de la carga del eje a cierta velocidad, y la detección de la carga del eje se lleva a cabo mediante varias unidades de pesaje, como placa plana, placa curva, cristal de cuarzo, tira estrecha y placa estrecha dispuesta en la sección. Debido al corto tiempo de trabajo de la tabla de la unidad de pesaje de los neumáticos, y la interferencia causada por factores objetivos o subjetivos en la tabla, además de la carga real del eje, como la velocidad del vehículo, la aceleración, la fuerza impulsora del neumático, la presión de los neumáticos, la forma de los neumáticos, el ancho de los neumáticos, la influencia de la trayectoria de movimiento, así como las situaciones complejas como el cruce, el cambio de los ligas, la conducción paralela y la velocidad de las variables en el área de las medidas de las medidas, las situaciones principales de la fuente de cross. Estos factores plantean grandes dificultades para lograr la medición de alta precisión en el pesaje dinámico, y es común que las aplicaciones prácticas excedan las regulaciones de errores de detección de 5 niveles. Por lo tanto, cómo medir con precisión el verdadero peso bajo la influencia de factores de interferencia aleatorios e inciertos siempre ha sido la dificultad técnica y la clave de los sistemas de pesaje dinámico.

1.1: estudiando efectivopesaje dinámicoAlgoritmos, el impacto de algunas señales de interferencia puede reducirse. Debido al hecho de que la interferencia de vibración del automóvil es una señal de baja frecuencia, las señales de carga del eje también son señales de baja frecuencia. Por lo tanto, los métodos de filtrado simples no pueden eliminar de manera efectiva varias interferencias de baja frecuencia. En términos de investigación de algoritmos dinámicos, el contenido de la investigación incluye principalmente dos partes: preprocesamiento de renovación y cálculo del peso del eje de la rueda. En aplicaciones de ingeniería, el preprocesamiento de la renovación adopta principalmente el método de filtrado promedio y el método de filtrado digital FIR. El método de filtrado promedio tiene un efecto de filtrado significativo en el ruido blanco aleatorio, pero puede reducir la amplitud de la señal efectiva y causar errores de resultados de medición. El método de filtrado digital FIR utiliza las características de las señales efectivas y el ruido de interferencia en diferentes bandas de frecuencia para diseñar filtros digitales (paso alto, paso bajo, paso de banda), que tienen efectos de filtrado significativos en la interferencia periódica, pero el efecto de supresión en las señales aleatorias no es ideal. En términos de cálculo del peso del eje, de acuerdo con el diferente ancho de la superficie de fuerza de la unidad de pesaje, se puede dividir en dos tipos: unidades de pesaje anchos (como un tipo de placa plana de 900 mm de ancho) y unidades de pesaje estrechas (como el tipo de cristal de cuarzo de ancho de 50 mm de ancho, tipo de tira estrecha de 70 mm de ancho). Entre ellas, las unidades de pesaje amplias tienen un área de fuerza mayor que el ancho de la vía de la rueda, y el valor máximo de su forma de onda puede caracterizar el peso de la rueda actual. La unidad de pesaje estrecha es una pista de rueda con un área de fuerza más pequeña que el ancho de la rueda. En este caso, la forma de onda debe integrarse, y el valor integrado se utiliza para caracterizar el peso actual de la rueda de la rueda. Debido al hecho de que el pesaje dinámico es un proceso de medición dinámica acoplado y complejo de factores múltiples, hay muchos factores que afectan la precisión de los resultados de pesaje dinámico del vehículo. Por lo tanto, las instituciones y académicos nacionales y extranjeros han realizado varios estudios exploratorios sobre la precisión del pesaje dinámico. El método DV, el método de identificación del sistema y el método de red neuronal se han aplicado gradualmente en tecnología de pesaje dinámico, logrando ciertos resultados. El método DV primero mide la aceleración, la velocidad y los datos de desplazamiento del vehículo, resuelve el sistema de ecuación diferencial a través de métodos numéricos y luego obtiene la información de carga del eje del automóvil. La desventaja de este método es que mide múltiples variables y es susceptible a la interferencia de ruido. El método de identificación del sistema es establecer un modelo de respuesta de entrada-salida para el sistema de pesaje y usar este modelo para calcular revertir el peso del eje del vehículo.

Este método tiene una alta precisión de medición y es adecuado para la medición de alta velocidad, pero requiere una alta aplicabilidad y precisión del modelo para resolver parámetros clave. El método de red neuronal es un enfoque basado en datos para construir modelos de pesaje. Se necesitan factores que afectan los resultados de la medición del peso del eje como entradas en la red neuronal y el peso del eje del automóvil como salidas. A través de experimentos, se recopila una gran cantidad de datos como el conjunto de entrenamiento para la red neuronal. Al establecer las funciones de pérdida apropiadas, la relación de mapeo entre la entrada y la salida de la red neuronal está capacitada. Sus ventajas se encuentran en su excelente capacidad de mapeo no lineal (ventaja significativa para modelos complejos), computación paralela (mejora de la velocidad computacional), alta precisión y adaptabilidad. La desventaja es que requiere una gran cantidad de muestras experimentales para el entrenamiento, y el costo de la adquisición de datos es alto. En términos de dirección de desarrollo futuro, con la introducción gradual de tecnologías como IoT Big Data e inteligencia artificial, es necesario continuar investigando modelos de algoritmos dinámicos. Esperamos confiar en estos nuevos medios y métodos tecnológicos para optimizar continuamente los problemas de algoritmos de pesaje dinámico.

1.2: En aplicaciones de ingeniería práctica, todavía hay algunos problemas que deben abordarse en función del uso deVarios sistemas de pesaje dinámico

(1) En el desarrollo de sistemas de pesaje dinámico, la unidad de pesaje, como componente central de los productos de detección de sobrecarga, es la base para garantizar el rendimiento de los equipos de detección de sobrecarga. Las unidades de pesaje amplias y estrechas existentes generalmente están conectadas en paralelo con los medidores de tensión o las unidades de detección en el interior, que no pueden distinguir la posición de pesaje y no pueden identificar de manera inteligente el ancho del neumático. Por lo tanto, es difícil resolver el problema de identificar la posición del vehículo y el área de presión de los neumáticos cuando dos vehículos cruzan la pista en paralelo, y la precisión de la medición también está limitada al cruzar la pista, y la estabilidad debe mejorarse aún más.

(2) En términos de precisión de medición, el procesamiento de señal de pesaje dinámico es una tecnología clave en los sistemas de pesaje. En ingeniería, aún permanece al nivel de algoritmos de extracción de peso simples basados en valores medios (unidades de pesaje anchos) o valores integrales (unidades de pesaje estrechas). En los procesos de detección reales, es difícil adaptarse a los factores ambientales (temperatura, humedad, presión de los neumáticos, suavidad de la superficie de la carretera, etc.) y la interferencia de la conducción no estándar, lo que presenta un alto riesgo de detección falsa y detección perdida, y puede conducir fácilmente a disputas de aplicación de la ley.

(3) En términos de reconocimiento inteligente, la razón subyacente del sobrepeso está impulsada por los intereses. Durante un período de tiempo considerable, el fenómeno del sobrepeso es difícil de erradicar. Es necesario estudiar algoritmos para medir las impresiones de los neumáticos del vehículo (incluido el ancho de los neumáticos, los neumáticos individuales y gemelos y el tipo de neumáticos), la velocidad (incluidos los cambios en la velocidad del vehículo y la aceleración) y la base de ejes en función de un nuevo tipo de unidad de pesaje, e identificar estados de conducción anormales como el cruce de carril, el cambio de carril, la paralelo y la aceleración/deceleración. El reconocimiento inteligente de algunos vehículos está intentando todos los medios para encontrar lagunas en el sistema de pesaje dinámico, evitando el problema de la incapacidad del sistema para reconocer y tener sobrepeso a través de paradas de emergencia, conducción ultra lenta y otros medios.

2: Investigación sobre la relación entre la presión de los neumáticos y la calibración y la aplicación dinámica de pesaje, así como el esquema técnico para el diseño de la unidad de pesaje

De acuerdo con los estándares relevantes para los vehículos de carga, la longitud normal de la banda de rodadura del neumático del vehículo está dentro de los 225 mm. Por lo tanto, para unidades de pesaje amplias como placas planas (como el ancho de 900 mm), el método de pesaje real es toda la rueda. En el caso de la banda de rodadura de neumático inconsistente causada por la presión de los neumáticos, es poco probable que cause errores significativos en la calibración y el uso real. Sin embargo, para unidades de pesaje estrechas como el tipo de cristal de cuarzo (por ejemplo, 50 mm de ancho) y tipo de tira estrecha (por ejemplo, ancho de 70 mm), pertenecen al método local de pesaje de neumáticos, y en teoría, la presión de sus neumáticos causará ciertos errores. Representamos la presión del neumático en la superficie de la carretera como P, el peso de la rueda como F y el área del neumático en contacto con la superficie de la carretera como S, que se puede expresar utilizando la fórmula de presión: P = F/S. Para unidades de pesaje estrechas, mientras mantenemos el peso de la rueda F constante, cambiamos la presión del aire llenando el neumático con aire. Medimos la longitud de la impresión del neumático en contacto con el suelo utilizando un método especial, y obtenemos un conjunto de datos a través de una unidad de pesaje estrecha (70 mm de ancho) basada en experimentos. La relación entre la longitud de contacto del suelo del neumático (es decir, la impresión del neumático) y el coeficiente de peso para los ejes de neumáticos simples y dobles se muestra en la Figura 1 y la Figura 2, respectivamente.

Figura 1 Eje de neumáticos individuales

Figura 2 Eje de rueda doble

Desde el gráfico, se puede ver que diferentes presiones de neumáticos pueden causar cambios en la longitud del contacto entre el neumático y el suelo. El coeficiente de peso en el gráfico es en realidad un coeficiente proporcional formado por los cambios en P y S. A través del análisis y la visualización de datos, se puede concluir que cuando la presión de los neumáticos cambia debido a la inflación y la deflación, existe una relación lineal entre la longitud de contacto de la misma rueda y el coeficiente de peso al pasar a través de la unidad estrecha de peso de la tira en el área de medición. Sin embargo, el rango inicial del coeficiente lineal correspondiente a diferentes presiones de los neumáticos es diferente, y el coeficiente de peso ajustado por los datos también es diferente. Un análisis posterior muestra que cuando cambia la presión del neumático, el ancho del contacto del neumático con el suelo no cambia significativamente, mientras que la longitud del contacto del neumático (es decir, la longitud del contacto del neumático en la dirección de conducción) cambia significativamente. Esto significa que el área de presión de los neumáticos aplicada a la unidad de pesaje, que es el producto del ancho de la unidad de pesaje estrecho de la tira de 70 mm y el ancho del contacto del neumático, no cambia significativamente. Por lo tanto, cuando la deflación provoca una presión insuficiente de los neumáticos, el área de presión provoca directamente un cambio significativo en el área total del contacto del neumático con la superficie de la carretera. De acuerdo con la curva de identificación de los vehículos en la figura y el análisis de los datos medidos, se puede concluir que entre los 9 conjuntos de datos utilizados para el ajuste de un solo eje, el 90% de los nuevos 12 vehículos tienen una alta presión de los neumáticos, lo que resulta en un coeficiente de ajuste más grande y un valor de peso más pequeño. Al ingresar todos los datos, el 80% de los nuevos vehículos de peso 15 (no desinflados) tienen una presión de neumática más alta que el mismo vehículo 15 de peso (desinflado), lo que resulta en un valor de peso menor. El automóvil 125 es muy antiguo, con baja presión de neumáticos y un gran coeficiente de peso real. Sin embargo, el coeficiente de peso ajustado es demasiado pequeño, y el valor de peso calculado es demasiado grande. A través de los experimentos y análisis anteriores, hemos concluido que la presión de los neumáticos puede causar errores en elsistema de pesaje dinámicoconstruido por unidades de pesaje estrechas. Debido a que la presión de los neumáticos se desconoce en los vehículos reales, y la presión de cada neumático no siempre está estandarizada, es casi imposible establecer y compensar modelos de error de peso basados en el tamaño de la presión. Por lo tanto, en la práctica, se ignora el error de pesaje introducido por unidades de pesaje estrechas debido a la presión del neumático. Además, en la práctica, aunque la unidad de pesaje amplia no se ve afectada por la presión de los neumáticos, su precisión dinámica se deteriora a velocidades superiores a 80 km/h o incluso 60 km/h en comparación con las velocidades más bajas que esto. La amplia plataforma significa que la respuesta y la precisión dinámica de alta velocidad también tienen un lado insatisfactorio con el aumento de la velocidad del vehículo. Todavía hay mucha exploración e importancia de investigación para que todo el sistema alcance realmente la precisión del nivel 5 y cumpla completamente el estándar de precisión de nivel 5 en uso. En la actualidad, las unidades de pesaje estrechas están enterradas en al menos 2 filas, y las unidades de tipo de cristal de cuarzo están enterradas en más de 4 filas. Sin embargo, aumentar el número de filas puede mejorar la precisión de reducir el salto de eje y otras situaciones, pero aún no tiene ningún efecto sobre la presión de los neumáticos. Por lo tanto, queremos encontrar una solución técnica que pueda mantener ventajas de precisión a bajas velocidades inferiores a 60 km/h y a velocidades de vehículo superiores a 60 km/h, lograr ventajas complementarias en las características técnicas del producto y lograr un peso más preciso en un amplio rango de velocidad, mejorando así las ventajas de precisión de todo el sistema de detección no parada. Adoptamos una solución de combinación de unidades de pesaje estrechas (como el tipo de tira estrecha de 70 mm de ancho) y unidades de pesaje anchas (como el tipo de placa estrecha de 300 mm de ancho) para construir un sistema de pesaje dinámico, como se muestra en la Figura 3.

Figura 3 Esquema de diseño de combinación de tira estrecha de 2 filas y placa estrecha de 1 fila

La situación de instalación del sitio de prueba completada de acuerdo con el plan de diseño en la Figura 3 se muestra en la Figura 4.

Figura 4 Sitio de instalación de unidades de pesaje de placa estrecha y tira estrecha

Tomando el vehículo de 4 ejes, que es difícil de sopesar con precisión, como ejemplo, los datos medidos preliminares obtenidos del sitio de prueba se muestran en la Figura 5. Descubrimos que este diseño tiene ventajas obvias y puede lograr una cobertura de velocidad de medición efectiva tanto para las velocidades altas y bajas. La unidad de pesaje de placa estrecha de 300 mm de ancho no solo complementa la influencia de los cambios en la presión de los neumáticos, sino que también complementa las deficiencias de la unidad de pesaje estrecho de 70 mm de ancho en términos de precisión por debajo de 10 km/h. Este esquema de diseño de combinación de productos complementario no requiere el método tradicional para aumentar el número de filas para mejorar repetidamente la precisión y aumentar los costos, y es digno de una mayor exploración e investigación por parte de la industria. Mirando hacia el futuro, desde la perspectiva de mejorar la precisión de la detección sin parar, todavía tenemos muchos temas que vale la pena explorar. Esperamos que la ingeniería de la industria y el personal técnico puedan continuar explorando y haciendo contribuciones tecnológicas a la innovación de aplicaciones de productos en este campo.