动态汽车衡专利技术发展浅析

本文介绍了动态汽车衡专利技术发展趋势；分析了秤台式、弯板式和石英晶 体式动态汽车衡的具体发展方向，秤台式是目前研究的主要方向，石英晶体式是研究的新热 点；提出提高效率和准确性以及去除不规范行车误差是专利技术研究的主要问题。
一、前言 随着交通运输的发展，为保障道路、桥梁交 通安全，快速准确计量收费，动态汽车衡得到广 泛应用和较大发展。专利通常代表企业研发应用 的新技术，对动态汽车衡中国专利的分析在一定 程度反映了该领域的国内技术发展趋势和方向。
二、动态汽车衡专利申请量的分析 动态汽车衡技术发展很快，专利申请量在迅 速增加，从 2008 年的 33 件到 2017 年的 158 件申 请，10 年增长大约 5 倍，申请总量达到 972 件。 总申请人多达 530 名，其中前 12 名申请人共申请 了 261 件，占总数量的 27%，显示动态汽车衡专 利技术发展来源非常广泛，但技术集中度相对较 高。申请来源省份前 8 名依次为北京、河南、陕 西、山东、重庆、四川、山西、江苏，占总申请 量的 58%，专利技术发展来源地相对集中。
三、动态汽车衡的几种主要专利技术发展分 析 动态汽车衡依据称量结构主要可以分为秤台 式、弯板式和石英晶体式三类[1]，下面对这几种形 式的动态汽车衡技术发展进行分析。

（一） 秤台式动态汽车衡 秤台式动态汽车衡主要可以分为整车式和轴 重 （组） 式，主要称量结构包括秤台、压力传感 器，压力传感器记录下车辆通过秤台时的重量， 其申请量占了总申请的主要部分。 整车式的秤台较长以容纳整车测量全重，称 量精度高，但体积大制造安装困难，一次一车效率低，高速下测量误差较大。其专利技术发展主 要体现在以下四个方面： 第一，拼接秤台，降低结构难度。整车秤台 被分为上秤秤台、中间秤台和下秤秤台，拼接后 形成整车秤台，其进一步改进在三个秤台中间设 置多个辅助秤台用于分离车辆，提高准确性。 第二，秤台两端设置轴识别器，从而识别上 下秤车辆的轴数、速度和车辆通行状态，结合分 车信号实现多车连续称重，提高效率，其进一步 改进在秤台中间再增加一个轴识别器，识别同轴 上下秤台情况。 第三，整车与轴重式秤台形成组合，提高测 量精度。在整车秤台前串联安装轴重秤台，利用 轴重式秤台获取轴重相关参数以及提示车辆行驶 状态，并与整车秤台数据相比较结合确定整车重 量，提高了测量精度和防作弊能力。整车和轴重 组合秤进一步具有多种改进方式，包括缩短整车 秤台面，并将轴重秤设置在整车秤后，在整车秤 台面长度不足时联合轴重秤实现整车称量；在整 车秤台前后均安装轴重秤台进一步提高准确性； 将轴重式秤台安装在整车秤台上；将轴重秤台替 换为弯板、石英晶体式、分体式、便携式等并设 置多道。 第四，倾斜安装。通过在传感器和台面之间 设置带倾斜表面的垫块使传感器仍然垂直受力， 实现了台面的倾斜安装，从而可以适应更多的使 用环境。 轴重秤台式动态汽车衡的秤台较短，称量各 轴重累计得到整车重量，连续称量效率较高，称 量精度相对低于整车秤台式动态汽车衡，易受不 规范行车干扰。其专利技术发展主要体现在以下 三个方面： 第一，加长秤台，从而可以称量二轴或三轴 轴组重，形成轴组秤，减小联轴相互影响引起的 称量误差，提高称量精度；还可以设置多道轴重 秤台以同时称量联轴轴组。 第二，设置前后两个轴重秤的组合形式，产 生不同传感器时序波形可以提高对行驶状态的分 析能力。设置方式如图 1 所示，包括间隔布设两 块轴重秤，利用每个轴通过两轴重秤的时间确定 速度以计算轴距，从而确定轴重秤上有效重量， 其中一个轴重秤还可以替换为并排或交错的单轮 称重结构进一步提高对作弊行驶的判断能力；或 者两个轴重秤具有不同的传感器布设方式，利用 传感器测量的时序判断车辆的行驶状态；或者将 两块轴重秤设置为沿行车方向长度不同的主辅台 面，提高波形时序判断能力，其进一步改进在两 块台面拼接处各突出一块构成交错，使两侧车轮 先后进入第二台面。 第三，在两秤台之间设置水平力传感器，对 称重信号进行补偿。

（二） 弯板式动态汽车衡 弯板式动态汽车衡包括弯板和支撑框架，弯 板在车轮碾压时弯曲变形，通过应变片测量形变 以计算车轮重量，可以在较高车速进行称量。弯 板式的安装和维护相比秤台较小，但寿命较低， 需经常校正[1]。弯板动态汽车衡的申请量相对较 少，并逐渐下降。 弯板式动态汽车衡的专利技术发展主要体现 在以下几个方面： 第一，左右两块弯板前后交错式安装，以便 判断行驶状态减少无效数据，提高准确性；其中 弯板前后交错方式包括具有重叠部分，便于判断 联轴，或者前后错开一定距离，从而对不同时间 获得的重量进行平均提高测量精度，或者阶梯式 布置三块弯板用于超宽车道。 第二，设置多组弯板，以便于识别不规范行 车并提高速度计算准确性，减小联轴误差； 第三，改进传感器应变梁槽结构以及传感器， 提高测量精度和寿命，其中包括采用光纤光栅传 感器。

（三） 石英晶体式动态汽车衡 石英晶体式动态汽车衡包括具有空腔的受力 型材和石英晶体传感器，石英晶体感应传力块传 导的压力产生电荷，测量该电荷以计算车轮重量， 可用于高车速的动态称量，安装方便，精度高， 动态量程宽，工作特性稳定[2]。石英晶体式动态汽 车衡申请主要在 2015 年 ~2017 年。 石英晶体式动态汽车衡专利技术发展主要体 现在以下几个方面： 第一，受力型材的结构。包括设置限位结构， 在传力块上设置凹槽缓解受力不均，型材设置为 上下分体减小水平力干扰，圆管型空腔调整为八 边形增加灵敏度，电极和绝缘膜制作为单面导电 膜从而减小公差使受力更均匀，以及调整型材变 形部分具有不同的厚度提高使用寿命。 第二，不同阵列布置方式，提高测量准确性。 包括多组平行交错的传感器提高行驶状态判断能 力，其改进如图 2 所示，包括不同的传感器组间 距，设置不同前后交错顺序；以及由两根或多根 传感器前后构成一组，多组左右交错布置，以减 少路面不平整和非匀速通过造成的误差。 第三，测量车轮位置补偿传感器不同位置的 测量误差。包括设置位置传感器感应车辆行驶偏 移位置；以及在垂直行车方向的传感器前后增加 斜埋的传感器，利用车轮速度和通过前后传感器 时间差获得行驶距离，再基于倾斜角度确定车轮 行驶的位置。 四、结语 本文对动态汽车衡的专利技术发展进行了分 析梳理，动态汽车衡的技术发展速度很快，技术 发展来源相对集中；秤台式是目前研究的主要方 向，石英晶体式是最新发展的研究方向；动态汽 车衡专利技术研究主要解决高效同时准确测量， 以及去除不规范行车造成误差问题。