付宏勛，張 宇，趙 強(qiáng)，剛憲約，喬歡波

(山東理工大學(xué)交通與車(chē)輛工程學(xué)院，山東 淄博 255049)

0 引 言

改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)交通運(yùn)輸業(yè)飛速發(fā)展，與交通運(yùn)輸水平一流國(guó)家之間的差距日益縮小，甚至在部分領(lǐng)域已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了超越，截至2016年底，我國(guó)的高速公路里程穩(wěn)居世界首位。運(yùn)輸產(chǎn)業(yè)作為我國(guó)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的重要組成部分，將成為本世紀(jì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要推力。但隨著物流行業(yè)的發(fā)展、貨運(yùn)車(chē)輛在物流行業(yè)的廣泛運(yùn)用，各種問(wèn)題也逐漸暴露出來(lái)。

首先，車(chē)輛超載問(wèn)題嚴(yán)重。車(chē)輛運(yùn)輸貨物時(shí)，部分駕駛員為了實(shí)現(xiàn)利益最大化，經(jīng)常超載運(yùn)輸貨物[1]。車(chē)輛超載嚴(yán)重破壞道路、橋梁、地下管道等基礎(chǔ)設(shè)施[2-3]，威脅道路安全，浪費(fèi)公共資源。其次，載貨車(chē)輛稱(chēng)重不便捷。用地磅測(cè)量車(chē)載貨物重量時(shí)，需要先空載到地磅上稱(chēng)重，然后裝載貨物再次稱(chēng)重，這增加了車(chē)輛不必要的行駛里程，并且受地磅位置限制，車(chē)輛稱(chēng)重不方便。最后，車(chē)輛管理效率低。交管部門(mén)管理載貨車(chē)輛通常需要在路口設(shè)置檢查站，這種檢查方式不僅檢查效率低，而且還干擾車(chē)輛正常通行，堵塞交通[4]。物流公司的載貨車(chē)輛多，車(chē)輛的型號(hào)不同、承載量不同、行駛線(xiàn)路不同，這就導(dǎo)致管理者無(wú)法對(duì)每一輛貨車(chē)進(jìn)行有效監(jiān)管。

為了減少上述問(wèn)題帶來(lái)的影響，國(guó)內(nèi)外圍繞車(chē)輛稱(chēng)重技術(shù)開(kāi)展了一定的研究工作。目前常見(jiàn)的稱(chēng)重系統(tǒng)有靜態(tài)稱(chēng)重系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)稱(chēng)重系統(tǒng)和便攜式稱(chēng)重儀。靜態(tài)稱(chēng)重系統(tǒng)精度高，但稱(chēng)重過(guò)程耗時(shí)長(zhǎng)、效率低；動(dòng)態(tài)稱(chēng)重系統(tǒng)雖然能夠測(cè)量行駛中車(chē)輛的載重[5]，但稱(chēng)重設(shè)備與車(chē)輛是分離的，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并且對(duì)無(wú)法鋪設(shè)地下稱(chēng)重設(shè)備的偏遠(yuǎn)地區(qū)難以進(jìn)行超載管制[6]；目前廣泛使用的便攜式稱(chēng)重儀，雖然解決了稱(chēng)重地點(diǎn)固定的問(wèn)題，但每次都需要根據(jù)車(chē)輪的間距擺放稱(chēng)重設(shè)備，浪費(fèi)時(shí)間。因此，為彌補(bǔ)以上幾種稱(chēng)重系統(tǒng)的不足，一種新型的稱(chēng)重系統(tǒng)——車(chē)載稱(chēng)重系統(tǒng)（on-board weighing，OBW）被提出。

本文簡(jiǎn)要概述了車(chē)載稱(chēng)重系統(tǒng)的基本構(gòu)成、工作流程、發(fā)展歷史和功能拓展，具體闡述了車(chē)載稱(chēng)重系統(tǒng)在測(cè)量方法、降噪算法和稱(chēng)重算法方面的不同實(shí)現(xiàn)方式，并對(duì)比分析了不同實(shí)現(xiàn)方式各自的優(yōu)缺點(diǎn)及適用場(chǎng)景。最后歸納了車(chē)載稱(chēng)重系統(tǒng)存在的不足，并給出了相應(yīng)的解決方案。

1 車(chē)載稱(chēng)重系統(tǒng)簡(jiǎn)述

與靜態(tài)稱(chēng)重系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)稱(chēng)重系統(tǒng)和便攜式稱(chēng)重儀不同，車(chē)載稱(chēng)重系統(tǒng)直接安裝在車(chē)輛上，是一種測(cè)量車(chē)輛裝載量的全自動(dòng)稱(chēng)重儀器，在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、煤礦、港口、垃圾運(yùn)輸?shù)冗\(yùn)輸稱(chēng)重行業(yè)使用廣泛。稱(chēng)重系統(tǒng)一般由數(shù)據(jù)采集裝置、數(shù)據(jù)處理裝置、功能裝置和電源裝置四部分組成，如圖1所示，主要用于實(shí)現(xiàn)獲取車(chē)載貨物重量和車(chē)輛超載報(bào)警提醒功能。圖1所示的車(chē)載稱(chēng)重系統(tǒng)工作流程為：數(shù)據(jù)采集裝置用于采集車(chē)架的應(yīng)變模擬信號(hào)，將應(yīng)變模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為應(yīng)變數(shù)字信號(hào)發(fā)送至數(shù)據(jù)處理裝置，數(shù)據(jù)處理裝置經(jīng)計(jì)算處理后得出車(chē)載重量值，然后數(shù)據(jù)處理裝置控制功能裝置實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，電源裝置為整個(gè)稱(chēng)重系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電壓。因?yàn)樵O(shè)備直接安裝到車(chē)輛上，車(chē)載稱(chēng)重系統(tǒng)做到了從源頭管理車(chē)輛，并且車(chē)輛不受位置限制可隨時(shí)稱(chēng)重，提高了相關(guān)部門(mén)和車(chē)輛管理者的管理效率[7]。

圖1 車(chē)載稱(chēng)重系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成和工作流程圖

針對(duì)車(chē)載稱(chēng)重系統(tǒng)，許多學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)的研究工作。Carlson[8]提出了基于稱(chēng)重傳感器的車(chē)載稱(chēng)重系統(tǒng)，該專(zhuān)利最早提出車(chē)載稱(chēng)重系統(tǒng)這一概念，為車(chē)輛稱(chēng)重技術(shù)提供了新的發(fā)展思路。Jerry[9]發(fā)明了一種稱(chēng)重傳感器，該傳感器高度低于傳統(tǒng)的稱(chēng)重傳感器，能有效降低裝有車(chē)載稱(chēng)重系統(tǒng)的車(chē)輛的重心，提高了行駛安全性，該發(fā)明推動(dòng)了車(chē)載稱(chēng)重系統(tǒng)的發(fā)展。Kheiralla[10]等研究設(shè)計(jì)了安裝于輪式裝載機(jī)上的車(chē)載稱(chēng)重系統(tǒng)，該研究將車(chē)載稱(chēng)重系統(tǒng)從載貨車(chē)輛推廣到工程機(jī)械上，大大拓寬了車(chē)載稱(chēng)重系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)景。目前國(guó)外研制的車(chē)載稱(chēng)重系統(tǒng)在稱(chēng)重精度、可靠性和使用壽命等方面已經(jīng)達(dá)到了較高的水平，系統(tǒng)可保證一年的稱(chēng)重精度并且正常工作的平均時(shí)間超2 000 h[11]。因此在2014年，歐洲提議將車(chē)載稱(chēng)重系統(tǒng)作為車(chē)輛超載處罰依據(jù)之一，列入道路交通管理法律之中。

隨著稱(chēng)重技術(shù)的發(fā)展，車(chē)載稱(chēng)重系統(tǒng)可以拓展除稱(chēng)重以外的其他功能。車(chē)載稱(chēng)重系統(tǒng)可以包括車(chē)載稱(chēng)重端、遠(yuǎn)程監(jiān)控端、移動(dòng)端和無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)等部分，如圖2所示。系統(tǒng)集車(chē)載稱(chēng)重技術(shù)、GPS技術(shù)、無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云儲(chǔ)存技術(shù)于一體，不僅可以實(shí)時(shí)獲取車(chē)輛載重，還可以對(duì)車(chē)輛位置、行駛速度和行駛路線(xiàn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控[12-13]。該系統(tǒng)的提出，實(shí)現(xiàn)了車(chē)載稱(chēng)重端、遠(yuǎn)程控制端、移動(dòng)端和儲(chǔ)存平臺(tái)在數(shù)據(jù)方面的交互與共享。

圖2 車(chē)載稱(chēng)重系統(tǒng)構(gòu)成原理

2 車(chē)載稱(chēng)重系統(tǒng)測(cè)量方法研究

車(chē)載稱(chēng)重系統(tǒng)可選擇的測(cè)量方法有多種，測(cè)量方法的異同體現(xiàn)在使用傳感器的種類(lèi)、傳感器的安裝位置和采集數(shù)據(jù)的類(lèi)型上。根據(jù)系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)與重量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，車(chē)載稱(chēng)重系統(tǒng)的測(cè)量方法可分為直接測(cè)量法、間接測(cè)量法和質(zhì)量追蹤法。

2.1 直接測(cè)量法

由傳感器或傳感器組直接承受貨物載荷，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)稱(chēng)重的方法稱(chēng)為直接測(cè)量法。張從力[14]等研究了一種應(yīng)用壓力傳感器的車(chē)載稱(chēng)重系統(tǒng)，將壓力傳感器組安裝在車(chē)廂和底盤(pán)之間，通過(guò)對(duì)單個(gè)傳感器測(cè)得的載重求和，實(shí)現(xiàn)測(cè)量貨物的總體載重，其壓力傳感器的安裝位置如圖3所示。使用這種方法的車(chē)載稱(chēng)重系統(tǒng)測(cè)量精度比較高、在技術(shù)方面容易實(shí)現(xiàn)，但對(duì)直接承受載荷的傳感器有較高的強(qiáng)度要求，并且安裝傳感器需要對(duì)車(chē)輛的承載結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的改變。

圖3 壓力傳感器安裝位置示意圖

2.2 間接測(cè)量法

車(chē)輛受載時(shí)，貨物的重力經(jīng)車(chē)廂傳遞到車(chē)輛上的各個(gè)受力部件，因此可以在車(chē)輛受力部件上安裝傳感器，采集受力部件上隨載荷變化而變化的數(shù)據(jù)，通過(guò)建立采集數(shù)據(jù)與載荷的對(duì)應(yīng)關(guān)系實(shí)現(xiàn)稱(chēng)重，這種測(cè)量方法稱(chēng)為間接測(cè)量法。常見(jiàn)的間接測(cè)量法設(shè)計(jì)方案如表1所示[15-17]。

表1 間接測(cè)量法設(shè)計(jì)方案

闞鵬飛[18]提出，車(chē)輛承載后懸架會(huì)發(fā)生變形，通過(guò)使用位移傳感器測(cè)量車(chē)架與車(chē)橋間的相對(duì)距離來(lái)測(cè)量車(chē)輛載荷；李翔[19]等提出了基于胎壓監(jiān)測(cè)的車(chē)載稱(chēng)重系統(tǒng)，在使用胎壓傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量車(chē)輛胎壓的基礎(chǔ)上，將胎壓變化轉(zhuǎn)換為車(chē)輛載荷信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)車(chē)輛超載檢測(cè)；陳廣華[20]等設(shè)計(jì)的車(chē)輛超載監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)在車(chē)輛板簧表面安裝粘貼式應(yīng)變傳感器，采集每個(gè)板簧受載后產(chǎn)生的應(yīng)變，根據(jù)應(yīng)變與載重的對(duì)應(yīng)關(guān)系求得單個(gè)板簧的載重，然后求和實(shí)現(xiàn)測(cè)量車(chē)輛總載荷。其中位移傳感器、胎壓傳感器和應(yīng)變傳感器的安裝位置示意圖如圖4所示。

圖4 傳感器安裝位置示意圖

理論上貨物的重量經(jīng)車(chē)廂傳遞到車(chē)輛上的各個(gè)受力部件，通過(guò)建立采集數(shù)據(jù)與載荷的映射關(guān)系可以求得車(chē)輛載荷，但實(shí)際上車(chē)輛裝配時(shí)各部件之間存在裝配公差和內(nèi)應(yīng)力，在系統(tǒng)標(biāo)定時(shí)需要進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)以消除裝配公差和內(nèi)應(yīng)力對(duì)稱(chēng)重精度的影響，因此間接測(cè)量法在精度和標(biāo)定便捷性方面不如直接測(cè)量法。但目前大部分車(chē)載稱(chēng)重系統(tǒng)都采用間接測(cè)量法，因?yàn)樵摲椒ú恍枰淖冘?chē)輛原有的承載結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)安裝方便，相比直接測(cè)量法安全性高。

2.3 質(zhì)量追蹤法

城市垃圾收集車(chē)可以通過(guò)舉升裝置單獨(dú)稱(chēng)量每桶垃圾的重量，然后自動(dòng)累加計(jì)算垃圾總重，實(shí)現(xiàn)測(cè)量車(chē)載總重量，這種測(cè)量方法稱(chēng)為質(zhì)量追蹤法[21-22]。對(duì)于帶有舉升裝置的特種車(chē)輛，不需要考慮車(chē)輛整體的承載情況，只需要在舉升裝置上安裝稱(chēng)重裝置，測(cè)量每次舉升時(shí)貨物的重量即可，因此采用這種測(cè)量方法的車(chē)載稱(chēng)重系統(tǒng)使用的傳感器數(shù)量少。

以上三種測(cè)量方法均可以求得車(chē)載質(zhì)量，設(shè)計(jì)車(chē)載稱(chēng)重系統(tǒng)時(shí)要根據(jù)具體需求來(lái)選擇合適的測(cè)量方法。綜上所述，每種測(cè)量方法的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍如表2所示。

表2 常用測(cè)量方法

3 車(chē)載稱(chēng)重系統(tǒng)降噪算法研究

車(chē)輛行駛過(guò)程中，由于車(chē)輛加減速、發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、路面不平整等因素的影響，會(huì)使傳感器采集的信號(hào)中混入一些噪聲信號(hào)，這些噪聲信號(hào)嚴(yán)重干擾計(jì)算結(jié)果的精度，因此需要對(duì)傳感器采集的信號(hào)進(jìn)行降噪處理，去除其中的噪聲信號(hào)。其中常用的降噪算法主要有以下幾種：小波閾值降噪、算數(shù)平均濾波、防脈沖干擾平均濾波、滑動(dòng)平均濾波和中值濾波。

3.1 小波閾值降噪

小波閾值降噪法認(rèn)為有效信息中混入的噪聲信號(hào)為高斯白噪聲，且噪聲信號(hào)在小波域?qū)?yīng)的系數(shù)滿(mǎn)足高斯分布特性[23]，即如果在小波域噪聲系數(shù)對(duì)應(yīng)的方差為α，那么絕大部分噪聲系數(shù)都位于[–3α，3α]區(qū)間內(nèi)。因此，只要將位于區(qū)間 [–3α，3α]內(nèi)的系數(shù)全部置零，就能在稍微損傷有效信號(hào)的前提下去除絕大部分的噪聲信號(hào)，小波閾值去噪過(guò)程如圖5所示[24]。

圖5 小波閾值去噪過(guò)程

郝曉嫻[25]使用Matlab軟件對(duì)車(chē)載稱(chēng)重信號(hào)進(jìn)行了小波閾值處理，處理前后的AD采樣值對(duì)比圖如圖6所示，從圖中可以看出，經(jīng)過(guò)小波閾值去噪算法處理的信號(hào)與含噪信號(hào)相比，變得光滑平緩。

圖6 小波閾值去噪對(duì)比圖

小波閾值降噪算法因其適用范圍廣、計(jì)算速度快，在多種小波降噪算法中的使用頻率最高。但在車(chē)載傳感器采集信號(hào)不連續(xù)的位置，去噪后會(huì)產(chǎn)生偽吉布斯現(xiàn)象，并且稱(chēng)重信號(hào)的去噪效果受閾值影響，選擇閾值的方法有多種，需要根據(jù)具體情況選擇合適的閾值。

3.2 算數(shù)平均濾波

3.3 防脈沖干擾平均濾波

防脈沖干擾平均濾波算法首先將車(chē)載傳感器采樣的稱(chēng)重信號(hào){Yi}|（i=1,2 , ···,N，其中N＞3）按采樣值大小進(jìn)行排序，即然后刪除其中的最大、最小值，剩余稱(chēng)重信號(hào)的算數(shù)平均數(shù)即為濾波后的有效稱(chēng)重信號(hào)[27]，如下式所示：

N——采樣次數(shù)；

——濾波后的稱(chēng)重信號(hào)。

該方法可以有效的去除稱(chēng)重信號(hào)中的突變信號(hào)，并且計(jì)算方便、速度快、存儲(chǔ)量小，但每獲得一個(gè)有效的稱(chēng)重信號(hào)必須連續(xù)采樣N次，因此該降噪算法不適用于對(duì)載重量的獲取有較快速度要求的車(chē)載稱(chēng)重系統(tǒng)。

3.4 滑動(dòng)平均濾波

滑動(dòng)平均濾波法將N個(gè)車(chē)載稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)看作一個(gè)隊(duì)列，隊(duì)列中每采集一個(gè)新的稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)，就刪除其中最早采集的稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)，維持隊(duì)列中數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)不變，然后取這N個(gè)稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)的平均值，作為當(dāng)前的有效稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)[28-29]。這種降噪算法抑制周期性干擾效果好，但不靈敏，抑制脈沖干擾效果差，所以適用于高頻振蕩系統(tǒng)，對(duì)于經(jīng)常在有嚴(yán)重脈沖干擾的地方工作的承載稱(chēng)重系統(tǒng)，不適合用該降噪算法。

3.5 中值濾波

中值濾波算法的降噪原理是：將稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)看成一個(gè)序列，先計(jì)算以某一稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)為中心點(diǎn)的鄰域的中位數(shù)，然后替換相應(yīng)位置的原稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)，對(duì)稱(chēng)重序列中的每個(gè)數(shù)據(jù)都進(jìn)行此操作，即完成了對(duì)稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)的降噪處理[30]。中值濾波算法是一種非線(xiàn)性濾波技術(shù)，利用該降噪算法可以對(duì)稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理，能有效濾除偶然的數(shù)據(jù)波動(dòng)，但對(duì)快速變化的數(shù)據(jù)濾波效果差。

以上五種降噪算法有各自的優(yōu)勢(shì)和適用范圍，需要針對(duì)噪聲的類(lèi)型和系統(tǒng)的工作環(huán)境選擇合適的降噪算法，也可以將幾種降噪算法結(jié)合使用，或者根據(jù)幾種降噪算法的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)新的降噪算法，以達(dá)到最佳的降噪效果。綜上所述，各種降噪算法的特點(diǎn)對(duì)比和使用范圍如表3所示。

表3 常用降噪算法

4 車(chē)載稱(chēng)重系統(tǒng)稱(chēng)重算法研究

傳感器采集的數(shù)據(jù)，經(jīng)降噪處理后需要帶入稱(chēng)重算法，才可以得到精確的稱(chēng)重結(jié)果，如何計(jì)算處理降噪后的稱(chēng)重信號(hào)，是車(chē)載稱(chēng)重系統(tǒng)的關(guān)鍵。目前應(yīng)用比較廣泛的稱(chēng)重算法主要有支持向量機(jī)、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和最小二乘法。

4.1 支持向量機(jī)

支持向量機(jī)（support vector machine, SVM）是一種基于統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論的學(xué)習(xí)方法。該方法的基本原理是尋找一個(gè)分類(lèi)線(xiàn)，該分類(lèi)線(xiàn)不僅能夠?qū)⑺璧臄?shù)據(jù)從整體樣本中分開(kāi)，而且分開(kāi)的間隔是最大的，即該分類(lèi)線(xiàn)為最優(yōu)分類(lèi)線(xiàn)[31]，如圖7中的L所示。對(duì)于不能使用線(xiàn)性分隔的樣本，需要將輸入量通過(guò)非線(xiàn)性變換映射到高維空間，然后在高維空間進(jìn)行劃分求解[32]。

圖7 最優(yōu)分類(lèi)線(xiàn)示意圖

林穎[33]等通過(guò)對(duì)車(chē)架的三維模型進(jìn)行有限元仿真，分析了應(yīng)變和載荷之間的關(guān)系，然后使用Matlab軟件實(shí)現(xiàn)了基于SVM的稱(chēng)重算法設(shè)計(jì)，最后用總體樣本交叉驗(yàn)證的方法證明，設(shè)計(jì)的算法適用于多種不同的工況。

支持向量機(jī)使用小樣本進(jìn)行學(xué)習(xí)訓(xùn)練，從稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)訓(xùn)練樣本到重量預(yù)測(cè)樣本的實(shí)現(xiàn)效率高，使常見(jiàn)的分類(lèi)和回歸問(wèn)題得以簡(jiǎn)化，因此區(qū)別于從歸納到演繹的傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)過(guò)程。但是由于支持向量機(jī)本身計(jì)算過(guò)程的限制，使得該算法不適用于稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)數(shù)量大的訓(xùn)練樣本。

4.2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，按誤差逆向傳播進(jìn)行算法訓(xùn)練，是目前應(yīng)用最廣泛的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[34]，網(wǎng)絡(luò)模型如圖8所示。該算法的工作原理是：為了獲得最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)模型，需要使用對(duì)稱(chēng)重結(jié)果影響較大的各種因素的學(xué)習(xí)樣本來(lái)訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，然后將稱(chēng)重信號(hào)和影響稱(chēng)重的其他信號(hào)作為輸入層帶入訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，得到的輸出層即較為真實(shí)的稱(chēng)重結(jié)果[35-36]。

圖8 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型圖

秦偉[37]等使用該算法建立了載重計(jì)算模型，利用在輕型貨車(chē)上進(jìn)行加載實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)，在Matlab軟件中對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練、檢驗(yàn)和預(yù)測(cè)。最后模型預(yù)測(cè)誤差在5%以?xún)?nèi)，符合精度要求。郝曉嫻[38]將車(chē)輛速度、加速度和經(jīng)降噪處理的稱(chēng)重信號(hào)作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)樣本，建立了車(chē)載動(dòng)態(tài)稱(chēng)重算法，最終模型計(jì)算載荷誤差在2%以?xún)?nèi)。

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)適合求解內(nèi)部機(jī)制復(fù)雜的問(wèn)題，網(wǎng)絡(luò)的三層結(jié)構(gòu)能夠做到以任意精度逼近任何非線(xiàn)性函數(shù)，有較強(qiáng)的非線(xiàn)性擬合能力，但網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練嚴(yán)重依賴(lài)稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)學(xué)習(xí)樣本，需要從影響稱(chēng)重結(jié)果的眾多數(shù)據(jù)中挑選出典型的稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)組成訓(xùn)練樣本。

4.3 RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

與BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)類(lèi)似，RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也是一種三層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，都需要通過(guò)數(shù)據(jù)樣本訓(xùn)練才能得到最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)模型。相比BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入和輸出映射功能較強(qiáng)，有唯一最佳逼近的特性，且分類(lèi)能力好、學(xué)習(xí)過(guò)程收斂速度快[39-40]。

李惠敏[41]設(shè)計(jì)了基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的車(chē)載稱(chēng)重系統(tǒng)，該網(wǎng)絡(luò)的輸入層為車(chē)輛速度、加速度、傾角和經(jīng)預(yù)處理的動(dòng)態(tài)稱(chēng)重信號(hào)，輸出層為車(chē)載重量值。最后用該算法處理實(shí)車(chē)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，證明該算法可行。

4.4 最小二乘法

記錄車(chē)輛在承受不同標(biāo)準(zhǔn)重量時(shí)傳感器的A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，然后用最小二乘法進(jìn)行擬合，可以得到車(chē)載重量與傳感器A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的載重經(jīng)驗(yàn)公式，從而達(dá)到標(biāo)定的效果[42-43]。利用該方法可以較為簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確地求得車(chē)載重量。

雖然每種稱(chēng)重算法的實(shí)現(xiàn)原理不同，但都可以處理降噪之后的稱(chēng)重信號(hào)。綜上所述，每種稱(chēng)重算法的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍如表4所示。

表4 常用稱(chēng)重算法

5 結(jié)束語(yǔ)

車(chē)載稱(chēng)重系統(tǒng)在車(chē)輛稱(chēng)重方面發(fā)揮著重要作用，并且隨著研究的深入，車(chē)載稱(chēng)重系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)測(cè)量車(chē)載重量的方式有多種。本文對(duì)車(chē)載稱(chēng)重系統(tǒng)的研究背景和意義進(jìn)行了概述，簡(jiǎn)要介紹了車(chē)載稱(chēng)重系統(tǒng)的構(gòu)成、工作流程、系統(tǒng)發(fā)展和功能拓展，并重點(diǎn)闡述了車(chē)載稱(chēng)重系統(tǒng)在測(cè)量方法、降噪算法和稱(chēng)重算法方面的研究現(xiàn)狀。

雖然車(chē)載稱(chēng)重系統(tǒng)逐漸趨于成熟，但在某些方面仍存在不足，為使車(chē)載稱(chēng)重系統(tǒng)在車(chē)輛稱(chēng)重方面更好地發(fā)揮作用，可以對(duì)車(chē)載稱(chēng)重系統(tǒng)從以下幾個(gè)方面進(jìn)行完善：

1）處理好稱(chēng)重精度和系統(tǒng)成本之間的關(guān)系。車(chē)載稱(chēng)重系統(tǒng)的稱(chēng)重精度與傳感器的采集精度和測(cè)量方法、降噪算法、稱(chēng)重算法有關(guān)，但選擇高精度的傳感器不利于控制系統(tǒng)成本，所以可以從測(cè)量方法、降噪算法、稱(chēng)重算法方面入手，在保證稱(chēng)重精度的前提下降低車(chē)載稱(chēng)重系統(tǒng)制造成本。

2）完善車(chē)載稱(chēng)重系統(tǒng)的操作系統(tǒng)。為了方便用戶(hù)操作和防止系統(tǒng)遭人為破壞，可針對(duì)車(chē)載稱(chēng)重系統(tǒng)開(kāi)發(fā)專(zhuān)用的操作系統(tǒng)，該系統(tǒng)要有友好的用戶(hù)操作界面，并且具有實(shí)時(shí)自檢功能，如果檢測(cè)到稱(chēng)重系統(tǒng)工作異常，能及時(shí)報(bào)警并反饋到監(jiān)控管理平臺(tái)。

3）運(yùn)用大數(shù)據(jù)和云平臺(tái)技術(shù)。為了方便交管部門(mén)和相關(guān)管理人員監(jiān)管車(chē)輛的載重情況，可將所有車(chē)輛車(chē)載稱(chēng)重系統(tǒng)的數(shù)據(jù)上傳到云平臺(tái)，利用大數(shù)據(jù)分析預(yù)測(cè)道路的交通狀況，從而可以及時(shí)處理車(chē)輛的突發(fā)情況。

4）增強(qiáng)車(chē)載稱(chēng)重系統(tǒng)與車(chē)輛的一體性。車(chē)載稱(chēng)重系統(tǒng)需要后期安裝到車(chē)輛上，期間要在車(chē)輛上安裝額外的供電線(xiàn)路、顯示屏等裝置，破壞了車(chē)輛的一體性，并且穩(wěn)定性不如車(chē)輛自帶的中控系統(tǒng)。為了提高車(chē)輛的一體性、系統(tǒng)的穩(wěn)定性，汽車(chē)制造商可將車(chē)載稱(chēng)重系統(tǒng)與車(chē)輛的電氣設(shè)備進(jìn)行整合，生產(chǎn)自帶車(chē)載稱(chēng)重系統(tǒng)的車(chē)輛。