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专利号: 201710964397X
申请人: 山东交通学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种动静两用货车称重系统,车载称重系统由称重终端和4个检测节点组成,检测节点设置于车轴的两端,用于检测车轴所承载的重量;称重终端由主控制器及与其相连接的北斗-GPS模块、6轴陀螺仪、第一无线通信模块、液晶显示模块、声光报警模块和电源模块组成,主控制器通过6轴陀螺仪获取三轴加速度值和三轴角速度值;检测节点由子控制器及与其相连接的A/D转换模块、第二无线通信模块和电源模块组成,A/D转换模块的输入端连接有应变传感器,子控制器通过应变传感器获取测量点的重量数据;所述主控制器与子控制器经第一无线通信模块和第二无线通信模块相通信,以便检测节点将所获取的重量数据上传至称重终端;其特征在于:所述应变传感器由电阻应变片和布置机构组成,布置机构由设置于货车板簧(1)两端的左套圈(4)和右套圈(5)组成,左套圈的上端固定有竖向的金属板(6),金属板的两侧固定有左电阻应变片(7)和右电阻应变片(8),金属板的上端经拉杆(9)和弹簧(10)与右套圈(5)相连接;当货车没有装载货物时,弹簧(10)处于不被拉伸、不被压缩的自由状态。

2.一种基于权利要求1所述的动静两用货车称重系统的称重方法,其特征在于,通过以下步骤来实现:

a).建立坐标系,以车辆质心为原点、水平面为xoy所在平面、正北为x轴方向、垂直水平面朝上为z轴建立地理坐标系0-xyz,以车辆质心为原点、车辆过质心的水平剖面为XoY所在平面、指向车头为X轴方向、垂直水平面XoY朝上为Z轴建立车体坐标系0-XYZ;

b).获取检测节点的载荷,检测节点采集t至t+h有限时间段内的载荷,设t至t+h时间段内的采集次数为n,检测节点将采集的载荷上传至称重终端;执行步骤c);

c).判断车辆状态,判断车辆在t至t+h时间段内是否处于静止状态,如果处于静止状态,则通过公式(1)计算出车辆所处的倾角θ:式中,abx、aby、abz为6轴陀螺仪在t至t+h时间段内输出的3轴加速度值,x0、y0、z0为车辆静止处于水平面上时6轴陀螺仪输出的3轴加速度值;执行步骤i);

如果车辆处于运动状态,则执行步骤d);

d).获取重力加速度,根据余弦矩阵和欧拉角的定义,将车体坐标系转换至地理坐标系中,得到用四元素表示的重力加速度Gb:

其中q0、q1、q2、q3为四元数变量;

e).求取误差向量,设6轴陀螺仪输出的加速度值ab=(abx aby abz),ab与Gb之间的误差向量用于矫正6轴陀螺仪获取的3轴加速度和3轴角速度与实际值之间的误差;根据向量间的误差可以用向量叉积来表示,获取ab与Gb的叉积:其中,x,y,z是车体坐标系上的单位向量,ex、ey和ez分别为x轴、y轴和z轴上的测量值与实际值之间的误差;

f).校正输出的角速度值,根据公式(4)中获取的误差ex、ey和ez来矫正6轴陀螺仪输出的角速度g′x、g′y和g′z:

式中,kpx、kix分别为x轴误差校正的比例系数、积分系数,kpy、kiy分别为y轴误差校正的比例系数、积分系数,kpz、kiz分别为z轴误差校正的比例系数、积分系数;gx、gy和gz为校正前t时刻6轴陀螺仪输出的角速度值,gx′、gy′和gz′为t+h时刻的矫正值;

g).对四元数微分方程做数据更新,得到如公式(5)所示的表达式:式中,q0(t)、q1(t)、q2(t)、q3(t)为t时刻四元数的值,q0(t+h)、q1(t+h)、q2(t+h)、q3(t+h)为t+h时刻四元数的值;

h).获取车辆的倾角、横滚角、偏航角和加速度值,联合公式(2)至公式(5)对车辆的倾角、横滚角、偏航角和加速度值进行求取,可得:可求得车辆稳定倾角θ为:

θ=-arcsin(2(q1q3-q0q2))  (6)可求得车的横滚角φ为:

可求得车辆的偏航角 为:

可求得车辆的加速度为:

i).计算车辆载重,设4个检测节点上的载荷分别为G1、G2、G3、G4,t至t+h时间段内所采集的载荷分别为G11、G12、...、G1n,G21、G22、...、G2n,G31、G32、...、G3n和G41、G42、...、G4n,则G1、G2、G3、G4通过如下公式求取:车辆的实际载荷G总根据公式(11)求取:

G总=(G1+G2+G3+G4)/cosθ  (11)。