ETC計(jì)重收費(fèi)

關(guān)于ETC 計(jì)重收費(fèi)收態(tài)汽車衡用 

稱重傳感器選型的探討 

王小崗 1,付海亮 2 ,陳增典 2 （1．中航電測(cè)儀器股份有限公司，陜西，漢中 723007； 2.陜西四維科技有限公司，陜西，寶雞 721000） 

【摘要】本文對(duì) ETC 計(jì)重收費(fèi)動(dòng)態(tài)汽車衡稱重的整個(gè)過程進(jìn)行了描述，

分析了傳感器在整個(gè)過程的受力情況，對(duì)如何選用柱式和橋式傳感器

做了介紹，為動(dòng)態(tài)汽車衡設(shè)計(jì)和傳感器選型提供一些參考。 

【關(guān)鍵詞】柱式 橋式 動(dòng)態(tài) 頻率 

隨著交通運(yùn)輸業(yè)務(wù)的發(fā)展，高速公路計(jì)重收費(fèi)的快速發(fā)展，公路

部門需加大設(shè)備建設(shè)的投資以及人員的投入，這高昂的成本就成了頭

疼的問題。為了減少收費(fèi)人員的數(shù)量，加快車輛通過收費(fèi)門的速度，

ETC 業(yè)務(wù)應(yīng)運(yùn)而生，現(xiàn)在小車 ETC 計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)已成熟且全面推廣，

但大型貨車 ETC 計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)才剛剛起步。 

對(duì)于大型貨車 ETC 系統(tǒng)，其關(guān)鍵技術(shù)是計(jì)重，而計(jì)重的關(guān)鍵設(shè)備

為動(dòng)態(tài)汽車衡。動(dòng)態(tài)汽車衡是從靜態(tài)汽車衡發(fā)展而來，主要使用的傳

感器以柱式傳感器與橋式傳感器為主。 

一、 動(dòng)態(tài)汽車衡稱重過程受力分析 

汽車行駛上動(dòng)態(tài)汽車衡（以下簡(jiǎn)稱秤臺(tái)）時(shí)，因汽車前輪的慣性

沖力將秤臺(tái)向前推去，當(dāng)秤臺(tái)運(yùn)動(dòng)到前限位器時(shí)，限位將產(chǎn)生反推力，

又將秤臺(tái)向后推去。當(dāng)稱重運(yùn)動(dòng)到后限位器時(shí)產(chǎn)生反推力，以及汽車

的驅(qū)動(dòng)力，又將秤臺(tái)加速向前推去。在汽車完全行駛到秤臺(tái)上面前，

秤臺(tái)將持續(xù)加速振蕩，形成加速擺動(dòng)現(xiàn)象，如下圖 2。 

圖 2 秤臺(tái)擺動(dòng)圖 

當(dāng)汽車完全行駛到秤臺(tái)上面時(shí)，通過其他地方產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力逐漸

消失，秤臺(tái)的前后振蕩頻率速度將不再加速。當(dāng)汽車加速或減速時(shí)，

秤臺(tái)振蕩頻率也會(huì)加速減速。總之，在整個(gè)汽車上秤臺(tái)前與上秤臺(tái)過

程中，秤臺(tái)會(huì)形成一個(gè)中、低頻率前后振蕩。 

汽車的重量及其他推力振動(dòng)等產(chǎn)生的力都由秤臺(tái)傳遞給傳感器，

由傳感器將這些力的信息準(zhǔn)確快速的傳遞給儀表（電腦）進(jìn)行數(shù)據(jù)處

理，最終通過稱重儀表顯示。秤臺(tái)受力分析如下： 

表 1 秤臺(tái)受力分析表 

力的種類 

秤臺(tái)與后限位器接觸 秤臺(tái)與限位器脫離 秤臺(tái)與前限位器接觸 頻率 是否 受力 受力 大小 受力 方向 是否 受力 受力 大小 受力 方向 是否 受力 受力 大小 受力 方向 

汽車驅(qū)動(dòng)力 √ 大 水平 √ 大 水平 √ 小 

低頻率 

前限位器的 推力  

大 水平 

高頻率 

小 上下 

后限位器的 推力 

√ 

大 水平 

  高頻率 

中 上下 

汽車的振動(dòng) √ 

小 水平 

√ 

小 水平 

√   低頻率 

中 上下 中 上下 

發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng) √   √ 

小 水平 

√   高頻率 

小 上下 

其他推力 √ 小 水平 √ 

√ 

  低頻率 

汽車的重量 √ 

√ 

√ 

秤臺(tái)的重量 √ 

√ 

√ 

二、傳感器采樣頻率方面分析 

衡器用傳感器一般有兩種類型：柱式傳感器和橋式傳感器。柱式傳

感器受力分析如下，見圖 3。 

圖 3 柱式傳感器受力圖 

1）當(dāng)秤臺(tái)與前限位器接觸時(shí)，傳感器受到軸向力， 

         °        °

2）當(dāng)秤臺(tái)與前限位器不接觸時(shí)， 

         ° 到         ° 之間變化 

如果考慮汽車驅(qū)動(dòng)力等因素時(shí)，傳感器的信號(hào)只在主信號(hào)

         ° 中加波（中、高頻），具體信號(hào)如下： 

圖 4 正常振動(dòng)波形圖        圖 5 加發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)波形圖 

圖 6 加汽車的振動(dòng)波形圖 

從這些力來分析，汽車的速度、驅(qū)動(dòng)力、剎車等水平力造成秤臺(tái)

左右擺動(dòng)，并接觸限位器，產(chǎn)生反推力。因速度驅(qū)動(dòng)力有大有小，有

快有慢，造成反推力大小是沒有規(guī)律的，因此處理數(shù)據(jù)時(shí)，只取沒有

撞擊時(shí)的數(shù)據(jù)。這樣車輛的振動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)等反向有規(guī)律的波動(dòng)。

我們?nèi)〈蠹s不小于 3 個(gè)擺動(dòng)，就能得到有效理想的數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理就

能得到相應(yīng)精度。 

下面我們計(jì)算秤臺(tái)上的采樣波動(dòng)時(shí)間：秤臺(tái)長(zhǎng)度一般單節(jié) 6 米，

共 3 節(jié)，長(zhǎng)度為 18 米。現(xiàn)在公路上主要行駛的貨車為半拖掛車。 

前輪到后輪大約 15 米，18 米-15 米=3 米。 

秤臺(tái)的車速為 20 公里/小時(shí)，3 米/20 公里/小時(shí)=0.54 秒。 

我們?nèi)⌒∮?3 個(gè)擺動(dòng)循環(huán)，采集時(shí)間占 1 個(gè)循環(huán)的 2/3，則 

0.54/3*（2/3）=0.12 秒，即每個(gè)循環(huán)最長(zhǎng)采集時(shí)間為 0.12 秒。 

每 1 個(gè)波形，需取 10 個(gè)數(shù)（前擺 5 個(gè)，后擺 5 個(gè)），則每條采樣

時(shí)間為：0.012 秒（83Hz）。因此，傳感器的固有頻率大致在 83～100Hz，

我們就可以得到有效數(shù)據(jù)。 

為了提高衡器精度，現(xiàn)在的衡器采集頻率一般在 1000Hz，即每

秒中采集 1000 個(gè)數(shù)據(jù)。在衡器上，傳感器的采樣頻率大致為柱式固

有頻率＞10000Hz;橋式固有頻率＞1000Hz。 

單純看兩種傳感器的固有頻率，確實(shí)是柱式傳感器的固有頻率高

于橋式傳感器，這是不爭(zhēng)的事實(shí)。然而，衡器是由秤體、傳感器和儀

表組成的，衡器的響應(yīng)速度才是決定使用性能的最終因素。衡器的響

應(yīng)速度主要由秤體的響應(yīng)速度、儀表的響應(yīng)速度、傳感器的響應(yīng)速度

共同決定。 

隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，制造高分辨率、高響應(yīng)速度的儀表已

經(jīng)不是難事，但是秤體的響應(yīng)速度提高確實(shí)不易，目前各生產(chǎn)廠家的

秤體結(jié)構(gòu)、使用材料大同小異，根據(jù)資料顯示，秤體的固有頻率通常

在 3～5Hz,且無(wú)法進(jìn)一步提高，因此，從采樣頻率來說，兩種傳感器

均能滿足需求。 

三