車輛驅動軸和非驅動軸區分系統及方法與流程
2023-09-25 03:28:25 1
本發明實施例涉及車輛交通技術領域，具體涉及一種車輛驅動軸和非驅動軸區分系統及方法。
背景技術：
近年來，車輛超限超載違法運輸現象十分嚴重，不僅損壞公路基礎設施，引發大量的道路交通事故，而且直接導致道路運輸市場的惡性競爭和車輛生產使用秩序的混亂，科技治超任重道遠。
超限超載行為往往伴隨著車輛受力的不均衡，由於不同類型車軸的最大承載極限不同，因此會造成不同程度的交通事故。車輛最大允許軸荷限值不僅與軸型和外廓尺寸有關，而且與該軸是否作為車輛行駛的驅動軸有關。最新國家標準GB1589-2016就汽車、掛車及汽車列車外廓尺寸、軸荷及質量限值要求做出了相應的增加修改，特別是增加了對車輛驅動軸和非驅動軸的限定載重做了明確的區分，這就意味著能否有效區分車輛驅動軸和非驅動軸成為科技治理超重任務中又一新的課題。而現有技術目前沒有相關方案。
技術實現要素：
本發明實施例的一個目的是針對國家標準對車輛驅動軸和非驅動軸的限定載重的區分，提出一種能區分車輛驅動軸和非驅動軸的系統。
本發明實施例提出了一種車輛驅動軸和非驅動軸區分系統，包括：感知單元、摩擦力計算單元和判別單元；
所述感知單元，設置在行駛路徑上的預設檢測區域，用於在車輛經過預設檢測區域時，採集車輪與所述預設檢測區域之間的水平力數據；
所述摩擦力計算單元，用於根據接收到的水平力數據獲取所述檢測區域所受車輪的水平方向上的摩擦力數據；
所述判別單元，用於根據接收到的水平方向上的摩擦力數據獲取車輪所受所述預設檢測區域的摩擦力的方向，並根據車輪所受所述預設檢測區域的摩擦力的方向區分驅動軸和非驅動軸。
可選的，所述感知單元包括：輪軸感應條、垂向支撐結構和力傳感器；
所述垂向支撐結構，一端設置在地面上，另一端與所述輪軸感應條連接，用於支撐所述輪軸感應條，以使所述輪軸感應條與路面平齊；
所述力傳感器，設置在地基上，並與所述輪軸感應條連接，用於在車輛經過所述輪軸感應條時，採集所述輪軸感應條的所受車輪的水平力數據。
可選的，所述力傳感器為雙向傳感器。
可選的，所述感知單元還包括：水平限位結構；
所述水平限位結構分別與所述力傳感器和所述輪軸感應條連接；
所述水平限位結構，用於限制所述輪軸感應條的水平位移，減小所述輪軸感應條在水平方向上的振動。
可選的，所述系統還包括：稱重單元；
所述稱重單元與所述判別單元連接；
所述稱重單元，用於獲取經過預設稱重區域的車輛稱重數據，並根據稱重數據和判別單元所傳輸的驅動軸區分數據判斷所述車輛是否超載超限。可選的，所述預設檢測區域設置在地基上，或者是預設稱重區域中的部分區域。
本發明實施例提出了一種車輛驅動軸和非驅動軸區分方法，包括：
在車輛經過預設檢測區域時，獲取車輪與所述預設檢測區域之間的水平力數據；
根據所述水平力數據獲取所述檢測區域所受車輪的水平方向上的摩擦力數據；
根據摩擦力數據獲取車輪所受所述預設檢測區域的摩擦力的方向，並根據車輪所受所述預設檢測區域的區分驅動軸和非驅動軸。
可選的，所述根據所述水平力數據獲取所述檢測區域所受車輪的水平方向上的摩擦力數據包括：
對獲取的水平力數據進行濾波篩選處理，獲取濾波篩選後的水平力數據；
根據濾波篩選後的水平力數據獲取所述預設檢測區域所受摩擦力的大小和方向。
可選的，所述根據濾波篩選後的水平力數據獲取所述預設檢測區域所受摩擦力的大小和方向包括：
根據如下公式，獲取所述預設檢測區域所受摩擦力數據fi'；
fi'＝P(f)·fcal
fhigh＝2μFNextrm
其中,fcal為濾波篩選後的水平力數據，flow和fhigh分別為摩擦力的預設下限閾值和預設上限閾值；μ為車輪相對地面的滑動摩擦係數；FNextrm為預設車輛輪軸所能承載的極限重量。
可選的，所述方法還包括：
獲取所述車輛的軸組重量和整車重量；
根據所述驅動軸和非驅動軸的區分結果、所述車輛的軸組重量和整車重量判斷所述車輛是否超載超限。
由上述技術方案可知，本發明實施例提出的一種車輛驅動軸和非驅動軸區分系統及方法，通過採集車輪與預設檢測區域的路面之間的水平力數據，獲取車輪所受摩擦力的大小和方向，最後根據摩擦力的方向區分車輛驅動軸和非驅動軸，進而為判斷車輛是否超載超限提供基礎的數據。
附圖說明
通過參考附圖會更加清楚的理解本發明的特徵和優點，附圖是示意性的而不應理解為對本發明進行任何限制，在附圖中：
圖1示出了本發明一實施例提供的車輛驅動軸和非驅動軸區分系統的應用場景圖；
圖2示出了本發明一實施例提供的車輛驅動軸和非驅動軸區分系統的結構示意圖；
圖3示出了本發明一實施例提供的車輛驅動軸和非驅動軸區分系統的區分原理的示意圖；
圖4示出了本發明另一實施例提供的車輛驅動軸和非驅動軸區分系統的應用場景圖；
圖5示出了本發明另一實施例提供的車輛驅動軸和非驅動軸區分系統的結構示意圖；
圖6示出了本發明一實施例提供的車輛驅動軸和非驅動軸區分方法的流程示意圖。
具體實施方式
為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
圖1示出了本發明一實施例提供的車輛驅動軸和非驅動軸區分系統的應用場景圖，參見圖1，該應用場景中包括：地基110和感知單元120，其中：
感知單元120設置在兩邊地基110之間的預設檢測區域內，且感知單元110的上表面可與地基110的上表面平齊，此處的預設檢測區域為在行駛路徑上挖空一段地基形成的間隙，見圖1。
當車輛經過行駛路徑上的預設檢測區域時，車輛與感知單元110之間發生力的作用，由此，感知單元110採集車輛經過時的水平方向力的數據。進而，相應的處理器根據感知單元110採集的水平力的數據計算、判斷車輛與路面之間的摩擦力的方向，並根據摩擦力的方向判別車輛是驅動軸還是非驅動軸。
圖2示出了本發明一實施例提供的車輛驅動軸和非驅動軸區分系統的結構示意圖，參見圖2，該系統包括：感知單元210、摩擦力計算單元220和判別單元230，其中：
參見圖1，所述感知單元210，設置在行駛路徑上的預設檢測區域，用於在車輛經過預設檢測區域時，採集車輪與所述預設檢測區域之間的水平力數據，並將採集到的數據發送至摩擦力計算單元220；
所述摩擦力計算單元220，用於根據接收到的水平力數據獲取所述檢測區域所受車輪的水平方向上的摩擦力數據，並將計算獲取的水平方向的摩擦力數據發送至判別單元230；
所述判別單元230，用於根據接收到的水平方向上的摩擦力數據獲取車輪所受所述預設檢測區域的摩擦力的方向，並根據車輪所受檢測區域的摩擦力的方向區分驅動軸和非驅動軸。
可見，本實施例通過採集車輪與預設檢測區域的路面之間的水平力數據，獲取車輪與所受摩擦力的大小和方向，最後根據摩擦力的方向確定行駛車軸是驅動軸還是非驅動軸，進而為判斷車輛是否超載超限提供基礎的數據。
下面對本實施例中的感知單元210的結構進行詳細說明：
參見圖1，感知單元210包括：輪軸感應條211、垂向支撐結構212和力傳感器214，其中：
所述垂向支撐結構212，一端設置在地面上，另一端與所述輪軸感應條211連接，用於支撐所述輪軸感應條211，以使所述輪軸感應條211與路面平齊；
所述力傳感器214，設置在地基110上，並與所述輪軸感應條211連接，用於在車輛經過所述輪軸感應條211時，採集所述輪軸感應條211的所受車輪的水平力數據。
需要說明的是，力傳感器214可以為1個，並設置於所述輪軸感應條211的側面；為了提高採集的數據的精度，力傳感器214也可以為多個，且均勻的分布在所述輪軸感應條211的兩側；
或者，採用雙向傳感器214，以在保證採集的數據精度的同時，降低力傳感器的使用數量，降低系統成本。
不難理解的是，力傳感器的數量和安裝位置可視情況而定，能實現在車輛經過預設檢測區域時，採集車輪與所述預設檢測區域之間的水平力數據的目的即可。
為了進一步地，增加力傳感器214採集的數據精度，感知單元120還包括：水平限位結構213；
所述水平限位結構213設置在所述力傳感器214和所述輪軸感應條211之間，以使所述力傳感器214通過水平限位結構213與輪軸感應條211彈性連接；所述水平限位結構213用於限制所述輪軸感應條211的水平位移，減小所述輪軸感應條211在水平方向上的振動。
不難理解的是，地基110和輪軸感應條211之間的間距可設均小於3cm，只允許水平方向輕微晃動，不影響車輛的正常行駛。
感應單元210的工作原理如下：
參見圖3，在車輛沿行駛方向V正常行駛情況下，以行駛車輪為參照物，感應單元210採集的車輛驅動軸與路面之間的作用力的數據為圖3中右側部分，車輛非驅動軸與路面之間的作用力的數據為圖3中左側部分。
一方面，以驅動軸為參照，在豎直方向受到車身的壓力Gq和地面對車輪的支撐力FNq，此外受到地面的摩擦力fq和發動機驅動力矩Tω的影響；對於驅動軸車輛的車輪Q點來說，受驅動力矩Tω的影響，Q點運動速度方向與車輛行駛方向V相反，即沿Vq方向，根據摩擦力的方向與物體相對運動方向相反的原理，所以Q點所受摩擦力的方向與行駛方向一致，如圖3中fq所示。另一方面，以非驅動軸為參照，除車身的壓力Gp、地面對車輪的支撐力FNp和地面摩擦力fp以外，還受到驅動輪給其的水平方向推力F，這樣非驅動軸車輛的車輪上的P點就會產生沿行駛方向V的運動趨勢，因此地面摩擦力fp方向就與V相反，如圖3中fp所示。綜上，在正常行駛條件下，驅動軸所受摩擦力方向沿行駛方向，非驅動軸所受摩擦力方向與行駛方向相反。
其次，基於驅動軸與非驅動軸所受地面摩擦力方向不同，當車軸碾壓輪軸感應器時，輪軸感應條受到大小相同方向相反的摩擦力，使其沿水平方向產生位移，所述位移通過水平限位結構中的位移傳感器採集到，獲得行駛過程中輪軸感應條的水平位移數據Si，(i＝1,2,3,…,N)，N為力傳感器採集傳感器數據的採樣點數。
再次，將上述水平位移數據Si傳送給數據處理單元，先採用滑動濾波方法進行濾波篩選，篩除出發時間較短的異常點，獲得第一濾波數據；然後根據力、位移和加速度的關係，結合公式一獲得所述預檢區域所受車輪作用的摩擦力的大小和方向，即
其中，Si為第i採樣點所測位移數據，即輪軸感應條的位移；ti是位移Si所對應的時刻，m為輪軸感應條的質量，a為輪軸感應條水平方向運動的加速度；fical為第i採樣點濾波篩選後的水平力數據，方向與所測位移方向相同。
根據上述計算摩擦力fical和預設特徵判斷函數P(f)，對所述摩擦力進行篩選處理，主要是篩除較小幹擾或者較大衝擊時造成的摩擦力計算不準的情況，獲得車輪所受摩擦力，記為第一摩擦力fi』；所述預設判斷函數P(f)的具體表達式為：
fi'＝P(f)·fical
fhigh＝2μFNextrm
其中,fical為濾波篩選後的水平力數據,flow和fhigh分別表示計算摩擦力的預設下限閾值和預設上限閾值；μ表示車輪相對地面的滑動摩擦係數；FNextrm表示預設車輛輪軸所能承載的極限重量。
而後，將獲得的所有第一摩擦力fi』，進行加權平均，獲得車輪相對地面的最終摩擦力，記為第二摩擦力f』，如圖3中fp』和fq』，並將其輸出給判別單元。
最後，判別單元根據第二摩擦力的方向及上述理論力學分析，可以直接判斷區分當前碾壓輪軸類型為驅動軸或非驅動軸。
綜上所述，在採集到水平力數據後，系統首先對水平方向上的摩擦力的值進行檢測，若檢測獲知水平方向上摩擦力的值大於flow，且小於fhigh，則系統根據摩擦力的方向區分驅動軸和非驅動軸；若水平方向上摩擦力的值超出大於flow且小於fhigh的範圍，則系統認為所述預檢區域受到較大衝擊或較小幹擾，不會執行區分操作。
可見，本實施例通過感知單元獲得力傳感器數據，經過摩擦力計算單元的數據處理判斷出當前行駛過程中水平方向上的摩擦力的、變化數據，最後結合作用力與反作用力的關係或者牛頓第三定律，由判別單元根據摩擦力計算單元獲得的車輪所受摩擦力，區分車輛驅動軸和非驅動軸。而且本實施例採用較小的附加裝置，實時判斷正常行駛車輛的當前碾壓輪軸區分驅動軸和非驅動軸，安裝施工方便。
圖4示出了本發明另一實施例提供的車輛驅動軸和非驅動軸區分系統的應用場景圖，參見圖4，該應用場景中包括：地基410、感應單元420和稱重單元430，其中：
感應單元420設置在地基410和稱重單元430之間，稱重單元430與判別單元連接，稱重單元430由支撐結構431支撐；
所述稱重單元430，用於獲取經過預設稱重區域的車輛稱重數據，並根據稱重數據和判別單元所傳輸的驅動軸區分數據判斷所述車輛是否超載超限。
不難理解的是，稱重單元430可與稱重傳感器連接，以獲取稱重傳感器採集的車輛的稱重數據，然後根據稱重數據計算獲取車輛的重量，進而，稱重單元430基於判別單元判別出的該車輛的類型(驅動軸和非驅動軸)以及該類型車輛對應的標準重量判斷該車輛是否超載超限。
在另一可行實施例中，所述預設檢測區域還可以是預設稱重區域中的部分區域，例如：以稱重臺為預設稱重區域，在稱重臺上劃分出部分區域作為預設檢測區域，並將感知單元安裝在劃分出的部分區域中。
這裡，感知單元在劃分出的部分區域中的安裝方式舉例為：在稱重臺上設置一安裝槽，將感應單元設置在安裝槽中，以在車輛經過稱重臺稱重的過程中，通過感應單元採集車輪與稱重臺上的檢測區域之間的水平力數據；感應單元的具體安裝方式此處不進行限定。
圖5示出了本發明另一實施例提供的車輛驅動軸和非驅動軸區分系統的結構示意圖，參見圖5，該系統包括：感知單元510、摩擦力計算單元520、判別單元530以及稱重單元540，其中：
感知單元510和摩擦力計算單元520與圖2對應的實施例中的感知單元210和摩擦力計算單元220分別對應，判別單元530和稱重單元540和圖4對應實施例中的稱重單元430和判別單元分別對應，其工作原理也對應相同，故此處不再贅述。
可見，本實施例通過判別車輛的車型，並採集車輛的車重，以根據車型和車重精確地判斷車輛是否超載超限，不難理解的是，根據最新國家標準GB1589-2016，驅動軸車輛和非驅動軸車輛的限定載重有著明確的區分，因此，在判斷或者經過車輛時驅動軸車輛還是非驅動軸車輛後根據對應的限定載重判斷經過車輛是否超載超限。
應當注意的是，在本發明的裝置的各個部件中，根據其要實現的功能而對其中的部件進行了邏輯劃分，但是，本發明不受限於此，可以根據需要對各個部件進行重新劃分或者組合。
圖6示出了本發明一實施例提供的車輛驅動軸和非驅動軸區分方法的流程示意圖，參見圖6，該方法包括如下步驟：
610、在車輛經過預設檢測區域時，獲取車輪與所述預設檢測區域之間的水平力數據；
620、根據所述水平力數據獲取所述檢測區域所受車輪的水平方向上的摩擦力數據；
630、根據所述摩擦力數據獲取車輪所受檢測區域的摩擦力的方向，並根據車輪所受檢測區域的摩擦力的方向區分驅動軸和非驅動軸；
本實施例中，步驟620具體包括：
對獲取的水平力數據進行濾波篩選處理，獲取濾波篩選後的水平力數據；
根據濾波篩選後的水平力數據獲取所述預設檢測區域所受摩擦力的大小和方向；
根據摩擦力的大小和方向獲取所述預設檢測區域所受摩擦力數據。具體可根據如下公式，獲取所述預設檢測區域所受摩擦力數據fi'；
fi'＝P(f)·fical
fhigh＝2μFNextrm
其中,fical為計算摩擦力,flow和fhigh分別為摩擦力的預設下限閾值和預設上限閾值；μ為車輪相對地面的滑動摩擦係數；FNextrm為預設車輛輪軸所能承載的極限重量。
需要說明的是，通過濾波篩選處理以篩除出發時間較短或者較大衝擊的異常點，達到進一步提高計算精度。
此外，所述方法還包括獲取所屬車輛的軸組重量和整車重量；根據所述驅動軸和非驅動軸的區分結果、所述車輛的軸組重量和整車重量判斷所述車輛是否超載超限。
對於方法實施方式而言，由於其與裝置實施方式基本相似，所以描述的比較簡單，相關之處參見裝置實施方式的部分說明即可。
對於方法實施方式，為了簡單描述，故將其都表述為一系列的動作組合，但是本領域技術人員應該知悉，本發明實施方式並不受所描述的動作順序的限制，因為依據本發明實施方式，某些步驟可以採用其他順序或者同時進行。其次，本領域技術人員也應該知悉，說明書中所描述的實施方式均屬於優選實施方式，所涉及的動作並不一定是本發明實施方式所必須的。
應當注意的是，在本發明的裝置的各個部件中，根據其要實現的功能而對其中的部件進行了邏輯劃分，但是，本發明不受限於此，可以根據需要對各個部件進行重新劃分或者組合。
本發明的各個部件實施方式可以以硬體實現，或者以在一個或者多個處理器上運行的軟體模塊實現，或者以它們的組合實現。本裝置中，PC通過實現網際網路對設備或者裝置遠程控制，精準的控制設備或者裝置每個操作的步驟。本發明還可以實現為用於執行這裡所描述的方法的一部分或者全部的設備或者裝置程序(例如，電腦程式和電腦程式產品)。這樣實現本發明的程序可以存儲在計算機可讀介質上，並且程序產生的文件或文檔具有可統計性，產生數據報告和cpk報告等，能對功放進行批量測試並統計。應該注意的是上述實施方式對本發明進行說明而不是對本發明進行限制，並且本領域技術人員在不脫離所附權利要求的範圍的情況下可設計出替換實施方式。在權利要求中，不應將位於括號之間的任何參考符號構造成對權利要求的限制。單詞「包含」不排除存在未列在權利要求中的元件或步驟。位於元件之前的單詞「一」或「一個」不排除存在多個這樣的元件。本發明可以藉助於包括有若干不同元件的硬體以及藉助於適當編程的計算機來實現。在列舉了若干裝置的單元權利要求中，這些裝置中的若干個可以是通過同一個硬體項來具體體現。單詞第一、第二、以及第三等的使用不表示任何順序。可將這些單詞解釋為名稱。
雖然結合附圖描述了本發明的實施方式，但是本領域技術人員可以在不脫離本發明的精神和範圍的情況下做出各種修改和變型，這樣的修改和變型均落入由所附權利要求所限定的範圍之內。