基于数值比对分析的高速公路整车式动态汽车衡的静态检定研究

郭贵勇*，马兴

（福建省计量科学研究院，福建 福州 350003）

0 引言

动态公路车辆自动衡器（以下简称“动态汽车衡”）广泛应用于高速公路计重收费和治理超限超载，是国家依法重点管理的强制检定计量器具之一。该自动衡器按称重方式分为整车称量（整车秤）和部分称量（轴重秤）。近年来，国内多个省份高速公路收费站都在逐步推广使用整车式动态汽车衡（以下简称“整车秤”），它是一种具有静态称重功能的动态汽车衡，不但具有轴重秤的动态性能优点，也具备整车式静态秤准确度高的优势。整车秤在高速公路收费站的应用，有效遏制了跳秤、冲秤、走S型、点刹等有意或无意的作弊行为[1-3]，杜绝通过作弊手段减轻车重以达到少缴费目的，同时可准确称出超限超载车辆并以第一时间限制其继续行驶，避免路面及桥梁结构遭到严重破坏，从而才能保障道路运输安全。整车秤静态部分的检定依据为JJG 1118-2015《电子汽车衡（衡器载荷测量仪法）检定规程》[4,5]。由于动态部分的量值首先是基于静态部分的准确性，故首先使用衡器载荷测量仪对静态部分满量程、全性能进行检定，确保其静态部分计重的准确可靠是关键的一步[6-14]。

1 整车秤组成及测量仪法对静态部分的测试

如图1所示为高速公路整车秤计重收费系统示意图，收费车道设置的车辆识别器、轴组识别器、车辆红外分离器、地感线圈、称重显示控制器等设备联动工作，并经数据采集计算，得出每车每轴轴重、每轴轮胎数、轴型、速度、轴数、整车重量，以此将以上信息整合为收费信息数据包，传输给收费岗亭的计算机系统作为收费依据，从而实现按重量收费的计重收费功能。

图1 高速公路整车秤计重收费系统示意图Fig．1 Diagram of expressway weighing instruments for a total vehicle in motion

主要计量参数包括：（1）最大秤量Max =100t，最小秤量Min=1t；（2）支承点数N=10或12；（3）整车总质量的准确度等级：①静态部分：中准确度级；②动态部分：1级；（4）分度值：①静态部分：1e=50kg；②动态部分：2e=20kg。

2 两种方法的测试验证

图2 测量仪法的静态部分测试现场Fig．2 on testing site for method of LMA

图3 参考车辆法的静态测试现场Fig．3 on testing site for method of reference vehicles

如图2所示为衡器载荷测量仪工作原理图与测试现场。国内研究学者对砝码法和衡器载荷测量仪法加载进行仿真分析并试验验证，两种方法检定结论一致，但结果显示：采用砝码法进行称量检定时汽车衡示值较小；采用衡器载荷测量仪法进行偏载检定时汽车衡示值较小[15]。由此可见，秤台面加载区域的面积大小和区域的不同将导致秤台面变形量的不同，使得传递至称重传感器的侧向力发生变化，最终直接影响称量结果的准确性。基于此，应尽量使得整车秤的检定状态与称重使用状态保持一致，从而才能确保收费车辆称重的准确性。整车秤在使用状态中，车辆与承载器台面之间以轮胎相接触。按常见载货车辆后轮胎（双轮）在额定气压下接地压痕宽度形成的承载面积约为720cm2，与测量仪加载区域的面积相当。故采用衡器载荷测量仪整体加载时其加载状态与实际车辆称重情形较为接近，有效地保证整车秤的称量准确性。

在此之后，如图3所示采用四种不同轴型（两轴刚性、三轴刚性、四轴和六轴铰接挂车）的参考车辆对其进行测试验证其最真实的承载情况。首先，使用附近一台中准确度级且“符合首次检定误差要求的”静态汽车衡对这四部参考车辆进行称重，确认该参考车辆总质量得到约定真值分别为5220kg、20820kg、25350kg、32500，该约定真值是消除了露天运输砝码因雨水天气等外界因素导致的质量变化，也消除了经过长途跋涉的参考车辆因油箱油量、水箱水量导致质量变化以及驾驶员随身携带物品因携带不同物品导致质量变化。在此基础上，将此测试分为两种情况，情况1为整车秤的称量和重复性均为合格；情况2为整车秤的称量不合格，而重复性合格。由此将四部参考车辆缓慢开到整车秤台面上，在整车秤静态模式下得到如图4a、4b和5a、5b所示的静态称重结果。

图4 a 情况1：两种方法的测试验证结果（称量）Fig．4 a 1st condition:Testing results of two methods (weighing)

图4 b 情况1：两种方法的测试验证结果（重复性）Fig．4 b 1st condition:Testing results of two methods (repeatability)

由图4a、4b所示，采用衡器载荷测量仪法检定该整车秤静态部分的结论为合格时，采用参考车辆法进行测试验证的误差也合格，且两种方法的示值一致性很好。

图5 a 情况2：两种方法的测试验证结果（称量）Fig．5 a 2nd condition:Testing results of two methods (weighing)

图5 b 情况2：两种方法的测试验证结果（重复性）Fig．5 b 2nd condition:Testing results of two methods (repeatability)

如图5a、5b所示，当采用衡器载荷测量仪法检定该整车秤静态部分的结论为不合格（称量超差）时，采用参考车辆法进行测试验证的误差也将超差。

3 结论与展望

采用衡器载荷测量仪法对高速公路整车秤静态部分检定的技术是近两年来所采用的新方法，不但可以实现整车秤的满量程和全性能检定，其检定工作量和费用也极大地降低，满足国家检定规程的要求。由上述的理论分析和测试验证结果，对于一台整车秤而言，首先应将其静态部分检定合格，才能进行下一环节“动态部分检定”，以此确保整车秤的量值准确可靠。当静态部分检定不合格时，采用参考车辆法的测试验证也将存在超差情况，也即不能满足该等级整车秤的准确度要求。因此，为了提高高速公路各个收费站计重的一致性，减少计重收费纠纷，最终有效地营造和谐友好的高速公路计重收费环境，应该十分重视整车秤的检定方法，找到一种切实可行和有效的方法是整车秤量值准确的关键之一。

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