無論是在汽車的安全性能檢測中還是在汽車的綜合性能檢測中，對汽車軸重的測試都是非常重要的檢測項目。GB7258-1997《機(jī)動車運(yùn)行安全技術(shù)條件》明文規(guī)定汽車的單軸制動力大于等于本軸軸重的60％即為合格，因此，汽車軸重測試的準(zhǔn)確性將直接影響到對汽車制動力檢測評價的準(zhǔn)確性。另外，汽車阻滯力和汽車制動力的判斷標(biāo)準(zhǔn)也與軸重有關(guān)。所以，在汽車性能檢測中我們應(yīng)十分重視對汽車軸重的測量。 對于如何提高汽車安全及綜合性能檢測中軸重測試的精度，是近年來從事汽車檢測技術(shù)研究與開發(fā)的科技人員較為關(guān)注的問題，尤其是目前在汽車檢測線中。為了進(jìn)一步提高檢測效率，人們提出了低速動態(tài)測試軸重的需求。但如何保證動態(tài)條件下的軸重測試精度和重復(fù)性，是一個值得認(rèn)真分析與研究的問題。本文在對軸重測量原理進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出了一種在汽車檢測線中進(jìn)行動態(tài)軸重測試的方法，通過對軸重信號的分析與處理，證明該方法的可行性。

1 軸重測量的硬件結(jié)構(gòu)與工作原理

系統(tǒng)設(shè)計選擇的機(jī)械臺架設(shè)備為FZZ-10型汽車軸重檢驗臺，該檢驗臺的主要特點(diǎn)為雙板式輪重臺，適合于大、中、小各種車型的測試。微機(jī)測控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。該系統(tǒng)由壓力傳感器、信號調(diào)理電路、A／D轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)采集電路、工業(yè)控制計算機(jī)、上位計算機(jī)、LED燈陣等組成。傳感器把從檢測臺上測定的物理量按正比例關(guān)系轉(zhuǎn)換成電壓信號，經(jīng)過信號調(diào)理及放大濾波處理后，由A／D板轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，計算機(jī)對采集的數(shù)字信號進(jìn)行分析計算獲得檢測結(jié)果。檢驗過程中可以動態(tài)顯示軸重變化曲線，檢測結(jié)果由LED燈陣顯示并通過串口或網(wǎng)絡(luò)傳送給上位計算機(jī)。檢測過程中對駕駛員的操作引導(dǎo)是由計算機(jī)控制LED燈陣顯示相關(guān)提示信息的方式來實現(xiàn)。

1．1 傳感器選型

傳感器選用了應(yīng)變式BLR-3型壓力傳感器，其主要技術(shù)參數(shù)為：靈敏度（S）2．223mV／V；非線性誤差（L）《0．05％F．S；滯后誤差（H）《0．05％F．S；重復(fù)性誤差（R）《0．03％F．S；輸入電阻（Ω）350±1．2％；輸出電阻（Ω）3504-0．5％；絕緣電阻大于2 000MΩ；零點(diǎn)輸出小于士1％F．S；使用溫度一10～+55℃。

1．2 弱信號調(diào)理

由于壓力傳感器輸出信號只有0～15mV，信號非常弱小，采用常規(guī)的信號處理方法無法進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，需要對其進(jìn)行調(diào)理。本系統(tǒng)對傳感器信號的調(diào)理主要是采用放大、濾波及抗干擾處理，使之達(dá)到計算機(jī)數(shù)據(jù)采集板所需的標(biāo)準(zhǔn)0～10V電壓信號。信號調(diào)理電路原理如圖2所示。該調(diào)理電路的主要元件是美國BB公司的精密儀表放大器INAll4，其特點(diǎn)是低噪聲和極低的非線性（0．003％），高共模抑制比CMRR=120dB（G=l 000），大增益帶寬達(dá)25MHz，輸入保護(hù)、內(nèi)補(bǔ)償，特別適合于本系統(tǒng)的平衡橋式傳感器的應(yīng)用場合。

另外，為了減少傳感器信號的各種漂移，進(jìn)一步增大電路的抗干擾能力，在電路印制板設(shè)計及布線工藝上還進(jìn)行了一些特殊處理，使整個信號調(diào)理精度得到進(jìn)一步的提高。

1．3 A／D轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)采集

系統(tǒng)中的模數(shù)轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)采集設(shè)計選用了PCL-818LS多功能DAS卡，可在IBMPC／XT及其兼容機(jī)上運(yùn)行。該卡設(shè)計了16路單端或8路差分模擬量輸入，輸入通道增益可編程，A／D轉(zhuǎn)換分辨率為12b、精度為0．01％，轉(zhuǎn)換時間為25μs。同時還設(shè)計了一個自動通道／增益掃描電路，該電路能代替軟件控制采樣期間多路開關(guān)的切換，卡上的SRAM存儲每個通道不同的增益，這種組合方式能實現(xiàn)對每個通道使用不同的增益及使用DMA數(shù)據(jù)傳輸來完成多通道高速采樣（可達(dá)100KS／s）。該卡還設(shè)計了16個數(shù)字量輸人及16個數(shù)字量輸出端口。

A／D轉(zhuǎn)換原理框圖如圖3所示。系統(tǒng)設(shè)計中選擇采樣通道J2：CH00一左輪重；CH03一右輪重。

2 軸重信號的分析與處理

車輛軸重信號在靜態(tài)及車輛低速通過輪重臺時，測量精度較高，重復(fù)性也非常好，但車輛的行駛速度高于10km／h時，測量精度將出現(xiàn)較大的偏差，重復(fù)性也大為降低，平均誤差在5％～30％不等。

在汽車檢測線現(xiàn)場連續(xù)三次采集同一輛二軸車以低于3km／h的速度通過稱重臺時的傳感器輸出電壓信號，如圖4、圖5所示（注：圖中數(shù)值均為AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的數(shù)字量，還未換算成工程量）。

經(jīng)過回零及截取等簡單處理將其變換后的軸重信號，如圖6、圖7所示。從圖中可以看出在低速情況下，軸重信號的重復(fù)性還是比較好的，但與靜態(tài)時的軸重相比較仍然存在較大誤差。前軸軸重信號的三次峰值為；2 223，2 278，2 225；后軸軸重信號的三次峰值為；2 044，2 043，2 012；靜態(tài)時前后軸重值分別為；2 550，2 287，即動態(tài)時軸重明顯比靜態(tài)軸重小。

圖8是第一次前軸信號的功率譜圖，從圖中可以看出，經(jīng)過硬件和軟件濾波后，軸重信號80％的能量都集中在低于50Hz的低頻信號范圍內(nèi)，而影響動態(tài)稱重系統(tǒng)計量精度的主要因素是汽車在行駛過程中產(chǎn)生的動態(tài)荷載對稱重的干擾。車輛動態(tài)荷載的振動頻率在3-20Hz的低頻范圍內(nèi)，振幅變化可達(dá)靜態(tài)載荷的10％，這一狀況決定了通常采用的抑制周期性干擾的濾波方法失效。

鑒于以上原因，我們在設(shè)計中嘗試采用“建立稱重裝置重力信號模型，利用優(yōu)化理論，根據(jù)測量信號擬和出模型的參數(shù)，從而抑制周期性動載干擾”的方法建立如下數(shù)學(xué)模型：

Y（t）=S

其中：Y（t）為稱重信號的數(shù)學(xué)模型；S為靜態(tài)時的有效軸重；A為稱重信號中不同頻率成份的動載幅值；凰為不同頻率成份動載的頻率；C為不同頻率成份動載的相位；戶為汽車車輪動載周期干擾的個數(shù)（實際上，p《3時即可使信號干擾抑制比大于30～40dB，因為即使存在高頻成分，預(yù)處理時通常的濾波方法可以有效抑制）。

模型的求解是通過非線性最小二乘法擬合來實現(xiàn)的，擬合出上述模型的各參數(shù)后，S即車輛某一軸的靜態(tài)軸重。采用當(dāng)前采集的三組軸重數(shù)據(jù)，擬合出的前軸靜態(tài)軸重值分別為：2 448，2 496，2 423；后軸靜態(tài)軸重值分別為：2 187，2 196，2 156。顯然，與峰值相比更接近于車輛的靜態(tài)軸重值。

3 結(jié) 語

本文所介紹的汽車性能檢測中軸重信號的動態(tài)測試與分析方法，已經(jīng)在陜西汽車制造總廠汽車綜合性能檢測線、寶雞車輛廠汽車出廠質(zhì)量檢測線等國內(nèi)多家用戶中使用。使用情況表明，采用該方法設(shè)計的軸重檢測系統(tǒng)，性能穩(wěn)定可靠，測量精度和重復(fù)性均能滿足實際的汽車檢測需要。

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