ETC計重收費

關(guān)于ETC 計重收費收態(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 ETC 計重收費動態(tài)汽車衡稱重的整個過程進行了描述，

分析了傳感器在整個過程的受力情況，對如何選用柱式和橋式傳感器

做了介紹，為動態(tài)汽車衡設計和傳感器選型提供一些參考。 

【關(guān)鍵詞】柱式 橋式 動態(tài) 頻率 

隨著交通運輸業(yè)務的發(fā)展，高速公路計重收費的快速發(fā)展，公路

部門需加大設備建設的投資以及人員的投入，這高昂的成本就成了頭

疼的問題。為了減少收費人員的數(shù)量，加快車輛通過收費門的速度，

ETC 業(yè)務應運而生，現(xiàn)在小車 ETC 計重收費系統(tǒng)已成熟且全面推廣，

但大型貨車 ETC 計重收費系統(tǒng)才剛剛起步。 

對于大型貨車 ETC 系統(tǒng)，其關(guān)鍵技術(shù)是計重，而計重的關(guān)鍵設備

為動態(tài)汽車衡。動態(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、 動態(tài)汽車衡稱重過程受力分析 

汽車行駛上動態(tài)汽車衡（以下簡稱秤臺）時，因汽車前輪的慣性

沖力將秤臺向前推去，當秤臺運動到前限位器時，限位將產(chǎn)生反推力，

又將秤臺向后推去。當稱重運動到后限位器時產(chǎn)生反推力，以及汽車

的驅(qū)動力，又將秤臺加速向前推去。在汽車完全行駛到秤臺上面前，

秤臺將持續(xù)加速振蕩，形成加速擺動現(xiàn)象，如下圖 2。 

圖 2 秤臺擺動圖 

當汽車完全行駛到秤臺上面時，通過其他地方產(chǎn)生的驅(qū)動力逐漸

消失，秤臺的前后振蕩頻率速度將不再加速。當汽車加速或減速時，

秤臺振蕩頻率也會加速減速?？傊谡麄€汽車上秤臺前與上秤臺過

程中，秤臺會形成一個中、低頻率前后振蕩。 

汽車的重量及其他推力振動等產(chǎn)生的力都由秤臺傳遞給傳感器，

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

理，最終通過稱重儀表顯示。秤臺受力分析如下： 

表 1 秤臺受力分析表 

力的種類 

秤臺與后限位器接觸 秤臺與限位器脫離 秤臺與前限位器接觸 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 √ 

小 水平 

√ 

小 水平 

√   低頻率 

中 上下 中 上下 

發(fā)動機的振動 √   √ 

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）當秤臺與前限位器接觸時，傳感器受到軸向力， 

         °        °

2）當秤臺與前限位器不接觸時， 

         ° 到         ° 之間變化 

如果考慮汽車驅(qū)動力等因素時，傳感器的信號只在主信號

         ° 中加波（中、高頻），具體信號如下： 

圖 4 正常振動波形圖        圖 5 加發(fā)動機的振動波形圖 

圖 6 加汽車的振動波形圖 

從這些力來分析，汽車的速度、驅(qū)動力、剎車等水平力造成秤臺

左右擺動，并接觸限位器，產(chǎn)生反推力。因速度驅(qū)動力有大有小，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，只取沒有

撞擊時的數(shù)據(jù)。這樣車輛的振動，發(fā)動機的振動等反向有規(guī)律的波動。

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

能得到相應精度。 

下面我們計算秤臺上的采樣波動時間：秤臺長度一般單節(jié) 6 米，

共 3 節(jié)，長度為 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。 

秤臺的車速為 20 公里/小時，3 米/20 公里/小時=0.54 秒。 

我們?nèi)⌒∮?3 個擺動循環(huán)，采集時間占 1 個循環(huán)的 2/3，則 

0.54/3*（2/3）=0.12 秒，即每個循環(huán)最長采集時間為 0.12 秒。 

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

時間為：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，確實是柱式傳感器的固有頻率高

于橋式傳感器，這是不爭的事實。然而，衡器是由秤體、傳感器和儀

表組成的，衡器的響應速度才是決定使用性能的最終因素。衡器的響

應速度主要由秤體的響應速度、儀表的響應速度、傳感器的響應速度

共同決定。 

隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，制造高分辨率、高響應速度的儀表已

經(jīng)不是難事，但是秤體的響應速度提高確實不易，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,且無法進一步提高，因此，從采樣頻率來說，兩種傳感器

均能滿足需求。 

三