专利名称：汽车负荷量实时自动光信号显示与数字显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种汽车负荷量实时自动光信号显示与数字显示装置，属于测量仪器技术领域。
背景技术：
汽车主要零部件、特别是受力零部件设计最重要的依据是额定载重量。汽车的载重量是静载，由于路面凹凸不平，行驶时发生颠簸，车辆的装载重量和部分自重必然产生未预计到的附加冲击载荷，使车辆有可能出现瞬间大幅过载现象。因此，对于行驶中的汽车，考察其实际负荷量才是合适的，才能准确地反映车辆的实际受力状况。汽车严重超载，不但直接影响车辆使用寿命，而且严重威胁道路交通、桥梁及人身安全。因此，准确确定装载量和行驶时的实际负荷量是必要的。但现在尚无既可以自动检测、显示装载量，又可以自动检测、显示行驶时的实际负荷量的技术装备，所以无法确定合理的装载量，也难以及时发现超载车辆和准确确定超载量。目前只能用汽车衡称重来确定车辆的装载量，由于汽车衡是一种固定设施，因此，无法随时随地实现对汽车装载量称重。通常情况下，汽车装载货物时，仅凭肉眼观察钢板弹簧的变形情况来推测是否超载；道路交通安全管理部门对车辆检查时，也以钢板弹簧的变形来判断是否超载和超载量的多少，这是无法准确做到的。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于汽车的测量仪器，它是将汽车的实际负荷量实时定量地数字显示于驾驶室，与此同时，将车辆的实际负荷量与额定载重量的比较结果，以光信号的形式，定性地显示于车身外部、一般是车头、车尾的固定醒目位置。
本发明的汽车负荷量实时自动光信号显示与数字显示装置的技术方案是它有一个能固定在后桥与大梁之间的量传感器信号发生装置，它主要由负荷量传感器和固定座组成，用于获得因车辆负荷量引起后桥与大梁之间产生的相对位移而使负荷量传感器输出信号；
有一个能安装于驾驶室内的负荷量信号处理电路系统；该电路系统主要由滤波、放大器和A/D(模拟/数字)转换器以及微型计算机，负荷量数字显示器组成；负荷量传感器发出的负荷量电信号，经过滤波、放大器后，其中一路在微型计算机内时钟驱动器发出的同步时钟信号控制下，由A/D(模拟/数字)转换器将负荷量电信号转换成数字信号，并存入微型计算机，所述微型计算机内的负荷量数字量信号送数字显示器显示；另一路经比较、开关电路后送至负荷程度光信号显示器；至少有两组能固定在车身上、一般是分别固定在车头、车尾的负荷程度光信号显示器，每组主要由一个红灯和一个绿灯组成，其控制信号是由负荷量传感器发出的负荷量电信号经过滤波、放大器和比较、开关电路后的输出信号。
本发明的基本原理和技术效果是由于车箱置于大梁上，大梁与支承于后桥的钢板弹簧连接，装载货物时，上翘的钢板弹簧受压逐渐变平，即大梁相对于后桥产生位移，相对位置发生变化，相对位移量与车辆负荷量有着一一对应的关系。当使用这样一类传感器即测取大梁与后桥相对位移量或位置量改变引起传感器受力改变时、其输出信号产生的增量的传感器(包括荷重传感器及压力传感器)，或使用另一类传感器即直接测取相对位移量或位置量的传感器(包括位移传感器、位置和距离传感器)，于是即可获得汽车负荷量的模拟量。就负荷量传感器11是使用荷重传感器中的负荷传感器的优选实施例而言(见图1)，它是在大梁上设置压缩弹簧，在后桥上设置负荷传感器，压缩弹簧与负荷传感器常接触，并有一定的预压缩量，大梁相对于后桥的位移量成为压缩弹簧的压缩增量，弹簧力使负荷传感器产生输出信号，经A/D转换、标度，获得汽车的负荷量。使用压力传感器时的情况与使用负荷传感器时相同。也可以用位移传感器测取大梁相对于后桥的位移量，经A/D转换、标度，就可获得车辆负荷量；还可以用位置和距离传感器确定大梁相对于后桥的位置关系，由位置量经A/D转换、标度，获得车辆负荷量。
负荷程度光信号显示是将传感器信号引入比较电路，并将汽车负荷量达到额定载重量时的传感器信号设置为开关电路的阈值。当由传感器测定的车辆实际负荷量大于额定载重量时，比较电路触发使开关电路处于“开”状态，指示红灯亮；否则开关电路处于“关”状态，指示绿灯亮，以获得是否超载的光信号显示；
在本发明负荷量传感器11使用负荷传感器测取汽车负荷量的优选实施方案中(见图1)，车厢装载货物后(标称重量Qn，并依次增加)，大梁2与后桥13之间发生相对位移，两者之间的距离Ln变�。�7受压变短，产生弹簧力fnfn＝c1ΔLn式中 c1-弹簧7的刚度系数，kgf/mm；ΔLn-装载量为Qn时，弹簧7的被压缩量，mm。
弹簧7产生的弹簧力fn即为负荷传感器承受的力，负荷传感器输出的模拟信号经A/D(模拟/数字)转换后为qn，qn就等于fn，于是就可将负荷传感器的一系列输出量qn标度为车辆对应的负荷量Qn。
本发明的汽车负荷量实时自动光信号显示与数字显示装置是一个自成独立系统的仪器设备，与车辆原有电器、线路、仪表分离，安装时只需将传感器、显示器、指示灯夹持、固定在车辆的相应部位即可，不需要改变车辆原有构件的结构、形状或尺寸，因此无论对现有车辆，还是装配过程中的新车辆，都易于实现；将车辆的实际负荷量定量地数字显示于驾驶室，便于驾驶人员掌握装载量，同时便于道路交通安全管理部门执法时核查；将汽车的实际负荷量与额定载重量的比较结果，以光信号的形式定性地显示于车头、车尾的固定位置，便于道路交通安全管理部门执法时监察，及时发现超载车辆。
图1是本发明中的负荷量传感器信号发生装置1及其安装位置示意图，图中，负荷量传感器11为负荷传感器；图2是本发明中的信号处理系统的基本结构图；图3是负荷程度光信号显示器19安装于车头部位示意图；图4是负荷程度光信号显示器19安装于车尾部位示意图；图5是信号处理系统用集成盒28’安装于驾驶室的示意图。
具体实施例方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的说明如图1-5所示，是本发明的汽车负荷量实时自动光信号显示与数字显示装置的一个实施例，其具体技术方案是
1)、它有一个负荷量传感器信号发生装置1，能固定在后桥13与大梁2之间，由负荷量传感器11和固定座组成，其中的负荷量传感器11是能测取大梁2与后桥13相对位移量或位置量改变引起传感器受力改变，使传感器输出信号产生的增量的传感器，该类增量的传感器是荷重传感器，或压力传感器，本实施例是选自荷重传感器中的负荷传感器(如图1所示)，安装于由上座6和下座10组成的固定座内；上座6与下座10为一筒形有底套子，二者活动接触面上有密封圈8，防止水和灰尘等进入，也可以不设密封圈；负荷传感器上有一压头9，使二者始终处于接触状态的是具有一定预压缩量的弹簧7；上座6上连接一具有独立开关控制的能调节温度的电阻加热器3；负荷量传感器信号发生装置1用于获得因车辆负荷量引起后桥13与大梁2之间产生相对位移而使负荷传感器输出信号；上座6一般还衬以上垫4后用螺钉5固定于大梁2上，下座10衬以下垫12后用固定环14、螺钉15固定于后桥13上；电阻加热器3制成螺栓形式固定于上座6上，并具有独立的开关；工作时车辆负荷量传感器信号发生装置1中无发热元件，因此环境温度不会超出负荷传感器的最高工作温度(负荷传感器允许的工作温度范围为-20-+100°C)，不需冷却措施；如车辆负荷量传感信号发生装置1的环境温度过低，低于负荷传感器允许的最低工作温度，可启动电阻加热器3加热；2)、有一个负荷信号处理系统28，通过一集成盒28’安装于驾驶室内；该信号处理系统主要由滤波、放大器16和A/D(模拟/数字)转换器17以及微型计算机22，负荷量数字显示器23组成；负荷量传感器11发出的负荷量电信号，经过滤波、放大器16后，其中一路在微型计算机22内时钟驱动器发出的同步时钟信号控制下，由A/D转换器17将负荷量电信号转换成数字信号，并存入微型计算机22；所述微型计算机22内的负荷量数字信号送数字显示器23显示；另一路经比较、开关电路18后送至负荷程度光信号显示器19；3)、有两组负荷程度光信号显示器19，每组由一个红灯(19a)和一个绿灯(19b)组成，能分别固定在车头、车尾，还可以安装在车身两侧，其控制信号是上述负荷量传感器11发出的负荷量电信号经过滤波、放大器16和比较、开关电路18后的输出信号；上述实施例中，负荷传感器的工作温度范围为-20～100℃，零点漂移和灵敏度变化引起的误差为0.45％R.O(R.O为负荷传感器额定输出)，温度灵敏度变化为0.02％示值/10℃；A/D转换精度为0.1％，定度精度为0.5％；A/D转换器17的采样频率范围为50-100次/秒。
本发明的汽车负荷量实时自动光信号显示与数字显示装置其它实施例为，负荷量传感器11为直接测取大梁2与后桥13相对位移量或位置量的传感器，该类位移量或位置量的传感器是位移传感器或位置和距离传感器，安装于主要由上座(6)和下座10组成的固定座内。
图1中，车辆空载时，弹簧7已有一定的预压缩量，因此将车辆装载前负荷传感器的输出设为零点，以消除弹簧7的预压缩和车箱等预负荷带来的影响。
以下进一步以使用负荷传感器监测车辆负荷量的优选实施方案为例，对车辆负荷量示值误差作说明如下负荷传感器技术指标为非线性误差为0.03％R.O.(R.O.-负荷传感器额定输出，下同)；滞后误差为0.02％R.O；温度引起的零点漂移为0.02％R.O./10℃；温度灵敏度变化为0.02％示值/10℃；在负荷传感器允许的工作温度范围内(-20-+100℃)，如果不进行温度补偿，在最极端情况下，即-20℃定度、+100℃使用，或+100℃定度、-20℃使用，由零点漂移和灵敏度变化引起的误差为[(0.02％+0.02％)R.O./10℃]×120℃＝0.48％R.O.
一般要求设定的其它技术指标为A/D转换精度为0.1％；定度精度为0.5％。
因此，使用负荷传感器时，车辆负荷量示值极限误差为±(0.03+0.02+0.48+0.1+0.5)％R.O.＝±1.13％R.O；而均方误差为±0.70％R.O。
使用其它传感器时的情况与此相类似。由此可见，作为非商业计量，用传感器检测车辆的实际负荷量，即使在最不利、最严酷的情况下使用，其精确度仍然是足够的。
权利要求
1.汽车负荷量实时自动光信号显示与数字显示装置，其特征在于，它具有一个能固定在后桥(13)与大梁(2)之间的负荷量传感器信号发生装置(1)，它主要由负荷量传感器(11)和固定座组成，用于获得因车辆负荷量引起后桥(13)与大梁(2)之间产生的位移而使负荷量传感器((11)输出信号；一个能安装于驾驶室内的负荷量信号处理系统(28)，它主要由滤波、放大器(16)和A/D(模拟/数字)转换器(17)以及微型计算机(22)，负荷量数字显示器(23)组成；负荷量传感器(11)发出的负荷量电信号，经过滤波、放大器(16)后，其中一路在微型计算机(22)内时钟驱动器发出的同步时钟信号控制下，由A/D(模拟/数字)转换器(17)将负荷量电信号转换成数字信号，并存入微型计算机(22)，所述微型计算机(22)内的负荷量数字信号送数字显示器(23)显示；另一路经比较、开关电路(18)后送至负荷程度光信号显示器(19)；至少有两组能固定在车身上、一般是分别固定在车头、车尾的负荷程度光信号显示器(19)，每组主要由一个红灯(19a)和一个绿灯(19b)组成，其控制信号是由负荷量传感器(11)发出的负荷量电信号经过滤波、放大器(16)和比较、开关电路(18)后的输出信号。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，负荷量传感器(11)是能测取大梁(2)与后桥(13)相对位移量或位置量改变引起传感器受力改变，使传感器输出信号产生的增量的传感器，该类增量的传感器是荷重传感器，或压力传感器；安装于主要由上座(6)和下座(10)组成的固定座内。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，负荷量传感器(11)是选自荷重传感器一类中的负荷传感器，安装于主要由上座(6)和下座(10)组成的固定座内；上座(6)与下座(10)活动面上可以有密封圈(8)；该负荷量传感器(11)上有一压头(9)，使二者始终处于接触状态的是一具有一定预压缩量的弹簧(7)；上座(6)上连接一具有独立开关控制的能调节温度的电阻加热器(3)。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，负荷量传感器(11)是为直接测取大梁(2)与后桥(13)相对位移量或位置量的传感器，该类位移量或位置量的传感器是位移传感器或位置和距离传感器，安装于主要由上座(6)和下座(10)组成的固定座内。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的装置，其特征在于，A/D转换器(17)的采样频率范围为50-100次/秒。
全文摘要
本发明涉及一种汽车负荷量实时自动光信号显示与数字显示装置。它有一个能固定在后桥与大梁之间的负荷量传感器信号发生装置；一个能安装于驾驶室内的负荷量信号处理系统，它由滤波、放大器和A/D转换器以及微型计算机组成；还至少有两组能固定在车身上、一般是分别固定在车头、车尾的负荷程度光信号显示器，其控制信号是由负荷传感器发出后经处理的输出信号。本发明的效果在于，克服了仅凭肉眼观察钢板弹簧的变形情况来推测车辆是否超载的缺点，实现对车辆的安全行驶以灯光和计算机进行科学的综合管理的技术效果。
文档编号G01G19/413GK1434274SQ03118609
公开日2003年8月6日 申请日期2003年2月18日 优先权日2003年2月18日
发明者邢思明, 熊昌仑, 吴功平 申请人:武汉大学
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