| 论文中文题名： | 基于压电效应的车辆动态称重系统研究 |
| 姓名： | |
| 学号： | 19205216095 |
| 保密级别： | 公开 |
| 论文语种： | chi |
| 学科代码： | 085234 |
| 学科名称： | 工学 - 工程 - 车辆工程 |
| 学生类型： | 硕士 |
| 学位级别： | 工程硕士 |
| 学位年度： | 2022 |
| 培养单位： | 西安科技大学 |
| 院系： | |
| 专业： | |
| 研究方向： | 智能交通 |
| 第一导师姓名： | |
| 第一导师单位： | |
| 论文提交日期： | 2022-06-24 |
| 论文答辩日期： | 2022-06-02 |
| 论文外文题名： | Research on vehicle dynamic weighing system based on piezoelectric effect |
| 论文中文关键词： | |
| 论文外文关键词： | weigh-in-motion ; finite element analysis ; neural network ; error analysis ; fiezoelectric effect. |
| 论文中文摘要： |
<p>随着我国公路交通设施逐步健全，公路货运量逐年增加，机动车超限超载运输的现状屡禁不止并逐步加剧，对国家经济造成了巨大损失。目前车辆计重手段主要分为静态称重和动态称重。静态称重其称重精度高，但称重耗时长，占地面积达，效率极其低下；而动态称重可在车辆行驶中自动检测车辆载重信息，虽然在一定程度上提高了称重效率，但由于动态称重过程中影响称重精度的因素众多且称重算法不够成熟，使得动态称重的精度仍亟待提高。在此背景下，本文以压电石英的灵敏度高、受温度影响低及体积小等特点为基础，设计了一套测量精度高、稳定性好、可靠性高的车辆动态称重系统。分别从系统硬件结构及称重算法方面提高了动态称重的称重精度。从而实现车辆在行驶状态下准确获取整车质量，能够有效对车辆的负荷状态进行检测。本文主要工作和研究成果如下：</p>
<p>（1）车辆动态称重系统总体方案研究。针对目前动态称重系统的实际应用情况，以治理车辆超限超载为目标研究了车辆动态称重系统的设计原则，分析其组成与基本工作原理；设计了车辆动态称重系统的整体方案，并论述了整体方案的可行性。</p>
<p>（2）动态称重传感器的研究。针对目前各类称重传感器的特点，在权衡成本与精度要求的基础上，以石英晶体为核心设计了基于压电效应的动态称重传感器，通过有限元分析验证传感器设计结构的合理性和可靠性、以标定实验验证了传感器的精度高、稳定性好及可靠性高等性能。</p>
<p>（3）动态称重系统神经网络算法研究。构建基于深度GRU的车辆动态称重神经网络，制作了称重专用数据集，并对传感器输出信号进行分析与滤波处理，完成网络模型训练的同时并以测试数据集对算法进行了验证。验证结果表明，基于深度GRU的称重数据处理算法可实现精准预测车重。</p>
<p>（4）车辆动态称重系统构件研究。以硬件和软件两方面协同实现车辆的动态称重。硬件包括了输电线路及电荷放大调理电路、高精度模拟信号采集电路、开关量矩阵电路等，软件设计则是配合硬件实现整个系统的功能。通过硬件和软件的协同进一步提升了本系统的智能化水平。</p>
<p>（5）车辆动态称重系统道路实验验证。通过现场道路安装动态称重系统进行实地测试，进一步验证本文提出的基于压电效应的车辆动态称重系统的可靠性。结果表明，本文提出的基于压电效应的车辆动态称重系统设计合理有效，满足了车辆动态称重的各方面需求。</p>
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| 论文外文摘要： |
<p>With the gradual improvement of China's highway transportation facilities, the highway freight volume increased year by year, the situation of over-limit and overloading of motor vehicles has been repeatedly prohibited and gradually intensified, causing huge losses to the national economy. At present, vehicle weight measurement methods are mainly divided into static weighing and dynamic weighing. Static weighing has high weighing precision, but it takes a long time to weigh, covers an area of large area, and is extremely inefficient. While dynamic weighing can automatically detect vehicle load information during vehicle running, although it improves weighing efficiency to a certain extent, the accuracy of dynamic weighing still needs to be improved due to the numerous factors affecting weighing accuracy in the process of dynamic weighing and the immature weighing algorithm. In this context, based on the characteristics of piezoelectric quartz, such as high sensitivity, low temperature influence and small volume, a set of vehicle dynamic weighing system with high measurement accuracy, good stability and high reliability is designed. The weighing precision of dynamic weighing system is improved from hardware structure and weighing algorithm. In this way, the vehicle can accurately obtain the vehicle mass under the driving state and effectively detect the load state of the vehicle. The main work and research results of this paper are as follows:</p>
<p>(1) Overall scheme study of vehicle dynamic weighing system. Aiming at the practical application of the current dynamic weighing system, the design principle of the vehicle dynamic weighing system is studied, and its composition and basic working principle are analyzed. The overall scheme of vehicle dynamic weighing system is designed and its feasibility is discussed.</p>
<p>(2) Research on dynamic weighing sensor. Aiming at the characteristics of all kinds of weighing sensor, weighing the costs and the precision requirement, on the basis of quartz crystal as the core design based on the piezoelectric effect of the dynamic weighing sensors, sensor design are verified through the finite element analysis of the rationality and reliability of the structure, the calibration experiment is given to demonstrate the sensor of high accuracy, good stability and high reliability performance.</p>
<p>(3) Research on neural network algorithm of vehicle dynamic weighing system. Based on the deep GRU neural network, a vehicle dynamic weighing neural network is established, a special weighing data set is established, and the sensor output signal is analyzed and filtered. The network model is trained and the algorithm is verified with the test data set. The results show that the vehicle weight can be accurately predicted based on the deep GRU neural network algorithm.</p>
<p>(4) Research on the perfect function of vehicle dynamic weighing system. The dynamic weighing of the vehicle is realized by both hardware and software. The hardware includes power transmission line and charge amplification circuit, signal acquisition circuit, switching matrix circuit, etc. The software design is to cooperate with the hardware to realize the function of the whole system. This system further enhances the intelligent level of the dynamic weighing system through the cooperation of hardware and software.</p>
<p>(5) Road test verification of vehicle dynamic weighing system. To further verify the reliability of the piezoelectric quartz-based vehicle dynamic weighing system proposed in this paper. Through the field test of the dynamic weighing system installed on the road, the results show that the dynamic vehicle weighing system based on the piezoelectric effect proposed in this paper is reasonable and effective, and meets the needs of various aspects of vehicle dynamic weighing.</p>
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| 参考文献： |
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| 中图分类号： | U495 |
| 开放日期： | 2022-06-24 |
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