一种车辆轴载谱及路面响应同步测量系统及方法

1.本发明涉及道路设计技术领域，特别是涉及一种车辆轴载谱及路面响应同步测量系统及方法。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.车辆轴载是道路设计的重要参考因素，轴载的快速准确测量方法是路面结构设计和交通荷载分析的重要依据；另外，路面响应能够反应道路在不同车辆轴载时的响应性能，是研究路面损坏机理的主要参考数据，车辆轴载谱及路面响应数据的结合能够更深入揭示车辆轴载与路面响应间的关系，对于道路设计、施工及管理等方面均具有重要的作用。
4.目前车辆轴载谱及路面响应测量主要存在以下问题：
5.1)已有的车辆轴载谱及路面响应测量设备是两套独立的设备，由不同的厂家设计生产。对于现场测试人员而言，如果要得到当前道路的轴载谱数据及轴载数据对路面响应的影响，需要同时购置两种设备。在数据采集过程中，两种设备独立运行，分别测试轴载谱数据及路面响应数据，由于两种设备的采样频率存在差异，数据的保存格式不同，造成两种数据的融合分析困难，无法充分提取两种数据蕴含的有用信息，影响轴载谱及路面响应数据的深入挖掘及应用。
6.2)对于路面响应测量而言，传感器输出的结果与车辆在车道内的行驶轨迹有关，但目前的路面响应测试设备一般未考虑车辆轨迹的影响，未加装相应的传感器，因此测试的路面响应数据的完整性有待进一步提高。
7.3)当同时采集车辆轴载谱及路面响应时，由于安装的传感器数量多，检测区域覆盖的车道长度大，在实际检测过程不可避免的存在如下难以解决的问题：上一辆车尚未驶离检测区域，但下一辆车又进入了检测区域，检测区域同时有多辆车，给数据的测试及分析带来难度，无法实现每辆车轴载谱及路面响应的单独测试及分析。


技术实现要素：

8.为了解决上述问题，本发明提出了一种车辆轴载谱及路面响应同步测量系统及方法，实现车辆的车速、车型、轴载及车辆行驶轨迹的采集，通过车辆行驶轨迹得到轮胎作用于路面的位置，结合路面响应数据，可以更加深入的分析轴载、行驶轨迹对路面响应的影响，为路面损坏机理分析提供有效数据。
9.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
10.第一方面，本发明提供一种车辆轴载谱及路面响应同步测量系统，包括：
11.检测模块，包括设于检测区域入口和出口的感应单元，以及设于检测区域内的轴载测量单元和响应测量单元；轴载测量单元包括平行设置的第一传感器和第二传感器以及设于两个传感器之间且倾斜一定角度的第三传感器；
12.数据采集模块，用于采集轴载测量信号、响应测量信号和感应单元的高低电平信号，并存储至动态数组中；
13.数据分析模块，被配置为从动态数组中提取各单元的测量信号，根据各单元数据得到某车型的车辆轴载和行驶轨迹对路面响应的变化；包括：
14.根据入口的高低电平信号区分相邻车辆，根据入口和出口的高低电平信号确定每辆车的轴载测量信号和响应测量信号；
15.根据车辆经过第一传感器和第二传感器的时间得到车速，根据车速和车辆相邻车轴经过同一个传感器的时间差得到轴距，根据轴距判断车型；
16.根据车速和车辆分别经过第一传感器和第二传感器时所测得的轴载测量信号，得到车辆轴载；
17.根据第三传感器的安装夹角、第一传感器和第二传感器的平行距离、经过第二传感器和第三传感器的时间以及车速，确定行驶轨迹；
18.根据行驶轨迹确定车辆轮胎作用于路面的位置，根据对应位置处的响应测量信号得到路面响应分布。
19.作为可选择的实施方式，所述感应单元包括地感线圈和地感线圈处理电路，当车辆经过地感线圈时，地感线圈处理电路的输出频率发生变化；具体地，通过谐振电路产生正弦信号，将正弦信号转换为矩形波信号，当车辆经过地感线圈时，矩形波信号的频率发生变化，将矩形波频率的变化转化为高/低电平信号，用于表征是否有车辆经过地感线圈。
20.作为可选择的实施方式，所述轴载测量单元中将三个传感器的输出信号进行放大转化为电压信号，以被数据采集模块进行采集；
21.所述响应测量单元中，随路面应变的改变输出变化的电阻信号，采用惠斯通电桥将电阻信号转化为电压信号，通过差分运放电路对电压信号进行放大后进行采集。
22.作为可选择的实施方式，所述数据采集模块与数据分析模块同步进行；其中，数据采集模块按设定的采样频率对各单元数据进行连续采样，并存储至动态数组中，数据分析模块同时从动态数组中提取各单元数据，并对数据进行分析。
23.作为可选择的实施方式，当达到动态数组的容量上限时，从动态数组的起始位置继续覆盖存储。
24.作为可选择的实施方式，根据每个车轴经过第一传感器和第二传感器的时间得到时间差，根据时间差以及第一传感器和第二传感器的平行距离，得到每个车轴下的车速，将各车速平均后得到车辆的车速。
25.作为可选择的实施方式，根据车速和车辆相邻车轴经过同一个传感器的时间差的乘积得到轴距。
26.作为可选择的实施方式，计算车辆其中一个轴经过第二传感器时所测量的所有轴载测量信号的和，将所有轴的和相加得到第二传感器的轴载测量信号；
27.计算车辆其中一个轴经过第一传感器时所测量的所有轴载测量信号的和，将所有轴的和相加得到第一传感器的轴载测量信号；
28.将第二传感器的轴载测量信号和第一传感器的轴载测量信号进行平均后得到车辆的轴载。
29.作为可选择的实施方式，以车辆单侧车轴的行驶轨迹与车道线间的距离y表示为
车辆的行驶轨迹，根据第三传感器与车道线间的安装夹角α、第一传感器和第二传感器的平行距离d、经过第二传感器的时间t2和第三传感器的时间t1以及车速v，确定行驶轨迹y为：y＝x
·
tanα，x＝d-v
·
(t
2-t1)。
30.第二方面，本发明提供一种车辆轴载谱及路面响应同步测量方法，包括：
31.获取设于检测区域入口和出口的感应单元的高低电平信号、设于检测区域内的轴载测量单元的轴载测量信号和响应测量单元的响应测量信号；其中，所述轴载测量单元包括平行设置的第一传感器和第二传感器以及设于两个传感器之间且倾斜一定角度的第三传感器；
32.根据感应单元的高低电平信号判断车辆是否驶入或驶离检测区域，以根据入口的高低电平信号区分相邻车辆，根据入口和出口的高低电平信号确定每辆车的轴载测量信号和响应测量信号；
33.根据车辆经过第一传感器和第二传感器的时间得到车速，根据车速和车辆相邻车轴经过同一个传感器的时间差得到轴距，根据轴距判断车型；
34.根据车速和车辆分别经过第一传感器和第二传感器时所测得的轴载测量信号，得到车辆轴载；
35.根据第三传感器的安装夹角、第一传感器和第二传感器的平行距离、经过第二传感器和第三传感器的时间以及车速，确定行驶轨迹；
36.根据行驶轨迹确定车辆轮胎作用于路面的位置，根据对应位置处的响应测量信号得到路面响应分布。
37.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
38.本发明提出一种车辆轴载谱及路面响应同步测量系统及方法，通过对车辆轴载与路面响应两种数据的综合分析，为路面损坏机理分析提供有效的分析数据，为道路设计、施工及管理等提供理论指导，在交通领域有广阔的应用前景和推广价值。
39.本发明提出一种车辆轴载谱及路面响应同步测量系统及方法，实现车辆的车速、车型、轴载及车辆行驶轨迹的采集，通过车辆行驶轨迹数据得到车辆的轮胎作用于路面的位置，结合路面响应数据，可以更加深入的分析车辆轴载、车辆行驶轨迹对路面响应的影响，便于更深入的分析车辆轴载与路面响应间的关系，为道路设计、施工及管理提供更详实的信息。
40.本发明根据检测区域入口及出口位置地感线圈的信号，区分相邻车辆的测试数据，有效的消除多辆车同时进入检测区域的问题，即使同时有多辆车进入检测区域，也可以实现不同车辆数据的提取。
41.本发明提出通过双线程方式，同时进行数据采集存储和数据分析处理，避免车辆数据丢失及提高处理效率。
42.本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
43.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
44.图1为本发明实施例1提供的车辆轴载谱及路面响应同步测量系统整体结构示意图；
45.图2(a)-图2(d)为本发明实施例1提供的地感线圈处理电路、压电膜传感器处理电路、应变传感器处理电路图；
46.图3为本发明实施例1提供的数据采集存储及分析处理运行流程图；
47.图4为本发明实施例1提供的数据采集存储及分析处理示意图；
48.图5(a)-图5(c)为本发明实施例1提供的相邻车辆数据区分示意图；
49.图6为本发明实施例1提供的压电膜传感器及应变传感器的布置示意图。
具体实施方式
50.下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。
51.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
52.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
53.在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
54.实施例1
55.本实施例提供一种车辆轴载谱及路面响应同步测量系统，包括：
56.检测模块，包括设于检测区域入口和出口的感应单元，以及设于检测区域内的轴载测量单元和响应测量单元；轴载测量单元包括平行设置的第一传感器和第二传感器以及设于两个传感器之间且倾斜一定角度的第三传感器；
57.数据采集模块，用于采集轴载测量信号、响应测量信号和感应单元的高低电平信号，并存储至动态数组中；
58.数据分析模块，被配置为从动态数组中提取各单元的测量信号，根据各单元数据得到某车型的车辆轴载和行驶轨迹对路面响应的变化；包括：
59.根据感应单元的高低电平信号判断车辆是否驶入或驶离检测区域，以根据入口的高低电平信号区分相邻车辆，根据入口和出口的高低电平信号确定每辆车的轴载测量信号和响应测量信号；
60.根据车辆经过第一传感器和第二传感器的时间得到车速，根据车速和车辆相邻车轴经过同一个传感器的时间差得到轴距，根据轴距判断车型；
61.根据车速和车辆分别经过第一传感器和第二传感器时所测得的轴载测量信号，得到车辆轴载；
62.根据第三传感器的安装夹角、第一传感器和第二传感器的平行距离、经过第二传感器和第三传感器的时间以及车速，确定行驶轨迹；
63.根据行驶轨迹确定车辆轮胎作用于路面的位置，根据对应位置处的响应测量信号得到路面响应分布。
64.在本实施例中，如图1所示，所述感应单元采用地感线圈及地感线圈处理电路，在检测区域的入口和出口分别布置地感线圈，用于检测车辆是否驶入或驶离检测区域；
65.所述第一传感器、第二传感器和第三传感器均采用压电膜传感器，轴载测量单元安装在靠近检测区域入口的位置；
66.所述响应测量单元采用应变传感器及应变传感器处理电路，应变传感器安装在检测区域的出口和轴载测量单元之间的路面不同位置及不同深度处。
67.在本实施例中，通过地感线圈实现车辆驶入或驶离检测区域的识别，当车辆经过地感线圈时，地感线圈处理电路的输出频率发生变化，然后将频率的变化转化为高电平信号，即车辆经过地感线圈时输出高电平信号，否则输出低电平信号，由此可判断车辆是否经过地感线圈，在检测区域的入口及出口分别设置一个地感线圈，用于判断是否有车辆驶入或驶离检测区域。
68.地感线圈处理电路如图2(a)所示；通过地感线圈振荡电路中的lc谐振电路产生正弦信号，通过三极管将正弦信号转换为矩形波信号；当车辆经过地感线圈时，振荡电路的矩形波信号的频率发生变化，通过整形电路将矩形波信号转化为ttl电平信号，并送入单片机的输入捕捉引脚中，以捕捉ttl电平信号的频率，由于无车辆经过地感线圈和有车辆经过地感线圈时，ttl电平信号的频率不同，则根据ttl电平信号的频率通过另一根引脚发出高/低电平信号，分别用于代表车辆是否在地感线圈上方。
69.在本实施例中，通过平行设置的压电膜传感器检测得到车辆轴载、车速及车型，通过三个压电膜传感器检测得到车辆行驶轨迹；如图2(b)所示为压电膜传感器处理电路，由于压电膜传感器输出的是微弱的电荷信号，因此要求压电膜传感器处理电路具有高输入阻抗，设计电荷放大电路，利用反馈电容c1对压电膜传感器的输出信号进行放大转化为电压信号，反馈电阻r7并联在反馈电容c1两端，提高放大电路的稳定性，通过电阻r1、r4、r5和r6调节放大电路的放大倍数，输出为幅值较高的电压信号，从而实现对输出信号的放大处理后，以被进行数据采集。
70.在本实施例中，所述应变传感器安装于路面内部，且为了获得路面不同位置及不同断面的响应数据，在不同位置安装多组应变传感器，以全面反映路面响应特点；应变传感器处理电路如图2(c)-图2(d)所示，随着路面应变的改变而输出变化的电阻信号，即随应变的增加输出增大的电阻信号，采用图2(c)的惠斯通电桥，将电阻信号转化为电压信号，通过图2(d)的差分运放电路对电压信号进行放大处理后进行采集，且为了提高信号的信噪比，在差分运放电路的输入及输出端采用rc滤波电路降低高频干扰成分的影响。
71.在本实施例中，上述各传感器信号经过处理电路后，均连接至数据采集模块，通过设定的采用采样频率对两路高/低电平信号、三路轴载测量信号及多路响应测量信号进行采集，同时存储至动态数组中；上述所有数据通过同一个数据采集模块获取，采样频率相同、存储格式相同，且为了保证数据采集的完整性，专门设置数据采集及存储线程，用于各传感器数据的实时采集及存储。
72.本实施例采用运行可靠性高的工控机进行数据分析工作，数据采集模块(以高速数据采集卡为例)也安装在工控机内，采集的数据存储于工控机的硬盘内；为了解决多辆车
同时进入检测区域的问题，除了设置的数据采集及存储线程外，也设置专门的数据分析及处理线程，用于对存储的各传感器数据进行提取及分析处理，对同时处于检测区域的车辆数据进行分离，并得到每辆车的轴载及路面响应数据。
73.由此，本实施例通过数据采集及存储线程将各传感器的数据进行采集和保存，通过数据分析及处理线程提取存储的数据，并对数据进行分析，得到车辆的车速、车型、轴载、行驶轨迹及路面响应数据，最后将分析得到的数据通过工控机串口连接的无线发送模块发送至云平台，且由于装置一般是固定在道路旁边，供电不便，为此本实施例采用太阳能板及蓄电池独立供电，方便系统的使用。
74.无线数据发送模块与工控机串口相连，用于将分析得到的车辆的车速、车型、轴载、行驶轨迹及路面响应数据通过无线的方式发送至云平台，该模块具备网络异常时的数据延时发送功能，当网络中断时，可以将数据存储至无线数据发送模块的存储器中，当网络恢复正常后，再将临时保存的数据发送至云平台。
75.考虑到锂电池在低温环境下的充电性能及放电性能衰退严重的问题，采用铅酸电池作为能量源，给各用电模块进行供电；太阳能充电包括光伏板及充电管理系统，充电管理系统监测铅酸电池的状态，当电量减小时，通过太阳能充电系统随时给铅酸电池充电，保持电池的容量满足使用要求。
76.在本实施例中，如图3所示，初始化动态数组容量、采样频率、采样通道数及每通道的量程；
77.初始化后，开辟数据采集及存储线程和数据分析及处理线程；
78.数据采集及存储线程按照设定的采样频率，对各通道数据进行连续采样，并将采集的数据存储至动态数组中，当收到停止采集的命令后，则停止数据的采集；
79.数据分析及处理线程从动态数组中提取各通道的数据，并对数据进行分析，将分析得到的数据通过工控机串口及连接至串口的无线数据发送模块传输至云平台，当收到停止处理的命令后，则停止数据的处理。
80.如果采用单一线程，则无法同时进行两方面的工作，比如采用单一线程时，先将数据采集存储后，再进行数据处理，在数据处理的过程中，如果有新的车辆进入检测区域，由于此时未进行数据采集工作，导致该车辆数据丢失。
81.为此，本实施例采用双线程，数据采集及存储线程始终处于数据采集阶段，并将采集的数据依次放入动态数组中；数据分析及处理线程始终进行数据分析与处理，从动态数组中提取数据，并对数据进行相应的分析，通过两个线程的控制，使数据采集存储与数据分析处理达到平衡。
82.当数据存储达到动态数组的容量上限时，此时动态数组前面的数据已经处理完毕，则可以从动态数组的起始位置继续存储，因此，通过协调数据采集存储和分析处理的节奏，可以一直使用动态数组实现数据的暂存。
83.在本实施例中，如图4所示，数据采集及存储线程和数据分析及处理线程共用同一个动态数组，存储时，采用变量uisavecount表示当前存储的数组序号，当存储的数组序号超过动态数组的最大值时，则从动态数组的起始地址继续覆盖存储；提取时，采用变量uianalysiscount表示当前提取的数组序号，该数组序号以前的数据均已处理完毕，这部分空间可以再次存储数据。
84.为了保证提取数据均有效，先采集存储数据，再提取分析数据。由于数据提取及分析是实时进行，通过有效的数据管理，可以实现数据采集存储及分析处理的同步，当存储的数组序号超过动态数组的容量时，此时动态数组前面的数据已经被分析完毕，可以继续进行覆盖存储，而不会丢失数据。
85.在本实施例中，为了解决同时有多辆车进入检测区域的问题，根据出口和入口的高低电平信号判断车辆所处的位置，并据此区分相邻车辆。如图5(a)所示，车辆刚进入检测区域的示意图，此时地感线圈处理电路输出高电平；当车辆继续向前行驶时，离开入口地感线圈，此时地感线圈处理电路输出低电平；如图5(b)所示，当其后面的第2辆车到达入口地感线圈上方时，地感线圈输出电路再次输出高电平；根据图5(c)所示的信号特点，可根据入口地感线圈输出的高低电平信号区分相邻的车辆；由于数据采集及存储线程在不间断的采集和存储数据，数据分析及处理线程则在不间断的提取及分析处理数据，再结合地感线圈的输出信号进行相邻车辆的区分，通过这种机制可以有效的提取所有车辆的数据。
86.在本实施例中，如图6所示，在轴载测量区安装3个压电膜传感器，其中第一压电膜传感器1和第二压电膜传感器2平行布置，第三压电膜传感器3倾斜布置；为了全面反映路面不同位置的应变，在响应测量区布置了多个应变传感器4；数据分析模块根据高低电平信号区分每辆车的轴载测量信号、响应测量信号，据此计算车辆的车速、车型和轴载的车辆轴载谱、车辆行驶轨迹及路面响应数据。
87.具体地：
88.根据车辆某个车轴的轮胎经过第一压电膜传感器1和第二压电膜传感器2的时间得到车速；设车辆行进方向左侧的某个车轴经过3个压电膜传感器的时间分别为t1、t2和t3，两个平行布置的压电膜传感器间的距离为d，则当前车速v为：由此，根据每个车轴经过第一压电膜传感器1和第二压电膜传感器2的时间，均得到一个车速，将各车速进行平均后的结果作为车辆的车速。
89.根据车速和车辆相邻车轴经过同一个压电膜传感器的时间差得到轴距，根据轴距判断车型；设车辆的1轴和2轴经过同一个压电膜传感器的时间差为δt，则1轴和2轴的轴距l
axis1
为l
axis1
＝v
·
δt；同理得到其他车轴的轴距，根据各轴距数据确定车型。
90.根据车速和车辆分别经过第一压电膜传感器1和第二压电膜传感器2时所测得的轴载测量信号，得到车辆轴载；具体地：
91.获取车辆的1轴经过第二压电膜传感器2时的轴载测量信号x
2i
，该车轴经过第二压电膜传感器2共测量了n个信号，则1轴的轴载m
axis1
为其中，c
coef
为轴载测量调整系数；
92.同理得到车辆每个车轴经过第二压电膜传感器2时的轴载，将各轴载数据累加即为第二压电膜传感器2测量的当前车辆的轴载数据；
93.同理，对于第一压电膜传感器1也进行类似的计算，得到第一压电膜传感器1测量的轴载数据，最后将两个传感器测试的轴载数据进行平均后的结果作为车辆的轴载数据。
94.以图6中车辆单侧车轴行驶轨迹与车道线间的距离y表示车辆的行驶轨迹，根据第三压电膜传感器与车道线间的安装夹角α、第一压电膜传感器和第二压电膜传感器的平行
距离d、经过第二压电膜传感器和第三压电膜传感器的时间以及车速，确定行驶轨迹y为：y＝x
·
tanα，x＝d-d1＝d-v
·
(t
2-t1)；最后，根据行驶轨迹确定车辆轮胎作用于路面的位置，通过安装在不同位置及断面的各应变传感器的测量结果统计得到路面响应数据。
95.实施例2
96.本实施例提供一种车辆轴载谱及路面响应同步测量方法，包括：
97.获取设于检测区域入口和出口的感应单元的高低电平信号、设于检测区域内的轴载测量单元的轴载测量信号和响应测量单元的响应测量信号；其中，所述轴载测量单元包括平行设置的第一传感器和第二传感器以及设于两个传感器之间且倾斜一定角度的第三传感器；
98.根据感应单元的高低电平信号判断车辆是否驶入或驶离检测区域，以根据入口的高低电平信号区分相邻车辆，根据入口和出口的高低电平信号确定每辆车的轴载测量信号和响应测量信号；
99.根据车辆经过第一传感器和第二传感器的时间得到车速，根据车速和车辆相邻车轴经过同一个传感器的时间差得到轴距，根据轴距判断车型；
100.根据车速和车辆分别经过第一传感器和第二传感器时所测得的轴载测量信号，得到车辆轴载；
101.根据第三传感器的安装夹角、第一传感器和第二传感器的平行距离、经过第二传感器和第三传感器的时间以及车速，确定行驶轨迹；
102.根据行驶轨迹确定车辆轮胎作用于路面的位置，根据对应位置处的响应测量信号得到路面响应分布。
103.上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

技术特征：
1.一种车辆轴载谱及路面响应同步测量系统，其特征在于，包括：检测模块，包括设于检测区域入口和出口的感应单元，以及设于检测区域内的轴载测量单元和响应测量单元；轴载测量单元包括平行设置的第一传感器和第二传感器以及设于两个传感器之间且倾斜一定角度的第三传感器；数据采集模块，用于采集轴载测量信号、响应测量信号和感应单元的高低电平信号，并存储至动态数组中；数据分析模块，被配置为从动态数组中提取各单元的测量信号，根据各单元数据得到某车型的车辆轴载和行驶轨迹对路面响应的变化；包括：根据入口的高低电平信号区分相邻车辆，根据入口和出口的高低电平信号确定每辆车的轴载测量信号和响应测量信号；根据车辆经过第一传感器和第二传感器的时间得到车速，根据车速和车辆相邻车轴经过同一个传感器的时间差得到轴距，根据轴距判断车型；根据车速和车辆分别经过第一传感器和第二传感器时所测得的轴载测量信号，得到车辆轴载；根据第三传感器的安装夹角、第一传感器和第二传感器的平行距离、经过第二传感器和第三传感器的时间以及车速，确定行驶轨迹；根据行驶轨迹确定车辆轮胎作用于路面的位置，根据对应位置处的响应测量信号得到路面响应分布。2.如权利要求1所述的一种车辆轴载谱及路面响应同步测量系统，其特征在于，所述感应单元包括地感线圈和地感线圈处理电路，当车辆经过地感线圈时，地感线圈处理电路的输出频率发生变化；具体地，通过谐振电路产生正弦信号，将正弦信号转换为矩形波信号，当车辆经过地感线圈时，矩形波信号的频率发生变化，将矩形波频率的变化转化为高/低电平信号，用于表征是否有车辆经过地感线圈。3.如权利要求1所述的一种车辆轴载谱及路面响应同步测量系统，其特征在于，所述轴载测量单元中将三个传感器的输出信号进行放大转化为电压信号，以被数据采集模块进行采集；所述响应测量单元中，随路面应变的改变输出变化的电阻信号，采用惠斯通电桥将电阻信号转化为电压信号，通过差分运放电路对电压信号进行放大后进行采集。4.如权利要求1所述的一种车辆轴载谱及路面响应同步测量系统，其特征在于，所述数据采集模块与数据分析模块同步进行；其中，数据采集模块按设定的采样频率对各单元数据进行连续采样，并存储至动态数组中，数据分析模块同时从动态数组中提取各单元数据，并对数据进行分析。5.如权利要求4所述的一种车辆轴载谱及路面响应同步测量系统，其特征在于，当达到动态数组的容量上限时，从动态数组的起始位置继续覆盖存储。6.如权利要求1所述的一种车辆轴载谱及路面响应同步测量系统，其特征在于，根据每个车轴经过第一传感器和第二传感器的时间得到时间差，根据时间差以及第一传感器和第二传感器的平行距离，得到每个车轴下的车速，将各车速平均后得到车辆的车速。7.如权利要求1所述的一种车辆轴载谱及路面响应同步测量系统，其特征在于，根据车速和车辆相邻车轴经过同一个传感器的时间差的乘积得到轴距。
8.如权利要求1所述的一种车辆轴载谱及路面响应同步测量系统，其特征在于，计算车辆其中一个轴经过第二传感器时所测量的所有轴载测量信号的和，将所有轴的和相加得到第二传感器的轴载测量信号；计算车辆其中一个轴经过第一传感器时所测量的所有轴载测量信号的和，将所有轴的和相加得到第一传感器的轴载测量信号；将第二传感器的轴载测量信号和第一传感器的轴载测量信号进行平均后得到车辆的轴载。9.如权利要求1所述的一种车辆轴载谱及路面响应同步测量系统，其特征在于，以车辆单侧车轴的行驶轨迹与车道线间的距离y表示为车辆的行驶轨迹，根据第三传感器与车道线间的安装夹角α、第一传感器和第二传感器的平行距离d、经过第二传感器的时间t2和第三传感器的时间t1以及车速v，确定行驶轨迹y为：y＝x
·
tanα，x＝d-v
·
(t
2-t1)。10.一种车辆轴载谱及路面响应同步测量方法，其特征在于，包括：获取设于检测区域入口和出口的感应单元的高低电平信号、设于检测区域内的轴载测量单元的轴载测量信号和响应测量单元的响应测量信号；其中，所述轴载测量单元包括平行设置的第一传感器和第二传感器以及设于两个传感器之间且倾斜一定角度的第三传感器；根据感应单元的高低电平信号判断车辆是否驶入或驶离检测区域，以根据入口的高低电平信号区分相邻车辆，根据入口和出口的高低电平信号确定每辆车的轴载测量信号和响应测量信号；根据车辆经过第一传感器和第二传感器的时间得到车速，根据车速和车辆相邻车轴经过同一个传感器的时间差得到轴距，根据轴距判断车型；根据车速和车辆分别经过第一传感器和第二传感器时所测得的轴载测量信号，得到车辆轴载；根据第三传感器的安装夹角、第一传感器和第二传感器的平行距离、经过第二传感器和第三传感器的时间以及车速，确定行驶轨迹；根据行驶轨迹确定车辆轮胎作用于路面的位置，根据对应位置处的响应测量信号得到路面响应分布。

技术总结
本发明公开一种车辆轴载谱及路面响应同步测量系统及方法，包括：检测模块包括设于检测区域入口和出口的感应单元，以及设于检测区域内的轴载测量单元和响应测量单元；数据采集模块用于采集轴载测量信号、响应测量信号和感应单元的高低电平信号，并存储至动态数组中；数据分析模块被配置为从动态数组中提取各单元的测量信号，根据各单元数据得到某车型的车辆轴载和行驶轨迹对路面响应的变化。实现车辆的车速、车型、轴载及车辆行驶轨迹的采集，通过车辆行驶轨迹得到轮胎作用于路面的位置，结合路面响应数据，可以更加深入的分析轴载、行驶轨迹对路面响应的影响，为路面损坏机理分析提供有效数据。供有效数据。供有效数据。


技术研发人员：纪少波 韩文扬 韦金城 陈忠言 汪海川 胡珑渝 魏敬宏
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：2023.05.04
技术公布日：2023/8/4