ETC计重收费

关于ETC 计重收费收态汽车衡用 

称重传感器选型的探讨 

王小岗 1,付海亮 2 ,陈增典 2 （1．中航电测仪器股份有限公司，陕西，汉中 723007； 2.陕西四维科技有限公司，陕西，宝鸡 721000） 

【摘要】本文对 ETC 计重收费动态汽车衡称重的整个过程进行了描述，

分析了传感器在整个过程的受力情况，对如何选用柱式和桥式传感器

做了介绍，为动态汽车衡设计和传感器选型提供一些参考。 

【关键词】柱式 桥式 动态 频率 

随着交通运输业务的发展，高速公路计重收费的快速发展，公路

部门需加大设备建设的投资以及人员的投入，这高昂的成本就成了头

疼的问题。为了减少收费人员的数量，加快车辆通过收费门的速度，

ETC 业务应运而生，现在小车 ETC 计重收费系统已成熟且全面推广，

但大型货车 ETC 计重收费系统才刚刚起步。 

对于大型货车 ETC 系统，其关键技术是计重，而计重的关键设备

为动态汽车衡。动态汽车衡是从静态汽车衡发展而来，主要使用的传

感器以柱式传感器与桥式传感器为主。 

一、 动态汽车衡称重过程受力分析 

汽车行驶上动态汽车衡（以下简称秤台）时，因汽车前轮的惯性

冲力将秤台向前推去，当秤台运动到前限位器时，限位将产生反推力，

又将秤台向后推去。当称重运动到后限位器时产生反推力，以及汽车

的驱动力，又将秤台加速向前推去。在汽车完全行驶到秤台上面前，

秤台将持续加速振荡，形成加速摆动现象，如下图 2。 

图 2 秤台摆动图 

当汽车完全行驶到秤台上面时，通过其他地方产生的驱动力逐渐

消失，秤台的前后振荡频率速度将不再加速。当汽车加速或减速时，

秤台振荡频率也会加速减速。总之，在整个汽车上秤台前与上秤台过

程中，秤台会形成一个中、低频率前后振荡。 

汽车的重量及其他推力振动等产生的力都由秤台传递给传感器，

由传感器将这些力的信息准确快速的传递给仪表（电脑）进行数据处

理，最终通过称重仪表显示。秤台受力分析如下： 

表 1 秤台受力分析表 

力的种类 

秤台与后限位器接触 秤台与限位器脱离 秤台与前限位器接触 频率 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 

汽车驱动力 √ 大 水平 √ 大 水平 √ 小 

低频率 

前限位器的 推力  

大 水平 

高频率 

小 上下 

后限位器的 推力 

√ 

大 水平 

  高频率 

中 上下 

汽车的振动 √ 

小 水平 

√ 

小 水平 

√   低频率 

中 上下 中 上下 

发动机的振动 √   √ 

小 水平 

√   高频率 

小 上下 

其他推力 √ 小 水平 √ 

√ 

  低频率 

汽车的重量 √ 

√ 

√ 

秤台的重量 √ 

√ 

√ 

二、传感器采样频率方面分析 

衡器用传感器一般有两种类型：柱式传感器和桥式传感器。柱式传

感器受力分析如下，见图 3。 

图 3 柱式传感器受力图 

1）当秤台与前限位器接触时，传感器受到轴向力， 

         °        °

2）当秤台与前限位器不接触时， 

         ° 到         ° 之间变化 

如果考虑汽车驱动力等因素时，传感器的信号只在主信号

         ° 中加波（中、高频），具体信号如下： 

图 4 正常振动波形图        图 5 加发动机的振动波形图 

图 6 加汽车的振动波形图 

从这些力来分析，汽车的速度、驱动力、刹车等水平力造成秤台

左右摆动，并接触限位器，产生反推力。因速度驱动力有大有小，有

快有慢，造成反推力大小是没有规律的，因此处理数据时，只取没有

撞击时的数据。这样车辆的振动，发动机的振动等反向有规律的波动。

我们取大约不小于 3 个摆动，就能得到有效理想的数据，经过处理就

能得到相应精度。 

下面我们计算秤台上的采样波动时间：秤台长度一般单节 6 米，

共 3 节，长度为 18 米。现在公路上主要行驶的货车为半拖挂车。 

前轮到后轮大约 15 米，18 米-15 米=3 米。 

秤台的车速为 20 公里/小时，3 米/20 公里/小时=0.54 秒。 

我们取小于 3 个摆动循环，采集时间占 1 个循环的 2/3，则 

0.54/3*（2/3）=0.12 秒，即每个循环最长采集时间为 0.12 秒。 

每 1 个波形，需取 10 个数（前摆 5 个，后摆 5 个），则每条采样

时间为：0.012 秒（83Hz）。因此，传感器的固有频率大致在 83～100Hz，

我们就可以得到有效数据。 

为了提高衡器精度，现在的衡器采集频率一般在 1000Hz，即每

秒中采集 1000 个数据。在衡器上，传感器的采样频率大致为柱式固

有频率＞10000Hz;桥式固有频率＞1000Hz。 

单纯看两种传感器的固有频率，确实是柱式传感器的固有频率高

于桥式传感器，这是不争的事实。然而，衡器是由秤体、传感器和仪

表组成的，衡器的响应速度才是决定使用性能的最终因素。衡器的响

应速度主要由秤体的响应速度、仪表的响应速度、传感器的响应速度

共同决定。 

随着电子技术的飞速发展，制造高分辨率、高响应速度的仪表已

经不是难事，但是秤体的响应速度提高确实不易，目前各生产厂家的

秤体结构、使用材料大同小异，根据资料显示，秤体的固有频率通常

在 3～5Hz,且无法进一步提高，因此，从采样频率来说，两种传感器

均能满足需求。 

三