I/ Giới thiệu về cân tải trọng xe tốc độ cao:
Hệ thống cân tải trọng xe lúc di chuyển được gọi là hệ thống cân tải trọng xe động, WIM (Weighing-in-Motion) đã được giới thiệu tại Mỹ vào giữa những năm 1950, kể từ đó đã có rất nhiều bước phát triển và các mô hình ứng dụng khác nhau trên thế giới.
Thời kỳ đầu người ta đã lập ra các trạm kiểm tra tải trọng xe chỉ lắp cân tĩnh (Static Weighing Station) đặt trên các tuyến đường nhằm kiểm tra, phát hiện và cưỡng chế dỡ tải các xe chất tải quá giới hạn cầu đường. Tuy nhiên về sau, do sự tăng trưởng lưu lượng xe tải ngày càng cao trong khi năng lực thông xe của các trạm kiểm tra tải trọng xe (Trạm KTTT) bị hạn chế nên đã gây ra ùn tắc và phiền hà tại các Trạm KTTT và điều này khiến cho không thể kiểm soát được đầy đủ và chính xác tải trọng xe quá tải.
Hệ thống cân động (WIM) được sử dụng rộng rãi trên toàn cầu, từ các nước phát triển đến các nước đang phát triển. Đến năm 2006, số lượng làn xe sử dụng công nghệ WIM ở khu vực Bắc Mỹ nhiều nhất trên thế giới (3.864), tiếp sau là khu vực châu Á (1.700), châu Mỹ la tinh (1.208), châu Âu (1.188), Úc (120), châu Phi (88) và khu vực Trung Đông (56).
Một hệ thống cân động gồm các thành phần chính:
a/ Hệ thống các cảm biến: Cảm biến tải trọng, cảm biến tốc độ, cảm biến phát hiện xe, cảm biến nhiệt độ, cảm biến đọc biển số xe.
Các cảm biến tải trọng đều sử dụng chung một nguyên lý gọi là nguyên lý điện áp, khi bánh xe cán qua hệ thống cảm biến, mỗi trọng lượng khác nhau sẽ có dòng điện cảm ứng với mức điện áp khác nhau. Bằng những công thức tính toán riêng, tủ điều khiển cân sẽ tính toán và cho ra giá trị tải trọng tương ứng. Nhiều bánh cán lên cảm biến thì điện áp tăng theo hình thức cộng dồn, vậy nên cảm biến có thể cân cả xe tải có nhiều bánh trên mỗi trục (2, 4, 6)
b/ Tủ điều khiển cân: Chức năng thu thập tín hiệu cảm biến, xử lý tín hiệu, và đưa ra các giá trị cơ bản về phương tiện và tải trọng.
c/ Máy tính: Máy tính kết nối với tủ điều khiển nhận tín hiệu và thực hiện công việc tính toán tải trọng, lưu trữ và truyền tải thông tin theo các nhu cầu khác nhau.
II/ CÁC CÔNG NGHỆ CẢM BIẾN TẢI TRỌNG PHỤC VỤ CHO HỆ THỐNG CÂN ĐỘNG:
Hiện trên thế giới có các loại công nghệ khác nhau, mỗi loại công nghệ phù hợp với vận tốc khác nhau. Thế nên công nghệ cảm biến chia làm 3 loại: Dùng cho xe di chuyển với tốc độ chậm, tốc độ trung bình và tốc độ cao. Công nghệ cảm biến dùng đo tải trọng xe tốc độ cao tốt (chính xác cao), nhưng áp dụng đo tải trọng xe tốc độ thấp thì không tốt (không chính xác) – và ngược lại
a/ Cảm biến đo tải trọng khi xe di chuyển tốc độ cao (0..200km/h) theo công nghệ tấm dẻo
Mỗi tấm cảm biến chuyên dụng có kích thước lên đến 0.57m x 1.95m, có thể bố trí lắp đặt ở một trong 4 hình thức bên dưới. Ngoài ra, người ta còn lắp thêm cảm biến phát hiện xe để phát hiện sự hiện diện của xe tải, cũng như tốc độ di chuyển của xe. Độ sai số của mỗi cách lắp khác nhau cũng khác nhau: Phương án lắp 4 cảm biến là có độ sai số thấp nhất.
b/ Cảm biến đo tải trọng khi xe di chuyển tốc độ cao (1..200km/h) theo công nghệ thạch anh
Nguyên lý làm việc: Lõi của cảm biến thạch anh được kết cấu từ các miếng thạch anh nguyên khối. Bánh xe chạy qua cảm biến sẽ tác động lên các tinh thể thạch anh một lực dọc và không gây biến dạng. Các miếng thạch anh áp điện sẽ tạo ra một lượng điện tích tỷ lệ thuận với lực tác động.
Do đặc tính của vật liệu thạch anh, độ nhạy áp điện không phụ thuộc vào nhiệt độ, thời gian và tốc độ. Tín hiệu điện tích được chuyển thành tín hiệu điện áp nhờ bộ chuyển đổi. Độ chính xác của tải trọng đo được không phụ thuộc vào loại lốp xe, số lượng trục xe hay lực ép của bánh xe.
Độ chính xác cao khi xe di chuyển hơn 10km/h
Nhược điểm của cảm biến thạch anh là xe dừng trên cảm biến là không cân được, hoặc xe di chuyển chậm dưới 10km/h thì độ sai số lớn.
Trong điều kiện lý tưởng (điều kiện trong phòng thí nghiệm), hệ thống cảm biến WIM thạch anh cho độ sai số dưới 2%.
III/ HỆ THỐNG PHẦN MỀM TÍCH HỢP:
Sau khi có được kết quả cân tải trọng của xe, việc tích hợp khác tùy thuộc vào từng ứng dụng cụ thể khác nhau.
Bên dưới đây là ứng dụng dùng cảnh báo xe quá tải khi qua các trạm thu phí.
Nhận diện biển số và phân loại tải trọng xe:
Khi xe qua hệ thống thu phí, camera tiến hành đọc biển số, chụp hình xe và gởi toàn bộ số liệu liên quan đến xe qua hệ thống cân xe, dữ liệu gồm: Hình chụp, biển số, và phân loại tải trọng xe.
Thông tin xe quá tải ngay lập tức được hiển thị trên màn hình:
Màn hình tổng quát – Hệ thống thực tế tại trạm thu phí quốc lộ do XPT cung cấp (nguồn tham khảo xpt.com.vn)
Các đơn vị tuần tra, lực lượng chức năng (Thanh tra Sở, Cảnh sát giao thông) có thể sử dụng phần mềm hệ thống cân ở bất cứ đâu miễn là có kết nối với máy chủ trung tâm để nhận thông tin cảnh báo quá tải.
