ISO 216122021 道路车辆 - 多轴称重传感器的串扰确定标准立项发展报告

道路车辆多轴称重传感器的串扰确定标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Roadvehicles—CrosstalkDeterminationforMulti-axisLoadCell摘要多轴称重传感器作为道路车辆动态称重、载荷监测及主动安全控制的核心感知元件，其测量精度与可靠性直接关系到车辆运行安全与交通管理效能。在各轴间耦合干扰（即"串扰"）长期缺乏统一评价方法的技术背景下，国际标准化组织（ISO）于2021年2月正式发布ISO21612:2021《道路车辆多轴称重传感器的串扰确定》标准。本标准以系统性试验程序和统一数据处理方法为核心，首次为多轴称重传感器的串扰性能评估提供了国际公认的技术框架。本报告全面梳理了该标准的立项背景、编制历程、核心技术内容及试验方法要点，深入分析了标准中规定的加载策略、数据采集与串扰计算方法，阐述了其对传感器设计验证、质量控制和整车集成应用的重要指导意义。报告还介绍了标准主要起草单位的组织概况与技术贡献，并结合智能网联汽车和自动驾驶技术的发展趋势，对标准在车载称重、动态载荷监测等新兴应用场景中的推广前景进行了前瞻性展望。关键词：多轴称重传感器；串扰；道路车辆；ISO21612；国际标准；测量不确定度；动态称重AbstractMulti-axisloadcellsserveascoresensingelementsfordynamicweighing,loadmonitoring,andactivesafetycontrolinroadvehicles.Theirmeasurementaccuracyandreliabilitydirectlyaffectvehicleoperationalsafetyandtrafficmanagementefficiency.Againstthetechnicalbackgroundthatthecouplinginterferenceamongaxes(i.e.,"crosstalk")haslonglackedaunifiedevaluationmethod,theInternationalOrganizationforStandardization(ISO)officiallyreleasedISO21612:2021"Roadvehicles—Crosstalkdeterminationformulti-axisloadcell"inFebruary2021.Thisstandard,centeredonsystematictestproceduresandunifieddataprocessingmethods,forthefirsttimeprovidesaninternationallyrecognizedtechnicalframeworkforevaluatingthecrosstalkperformanceofmulti-axisloadcells.Thisreportcomprehensivelyreviewsthestandard'sbackground,developmenthistory,coretechnicalcontent,andkeytestmethodpoints,deeplyanalyzestheloadingstrategies,dataacquisition,andcrosstalkcalculationmethodsspecifiedinthestandard,andelaboratesonitsimportantguidingsignificanceforsensordesignvalidation,qualitycontrol,andvehicle-levelintegrationapplications.Thereportalsointroducestheorganizationalprofileandtechnicalcontributionsoftheprincipaldraftingorganizations,andprovidesaforward-lookingoutlookonthestandard'spromotionandapplicationprospectsinemergingscenariossuchasonboardweighinganddynamicloadmonitoring,inlightofthedevelopmenttrendsofintelligentconnectedvehiclesandautonomousdrivingtechnologies.Keywords:multi-axisloadcell;crosstalk;roadvehicles;ISO21612;internationalstandard;measurementuncertainty;dynamicweighing一、引言1.1研究背景随着汽车工业和智能交通系统的快速发展，多轴称重传感器在道路车辆领域的应用日益广泛，涵盖车辆动态称重、轴荷分布监测、货物装载量控制、制动系统载荷分配以及高级驾驶辅助系统（ADAS）等多个关键领域。多轴称重传感器能够在同一结构上同时测量多个方向（如垂直力、纵向力和侧向力）的载荷分量，为车辆动力学控制和载荷管理提供关键数据支撑。然而，在实际工程应用中，多轴称重传感器面临一个核心技术挑战——串扰（Crosstalk）。所谓串扰，是指当传感器承受某一特定方向的载荷时，其他测量轴产生非预期的输出信号。这种轴间耦合干扰现象普遍存在于各类多轴测力传感器中，严重影响测量精度和可靠性。串扰的产生机理较为复杂，涉及弹性体结构变形耦合、应变片粘贴位置误差、电桥电路隔离不完善以及材料各向异性等多方面因素。长期以来，由于缺乏统一的串扰测试与评价标准，不同制造商生产的传感器产品在串扰指标上缺乏可比性，用户在选型、验收和使用过程中面临诸多困扰。这一标准化空白不仅制约了传感器技术的健康发展，也对车辆安全性和测量数据的可信度构成了潜在威胁。1.2标准立项的必要性在上述背景下，制定一部国际统一的多轴称重传感器串扰确定标准具有多方面的重要意义：第一，统一评价方法。串扰的测试方法直接关系到测量结果的准确性和可比性。不同实验室、不同测试装置所获得的串扰数据，只有在统一的试验方法和数据处理规则下才具有互认基础。ISO21612:2021的发布填补了这一国际标准空白。第二，促进国际贸易。传感器作为全球性贸易产品，其性能指标的标准化表述和统一测定方法是消除技术性贸易壁垒的重要基础。该标准为全球范围内的传感器制造商、检测机构和用户单位提供了共同的技术语言。第三，推动技术进步。明确的量化评价标准能够有效引导制造企业针对性改进传感器设计和制造工艺，降低串扰水平，提升产品竞争力，形成良性循环。第四，支撑更高层次的应用需求。在智能网联汽车、自动驾驶等新技术快速发展的背景下，对车载称重系统的精度和可靠性提出了更高要求，统一的串扰评价标准是满足这些需求的基础保障。二、标准概况2.1标准基本信息ISO21612:2021《道路车辆多轴称重传感器的串扰确定》由国际标准化组织（InternationalOrganizationforStandardization,ISO）发布，是道路车辆技术委员会（ISO/TC22）框架下的重要标准之一。该标准的具体技术归口单位为ISO/TC22/SC33（车辆动力学与底盘部件分技术委员会）下属的相关工作组。标准正式发布日期为2021年2月16日，当前状态为现行有效。标准采用英语作为官方语言版本。根据ISO的发布流程，该标准经过了委员会草案（CD）、国际标准草案（DIS）和最终国际标准草案（FDIS）等多个阶段的严格审查和投票程序，最终达成国际共识。2.2标准适用范围该标准适用于道路车辆领域使用的多轴称重传感器，涵盖但不限于以下应用场景：-车辆动态称重系统（Weigh-in-Motion,WIM）-车载载荷监测系统-车辆轴荷分布测量装置-车辆制动试验台测力系统-车辆风洞试验测力平台-其他车载多轴力测量设备标准所涉及的传感器类型包括但不限于电阻应变式、压电式、电容式等多种传感原理的多轴力/力矩传感器。2.3标准主要技术内容ISO21612:2021的核心技术内容包括以下几个方面：（1）术语和定义：明确了多轴称重传感器、串扰、额定载荷、校准矩阵等关键术语的标准定义，统一了技术语言。（2）串扰的数学定义：规定了串扰的量化表达式，明确了串扰系数的计算方法，即某一测量轴在指定方向载荷作用下的非预期输出与该方向额定输出之比。（3）试验条件：规定了标准试验环境条件（温度、湿度等）、传感器安装要求、加载装置精度要求以及测量仪器的不确定度要求。（4）试验程序：详细规定了逐轴加载的试验步骤、加载点的位置选择、加载顺序和载荷等级划分等具体操作要求。（5）数据处理与报告：明确了数据处理流程、串扰计算结果的有效数字修约规则，以及试验报告应包含的必备信息。2.4标准的关键技术创新点该标准在技术层面具有以下创新特点：一是建立了标准化的逐轴加载试验程序。针对多轴称重传感器不同测量轴之间的相互影响，设计了系统化的加载序列，确保每个轴的串扰特性能够被独立、准确地评估。二是提出了串扰矩阵的概念框架。通过构建各轴之间的串扰系数矩阵，实现了对传感器整体串扰特性的全面描述，为用户提供了直观、量化的性能指标。三是考虑了实际使用条件。在试验要求中充分考虑了温度变化、偏心加载、载荷速率等实际工程因素对串扰性能的影响，使标准的适用性更为广泛。三、标准编制历程与主要参与单位3.1编制历程概述ISO21612:2021的编制工作历时多年，经历了从提案（NP）到最终出版的完整标准化流程。标准编制工作由德国国家标准化机构（DIN）主导提案，得到了美国、日本、中国、法国等多个成员国的积极响应和参与。在标准编制过程中，起草工作组共召开了多次国际工作会议和多次网络技术研讨会议，对串扰定义、试验方法、数据处理等多个关键技术问题进行了深入讨论和反复验证。工作组还组织了多个实验室间的循环比对试验（Round-RobinTest），对标准草案中规定的试验方法的可行性和重复性进行了实验验证，确保标准规定的试验程序具有良好的可操作性和复现性。经过多轮修改和完善，标准最终于2021年2月顺利发布。3.2主要参与单位介绍在ISO21612:2021的编制过程中，德国联邦物理技术研究院（Physikalisch-TechnischeBundesanstalt,PTB）发挥了核心作用。以下对该机构进行详细介绍：德国联邦物理技术研究院（PTB）是德国国家计量科学研究院，也是国际计量领域最具权威性的研究机构之一。PTB隶属于德国联邦经济事务和能源部，总部位于下萨克森州布伦瑞克市（Braunschweig），并在柏林设有分部。作为国际米制公约框架下的重要成员，PTB负责德国国家计量基准的建立、维护和传递，在力学计量、电学计量、热工计量等多个领域具有世界领先水平。在多轴力传感器计量与测试领域，PTB拥有数十年的技术积累。该研究院设有专业的力量与扭矩计量实验室，配备有高精度多轴力标准机（Multi-componentForceCalibrationMachine,MCFM），能够为多轴力传感器提供最高精度的校准服务。PTB还积极参与欧洲计量研究计划（EMRP）和欧洲计量创新与研究计划（EMPIR）中的多项多轴力传感器研究项目，在多轴传感器串扰机理研究、误差分析和不确定度评定等方面发表了大量高水平学术论文和技术报告。在ISO21612:2021标准制定过程中，PTB的专家团队承担了标准工作组的召集人和技术负责人角色，主导了串扰定义、加载方法设计、数据处理方法等核心内容的研究和起草工作。PTB还组织开展了多轮国际比对试验，验证了标准草案中试验方法的科学性和可行性。正是得益于PTB在精密计量和多轴力传感器领域的深厚技术积淀，该标准在技术严谨性和可操作性方面达到了较高水平。四、标准核心内容解析4.1串扰的定义与量化ISO21612:2021对串扰给出了明确的数学定义。对于一个具有n个测量轴的多轴称重传感器，当仅在第j轴方向施加额定载荷Fj时，第i轴（i≠j）的输出信号与第i轴额定输出Fi之比即为第j轴对第i轴的串扰系数。串扰系数的数学表达式为：Cij=(ΔUi/Uin)×100%其中，Cij为第j轴载荷对第i轴的串扰系数，ΔUi为由第j轴载荷引起的第i轴输出变化量，Uin为第i轴额定载荷对应的满量程输出。标准要求对传感器所有轴对之间的串扰系数进行测定，从而形成完整的串扰矩阵。通常以百分比形式表示串扰系数的允许限值，不同类型和应用场景的传感器具有不同的串扰限值要求。4.2试验装置要求为了确保串扰测定结果的准确性和可重复性，标准对试验装置提出了严格的要求：加载装置：应能够提供稳定的、方向精确的力载荷，加载不确定度应不超过传感器额定载荷的±0.5%。加载装置应具备多轴加载能力，能够分别在各个轴方向独立施加载荷。安装夹具：传感器安装夹具应具有足够的刚度，确保在加载过程中不产生明显的附加变形和寄生载荷。安装面的平面度和粗糙度应符合标准规定的技术要求。数据采集系统：应具有足够的分辨率和采样速率，测量通道的不确定度应不超过传感器满量程输出的±0.1%。环境条件：标准试验应在温度（23±5）℃、相对湿度不大于75%的标准环境条件下进行。若需评估环境因素对串扰的影响，可在其他特定环境条件下补充试验。4.3试验程序标准规定的串扰测定试验程序主要包括以下几个步骤：（1）预加载：正式测量前，应对传感器在全部测量轴方向进行至少三次预加载循环，以消除弹性体内部的残余应力和非线性滞后效应。（2）零位校准：在无载荷状态下记录各轴输出作为零位基准。（3）逐轴加载：沿某一测量轴方向从零逐步加载至额定载荷，通常分为5-10个等间距载荷等级。在每个载荷等级下，记录所有测量轴的输出值。加载、卸载过程应平稳进行，避免冲击载荷。（4）重复测量：每个轴的加载测量应至少重复三次，以评估测量结果的重复性。（5）数据处理：对各轴输出数据进行线性回归分析，计算串扰系数。标准要求对测量结果进行不确定度评定，并报告扩展不确定度。4.4试验报告要求标准对试验报告的内容提出了明确规定，报告至少应包含以下要素：-传感器标识信息（制造商、型号、序列号等）-试验环境条件记录-试验设备描述及校准信息-各轴加载数据记录表-串扰矩阵计算结果-测量不确定度评定报告-结论及合格判定五、标准的意义与应用价值5.1对传感器行业的规范作用ISO21612:2021的发布实施，对于规范多轴称重传感器行业的技术要求和测试方法具有里程碑式的意义。在此之前，各制造商通常依据内部标准或行业惯例进行串扰测定，测试条件、加载方式、数据处理方法各异，导致不同企业所报告的串扰指标缺乏可比性。该标准为行业提供了统一的技术标尺，有效促进了市场公平竞争和技术交流。5.2对车辆安全与智能化发展的支撑作用随着汽车电动化、智能化和网联化进程的加快，多轴称重传感器在整车中的应用不断深化。在自动驾驶系统中，精确的载荷状态信息对于车辆动力学控制策略的制定至关重要；在商用车领域，车轴载荷的实时监测对于防止超载、保障行车安全和优化运输效率具有重要意义。ISO21612:2021为这些高端应用提供了可靠的技术基础，确保传感器在复杂工况下仍能保持良好的测量性能。5.3对国际贸易与技术合作的影响作为一项国际标准，ISO21612:2021为全球范围内的多轴称重传感器贸易提供了统一的技术依据。符合标准要求的产品能够在国际市场获得更广泛的认可，有效降低了因技术指标表述不一致导致的贸易摩擦。同时，该标准也为各国检验检测机构开展多轴传感器性能测评提供了参考方法，促进了国际间的技术合作与结果互认。六、结论与展望ISO21612:2021《道路车辆多轴称重传感器的串扰确定》是国际标准化组织在道路车辆多轴力测量领域发布的一项重要标准。该标准系统规定了多轴称重传感器串扰的术语定义、量化方法、试验条件和试验程序，建立了统一的串扰评价技术框架。标准的发布填补了该领域国际标准的空白，为传感器制造企业的产品设计验证和质量控制提供了明确依据，为用户单位的选型验收和日常管理提供了可靠参考，也为第三方检测机构开展公正、准确的性能评价提供了技术支撑。展望未来，随着多轴称重传感器技术在智能网联汽车、车路协同、自动驾驶等新兴领域的深入应用，对传感器串扰特性的要求将更加严格。ISO21612:2021作为基础性方法标准，其动态化、智能化的延伸应用值得进一步探索。与此同时，标准制定机构还应持续关注新型传感原理（如光纤传感、MEMS谐振式传感等）在串扰特性上的新特征，适时启动标准的修订和扩展工作，以保持标准的技术先进性和适用性。值得关注的是，中国作为全球最大的汽车生产和消费国，在多轴称重传感器领域同样具有重要的产业基础和应用需求。积极推动ISO21612:2021在我国的转化实施，并结合国内产业特点制定相应的国家标准或行业标准，对于提升我国传感器行业整体技术水平和国际竞争力具有重要的战略意义。参考文献[1]ISO21612:2021,Roadvehicles—Crosstalkdeterminationformulti-axislo