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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ermittlung der gesamten Radach- senzahl einschliesslich vom Boden hochgehobener Radachsen von Kraftfahrzeugen.
Die Anzahl der Radachsen eines Kraftfahrzeuges ist ein mögliches Bewertungskriterium für die Fahrzeugklassifizierung. Ein typisches Anwendungsfeld dafür ist die Ermittlung von Tarifstufen zur Mauteinhebung.
Derzeit gibt es verschiedene Verfahren, die eine Zählung von nicht-hochgehobenen, d. h. am Boden laufenden Radachsen eines Fahrzeuges ermöglichen. Beispiele sind der Einsatz von Induk- tionsschleifen und/oder Drucksensoren in der Fahrbahn. Ein weiteres Achszählverfahren ist aus dem US Patent Nr. 5,896,190 bekannt, worin ein Laser-Scanner mit zwei Messebenen beschrieben wird, der als Option auch die Möglichkeit der Achszählung bietet. Mit all diesen bekannten Verfah- ren ist nur eine Erkennung und Zählung der am Boden laufenden Radachsen möglich.
Zahlreiche Lastfahrzeuge bieten aber die Möglichkeit, Radachsen vom Boden abzuheben (sog.
"Liftachsen"), sodass eine Bewertung von Fahrzeugen ohne die Berücksichtigung von Liftachsen dazu führen kann, dass durch temporäres Anheben von Achsen im Klassifizierungsbereich eine günstigere Tarifklasse erreicht wird.
Um derartige Möglichkeiten zu unterbinden, wird nach zuverlässigen Möglichkeiten gesucht, eine automatisierte Zählung sowohl von normalen als auch von hochgehobenen Achsen durchzu- führen. Ein Kernproblem bei der praktischen Umsetzung liegt darin, dass sich in jenen Bereichen, wo sich Räder von Liftachsen befinden können, oftmals auch andere Anbauten unbekannter Geo- metrie mit nicht bekannten Materialeigenschaften befinden.
Für die dreidimensionale Vermessung von Fahrzeugen im Strassenverkehr spielen Laser- Scanner mittlerweile eine bedeutende Rolle. Dabei erfolgt die Abtastung in aller Regel quer zur Fahrtrichtung in einer definierten Messebene, sodass weitere Massnahmen erforderlich sind, um eine korrekte Skalierung abgetasteter Fahrzeuge in Fahrtrichtung zu bestimmen. Dabei begnügt man sich mit einer einmaligen Feststellung der Fahrgeschwindigkeit, sodass eine korrekte 3D-Rekonstruktion des passierenden Fahrzeuges nur unter der Voraussetzung einer konstanten Geschwindigkeit möglich ist.
Die Erfindung setzt sich zum Ziel, ein Verfahren zur Ermittlung der gesamten Radachsenzahl einschliesslich vom Boden hochgehobener Radachsen von Kraftfahrzeugen zu schaffen, mit dem eine zuverlässige Zählung auch der hochgehobenen Radachsen bei beliebigen, zeitabhängig veränderlichen Fahrzeuggeschwindigkeiten der passierenden Fahrzeuge möglich ist.
Dieses Ziel wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass die Messdaten eines neben einer Fahrspur angebrachten und in einer Ebene abtastenden Laser-Scanners zeitbezogen ermittelt werden, dass mit Hilfe einer Sensorik zur Detektion und Verfolgung der am Boden laufenden Radachsen ein zeitbezogenes Geschwindigkeitsprofil des den Laser-Scanner passierenden Kraftfahrzeuges erstellt wird, und dass aus den Messdaten durch zeitliches Beziehen auf das Geschwindigkeitsprofil eine ortsbe- richtigte Rekonstruktion des passierenden Kraftfahrzeuges ermittelt wird, aus welcher die gesamte Radachsenzahl anhand der Erkennung typischer Radgeometrien bestimmt wird.
Die Erfindung schafft somit ein multisensorielles Verfahren, wobei ein Laser-Scanner für die geometrische Vermessung eines Fahrzeuges in einer Messebene, die in einem zweckmässigen Fall normal zur Fahrtrichtung gewählt wird, eingesetzt wird. Das örtliche Auflösungsvermögen der Sensorik wird zweckmässigerweise so ausgelegt, dass damit eine örtliche Zuordenbarkeit von Ein- gangsdaten des Laser-Scanners in dem Ausmass gegeben ist, dass typisch vorliegende Radgeo- metrien aufgrund der Ortsinformation von übrigen Objekten abweichender Geometrie zuverlässig unterschieden werden können.
Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen angeführt. Für die Ortsmessung können beispielsweise bevorzugt Drucksensoren in die Fahrbahn eingebracht werden. Sobald an einem Sensor ein Rad detektiert wird, ist es anhand der weiteren zeitlichen Abfolge der Sensorsig- nale möglich, eine örtliche Zuordnung des Fahrzeuges relativ zum Laser-Scanner vorzunehmen.
Damit wird auch die Möglichkeit geschaffen, die Fahrtrichtung zu erkennen und daraus resultieren- de Fehlzählungen auszuschliessen.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung erlauben insbesondere auch die Erkennung ei- nes zusammenhängenden Fahrzeuges, das Erkennen von Anhängedeichseln sowie von Fahr-
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zeuganfang und Fahrzeugende. Insbesondere an einspurigen Fahrbahnen ist es auch möglich, durch weitere, örtlich getrennte Sensoren in der Fahrbahn eine zuverlässige Fahrzeugdetektion und -verfolgung zu realisieren. Dies geschieht, indem an Detektionsbereichen jeweils wenigstens ein Sensorpaar installiert wird, sodass bei unbeeinträchtigter Sensorfunktion die Fahrtrichtung erkannt und entsprechende Zählfehler unterbunden werden können. Die Installation zusätzlicher Sensoren verbessert bei gleichbleibendem Funktionsprinzip auch die Gesamtzuverlässigkeit.
Eine ausführliche Erläuterung der Erfindung sowie deren technischer Vorteile geht aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den zugehörigen Zeichnungen hervor. In den Zeichnungen zeigt:
Fig. 1 ein Realisierungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 ein Geschwindigkeitsprofil sowie ein zugehöriges Zeit/Wegdiagramm für Stop/Go- Verkehr, und
Fig. 3 anschaulich die Problematik bei zeitvarianter Geschwindigkeitsverteilung.
Fig. 1 zeigt ein Beispiel für eine vorteilhafte Realisierung der Erfindung. Im vorliegenden Bei- spiel werden zur Ortsmessung insgesamt acht Druck-Sensoren (1) in die Fahrspur eingebracht, eine Installation erfolgt also nur in einem solchen Umgebungsbereich um nicht angehobene Rad- achsen, in dem sich der Suchbereich für hochgehobene Radachsen befinden soll. Damit wird erreicht, dass die Fahrbahn nur im erforderlichen Ausmass mit Sensorik ausgestattet wird.
In einer vorteilhaften Form sind die Sensoren (1) so in die Fahrbahn eingebracht, dass stets nur ein Rad (bzw. ein Zwillingsreifen) einen Sensor (1) belegt. Auf diese Weise können zusätzliche Unschärfen zufolge schräg passierender Fahrzeuge unterbunden werden.
Ein in einer Ebene abtastender Laser-Scanner (2) wird so am Fahrbahnrand angebracht, dass bei einem günstigen Blickwinkel auf den unteren Fahrzeugbereich (3) ein hinreichender Schutz vor Verschmutzung gewährleistet ist. Der Messbereich (4) ist so ausgelegt, dass Anhängedeichseln (5) in den Beobachtungsbereich des Scanners (2) fallen. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass Fahrzeuganfang und-ende zuverlässig detektiert werden können.
Mögliche Anbauten am Unterboden des Fahrzeuges (6), (7) stellen wesentliche Herausforde- rungen an die Messtechnik dar. Insbesondere der eingezeichnete Anbauteil (7) verdeutlicht einen Vorteil der vorliegenden Erfindung : Bei einer einmaligen Geschwindigkeitsmessung, besonders bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten, könnten an sich beliebig grosse Verzerrungen sowohl eines hochgehobenen Rades (8) als auch der Anbauten (6), (7) auftreten.
Im Gegensatz dazu liegt bei der Erfindung die örtliche Unsicherheit im Bereich der gewählten Schrittweite (9) der Druck- Sensoren (1). Anhand der Reihenfolge der Belegung der Druck-Sensoren (1) kann geprüft werden, ob die Fahrtrichtung der vorgeschriebenen Fahrtrichtung (10), entspricht, sodass Zählfelder, die von einem Wechsel der Fahrtrichtung herrühren, grundsätzlich ausgeschlossen werden können.
Nachgelagerte Druck-Sensoren (11) reichen bei einspurigen Fahrbahnen aus, um eine der Klassifizierung nachgelagerte Fahrzeugverfolgung durchzuführen, sodass auf einen zusätzlichen Sensor zur Feststellung von Fahrzeuganfang und-ende verzichtet werden kann.
Im angeführten Beispiel sind die Druck-Sensoren (1), (11) über eine Anpasselektronik (12) mit einer Laser-Auswerteeinheit (13) verbunden, die eine Auswertung der Sensordaten übernimmt.
Ausgewählte Ereignisse, wie beispielsweise die Detektion einer Fahrzeugfront durch den Laser- Scanner, die Zählung einer weiteren Achse oder der Austritt eines Fahrzeuges aus dem Detekti- onsbereich, werden bei Bedarf direkt an einem Ausgang (14) in geeigneter Weise bereitgestellt, sodass weitere, externe Prozessschritte initiiert werden können.
Eine Erweiterungsmöglichkeit ist auch die Anordnung eines weiteren Laser-Scanners (15), so- dass zur Achszählung auch Symmetriebedingungen, also das gleichzeitige Detektieren von hoch- gehobenen Rädern an beiden Fahrzeugseiten, bewertet werden können. Diese Anordnung ermög- licht gleichermassen auch die Feststellung der Fahrzeugbreite, indem der bekannte horizontale Abstand der beiden Laser-Scanner (2) und (15) zugrundegelegt wird.
Im vorliegenden Fall ist durch die Schraffierung höhergelegener Fahrzeugbereiche angedeutet, dass bei der gewählten Anordnung lediglich der untere Fahrzeugbereich beobachtet wird. Durch eine geeignete Wahl des Sichtbereiches besteht allerdings die Möglichkeit, den Beobachtungsbe- reich so zu wählen, dass das Fahrzeug, oder wenigstens bestimmte Fahrzeugtypen niedriger Bau- höhe, über die gesamte Bauhöhe abgetastet werden, sodass als weiteres Merkmal eine Höhenbe- stimmung, sei es die maximale Höhe oder aber die Höhe an einer Referenzposition, etwa über der
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Vorderachse, bereitgestellt werden kann.
In einer weiteren Realisierungvariante der Erfindung wird der Laser-Scanner (2) dergestalt in- stalliert, dass die Messebene nicht orthogonal zur Fahrtrichtung gewählt wird, sondern dass die Messebene zwar vertikal, jedoch in einer der Fahrtrichtung (10) in einem definierten Winkel entge- gengerichteten Lage verlegt wird, sodass die Front eines passierenden Fahrzeuges erkannt wird.
Auf diese Weise besteht, wenn auch unter geringeren Genauigkeitsansprüchen, die Möglichkeit, auch ohne zweiten Sensor (15) die Breite des passierenden Fahrzeuges zu ermitteln.
Fig. 2a zeigt ein Beispiel für einen zeitabhängigen Geschwindigkeitsverlauf und Fig. 2b das zu- gehörige Zeit/Weg-Diagramm. Anhand dieser Geschwindigkeitskonstellation wird in Fig. 3 für das Fahrzeug aus Fig. 1 dargestellt, dass auf Basis einer einmaligen Geschwindigkeitsmessung die Erkennung von hochgehobenen Radachsen unter den getroffenen Voraussetzungen praktisch kaum möglich wäre, denn die Zugrundelegung eines einmalig bestimmten Geschwindigkeitswertes würde zu beliebig grossen Skalierungsfehlern (16) führen. Demgegenüber ist bei dem erfindungs- gemässen Verfahren der Radverfolgung zur Ortsmessung sichergestellt, dass mit einer solchen Genauigkeit bekannte Stützstellen (17) vorliegen, dass auf die Radgeometrie zurückgeschlossen werden kann.