CN101363751A - 用于测定行驶中的汽车的载荷的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测定行驶中的汽车(F)的汽车载荷的方法，尤其是汽车(F)的车轮载荷、轴载荷和/或总载荷，其中测量由行驶中的汽车(F)的至少一个车轮(R)作用于道路(S)上的力(f_dyn)，由至少一个动态测量出的力(f_dyn)求出静态的汽车载荷。通过在至少一个力测量的时刻求出正在行驶中的汽车(F)的振动状态，由该振动状态计算出动态测量出的力(f_dyn)的由振动引起的力分量(f_ω)，并通过由动态测量出的力(f_dyn)和由振动引起的力分量(f_ω)计算出动态测量出的力(f_dyn)的静态力分量(f_sta)，并通过由至少一个静态力分量(f_sta)求出汽车载荷，就能够以较高的精度对运动中的汽车(F)测定载荷。本发明还涉及用于实施该方法的装置(10)。

Description

用于测定行驶中的汽车的载荷的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种按权利要求1的前序所述的测定行驶中的汽车的载荷的方法以及一种按权利要求10所述的用于实施这种方法的装置。

背景技术

用于测定汽车的重量已知有称重站，它们必须通过一辆待称重的汽车额外地启动，其中汽车为了进行称重必须停下。这样的称重站例如布置在厂区的驶入或驶出处，以便在驶入和驶出是测定载重卡车的货重。此外称重站还使用在交通检查时，例如检查载重卡车的按规定的装载状况。

然而称重站的缺点是：它们可以根据其结构型式被卡车司机提前识别出并因此会被规避。它们的制造和运行还更加贵。除此之外它们妨碍了交通流。最后所有的卡车都必需驶到称重站，因为事先并不能简单地看出一辆汽车是否按规定地装载或者过装载了。

此外由这个原因还需要求出汽车的重量，而汽车正在行驶中。对此已知有所谓的W1M***(W1M＝运动中称重)，其称重用传感装置在称重站前若干公里就固定设置在道路里，被行驶中的汽车滚压过去，以便从整个交通里做出预选。除了实施遵守重量限定之外，用于道路的研究、用于道路建设和考虑到取决于重量的道路使用费的交通监测的数据采集，都是W1M***的典型的使用范围。

详细地已经了解了许多这样的测量装置，其称重传感装置埋入在道路垫层里而且这些测量装置基于各种不同的测量原理。这在汽车的车轮或者轴驶过时在板状或者条状测量面上压入的载荷可能引起板的具有已知的弯曲应力特性的弯曲、压电晶体的加压、板状电容器的板间隔的移动或者引起可活动的线圈芯在线圈里的移动，其中由所述的作用效果推断出负载的大小。这些测量装置可以作为称重平台或负载单元或者作为两者的组合进行使用。

由专利文件US 4,560,016已知了用于测量行驶中的汽车重量的一种方法和装置。测量装置具有橡皮垫，有光导体埋入在橡皮垫里，沿着光导体布置了许多微弯曲的固定装置。滚压橡皮垫的汽车轮的力挤压固定装置，因而在光导体的这个位置上由于转向而出现了光损失。由对在光导体的一端输入的和在另一端输出的光进行的测量，计算出受到载荷作用所限制的光损失。通过标定则可以求出各个车轮载荷或轴载荷并因此求出汽车的总载荷。

欧洲专利文献DE 690 03 784 T2公开了用于称重一辆运动中汽车的量器。它包括有要固定在地平面以下的路基上的、在运动的汽车的行程中的基底和用于接受运动中汽车的车轮的平台。在基底和平台之间设有载荷单元装置用于输出信号，这些信号指示出由车轮施加在平台上的载荷。在平台和基底之间联接了优选通过至少一个转臂或者弯曲横梁构成的装置，该装置在它们之间加初始载荷或者预紧力，并且允许在垂直方向上相对运动，但抵抗了在水平方向上的相对运动。

已知的称重装置有以下缺点：它们与固定式的汽车称相比相对来说不够准确。尤其是对装置的标定，以从动态的载荷信息中得到静态载荷时存在着问题。

发明内容

因而本发明的任务是提出一种开头所列型式的方法和装置，用它们就可以以较高的精度对运动中的汽车进行载荷测定。

涉及方法的任务部分按照本发明由一种用于测定行驶中的汽车的汽车载荷的属于此类的方法来解决，在这方法中实施这些在权利要求1的特征部分中所说明的步骤。本发明由此出发：在测量行驶中的汽车的车轮重量和车轴重量时，给称重传感器施加上汽车的弹簧质量减震***的各种不同的动态效应和汽车的固有值。汽车质量、弹性元件和减震器与道路之间的持久的能量交换，尤其是在道路不平和汽车元素中有不平衡时，就引起了动态的力分量，这个分量迭加于静态的汽车载荷。因此按照本发明，在至少一个力测量的时刻求出行驶中的汽车的振动状态。由这个振动状态计算出动态测量出的力的由受振动引起的力分量，由此可以推断出动态测量出的力的静态力分量。由此最后求出所要测定的汽车载荷，也就是汽车的车轮载荷、轴载荷或者总载荷。因此可以改善测量精度10％至20％。

在按照本发明的方法的一种有利实施形式中，通过对行驶中的汽车拍摄系列数码图像来求得振动状态。图像序列允许对由于行驶而引起振动的汽车进行时间上的观察，以求出在一定条件下迭加起来的汽车振动的振幅和振动持续时间。通过提供这些数码形式的图像信息，就可以采用计算机辅助的分析处理方法。

在按照本发明的方法的一种特别的设计方案中，对具有显著特征的汽车元素的振动运动所摄制的图像进行分析处理。由振动的汽车元素相对于汽车在其上面运动的道路的轨迹线，可以推断出汽车在进行力测量的时刻所处的振动阶段。为了观察轨迹线，对于可以优选自动地在数码图片上可以找到的有显著特征的汽车元素进行跟踪。

优选应用汽车车身中的有显著特征的点作为汽车元素。汽车的驾驶室或汽车挂车的轴角或者边棱，也还有在它们上面的文字都可以良好地借助于数码图像的分析处理来识别并确定其位置。

与此备选地或者附加地应用汽车车轮的中点作为汽车元素。车轮中点与汽车车身相比在行驶中的振动运动不太突出明显并因此可以用作为其它有显著特征的元素的参照点。

在一种按照本发明的方法的有利设计方案中，由求出的振动状态和动态测量出的力按照汽车的振动模型确定汽车的静态力分量。振动模型例如从载重卡车各自的制造厂商处得知。由所观察到的振动特征可以根据配属于所给定的汽车类型的振动模型推断出在给定时刻的振动状态。

在按照本发明的方法的另外一种有利设计方案中，由求出的振动状态和动态测量出的力按照神经网络来确定静态力分量。神经网络可以根据已拍摄的图像匹配于要接着实施的静止不动的静态载荷测量。

在按照本发明的方法的一种优选的实施形式中，以预先规定的间隔重复进行动态的力测量。通过与图像的多次权衡比对，可以对作为基础的振动模型或神经网络进行检验，因为一般来说每一次都求出不同的振动状态。因此改善了载荷测定方法的精度。

在按照本发明的方法的另一种有利的设计方案中，在进行力测量时测量汽车的速度并将此考虑用于计算静态的力分量。汽车的动态运动状态，尤其是振动振幅的大小，很大程度上取决于汽车的速度。因此在确定静态力分量时考虑到振动状态和汽车速度可以得出更准确的结果。

上述速度优选由拍摄的系列数码图像来求出。由汽车的有显著特征的长度或者面积的大小随着时间的变化可以在已知摄像设备相对汽车的取向时推断出汽车的速度。因此就省去了用于单独分开的速度传感装置的费用。备选地但也可以借助于称重传感装置和/或雷达探测器和/或激光探测器来测量汽车速度。

涉及到装置的任务部分通过一种具有权利要求10的特征部分的特征的属于此类的装置来解决。

附图说明

按照本发明的装置和方法的性能和优点可见实施例，对于该实施例在下面根据附图要作详细说明，在其唯一的附图中简略表示出了一种按照本发明的装置。

具体实施方式

按附图所示，装置10为了测定行驶着的汽车F的汽车载荷具有称重传感装置20用来进行动态的力测量，还具有检测装置用于求出振动状态，以及具有分析处理装置40用于由求出的振动状态和动态测量出的力f_dyn求出静态的汽车载荷。

称重传感装置20设计成埋入在道路8表面里的称重板传感器或者压电传感器，当汽车F驶过它们时，测量通过汽车F的轴的单个车轮R或者一组车轮作用在称重传感装置20的测量面上的力f_dyn。动态的测量力f_dyn具有静态力分量f_sta和由振动引起的力分量f_ω，其中静态力分量f_sta取决于汽车F的自重和载荷，而由振动引起的力分量f_ω归因于行驶中的汽车F的汽车振动。按照本发明计算出由振动引起的力分量f_ω，并由此算出静态力分量f_sta，从而求出相应所要的汽车载荷。

为此检测装置具有一个或者多个摄像机30，它或它们布置在道路S的侧面或者之上，从而在汽车驶过称重传感装置20时以及在此之前和必要时在此之后对汽车F的振动运动进行摄象。汽车F的振动运动，例如具有牵引车和挂车的载重卡车的振动运动，由多种不同效应的叠加而形成。因此轮胎表面的高频振动、轮胎、轮子和传动系中的不平衡、轴组中的振动、整个汽车或汽车部件的摆动、点头运动、侧滑运动和升降运动、装载载荷的波动和侧风效应，分别通过与弹性***中所存储能量的能量交换实现耦合，从而都对此起到了作用。这受到以下方面的影响：道路S表面的质量和路基的稳定性、测量点的特性-也就是说道路S的驶入和驶出部位的平整度以及道路S的水平和垂直的倾斜-汽车司机的驾驶特性-也就是说汽车的制动、加速、转向运动和状态-以及汽车的状态，例如弹性***和减震***、车轮和轮胎的不平衡和装载货物的种类。

检测装置附带地具有雷达探测器31，借助于它可以测量汽车F在力测量位置处的速度V。此外未示出的激光探测器以及同样也未示出的超声波探测器可以布置在测量位置上，它们用于朝着汽车F或者在汽车F上进行时间间隔的测量。

检测装置30、31将其数据传输给分析处理装置40，该装置包括有计算单元41，存储单元42以及输出单元43。从摄像机30传输过来的图像数据bi按照一种本身就已知的振动模型m和/或一种神经网络n进行分析处理，这些模型和神经网络都寄存在存储单元42里。在图像序列bi上，对于有显著特征的汽车元素，例如汽车车身A上有显著特征的点p和/或汽车车轮R的中点M，进行跟踪，并在力测量的时刻由振动运动求出汽车F的振动状态。相应根据振动模型m或者神经网络n，这里也考虑了所测量的汽车速度v以及其它的间隔测量值。由动态测量出的力f_dyn和求出的振动状态可以通过计算单元41求出由振动引起的力分量f_ω。通过这个由振动引起的力分量f_ω也确定了动态测量出的力f_dyn的静态力分量f_sta，并因此确定了所要测定的车轮载荷或轴载荷。由此但也可以求出汽车F的总载荷并为监视人员显示于分析处理装置40的设计成显示屏的输出单元43上。

总之，按照本发明的方法或用于实施此方法的装置可以用来对汽车重量或轴载荷进行比以前对作用于道路S上的力所进行的单独测量更为准确的测定。因此可以应用于需要更高测量精度的应用场合，例如过载的全自动惩罚或者自动、可靠地检测用于以重量为基准的收费方法的实际汽车重量。此外通过使用附加的传感装置，在一定情况下可以不必再将许多称重传感器费事而且费钱地装入到道路表面里去，因此除了提高了测量精度，也在一种按照本发明的***的设置和维护时实现了成本方面的优点。

Claims (12)

1.测定行驶中的汽车(F)的汽车载荷的方法，尤其是汽车(F)的车轮载荷、轴载荷和/或总载荷，其中测量由行驶中的汽车(F)的至少一个车轮(R)作用于道路(S)上的力(f_dyn)，其中由至少一个动态测量出的力(f_dyn)求出静态的汽车载荷，其特征在于，在至少一个力测量的时刻求出行驶中的汽车(F)的振动状态；由上述振动状态计算出动态测量出的力(f_dyn)的由振动引起的力分量(f_ω)；由动态测量出的力(f_dyn)和由振动引起的力分量(f_ω)计算出动态测量出的力(f_dyn)的静态力分量(f_sta)；并且由至少一个静态力分量(f_sta)求出汽车载荷。

2.按权利要求1所述的方法，其中通过对行驶中的汽车(F)拍摄系列数码图像(bi)求出所述振动状态。

3.按权利要求2所述的方法，其中对具有显著特征的汽车元素的振动运动的所摄图像(bi)进行分析处理。

4.按权利要求3所述的方法，其中应用汽车车身(A)上的有显著特征的点(P)作为汽车元素。

5.按权利要求3所述的方法，其中应用汽车车轮(R)的中点(M)作为汽车元素。

6.按权利要求1至5中之一所述的方法，其中由求出的振动状态和动态测量出的力(f_dyn)根据汽车(F)的振动模型(m)来确定出静态力分量(f_sta)。

7.按权利要求1至6中之一所述的方法，其中求出的振动状态和动态测量出的力(f_dyn)按照神经网络(n)来确定出静态力分量(f_sta)。

8.按权利要求1至7中之一所述的方法，其中以预先规定的间隔重复进行动态的力测量。

9.按权利要求1至8中之一所述的方法，其中在进行力测量的时刻测量出汽车(F)的速度(v)，并将该速度考虑用于计算静态力分量(f_sta)。

10.按权利要求9所述的方法，其中由所摄的系列数码图像(bi)求出所述速度(V)。

11.用于实施按权利要求1至10中之一所述方法的装置(10)，具有称重传感装置(20)，用于动态测量由行驶中的汽车(F)作用于道路(S)上的力(f_dyn)，还具有分析处理装置(40)，用于由动态测量出的力(f_dyn)求出静态的汽车载荷，其特征在于检测装置(30，31)，用于在至少一个力测量的时刻求出正在行驶的汽车(F)的振动状态，其中分析处理装置(40)如此构造，使得能够从求出的振动状态计算出动态测量出的力(f_dyn)的由振动引起的力分量(f_ω)，并能够从动态测量出的力(f_dyn)和由振动引起的力分量(f_ω)计算出动态测量出的力(f_dyn)的静态力分量(f_sta)，并能够从至少一个静态力分量(f_sta)求出汽车载荷。

12.按权利要求11所述的装置(10)，其中所述检测装置具有摄像机(30)，用对行驶中的汽车(F)拍摄系列数码图像(bi)。

Images