CN102834700B - 校准wim传感器的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种对安装在道路（1）中的WIM（动态称重）传感器（2）进行校准的方法，WIM传感器适用于在车辆（3）经过WIM传感器时确定车辆（3）的动态和/或静态重量。根据本发明，使装备有至少一个测量轮（4）的校准车辆（3）经过WIM传感器（2）。在行驶期间，在该测量轮（4）上根据时间或位置直接测量作用于道路（1）和WIM传感器（2）上的动态车轮力（5），并传输到分析单元（7）。同时在WIM传感器（2）上测量WIM信号数据（6）并传输到分析单元（7）。使车轮力数据（5）与WIM信号数据（6）同步，并通过比较车轮力数据（5）和WIM信号数据（6）来确定校准函数（8），用于对WIM传感器进行校准。
Description
技术领域
本发明涉及一种对安装在道路中的WIM（动态称重）传感器进行校准的方法，WIM传感器适用于在车辆经过WIM传感器时确定车辆的动态和/或静态重量。
背景技术
典型的WIM***包括两个用于对车辆进行分类的感应线圈以及两排彼此间隔大约4m、安装在道路中的WIM传感器。WIM传感器采集由于车辆通过各个车轮传递到道路上或者说传递到传感器上的负荷的信号。最终利用所确定的校准因子或校准函数将这些信号换算成静态或动态负荷。已经证实：动态负荷相对于静态负荷可能会有所偏差，动态负荷主要受到车辆的空气动力学及其弹簧状态的限制。为了确定车辆的重量，需要最终将所确定的隶属于车辆的所有车轮的各个负荷进行合计。这同样适用于具有拖车的车辆。为了提高准确性，有时候需要相继安装多个这样的WIM***并对所确定的测量值进行分析。
WIM传感器被尽可能地安装在平直的路段上，在那里车辆可以在尽可能安静行驶的情况下经过WIM传感器。车辆尤其不应该由于弯道、上坡路或下坡路或者颠簸不平的地区而摇摆，因为这会使测量不准确。
测量数据被传送到通常安放在位于路边的箱柜中的WIM分析单元。然后从那里通过导线或发射天线将测量数据传送到监测站，监测站的工作人员将在例如超过所允许的重量时采取必要的措施。测量数据首先还给出对作用于道路上的负荷的说明，以便能够在发生较大的损害之前及时进行例如覆盖处理（Belagsarbeiten）。
在专利文献DE 10115490中描述了对用于轨道车辆的过秤装置的校正。为此需要静态、准确地称重参考车辆，参考车辆在每个车轮上都配备有车辆配重装置最后使参考车辆通过过秤装置。过秤装置由具有集成的测量路段（Messstrecken）的轨道段组成，在测量路段中可以动态采集负荷并将其传输到分析单元。最终对比在参考车辆上静态确定的重量与动态确定的轨道负荷，以实现校正。如前所述，在这里也可以通过静态负荷校准动态负荷。在此也会出现由于车辆的空气动力学及其弹簧状态造成的偏差。
为了能够可靠地确定在车辆经过时车辆的重量，必须时常对WIM传感器重新进行校准。当前这种校准是通过静态称重后的载重货车实现的。载重车10到70次地经过待校准的测量点，以获得相对于随机波动的统计安全性。这种波动通常源自于车辆的弹性特性。
这种过程是非常复杂、昂贵的，并且对于每个WIM测量点需要大约每年进行一次。
发明内容
本发明的目的在于提出一种新的校准方法，该方法执行简单、快速，并具有比现有已知的方法更高的精度。此外，该方法还检验位于传感器之前的行驶路段的质量，因为其与测量精度有直接的关系。
本发明的目的通过根据本发明的用于对安装在道路中的WIM传感器进行校准的方法得以实现。本发明的思想在于，使装备有至少一个测量轮的校准车辆通过WIM传感器。在行驶期间，在测量轮上直接测量与时间和位置相关的作用于道路和WIM传感器上的动态车轮力。所确定的车轮力数据最终被传输到分析单元。此外，在校准车辆经过时同时检测WIM传感器上的WIM信号数据并传输到分析单元。在此过程中，最终使车轮力数据与WIM信号数据同步。通过对车轮力数据与WIM信号数据进行对比，确定校准函数，其最终被用于对WIM传感器的校准。
该方法能够仅在一次通过之后就实现对WIM传感器的校准。
附图说明
下面根据附图对本发明做详细说明。其中：
图1示出了根据本发明的校准车辆在通过WIM传感器之前的示意图；
图2示意性示出了（a）动态车轮力数据，（b）WIM信号数据，（c）静态车轮力数据和（d）校准函数。
具体实施方式
图1示出了其中安装有WIM（动态称重）传感器2的道路1，WIM传感器2与WIM分析单元9相连接。在道路1上示出了校准车辆3，在此为载重车。箭头方向为校准车辆3的行驶方向。
WIM传感器2在车辆3通过时测量车辆3的各个动态信号S，即与时间相关的WIM信号数据6。在测量之后将WIM信号数据6传输到WIM分析单元9，在那里在需要时对WIM信号数据6进行放大、分析和/或以其他的方式进行处理。
校准车辆3的至少一个车轮配备有测量轮4，其使得能够在行驶期间分别确定各个作用于道路上和作用于WIM传感器上的动态车轮力。对车轮力数据5可以与时间或位置相关地进行测量。该数据5也可以被放大、分析和/或以其他的方式进行处理。
WIM信号数据6和车轮力数据5这两个数据组被传递到校准-分析单元7。分析单元7可以位于校准车辆3中或位于静止的装置中。在分析单元7中使这两个数据组5、6同步。最后通过对比这两个数据组5、6来确定用于校准WIM传感器的校准函数8。附加地还可以在确定校准函数8时引入其他数据。这些数据特别可以是修正系数（Korrekturfaktoren），其考虑到动态车轮力和静态车轮力之间的差异。这种修正系数例如可以根据经验值确定，或者根据有效测得的测量轮4的静态车轮力确定。
测量轮是旋转的车轮力测力器，并构成由测量单元（Messzellen）和轮缘及轮彀侧的自适应装置（Adaption）组成的单元，该单元本身是刚性的。该单元本身随轮彀一起转动，测量数据的传送或者通过遥测装置，或者通过滑环（Schleifring）实现。测量轮直接且非常精确地测量所发生的力，这是对WIM传感器进行校准不可或缺的先决条件。一般情况下，校准仪器必须具有如待校准的测量工具一样的明显更高的精度。
替代利用测量轮直接测量车轮力，还可以例如间接地通过车胎压力测量来推断出车轮力。但是这将无法实现上述校准所需要的精度。其他的选择包括轮彀测量装置或轴变形测量装置，但它们必须被安装在车辆一侧。这使得校准车辆在可以被使用之前，必须总是对校准车辆本身进行校准。而在使用测量轮的情况下，只需要对测量轮本身进行校准。然后可以将测量轮安装在与其大小相适应的车辆上，并能够立即提供高精度的数据。因此，WIM传感器可以通过各种车辆或各种拖车根据负荷进行校准，其中，只需要改装测量轮。
如图2所示，在（a）中示出了动态车轮力数据5，在（b）中示出了WIM信号数据6。动态车轮力数据5给出与时间或位置相关的车轮力函数，这些动态车轮力数据5是在车辆通过之前、通过期间和通过之后在WIM传感器2上测得的。数值Fd基本上是恒定的，但会有一些由于路面以及与车辆的空气动力学相关的不同的风力条件一起造成的小的波动。在接收车轮力数据5的同时还接收GPS信号并将其存储起来，该GPS信号提供测量轮4的各准确位置，或者提供所确定的所有车轮力数据5的相应的准确时间。
同样的GPS信号也伴随WIM信号数据6被接收并被保存。在图2（b）中WIM信号S始终与时间相关，并且除了在车辆通过期间之外总是为零。在车辆通过期间，负荷快速上升至最大值，并在车轮离开之后重新回到零。
在同步期间，一方面可以在检测两个测量数据组5、6的同时一起检测GPS时间信号，然后确定测量轮4通过WIM传感器2的时间点t0。在细长的WIM传感器2的情况下，WIM测量信号S例如在该时间点t0时是最大的。然后在同步时相应地确定动态车轮力Fd，其可以在时间点t0时被确定。
另一方面，为了同步可以与对动态车轮力数据Fd的检测一起同时检测测量轮4的相应GPS位置信号。此外，检测静止的WIM传感器2的GPS位置信号。最终在静止的WIM传感器2接收到同样的GPS位置信号的位置上测得的车轮力数据Fd被相应地用于进行校准。该车轮力数据Fd同样在通过的时间点t0时通过WIM传感器2精确地测得。
最终，通过比较在通过WIM传感器2时测得的动态车轮力Fd和在WIM传感器2上测得的、由测量轮引起的信号S可以确定校准函数8。其结果是校准值C，校准值C可以是常数值或者是函数（例如负荷的函数）。在图2（d）中示出了作为负荷的函数的可能的校准值C。
在图2（c）中最终给出了测量轮4的静态车轮力11。该静态车轮力11是标量值（skalare Wert）Fs，并且可以在静态下例如通过秤或者通过测量轮本身来确定。
动态车轮力Fd和静态车轮力Fs之间的差可能例如是由车辆的空气动力学所造成的。在在校准数据C中考虑这种差异的情况下，可以根据WIM信号测量推断出车辆3的静态负荷。这在要确定超载的车辆3时是非常重要的。但是，当例如为了明确维修需求而需要确定道路的总负荷时，更感兴趣的是动态负荷。为了能够同时推断出静态负荷和动态负荷，还可以导出两个校准函数，然后相应地使用它们。
所确定的数据组5、6、11可以相应地存储在校准车辆3中或者存储在WIM分析单元9中，并在以后传送到最终对数据组5、6、11进行分析的、共同的分析单元7中。但是更适宜的是在通过期间或在通过之后立即将数据组5、6、11一起进行传输，其中，数据组5、6中的至少一个被非接触式地（berührungslos）传递到分析单元7。当分析单元位于校准车辆3中时，必须将WIM信号数据非接触式地传递到校准车辆3中。在确定校准函数8之后，优选可以将校准函数8同样非接触式地传递到WIM分析单元9中，以在那里用于以后的测量。
试验证明：位于WIM传感器之前的驶入路段1的质量对于WIM传感器6的测量精度更加重要。道路上的坑洞或不平能使车辆3摇摆并极大地影响测量结果。因此希望能够对驶入路段的道路状态作出判断。已经证实：为此目的在校准车辆3上确定与道路状态有关的附加数据是非常有帮助的。这些附加的数据例如可以通过测量轮4来确定，或者通过安装在校准车辆3上的附加传感器10来确定。这些附加的传感器例如特别是测距仪、加速度传感器和/或弹性位移测量传感器。它们可以确定驶入的安静、均匀并在垂直方向上无加速度的程度。当确定出现不均匀时可以采取相应的措施，例如路面覆盖的工作。
已经证实：根据本发明的校准方法与传统方法相比更加简单、快捷和便宜。通常情况下有一到两次测量就足够了。当外部条件（例如车辙）影响到测量时，在大多数情况下须重复进行这种测量。这表示：与驶入时的数据相比，车轮力5在通过WIM传感器的时间点上会出现不成比例的提高。
附图标记列表
1 道路
2 WIM传感器（动态称重传感器）
3 车辆，校准车辆
4 测量轮
5 车轮力数据Fd
6 WIM信号数据S
7 分析单元，校准-分析单元
8 校准函数，校准数据C
9 WIM分析单元
10 其他传感器
11 静态车轮力Fs。
Claims (7)
1.一种用于对安装在道路（1）中的动态称重传感器（2）进行校准的方法，该动态称重传感器（2）适用于在车辆（3）经过所述动态称重传感器（2）时确定该车辆（3）的动态和/或静态重量，其特征在于，使装备有至少一个测量轮（4）的校准车辆（3）通过所述动态称重传感器（2），所述测量轮（4）是随轮彀一起转动的旋转的车轮力测力器，其中，在行驶期间，根据时间或位置在所述测量轮（4）上直接测量作用于道路（1）和所述动态称重传感器（2）上的动态车轮力，并将该测得的车轮力数据（5）传输到分析单元（7），在所述校准车辆（3）经过时在所述动态称重传感器（2）上测量动态称重信号数据（6）并将其传输到所述分析单元（7），使所述车轮力数据（5）与所述动态称重信号数据（6）同步，并根据对所述车轮力数据（5）与所述动态称重信号数据（6）的比较确定出校准函数（8）并用于对所述动态称重传感器（2）进行校准。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述测量轮（4）在道路（1）上的静态车轮力R，并将其用在对校准函数（8）的确定中。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述同步借助于接收的GPS时间和/或GPS位置实现。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述车轮力数据（5）和/或所述动态称重信号数据（6）以无接触方式传送到所述分析单元（7）。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述校准车辆（3）上在通过所述动态称重传感器（2）之前的区域中确定与道路状态相关的附加数据。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，利用所述测量轮（4）或利用附加地安装在所述校准车辆（3）上的传感器（10）来确定所述附加数据。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述附加地安装在所述校准车辆（3）上的传感器（10）是测距仪、加速度传感器和/或弹性位移测量传感器。
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