CN113544474B - Wim传感器的校准和位置选择以及wim传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于生成WIM传感器(7)的校准函数(C)的方法；该WIM传感器(7)布置在道路(1)中；该WIM传感器(7)测量施加在道路(1)的表面上的车轮力；其中，记录道路(1)的道路轮廓(2)；其中，通过模拟(102)确定车轮力(F9)；其中，对于在步骤a)中记录的道路轮廓(2)的至少一个位置(P)，通过模拟(102)确定车轮力(F9)对道路轮廓(2)的依赖性；并且其中，所述依赖性用于使道路轮廓(2)对WIM传感器(7)所测量的车轮力(W)的影响最小化。
Description
技术领域
本发明涉及一种提高动态称重(WIM)传感器的测量精度的方法。本发明还涉及一种布置在道路中的具有改进的测量精度的WIM传感器。
背景技术
WIM传感器测量车辆在一部分道路上行驶时由车辆的车轮施加在部分道路的表面上的力。为简单起见，将道路的一部分称为道路。这种WIM传感器通常是在WIM***中与其他传感器相结合用于车辆识别、速度测量或环境因素测量。WIM传感器被如下地布置在道路中：即，使车辆的至少一个车轮移动穿过WIM传感器。
具有至少一个WIM传感器的WIM***通常用于测量车轮力或轴力或车辆总重量。车轮力主要对应于通过车轮施加在道路表面上的车辆总重量的一部分。轴力是一轴的车轮的所有车轮力的和。总重量是车辆的所有轴的所有轴力的和。如果有力施加在布置于道路中的WIM传感器上，则以力信号的形式提供该力。
过高的车轮力，例如当超载车辆在道路上行驶时，会对道路造成强烈影响，并可能导致道路的更大磨损甚至损坏。
诸如对超载车辆的直接强制执法或者依赖于车轮力、轴力或总重量支付通行费这样的应用对于WIM***的准确性和WIM传感器的力测量提出了很高的要求。
由专利文献EP0491655B1已知一种WIM传感器。该WIM传感器被设计为中空成型件，在该成型件内具有多个相互间隔一定距离的力测量元件。这些力测量元件提供力信号。对WIM传感器的校准是通过在WIM传感器上驶过已知重量的车辆来完成的。车辆的重量可以在静态称重站上预先确定，在此车辆在静止时被称重。静态称重站的一个缺点是没有考虑对车轮施加在道路上的力有影响的动态效应。术语“动态”是指“时间相关的变化”。动态效应例如是经由车轮悬架连接到车轮的车身质量的摆动。车身质量是车辆的车身的质量。车身包括除车轮和车轮悬架之外的车辆的所有部件。例如，发动机、底盘、一个或多个人(如果适用)和货物(如果适用)均是车身质量的一部分。
车身质量的摆动可能是由路面中先前的不平整引起的。摆动是距离的时间变化，例如车身到道路的距离。对于每个时间位置，可以确定车身质量的加速度。车身质量的加速度导致车辆的车轮施加到道路上的车轮力的变化。动态效应的另一个示例是车辆的加速或减速，也会导致车身质量的加速度。由于动力效应，通过车轮作用在路面上的力不仅可能由部分车辆总重量引起，而且还可能由移动的车身质量的加速度引起。
提供信号是指信号可用于进一步的使用。提供信号还包括将信号存储在电子存储器中并从所述存储器加载信号。提供信号还包括在显示单元上显示信号。
专利文献WO2011120176A1中考虑了动态效应，其公开了一种WIM传感器，该传感器通过驶过WIM传感器的校准车辆来校准。校准车辆配备有至少一个测量车轮，即所谓的车轮力测力计，所述至少一个测量车轮直接确定车轮经过WIM传感器时施加在道路表面上的动态车轮力。通过比较由校准车辆测量的车轮力与由WIM传感器测量的车轮力，确定一校准函数。在校准程序结束之后通过校准的WIM传感器的车辆的动态影响不能通过使用校准函数来消除。
动态效应是由道路表面中的不平整引起的。术语不平整是指在道路表面中偏离所定义的道路平均表面的平面超过0.01mm的所有高处和凹陷。
平均表面定义了两个平行于该表面的方向：纵向方向和横向方向。纵向方向是车辆在道路上移动的方向。横向方向垂直于纵向方向。横向方向定义了平行于横向方向的横向轴线。纵向方向定义了平行于纵向方向的纵向轴线。道路上的位置由其在横向轴线上的坐标和其在纵向轴线上的坐标来限定。
第三方向由竖直方向给出。竖直方向垂直于横向方向。竖直方向垂直于纵向方向。竖直方向定义了平行于竖直方向的竖直轴线。由纵向轴线上的坐标所定义的高度是对某一位置处的不平度与平均表面的偏差的量度。零高度定义了在道路的平均表面上的位置。
平均表面是在考虑了道路上的所有不平度的高度可用的位置的情况下，均方根偏差最小的表面。
道路表面的三维表示包括道路上的至少三个由横向坐标和具有高度的纵向坐标定义的位置。道路表面的这种三维表示被称为“道路轮廓”并且可以高精度地确定，例如使用如US2017350698AA中公开的道路测量车辆。
可以针对道路表面上的所有位置记录一高度。如果道路轮廓不包含某一位置的记录高度，则使用该高度可用的最近位置的高度的插值来确定该位置的高度。
为了提高布置在道路中的WIM传感器的精度，WIM传感器的力测量元件通常按照辖区的规定以预定地间隔进行校准。这些校准既昂贵又耗时。
本发明的任务是提高WIM传感器的测量精度。
发明内容
本发明的至少一项任务通过根据本发明技术方案的特征来完成。
本发明涉及一种用于生成WIM传感器的校准函数的方法；WIM传感器被布置在道路中；WIM传感器测量施加在道路表面上的车轮力；其中执行以下步骤：
a)记录道路的道路轮廓，道路的道路轮廓是道路表面的三维表示；
b)通过模拟来确定车轮力；车轮力由车轮施加在道路表面上；车轮以一定的速度沿纵向方向移动穿过步骤a)的道路轮廓；车轮压在道路表面上；
c)通过对在步骤a)中记录的道路轮廓的至少一个位置的模拟，确定在步骤b)中所确定的车轮力对在步骤a)中所记录的道路轮廓(2)的依赖性；
d)将在步骤c)中所确定的位置(P)的依赖性用于使道路轮廓对WIM传感器所测量的车轮力的影响最小化。
将道路轮廓对WIM传感器所测量的车轮力的影响最小化提高了WIM传感器的测量精度。
车辆包括至少两个车轮，这些车轮通过车轮悬架连接到车身。车身质量包括车辆除车轮和车轮悬架之外的所有部件的总质量。例如发动机、底盘、一个或多个人(如果适用)和货物(如果适用)的质量是车身质量的一部分。悬架包括弹簧元件和阻尼元件。悬架使道路表面的不平度对车身质量移动的影响最小化。例如，当连接到车身质量的车轮在道路表面上行驶遇到不平整时，悬架会使车身质量的摆动最小化。车轮包括与道路表面接触的行驶表面。此外，车轮还包括轮毂，轮毂是车轮在道路表面上行驶时的旋转中心，并且轮毂连接到车轮悬架。行驶表面是车轮的通常为弹性元件的一部分，例如在车轮是充气轮胎的情况下是充气元件，或者在车轮是全缓冲轮胎的情况下是橡胶元件。因此，车轮表现出类似弹簧的特性和阻尼特性。
尽管有车轮悬架，但是当车轮在不平坦的表面上行驶时，车身质量也会出现摆动。车身质量的摆动会影响车轮压在道路表面上的力。如果在行驶过程中车身质量在经过布置于道路中的WIM传感器时摆动，则WIM传感器无法正确确定车轮力或轴力。车轮力随着时间的推移显示出动态特性。如果车辆的速度已知，则这种动态特性可以转化为道路上每个位置的与位置相关的车轮力。受车身摆动影响的车辆的车轮力称为动态车轮力。
根据本发明的方法用于模拟车辆的动态车轮力并使用该模拟来提高WIM传感器的精度。
该模拟优选地基于所谓的四分之一汽车模型，其是模拟在具有相应部分车身质量的表面上的车辆的一个车轮。所述部分车身质量是将车轮压抵在道路表面上的质量。为方便起见，将部分车身质量称为车身质量。当然，也可以使用所谓的半车模型，其模拟汽车的一侧，即，每轴一个车轮。模拟也可以是基于所谓的全轨迹(track)模型，也称为全车模型，在此是模拟整个车辆。虽然最后两个提到的模型预示了稍微更逼真的模型，因为一个车轮的移动也会影响模拟的其他车轮，但计算量的增加是巨大的。对于在下文中所描述的应用，虽然可以使用这些模型，但认为所谓的四分之一汽车模型就足够了。因此，在下文中是针对四分之一汽车模型进行说明。然而，显然本领域技术人员也可以使用半车模型或全车模型来代替。
车身质量和车轮质量是通过第一弹簧和第一阻尼元件来连接，第一阻尼元件和第一弹簧平行地布置在车身质量与车轮质量之间。车轮表面被压的位置通过第二弹簧和第二阻尼元件连接到车轮质量，第二阻尼元件和第二弹簧平行布置在车轮质量与车轮表面被压的位置之间。当静止时，第一弹簧和第二弹簧都处于静态预加载平衡状态。
车轮在运动中会遭遇到道路表面的不平整，导致车轮质量和车轮表面被压到的位置的距离发生变化。这种距离的变化会改变第二弹簧的负载。因此，表面的运动会激发车轮质量的运动，其取决于第二弹簧和第二阻尼元件的弹簧常数和阻尼常数。车轮质量的运动不是自由的，因为车轮质量通过第一弹簧和第一阻尼元件连接到车身质量。车轮质量的运动改变了车轮质量到车身质量的距离。这种距离的变化会改变第二弹簧的负载。因此，车轮质量与车身质量之间的变化会激发车身质量的运动，其取决于第一弹簧和第一阻尼元件的弹簧常数和阻尼常数。事实上，车轮表面被压到的位置的变化因此导致通过阻尼双弹簧***耦合的车身质量和车轮质量的复杂运动。通过阻尼双弹簧***耦合的车身质量和车轮质量的运动可以用求解车轮质量和车身质量的运动方程的微分方程组来描述。车轮质量和车身质量的运动确定了将车轮压到道路表面上的力。
因此，动态车轮力可以通过了解车轮轨迹中道路的不平度来确定。车轮轨迹是车轮在移动通过道路表面上时所覆盖的道路部分。
优选地，针对不同的速度、车轮质量、车身质量、第一弹簧常数、第一阻尼常数、第二弹簧常数、第二阻尼常数来进行模拟，它们的一个组合定义了以独特的速度行驶在道路表面上的独特的四分之一汽车。针对道路表面上的车轮轨迹的每个位置确定动态车轮力及其与静态车轮力的偏差。静态车轮力是静止车辆的车轮施加在道路表面上的力。
利用模拟结果，通过分析在道路上哪个位置显示出预定四分之一汽车的最小偏差，可以确定最适合安装WIM传感器的位置。在近来的测试中已经证实：对于一定范围的车身质量，车辆的弹簧常数和阻尼常数通常在一个很小的范围内。对于预定的参数，例如期望的行驶速度和/或车辆的一个或多个车身质量，可以选择显示动态重量与静态重量的最小偏差的最佳位置。通常，该位置应沿纵向方向延伸至少1m的距离。此外，当考虑多个参数时，例如不同的车辆速度，可以选择最适合安装WIM传感器的位置作为最佳折衷方案，该位置对于所有考虑的参数均显示动态重量与静态重量的最小偏差。例如，如果WIM安装被安排在可变信息标志会根据天气条件、时间或交通条件改变道路路段限速的区域中，这会是很重要的。可以根据所需要的车辆质量测量标准来选择速度和重量参数。布置在通过上述方法所选择位置中的WIM传感器比布置在道路中随机位置处的类似WIM传感器显示出更高的精度。因此该方法提高了WIM传感器的精度。
此外，所述模拟还确定了WIM传感器的校准函数。WIM传感器的评估元件评估由WIM传感器的测量元件确定和提供的至少一个力信号。评估元件将校准函数应用于力信号并提供结果作为校准的力信号。相比于不使用通过上述模拟确定的校准函数测量得到的车轮力，校准的力信号显示了与静态车轮力的更小的偏差。因此该方法提高了WIM传感器测量车轮力的精度。
附图说明
附图示出了所描述的实施例，其中：
图1为用于提高WIM传感器精度的方法的示意图，
图2为在道路上的车辆的截面图，
图3为在道路上的车辆车轮的截面图，
图4为代表在道路上的车辆的质量弹簧模型的示意图，
图5为代表图4所示的在道路上的车辆的质量弹簧模型的示意图，其描述了所涉及的力，
图6为在道路上的车辆车轮的截面示意图，其中WIM传感器被布置在道路中，以及
图7为一段道路的俯视示意图。
具体实施方式
图1示出了用于提高布置在道路中的WIM传感器的精度的方法示意图，包括步骤a)101、步骤b)102、步骤c)103和步骤d)104。下面详细介绍这些步骤。
步骤a)包括记录道路1的轮廓，道路轮廓是道路表面的三维表示。所确定的道路轮廓以电子方式存储在电子存储器中，例如以三维对象的形式。电子存储器可以是随机存取存储器(RAM)和/或诸如EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)这样的存储器。三维对象可以用从计算机辅助设计软件已知的三维线框模型的形式来表示。被电子存储的道路轮廓2被提供进一步用于步骤b)102的模拟。
步骤b)102包括通过模拟102确定车轮力F9；车轮力F9由车轮8施加在道路轮廓2上；车轮8以一定的速度沿纵向方向X移动穿过步骤a)的道路轮廓2；车轮8压在道路1的表面上。在计算机***的处理元件上运行所述模拟。模拟是一个计算机程序，其定义了处理元件应该关于输入所执行的某些操作。模拟的输入至少是道路轮廓2以及对车辆和车辆速度的描述。该描述包括模拟计算车轮力F9作为输出所需的所有数据，如下所述。
图2示出了道路上的车辆在由横向轴线Y’Y和竖直轴线Z’Z给定的平面中的截面示意图。车辆10的车轮8通过悬架4连接到车身质量3。车辆10在道路1的表面上沿纵向方向X(未示出)移动。
图3示出了在模拟102的一个实施例中模拟的、道路1上的车辆10的车轮8在由纵向轴线Y’Y和竖直轴线Z’Z给定的平面中的截面图。在步骤b)中，车轮连接到至少一个车身质量m3。步骤b)102中的车轮8通过车身质量m3被压在道路轮廓2上。
在一个实施例中，在步骤b)中，车轮8通过具有预定的弹簧元件常数c42、c84和阻尼元件常数k41、k83的弹性连接被连接到车身质量m3，该弹性连接例如是弹性连接件，特别是车辆10的具有弹簧元件42和阻尼元件41或减震器41的车轮悬架4。在模拟中，车轮沿纵向方向X在道路1的表面上移动。车轮8包括轮毂82，轮毂是车轮8的旋转中心和模拟中车轮质量8的理论位置。
在模拟102的一个实施例中，在步骤b)中，车轮8具有弹簧元件84和阻尼元件83的特征，例如具有预定的弹簧元件84和阻尼元件83的弹性行驶表面。由此，具有弹簧元件84和阻尼元件83的车轮8是阻尼质量弹簧***200。
在一个实施例中，在步骤b)中，模拟102包括至少一个阻尼质量弹簧***200；阻尼质量弹簧***200包括至少一个弹簧元件42、84，至少一个阻尼元件41、83，以及至少一个质量m3、m8。
图4示出了在步骤b)102的一个实施例中所模拟的阻尼质量弹簧***200。道路1上的车辆10的模型的数学描述可以表示为第一弹簧84、车轮质量8、第二弹簧42和车身质量3的一维并列(one-dimensional juxtaposition)。与第一弹簧84平行地布置有第一阻尼元件83。每个弹簧42、84和阻尼元件41、83可以在平行于竖直轴线Z’Z的一个维度上移动。
该模拟是通过经由至少一个阻尼元件41、83和至少一个弹簧元件42、84连接到接触点9的质量m3、m8来确定车轮8施加在道路1表面上，在车轮8与道路1之间的接触点9上的车轮力F9。
第一弹簧84和第一阻尼元件83被固定到车轮质量8。第一弹簧质量84的第二端和第一阻尼元件83通常被连接到理论上的接触点9。接触点9与道路1的表面接触。接触点9是车轮8接触道路1表面的接触表面中间的点。
平行于第二弹簧42地布置第二阻尼元件41。第二弹簧42和第二阻尼元件41连接到车身质量3并连接到车轮质量8。
车身质量3和车轮质量8可以在竖直轴线Z’Z内以及在由弹簧42、84和阻尼元件41、83施加在车身质量3和车轮质量8上的力所给定的限制范围内自由地移动。
对于静止的车辆10，作用在车身质量3和车轮质量8上的力是处于平衡状态的。对于移动的车辆10，只需考虑不同于平衡力的力。在车辆10于道路1表面上移动的模拟102中所涉及的力在图5中示出。
作用在车身质量上的力由以下微分方程给出：
F42＝c42 h3，
其中，d/dt是一阶导数，d2/dt2是二阶导数，h3是车身质量m3与车轮质量m8之间的距离，F3是由于车辆10的加速或减速和/或由于车辆10在道路1上沿着曲线行驶所导致的力，c42是第二弹簧42的弹簧常数，k41是第二阻尼器41的阻尼常数。
作用在车轮质量m8上的力由以下微分方程给出：
F84＝c84 h8，
其中，d/dt是一阶导数，d2/dt2是二阶导数，h8是车轮质量m8与接触点9之间的距离，F8是由于车轮8的潜在不平衡或车轮8的不均匀性等所导致的力，c84是第一弹簧84的弹簧常数，k83是第二阻尼器83的阻尼常数。
作用在道路轮廓2上的车轮力F9由以下微分方程给出：
F9＝F84+F83。
模拟102通过在道路轮廓2中引入道路1的不平度作为阻尼质量弹簧***200的激励来确定车轮质量m3和车身质量m8的移动。车轮8在道路轮廓2上的移动通过接触点9沿纵向方向X的移动来模拟。这改变了距离h8。距离h8变化的时间速率(temporal rate)取决于车辆10的速度。因此，为了计算在道路1上的给定位置处的车轮力F9，模拟必须获得车辆10的速度以及车轮8在道路上的所有位置处遇到的道路1的道路轮廓2作为输入数据。由于这在实践中是不可能的，特别是因为在步骤a)中记录的道路1的道路轮廓2沿纵向方向受到了限制，因此模拟是以与平衡相关的阻尼弹簧***的起始条件为开始。为了确定道路上某个位置上的车轮力F9，模拟的起始位置被选择为距应通过模拟计算车轮力的位置至少1m，优选至少100m，最佳为500m。
在本发明的一个优选实施例中，车轮力F9是通过建立和求解由上面给出的用于阻尼质量弹簧***200的微分方程所得到的微分方程组来确定。
在本发明的另一实施例中，通过建立和求解由上面给出的用于质量弹簧***200的微分方程所得到的微分方程组来确定车轮力F9，其中，微分方程组的一些项被忽略。如果某一项对所得到的车轮力F9的贡献不超过10％，优选地小于1％，则该项被忽略。
在本发明的另一实施例中，通过建立和求解由上面给出的用于质量弹簧***200的微分方程所得到的微分方程组来确定车轮力F9，其中，第一弹簧84和第二弹簧42组合成一个弹簧元件(未示出)，第一阻尼元件83和第二阻尼元件41组合成一个阻尼元件(未示出)，忽略车轮质量8并且忽略作用在车轮8上的力F8。微分方程和微分方程组分别进行调整。在该实施例中，与分别计算第一阻尼元件41和第二阻尼元件83相比，计算执行得更快。
在本发明的另一实施例中，通过建立和求解由上面给出的用于质量弹簧***200的微分方程所得到的微分方程组来确定车轮力F9，其中，车轮质量8和接触点9与长度恒定的元件连接，包括距离h8恒定。省略了第一阻尼元件83和第一弹簧元件84。微分方程和微分方程组分别进行调整。
在本发明的另一实施例中，通过建立和求解由上面给出的用于质量弹簧***200的微分方程所得到的微分方程组来确定车轮力F9，其中省略了第一阻尼元件83和第二阻尼元件41。微分方程和微分方程组分别进行调整。
在本发明的另一实施例中，通过建立和求解由上面给出的用于质量弹簧***200的微分方程所得到的微分方程组来确定车轮力F9，其中省略了第一阻尼元件83。微分方程和微分方程组分别进行调整。
在本发明的另一实施例中，通过建立和求解由上面给出的用于质量弹簧***200的微分方程所得到的微分方程组来确定车轮力F9，其中，由于车轮8的潜在不平衡或车轮8的不均匀性等原因而省略了作用在车轮质量8上的力F8。微分方程和微分方程组分别进行调整。
在本发明的另一实施例中，通过建立和求解由上面给出的用于质量弹簧***200的微分方程所得到的微分方程组来确定车轮力F9，其中，由于车辆10的加速或减速和/或由于车辆10在道路1上沿着曲线行驶而省略了作用在车身质量3上的力F3。微分方程和微分方程组分别进行调整。
在本发明的另一实施例中，力F3包括由车辆10的其他车轮8的车轮力F9施加在车身质量m3上的力。车轮力F9可以通过模拟102来确定，并且每个车轮8在其模拟中具有其自己的车身质量。由于每个车轮8的车身质量m3在实际车辆10中是连接的，因此一个车轮8的车身质量m3的移动会影响到车辆10的其他车轮8的其他车身质量m3的移动。调整微分方程和微分方程组以考虑其他车身质量m3的移动。模拟102因此使用上述的全车模型或半车模型。
在上述的不同实施例中，由于省略了项、项的组合或所呈现的项是恒定的，因此计算更快。这样可以节省计算能力，并且可以使用更具成本效益的模拟计算装置。
不同的实施例可以在可能的情况下进行组合，并且由上述实施例的这种组合所得到的实施例也属于本发明的一部分。
在图1的步骤c)中，在步骤b)102中确定的车轮力F9对在步骤a)中记录的道路轮廓2的依赖性是通过对在步骤a)中记录的道路轮廓2的至少一个位置P的模拟102来确定。
在步骤c)中确定的位置P的依赖性被用于使道路轮廓2对WIM传感器7所测量车轮力W的影响最小化。这增加了WIM传感器7的测量精度，因为道路轮廓2对测量的扰动已被最小化。
已经发现，为了在动态车轮力F9的模拟102中获得逼真的结果，在步骤a)101中记录的道路轮廓2沿着道路1的竖直轴线Z’Z是以至少1mm、优选0.2mm的精度来记录；并且在步骤a)101中记录的道路轮廓2沿着道路1的纵向轴线X’X是以至少100mm、优选2mm的精度来记录；在步骤a)中记录的道路轮廓2沿着道路1的横向轴线Y’Y是以至少100mm、优选2mm的精度来记录。
在一个实施例中，在步骤b)中，模拟确定了阻尼质量弹簧***200的激励，该激励由车轮8以一定速度移动穿过道路1的表面的不平整而激发。就模拟102而言，该不平整在步骤a)的道路轮廓2内表示出来。这确保了模拟102的结果显示出与将在道路1上行驶的车辆10相同的车轮力F9。
在一个实施例中，对于步骤c)中的位置P，车轮力F9是取决于至少一个阻尼质量弹簧***200的由弹簧常数限定的弹簧元件42、84和由阻尼常数限定的阻尼元件41、83。车轮力F9取决于车轮8在道路1的表面上移动的速度。对于步骤c)中的位置，车轮力F9取决于质量弹簧***200的至少一个质量m3、m8。车轮8的速度改变了质量弹簧***200的激励，因此对受激阻尼质量弹簧***200的动态运动有影响，阻尼质量弹簧***的动态运动取决于作为阻尼质量弹簧***200一部分的质量m3、m8。
在一个实施例中，针对多个纵向轴线X’X上的相邻位置P和/或横向轴线Y’Y上的相邻位置P来执行步骤c)；其中，相邻位置彼此之间的距离在2mm和500mm之间。此外，针对至少一个阻尼质量弹簧***200并且针对车轮8在道路轮廓2上的至少一种速度来执行步骤c)，该至少一个阻尼质量弹簧***包括至少一个质量m3、m8和至少一个弹簧元件42、84以及至少一个阻尼元件41、83；速度与道路1的道路轮廓2相结合，确定阻尼质量弹簧***200的激励。
在一个实施例中，步骤a)101中的道路轮廓(2)通过记录车辆(未示出)来确定，该记录车辆在道路(1)上行驶时记录道路(1)的不平度；或者步骤a)101的道路轮廓(2)由飞行器(未示出)来记录，该飞行器在道路(1)上方或旁边飞行时记录道路(1)的不平度。
通过生成用于WIM传感器7的校准函数(C)，实现WIM传感器7的车轮力F9测量值对道路轮廓2的依赖性的最小化。为了生成该校准函数(C)，执行以下步骤：
d1a)针对道路1的一部分的至少一个车道，记录步骤a)中的道路轮廓2，从布置有WIM传感器7的位置P关于纵向轴线X之前的一距离开始，并在布置WIM传感器7的位置P之后至少100mm处结束；该距离至少为25m，优选为100m，最优为500m；
d2a)通过模拟102，确定根据步骤b)的车轮力F9；
d3a)针对5km/h到250km/h之间且包括5km/h和250km/h的整个速度范围内的不同速度范围，根据步骤c)103确定车轮力F9在WIM传感器7布置在道路1中的位置P处对道路轮廓2的依赖性；并且针对每个车轮8在1000N到50000N之间且包括1000N和50000N的整个车轮力范围内的不同车轮力范围执行步骤c)103；对于相应的车轮力范围，预先确定弹簧元件42、84和阻尼元件41、83；
d4a)确定取决于速度范围和质量范围以及道路轮廓2的、根据d3a)的车轮力F9与所测量的、具有质量范围内的一质量的静止车辆10的车轮力W的偏差；并且所生成的校准函数(C)能够根据车轮力范围和根据为车轮8确定的速度的速度范围，从WIM传感器7所测量的车轮力W中减去该偏差。
已经发现，步骤d1a)中给出的道路轮廓2的长度足以从模拟102中获得车轮力F9的真实结果。利用步骤d4a)的模拟102的结果可以生成校准函数(C)，其不仅根据所测量的车轮力W来校准所测量的车轮力W，而且还根据车辆10的速度来校准所测量的车轮力W。
因此，校准函数(C)校准所测量的车轮力W。校准函数(C)是所测量的车轮力W和车辆10的速度的函数。
校准函数(C)可以容易地用于WIM***77中。在图6中示出了WIM***77的一个实施例作为示例。WIM***77具有评估元件6。WIM***77适于确定车轮被驱动穿过WIM传感器7的速度。WIM传感器7是WIM***77的一部分，并且评估元件6使用校准函数(C)，根据所测量的车轮力所在的车轮力范围并且根据针对车轮8所确定的速度所在的速度范围，从WIM传感器7所测量的车轮力中减去偏差；并且评估元件6提供该结果作为校准的车轮力CW。
利用校准函数(C)来校准由WIM***77的WIM传感器7所确定的车轮力F9；相对于所测量的静止车辆10的车轮力W，该校准的车轮力CW减少了道路轮廓2对所测量车轮力W的影响至少75％。
在一个实施例中，模拟被用于选择WIM传感器7的位置。这是有利的，因为在将WIM传感器7布置在道路1中之前，可以使所测量的、取决于道路轮廓2的车轮力W的偏差最小化。
为了选择要布置在道路1中的WIM传感器7的位置，执行以下步骤：
a2)根据步骤a)，针对道路1的至少一个将要布置WIM传感器7的车道，记录道路1的一部分的道路轮廓2；道路1的这一部分沿纵向方向X的长度至少为25m，优选为1000m，最佳为5000m；
b2)通过根据步骤b)(102)的模拟(102)来确定车轮力(F9)；
c2)通过模拟102确定于步骤a)101中所确定的道路轮廓2上所施加车轮力F9对沿纵向方向X的多个相邻位置P的依赖性，其中相邻位置P彼此之间的距离在250mm与5000mm之间；这些位置位于在步骤a)101中所记录的道路轮廓(2)内；
c3)针对5km/h到250km/h之间且包括5km/h和250km/h的整个速度范围内的不同速度范围，执行步骤c2)；针对每个车轮在1000N到50000N之间且包括1000N和50000N的整个车轮力范围内的不同车轮力范围执行步骤c2)；对于相应的车轮力范围，预先确定弹簧元件(42，84)和阻尼元件41、83；
d2)根据步骤c3)的结果，选择道路1的一位置P，其中对于至少一个预选车轮力范围和至少一个预选速度范围，车轮力F9的依赖性最小。
当然，预选车轮力范围必须根据测量车轮力W的要求进行选择。对于在收费站的车轮力W测量和在采矿现场的车轮力W测量，这种要求是不同的。预选速度范围也是如此。因此，车轮力范围和速度范围的选择由WIM传感器7的所有者决定。
在一个实施例中，为WIM***77的所有WIM传感器7选择WIM传感器7布置在道路中的位置。WIM***77包括至少一个WIM传感器7。当WIM***的所有WIM传感器7均处于相应的位置P时，在该位置上，所测量的、取决于道路轮廓2的车轮力W的偏差被最小化，WIM***77的整体精度增加。
应当理解，上述的不同的方面和实施例能够在可能的情况下进行组合，并且由上述实施例的这种组合所得到的实施例也属于本发明的一部分。
附图标记列表
1道路
10车辆
11车轮轨迹
101步骤a)
102步骤b)/模拟
103步骤c)
104步骤d)
2 道路轮廓
3 车身
4 悬架
41阻尼元件
42弹簧元件
6 评估元件
7 WIM传感器
77WIM***
8车轮
81行驶表面
82轮毂
83阻尼元件
84弹簧元件
9接触点
c42弹簧常数
c84弹簧常数
CW校准的车轮力
F9确定的车轮力
h3距离
h8距离
k41 阻尼常数
k83 阻尼常数
m3车身质量
m8车轮质量
P位置
W测量的车轮力
X 纵向方向
Y 横向方向
Z 竖直方向
X’X纵向轴线
Y’Y横向轴线
Z’Z竖直轴线。
Claims (21)
1.一种用于生成WIM传感器(7)的校准函数(C)的方法；该WIM传感器(7)被布置在道路(1)中；该WIM传感器(7)测量施加在所述道路(1)的表面上的车轮力(W)；其特征在于，执行以下步骤：
a)(101)记录道路(1)的道路轮廓(2)，所述道路(1)的道路轮廓(2)是所述道路(1)的表面的三维表示；
b)(102)通过模拟确定车轮力(F9)；该车轮力(F9)由车轮(8)施加在所述道路轮廓(2)上；所述车轮(8)以一速度沿纵向方向(X)移动穿过步骤a)的所述道路轮廓(2)；所述车轮(8)压在所述道路(1)的表面上，其中，所述模拟通过使用至少一个阻尼质量弹簧***(200)来执行，并且其中，所述模拟确定所述车轮(8)施加在车轮(8)与道路(1)之间的接触点(9)上的所述车轮力(F9)，其中，所述车轮力(F9)是通过建立和求解微分方程组而确定的，该微分方程组求解车轮质量(m8)和车身质量(m3)的运动方程；
c)(103)通过对在步骤a)中记录的所述道路轮廓(2)的至少一个位置(P)的模拟，确定在步骤b)(102)中所确定的所述车轮力(F9)对在步骤a)中所记录的所述道路轮廓(2)的依赖性；以及
d)(104)将在步骤c)中所确定的位置(P)的依赖性用于使所述道路轮廓(2)对所述WIM传感器(7)所测量的所述车轮力(W)的影响最小化。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤a)(101)中，以至少1mm的精度沿着所述道路(1)的竖直轴线(Z'Z)记录所述道路轮廓(2)；在步骤a)(101)中，以至少100mm的精度沿着所述道路(1)的纵向轴线(X’X)记录所述道路轮廓(2)；在步骤a)(101)中，以至少100mm的精度沿着所述道路(1)的横向轴线(Y’Y)记录所述道路轮廓(2)。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤a)(101)中，以至少0.2mm的精度沿着所述道路(1)的竖直轴线(Z'Z)记录所述道路轮廓(2)；在步骤a)(101)中，以至少2mm的精度沿着所述道路(1)的纵向轴线(X’X)记录所述道路轮廓(2)；在步骤a)(101)中，以至少2mm的精度沿着所述道路(1)的横向轴线(Y’Y)记录所述道路轮廓(2)。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤b)(102)中，所述车轮(8)与至少一个车身质量(m3)连接；并且，步骤b)(102)中的所述车轮(8)通过所述车身质量(m3)被压在所述道路轮廓(2)上。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤b)(102)中，所述车轮(8)通过具有预定的弹簧常数(c42，c84)和阻尼常数(k41，k83)的弹性连接被连接到所述车身质量(m3)，该弹性连接是弹性连接件。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述弹性连接件是包括弹簧元件(42)和阻尼元件(41)或减震器(41)的车轮悬架(4)。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在步骤b)(102)中，所述车轮(8)具有车轮质量(m8)、弹簧元件(84)和阻尼元件(83)的特征；步骤b)中的所述车轮(8)通过所述车轮质量(m8)被压在所述道路(1)的表面上；具有所述弹簧元件(84)和所述阻尼元件(83)的所述车轮(8)是阻尼质量弹簧***(200)。
8.根据权利要求2至7中任一项所述的方法，其特征在于，所述阻尼质量弹簧***(200)包括至少一个弹簧元件(42，84)、至少一个阻尼元件(41，83)和至少一个质量(m3，m8)；所述质量(m3，m8)通过至少一个阻尼元件(41，83)和至少一个弹簧元件(42，84)连接到接触点(9)。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在步骤b)(102)中，所述模拟确定所述阻尼质量弹簧***(200)的激励，该激励由所述车轮(8)以一速度移动穿过所述道路(1)的表面的不平整而激发，所述不平整在步骤a)的所述道路轮廓(2)内表示出来。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，对于步骤c)(103)中的一位置，所述车轮力(F9)取决于所述至少一个阻尼质量弹簧***(200)的所述弹簧元件(42，84)和所述阻尼元件(41，83)；对于步骤c)(103)中的一位置，所述车轮力(F9)取决于所述车轮(8)在所述道路(1)的表面上移动的速度；对于步骤c)(103)中的一位置，所述车轮力(F9)取决于所述阻尼质量弹簧***(200)的至少一个质量(m3，m8)。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，针对多个所述纵向轴线(X’X)上的相邻位置(P)和/或所述横向轴线(Y’Y)上的相邻位置(P)，执行步骤c)；其中，相邻位置(P)彼此之间的距离在2mm和500mm之间；针对至少一个阻尼质量弹簧***(200)并且针对所述车轮(8)在所述道路轮廓(2)上的至少一种速度，执行步骤c)，所述至少一个阻尼质量弹簧***包括至少一个质量(m3，m8)和至少一个弹簧元件(42，84)以及至少一个阻尼元件(41，83)；该速度与所述道路(1)的道路轮廓(2)相结合，确定该阻尼质量弹簧***(200)的激励。
12.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤a)(101)中，所述道路轮廓(2)由记录车辆来记录，该记录车辆在所述道路(1)上行驶时记录所述道路(1)的不平度，或者步骤a)(101)的所述道路轮廓(2)由飞行器来记录，该飞行器在所述道路(1)上方或旁边飞行时记录所述道路(1)的不平度。
13.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，执行步骤d)的以下子步骤：
d1a)针对所述道路(1)的一部分的至少一个车道，记录步骤a)中的道路轮廓2，从布置WIM传感器(7)的位置(P)关于所述纵向轴线(X’X)之前的一距离开始，并在布置所述WIM传感器(7)的位置(P)之后至少100mm处结束；该距离至少为25m；
d2a)通过所述模拟，确定根据步骤b)的所述车轮力(F9)；
d3a)针对在5km/h与250km/h之间并包括5km/h和250km/h的整个速度范围内的不同速度范围，根据步骤c)(103)确定所述车轮力(F9)在WIM传感器(7)布置在所述道路(1)中的位置(P)处对所述道路轮廓(2)的依赖性；并且，针对每个车轮(8)在1000N与50000N之间并包括1000N和50000N的整个车轮力范围内的不同车轮力范围执行步骤c)(103)；对于相应的车轮力范围，预先确定弹簧元件(42，84)和阻尼元件(41，83)；
d4a)确定了取决于速度范围和质量范围以及道路轮廓(2)的、根据d3a)的所述车轮力(F9)与所测量的、具有在质量范围内的一质量的静止车辆(10)的车轮力(W)的偏差；并且所生成的校准函数(C)能够根据车轮力范围和根据为所述车轮(8)确定的速度的速度范围，从所述WIM传感器(7)所测量的车轮力(W)中减去该偏差。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，该距离至少为100m。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，该距离至少为500m。
16.一种WIM***(77)，使用根据权利要求13所述的方法所确定的、用于WIM传感器(7)的校准函数(C)；其中所述WIM***(77)具有评估元件(6)；其中所述WIM***(77)适于确定所述车轮(8)被驱动穿过所述WIM传感器(7)的速度，其特征在于，所述WIM传感器(7)是所述WIM***(77)的一部分，并且所述评估元件(6)使用所述校准函数(C)，根据所测量的车轮力(W)所在的车轮力范围并且根据针对所述车轮(8)所确定的速度所在的速度范围，从所述WIM传感器(7)所测量的车轮力(W)中减去偏差；并且所述评估元件(6)提供相减的结果作为校准的车轮力(CW)。
17.根据权利要求16所述的WIM***(77)，其特征在于，利用所述校准函数(C)来校准由所述WIM传感器(7)所测量的车轮力(W)；相对于所测量的静止车辆(10)的车轮力(W)，该校准的车轮力(CW)减少了所述道路轮廓(2)对所测量的车轮力(W)的影响至少75％。
18.一种为WIM传感器(7)选择位置的方法，所述WIM传感器(7)根据权利要求1至15中任一项所述的方法被布置在道路(1)中，在所选择的位置上，其特征在于，执行以下步骤：
a2)根据步骤a)，针对所述道路(1)的至少一个将要布置所述WIM传感器(7)的车道，记录所述道路(1)的一部分的道路轮廓(2)；所述道路(1)的该部分沿纵向方向(X)的长度至少为25m；
b2)通过根据步骤b)(102)的模拟，确定所述车轮力(F9)；
c2)通过模拟确定施加在步骤a)(101)中所确定的道路轮廓(2)上的车轮力(F9)对沿所述纵向方向(X)的多个相邻的位置(P)的依赖性，其中，相邻的位置(P)彼此之间的距离在250mm与5000mm之间；所述位置(P)位于在步骤a)(101)中所记录的道路轮廓(2)内；
c3)针对在5km/h与250km/h之间并包括5km/h和250km/h的整个速度范围内的不同速度范围，执行步骤c2)；针对每个车轮在1000N与50000N之间并包括1000N和50000N的整个车轮力范围内的不同车轮力范围，执行步骤c2)；并且对于相应的车轮力范围，预先确定弹簧元件(42，84)和阻尼元件(41，83)；
d2)根据步骤c3)的结果，选择所述道路(1)的一位置(P)，在该位置上，对于至少一个预选的车轮力范围和至少一个预选的速度范围，所述车轮力(F9)的依赖性最小。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述道路(1)的该部分沿纵向方向(X)的长度至少为1000m。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述道路(1)的该部分沿纵向方向(X)的长度至少为5000m。
21.一种WIM***(77)，包括至少一个WIM传感器(7)，对于该WIM***(77)，所述WIM传感器(7)被安装在应用根据权利要求13所述的方法所选择的位置上。
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