WIM系统的传感器模块和测量方法技术方案

本发明专利技术涉及一种用于测量双轮辙车辆的轴速和轴重的传感器模块(1)，所述车辆在行车道上以两个行驶轮辙(S，S′)沿行驶方向(L)行驶，所述传感器模块包括设置在第一和第二轮辙组(I，II)中的多个压电式条型传感器(A，B，C，D)。根据本发明专利技术，所有条型传感器(A，B，C，D)都沿行驶方向(L)相互以大于最大车轮接触长度(300)的固定的纵向偏移(LAD)彼此间隔设置，并且沿横向相互以1cm至15cm之间的偏移量设置。所述传感器模块(1)还具有小于80cm的模块长度(LABCD)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】WIM系统的传感器模块和测量方法
本专利技术涉及一种用于测量双轮辙车辆的轴速和轴重的传感器模块，其包括多个压电式条型传感器(Streifensensoren)，以及涉及一种用于车辆在行车道上行驶时的动态重量测量的方法，其中使用具有多个条型传感器的WIM系统(动态称重系统)。
技术介绍
在运动过程中行车道上处于道路交通中的车辆的动态重量测量是通过WIM系统(动态称重)来确定的。已知的WIM系统以所谓的条型传感器为基础，其沿行车道的纵向以若干米的间距彼此间隔地被设置。带状且平整的条型传感器被设计为是压电式的，并分别以较小的安装深度嵌入行车道表面中，并在那里被固定。在行驶方向上的传感器宽度通常被设计为若干厘米的数量级，因此不能对整个车轮接触面进行分析。借助于压电效应，电压信号的检测是非常简单的。被检测的压电信号可以被换算成力信号，在此，条型传感器的成本非常低。条型传感器通过信号线与信号检测电子装置相连接，该信号检测电子装置可以将测量信号传输到分析单元。对于传感器阵列(Sensoranordnung，传感器装置)有各种不同的布局，一种是例如根据专利文献US2011/0127090提出的所谓的完全布局(FULL，图4a)，并且一种是根据专利文献WO02/23504提出的交错布局(STAGGERED，图4b)。在车辆驶过时对测量信号在时间上进行分辨检测，从中可以推断出当前的车速。如果车辆车轮在时间上交错滚动经过两个传感器，则可以基于轴载检测到两个测量信号，一个由第一传感器检测，一个由沿行驶方向安装在后面的那个传感器检测。轴速可以由两个传感器之间的间距除以在两个传感器的信号之间测量的时间偏移来确定，如图4c所示。为了根据传感器信号计算轴载，必须将传感器信号积分(aufintegriert，整合)，并乘以车速和校准常数。这对于包括多个薄的条型传感器的WIM系统是必不可少的，其中车轮表面不能够全部位于该条型传感器上。为了借助于不允许直接进行重量检测的条型传感器进行准确地重量测量，必须非常准确地实现对速度的测量。但是，对于在驶过WIM系统时车辆的行驶速度发生变化的实际应用，已知的传感器阵列是不利的，因为重量检测的准确性会严重受损。这特别会发生在以下范围内的应用中：收费站、控制站、以及其它要求或希望被精确校准的重量测量并且车辆以不规则的速度或甚至以“走走停停”的行驶方式缓慢地驶过WIM系统的地方。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种WIM系统的传感器阵列，其具有多个条型传感器，所述条型传感器能够在变化的驶过速度下实现更好的速度测量，其中减少了测量误差的发生，并增加了成功的速度测量率(尤其是在“走走停停”的行驶方式的情况下)。该目的由具有权利要求1所述特征的传感器模块来实现。为了实现该目的，使用一种用于测量双轮辙车辆的轴速的传感器模块，其包括多个压电式的条型传感器，其中，在至少两个轮辙组中相对于行驶方向横向地、并且彼此间隔地设置至少四个条型传感器，使得总是能够测量驶过的车辆的各个轴的轴速。所有的条型传感器(A，B，C，D)在此都垂直于行驶方向被设置，其中，第一条型传感器(A，D)沿传感器模块(1)的行驶方向(L)相互也以大于最大车轮接触长度的固定的纵向偏移(LAD)彼此间隔地被设置，并形成第一轮辙组(I)。根据车辆类型，车轮接触长度可以达到约20cm。第二条型传感器(B，C)沿传感器模块(1)的行驶方向(L)相互以大于最大车轮接触长度的固定的纵向偏移(LBC)彼此间隔地被设置，并形成第二轮辙组(II)。第一轮辙组(I)的条型传感器(A，D)在行驶方向的横向(Q)上相对于第二轮辙组(II)的条型传感器(B，C)错位地被设置，以使各轮辙组(I，II)分别覆盖所述行车道的一个轮辙。根据本专利技术，各轮辙组(I，II)的第一条型传感器(A，B)沿行驶方向(L)彼此具有介于1cm和15cm之间的偏移量(LAB)；并且各轮辙组(I，II)的第二条型传感器(C，D)沿行驶方向(L)彼此也具有介于1cm和15cm之间的偏移量(LCD)。此外，所述传感器模块1的沿行驶方向的模块长度(LABCD)小于80cm。以此方式，该阵列(该装置)一方面由于单个条型传感器的长度偏移而确保信号不可能同时出现。另一方面，因为整个模块长度最大为80cm，其比通常的双轮辙车辆的轴距(Radstand)短，所以在第二轴行驶在传感器模块上之前，第一轴已经完全地驶过该传感器模块。由于所有的传感器彼此在纵向上都具有偏移(错位)，从而在已知条型传感器的间距的情况下，通过时间延迟(zeitversetzt，时间错开)获得的信号，以更高的精度确定轴的速度。由于每个轴通过至少四个条型传感器检测四个时间信号，所以能够获得六种可能的组合来确定行驶速度。即使例如由于走走停停的行驶方式而致使并非所有的测量都成功地进行，但是仅需四个测量中的两个能够使用即可，从而仍然能够确定速度以及由此确定负载。附图说明下面结合附图对可能的传感器模块的实施例以及由此对应的测量装置和测量方法进行说明。图1a示出了嵌入行车道中的第一传感器模块的示意性俯视图；同时图1b示出了嵌入行车道中的修改了的传感器模块的示意性俯视图。图2示出了如图1b所示的传感器模块的示意性俯视图，其中，传感器阵列以框架结构示出。图3示出了车辆驶过如图2所示的具有框架结构的传感器阵列的示意性透视图，其中选择性地设置了两个框架结构。图4以示意图示出了现有技术中已知的WIM系统中的具有多个条型传感器的传感器阵列。具体实施方式在此所描述的WIM系统(动态称重)包括传感器模块1，其被嵌入到道路的行车表面2中，并且可以供车辆3驶过。车辆3的行驶方向在此用实心填充的箭头表示。该车辆具有第一轮辙33和横向间隔开的第二轮辙34。车辆3沿行驶方向首先以第一轴31并且随后以第二轴32驶过传感器模块1。在此，每个轴31、32分别具有两个车轮30，这些车轮根据车辆3的类型具有不同的车轮接触面。根据对不同的车辆3、不同的载荷、车胎压力和车轮30的类型所做的系列测试得知：车轮接触长度300最大为20cm。传感器模块1沿行驶方向L和模块横向Q延伸，并具有多个压电式条型传感器A、B、C、D，它们全部都垂直于行驶方向被设置。这四个条型传感器A、B、C、D例如被设置为：在行车道表面中的已安装的传感器模块1中，传感器以几毫米深水平地安装，并且传感器模块1为车辆车轮提供尽可能平坦的接触面。这些条型传感器具有传感器表面S，S′。当在下文中提到传感器表面S、S′的相对移位时，它是指传感器表面中心在行驶方向L或模块横向Q上的移位。第一轮辙组I的第一条型传感器A和第二条型传感器D沿行驶方向L以纵向偏移LAD不可分开地()彼此固定设置。该纵向偏移LAD大于或等于所出现的最大车轮接触长度300，并且由此大于或等于20cm，从而在驶过时可以在第一条型传感器A和第二条型传感器D上检测到两个在时间上彼此分隔的测量信号。在第一轮辙组I的条型传感器A、D的沿行驶方向的横向Q上的第一条型传感器B和第二条型传感器C在行驶方向L上彼此相对地以固定的纵向偏移LBC不可分开地相互固定设置。在此，该纵向偏移LBC也必须至少是20cm或大于20cm，由此第二轮辙组II的条型传感器B、C提供两个在时间上彼此分开本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测量双轮辙车辆的轴速和轴重的传感器模块(1)，所述车辆在行车道上以两个行驶轮辙(S，S′)沿行驶方向(L)行驶，所述传感器模块包括多个压电式条型传感器(A，B，C，D)，其特征在于：所有的条型传感器(A，B，C，D)都垂直于行驶方向被设置，其中，第一条型传感器(A，D)沿所述传感器模块(1)的行驶方向(L)相互以大于最大车轮接触长度(300)的固定的纵向偏移(LAD)彼此间隔地被设置，并形成第一轮辙组(I)，第二条型传感器(B，C)沿所述传感器模块(1)的行驶方向(L)相互以大于所述最大车轮接触长度(300)的固定的纵向偏移(LBC)彼此间隔地被设置，并形成第二轮辙组(II)，其中，所述第一轮辙组(I)的条型传感器(A，D)在行驶方向的横向(Q)上相对于所述第二轮辙组(II)的条型传感器(B，C)错位地被设置，以使各轮辙组(I，II)分别覆盖所述行车道的一个轮辙；其中，各轮辙组(I，II)的第一条型传感器(A，B)和各轮辙组(I，II)的第二条型传感器(C，D)沿行驶方向(L)以介于1cm和15cm之间的偏移量(LAB或LCD)彼此错位地被设置，并且所述传感器模块(1)的模块长度(LABCD)小于80cm。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.05.16 CH 697/121.一种用于测量双轮辙车辆的轴速和轴重的传感器模块(1)，所述车辆在行车道上以两个行驶轮辙(S，S′)沿行驶方向(L)行驶，所述传感器模块包括四个压电式条型传感器(A，B，C，D)，其特征在于：所有的条型传感器(A，B，C，D)都垂直于行驶方向被设置，其中，两个条型传感器(A，D)沿所述传感器模块(1)的行驶方向(L)相互以大于最大车轮接触长度(300)的固定的纵向偏移(LAD)彼此间隔地被设置，并形成第一轮辙组(I)，另外两个条型传感器(B，C)沿所述传感器模块(1)的行驶方向(L)相互以大于所述最大车轮接触长度(300)的固定的纵向偏移(LBC)彼此间隔地被设置，并形成第二轮辙组(II)，其中，所述第一轮辙组(I)的条型传感器(A，D)在行驶方向的横向(Q)上相对于所述第二轮辙组(II)的条型传感器(B，C)错位地被设置，以使各轮辙组(I，II)分别覆盖所述行车道的一个轮辙；其中，所述第一轮辙组(I)和所述第二轮辙组(II)的第一条型传感器(A，B)，以及所述第一轮辙组(I)和所述第二轮辙组(II)的第二条型传感器(C，D)，分别沿行驶方向(L)以介于1cm和15cm之间的偏移量(LAB或LCD)彼此错位地被设置，并且所述传感器模块(1)的模块长度(LABCD)小于80cm，其中，所述传感器模块(1)能根据所述条型传感器(A，B，C，D)的间距以及纵向偏移，通过确定和分析所记录的四个压电式条型传感器(A，B，C，D)的测量信号的六个时间差(ΔtAB、ΔtAC、ΔtAD、ΔtBC、ΔtBD、ΔtCD)来测量双轮辙车辆的轴速和轴重。2.如权利要求1所述的传感器模块(1)，其中，所述纵向偏移(LAD，LBC)大于20cm。3.如权利要求1所述的传感器模块(1)，其中，所述第一轮辙组(I)的条型传感器相对于所述第二轮辙组(II)的条型传感器被设置为，使得所有条型传感器(A，B，C，D)在行驶方向(L)和模块横向(Q)上全部无重叠地、彼此分开地被设置。4.如权利要求1所述的传感器模块(1)，其中，所述第一轮辙组(I)和所述第二轮辙组(II)的第一条型传感器(A，B)，以及所述第一轮辙组(I)和所述第二轮辙组(II)的第二条型传感器(C，D)，分别沿行驶方向(L)以大于1cm并小于8cm的偏移量(LAB或LCD)彼此错位地被设置。5.如前述权利要求1-4中任一项所述的传感器模块(1)，其中，所述第一轮辙组(I)的纵向偏移(LAD)大于所述第二轮辙组(II)的纵向偏移(LBC)。6.如权利要求1到4中任一项所述的传感器模块(1)，其中，所述第一轮辙组(I)的纵向偏移(LAD)等于所述第二轮辙组(II)的纵向偏移(LBC)。7.如权利要求1到4中任一项...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫·科尔尼，安德里安·霍夫曼，
申请(专利权)人：基斯特勒控股公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH