CA1246180A

CA1246180A - Measurement of dynamic loads imposed on pavement by automotive traffic

Info

Publication number: CA1246180A
Application number: CA000500601A
Authority: CA
Inventors: Honore Goacolou; Francois Peyret; Jean-Claude Petitgrand; Marcel Siffert; Gervais Briant; Pierre Feunten
Original assignee: Laboratoire Central des Ponts et Chaussees
Current assignee: Laboratoire Central des Ponts et Chaussees
Priority date: 1986-01-29
Filing date: 1986-01-29
Publication date: 1988-12-06

Abstract

L'invention concerne un procédé de mesure de la charge dynamique exercée sur une chaussée par les essieux des véhicules qui y circulent. Deux câbles piézo électriques sensibles à la pression des essieux, fournissent à leur passage respectivement une impulsion d'information de poids et une impulsion d'information de vitesse. Des signaux, représentant respectivement l'aire de l'impulsion et la durée de l'intervalle de temps séparant les impulsions sont appliqués à un diviseur qui en effectue le quotient et fournit un signal représentant la charge dynamique.The invention relates to a method for measuring the dynamic load exerted on a roadway by the axles of vehicles traveling on it. Two piezoelectric cables sensitive to the axle pressure provide a weight information pulse and a speed information pulse respectively. Signals, respectively representing the area of the pulse and the duration of the time interval separating the pulses, are applied to a divider which performs the quotient and provides a signal representing the dynamic load.

Description

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I.a présen-te invention se rapporte à un procédé de mesure des charges dynamiques appliquées à une chaussée par le trafic routier, et à un capteur de mesure.
On sait que la connaissance des charges appliquées aux chaussées et aux ouvrages d'art (spectres de charges, taux de surcharges, agressivité des essieux des vehicules lourds) est nécessaire pour un dimensionnement correct de ces ouvrages et pour leur entretien.
On utilise actuellement des procédés de pesage dynamique sur chaussées mettant en oeuvre des bascules dynamiques à quartz piézo-électrique, à ~auges de contrainte, à effet capacitif, etc. Ces matériels sont coûteux, nécessitent d'importants travaux d'installation et d'entretien, sont lourds à mettre en oeuvre et imposent des durées relativement .longues de fermeture de chaussée à la circulation lors de ces travaux. Clest pourquoi ils ne connaissent pas une large diffusion.
Le procédé selon l'invention a pour but de remedier à ces inconvénients.
La présente invention vise un procédé de mesure des charges dynamiques appliquées à une chaussée par le trafic routier, dans lequel on place en travers de la chaussée un câble piézo-électrique rectiligne de façon que les roues des essieux des véhicules circulànt sur la chaussée le soumettent, lors de leur passages, à une pression à laquelle il répond par l'émission d'une impulsion électrique, et on calcule la charge dynamique correspondante à partir des paramètres de ladite impulsion, tandis que la : vitesse du véhicule est mesurée à l'aide de l'impulsion délivrée par un second câble piézo-électrique rectiligne disposé sur la chaussée à une certaine distance du câble précité, par détermination de la durée de l'intervalls de temps séparant l'apparition des impulsions respectivement fournies par les deux cables pour une même roue, ce procédé
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étant caractérisé par le fait que l'on déduit la charge dynamique de l'aire du contour, rapporté au temps, de l'impulsion délivrée par le câble et de la vitesse du véhicule, en effectuant le produit de ladite aire par ladi-te vitesse.
D'une manière très simple, m ais n'offran-t qu'une précision assez grossière, on peut déduire la charge dynamique de l'amplitude de l'impulsion délivrée par le câble. Mais on obtient des résu:ltats de meilleure qualité
en déduisant la charge dynamique de l'aire du contour de l'impulsion, rapporté au temps, e-t de la vitesse du véhicule, en effectuant le produit de ladite aire par ladite vitesse. La valeur de l'air en cause est en effet proportionnelle à la charge dynamique et inversement proportionnelle à la vitesse du véhicule. Ce-tte dernière peut être mesurée à l'aide de l'impulsion délivrée par un second câble piézo-électrique rectiligne disposé sur la chaussée à une certaine distance du câble précité, par détermination de la durée de l'intervalle de temps séparant l'apparition des impulsions respectivement fournies par les deux câbles pour une même roue. Il convient donc que la distance des câbles soit inférieure à la distance des essieux successifs de tout véhicule circulant sur la chausséeO
De préférence, les câbles peuvent faire entre eux un angle non nul (par exemple 35 à 40~), ou être disposés parallèlement l'un à l'autre. Dans le premier cas, l'un au moins des câbles est placé en biais sur la chaussée et il est possible d'effectuer un pesage roue par roue et d'en déduire la localisation latérale du véhicule sur ia chaussée à partir de la connaissance de la vitesse et de la différence des temps de passage des roues gauche et droite du véhlcule sur la paire de cables.
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The present invention relates to a method of measurement of dynamic loads applied to a roadway by road traffic, and to a measurement sensor.
We know that the knowledge of the applied loads pavements and engineering structures (load spectra, overload rate, aggressiveness of vehicle axles heavy) is necessary for proper sizing of these works and for their maintenance.
Weighing processes are currently used dynamic on pavements using flip-flops dynamic piezoelectric quartz, with ~ stress troughs, capacitive, etc. These materials are expensive, require significant installation work and maintenance, are heavy to implement and impose relatively long durations of road closure at the traffic during these works. Clest why they don't not widely known.
The purpose of the process according to the invention is to remedy these drawbacks.
The present invention relates to a measurement method dynamic loads applied to a roadway by the road traffic, in which we place across the pavement a straight piezoelectric cable so that the wheels of the axles of the vehicles circulating on the pavement subject it, when they pass, to a pressure to which it responds by issuing a pulse electric, and we calculate the corresponding dynamic load from the parameters of said pulse, while the : vehicle speed is measured using the pulse delivered by a second straight piezoelectric cable placed on the roadway at a certain distance from the cable above, by determining the duration of the interval of time between the appearance of the pulses respectively provided by the two cables for the same wheel, this process . , ~. ~
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being characterized by the fact that the load is deducted dynamics of the area of the contour, compared to time, of the impulse delivered by the cable and the speed of the vehicle, by performing the product of said area by ladi-te speed.
In a very simple way, but don’t offer that a fairly rough precision, we can deduce the charge dynamics of the amplitude of the pulse delivered by the cable. But we get better results by deducting the dynamic load from the area of the contour of the impulse, related to time, and the speed of the vehicle, by performing the product of said area by said speed. The value of the air in question is indeed proportional to the dynamic load and vice versa proportional to the vehicle speed. This last can be measured using the pulse delivered by a second rectilinear piezoelectric cable disposed on the roadway at a certain distance from the aforementioned cable, by determination of the duration of the time interval separating the appearance of the impulses respectively supplied by the two cables for the same wheel. Therefore, the cable distance is less than the distance of successive axles of any vehicle traveling on the ChausséeO
Preferably, the cables can make between them a non-zero angle (for example 35 to 40 ~), or be arranged parallel to each other. In the first case, one at less of the cables is placed at an angle on the pavement and it wheel-by-wheel weighing is possible and deduce the lateral location of the vehicle on the road from knowledge of speed and difference in left and right wheel passage times vehicle on the pair of cables.
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De préférence, d'une manière générale, il convient que l'un au moins des c âbles soit disposé
perpendiculairemen-t à la direction longitudinale de la chaussée.
L'instant d'apparition de chaque impulsion peut être défini comme étant l'instant où le signal obtenu par dérivation de l'impulsion quitte la valeur zéro. Quant à
l'aire de l'impuls.ion, elle peut être mesurée par intégration par rapport au temps du signal constituant l'impulsion entre l'instant de son apparition et l'instant de sa fin où ce signal reprend la valeur qu'il avait à
l'instant d'apparition. Lorsque la valeur du signal constituant l'impulsion à l'instant de son apparition est différente de zéro, ainsi que cela peut résulter de la flexion de la chaussée au passage de llessieu, il convient que l'intégration porte sur la différence entre ce signal et un signal créé avec une valeur constante égale à ladite valeur non nulle.
De préférence, la durée de l'intervalle de temps séparant l'apparition des impulsions correspondant à une même roue peut être mesurée par création d'un signal en forme de rampe commençant à l'instant d'apparition de l'impulsion émise par le câble sur lequel passe d'abord la roue et finissant à l'instant d'apparition de l'impulsion émise par l'autre câble. En général, ce dernier sera le premier cable délivrant l'information de poids, le câble nommé en premier lieu étant le second câble délivrant l'information de vitesse.
La présente invention vise aussi un capteur de mesure des charges dynamiques appliquées à une chaussée par le trafic routier, comprenant un câble piézo-électrique rectiligne et destiné à être placé en travers de la chaussée de façon que les roues des essieux des véhicules circulant sur la chaussée soumettent le câble, lors de leur passage, à
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une pression à laquelle il répond par l'émission d'une impulsion électrique, caractérisé par le fait que le câble est installé de façon à être insensible aux effets des flexions longitudinales de la chaussée.
De préférence, ledi-t câble est avan-tageusement noyé dans un matériau à module d'élasticité très peu sensible à la température, remplissant un long support rigide sous-jacent au câble. Un tel pré-conditionnement du câble assure une indépendance des résultats de mesure vis-à-vis des variations de température et diminue les effets des flexions transversales de ]a chaussée. De plus, il réduit l'hétérogénéité transversale de la réponse du cable piézo-électrique au passage de la charge, par rapport à
celle que présenterait le câble nu.
De préférence, ledit support de câble peut être un profilé en U dont les ailes, tournées vers le haut, sont flanquées de bandes de matériau à très faible module d'élasticité, le tout é-tant noyé à l'intérieur d'une saignée pratiquée transversalement dans la couche de surface de la chaussée et remplie d'un matériau à module d'élasticité très peu sensible à la température. On réalise ainsi un "capteur de saignée".
De préférence, on peut aussi réaliser un "capteur de surface" en donnant au support de câble la conformation d'un long boîtier plat, lequel est placé transversalement sur la couche de surface de la chaussée et fixé à celle-ci.
Ainsi, dans tous les cas, le capteur incorporant le câble qui délivre l'information de poids doit être conçu pour que ce derniar ne reçoive essentiellement que les efforts verticaux traduisant la charge au passage d'un essieu, et ne subisse que le moins possible l'influence des efforts horizontaux.
Ainsi, le procédé selon l'invention permet d'effectuer des mesures pondérales moyennant des dépenses très inférieures à
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celles qu'entraîne l'u~sage de bascules, la matériel mis en oeuvre étant peu couteux et ne demandant aucun entretien. En cas de travaux sur la chaussée, il n'est pas toujours nécessaire d'enlever et de réinstaller ce matériel; si par exemple un tapis 05 mince est appliqué par la suite, il peut s'avérer suffisant de modifier ]e gain des amplificateurs qui traitent les impulsions délivrées par les câbles e-t de procéder à un nouvel é-talonnage pour obtenir un fonctionnement satisfaisant.
De préférence, on peut prévoir, dans le cadre de l'invention, de rr,ettre en oeuvre non pas une seule paire de cables (un prernier câble et un second câble) mais plusieurs paires en associant à un même second câble plusieurs premiers câbles, et en faisant la moyenne des mesures fournies par ces différentes paires de câbles.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre, en regard des dessins annexés, d'exemples de réalisation non limitatifs.
La ~igure 1 illustre schématiquement un mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention à l'aide de deux câbles piézo-électriques de mesure et d'un circuit de traitement des signauxfournis par ceux-ci.
La figure 2 est un diagramme des différents signaux apparaissant dar~s le circuit de la figure 1.
Les figures 3 et 4 représentent, en coupe, deux exemples de réalisation de capteurs incorporant un câble piézo-electrique de mesure.
Comme le montre la figure 1, deux câbles piézo-electriques 1, 2 sont disposés parallèlement en travers de l'une des voies de circulation d'une chaussée 3, avec un écartement D de l'ordre de 60 cm, perpendiculairement à la direction longitudinale de la chaussée.
Chacun de ces câbles, par exemple du type de celui qui fait l'objet du brevet français No 70 / 36 004, est un câble coaxial composé (figure 3) d'une âme 4 et d'une gaine 5, toutes deux métalliques, l'espace intermédiaire étant rempli d'un .
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matériau piézo-électrique 6 sous forme de poudre.
Lorsqu'un essieu de véhicule passe sur l'un de ces câbles l, 2, ce câble subit une compression et délivre une impulsion (cf. courbes C1 et C4 de la figure 2) dont les caractéristiques 05 dépendent de la force de compression et de la vitesse du véhicule, donc de la charge dynamique exercée par l'essieu sur la chaussée.
Le premier câble l délivre ainsi, au passage d'un essieu de véhicule, une impulsion Il destinée à fournir une information relative au poids. Le second câble 2, placé en amont du câble l suivant le sens de circulation indiqué par la flèche V, délivre de même une impulsion I2 destinée à fournir une information relàtive à la vitesse de l'essieu.
Ces impulsions, dont la partie essentielle correspond à
une tension électrique positive, sont encadrées de deux zones de tension néga-tive, dues aux contraintes de traction exercées par l'essieu sur la couche de surface de la chaussée. L'instant où
commence véritablement chaque impulsion est celui du point M où la tension devenue négative commence à croitre jusqu'au sommet N de l'impulsion. Cet instant est déterminé comme étant celui où le signal obtenu par dérivation de l'impulsion quitte la valeur zéro ou, plus exactement, franchit cette valeur après avoir été
légèrement négatif (cf courbe C2 de la figure 2).
Les câbles l, 2 sont reliés à des amplificateurs 7, 8 présentant une haute impé~ance d'entrée afin de permettre des mesures correctes même pour des véhicules circulant à faible vitesse. Ces amplificateurs délivrent les signaux Cl et C4 correspondant respectivement aux impulsions I2 et I1.
L'amplificateur 7 du cable 2 est suivi d'un dérivateur 9 délivrant le signal C2, lequel est appliqué à un amplificateur à seuil lO.
La valeur du seuil étant voisine de zéro, ce dernier amplificateur délivre une impulsion C3 en forme de créneau dont le front avant correspond à l'instant to d'apparition de l~impulsion Cl.
De même, l'amplificateur 8 auquel est raccordé le câble l est suivi d'~m dérivateur ll et d'un amplificateur à seuil 12 qui délivre le créneau C5 dont le front avant correspond à l'instant tl d'appari~ion de l'impulsion C4, postérieur à l'instant to, car le câble l se trouve en aval du câble 2 suivant le sens de la circulation indiqué par la flèche V
L'aire A de l'impulsion C4 (couverte de hachures sur la 05 figure 2) est proportionnelle à la force F exercée par l'essieu sur le câble 1 (charge dynamique de l'essieu) inversement proportionnelle à la vitesse V dudit essieu :
A = k F / V.
Donc :
F = k' AV.
Or V = D / (tl - to).
D'où
F = k" A / (tl - to).
Conformément à cette dernière formule, le calcul de F va être effectué à p ~tir des valeurs de l'aire A et du temps tl to, qu'il s'agit donc de déterminer.
~tant donné que le début et la fin de l'impulsion C4 corresponden-t à un niveau négatif -u de tension, on forme un signal de correction C7 qui présente un palier de tension -u pendant toute la durée de l'impulsion, puis on retranche ce signal du signal C4. L'impulsion entièrement positive qui en résulte peut alors être aisément intégrée par rapport au temps pour obtenir l'aire A.
Le signal C7 est engendré p~ un échantillonneur-bloqueur 13 qui recoit le signal C4 et assure la charge d'un condensateur à la valeur progressivement décroissante que prend le signal C4 avant l'impulsion proprement dite, ce condensateur conservant ensuite la tension -u finalement acquiseO Ce signal C7 est retranché du signal C4 dans un élément de circuit 14 et le signal C'4 résultant (non représenté sur la figure 2) est appliqué à lm intégrateur 15 qui délivre un signal C8 dont l'amplitude terminale est représentative de l'aire A.
La détermination de l'intervalle de temps tl - to se fait en appliquant les signaux C3 et C5 à un générateur de rampe 16 de .
facon que celui-ci engendre un signal C9 en forme de rampe, croissant linéairement de l'instant to à l'instant tl pour demeurer ensuite constant à la valeur T atteinte à l'instant tl, laquelle est proportionnelle à la valeur de l'intervalle de temps 05 tl - to :
T = kl (tl - to).
Finalement, les signaux C8 et C9, représentant respectivement llaire A et le temps tl - to, sont appliqués à un circuit diviseur 17 qui en effectue le quotient et fournit en conséquence un signal C10 dont la valeur terminale E est proportionnelle à la charge dynamique F qu'il s'agissait de déterminer.
Le circuit de la figure 1 comporte encore un amplificateur à seuil 18 qui fournit, à partir de l'impulsion constituant le signal C4, une impulsion rectangulaire C6 commencant et finissant aux instants où l'impulsion C4 passe par le niveau zéro. A partir de l'instant terminal t2 de l'impulsion C6, un premier monostable 19 est déclenché, qui crée un instant t3 où est formée une impulsion courte de remise à zéro des signaux C7, C8 et C9, ainsi que, par conséquent, du signal C10. L'intervalle de temps t3 - t2 est donc celui pendant lequel se fait la mesure de l'amplitude E
du signal C10. Sa durée résulte d'un compromis : il doit être suffisamment long pour permettre une mesure confortable de ladite amplitude E, sans se prolonger au point qu'il y ait risque d'empiétement d'un cycle de mesure relatif à un essieu d'un véhicule et du cycle de mesure relatif à un autre essieu du même véhicule, circulant à vitesse élevée. Un ordre de grandeur convenable pour cet intervalle de temps est 1/30 de seconde.
Après l'instant t3 est créé par un second monostable 20 un instant t4, les intervalles de temps t4 - t3 et t3 - t2 étant sensiblement égaux~ A cet ins~ant t4 est formée une courte impulsion qui assure la décharge du câble 1, ce qui se manifeste par le retour à zéro du signal C4. Pareille opération est inutile pour le câble 2, qui n'a à fournir qu'une information par "tout ou rien" permettant de déterminer la vitesse de déplacement des 8 ~z~
véhicules. L'instan-t t4 marque la fin du processus de mesure de la charge dynamique d'un essieu.
Deux modes d'installation du câble 1 sont illustrés à
titre d'exemples par les figures 3 et 4. D'une manière générale, 05 ce câble doit être mis à l'abri des effets des flexions longitudinales et transversales et des variations de température dont peut être le siège la chaussée 3. Pour sa part, le câble 2, fournissant une simple information de vitesse, peut être implanté
plus simplement.
Suivant la figure 3, le câble 1 est associé à un profilé
rigide 21, rectiligne et de section en U, qu'il surmonte longitudinalement et auquel il est lié par un matériau d'enrobage 22 à module d'élasticité très peu sensible à la température. Le profilé en U 21, qui présente une section de contour général sensiblement carré, peut être réalisé en un métal tel que l'aluminium. On obtient ainsi un ensemble de conditionnement rigide du câble 1. Cet ensemble est noyé dans un matériau 23, qui peut être de même nature que le matériau 22, remplissant une saignée 24 pratiquée transversalement dans la couche de surface de la chaussee 3. Cette saignée présente une largeur L comprise par exemple entre 5 et 8 cm, suffisante pour rendre négligeable l'incidence des variations éventuelles du module d'élasticité du matériau constituant la couche de surface. Le long des flancs extérieurs des ailes du profilé 21, tournées vers le haut, et de la masse de matériau 22 qui en fait saillie sont prévues des bandes 25 de matériau à très faible module d'élasticité (par exemple en mousse d'élastomère) qui procurent un effet de filtrage mécanique atténuant l'influence des flexions longitudinales de la chaussée, celle des flexions transversales étant contenue par le profilé rigide 21. Les matériaux de remplissage 22, 23 peuvent être constitués par un mortier époxydique à charge de silice, dont le module d'élasticité ne varie pas de plus de 20 à 25 % dans la plage de température allant de - lo~c à ~ 50~C.
L'assemblage des éléments 1, 21, 22 et 25 peut être réalisé en uslne. Dans l'ensemble obtenu, le câble 1 est à une 12~6~
cote constante bien déterminée par rapport au profilé 21, et la rigidité de cet ensemble permet son installation en saignée de façon aisée et reproductible~
Au lieu d'utiliser un capteur de saignée tel que 05 représenté à la figure 3, on peut parfois préférer un capteur de sur~ace. L,a -Eigure 4 représente un tel mode de réalisation. Un boîtier plat 26, de hauteur inférieure à 1 cm environ et de largeur pouvant atteindre 15 cm environ, sert de support au câble 1, lequel est placé au centre d'une large gorge 27 que comporte le boîtier sur toute sa longueur. La gorge 27 est complète~ent remplie d'un matériau d'enrobage 28 du même genre que les matériaux 22 et 23 du capteur de saignée de la figure 3. Le boîtier 26, qui comporte sur ses deux bords longitudinaux des biseaux formant des rampes d'accès 26a destiné0s à atténuer la secousse infligée par le capteur aux véhicules, est fixée à la surface de la chaussée 3, transversalement à la direction longitudinale de celle-ci, par collage à l'aide d'une matière adhésive 29, ainsi qu'éventuellement par des moyens de fixation complémentaire 30 (vis et chevilles à béton par exemple).
L'assemblage des éléments 1, 26 et 28 est de préférence effectué en usine. La structure de l'ensemble ainsi constitué
assure une très faible hétérogénéité transversale, proche de celle du câble 1, ainsi qu'une incidence nulle aussi bien des flexions longitudinales de la couche de surface de la chaussée 3 que des v ~iations de module d'élasticité entre cette dernière et le capteur. 2, ,,.
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Preferably, in general, it is advisable at least one of the cables perpendicular to the longitudinal direction of the pavement.
The instant of appearance of each pulse can be defined as the instant when the signal obtained by pulse derivation leaves zero. As for the area of the pulse, it can be measured by integration over time of the constituent signal the impulse between the moment of its appearance and the moment from its end where this signal resumes the value it had at the instant of appearance. When the signal value constituting the impulse at the time of its appearance is nonzero as well as it can result from the bending of the roadway at the passage of the axle, it is advisable that integration is about the difference between this signal and a signal created with a constant value equal to said non-zero value.
Preferably, the duration of the time interval separating the appearance of the pulses corresponding to a same wheel can be measured by creating a signal in form of ramp starting at the moment of appearance of the pulse emitted by the cable over which the wheel and ending at the moment of appearance of the impulse from the other cable. In general, the latter will be the first cable delivering the weight information, the cable named first being the second cable delivering speed information.
The present invention also relates to a measurement of dynamic loads applied to a roadway by road traffic, including a piezoelectric cable straight and intended to be placed across the road so that the wheels of the axles of the traveling vehicles on the roadway subject the cable, as they pass, to ir ~ ~;,. ~ ' - 3a - ~ ~ 4 ~
a pressure to which he responds by issuing a electrical impulse, characterized in that the cable is installed so as to be insensitive to the effects of longitudinal flexions of the roadway.
Preferably, ledi-t cable is advantageously embedded in a material with very little elastic modulus temperature sensitive, filling a long support rigid underlying the cable. Such pre-conditioning of cable ensures independence of measurement results vis-against temperature variations and reduces the effects transverse flexions from the floor. Moreover, he reduces the transverse heterogeneity of the cable response piezoelectric when the charge passes, with respect to that which the bare cable would present.
Preferably, said cable support can be a U-shaped whose wings, facing upwards, are flanked by strips of very low modulus material of elasticity, all drowned inside a groove practiced transversely in the surface layer of the floor and filled with a material with very elastic modulus not very sensitive to temperature. This produces a "sensor of bleeding ".
Preferably, it is also possible to produce a "sensor surface "by giving the cable support the conformation a long flat case, which is placed transversely on the surface layer of the roadway and fixed to it.
Thus, in all cases, the sensor incorporating the cable that delivers the weight information must be designed so that the latter basically only receives the vertical forces reflecting the load when passing a axle, and is only minimally influenced by horizontal efforts.
Thus, the method according to the invention allows perform weight measurements for an expense much lower than .
those involved in the use of scales, the equipment used being inexpensive and requiring no maintenance. In case of road work, it is not always necessary remove and reinstall this equipment; if for example a carpet 05 thin is applied afterwards, it may be sufficient to edit] gain of amplifiers that process pulses delivered by the cables and to carry out a new calibration to obtain satisfactory operation.
Preferably, it is possible to provide, in the context of the invention, of rr, to be implemented not a single pair of cables (a first cable and a second cable) but several pairs by associating to the same second cable several first cables, and by averaging measurements provided by these different pairs of cables.
Other characteristics and advantages of the invention will emerge more clearly from the description which follows, in look at the accompanying drawings, non-exemplary embodiments limiting.
The ~ igure 1 schematically illustrates a mode of implementation work of the process according to the invention using two piezo cables electrical measuring devices and a signal processing circuit supplied by them.
Figure 2 is a diagram of the different signals appearing in the circuit of FIG. 1.
Figures 3 and 4 show, in section, two examples of sensors incorporating a piezoelectric cable of measurement.
As shown in Figure 1, two piezoelectric cables 1, 2 are arranged in parallel across one of the circulation of a carriageway 3, with a spacing D of the order of 60 cm, perpendicular to the longitudinal direction of the pavement.
Each of these cables, for example of the type which is the subject of French patent No 70/36 004, is a cable coaxial compound (Figure 3) of a core 4 and a sheath 5, all two metallic, the intermediate space being filled with a .
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piezoelectric material 6 in powder form.
When a vehicle axle passes over one of these cables l, 2, this cable undergoes compression and delivers a pulse (cf. curves C1 and C4 in Figure 2) whose characteristics 05 depend on the compression force and the speed of the vehicle, therefore the dynamic load exerted by the axle on the road.
The first cable thus delivers it, on passing an axle vehicle, a pulse It intended to provide information relative to weight. The second cable 2, placed upstream of the cable l following the direction of circulation indicated by the arrow V, delivers from even an I2 pulse intended to provide relative information at axle speed.
These impulses, the essential part of which corresponds to a positive electrical voltage, are surrounded by two zones of negative tension, due to the tensile stresses exerted by the axle on the road surface layer. The moment when truly begins each pulse is that of point M where the tension become negative starts to increase until the top N of the impulse. This instant is determined to be the moment when the signal obtained by pulse derivation leaves the value zero or, more exactly, crosses this value after being slightly negative (see curve C2 in Figure 2).
Cables 1, 2 are connected to amplifiers 7, 8 having a high input impe ~ ance to allow correct measurements even for vehicles running at low speed. These amplifiers deliver the signals Cl and C4 corresponding respectively to the pulses I2 and I1.
The amplifier 7 of the cable 2 is followed by a diverter 9 delivering signal C2, which is applied to a threshold amplifier 10.
The value of the threshold being close to zero, this latter amplifier delivers a C3 pulse in the form of a niche whose front edge corresponds to the instant to of appearance of the pulse Cl.
Likewise, the amplifier 8 to which the cable l is connected is followed by ~ m diverter ll and a threshold amplifier 12 which delivers the C5 slot whose front edge corresponds to the instant tl of pairing of the pulse C4, after the instant to, because cable l is located downstream of cable 2 in the direction of circulation indicated by arrow V
Area A of pulse C4 (covered by hatching on the 05 figure 2) is proportional to the force F exerted by the axle on cable 1 (dynamic axle load) conversely proportional to the speed V of said axle:
A = k F / V.
So :
F = k 'AV.
Gold V = D / (tl - to).
From where F = k "A / (tl - to).
According to this last formula, the calculation of F will be performed from values of area A and time tl to, which must therefore be determined.
~ as long as the start and end of pulse C4 does it correspond to a negative level -u of tension, one forms a correction signal C7 which has a voltage level -u for the duration of the pulse, then we subtract this signal of signal C4. The resulting entirely positive impulse can then be easily integrated with respect to time to obtain area A.
The signal C7 is generated p ~ a sampler-blocker 13 which receives signal C4 and charges a capacitor at the progressively decreasing value taken by the signal C4 before the actual pulse, this capacitor retaining then the voltage -u finally acquired O This signal C7 is subtracted from signal C4 in a circuit element 14 and the signal C'4 resulting (not shown in Figure 2) is applied to lm integrator 15 which delivers a signal C8 whose terminal amplitude is representative of area A.
The time interval tl - to is determined by applying signals C3 and C5 to a ramp generator 16 of .
so that it generates a signal C9 in the form of a ramp, linearly increasing from time to to time tl for then remain constant at the value T reached at time tl, which is proportional to the value of the time interval 05 tl - to:
T = kl (tl - to).
Finally, the signals C8 and C9, representing respectively llaire A and time tl - to, are applied to a divider circuit 17 which performs the quotient and provides in consequently a signal C10 whose terminal value E is proportional to the dynamic load F that it was determine.
The circuit of FIG. 1 also includes an amplifier at threshold 18 which provides, from the pulse constituting the signal C4, a rectangular pulse C6 beginning and ending at times when the C4 pulse passes through the zero level. From of the terminal instant t2 of the pulse C6, a first monostable 19 is triggered, which creates an instant t3 where a short pulse to reset signals C7, C8 and C9, as well that, therefore, from signal C10. The time interval t3 - t2 is therefore the one during which the amplitude E is measured of signal C10. Its duration results from a compromise: it must be long enough to allow comfortable measurement of said amplitude E, without extending to the point where there is a risk encroachment of a measurement cycle relating to an axle of a vehicle and measurement cycle relating to another axle of the same vehicle traveling at high speed. An order of magnitude suitable for this time interval is 1/30 of a second.
After the instant t3 is created by a second monostable 20 a instant t4, the time intervals t4 - t3 and t3 - t2 being substantially equal ~ At this ins ~ ant t4 is formed a short pulse which ensures the discharge of cable 1, which manifests itself by the return to zero of signal C4. No such operation is necessary for cable 2, which only has to provide information with "all or nothing "to determine the speed of movement of 8 ~ z ~
vehicles. The instan-t t4 marks the end of the measurement process dynamic axle load.
Two ways of installing cable 1 are illustrated in title of examples by FIGS. 3 and 4. In general, 05 this cable must be protected from the effects of bending longitudinal and transverse and temperature variations which may be the seat of the roadway 3. For its part, the cable 2, providing simple speed information, can be implemented more simply.
According to Figure 3, the cable 1 is associated with a profile rigid 21, straight and U-shaped, which it surmounts longitudinally and to which it is linked by a coating material 22 with modulus of elasticity very insensitive to temperature. The U-shaped profile 21, which has a general contour section substantially square, can be made of a metal such as aluminum. This gives a packaging unit rigid cable 1. This assembly is embedded in a material 23, which may be of the same nature as the material 22, filling a groove 24 made transversely in the surface layer of roadway 3. This groove has a width L included for example between 5 and 8 cm, sufficient to make it negligible the incidence of possible variations in the modulus of elasticity of the material constituting the surface layer. Along the flanks outside of the wings of the profile 21, turned upwards, and the mass of material 22 which projects therefrom are provided strips 25 of material with very low modulus of elasticity (for example of elastomer foam) which provide a filtering effect mechanical attenuating the influence of the longitudinal flexions of the pavement, that of the transverse flexions being contained by the rigid profile 21. The filling materials 22, 23 can consist of an epoxy mortar containing silica, of which the modulus of elasticity does not vary by more than 20 to 25% in the temperature range from - lo ~ c to ~ 50 ~ C.
The assembly of elements 1, 21, 22 and 25 can be made in uslne. Overall, cable 1 is one 12 ~ 6 ~
constant dimension well determined with respect to profile 21, and the rigidity of this assembly allows its installation in tapping of easy and reproducible way ~
Instead of using a bleeding sensor such as 05 shown in Figure 3, we may sometimes prefer a on ~ ace. L, a -Eigure 4 represents such an embodiment. A
flat housing 26, of height less than approximately 1 cm and of width up to approx. 15 cm, supports the cable 1, which is placed at the center of a wide groove 27 which the housing over its entire length. Throat 27 is complete ~ ent filled with a coating material 28 of the same kind as the materials 22 and 23 of the bleed sensor of FIG. 3. The housing 26, which has on its two longitudinal edges bevels forming access ramps 26a intended to reduce the shock from the sensor to vehicles, is attached to the pavement surface 3, transverse to the direction longitudinal thereof, by gluing using a material adhesive 29, as well as possibly by means additional fixing 30 (concrete screws and dowels) for example).
The assembly of elements 1, 26 and 28 is preferably carried out in the factory. The structure of the assembly thus constituted ensures very low transverse heterogeneity, close to that of cable 1, as well as zero incidence of both bending of the pavement surface layer 3 only v ~ iations of modulus of elasticity between the latter and the sensor.

Claims

The realizations of the invention, about of which an exclusive property or privilege right is claimed, are defined as follows:

1. Method for measuring dynamic loads applied to a roadway by road traffic, in which a piezoelectric cable is placed across the road straight so that the wheels of the vehicle axles traveling on the roadway submit it, when they passage, at a pressure to which it responds by emission of an electrical impulse, and we calculate the charge corresponding dynamics from the parameters of said pulse while the vehicle speed is measured at using the pulse delivered by a second piezo cable straight electric arranged on the roadway at a certain distance from the aforementioned cable, by determining the duration of the time interval between the appearance of the pulses respectively supplied by the two cables for the same wheel, this process being characterized by the fact that deduces the dynamic load from the area of the contour, referred to time, the impulse delivered by the cable and the speed of the vehicle, by performing the product of said area by said speed.

2. Method according to claim 1, characterized by the fact that the area of the pulse is measured by integration over time of the constituent signal the impulse between the moment of its appearance and the instant of its end when this signal resumes the value it at the moment of appearance.

3. Method according to claim 2, characterized by the fact that when the value of the constituent signal the impulse at the moment of its appearance is different from zero, integration relates to the difference between this signal and a signal created with a constant value equal to said non-zero value.

4. Method according to any one of Claims 1 to 3, characterized in that the instant appearance of each pulse is determined by detection from the moment when the signal obtained by derivation of the pulse leaves the value zero.

5. Method according to claim 1, characterized by the fact that the duration of the time interval separating the appearance of pulses corresponding to the same wheel is measured by creating a ramp-shaped signal starting at the moment of appearance of the pulse emitted by the cable on which the wheel first passes and ending at the moment of appearance of the impulse emitted by the other cable, the latter being arranged downstream in the direction of vehicle traffic.

6. Method according to claim 1, characterized by the fact that the cables form a non-zero angle between them.

7. Method according to claim 1, characterized by the fact that the cables are arranged in parallel one to the other.

8. Method according to claim 6 or 7, characterized by the fact that at least one of the cables is arranged perpendicular to the longitudinal direction of pavement.

9. Dynamic load measurement sensor applied to a roadway by road traffic, including a straight piezoelectric cable intended to be placed across the roadway so that the wheels of the axles vehicles traveling on the roadway submit the cable, during their passage, at a pressure to which it responds by the emission of an electrical pulse, characterized by the fact that the cable is installed so as to be insensitive the effects of longitudinal flexing of the road.

10. Sensor according to claim 9, characterized by the fact that said cable is embedded in a material to modulus of elasticity very insensitive to temperature, filling a long rigid support underlying the cable.

11. Sensor according to claim 10, characterized by the fact that said support is a profiled U whose wings, turned upwards, are flanked by strips of material with very low elastic modulus, the everything being drowned inside a practiced bloodletting transversely in the road surface layer and filled with a material with very little elastic modulus sensitive to temperature.

12. Sensor according to claim 10, characterized by the fact that said support is a long flat housing placed transversely on the surface layer of the roadway and fixed to it.