CN103917852B - 用于车辆称重的方法、和测量系统及用于该测量系统的测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种借助至少一个WIM传感器(5)在道路(4)路段(3)行驶期间确定车辆(1)的重量G的方法。在该车辆(1)驶过期间，在路段(3)中检测整个碾压期间作为时间函数的所有车轮(2)或双车轮的轮载Fi(t)以及车辆(1)的速度v(t)；并且在确定重量G的数据分析中，速度v(t)及其随着时间的变化被用作同时被检测的轮载Fi(t)的加权。根据本发明，WIM传感器(5)在行驶方向上比车轮的支承面的长度(14)要窄。

Description

用于车辆称重的方法、和测量系统及用于该测量系统的测量 装置
技术领域
本发明涉及一种用于在道路路段行驶期间确定车辆的重量G的方法。
背景技术
在载重汽车的公路收费以及装载站检入系统(收费广场)领域中的应用范围内，需要非常准确和高效的载重汽车称重系统，以便能够提供与重量相关的费用。为此，期望的是可以在流动的交通中进行测量，而不阻断交通。然后，该重量测量被用于计算费用(公路收费)。
如今已知有三种用于重量检测的技术方案，即静态的称重桥、低速轮轴称重(Achslastwaagen)和高速WIM(动态称重)系统。
称重桥是静态的测量系统。载重汽车(LWK)要被称重，必须要行驶到秤上，停在那里并等待，直到显示稳定下来。该过程非常精确但遗憾的是非常耗时，并且不适用于在流动的交通中进行测量。
低速轮轴称重是短的称重桥，大约一米长，其可在较均速、较缓慢的碾压中高效和准确地测量车轴荷载。它的缺点是，一方面安装成本高昂，因为必须要挖出一个大坑并且要将其保护起来，这导致车道封锁好几天；另一方面密集的维护成本很高。此外，在碾压时载重汽车的速度范围限于约10km/h至最大30km/h。
高速WIM(动态称重)系统由小的导轨状的传感器组成，比如由EP0654654所公知的，其能快速和简单地安装在行车道中。WIM传感器被安放在一个最大尺寸为60×70mm的很小的槽中并被浇铸到道路中。车道封锁的持续时间不到8小时。这些系统是不需维护的，并且被成功地应用在高速WIM的区域中，在该区域车辆通常以公路速度行驶。在以低速碾压时，尤其在以不规则的速度碾压时，在碾压期间加速、刹车，以及走走停停的交通中，重量测量的精度不再被保持，会有极大的测量误差。因此，在这样的区域中，这种系统不能成功地投入使用。
在WO 01/22044中提出了一种方法，为了改善使用静态称重系统实施的测量，在所述方法中，车辆要在约16km/h的速度的行驶过程中被称重。在碾压过程中车辆的速度成为了大问题，因为车辆在高速时仅在秤上停留极短的时间，并且通常称重系统仅有约60cm宽。由于车辆在称重系统上仅停留几毫秒，车辆在碾过时的振动导致极大的不准确性。此外，称重系统的灵敏度在整个碾压长度上是不恒定的，这再次降低了测量精度。当在很短的称重系统中以恒定的速度考虑，基于这些理由在上述文献中提出，将测得的重量与实际测得的速度相乘，并且对乘积在时间上积分。以这种方式来校正误差。对于这种系统要注意，称重系统的长度总是要足够长。代替60cm碾压长度的已知的称重系统，提出其长度被设计为使得车辆的至少两个轴总是可以同时位于该称重系统上。这样的系统安装起来非常浪费并且昂贵。
发明内容
本发明的目的在于提出一种用于在道路路段行驶期间确定车辆的重量G的方法，其不依赖于碾过速度而能提供精确的信息。尤其是车辆应可以停在测量路段上，或者以公路速度通过该测量路段，而不必承受精度损失。用于本方法的该测量装置还应该是便宜的。本发明的进一步的目的在于提供一种测量装置以及用于该测量装置的测量链(Messkette)的设计。
所述目的通过本发明的技术方案来实现。
基于本发明的技术构思在于，在车辆碾压期间，在路段中借助WIM传感器检测在整个碾压期间作为时间函数的所有车轮i的轮载Fi(t)以及车辆的速度v(t)；并且在用于确定重量G的数据分析时，该速度及其随着时间的变化被用作同时被检测的轮载的加权。根据本发明，使用的WIM传感器在行驶方向上比车轮的支承面的长度要窄。
根据本发明的测量系统，用于在路段行驶期间在考虑重量检测时的车辆速度及其随着时间的变化的情况下来确定车辆的重量G，所述测量系统包括至少一个WIM传感器，其被安装在道路的路段中，并且能够与时间相关地检测碾压轮载。此外，该测量系统还包括用于确定所述车辆在所述路段行驶期间的作为时间函数的速度的装置；以及用于分析所测定的数据的分析单元。根据本发明，所使用的WIM传感器在行驶方向上比车轮的支承面的长度要窄。
根据本发明的测量装置，用于在道路路段行驶期间确定车辆的重量G，所述测量装置包括根据本发明的测量系统，其中所述WIM传感器横向于行驶方向并且其表面与道路表面平齐地被安装在道路中。根据本发明，所使用的WIM传感器在行驶方向上比车轮的支承面的长度要窄。
在下面，术语“WIM传感器”总是被理解为比车轮的支承面的通常长度要窄的传感器，如图1中所示。典型的数值为约5-7cm宽，其对应于碾压长度。
与现有技术中已知的方法不同，在本发明中不使用宽的称重系统，而是使用较窄的动态称重(WIM)传感器。这导致如下的差别：在根据本发明的方法中，并非将车辆的或车辆车轮的重量作为整体被测量，因为不使用具有大于车轮支承面长度的相应长度的静态称重系统。在现有技术中，总是使用至少为60cm的碾压长度的称重系统，其明显比车轮的支承面的长度要长。由于在本发明中总是只有车轮的一部分被置于WIM传感器上，所以如果测量轮载，则总是得到部分荷载，其决不可能包括车轮或双车轮的所有重量。
此外，与现有技术的方法相比，通过所述方法可以在碾压速度达到公路速度的情形下确定车辆的重量，其中特别地，负的速度也是允许的。因此，稍微的倒车也是允许的，如在停车之后可能发生的情形那样。
本发明的优点尤其在于，所述方法是能够普遍适用的，并且对于所有的车辆都可提供可靠的数值。这对于用于碾压通过的自动征费来说是必要的前提条件。
附图说明
下面参照所附的附图更详细地说明本发明。其中：
图1示出了具有装入的WIM传感器的路段和车辆车轮在碾压传感器时的截面示意图；
图2示出了接收到的轮载Fi(t)的与时间相关的信号；
图3示出了接收到的在WIM传感器上进行碾压期间车辆的与时间相关的速度v(t)；
图4示出了根据本发明的测量装置以及碾压该路段部分的车辆；
图5示出了在车辆组合体(Fahrzeugkomposition，车辆总成)以同步的与时间相关的速度v(t)碾压时WIM传感器的时间信号F(t)的实例；
图6示出了用同步的速度v(t)对轮载Fi(t)进行加权；
图7示出了具有用于检测速度的光束阵列和两个WIM传感器的路段。
具体实施方式
图1示出了安装在路段3中的WIM传感器5以及在碾压WIM传感器5期间车辆组合体或车辆1的车轮2。该图夸大地示出，由于例如载重汽车的车辆1的负荷使得车轮2在道路4上不具有点支承，而是有少许被压平。WIM传感器5通常具有50-70mm的宽度，载重汽车车轮的通常的支承面根据车轮的直径和气压的不同具有大约100-200mm的长度14。图2示出了由WIM传感器5检测的车轮2的与时间相关的轮载Fi(t)。在此，该车轮可以选择性地为单车轮或双车轮i，其中装配于车辆1的一根轴的同一侧的双车轮的两个车轮2共同碾压WIM传感器5。双车轮与单车轮被同样对待，并且没有区别。由此，在下面仅谈及车轮2，其意味着也涵盖双车轮。
图3示出了与轮载Fi(t)测量同时被测量的、车辆2的与时间相关的速度测量v(t)。所测得的数据F(t)和v(t)必须在时间上准确地同步，由此，在这两项数据记录F(t)和v(t)中，时间t在任何时候都必须相同。
图4示出了路段3和根据本发明的测量系统12，该测量系统12用于测定碾压路段3的车辆组合体的车辆重量G。测量系统12包括用于测定轮载F(t)的WIM传感器5、用于确定速度v(t)的装置7、以及用于分析所测定的数据并确定车辆组合体的重量G的分析单元10。在图4中，特别地示出了所安装的根据本发明的测量系统12，由此获得根据本发明的测量装置13。WIM传感器5横向于行驶方向、其表面与道路表面平齐地被安装在道路4中。在此，WIM传感器5通常仅到达道路中央用于检测轮轴的一侧，而相邻的WIM传感器5'从道路中央到达另一道路边缘，用于检测在轴另一侧的车轮2的轮载。这些WIM传感器5、5'被统称为WIM传感器。
用于确定速度v(t)的装置7必须被设置为，使得在车辆1以所有车轴整体碾压通过WIM传感器5期间可以检测车辆速度。数据F(t)和v(t)被发送到分析单元10，其使这两个数据列Fi(t)、v(t)在时间上同步。重要的是，所述同步实际上是编译(zusammenstellt)同步化的数据列。
图4中示出了具有5根轴的车辆组合体。优选地，测量系统12或者测量装置13具有用于测定车辆组合体的端部的装置11。其可以例如以能横向于行车道设立的光束格栅的形式，或者以可被安装到路面中的感应线圈(Induktionsschlaufen)的形式予以实现。图4中示意性地示出了该装置11。
一旦确定出车辆组合体的端部，相应的信号就会被发送到分析单元10。然后重量测定结束，并为下一个车辆1'的重量测定作好准备。
图5中示出了具有五根轴的车辆组合体的关于车辆一侧的经同步的轮载F(t)和v(t)。在这个实例中，在车辆1继续加速行驶之前，车辆1在此期间停了下来，并且稍微向后倒退了一下。在较慢行驶时所测定的轮载落入相应较宽的图形中，并且在较快行驶时落入较窄的图形中，因为碾压WIM传感器所占用的时间较短。
图6示意性地示出了F(t)与v(t)的乘积，其相应于用速度对轮载进行的加权。
为了测定车辆组合体的重量G，轮载Fi(t)和速度v(t)的乘积在整个碾压时间上都作为整体，或者对每个车轮2单独地进行积分，并且与包含有WIM传感器的校正数据的校正常数K相乘。对于所有的车轮或者所有的WIM传感器5、5'，通过将这些结果求和来最终得出重量G，所述传感器并排设置并且共同覆盖整个道路4的宽度。
在优选的实施例中，根据本发明的方法的特征在于如下的方法步骤：
a)每个车轮2的轮载Fi(t)，或者在配备双胎的情形下车辆1的每个双车轮i的轮载Fi(t)，在驶过道路4时通过WIM(动态称重)传感器被单独地作为时间函数予以测定；
b)车辆的速度v(t)至少在所有的车轮2或者双车轮i碾压WIM传感器5期间作为时间函数被测定；
c)所测定的轮载Fi(t)与所测定的速度v(t)在时间上被同步，并且相乘Fi(t)·v(t)；
d)所形成的乘积Fi(t)·v(t)在车辆的整个碾压期间在时间dt上被积分；
e)所述积分Ii与校正常数Ki相乘并且为确定重量G而进行累加。
根据本发明，车辆1的速度v(t)可借助于雷达检测。这是简单和成熟的技术。可选地，车辆的速度还可以使用所谓的激光多普勒测速法加以确定。此方法使用激光，其与行驶方向倾斜并与车辆相对定向，基于多普勒效应从其反射信号能推断出车辆的速度。
可选地，可借助于如下装置检测车辆的速度，所述装置包括沿行驶方向设置的光束阵列9，车辆1的车轮2在碾压WIM传感器5时连续地行驶通过所述阵列。这种光束阵列9的实例在图7中示出。优选地，阵列9中的单个光束8的间距最多达到WIM传感器5的宽度，优选大约为WIM传感器5的宽度的一半。由此确保了，在轮子每次碾压通过WIM传感器时都能具有多个速度数据，而不依赖于通行速度。相比而言，在雷达测量中，两个测量点之间的时间间隔总是恒定的。因此，每次压过WIM-传感器5时，在以200km/h快速碾压时比在慢速碾压时检测出远远更少的速度。甚至在车辆1停止时，在雷达测量中的测量率也是恒定的。于此相反，通过使用在行驶方向上设置的光束阵列9确定速度时，速度测量的次数总是恒定的。由此对于所有车轮2和所有车辆1而言，单个轮载的加权的精度是相同的，而不依赖于各行驶速度。然而应该注意，阵列9至少要有一定长度，使得在具有假定的最大车轮尺寸的车辆驶过时总有所述阵列9的至少一条光束8不会被车轮2中断。这样就确保了，速度总是可以以足够的精度被测定出，而不会出现例如由车辆1停止在WIM传感器5上所致的系统错误。
优选地，借助于装置11测定，哪些车轮/双车轮附属于具有所有挂车的车辆组合体，以确定所述车辆组合体的总重量。
为了改善车辆1的重量G的重量测定精度，进一步可行的是，随后在路段3中在与WIM传感器5例如相距约0.2至1米的距离处以横向于整个道路4的方式安装另一个WIM传感器6。该第二WIM传感器6可以如同第一WIM传感器那样由多个相互顺次排列的WIM传感器6、6'组成，其整体上横跨整个行车道3。在下面仅谈论一个WIM传感器6，虽然其可以是多个。图7中示出了具有第二WIM传感器6的测量装置13。
该第二WIM传感器6同样与分析单元10相连接，以便传送所测定的数据。现在，速度v(t)自然必须以直至车辆组合体的最后的车轮2完全地越过该第二WIM传感器6那么长的时间被检测。
每个轮载连同相应的速度在每个WIM传感器5、6中被分析。然后，依照结果的可信度丢弃一个用于轮载的WIM传感器测量c而仅考虑其它的WIM测量Fi 2(t)的结果，或者如果两个结果都给出了貌似可信的值，则考虑平均这两个结果，以进一步测定车辆重量G。特别是在倒车时可能会产生错误测量。
根据本发明，基于所测定的重量数据G，对通行征收费用。这可以例如直接通过车辆1中携带的电子通信组件上的销账系统来进行，或者通过从帐户划帐来进行，所述帐户可以通过识别车辆1而对应到车辆所有者。
以这种方式可以建立收费站，其能够方便地收取特定重量的公路费用，尤其是无需迫使车辆1停止或减速，其中还确保了对于所有速度的重量测量G的精确性。
附图标记说明：
1、1' 车辆，车辆组合体
2 车轮，双车轮
3 路段
4 道路
5、5' 动态称重传感器；WIM传感器；WIM传感器列
6、6' 第二WIM传感器，第二WIM传感器列
7 用于确定速度的装置，雷达，激光多普勒测速仪
8 光束
9 光束阵列
10 分析单元
11 用于确定车辆组合体的端部的装置
12 测量系统
13 测量装置
14 支承面的长度
G 重量
Fi(t) 与时间相关的轮载
v(t) 与时间相关的速度
i 单车轮或双车轮
I Fi(t)·v(t)的积分
K 校正常数

Claims (18)

1.一种借助至少一个WIM传感器(5)在道路(4)路段(3)行驶期间确定车辆(1)的重量G的方法，其中在该车辆(1)在该路段(3)的碾压期间，检测在整个碾压期间作为时间函数的所有车轮(2)或双车轮的轮载Fi(t)以及该车辆(1)的速度v(t)；并且在确定重量G的数据分析中，所述速度v(t)及其随着时间的变化被用作同时被测定的轮载Fi(t)的加权，其特征在于，该WIM传感器(5)在行驶方向上比车轮的支承面的长度(14)要窄。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于如下步骤：
a)每个车轮的轮载Fi(t)，或者在配备双胎的情形下该车辆(1)的每个双车轮的轮载，在驶过该道路(4)时通过WIM传感器被单独地作为时间函数予以测定；
b)该车辆(1)的速度v(t)，至少在所有车轮或双车轮碾压WIM传感器期间，被作为时间函数予以测定；
c)所测定的轮载Fi(t)与所测定的速度v(t)在时间上被同步，并且彼此相乘Fi(t)·v(t)；
d)所形成的乘积Fi(t)·v(t)在该车辆(1)的整个碾压期间在时间dt上被积分；以及
e)所述积分Ii与校正常数Ki相乘，并且为确定重量G而被累加。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，该车辆(1)的速度v(t)借助于雷达或者借助于激光多普勒测速法被检测。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，该车辆(1)的速度v(t)借助于一装置被检测，该装置包括沿行驶方向设置的光束阵列，该车辆(1)的车轮(2)在碾压所述WIM传感器(5)时连续地行驶通过该阵列。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，该阵列(9)中的光束的间距最高达到该WIM传感器(5)的宽度。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，该阵列(9)中的光束的间距大约为该WIM传感器的宽度的一半。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，该阵列(9)至少要有一定长度，使得在具有假定的最大车轮尺寸的车辆(1)驶过时，所述阵列(9)中总有至少一条光束不会被车轮(2)中断。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，该车辆的碾压速度允许是直至公路速度的任何速度。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，该车辆的碾压速度允许是负的速度。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，借助于一装置(11)来测定，哪些车轮/双车轮附属于具有所有挂车的车辆组合体，以便确定所述车辆组合体的总重量。
11.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所有车轮/双车轮的车辆速度v(t)和轮载Fi(t)，在沿着行驶方向设置于第一WIM传感器(5)之后的至少一个第二WIM传感器(6)上，被二次检测，以便改善重量测定精度。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，每个轮载/双轮载连同相应的速度在每个WIM传感器中被分析，而且依照结果的可信度丢弃一个WIM传感器的测量而仅考虑另一个WIM传感器的测量，或者考虑将两个结果进行平均，以进一步测定车辆重量G。
13.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，基于所测定的重量数据G，对通行征收费用。
14.一种测量系统，用于在路段(3)上行驶时，在根据前述权利要求1-13中任一项所述的方法的重量确定期间，在考虑车辆(1)的速度及其随着时间的变化的情况下，来确定所述车辆(1)的重量G，所述测量系统包括：至少一个WIM传感器(5)，其被安装在道路(4)路段(3)中，能够与时间相关地检测碾压轮载Fi(t)，并且在行驶方向上比车轮的支承面的长度(14)要窄；用于确定在路段(3)行驶期间作为时间函数的车辆速度v(t)的装置；以及用于分析所测定的数据的分析单元(10)。
15.根据权利要求14所述的测量系统(12)，额外地包括用于测定碾过路段(3)的车辆组合体的端部的装置(11)。
16.根据权利要求15所述的测量系统(12)，其特征在于，该用于测定碾过路段的车辆组合体的端部的装置(11)呈能横向于道路设置的光束格栅的形式，或者呈能被安装到路面中的感应线圈的形式。
17.根据权利要求14-16中任一项所述的测量系统，其特征在于，用于确定车辆速度的装置(7)是雷达、借助于激光多普勒测速法测量的仪器、或者用于产生和检测光束阵列(9)的仪器。
18.一种测量装置(13)，用于根据权利要求1-13中任一项所述的方法在道路(4)路段(3)行驶期间确定车辆(1)的重量G，所述测量装置包括根据权利要求14-17中任一项所述的测量系统(12)，其特征在于，所述WIM传感器横向于行驶方向并且其表面与道路表面平齐地被安装在道路(4)中，而且所述WIM传感器在行驶方向上比车轮的支承面的长度(14)要窄。
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