CN203349914U - 用于测量双轮辙车辆的轴速和轴重的传感器模块 - Google Patents

用于测量双轮辙车辆的轴速和轴重的传感器模块 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及一种用于测量双轮辙的车辆的轴速和轴重的传感器模块，车辆在行车道上以两个行驶轮辙沿行驶方向行驶，该传感器模块包括压电式条型传感器，所有传感器都垂直于行驶方向设置，第一条型传感器沿传感器模块的行驶方向相互以大于最大车轮接触长度的固定纵向偏移彼此间隔设置并形成第一轮辙组，第二条型传感器沿传感器模块的行驶方向相互以大于最大车轮接触长度的固定纵向偏移彼此间隔设置并形成第二轮辙组，第一轮辙组的条型传感器横向于行驶方向相对于第二轮辙组的条型传感器错位地设置，以使各轮辙组分别覆盖行车道的一个轮辙。

Description

用于测量双轮辙车辆的轴速和轴重的传感器模块
技术领域
本实用新型涉及WIM系统的传感器模块，尤其涉及一种用于测量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）。 
背景技术
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，该电压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的测量时间来确定，如图4c所示。为了根据传感器信号计算轴载，必须将传感器信号整合（aufintegriert），并乘以车速和校准常数。这对 于包括多个条型传感器的WIM系统是必不可少的，因为基于被设计为薄的条型传感器，车轮表面不能够全部位于该条型传感器上。 
为了借助于不是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。 
发明内容
本实用新型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）。 
为此，本实用新型提供一种用于测量双轮辙车辆的轴速和轴重的传感器模块，所述车辆在行车道上以两个行驶轮辙沿行驶方向行驶，所述传感器模块包括多个压电式条型传感器，其特征在于，所有的条型传感器都垂直于行驶方向被设置，其中，第一条型传感器沿所述传感器模块的行驶方向相互以大于最大车轮接触长度的固定的纵向偏移彼此间隔设置，并形成第一轮辙组（Spurgruppe），第二条型传感器沿所述传感器模块的行驶方向相互以大于所述最大车轮接触长度的固定的纵向偏移彼此间隔设置，并形成第二轮辙组，其中，所述第一轮辙组的条型传感器在行驶方向的横向上相对于所述第二轮辙组的条型传感器错位地被设置，以使各轮辙组分别覆盖所述行车道的一个轮辙。 
优选地，各轮辙组的第一条型传感器和各轮辙组的第二条型传感器沿行驶方向以介于1cm和15cm之间的偏移量彼此错位地被设置。 
优选地，所述传感器模块的模块长度小于80cm。 
优选地，不同轮辙组的第一条型传感器之间沿行驶方向的间距和第二条型传感器之间沿行驶方向的间距大于1cm并小于8cm。 
优选地，所述纵向偏移大于20cm。 
优选地，所述第一轮辙组的条型传感器相对于所述第二轮辙组的条型传感器被设置为，使得所有条型传感器在行驶方向和模块横向上全部无重叠地彼此分开地被设置。 
优选地，所述第一轮辙组的纵向偏移大于所述第二轮辙组的纵向偏移。 
优选地，所述第一轮辙组的纵向偏移等于所述第二轮辙组的纵向偏移。 
优选地，所述传感器模块由框架结构组成，所述第一轮辙组和所述第二轮辙组的条型传感器以相对于彼此固定的间距被安装。 
优选地，所述框架结构由至少两个框架构件构成，在所述框架构件中，或者固定有第一或第二轮辙组的传感器，或者固定有各第一传感器和各第二传感器。 
优选地，在所述框架结构中固定有信号检测电子装置和/或分析单元。 
优选地，从所述框架结构中引出有输出线，所述输出线将所有传感器的测量信号打包输送。 
优选地，在所述框架结构的沿行驶方向的至少一个表面之前或之后固定有齿部结构。 
优选地，所述齿部结构设置在行车道表面的高度上，或者说，在行车道表面的高度上延伸/引导。 
优选地，所述第一轮辙组的第一传感器和所述第二轮辙组（II）的第一传感器在行驶方向的横向上彼此对接地（auf stoss）被设置。 
优选地，还能够设置用于改善结果准确性的多个附加的其它传感器。 
为此，为了实现该目的，使用了这样一种用于测量车辆轴速的传感器模块，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垂直于行驶方向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。 
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变化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4a和4b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，并且图4c示出了关于传感器信号的示意图。 
其中，附图标记说明如下： 
1    传感器模块 
10   框架结构 
110   框架构件 
I    第一轮辙组 
A    第一轮辙组的第一传感器 
D    第一轮辙组的第二传感器 
LAD 第一轮辙组的传感器之间的纵向偏移 
II   第二轮辙组 
B    第二轮辙组的第一传感器 
C    第二轮辙组的第二传感器 
LBC 第二轮辙组的传感器之间的纵向偏移 
L    行驶方向 
Q    模块横向 
LAB 第一传感器之间的间距 
LCD 第二传感器之间的间距 
LABCD 模块长度，其完整地包括沿行驶方向测量的所有传感器A、B、C、D 
S，S′ 传感器表面 
b    在行驶方向L上的传感器表面宽度 
11   齿部结构 
12   信号线 
13   信号检测电子装置 
14   分析单元 
15   输出线 
2    行车道 
3    车辆 
30   车轮 
300  车轮接触长度 
31   第一轴 
32   第二轴 
33   第一轮辙 
34   第二轮辙 
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分别带有两个车轮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设置。这些条型传感器被设置为：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，并且还大于或等于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的横向于行驶方向的方向Q上的第一条型传感器B和第二条型传感器C彼此相对地以固定的纵向偏移LBC在行驶方向L上不可分开地彼此固定设置。在此，该纵向偏移LBC也必须是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的测量信号。各轮辙组I、II的条型传感器A、B、C、D彼此总是无重叠地被固定，由此可以无干扰地记录各个条型传感器的可复制的测量曲线。 
第一轮辙组I和第二轮辙组II的条型传感器的相对定位被设计为：在行驶方向L上，不同轮辙组的第一条型传感器A、B之间的间距LAB和第二条型传感器C、D之间的间距LCD大于1cm并小于15cm，优选大于1cm并小于8cm。条型传感器A、B、C、D在行驶方向L上的间距分别由条型传感器的中心进行测量并且确定。第一轮辙组I和第二轮辙组II的条型传感器应该彼此平行地设置。 
在图1a中示出的传感器模块1显示出一种传感器阵列，其中，两个轮辙组I、II的纵向偏移LAD和LBC是相同的。如果选择这种传感器阵列，必须确保第二轮辙组II的第一传感器B的传感器表面S′不会与横向于行驶方向并沿方向Q移位的第二传感器D的传感器表面S相交。相应地，间距LBD必须被选择为大于1cm。当车辆3沿行驶方向L驶过传感器模块1时，按照A、B、D、C的顺序记录传感器的测量信号。为了使第二轮辙组II的第一条型传感器B在行驶方向L上不与第一轮辙组I的第二条型传感器D重叠，第一轮辙组I的传感器之间的纵向偏移LAD必须大于第一条型传感器A、B之间的间距LAB。 
在图1b中示出了另一种传感器模块1，其中，第一轮辙组I的纵向偏移LAD大于第二轮辙组II的纵向偏移LBC。这样定义的传感器彼此之间的相对间距在分析测量信号时需要相应地被考虑。当车辆3沿行驶方向L驶过传感器模块1时，按照A、B、C、D的顺序记录传感器的测量信号。 
驶过过程和测量：
根据所定义的间距LAB、LCD和LBD以及纵向偏移LAD和LBC，可以确定和分析所记录的测量信号的六个时间差。在此，总是测量电平（通常 为电压信号），其在车辆驶过时会随时间变化。为了确定时间差Δt，需要将各自的最大电平值和所确定的相对应的时间相互关联。 
各轮辙组I、II的各条型传感器A、B、C、D在时间上被交错地驶过，以使每个车轮30总是会驶过至少两个条型传感器A、B、C、D，由此可以记录测量曲线。由于多个条型传感器在行驶方向L上被移位设置，可以在轴驶过后由测量信号确定达6个的时间差（ΔtAB、ΔtAC、ΔtAD、ΔtBC、ΔtBD、ΔtCD）。根据这些时间差和所记录的测量电平以及已知的条型传感器的间距和偏移量，可以多次确定轴速并相应地多次确定轴重。由此，可以确定与驶过车辆3的速度和质量有关的更好的描述（Aussagen）。 
如果车辆在“走走停停”的行驶情况下在其中的一个条型传感器上出现停顿，仍保留有足够多的测量值，以确保能够确定速度并进而确定轴重。 
当然，在本文中重要的是：条型传感器彼此之间不能相距太远，因为这样会导致速度测量不准确。它们必须至少彼此离开一定距离，以便能够确保同一车轮不会同时位于两个条型传感器A和D或两个条型传感器B和C上。但是，距离LAD或LBC越长，速度测量就会越不准确。因此，在根据本实用新型的条型传感器阵列中，完整地包括沿行驶方向测量的所有传感器A、B、C、D的模块长度LABCD的总长度小于80cm。通过紧凑的布置也可以确保，模块中的条型传感器可以被紧凑地制造并安装。 
在本文中同样重要的是：所有的条型传感器A、B、C和D都是横向地被设置，也就是垂直于行驶方向被设置，如图所示。 
在图2中示出了一种具有框架结构10的传感器模块1，该框架结构10使条型传感器A、B、C、D如上所述地彼此保持所定义的固定的间距和偏移量。为此，第一轮辙组I和第二轮辙组II的条型传感器A、B、C、D彼此之间以固定的间距被安装。 
从传感器模块1向外引出输出线15，其可在外部使用，以获取测量值或所分析的数据，并将这些测量值打包输送。借助于所有条型传感器A、B、C、D的信号线12，可以将测量信号输送到信号检测电子装置13中，该信号检测电子装置可以被设置在框架结构10的内部。在此，在框架结构10中还设置有分析单元14，从信号检测电子装置13中接收到的测量信号可以被直接传输到该分析单元中。将信号检测电子装置13和分析单元14被设置在框架 结构10的内部是非常有利的，因为传感器信号可以在现场直接被放大、被检测并进一步被处理。可选地，可以只将信号检测电子装置13设置在框架结构10的内部，而将分析单元14设置在框架结构10的外部。当引导至信号检测电子装置13和/或分析单元14的导线路程短时，其可以减少对测量信号的串扰或其它的干扰性影响。 
通过对利用输出线15从传感器模块1引出的信号进行汇总，可以使安装简化并防止信号线12的混淆。 
在此所描述的传感器模块1的框架结构10包括两个框架构件110、110′，其所述框架构件中，或者固定有第一或第二轮辙组（I，II）的传感器（A，D/B，C），或者固定有各第一传感器（A，B）和各第二传感器（C，D）。另外，也可以分别将第一轮辙组I的传感器设置在一个框架构件110中，并将第二轮辙组II的传感器设置在另一个框架构件110′中。框架构件110、110′可以在现场很容易地被插接、焊接或螺接在一起。由此设置成可拆卸或不可拆卸的连接。最重要的是，条型传感器彼此相对的间距和偏移量被限定并且是不可改变的。 
可选地，设置齿部结构11，由此改善传感器模块1的整个框架结构10在行车道表面中的固定。 
如图3所示，可以沿行驶方向L并因此在行驶方向上彼此纵向间隔开地设置两个齿部结构11、11′，其可以使传感器模块1稳定地安装在行车道表面中。车辆在行车道2上继续滚动之前，如果车辆3驶过传感器模块1，则其沿行驶方向首先驶过第一齿部结构11，然后是具有条型传感器A、B、C、D的多部件的框架结构10，并且之后驶过第二齿部结构11′。通过这种在行车道表面中插入的齿部结构11、11′的设计，传感器模块1可以被牢固地安装在行车道表面2中，并且可以与道路覆层充分良好地相结合地安装。而且，传感器模块1的最终高度（Abschlussniveau，最终水平位置）位于行车道表面的高度上，并形成平坦的表面，从而使车辆3可以几乎无干扰地驶过传感器模块1。 
选择：
利用所述的条型传感器阵列可以实现非常紧凑的传感器模块1，其所具 有的模块长度LABCD小于80cm。 
为了不从外部向条型传感器供应能量，近来人们还试图使用驶过能量 
Figure DEST_PATH_GDA0000399661780000091
用于WIM系统的供给。在此传感器模块1中，可以在驶过第一轮辙组I和第二轮辙组II的第二条型传感器C、D时利用压电效应向两个轮辙组I、II的第一条型传感器A、B提供能量。这样就不检测第二条型传感器C、D的压力载荷，而是将该条型传感器用于能量供给。如果由车辆3驶过第一条型传感器A、B就足以确定速度，则并非绝对必须进行时间延迟的进一步测量。 
如果在驶过第一条型传感器A、B时不能准确地确定轴重，则自动接通第二条型传感器C、D进行测量。 
还可以对单个轮辙33、34的车轮速度进行测量，在此需要检测驶过每个轮辙的第一条型传感器A、B与第二条型传感器C、D之间的时间。然后可以确定每一个车轮在驶过传感器模块1时的车轮速度。 
不同条型传感器A、B、C、D的传感器表面S、S′和各自的传感器表面宽度b的尺寸可以选择性地被选择为是相同的或是彼此不同的。这些尺寸在分析和计算重量时要被考虑在内。 
根据本实用新型的装置在其基本配置中具有多个传感器A、B、C、D。在一特定的设计方案中，例如在根据图3的另一个框架构件110′中，扩展的传感器模块可以包含多个附加的其它传感器，用以改善结果的准确性。这些附加的传感器相对其纵向上的相邻传感器的间距以及相对其横向上的相邻传感器的间距与其它传感器的间距的前述设计原则相符。该扩展的传感器模块的模块长度被延长，其延长量相应地为：每对在整个行车道2上沿横向延伸的传感器最高延长40cm。 

Claims (16)

1.一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，形成第一轮辙组（I）和第二轮辙组（II）， 
所述第一轮辙组（I）的条型传感器（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）彼此间隔设置， 
所述第二轮辙组（II）的条型传感器（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）彼此间隔设置， 
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。 
2.如权利要求1所述的传感器模块（1），其特征在于，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。 
3.如权利要求1所述的传感器模块（1），其特征在于，所述传感器模块（1）的模块长度（LABCD）小于80cm。 
4.如权利要求2所述的传感器模块（1），其特征在于，不同轮辙组（I，II）的第一条型传感器（A，B）之间沿行驶方向（L）的间距（LAB）和第二条型传感器（C，D）之间沿行驶方向（L）的间距（LCD）大于1cm并小于8cm。 
5.如权利要求1所述的传感器模块（1），其特征在于，所述纵向偏移（LAD，LBC）大于20cm。 
6.如权利要求1所述的传感器模块（1），其特征在于，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。 
7.如权利要求1到6中任一项所述的传感器模块（1），其特征在于，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）。 
8.如权利要求1到6中任一项所述的传感器模块（1），其特征在于，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）。 
9.如权利要求1到6中任一项所述的传感器模块（1），其特征在于，所述传感器模块（1）由框架结构（10）组成，所述第一轮辙组（I）和所述第二轮辙组（II）的条型传感器（A，B，C，D）以相对于彼此固定的间距被安装。 
10.如权利要求9所述的传感器模块（1），其特征在于，所述框架结构（10）由至少两个框架构件（110）构成，在所述框架构件中或者固定有第一轮辙组（I）或第二轮辙组（II）的条型传感器（A，D/B，C），或者固定有各轮辙组（I，II）的各第一条型传感器（A，B）和各第二条型传感器（C，D）。 
11.如权利要求9所述的传感器模块（1），其特征在于，在所述框架结构（10）中固定有信号检测电子装置（13）和/或分析单元（14）。 
12.如权利要求9所述的传感器模块（1），其特征在于，从所述框架结构（10）中引出有输出线（15），所述输出线将所有条型传感器（A，B，C，D）的测量信号打包输送。 
13.如权利要求9所述的传感器模块（1），其特征在于，在所述框架结构（10）的沿行驶方向（L）的至少一个表面之前或之后固定有齿部结构（11，11′）。 
14.如权利要求13所述的传感器模块（1），其特征在于，所述齿部结构（11，11′）设置在行车道表面的高度上。 
15.如权利要求1-6中任一项所述的传感器模块（1），其特征在于，所述第一轮辙组（I）的第一条型传感器（A）和所述第二轮辙组（II）的第一条型传感器（B）在行驶方向的横向（Q）上彼此对接地被设置。 
16.如权利要求1-6中任一项所述的传感器模块（1），其特征在于，还能够设置用于改善结果准确性的多个附加的传感器。 
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