DE10105832A1 - Wiegesensor - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wiegesensor und ein Wiegeverfahren, zur statischen und dynamischen Wägung von Fahrzeugen bzw. deren Rad- und Achslasten mit einem Sensorgehäuse, umfassend eine Bodenplatte und eine Abdeckung, die unter Zwischenlage eine Meßanordnung feuchtigkeitsdicht einschließen. DOLLAR A Der neuartige Wiegesensor (1) und das neuartige Wiegeverfahren betreffen eine Meßanordnung (6), die ein modulweise zusammengefaßtes Meßfeld umfaßt, das mit Dehnungsmeßstreifen (13) bestückt ist, die einzeln oder feldweise gezielt abgefragt werden können. Dabei ist das Sensorfeld elektronisch und mechanisch modulweise aufgebaut.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wiegesensor, insbesondere zur statischen und dynamischen Wägung von Fahrzeugen bzw. deren Rad- und Achslasten, mit einem Sensorgehäuse, das eine Bo­ denplatte und eine Abdeckung, die unter Zwischenlage einer Meßanordnung feuchtigkeitsdicht miteinander verbunden sind, umfaßt.

Ein derartiger Wiegesensor ist beispielsweise aus der WO 97/17597 bekannt. Es handelt sich dabei um eine Wiege­ platte, die in einen Rahmen eingespannt ist, wobei die ein­ gespannte Wiegeplatte auf einen Piezosensor wirkt, der un­ terhalb der Wiegeplatte in dem an einem Rahmen, der Wiege­ platte und einer Bodenplatte umschlossenen Gehäuse inner­ halb einem Druck übertragenden Medium eingebettet ist.

Derartige Wiegeanordnungen werden beispielsweise zur stati­ schen und dynamischen Erfassung der Straßenbelastung durch Fahrzeuge eingesetzt. Dabei geht es insbesondere darum, die kostenintensive Verkehrsinfrastruktur der Straßen vor Ober­ flächenbeschädigungen, wie sie insbesondere durch überlade­ ne Achsen von Schwerlastfahrzeugen verursacht werden, zu bewahren. Die Entwicklung einer genauen und gleichzeitig den aggressiven Belastungen des Straßenverkehrs gegenüber weitestgehend unempfindlichen Wiegetechnik steht im Zusam­ menhang mit dem Bemühen, eine gerechtere Zuordnung der zur Aufrechterhaltung der Verkehrsinfrastruktur erforderlichen Kosten und Aufwendungen in Abhängigkeit von der Inanspruch­ nahme des Straßenbelags zu erreichen.

Grundsätzlich ist dabei zwischen statischen, eichfähigen und dynamischen, allenfalls beschränkt eichfähigen Wiegean­ lagen zu unterscheiden. Statische Wiegeanlagen können ins­ besondere zu Kontrollzwecken eingesetzt werden, um ganze Streckenabschnitte vor der Benutzung von überladenen Fahr­ zeugen zu schützen. Darüber hinaus sind dynamische Wiegean­ lagen bekannt, die entweder unmittelbar in den Fahrbahnbe­ lag eingearbeitet oder mobil auf die Fahrbahn aufgebracht werden. So sind in den letzten Jahren folgende Wiegetechni­ ken bekannt geworden:

• - Wiegeplatten
• - Piezosensoren oder kapazitive Streifensensoren
• - Achsplattformwagen

Die Wiegeplatten messen die Durchbiegung eines Wiegeplat­ tensensors durch die Radstandsaufkraft mit einem der Wiege­ platte zugeordneten Sensornetzwerk, entweder aus Piezo­ meßelementen oder Dehnungsmeßstreifen. Die Abstützung der Wiegeplatten erfolgt vorzugsweise an 2 Kanten oder 4 Aufla­ gerpunkten.

Piezosensoren oder kapazitive Streifensensoren arbeiten entweder mit dem Piezoeffekt oder mit der Erfassung von Kapazitätsänderungen die durch die Krafteinwirkung die wäh­ rend der Überfahrt von einem Fahrzeug entstehen.

Die Eichplattformwaagen arbeiten mit sogenannten Kraftmeß­ dosen oder Scherkraftaufnehmern, die innerhalb einer Brüc­ kenwaage integriert sind.

Die Wiegeplatten sind sowohl zur Durchführung von dynami­ schen als auch von statischen Messungen geeignet und bieten den Vorteil, daß die gesamte Reifenaufstandsfläche erfaßt werden kann. Es handelt sich dabei um robuste Meßwertauf­ nehmer, die in den Straßenbelag unter Verwendung eines ent­ sprechenden Einbaurahmens eingebaut werden können. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Langzeitstabilität derartiger Wiegeplatten nicht befriedigend ist. Zum einen ist die Qua­ lität des Meßergebnisses wesentlich von der Qualität des Einbaus des genannten Einbaurahmens in der Straße sowie der hiervon abhängigen Einspannung der Wiegeplatte in der Stra­ ße abhängig. Es muß dabei beachtet werden, daß die Wiege­ platte im wesentlichen wie eine Feder in den Straßenbelag eingebaut ist und dementsprechend den Straßenbelag als sol­ chen belastet und überdies die Einspannung der Wiegeplatte temperaturabhängig ist. Der Sensor reagiert empfindlich auf Verschleiß sowohl des Sensors als auch des umgebenden Stra­ ßenbelags.

Sogenannte Piezosensoren bestehen zumeist aus einem Piezo­ kabel, das in eine Metallschiene eingefügt wird und in die­ ser vergossen wird. Mit einem derartigen in den Straßenbe­ lag integrierten Sensor ist es nicht möglich, die komplette Reifenaufstandsfläche zu erfassen. Das Signal muß hierzu beim Überrollen des Reifens integriert werden. Der Sensor ist ebenfalls stark abhängig von der Qualität der Straßen­ oberfläche und zeigt eine erhebliche Diskontinuität entlang des Sensors. Die Vorteile des Piezosensors liegen in seiner einfachen Herstellung.

Sie haben daher einen erheblichen Kostenvorteil gegenüber den anderen erwähnten Meßsystemen. Die Meßgenauigkeit der Achslastmessung ist allerdings recht ungenau. Darüber hin­ aus ist die Lebensdauer derartiger Sensoren beschränkt. Schließlich beeinflussen Straßenunebenheiten, wie etwa Spurrillen die Messung.

Kapazitive Streifensensoren sind ihrer Größe und ihrer Art des Einbaus nach im wesentlichen mit einem Piezosensor ver­ gleichbar, wobei das Meßprinzip auf der Erfassung von La­ dungsverschiebungen bei der Überfahrt von Fahrzeugen be­ ruht. Allerdings hängt auch hier die Qualität der Messung erheblich vom Einbau in der Straße sowie den Umständen der Fahrzeugüberfahrt ab.

Die darüber hinaus erwähnten Konstruktionen mit Metallplat­ ten auf Kraftmeßdosen oder Scherkraftmessern, auch kapazi­ tive Matten und Sensoren mit Glasfasern spielen in der Wie­ getechnik eine nur untergeordnete Rolle.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Wie­ gesensor zu schaffen, der bei vertretbaren Herstellungsko­ sten sowohl eine dynamische als auch eine statische Messung ermöglicht und überdies Eichfähigkeit besitzt und mit einer Genauigkeit versehen ist, die den Ansprüchen an eine Über­ wachung des Straßenverkehrs sowohl im dynamischen als auch im statischen Betrieb genügt.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird von einem Wiegesensor mit den Merkmalen des Hauptanspruchs sowie des nebengeordneten Verfahrenanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Dadurch, daß bei einem gattungsgemäßen Wiegesensor eine Meßanordnung vorgesehen ist, die wenigstens einen Modul­ träger mit Meßauslegern zur Aufnahme von Scherkräften um­ faßt, wobei die Meßausleger derart mit Dehnungsmeßstreifen bestückt sind, daß die über die Meßausleger eingeleiteten Horizontalkräfte erfaßt werden, wird ein robustes Meßsystem eingesetzt, das gleichzeitig höchste Genauigkeit bietet.

Die Auswertung der bei der Überfahrt eingeleiteten Scher­ kräfte also von Horizontalkräften bildet deutliche Vorteile gegenüber der reinen Gewichtsmessung, die erheblichen Feh­ lereinflüssen bei der dynamischen Messung infolge von Brem­ sen oder Beschleunigen ausgesetzt ist. Darüber hinaus er­ laubt der modulweise Aufbau die Anpassung der Meßanordnung an den jeweiligen Anwendungsfall in optimaler Weise. So kann durch einfache Erhöhung der Anzahl der Modulträger der Wiegesensor in seiner Wiegefläche vergrößert werden.

Außerdem besitzt die erfindungsgemäße Meßanordnung einen ausgesprochen flachen Aufbau, der in einfacher Weise in den Straßenbelag integriert werden kann, ohne daß der Straßen­ belag hierdurch erheblichen Beeinträchtigungen ausgesetzt ist. Überdies sind die Modulträger im Wiegesensor selbst aufgelagert, so daß die Verankerung des Wiegesensors im Straßenbelag ohne Einfluß auf das Meßergebnis ist. Der fla­ che Aufbau trägt wesentlich zur Reduktion der Einbaukosten bei.

Die Modulträger sind stabförmig mit seitlich auskragenden Meßauslegern ausgebildet, so daß sich im Bereich der Meß­ ausleger ein Y-Querschnitt ergibt. Dieses Profil der Modul­ träger ist in idealer Weise geeignet, die bei der Überfahrt eingeleiteten Scherkräfte aufzunehmen.

Die Modulträger sind innerhalb des Wiegesensors zumindest teilweise in Nuten aufgenommen und somit einfach aber wir­ kungsvoll gegen dynamische Einflüsse infolge der Beanspru­ chung durch Bremsen oder Beschleunigen gesichert. Der ent­ sprechende Aufbau ist in einfacher Weise herstellbar und darüber hinaus ausgesprochen übersichtlich. Im Unterschied zu den vorerwähnten Wiegeplatten benötigt der erfindungsge­ mäße Wiegesensor also keinen gesonderten Einbaurahmen, da die Meßmodule nicht vor- oder eingespannt werden müssen. Insoweit ist das Meßergebnis auch nicht in der vorerwähnten Weise von den Einbauumständen des Wiegesensors abhängig. Vielmehr unterscheidet sich das Wägeergebnis des eingebau­ ten Wiegesensors nicht wesentlich vom nicht eingebauten Wiegesensor. Die Vorteile hinsichtlich der Eichung und Ka­ librierung eines insoweit unempfindlichen Sensors liegen auf der Hand.

Der aufgrund des veränderten Meßprinzips entbehrliche Ein­ baurahmen ermöglicht den Einbau des Wiegesensors derart in den Straßenbelag, daß die Abdeckung plan mit der Straßen­ oberläche abschließt und die Bodenplatte satt im Straßenun­ tergrund aufgelagert ist. Hierdurch kann vollständig auf etwaige Entwässerungsmaßnahemn, wie beispielsweise oftmals in Verbindung mit Wiegeplatten notwendig, verzichtet wer­ den. Überdies handelt es sich um eine den Straßenbelag schonende Einbauweise.

Der Wiegesensor kann entweder als Streifensensor oder als Matrixsensor durch entsprechende Anordnung der Modulträger aufgebaut werden.

Der Matrixsensor wird in idealer Weise so aufgebaut, daß ein vollständiger Reifenlatsch, entweder eines Einfach- oder eines Doppelreifens oder gar eine vollständige Achs­ breite aufgenommen werden kann.

Die Modulträger sind jeweils mit einer Meßplatine und einem Mikrocontroller versehen. Dadurch, daß die Auswerteelektro­ nik öffentlich mit dem Modulträger als solchen verbunden ist, wird ein unnötiger Verkabelungsaufwand vermieden.

Im Sinne eines möglichst robusten Aufbaus ist der wesentli­ che Teil der Auswerteelektronik in Form von integrierten Schaltkreisen, sogenannten ASIC's, aufgebaut, die jedem Y- Modul und jedem Dehnungsmeßstreifen zugeordnet sind. Der Aufbau der Auswerteschaltung als integrierter Schaltkreis ist robust gegenüber Umwelteinflüssen, schließt nahezu jede Manipulation des Meßergebnisses aus und erlaubt darüber hinaus einfache Reparatur durch den bloßen Austausch der integrierten Schaltkreise.

Im Sinne einer weiteren Vereinfachung des Schaltungsaufbaus werden die jedem Y-Modul zugeordneten DMS-Beschaltungen zu einem einzigen Y-Modul zusammengefaßt. Dabei ergeben sich erhebliche Ersparnisse hinsichtlich der Verdrahtung sowie den in der Schaltung integrierten Brückenergänzungswider­ ständen. Das erfindungsgemäße Y-Modul Asic stellt einen Grundbaustein zum Betrieb in Verbindung mit vier Dehnungs­ meßstreifen, der auch in anderen Gebieten einsetzbar ist.

Im Sinne einer weiteren Vereinfachung des Aufbaus des Wie­ gesensors werden mehrere DMS-ASICs, vorzugsweise vier da­ von, auf einer einzigen Platine mit einem gemeinsamen Mi­ krocontroller zu einer Y-Modul-ASIC zusammengefaßt. Heutige leistungsfähige Mikrocontroller können unproblematisch die gesamte Signalverarbeitung der zusammengefaßten DMS-ASIC's übernehmen. Durch Verringerung der Mikrocontrollerzahl ist eine weitere Reduzierung des Verdrahtungsaufwands sowie eine Erhöhung der Signalverarbeitungsgeschwindigkeit er­ reicht. Nachdem insbesondere die Verdrahtung derartiger Meßschaltungen störanfällig ist, wird hierdurch auch eine höhere Robustheit des Wiegesensors erreicht.

In idealer Ausgestaltung werden die Y-Modul-ASIC's- Einheiten die einem Y-Modulträger zugeordnet sind, mit die­ sem zu einer Funktionseinheit zusammengefaßt und mit einem gemeinsamen Y-Modulprozessor verbunden. Diese Y-Modul­ prozessoren werden dann mit einem Hauptprozessor, der für den gesamten Wiegesensor verantwortlich ist, über ein ent­ sprechendes BUS-System verbunden. Bei einer derartigen Aus­ gestaltung ist somit jeder Y-Modulträger als selbständige Funktionseinheit ausgebildet. Hierdurch kann ein Wiegesen­ sor in einfacher Weise dadurch aufgebaut werden, daß die benötigte Anzahl von Y-Modulträgerfunktionseinheiten in den Wiegesensor eingesetzt, über einen BUS zusammengeschaltet und mit einer entsprechenden gemeinsamen Signalverarbeitung versehen wird. Diese Modulbauweise entspricht dem modernen Fertigungsideal eines Baukastenprinzips, das aus immer gleichen Elementen letztlich für den gewünschten Anwen­ dungsfall zusammensetzbar ist.

Der Wiegesensor steht in weiterer Ausgestaltung der Erfin­ dung mit einem Temperatursensor und/oder wenigstens einer Induktionsschleife zur Erfassung der Fahrtrichtung oder Fahrzeugpräsenz und/oder der Umgebungstemperatur in Daten­ verbindung. Die Berücksichtigung von Temperatureinflüssen erhöht die Genauigkeit der Wägung. Die Erkennung einer Fahrzeugpräsenz erlaubt es, den Wiegesensor bedarfsweise zu- und abzuschalten bzw. in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit zwischen verschiedenen Betriebsarten, also beispielsweise einer statischen oder dynamischen Messung mit unterschiedlichen Genauigkeitsanforderungen zu unter­ scheiden. Hierdurch kann der Signalverarbeitungsaufwand und somit der Energiebedarf des Wiegesensors dem jeweiligen Bedarf in optimaler Weise angepaßt werden.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird überdies durch ein Ver­ fahren gelöst, bei dem die von der beschriebenen Meßanord­ nung gelieferten Daten ausgelesen, abgespeichert, bearbei­ tet und weitergegeben werden, wobei das Auslesen, Abspei­ chern und Verarbeiten der Daten zumindest im wesentlichen mittels einer Sensoreinheit erfolgt, die jeweils gemeinsam mit Modulträgern, die mit Dehnungsmeßstreifen bestückt sind, eine Funktionseinheit des Wiegesensors bilden und dann die digitalisierten Daten über einen BUS an einen Hauptsensor weitergeben.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht somit eine modul- oder arrayweise Verarbeitung der anfallenden Meßdaten vor, die dann entsprechend vorbearbeitet an den Hauptprozessor zur Weiterbearbeitung weitergeleitet werden.

Dabei ist dieses Verfahren besonders geeignet in Verbindung mit dem vorstehend beschriebenen Wiegesensor eingesetzt zu werden, da die Krafteinleitung in einen jeden Sensor über der Zeit in Verbindung mit der Lage des jeweiligen Sensors erfaßt wird. Hierdurch entsteht bei einer Fahrzeugüberfahrt ein Druckverteilungs-Überrollprofil, wie es bei der bisher integralen Erfassung derartiger Meßgrößen bisher nicht er­ zeugt werden konnte. Das Ergebnis ist also ein Druckverlauf der Überfahrt erfaßt nach Raum und Zeit. Dabei handelt es sich jeweils um gemessene und nicht etwa durch Interpolati­ on oder Integration gewonnene Verläufe.

Bei statischen Messungen kann ein Druckverteilungsprofil ermittelt werden. Dies Information ist insbesondere für Reifenhersteller wertvoll. Das neuartige Wägeverfahren führt daher in Verbindung mit dem neuartigen Wägesensoren zu Meßergebnissen bisher nicht bekannten Qualität und Aus­ sagekraft.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird mit Vorteil zwi­ schen drei Betriebsarten:

• - statisch
• - statisch-dynamisch
• - dynamisch

unterschieden. Im statischen Wiegebetrieb wird jedes Rad einzeln und Nacheinander gemessen. Der statisch-dynamische Wiegebetrieb betrifft eine langsame Fahrzeugüberfahrt im Bereich von 0 bis 20 Stundenkilometern. Der dynamische Wie­ gevorgang findet bei Sensoren statt, die im Straßenbereich integriert werden und erfaßt einen Geschwindigkeitsbereich von 0 bis 160 Stundenkilometern. Für alle drei Betriebsar­ ten genügt eine in Verbindung mit dem vorerwähnten Wiege­ sensor eine statische Kalibrierung, da der im Straßenbelag eingebaute Sensor keine signifikanten Abweichungen gegen­ über dem werkseitig gelieferten Sensor zeigt.

Die Unterscheidung zwischen den unterschiedlichen Betriebs­ arten ermöglicht es, den Signalverarbeitungsaufwand an die jeweilige Aufgabe optimal anzupassen.

Die Meßdaten etwaig nicht belasteter Sensoren werden er­ faßt, können aber zur Reduktion des Signalverarbeitungsauf­ wands mit Vorteil vor der weiteren Bearbeitung selektiert werden. Hierdurch wird prozessor- und speicheroptiomiert gearbeitet.

Die nicht belasteten Sensoren werden jedoch zumindest ihrer Lage nach erfaßt, um somit eine Meßgröße zu gewinnen, die der Reifenkontur entspricht und/oder um besondere Umstände der Überfahrt oder des Aufstandes zu ermitteln. So kann beispielsweise erkannt werden, ob ein Fahrzeugreifen nur teilweise auf dem Wiegesensor aufsteht.

In weiterer Ausgestaltung wird mittels vor- und/oder nach­ geschalteter Induktionsschleifen eine etwaige Fahrzeugprä­ senz erkannt und hierdurch der Datenverarbeitungsprozeß aus- und/oder eingeschaltet. Hierdurch wird vermieden, daß unsinnige Daten, also beispielsweise Nulldaten speicher- und energieaufwendig bearbeitet werden.

In alternativer Ausgestaltung kann eine Fahrzeugpräsenz auch mit den in Fahrtrichtung vorderen und/oder hinteren Sensoren des Wiegesensors erkannt werden und infolge dieser Erkennung der Datenverarbeitungsprozeß aus- und/oder einge­ schaltet werden. Das Verfahren ist im übrigen analog dem Betrieb in Verbindung mit vor- und/oder nachgeschalteten Induktionsmeßschleifen.

In abermals vorteilhafter Ausgestaltung wird zwischen Meß­ modi einer Normalmessung und eine Detailmessung unterschie­ den. Dabei werden im Normalbetrieb die einem Reifen zuge­ ordneten Meßwerte integral komprimiert und derart zusammen­ gefaßt abgespeichert. Nur bei einer Detailmessung die aufgrund vorgegebener oder einstellbarer Bedingungen vorgenom­ men wird, werden die Daten der Einzelsensoren gespeichert und zur Weiterverarbeitung übermittelt.

Auch bei der statischen oder statisch-dynamischen Wägung werden die Meßwerte der Einzelsensoren zu Mittelwerten in­ tegriert und derart abgespeichert und weiterverarbeitet.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann in seiner Genauigkeit dadurch verbessert werden, daß Temperaturdaten, Kalibrier­ tabellen oder aktive Kalibriervorgänge sowie eine Korrektur einer etwaigen Nullpunktdrift in das Verfahren eingearbei­ tet werden.

Zu Kontroll- und Prüfzwecken werden die Meßwerte in nicht manipulierbarer Weise mit einem Zeit- und/oder Ortsstempel versehen und abgespeichert.

Diese Zeitstempel können bei Anordnung nebeneinander lie­ gender Wiegensoren benutzt werden um deren Meßergebnisse ggf. zu synchronisieren. Solcherart können Achsbreiten und/oder Achslasten korrekt ermittel werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zei­ gen:

Fig. 1 einen Wiegesensor in perspektivischer Dar­ stellung,

Fig. 2 ein Detail des Wiegesensors in perspektivi­ scher Explosionsdarstellung,

Fig. 3 eine Beschaltung einer Dehnungsmeßstreifen- Meßstelle,

Fig. 4 die Beschaltung eines Y-Moduls mit vier Deh­ nungsmeßstreifen in einem Blockschaltbild und

Fig. 5 einen Schaltungsaufbau eines Wiegesensors insgesamt in schematischer Blockbilddarstel­ lung.

Der in Fig. 1 gezeigte Wiegesensor 1 besteht im wesentli­ chen aus einer Bodenplatte 2, die über Halteleisten 3 mit einer Abdeckung 4 verbunden ist. Bei der Abdeckung 4 han­ delt es sich im vorliegenden Beispiel um eine Edelstahl­ platte, die für seitliche Befestigungsflansche 5 mit der Bodenplatte 2 verschraubt ist. Anstelle einer Verschraubung könnte die Bodenplatte auch mit der Abdeckung 4 feuchtig­ keitsdicht verschweißt sein. Die Ausbildung der Abdeckung 4 als Edelstahlplatte stellt einen wirksamen Korrosionsschutz dar.

Die als Abdeckung 4 dienende Edelstahlplatte weist ein U- förmiges Profil auf, so daß gemäß der Explosionsdarstellung in Fig. 2 zwischen der Bodenplatte 2 und der Abdeckung 4 einen Zwischenraum zur Aufnahme einer Meßanordnung 6 gebil­ det ist. Die Meßanordnung 6 umfaßt im wesentlichen soge­ nannte Y-Modulträger 7, die teilweise in Verankerungsnuten 10 der Bodenplatte 2 eingelassen sind. Der Y-Modulträger 7 weist ein stabförmiges Grundprofil mit seitlich auskragen­ den Meßauslegern 11 auf. Die Bezeichnung des Y-Modulträgers 7 rührt im wesentlichen von einem Y-förmigen Querschnitt im Bereich der Meßausleger 11 her. Die Meßausleger 11 sind in an sich bekannter Weise beidseits mit Dehnungsmeßstreifen bestückt, die in Fig. 2 nicht weiter dargestellt sind. Zwei am selben Grundprofil einander gegenüberliegend angeordnete seitliche Meßausleger 11 werden im weiteren als Y-Modul 12 bezeichnet, das im wesentlichen aus zwei seitlichen Meßaus­ legern besteht, die jeweils mit zwei Dehnungsmeßstreifen bestückt sind.

Der in Fig. 1 und 2 dargestellte Wiegesensor 1 stellt einen Matrixsensor im Sinne der Erfindung dar. Es sind allerdings auch Meßanordnungen vorstellbar, die lediglich aus einem einzigen Y-Modulträger 7 bzw. aus in Reihe angeordneten Y- Modulträgern 7 bestehen. Hierdurch kann im Rahmen der Er­ findung auch ein Streifensensor gebildet sein.

Der Matrixsensor ist seinen Abmessungen nach so ausgelegt, daß ein vollständiger Reifenlatsch, also die Aufstandsflä­ che eines Einfach- oder Mehrfachreifens vollständig auf dem Matrixsensor aufgenommen sein kann. Dabei werden beim Auf­ stand oder bei der Überfahrt durch die dünne Edelstahlab­ deckung 4 hindurch Gewichtskräfte übertragen, die zu einer Verwindung der seitlichen Meßausleger 11 und somit zur Aus­ bildung von Horizontalkräfte führen, die ein elektrisches Signal der an den Meßauslegern 11 befestigten Dehnungsmeß­ streifen, das proportional der Auslenkung der Meßausleger 11 ist, erzeugt.

Die Beschaltung des Dehnungsmeßstreifen 13 ist in Fig. 3 dargestellt. Jedem Dehnungsmeßstreifen 13 ist gemäß Fig. 3 ein ASIC (anwendungsspezifisch integrierter Schaltkreis) zugeordnet. Dabei wird jeder Dehnungsmeßstreifen 13 in Ver­ bindung mit einem Brückenwiderstand 14, einem Ohmschen Spannungsteiler 15 sowie einer getakteten Versorgungsspannung 16, die über den Spannungsteiler 15 betrieben wird, geschaltet. Dabei sind der Brückenwiderstand 14, der Span­ nungsteiler 15 und die Spannungsversorgung 16 auf Meßplati­ ne angeordnet, die jedem Y-Modulträger 7 zugeordnet ist. Die Meßplatine ist jeweils mit einer der Anzahl der Deh­ nungsmeßstreifen 13 entsprechenden Anzahl von Dehnungsmeß­ streifen Asics 17 bestückt. Der Dehnungsmeßstreifen 13 ist unmittelbar im Bereich der Meßplatine der zugehörigen ASICs 17 angeordnet sein, so daß der Verdrahtungsaufwand mini­ miert ist. Der einem jeden Dehnungsmeßstreifen 13 zugeord­ nete Dehnungsmeßstreifen ASIC umfaßt einen Verstärker 20, einen Analog/Digitalwandler 21, eine elektronischen Filter 22, ein Speicherelement 23, einen Prozessor 24, der die Analogditalwandlung, das elektronische Filterelement und das Speicherelement 23 ansteuert sowie eine BUS-Schnitt­ stelle 25 zur Weitergabe der digitalisierten vorverarbeite­ ten Meßwerte ansteuert.

Eine verbesserte Ausführung der Meßelektronik des Wiegesen­ sors 1 ist in Fig. 4 dargestellt. Dabei werden die einem Y- Modul 12 zugehörigen Dehnungsmeßstreifen 13 mit einem ein­ zigen gemeinsamen Dehnungsmeßstreifen Asic 17' beschaltet. Der Vorteil dieser gemeinsamen Beschaltung liegt insbeson­ dere in der Ersparnis von einigen ansonsten mehrfach zu realisierenden elektronischen Bauteilen oder Softwaremodu­ len.

Gemäß der Darstellung in Fig. 4 können die Dehnungsmeß­ streifen 13 eines Y-Moduls 12 mit einem gemeinsamen Prozes­ sor 24', einem einzigen elektronischen Filterelement 22', einem einzigen Speicher 23' sowie mit einer gemeinsamen BUS-Stelle 25' versorgt werden. Lediglich die Verstärker 20' sowie die Analog/Digitalwandler 21 müssen für jeden Dehnungsmeßstreifen 13 separat vorgesehen werden. Die BUS- Schnittstelle 24' sollte allerdings in einem Mehrkanalbe­ trieb betreibbar sein, so daß die Ergebnisse eines einzigen Dehnungsmeßstreifens 13 gezielt abgefragt werden können. Die einem Y-Modul 12 zugeordnete Sensoreinheit wird im wei­ teren als Y-Modulsensoreinheit 26 bezeichnet.

Sämtliche, einem Y-Modulträger 7 zugeordnete Y-Sensorein­ heiten 26 können auf einer einzigen Meßplatine 27 angeord­ net sein und somit mit einer gemeinsamen Spannungsversor­ gung 16' und einem gemeinsamen Spannungsteiler 15' betrie­ ben werden. Die Meßplatine 27 ist dabei derart langge­ streckt auf dem Y-Modulträger angeordnet, daß die Dehnungs­ meßstreifen 13 jeweils in unmittelbarer Nähe ihres entspre­ chenden Dehnungsmeßstreifen Asics angeordnet sind. Hier­ durch ist der Verkabelungsaufwand zum Anschluß der Deh­ nungsmeßstreifen 13 minimiert. Die Y-Sensoreinheiten 26 stehen über einem Datenbus mit einem Y-Modul-Prozessor 28 in Datenverbindung. Die Y-Modulträger 7 bilden in Verbin­ dung mit der Meßplatine 27 eine abgeschlossene Funktions­ einheit, die über eine geeignete BUS-Schnittstelle, vor­ zugsweise eine RS 485 parallele Schnittstelle 30 mit einem Hauptprozessor 31 des Wiegesensors 1 verbunden sind. Zu­ sätzlich ist in einer vergrößerten Darstellung gezeigt, wie die BUS-Schnittstellen 25 der Y-Modulsensoreinheiten 26 mit dem jeweiligen Y-Modulprozessor 28 in Datenverbindung ste­ hen.

Der Hauptprozessor 31 kann mit weiteren Sensoreinheiten, wie Induktionsschleifen oder Temperatursensoren in nicht dargestellter Weise in Datenverbindung stehen.

Somit ist vorstehend der modulweise Aufbau eines Matrixsen­ sors in mechanischer und elektronischer Hinsicht beschrie­ ben.

Die hohe Genauigkeit der Meßanordnung ergibt sich aus der elektronischen und mechanischen Unabhängigkeit der einzel­ nen Meßstellen von Umgebungseinflüssen sowie aus deren dem jeweiligen Bedarfsfall genau anpaßbaren Anzahl und Abmes­ sung. Dabei kann die anfallende Datenmenge durch Zu- und Abschalten jeweils benötigter oder nicht benötigter Senso­ ren dem Einzelfall bedarfsweise angepaßt werden. Schließ­ lich können auch durch unterschiedliche Taktungen und Aus­ werteverfahren die Genauigkeiten dem gewünschten Bedarfs­ fall angepaßt werden. Hierdurch kann der Speicher- und Energiebedarf des Wiegesensors 1 jeweils präzise abgestimmt werden.

Finite Elemente Berechnungsverfahren haben bewiesen, daß die Genauigkeit der vorstehend beschriebenen Meßanordnung deutlich über die bisher bekannten Standards hinausgeht und überdies die Eichfähigkeit des Wiegesensors 1 gegeben ist.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

Wiegesensor

2

Bodenplatte

3

Halteleisten

4

Abdeckung

5

Befestigungsflansch

6

Meßanordnung

7

Y-Modulträger

10

Verankerungsnuten

11

Meßausleger

12

Y-Modul

13

Dehnungsmeßstreifen

14

Brückenwiderstand

15

Spannungsteiler

16

Spannungsversorgung

17

Dehnungsmeßstreifen-ASIC

18

Y-Modul-ASIC

20

Verstärker

21

AD-Wandler

22

Elektronisches Filter­ element

23

Speicher

24

Prozessor

25

BUS-Schnittstelle

26

Y-Modul-Sensoreinheit

27

Meßplatine

28

Y-Modul-Prozessor

30

RS-485-BUS-Schnittstelle

31

Hauptprozessor

Claims (24)

1. Wiegesensor, insbesondere zur statischen und dynami­ schen Wägung von Fahrzeugen bzw. deren Rad- und Achsla­ sten, mit einem Sensorgehäuse, umfassend eine Boden­ platte (2) und eine Abdeckung (4), die unter Zwischen­ lage einer Meßanordnung (6) feuchtigkeitsdicht mitein­ ander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßanordnung (6) wenigstens einen Modulträger (7) mit Meßauslegern (11) zur Aufnahme von Scherkräften umfaßt, wobei die Meßausleger (11) derart mit Dehnungs­ meßstreifen (13) bestückt sind, daß die über die Meß­ ausleger (11) eingeleiteten Horizontalkräfte erfaßt werden.

2. Wiegesensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulträger (7) jeweils stabförmig mit seitlich auskragenden Meßauslegern (11) derart ausgebildet sind, daß der Querschnitt der Modulträger (7) im Bereich der Meßausleger (11) im wesentlichen eine Y-Form aufweist und dieser Bereich jeweils ein Y-Modul (12) darstellt.

3. Wiegesensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenplatte (2) des Wiegesensors (1) mit einer oder mehrerer Verankerungsnuten (10) zur Aufnahme des bei bestimmungsgemäßen Einbaus der Modulträger (7) stabförmigen unteren Teils des Modulträgerprofils auf­ weist.

4. Wiegesensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wiegesensor derart in den Straßenbelag integrierbar ist, daß bei bestimmungs­ gemäßen Einbau die Abdeckung (4) plan mit dem Straßen­ belag abschließt und die Bodenplatte satt auf einem Straßenunterbau aufliegt.

5. Wiegesensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßanordnung (6) zur Ausbildung eines Streifensensors einen oder mehrere in Reihe angeordnete Modulträger (7) oder die Meßanordnung zur Ausbildung eines Matrixsensors mehrere parallel an­ geordnete Modulträger (7) aufweist.

6. Wiegesensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wiegesensor als Flächensensor derart ausgestaltet ist, daß die Abmessungen des Wiege­ sensors wenigstens zur Aufnahme eines vollständigen Reifen- oder Mehrfachreifenlatsches oder einer gesamten Achsbreite ausreichen.

7. Wiegesensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Modulträger mit einer Meßplatine (27) und einem Modulprozessor (28) verbunden ist.

8. Wiegesensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Y-Modul (12) vier Dehnungsmeßstreifen-ASIC's (17) umfaßt, wobei jedem DMS-ASIC (17) ein Dehnungsmeß­ streifen (13) zugeordnet ist und jedes DMS-ASIC (17) einen AD-Wandler (21), ein elektronisches Filterelement (22), ein Speicherelement (23), einen Prozessor (24) sowie eine BUS-Schnittstelle (25) aufweist und jeder DMS-ASIC (17) auf der Meßplatine (27) des entsprechen­ den Y-Moduls (12) angeordnet ist.

9. Wiegesensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche, vorzugsweise vier, einem Y-Modul (12) zugeordnete DMS-ASIC's (17) zu einem Y-Modul-ASIC (18) zusammengefaßt sind.

10. Wiegesensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere vorzugsweise vier Y-Module-ASIC's (18) mit einem gemeinsamen Verstärker (20'), einem gemeinsamen Prozessor (24'), einem gemeinsamen Filterelement (22') und einem gemeinsamen Speicherelement (23') und einer einzigen BUS-Schnittstelle (25), die vorzugsweise für einen Mehrkanalbetrieb ausgelegt ist, zu einer Y-Modul- Sensoreinheit (26, 26') zusammengefaßt sind.

11. Wiegesensor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche einem Y-Modul-Träger (7) zugeordneten Y- Modul-Sensoreinheiten (26) auf der gemeinsamen Meßpla­ tine (27) mit einem gemeinsamen Y-Modulprozessor (28), einem gemeinsamen Spannungsteiler (15') und einer ge­ meinsamen Spannungsversorgung (16') zu einer einzigen Funktionseinheit zusammengefaßt sind, die über eine BUS-Schnittstelle (30) mit einem Hauptprozessor (31) verbunden sind, der vorzugsweise mit weiteren Funktionseinheiten in Da­ tenverbindung steht.

12. Wiegesensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptprozessor (31) zu­ sätzlich mit wenigstens einem Temperatursensor und/oder wenigstens einer Induktionsschleife, die in Fahrtrich­ tung vor und/oder hinter dem Wiegesensor (1) angeordnet sind, datenverbunden ist.

13. Wägeverfahren, insbesondere zur statischen und dynami­ schen Wägung von Fahrzeugen bzw. deren Rad- und Achsla­ sten, bei dem die von einer Meßanordnung (6) geliefer­ ten Daten ausgelesen, abgespeichert, verarbeitet und weitergegeben werden, wobei das Auslesen, Abspeichern und Verarbeiten der Daten zumindest im wesentlichen mittels einer Modul-Sensoreinheit (26) erfolgt, die in Verbindung mit weiteren Sensoreinheiten (26') einem Mo­ dulträger zugeordnet ist, der mit Dehnungsmeßstreifen (13) zu einer Funktionseinheit zusammengefaßt ist, wo­ bei die innerhalb dieser Funktionseinheit digitalisier­ ten Daten über einen BUS an einen Hauptprozessor (31) zur Weiterverarbeitung weitergegeben werden.

14. Wägeverfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die auf jeden Sensor einwirkende Kraft jeweils über der Zeit in Verbindung mit einer Lageinformation des betreffenden Sensors erfaßt und einer weiteren Signal­ verarbeitung zuführt wird.

15. Wägeverfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Wägeverfahren zwischen drei Betriebs­ arten

• - statisch
• - statisch-dynamisch
• - dynamisch

unterscheidet.

16. Wägeverfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, da­ durch gekennzeichnet, daß bei dem Wägeverfahren die nicht belasteteten Sensoren oder Sensoreinheiten bzw. Sensoreinheitenarrays erfaßt und von der Weiterverar­ beitung ausgeschlossen werden.

17. Wägeverfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zur Auswertung der belasteten Sensoren, eine Erfassung der Reifengröße derart erfolgt, daß die Lage der belasteteten und nicht belasteteten Sensoren erfaßt und einer weiteren Auswertung zugeführt wird.

18. Wägeverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß mittels vor- und/oder nachgestalteter Induktionsschleifen eine Fahr­ zeugpräsens erkannt und hierdurch der Datenverarbei­ tungsprozeß aus und/oder eingeschaltet wird.

19. Wägeverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der in Fahrtrichtung vorderen und/oder hinteren Sensoren eine Fahrzeugpräsenz erkannt wird und in Abhängigkeit von dieser Erkennung der Datenverarbeitungsprozeß des Wäge­ verfahrens aus und/oder eingeschaltet.

20. Wägeverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen wenig­ stens zwei Meßmodi einer Normalmessung und einer De­ tailmessung unterschieden wird, wobei bei der Normal­ messung die einem Reifen zugeordneten Meßwerte integral zusammengefaßt und gespeichert werden und bei einer De­ tailmessung die Daten der Einzelsensoren erfaßt, ge­ speichert und weitergegeben werden.

21. Wägeverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß bei der statisch und der statisch-dynamischen Wägung die Meßwerte zu Mittelwerten integral zusammengefaßt und nur diese Mit­ telwerte weiter verarbeitet werden.

22. Wägeverfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 21, da­ durch gekennzeichnet, daß mittels gemessener Daten, insbesondere der Temperatur, und/oder gespeicherter Da­ ten, insbesondere Kalibrierungstabellen, und/oder akti­ ver Kalibrierungsvorgänge, insbesondere der Einstellung einer Nullpunktdrift, eine Korrektur der ermittelten Meßwerte erfolgt.

23. Wägeverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 13 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die gepeicherten Meßwerte jeweils mit einem digitalen Zeit- und/oder Ortsstempel versehen werden, dessen Einstellung jeweils nicht im Zugriff steht.

24. Wägeverfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwerte von in Fahrtrichtung nebeneinander an­ geordneten Wiegesensoren auf etwaig übereinstimmende Zeitstempel überprüft und Ergebnisse mit gleichem Zeitstempel Zur Bestimmung einer Achsbreite und/oder Achslast zusammengefaßt werden.