DE10114481B4

DE10114481B4 - Method and device for the dynamic measurement of the axle load or the weight of vehicles

Info

Publication number: DE10114481B4
Application number: DE2001114481
Authority: DE
Inventors: Dr. Zöller Rolf; Dr. Raffius Gerhard; Peter Groll; Ralph Müller; Dr. Sonnenschein Roland
Original assignee: Schenck Process GmbH
Current assignee: Schenck Process Europe GmbH
Priority date: 2001-03-24
Filing date: 2001-03-24
Publication date: 2013-01-03
Anticipated expiration: 2021-03-25
Also published as: DE10114481A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur dynamischen Messung der Achslast oder des Gewichts von Fahrzeugen während der Überfahrt über eine Meßvorrichtung, die mindestens zwei voneinander beabstandete Kraftaufnehmer (1, 2) enthält. Dabei sind die Kraftaufnehmer (1, 2) so miteinander verschaltet, daß sie während der Überfahrt über die Meßstrecke X ein Meßsignalfenster (11) bilden, aus dessen mittlerem zeitlichen relativ konstanten Bereich (12) mit Hilfe einer elektronischen Auswertevorrichtung (8) die Achslast oder das Fahrzeuggewicht gebildet werden. Die Auswertevorrichtung (8) enthält dabei Rechenschaltungen, die den dynamischen Meßsignalverlauf FM(x) innerhalb eines Meßsignalfensters (11) mit einem schwingungsunabhängigen Referenzsignalverlauf Ref (17) vergleichen und aus der ermittelten Abweichung (13, 18) den schwingungsbedingten Signalverlaufsanteil (20) ermitteln, womit die gebildete Achslast oder das gebildete Fahrzeuggewicht um den schwingungsbedingten Anteil korrigiert wird.The invention relates to a method and a device for the dynamic measurement of the axle load or the weight of vehicles during the passage over a measuring device, the at least two spaced-apart force transducer (1, 2). The force sensors (1, 2) are interconnected so that they form a Meßsignalfenster (11) during the crossing over the test section X from the mean time relatively constant area (12) by means of an electronic evaluation device (8) the axle or the vehicle weight are formed. In this case, the evaluation device (8) contains arithmetic circuits which compare the dynamic measurement signal profile FM (x) within a measurement signal window (11) with a vibration-independent reference signal course Ref (17) and determine the oscillation-related signal profile component (20) from the determined deviation (13, 18). whereby the formed axle load or the formed vehicle weight is corrected by the vibration-related portion.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur dynamischen Messung der Achslast oder des Gewichts von Fahrzeugen während der Überfahrt über eine Meßvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8.The invention relates to a method for the dynamic measurement of the axle load or the weight of vehicles during the crossing over a measuring device according to the preamble of patent claim 1 and an apparatus for performing the method according to the preamble of patent claim 8.

Insbesondere bei Gleisfahrzeugen ist es bekannt, das Fahrzeuggewicht oder dessen Achslasten während der Überfahrt über eine Wägevorrichtung zu ermitteln. Allerdings sind derartige dynamische Meßverfahren nur bei verhältnismäßig geringer Überfahrtgeschwindigkeit hinreichend genau, da sich die Meßzeit mit zunehmender Geschwindigkeit verkürzt und gleichzeitig auch größere Störanteile in den Meßsignalen auftreten. So sind derzeit in der Praxis Gleiswaagen bekannt, die bei Meßgenauigkeiten von ca. 0,5% nur Überfahrgeschwindigkeiten von höchstens 20 km/h zulassen.In particular, in track vehicles, it is known to determine the vehicle weight or its axle loads during the crossing over a weighing device. However, such dynamic measuring method are sufficiently accurate only at relatively low crossing speed, since the measuring time is shortened with increasing speed and at the same time larger noise components occur in the measuring signals. Currently, railroad scales are known in practice, which allow only a maximum speed of 20 km / h at measurement accuracies of about 0.5%.

Aus der DE 32 26 740 A1 ist ein Verfahren zur Messung der Radlasten von schnellfahrenden Schienenfahrzeugen bekannt. Dazu ist in jeder Schiene oberhalb mindestens einer Schwelle ein Kraftsensor vorgesehen, der als Dehnungsmeßstreifensensor ausgebildet und in der neutralen Faser der Schiene angeordnet ist. Bei der Überfahrt eines Rades erzeugt der Kraftaufnehmer ein Signal, das der Achsbelastung proportional ist und aus der die Belastungskraft oder das Gewicht ermittelt wird. Allerdings entspricht dabei die Meßstrecke der Breite des Dehnungsmeßstreifens, so daß das Meßsignal nur für einen relativ kurzen Zeitraum zur Abtastung oder Erfassung zur Verfügung steht.From the DE 32 26 740 A1 is a method for measuring the wheel loads of fast-moving rail vehicles known. For this purpose, a force sensor is provided in each rail above at least one threshold, which is designed as a strain gauge and arranged in the neutral fiber of the rail. When crossing a wheel, the force transducer generates a signal that is proportional to the axle load and from which the load force or weight is determined. However, this corresponds to the measuring path of the width of the strain gauge, so that the measurement signal is available only for a relatively short period of time for sampling or detection.

Da durch die Rollbewegung des zu wägenden Waggons den Gewichtsmeßwerten Schwingungen überlagert sind, kann das aufgrund der Meßsignale ermittelte Gewicht stark von dem tatsächlichen Waggongewicht abweichen.Since the weight measurements are superimposed by the rolling motion of the wagon to be weighed, the weight determined on the basis of the measured signals can deviate greatly from the actual wagon weight.

Aus der EP 0 500 971 A1 ist ein Wägeverfahren für Schienenfahrzeuge vorbekannt, bei dem in der neutralen Faser jeder Schiene mindestens zwischen zwei Schwellen zwei Kraftaufnehmer befestigt sind, dessen Meßsignale bei der Überfahrt eines Fahrzeugrades zu einem sogenannten Meßsignalfenster additiv verknüpft werden. Dadurch entsteht eine Meßstrecke dessen Meßsignalfenster etwa der Strecke zwischen den beiden Aufnehmern entspricht. Durch die verhältnismäßig lange Meßstrecke werden alle Störschwingungsanteile kompensiert, deren Wellenlänge kleiner ist als die Meßstrecke. Da die schwingungsbedingten Störanteile sowohl von der Überfahrgeschwindigkeit als auch von der Waggonbauart abhängen, kommen auch langwelligere nichtkompensierende Störschwingungsanteile vor, die das Wägeergebnis verfälschen können. Derartige Störschwingungsanteile werden in der Praxis dadurch verringert, daß man eine Gleiswaage aus mehreren zwischen den Schwellen angeordneten Meßstrecken zusammenschaltet, bei der die Störanteile gemittelt werden und sich dadurch häufig aufheben. Dies gelingt aber nur bei verhältnismäßig langen Wägestrecken und Störschwingungsanteilen, die nicht durch die Schwellenabstände angeregt worden sind.From the EP 0 500 971 A1 is a weighing method for rail vehicles previously known, in which in the neutral fiber of each rail at least two thresholds are mounted two load cells whose measurement signals are linked additively in the passage of a vehicle wheel to a so-called Meßsignalfenster. This results in a test section whose Meßsignalfenster corresponds approximately to the distance between the two sensors. Due to the relatively long measuring path all Störschwingungsanteile be compensated, whose wavelength is smaller than the measuring path. Since the vibration-induced interference components depend both on the speed of passing over and on the type of wagon, there are also long-wave non-compensating interference-vibration components which can falsify the weighing result. Such Störschwingungsanteile be reduced in practice by combining a track scale of several arranged between the thresholds measuring sections, in which the interference components are averaged and thereby often cancel. However, this is only possible with relatively long weighing ranges and spurious vibration components which have not been excited by the threshold distances.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur dynamischen Achslast- oder Gewichtsbestimmung zu schaffen, bei der die durch die Rollbewegung verursachten Störschwingungsanteile das Wägeergebnis nicht verfälschen.The invention is therefore based on the object to provide a method and apparatus for dynamic axle load or weight determination, in which caused by the rolling motion Störschwingungsanteile not distort the weighing result.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 und Patentanspruch 8 angegebene Erfindung gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausführungsbeispiele sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by the invention defined in claim 1 and claim 8. Further developments and advantageous embodiments are specified in the dependent claims.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß durch den Vergleich des Meßsignalfensters mit einem schwingungsunabhängigen Referenzmessfenster auch periodisch angeregte Störschwingungen im Meßsignal korrigierbar sind, dessen Wellenlänge größer als das Messsignalfenster ist. Dabei ist die Korrektur der Störschwingungsanteile auch unabhängig von der Überfahrgeschwindigkeit und der Waggonbauart, so daß vorteilhafterweise auch unterschiedliche Überfahrgeschwindigkeiten mit verschiedenen Waggonbauarten die Meßgenauigkeit nicht beeinträchtigen.The invention has the advantage that by comparing the Meßsignalfensters with a vibration-independent reference measuring window and periodically excited spurious oscillations in the measuring signal can be corrected, whose wavelength is greater than the measurement signal window. In this case, the correction of the Störschwingungsanteile is also independent of the crossing speed and the Waggonbauart, so that advantageously also different crossing speeds with different Waggonbauarten not affect the accuracy.

Die Erfindung hat durch die rechnerische Korrektur des dynamischen Störschwingungsanteils den Vorteil, daß derartige Meßfehler ohne aufwendige Kalibrierverfahren korrigierbar sind. Denn derartige Kalibrierverfahren müßten dann im praktischen Betrieb mit unterschiedlichen Waggontypen und verschiedenen Überfahrgeschwindigkeiten durchgeführt werden, wodurch gleichzeitig auch die Fahrstrecke blockiert würde. Desweiteren hat die Erfindung den Vorteil, daß durch die rechnerische Korrektur des Wägeergebnisses die dynamische Wägevorrichtung in seiner baulichen Ausgestaltung nicht verändert werden muß, so daß auch eine nachträgliche Erweiterung zur Störschwingungskorrektur ohne großen baulichen Aufwand möglich ist.The invention has the advantage that the mathematical correction of the dynamic spurious vibration component such that measurement errors can be corrected without expensive calibration. For such calibration procedures would then have to be carried out in practical operation with different types of wagons and different speeds of passage, whereby at the same time the route would be blocked. Furthermore, the invention has the advantage that the dynamic weighing device in its structural design does not have to be changed by the arithmetic correction of the weighing result, so that a subsequent extension to the Störschwingungskorrektur is possible without great structural complexity.

Die Erfindung hat zusätzlich noch den Vorteil, daß durch den Vergleich des Meßsignalfensters mit einem schwingungsunabhängigen Referenzmessfenster alle überfahrbedingten Störschwingungsanteile korrigierbar sind, so daß vorteilhafterweise zur Störschwingungskorrektur sich die Meßvorrichtung nicht über eine Vielzahl von Messsignalfenstern innerhalb einer Gleisstrecke erstrecken muß, wodurch eine kurze Wägeschiene innerhalb des Gleiskörpers möglich ist.The invention also has the additional advantage that by comparing the Meßsignalfensters with a vibration independent Referenzmessfenster all Überfahrbedingten Störschwingungsanteile are correctable, so that advantageously for Störschwingungskorrektur the measuring device does not extend over a plurality of Meßsignalfenstern within a track section must, whereby a short weighing rail is possible within the track body.

Eine besondere Ausbildung der Erfindung hat den Vorteil, daß durch die Identifizierung der Störschwingungsanteile mit einem linearisierten Rechenverfahren bereits mit verhältnismäßig geringem Rechenaufwand der Störschwingungsanteil im Wägeergebnis meist sehr genau korrigierbar ist.A particular embodiment of the invention has the advantage that by identifying the Störschwingungsanteile with a linearized calculation method already with relatively low computational complexity of the Störschwingungsanteil in the weighing result is usually very accurately correctable.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment which is illustrated in the drawing. Show it:

1: eine schematische Darstellung einer Gleiswaage; 1 a schematic representation of a track scale;

2: ein Schaubild eines Meßsignalfensters; 2 : a diagram of a Meßsignalfensters;

3: ein Schaubild einer Meßsignalabweichung in Abhängigkeit der Überfahrgeschwindigkeit; 3 a graph of a Meßsignalabweichung as a function of the crossing speed;

4: ein Schaubild eines Referenzsignalfensters, und 4 a graph of a reference signal window, and

5: ein Schaubild des Störschwingungsanteils im Meßsignalfenster. 5 : a diagram of the Störschwingungsanteils in Meßsignalfenster.

In 1 der Zeichnung ist eine Gleiswaage schematisch dargestellt, die aus einer durch zwei Kraftaufnehmer 1, 2 jeder Schiene 4 gebildeten Meßstrecke besteht, wobei aus den Aufnehmersignalen beim Überfahren einer Waggonachse die schwingungsabhängigen Anteile ermittelt werden und das Meßergebnis um diese Anteile korrigiert wird, so daß ein genaues Achs- oder Waggongewicht anzeigbar ist.In 1 The drawing shows a track scale is shown schematically, consisting of a by two load cell 1 . 2 every rail 4 consists of the pickup signals when driving over a wagon axle, the vibration-dependent components are determined and the measurement result is corrected by these proportions, so that an accurate axle or wagon weight can be displayed.

Die Gleiswaage besteht aus mindestens zwei Kraftaufnehmern 1, 2, die an der neutralen Faser 5 jeder Schiene 4 befestigt sind. Dabei sind die Kraftaufnehmer 1, 2 als Schubspannungsaufnehmer in Dehnungsmeßstreifentechnik (DMS) ausgebildet und zwischen den Schwellen 3 symmetrisch angeordnet. Auf der Schiene 4 ist ein Rad 6 schematisch dargestellt, durch das bei seiner Überfahrt über die Schiene 4 die zu messende Kraft F in die Kraftaufnehmer 1, 2 eingeleitet wird. Dabei entsteht linear zwischen den beiden Kraftaufnehmern 1, 2 eine Meßstrecke, die den größten Bereich zwischen den Schwellen 3 ausfüllt, um eine möglichst große Meßstrecke zu erhalten. Dadurch sind auch bei relativ schnell fahrenden Waggons oder anderen Fahrzeugen noch genügend abtastbare Meßpunkte erfaßbar, um ein möglichst genaues Meßergebnis zu erzielen. In der Praxis bestehen derartige Waagen meist aus vier, acht und mehr Meßstrecken zwischen den Schwellenfächern, um eine hinreichende Meßgenauigkeit zu erzielen und mindestens jedes Drehgestell eines Waggons als ganzes erfassen zu können.The track scale consists of at least two load cells 1 . 2 attached to the neutral fiber 5 every rail 4 are attached. Here are the force transducers 1 . 2 designed as a shear stress transducer in strain gauge technology (DMS) and between the sleepers 3 arranged symmetrically. On the rails 4 is a wheel 6 shown schematically by the passage through the rail 4 the force to be measured F in the force transducer 1 . 2 is initiated. This creates linear between the two force transducers 1 . 2 a measuring section that covers the largest area between the thresholds 3 fills in order to obtain the largest possible measuring distance. As a result, even with relatively fast moving wagons or other vehicles enough scannable measuring points can be detected in order to achieve the most accurate measurement result. In practice, such scales usually consist of four, eight or more measuring distances between the threshold compartments in order to achieve a sufficient accuracy of measurement and to be able to detect at least each bogie of a wagon as a whole.

Bei herkömmlichen Eisenbahnschienensträngen sind Schwellenabstände von 630 mm zwischen den Schwellenmitten vorgesehen, so daß Meßstrecken innerhalb eines Schwellenfaches von ca. 400 mm erreichbar sind. Die beiden Kraftaufnehmer 1, 2 jeder Schiene 4 werden in einer Schalteinrichtung 7 zu einer Wheatstone'schen Meßbrücke verschaltet, so daß im Meßzweig dieser Brücke das Summensignal der beiden Kraftaufnehmer 1, 2 anliegt, das ein sogenanntes Messsignalfenster bei der Überfahrt bildet. Da dieses Messsignalfenster meist im zeitlichen Abstand abgetastet wird, entsteht bei einer schnellen Überfahrt ein zeitlich schmales und bei einer langsamen Überfahrt ein zeitlich breiteres Messsignalfenster.In conventional railroad track strands, threshold distances of 630 mm are provided between the threshold centers, so that measuring distances within a threshold compartment of about 400 mm can be achieved. The two force transducers 1 . 2 every rail 4 be in a switching device 7 connected to a Wheatstone'schen measuring bridge, so that in the measuring branch of this bridge, the sum signal of the two force transducer 1 . 2 is present, which forms a so-called measurement signal window during the crossing. Since this measurement signal window is usually scanned at a time interval, a time-narrow and, in the case of a slow crossing, a time-broader measurement signal window results in a fast crossing.

Die im Meßzweig der Brücke anliegenden Meßsignale werden einer Auswertevorrichtung 8 zugeführt, die daraus die Achsbelastung oder das Waggongewicht ermittelt, das dann weiterverarbeitbar oder in einer Anzeigevorrichtung 9 darstellbar ist.The measuring signals applied in the measuring branch of the bridge become an evaluation device 8th supplied, which determines therefrom the axle load or the wagon weight, which then further processed or in a display device 9 is representable.

Eine derartige Gleiswaage entspricht dem Stand der Technik und erfaßt bei der Überfahrt eines Rades 6 eines Waggons bzw. einer Waggonachse ein Messsignalfenster als Messsignalverlauf F_M(x) 11, das in 2 der Zeichnung als Schaubild grafisch dargestellt ist. Für dieses Messsignalfenster 11 ist beispielsweise eine Achslast F_M von ca. 2,2 t ermittelt worden, während ein Rad 6 des Waggons mit beispielsweise einer Geschwindigkeit v von 15 km/h über die Meßstrecke X gerollt ist.Such a track scale corresponds to the prior art and detected when crossing a wheel 6 of a wagon or a wagon axle a measurement signal window as measurement signal curve F _M (x) 11 , this in 2 The graph is shown graphically as a graph. For this measurement signal window 11 For example, an axle load F _M of approximately 2.2 t has been determined while a wheel 6 of the wagon with, for example, a speed v of 15 km / h over the measuring path X is rolled.

Dieses Messsignalfenster 11 setzt sich zusammen aus der mit einer mechanisch bedingten Verzerrung (Glockenform) versehenen Summe des reinen gewichtsbedingten Anteils F_G 12 und eines schwingungsbedingten Anteils F_S 13, wobei der schwingungsbedingte Anteil F_S 13 in erster Linie von den geschwindigkeitsabhängigen Vertikalschwingungen während der Überfahrt erzeugt wurde. Denn durch die Schwellenabstände biegen sich die Schienen 4 bei einer Überfahrt eines Rades 6 einer Waggonachse geringfügig nach unten elastisch durch, so daß vertikale Schwingungen mit der Wellenlänge der Schwellenabstände angeregt werden, die in das Meßergebnis eingehen. Da diese vertikalen Schwingungen sowohl von der Bauart als auch der Überfahrgeschwindigkeit v der Waggons abhängen, sind diese Signalschwankungen recht unterschiedlich, sowohl in dessen Amplitude als auch in der Phase.This measurement signal window 11 is composed of the sum of the pure weight-related fraction F _G provided with a mechanically induced distortion (bell shape) 12 and a vibration-related portion F _S 13 , wherein the vibration-related portion F _S 13 generated primarily by the speed-dependent vertical vibrations during the crossing. Because through the threshold distances bend the rails 4 on a crossing of a wheel 6 a wagon axle slightly downwards elastically through, so that vertical vibrations are excited with the wavelength of the threshold distances, which are included in the measurement result. Since these vertical oscillations depend both on the type of construction and on the speed of travel v of the wagons, these signal fluctuations are quite different, both in amplitude and in phase.

Ein derartiger Meßwerteverlauf 15 bei unterschiedlichen Überfahrgeschwindigkeiten v eines Eisenbahnwaggons über eine Wägestrecke X ist in 3 der Zeichnung als grafisches Schaubild dargestellt. Hierbei wurde ein bestimmter vierachsiger Eisenbahnwaggon von einem Gewicht W von ca. 67,85 t bei Überfahrgeschwindigkeiten v von 7 bis 15 km/h gemessen und deren Gewichtsbelastung W über der Geschwindigkeit v aufgetragen. Dabei wurde festgestellt, daß das ermittelte Gewicht W um einen Mittelwert 16 von ca. 68,85 t mit einem Differenzwert von 1,1 t schwankt. Insbesondere tritt dabei offenbar ein Effekt auf, bei dem sich bei geringer Geschwindigkeit v bis ca. 9 km/h das ermittelte Gewicht W positiv vom tatsächlichen Gewicht abweicht. Bei einer höheren Geschwindigkeit v ab ca. 12 km/h ist hingegen die Abweichung negativ. Überraschenderweise hat sich bei einem Geschwindigkeitsbereich v zwischen ca. 10 bis 11,5 km/h eine starke Erhöhung der Abweichung und eine Umkehr der Abweichung herausgestellt. Bei diesem Geschwindigkeitsbereich tritt für eine bestimmte Waggonbauart offensichtlich eine Art Resonanzerscheinung auf, die zu besonders hohen Abweichungen und damit Meßfehlern führt. Da diese schwingungsbedingten Abweichungen im Meßergebnis sowohl von der Waggonbauart als auch zusätzlich noch von dessen Beladung abhängen, sind derartige Abweichungen auch durch eine Kalibrierung der Waage nicht zu korrigieren. Ein derartiger Meßfehler von ca. 1,1 t kann auch nicht durch eine Verlängerung der Gesamtmeßstrecken ausgeglichen werden, da durch die symmetrischen Meßsignalfenster 11 zwischen den Schwellen 3 nie eine vollständige Wellenlänge der durch die Durchbiegung angeregten vertikalen Schwingungen erfaßbar ist, sondern immer nur derselbe Schwingungsausschnitt, der in Abhängigkeit der Waggonbauart, der Beladung und der Überfahrgeschwindigkeit sowohl positiv als auch negativ sein kann.Such a measured value course 15 at different crossing speeds v of a railway carriage over a weighing distance X is in 3 the drawing as a graphic diagram shown. Here, a specific four-axle railway wagon was measured by a weight W of about 67.85 t at crossing speeds v of 7 to 15 km / h and their weight load W plotted against the speed v. It was found that the determined weight W about an average 16 varies from about 68.85 t with a difference of 1.1 t. In particular, an effect apparently occurs in which the determined weight W deviates positively from the actual weight at low speed v up to approximately 9 km / h. At a higher speed v from about 12 km / h, however, the deviation is negative. Surprisingly, at a speed range v between approximately 10 and 11.5 km / h, a marked increase in the deviation and a reversal of the deviation have emerged. At this speed range appears to be a kind of resonance phenomenon for a particular wagon type, which leads to particularly high deviations and thus measurement errors. Since these vibration-related deviations in the measurement result depend both on the waggon design and additionally on its loading, such deviations can not be corrected by a calibration of the balance. Such a measurement error of about 1.1 t can not be compensated by extending the Gesamtmeßstrecken, as indicated by the symmetrical Meßsignalfenster 11 between the thresholds 3 never a complete wavelength of the vertical vibrations excited by the deflection is detectable, but always only the same section of vibration, which can be both positive and negative depending on the type of wagon, the load and the crossing speed.

Die erfinderische Lösung, die schwingungsabhängigen Meßsignalschwankungen innerhalb des Messsignalfensters 11 zu korrigieren, lag nun in einer Ermittlung des jeweiligen schwingungsbedingten Anteils 13 im Messsignal als schwingungsbedingter Signalverlaufsanteil F_S. Da dieser schwingungsbedingte Signalverlaufsanteil F_S 13 wegen des geringen Schwingungsausschnitts nur einen kurzen Ausschnitt einer periodischen Schwingung darstellt, typischerweise ½ Periode, ist er mit gewöhnlichen Filtern (z. B. Tiefpaß) nicht zu eliminieren. Daher schlägt die Erfindung vor, jedes erfaßte Meßsignalfenster 11 mit einem schwingungsunabhängigen Referenzmeßfenster zu vergleichen und daraus die schwingungsbedingten Anteile 13 rechnerisch zu ermitteln und damit das Meßergebnis zu korrigieren. Dazu ist die Auswertevorrichtung 8 als elektronische Rechenvorrichtung ausgebildet, die die analogen oder digitalen Meßsignale nach festen Schaltungsvorgaben oder programmgesteuert miteinander verknüpft und speichert. Die Auswertevorrichtung 8 enthält dabei mindestens eine Speicherschaltung, in die zunächst schwingungsunabhängige Meßwerte eingespeichert werden. Diese sind dadurch ermittelbar, daß mit Hilfe eines vorgegebenen Referenzgewichts F_R das beispielsweise mit 400 Meßschritten quasi statisch über die Meßstrecke X bewegt wird und deren Meßwerte F(x) schrittweise nacheinander erfaßt und abgespeichert werden. Ein derartig ermitteltes Referenzsignalfenster stellt lediglich die Ortsabhängigkeit der Meßwerteerfassung auf der Meßstrecke X dar, weil durch die quasi statische Erfassung keine schwingungsbedingten Abweichungen in das Meßsignal F(x) eingehen können. Aus diesen erfaßten schwingungsunabhängigen Meßwerten F(x) wird aufgrund des bekannten Referenzgewichts F_R und der bekannten Meßstreckenabmessungen ein Referenzmeßfenster als Referenzsignalverlauf 17 durch eine Rechenschaltung in der Auswertevorrichtung 8 ermittelt.The inventive solution, the vibration-dependent Meßsignalschwankungen within the measurement signal window 11 to correct, was now in a determination of the respective vibration-related share 13 in the measurement signal as a vibration-related signal component F _S. Since this vibration-related signal waveform component F _S 13 Because of the small amount of vibration, only a small portion of a periodic oscillation, typically ½ period, can not be eliminated with ordinary filters (eg low-pass filter). Therefore, the invention proposes each detected Meßsignalfenster 11 to compare with a vibration-independent Referenzmeßfenster and from the vibration-related shares 13 to determine mathematically and thus to correct the measurement result. This is the evaluation device 8th designed as an electronic computing device that combines and stores the analog or digital measurement signals according to fixed circuit specifications or programmatically. The evaluation device 8th contains at least one memory circuit in which initially vibration-independent measured values are stored. These can be determined by the fact that with the aid of a predetermined reference weight F _R, for example, with 400 measuring steps, quasi-static is moved over the measuring path X and their measured values F (x) are successively detected and stored one after the other. Such a determined reference signal window represents only the location dependency of the measured value detection on the measuring path X, because by the quasi-static detection no vibration-related deviations in the measurement signal F (x) can be received. From these detected vibration-independent measured values F (x) is due to the known reference weight F _R and the known Meßstreckenabmessungen a Referenzmeßfenster as a reference waveform 17 by an arithmetic circuit in the evaluation device 8th determined.

Ein derartiges Referenzmeßfenster 17 ist in 4 der Zeichnung grafisch dargestellt. Dieser Referenzsignalverlauf 17 innerhalb des Meßfensters ergibt sich aus der Beziehung Ref = F(x)/F_R. Dieses Referenzmeßfenster Ref ist aufgrund des bekannten Referenzgewichtswertes F_R in der Amplitude auf einen Relativwert von 0 bis 1 normiert und in der Speicherschaltung der Auswertevorrichtung 8 in Abhängigkeit der Meßfensterlänge x gespeichert.Such a reference measuring window 17 is in 4 graphically shown in the drawing. This reference waveform 17 within the measuring window results from the relationship Ref = F (x) / F _R. This Referenzmeßfenster Ref is normalized in the amplitude to a relative value of 0 to 1 and in the memory circuit of the evaluation device due to the known reference weight value F _R 8th stored as a function of the measuring window length x.

In der Auswertevorrichtung 8 wird mit Hilfe einer Rechenschaltung aus den ermittelten schwingungsabhängigen Meßfensterwerten des Messsignalverlaufs F_M(x) und dem gespeicherten Referenzmeßfensterwert Ref eine Ähnlichkeitstransformation nach der mathematischen Beziehung F_fit(x) = a·F_M(b·x + c) durchgeführt, z. B. mittels Interpolation. Die Faktoren a als Höhenmaßstab, b als Breitenmaßstab und c als Verschiebemaßstab müssen zunächst ermittelt werden. Dies kann einerseits mittels einer nichtlinearen Parameterschätzung erfolgen, indem die Summe der Fehlerquadrate der Differenz aus Referenzsignal und transformiertem Meßsignal minimiert wird. Die Startwerte sind hierbei geeignet zu wählen, da diese großen Einfluß auf die Optimierung haben. Andererseits genügt es, die Faktoren a, b und c auf direktem Weg zu bestimmen oder diese als Startwerte für die Optimierung zu verwenden. Der Faktor a berechnet sich aus dem Maximalwert des Referenzsignales (also 1, da dieses normiert wurde) geteilt durch den Maximalwert h des Meßsignales, wobei zur Vermeidung von Spitzen das Meßsignal hierfür z. B. mit einem Tiefpaß zu filtern ist. Es sind nun die Durchstoßpunkte des Referenzsignales durch die Linie der Höhe 0,5 zu ermitteln. Diese Zeiten werden mit t_R1 und t_R2 bezeichnet. Entsprechend werden die Zeiten des Durchstoßes des Meßsignals durch seine halbe Höhe (also 0,5·h) berechnet. Diese werden mit t_M1 und t_M2 bezeichnet. Die Koeffizienten b und c der Transformation sind nun so zu bestimmen, daß t_M1 = b·t_R1 + c und t_M2 = b·t_R2 + c gilt. Die Rechenschaltung bildet nun aus den bekannten Meßwerten F_M und der Zeitkoordinate x einen normierten Meßfensterverlauf F_fit(x). Durch diesen normierten Meßfensterverlauf F_fit(x) und dem Vergleich mit dem Referenzsignalverlauf Ref errechnet eine Rechenschaltung der Auswertevorrichtung 8 nach der Funktion F_E(x) = F_fit(x)/Ref(x) den entzerrten Signalverlaufsanteil F_E.In the evaluation device 8th A similarity transformation according to the mathematical relationship F _fit (x) = a * F _M (b * x + c) is carried out with the aid of an arithmetic circuit from the determined oscillation-dependent measured window values of the measurement signal profile F _M (x) and the stored reference measurement window value Ref. B. by means of interpolation. The factors a as a height scale, b as a width scale and c as a shift scale must first be determined. On the one hand, this can be done by means of a non-linear parameter estimation by minimizing the sum of the error squares of the difference between the reference signal and the transformed measurement signal. The starting values are suitable to choose, as they have a great influence on the optimization. On the other hand, it suffices to determine the factors a, b and c directly or to use them as starting values for the optimization. The factor a is calculated from the maximum value of the reference signal (ie, 1, since this was normalized) divided by the maximum value h of the measuring signal, wherein the measuring signal for z. B. is to filter with a low pass. Now, the piercing points of the reference signal are to be determined by the line of height 0.5. These times are referred to as t _R1 and t _R2 . Accordingly, the times of puncturing of the measuring signal are calculated by its half height (ie 0.5 · h). These are designated t _M1 and t _M2 . The coefficients b and c of the transformation are now to be determined so that t _M1 = b * t _R1 + c and t _M2 = b * t _R2 + c. The arithmetic circuit now forms from the known measured values F _M and the time coordinate x a normalized measuring window course F _fit (x). An arithmetic circuit of the evaluation device calculates through this normalized measuring window course F _fit (x) and the comparison with the reference signal course Ref 8th after the function F _E (x) = F _fit (x) / Ref (x) the equalized signal component F _E.

Ein derartiger entzerrter Signalverlaufsanteil F_E ist in 5 der Zeichnung als Schaubild grafisch dargestellt. Dabei ergeben sich meist Meßwerte in Abhängigkeit der Meßfensterlänge x, die beidseitig eines entzerrten Referenzverlaufs 19 auftreten und damit auf die jeweilige bekannte Oberfahrgeschwindigkeit v normiert sind. F_E(x) besteht vorwiegend aus der Schwingung F_E,R(x) = G + A·sin(ω·x + φ). Deren Koeffizienten G für den Gleichanteil, A für die Amplitude der Schwingung, ω für die Kreisfrequenz der Schwingung und φ für die Phasenlage der Schwingung werden in einer Rechenschaltung in der Auswertevorrichtung 8 mittels bekannter Iterationsverfahren (z. B. nach Levenberg-Marquardt) so bestimmt, daß sich eine optimale Annäherung als Rekonstruktion F_E,R(x) 20 der Schwingung an F_E(x) 18 ergibt, die den schwingungsbedingten Signalverlaufsanteil F_S 13 darstellt. Der korrigierte Gewichtswert entspricht dem Gleichanteil G, wobei dieser noch durch den Höhenmaßstab a zu dividieren ist. Alternativ ist es möglich, den Gewichtswert additiv bzw. subtraktiv um den Integrationswert des Störschwingungsanteils zu korrigieren.Such an equalized signal component F _E is in 5 graphically represented in the drawing as a graph. In most cases, measured values depend on the measuring window length x, which are on both sides of an equalized reference curve 19 occur and are normalized to the respective known top speed v. F _E (x) consists predominantly of the oscillation F _{E, R} (x) = G + A * sin (ω * x + φ). Their coefficients G for the DC component, A for the amplitude of the oscillation, ω for the angular frequency of the oscillation and φ for the phase position of the oscillation are in an arithmetic circuit in the evaluation device 8th determined by known iteration methods (eg according to Levenberg-Marquardt) so that an optimal approximation as reconstruction F _{E, R} (x) 20 the oscillation at F _E (x) 18 results, the the vibration-related signal waveform component F _S 13 represents. The corrected weight value corresponds to the DC component G, which is still to be divided by the height scale a. Alternatively, it is possible to adjust the weight value additively or subtractively by the integration value of the spurious vibration component.

Vorteilhafterweise kann durch dieses Verfahren auch bei unterschiedlichen Fahrgeschwindigkeiten der schwingungsabhängige Meßsignalanteil als schwingungsbedingter Signalverlaufsanteil F_S bzw. die Annäherung F_E,R an den entzerrten Signalverlaufsanteil F_E berechnet und in der Meßwertanzeige berücksichtigt werden, wodurch die Meßgenauigkeit insbesondere im Resonanzbereich erheblich verbesserbar ist. Dieses korrigierte Meßsignal für das Achs- oder Waggongewicht W kann in weiteren elektronischen Recheneinrichtungen weiterverarbeitet und/oder in der Anzeigevorrichtung 9 analog oder digital dargestellt werden.Advantageously, by this method even at different speeds of the vibration-dependent Meßsignalanteil as vibration-related waveform component F _S and the approach F _{E, R} to the equalized waveform F _E calculated and taken into account in the measured value, whereby the measurement accuracy is significantly improved, especially in the resonance range. This corrected measurement signal for the axle or wagon weight W can be further processed in further electronic computing devices and / or in the display device 9 be represented analog or digital.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist die Auswertevorrichtung 8 so ausgebildet, daß nach der Ähnlichkeitstransformation der entzerrte Signalverlaufsanteil F_E mit der Funktion F_E,R(x) = G + A_x·cos(ω·x) + A_y·sin(ω·x) angenähert bzw. rekonstruiert wird. Diese Funktion ist gleichwertig mit G + A·sin(ω·x + φ) und ergibt sich durch Umformung mittels der „Additionstheoreme transzendenter Funktionen” (siehe z. B. Bronstein: Taschenbuch der Mathematik). Es gilt die Beziehung A_x = A·sin(φ) und A_y = A·cos(φ) bzw. in der Umkehrung A = A√_x ² + A_y ² und tan(φ) = A_y/A_x. Da diese Gleichung jetzt linear in den Koeffizienten G, A_x und A_y ist, muß sie nur noch nach ω iteriert werden. Die Koeffizienten G, A_x und A_y sind in einer Rechenschaltung der Auswertevorrichtung 8 in jedem Iterationsschritt von ω z. B. mittels einer LS-Parameteridentifikation (LS = Fehlerberechnung nach der kleinsten Fehlerquadratsumme) eindeutig rechnerisch zu bestimmen, da dieser Fehler nur noch ein Minimum aufweist. Dieses Rechenverfahren mit linearisierten Koeffizienten ist vorteilhaft ausführbar, wenn der schwingungsabhängige Signalverlaufsanteil F_S bzw. die Rekonstruktion F_E,R 20 des entzerrten Signalverlaufsanteils F_E nur mit wenigen Rechenschritten berechnet werden soll, da hierdurch eine höhere Genauigkeit mit geringerer Rechenkapazität in kurzer Zeit erzielbar ist.In a further embodiment of the invention, the evaluation device 8th is designed so that after the similarity transformation of the equalized waveform component F _E with the function F _{E, R} (x) = G + A _x · cos (ω · x) + A _y · sin (ω · x) is approximated or reconstructed. This function is equivalent to G + A · sin (ω · x + φ) and results from transformation by means of the "addition theorems of transcendental functions" (see, for example, Bronstein: Taschenbuch der Mathematik). The relationship A _x = A x sin (φ) and A _y = A x cos (φ) and in the inverse A = A√ _x ² + A _y ² and tan (φ) = A _y / A _x . Since this equation is now linear in the coefficients G, A _x and A _y , it only has to be iterated after ω. The coefficients G, A _x and A _y are in an arithmetic circuit of the evaluation device 8th in each iteration step of ω z. B. by means of a LS parameter identification (LS = error calculation for the least square error sum) to determine unambiguously mathematical, since this error has only a minimum. This calculation method with linearized coefficients can be advantageously implemented if the oscillation-dependent signal profile component F _S or the reconstruction F _{E, R} 20 of the equalized signal waveform component F _E is to be calculated with only a few calculation steps, since in this way a higher accuracy with lower computing capacity can be achieved in a short time.

In einer besonderen Ausführung der Erfindung ist die Frequenz ω bereits bekannt, da die betrachtete Schwingung eine bekannte Wellenlänge, nämlich den Schwellenabstand hat. Im Falle der zu bestimmenden Funktion F_E,R = G + A·sin(ω·x + φ) sind hier nur noch die Parameter G, A und φ z. B. mittels Iterationsverfahrens zu bestimmen. Im Falle der zu bestimmenden Funktion F_E,R = G + A_x·cos(ω·x) + A_y·sin(ω·x) sind nur noch die Parameter G, A_x und A_y zu bestimmen, was mittels LS-Verfahren, also ohne Iterationsverfahren erfolgen kann. Dieses kann sogar soweit reduziert werden, daß die Rechenschaltung nur noch G explizit berechnet.In a particular embodiment of the invention, the frequency ω is already known since the considered oscillation has a known wavelength, namely the threshold distance. In the case of the function F _{E, R} = G + A * sin (ω × x + φ) to be determined, only the parameters G, A and φ z are here. B. to determine by iterative process. In the case to be determined function F _{E, R} = G + A _x · cos (ω · x) + A _y · sin (ω · x) are only the parameters G, A _x and A _y to determine what means LS Method, so it can be done without iterative process. This can even be reduced so far that the arithmetic circuit calculates only G explicitly.

Ein derartiges Korrekturverfahren bei der dynamischen Messung von Achslasten und Fahrzeuggewichten eignet sind vorzugsweise bei der Messung von Schienenfahrzeugen, kann aber auch bei der dynamischen Gewichtsmessung von Landfahrzeugen eingesetzt werden.Such a correction method in the dynamic measurement of axle loads and vehicle weights are preferably in the measurement of rail vehicles, but can also be used in the dynamic weight measurement of land vehicles.

Claims

A method for dynamically measuring the axle load or the weight of vehicles during the crossing over a measuring device which contains at least two spaced force transducer, the measuring signals are linked together so that they form a measuring signal window over a traveled measuring path, from the middle time relatively constant range the axle load or the vehicle weight is determined, characterized in that the dynamic measuring signal profile F _M (x) within the measuring signal window ( 11 ) with a vibration-independent reference signal path Ref ( 17 ) is compared and from the deviation of the vibration-related waveform component F _S ( 13 ) as the reconstruction F _{E, R} ( 20 ) of the equalized signal component F _E ( 18 ), which is used to correct the measured axle load F _M or the vehicle weight.

Method according to Claim 1, characterized in that for each measuring signal window ( 11 ) of a measuring path, taking into account the positional dependence of the pickup signals, a vibration-independent reference signal course ( 17 ) is formed.

Method according to Claim 1 or Claim 2, characterized in that the reference signal course ( 17 ) is formed with the aid of a predetermined known reference weight F _R relative values Ref with magnitude values between 0 to 1 as a function of the measuring distance X.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the detected dynamic measurement signal profile F _M (x) within the measurement signal window ( 11 ) with the aid of the reference signal curve Ref ( 17 ) is subjected to a similarity transformation, resulting in a velocity-independent normalized measuring window profile as an equalized signal component ( 18 ).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that from the normalized measuring window course ( 18 ) taking into account a known or determinable excitation frequency ω by means of a known nonlinear iteration method of the vibration-related superimposed weight fraction as a reconstruction ( 20 ), which then serves to correct the measured value of the axle load F _M or to calculate the static weight value W.

Method according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the oscillation-dependent signal profile component F _S ( 13 ) as the reconstruction F _{E, R} ( 20 ) of the equalized signal component F _E ( 18 ) within a measurement signal window ( 11 ) (According to the function F _{E, R} x) = G + A _X · cos (ω · x) + A _Y · sin (ω · x) is calculated from the measurement result by iterated by a known method on ω, and in any Iteration step the coefficients G, A _x and A _{y are determined} by means of an LS parameter identification.

Method according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the oscillation-dependent signal profile component F _S ( 13 ) as the reconstruction F _{E, R} ( 20 ) of the equalized signal component F _E ( 18 ) within a measurement signal window ( 11 ) (According to the function F _{E, R} x) = G + A _X · cos (ω · x) + A _Y · sin (ω · x) of known frequency ω is calculated from the measurement result, the coefficient G, A _x and A _{y are determined} by means of an LS parameter identification.

Device for determining the dynamic axle load or the vehicle weight according to one of the methods of claims 1 to 7, characterized in that at least one measuring path X is provided for crossing, which consists of at least two in the direction of travel successively arranged force transducer ( 1 . 2 ) is formed whose signals a Meßsignalfenster ( 11 ) and an electronic evaluation device ( 8th ), which from the dynamic Meßsignalverlauf F _M (x) using a predetermined or determined reference measuring window as a reference signal waveform ( 17 ) the oscillation-dependent signal waveform component ( 13 ) and calculates the measurement result by this proportion.