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Die
Erfindung betrifft eine Klassifikationseinrichtung für Fahrzeuge.
Sie geht aus von der
EP
1 088 286 B1 .
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Es
besteht das Bedürfnis,
beispielsweise zu statistischen Zwecken den Verkehrsstrom an einem bestimmten
Punkt einer Straße
nach Fahrzeugklasse und Anzahl der Fahrzeuge automatisch zu erfassen und
zu analysieren. Hierzu ist es erforderlich, die Fahrzeuge mit einer
möglichst
geringen Fehlerrate einer Fahrzeugklasse zuzuordnen.
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In
der
EP 1 088 286 B1 ist
bereits eine Kontrolleinrichtung für ein in einem Fahrzeug installiertes Mautgerät beschrieben,
die eine nach einem akustischen Messprinzip arbeitende Klassifikationseinrichtung
umfasst. Sie hat die Aufgabe, anhand charakteristischer Signale
den jeweiligen Typ des passierenden Fahrzeugs so genau zu erkennen,
dass er einer bestimmten Mautgebührenklasse
zugeordnet werden kann. Es wird ein akustisches Messprinzip vorgeschlagen,
bei dem die von einem Fahrzeug emittierten Geräusche hinsichtlich ihres Frequenzspektrums
analysiert werden. So habe etwa ein Nutzkraftwagen (LKW oder Bus)
ein deutlich anderes Frequenzspektrum als ein PKW oder Motorrad.
Die Länge
des Fahrzeugs soll mit Ultraschallsignalen gemessen werden. Weiterhin
ist eine Triggereinrichtung vorgesehen, die den Zeitpunkt bestimmt,
an dem ein Fahrzeug eine definiert Position oder eine definierte Entfernung
von der Kontrolleinrichtung erreicht hat. Die Triggerung kann durch
einen Radarsensor vorgenommen werden.
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Das
bekannte Messprinzip ist aber nicht in der Lage, zwischen einem
LKW und einem Bus zu unterscheiden. Die Längenmessung kann auch nicht zwischen
einem Pkw mit Wohnwagenanhänger
und einem Nutzfahrzeug unterscheiden.
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Der
DE 101 04 502 A1 ist
ein Kontrollverfahren zur Straßengebührenerfassung
mit einem Kontrollsystem und mit mehreren Erfassungseinrichtungen
für Fahrzeuginformationen
und mit einer Triggereinrichtung zur zeitgerechten Aktivierung der
Erfassungseinrichtungen zu entnehmen. Dieses ist dadurch gekennzeichnet,
dass die einzelnen Erfassungseinrichtungen zu Zeitpunkten aktiviert
werden, zu denen die räumliche
Anordnung eines Fahrzeugs zu der die jeweilige Fahrzeuginformation
erfassenden Erfassungseinrichtung optimal ist, wobei die verschiedenen
durch die Erfassungseinrichtungen räumlich und zeitlich getrennt
erfassten Fahrzeuginformationen eines Fahrzeugs vom Kontrollsystem dem
Fahrzeug und einem Referenzzeitpunkt zugeordnet werden.
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Die
Erfassungseinrichtungen umfassen Kommunikationseinrichtungen und
neben anderen akustische Aufnahmeeinrichtungen für Fahrzeuginformationen repräsentierende
Geräuschinformationen.
Das Kontrollsystem umfasst eine Klassifikationseinrichtung, die
das Fahrzeug einer Fahrzeugklasse zuordnet.
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In
der
EP 1 480 182 A2 ist
ein berührungsloses
Achszählsystem
für den
Straßenverkehr
beschrieben. Es ist eine Messeinrichtung zur Erfassung der von einem
fahrenden Fahrzeug erzeugten Veränderungen
der Umgebungsparameter, z. B. des Schalls vorgesehen. Hierzu wird
ein Richtmikrofon vorgeschlagen, das auf einen zur Messung geeigneten
Messbereich fokussiert ist. Diese Anordnung dient der Erfassung
und Lokalisierung von Reifenabrollgeräuschen. Die Mess-Signale werden
einem Spektrumanalysator zugeleitet, dem eine Recheneinheit zur
Klassifizierung der Datenmuster nachgeschaltet ist.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Klassifikationseinrichtung
für Fahrzeuge
mit einem verbesserten Auflösungsvermögen vorzuschlagen.
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Die
Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Eine
nach einem akustischen Messprinzip arbeitende Klassifikationseinrichtung
für Fahrzeuge umfasst
eine Messeinrichtung für
die Länge
eines Fahrzeugs und eine Triggereinrichtung, die dazu bestimmt ist,
den Zeitpunkt zu bestimmen, an dem das Fahrzeug eine definiert Position
bezüglich
der Klassifikationseinrichtung erreicht hat, worauf letztere die Klassifizierung
des Fahrzeugs vornimmt. Mit einer solchen Klassifikationseinrichtung
wird erfindungsgemäß das Geräuschprofil
eines vorbeifahrenden Fahrzeugs aufgenommen und aus dem zeitlichen
Verlauf der Geräuschamplitude
und der Länge
des Fahrzeugs die Fahrzeugklasse ermittelt.
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Wie
aus den 2 bis 6 ersichtlich
ist unterscheiden sich die Geräuschprofile
der verschiedenen Fahrzeugklassen beträchtlich. Schon der Vergleich
der Lage der Maxima der Geräuschamplituden beispielsweise
in den 2 und 3 lässt eine Unterscheidung zwischen
einem LKW und einem Omnibus zu, auch wenn beide Fahrzeuge die gleiche
Länge haben
mögen;
ersteres hat einen Frontmotor, letzteres einen Heckmotor. Die Motoren
sind nämlich
die Quellen der größten Geräuschemission
von vorbeifahrenden Fahrzeugen. Eine Unterscheidung dieser Fahrzeuge
ist offenbar nach dem Stand der Technik nicht möglich.
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Die
Auswertung des Geräuschprofils
erfolgt ausgehend von einem Triggerpunkt aus dem entfernungsmäßigen Abstand
eines Geräuschmaximums von
dem Triggerpunkt.
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Entsprechend
einer Weiterbildung der Erfindung wird aus der Zahl der Neben-Geräuschmaxima die
Zahl der Achsen eines vorbeifahrenden Fahrzeugs ermittelt.
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Entsprechend
einer anderen Weiterbildung wird aus dem Vorhandensein eines Geräuschminimums
auf ein Fahrzeuggespann geschlossen. Dabei soll der entfernungsmäßige Abstand
des Geräuschminimums
einen vorgegebenen Abstand zu dem Triggerpunkt nicht unterschreiten.
Auf diese Weise kann zwischen einem Sattelzug mit einer kleinen
Lücke zwischen
der Zugmaschine und dem Auflieger kurz hinter dem Geräuschmaximum
und der größeren Lücke zwischen
einem LKW und dessen Anhänger
unterschieden werden.
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Vorzugsweise
umfasst die Klassifikationseinrichtung als Triggereinrichtung einen
ersten Radarsensor. Es kann aber auch eine in die Fahrbahn eingelassene
Induktionsschleife, eine Lichtschranke oder ein anderer an sich
bekannter Näherungssensor
zum Einsatz kommen.
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Als
Längenmesssensor
wird vorzugsweise ein zweiter Radarsensor eingesetzt. Es können aber auch
andere Längenmesssensoren
verwendet werden.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung, welche in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen die
Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Es
zeigt
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1a eine
an einer Fahrbahn angeordnete Klassifikationseinrichtung mit einem
in deren Erfassungsbereich befindlichen Fahrzeug in einer Seitenansicht,
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1b die
Klassifikationseinrichtung aus 1a mit
einem in deren Erfassungsbereich befindlichen Fahrzeug in Draufsicht,
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2 einen
Sattelzug mit zugehörigem
Geräuschprofil,
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3 einen
Omnibus mit zugehörigem
Geräuschprofil,
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4 einen
LKW mit angekuppeltem Anhänger
und zugehörigem
Geräuschprofil,
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5a einen
PKW mit zugehörigem
Geräuschprofil,
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5b einen
an den PKW in 5a angekuppelten Wohnwagen mit
zugehörigem
Geräuschprofil,
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6 ein
Motorrad mit zugehörigem
Geräuschprofil.
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In 1a ist
eine an einer Fahrbahn 8 angeordnete Klassifikationseinrichtung 10 mit
einem in deren Erfassungsbereich E befindlichen Fahrzeug 12 in
einer Seitenansicht und in 1b in
Draufsicht dargestellt. Sie umfasst einen Mast 14, an dessen oberem
Ende ein erster Radarsensor 16 angebracht ist, der die
Vorderkante 18 eines Fahrzeugs 12 erfasst und
damit einen Triggerpunkt 20 für die Klassifikationseinrichtung 10 darstellt.
Ferner ist an dem Mast 14 ein zweiter Radarsensor 22 angebracht,
der als Längenmesseinrichtung
für die
Länge des
Fahrzeugs 12 und für
dessen Position innerhalb des Erfassungsbereichs E der Klassifika tionseinrichtung 10 ausgebildet
ist. Mit dem zweiten Radarsensor 22 kann auch die Geschwindigkeit
des Fahrzeugs 12 gemessen werden. Eine Längen-Positions-
und/oder Geschwindigkeitsmessung kann auch mit dem ersten Radarsensor 16 allein
durchgeführt
werden. Allerdings ist die Messgenauigkeit aufgrund des sehr steilen
Erfassungswinkels des ersten Radarsensors 16 relativ zu
der Fahrbahn 8 geringer.
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Etwa
0,5–1
m über
der Fahrbahn 8 sind an dem Mast 14 zwei Mikrofone 24 angebracht.
Die beiden Mikrofone 24 bilden ein Stereomikrofon. Ihre Hauptempfindlichkeitsachsen 26 kreuzen
sich etwa in der Mitte der Fahrbahn 8. Eine solche Anordnung hat
den Vorteil, dass Geräusche
die von Fahrzeugen auf einer Gegenfahrbahn herrühren, stark unterdrückt werden.
Hat eine Straße
nur eine Richtungsfahrbahn oder ist eine solche von der Fahrbahn 8 weit
entfernt oder durch einen bebauten oder bepflanzten Mittelstreifen
abgeschirmt, genügt
ein Mikrofon, dessen Hauptempfindlichkeitsachse dann senkrecht zum
Fahrbahnrand ausgerichtet sein soll.
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Die
Klassifikationseinrichtung 10 arbeitet folgendermaßen: Sobald
ein Fahrzeug 12 in den Erfassungsbereich E des zweiten
Radarsensors 22 hinein fährt, beginnt eine Längenmessung
des Fahrzeugs 12, und zwar so lange, bis dieses den Erfassungsbereich
E des zweiten Radarsensors 22 verlässt. Sobald der erste Radarsensor 16 die
Vorderkante 18 des Fahrzeugs 12 erfasst, wird
die Längenmessung normiert
und die Mikrofone 24 aktiviert. In einer nicht dargestellten
Aufzeichnungs- und Auswertungseinrichtung wird das von dem Fahrzeug 12 erzeugte
Geräusch
mit dem aktuellen Längenmessergebnis,
das den Fortbewegungsfortschritt des Fahrzeugs 12 darstellt,
korreliert. Auf diese Weise wird das Geräuschprofil des Fahrzeugs 12 aufgezeichnet
und kann in der Aus wertungseinrichtung hinsichtlich der Klassenzugehörigkeit
ausgewertet werden.
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In
den 2 bis 6 sind verschiedene Fahrzeuge
mit ihrem charakteristischen Geräuschprofil
dargestellt.
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2 zeigt
einen Sattelzug 28 mit zugehörigem Geräuschprofil 30. Es
ist zu erkennen, dass das Geräuschmaximum 32 im
vorderen Bereich des Sattelzuges 28 liegt, was darauf zurückzuführen ist,
dass dieser mit einem Frontmotor ausgestattet ist. Jede Achse des
Sattelzuges 28 erzeugt ein Nebenmaximum 34 auf
Grund des Rollgeräusches
der Reifen auf der Fahrbahn 8. Aus der Lage des Geräuschmaximums 32 und
der gemessenen großen
Länge ist ein
Sattelzug 28 zu erkennen.
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3 zeigt
einen Omnibus 36 mit zugehörigem Geräuschprofil 38. Es
ist zu erkennen, dass das Geräuschmaximum 32a im
hinteren Bereich des Omnibus 36 liegt, was darauf zurückzuführen ist,
dass dieser üblicherweise
mit einem Heckmotor ausgestattet ist. Außerdem sind zwei Nebenmaxima 34a zu erkennen.
Obwohl der Omnibus 36 die gleiche Länge haben mag wie der Sattelzug 28 in 2 ist
er doch von diesem durch die Lage seines Geräuschmaximums 32a am
Ende des Fahrzeugs zu erkennen.
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Die 4 zeigt
einen LKW 40 mit einem angekuppelten Anhänger 42 und
zugehörigem
Geräuschprofil 44.
Letzteres ist dem Geräuschprofil 30 des
Sattelzuges 28 in 2 ähnlich.
Es weist ebenfalls ein ausgeprägtes
von dem Frontmotor des LKW 40 herrührendes Geräuschmaximum 32b und
eine der Zahl der LKW-Achsen entsprechende Zahl von Nebenmaxima 34b auf.
Das Geräuschprofil 44 unterscheidet
sich von dem des Sattelzuges 28 aber durch ein sehr tiefes
Geräuschminimum 41, dessen
Breite der Lücke
D zwischen LKW 40 und Anhänger 42 entspricht.
Die nach der Lücke
D auftretenden Nebenmaxima 34c sind wesentlich niedriger
als das Geräuschmaximum 32b des
LKW 40.
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5a zeigt
einen PKW 46 mit zugehörigem Geräuschprofil 48.
Zunächst
fällt auf,
dass die Geräuschamplituden
wesentlich niedriger als bei den vorgenannten Fahrzeugen sind. Dies
lässt bereits auf
einen PKW schließen.
Falls es sich um einen PKW mit Frontmotor handelt, liegt das Geräuschmaximum 32d unmittelbar
hinter dem Triggerpunkt 20, bei einem PKW mit Heckmotor
wird dieses hinter zwei vom Rollgeräusch der Reifen herrührenden
Nebenmaxima 34d, 34e liegen. Von den vorgenannten Fahrzeugen
unterscheidet sich der PKW 46 auch durch seine geringere
Länge l.
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An
den PKW 46 mag ein Anhänger
oder Wohnwagen 50 angekuppelt sein, wie er in 5b gezeigt
ist. Letzterer ist ebenfalls mit einem zugehörigen Geräuschprofil 52 dargestellt.
Nach dem zweiten Nebenmaximum 34e des PKW 46 erscheint
zunächst
ein ausgeprägtes
Geräuschminimum 54,
das auf die Lücke
D1 zwischen PKW 46 und Wohnwagen 50 zurückzuführen ist,
gefolgt von wenigstens einem von dem Rollgeräusch der Reifen herrührenden
Nebenmaximum 34f.
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6 schließlich zeigt
ein Motorrad 56 mit zugehörigem Geräuschprofil 58. Bei
diesem ist zunächst
ein von dem Rollgeräusch
des Vorderrades herrührendes
Nebenmaximum 34g zu beobachten, gefolgt von einem ersten
Geräuschmaximum 32e, das
von dem in der Mitte des Motorrades 56 liegenden Motor
herrührt.
Diesem folgt ein weiteres Nebenmaximum 34h des Hinterrades.
Schließlich
ist ein weiteres Maximum 32f festzustellen, das von der
bei Motorrädern üblicherweise lauten
Auspuffanlage herrührt.
Es ist festzustellen, dass das Geräuschprofil 58 des
Motorrades 56 sich wesentlich von dem Geräuschprofil 48 eines
Pkw 46 unterscheidet. Dadurch kann die Geräuscherfassung
beide Fahrzeuge unterscheiden, selbst wenn eine gleiche Länge gemessen würde.
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Durch
die gemeinsame Auswertung der Fahrzeuglänge und der Geräuschverteilung über die Länge des
jeweiligen Fahrzeugs ist bei der Straßenverkehrsordnung entsprechenden
Fahrzeugen ein Klassifizierung durch die vorliegende Erfindung leicht möglich. Nur
ein Defekt an einem Fahrzeug wie etwa eine defekte Auspuffanlage
kann zu einer Fehlinterpretation des Geräuschprofils führen. Die
Zahl der Klassifizierungsfehler ist aber so gering, dass sie statistisch
nicht ins Gewicht fällt.
Ein weiterer Vorteil ist die schnelle Durchführbarkeit des erfindungsgemäßen Klassifizierungsverfahrens.
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- 8
- Fahrbahn
- 10
- Klassifikationseinrichtung
- 12
- Fahrzeug
- 14
- Mast
- 16
- erster
Radarsensor
- 18
- Vorderkante
von 12
- 20
- Triggerpunkt
- 22
- zweiter
Radarsensor
- 24
- Mikrofon
- 26
- Hauptempfindlichkeitsachse
von 24
- 28
- Sattelzug
- 30
- Geräuschprofil
von 28
- 32
- Geräuschmaximum
von 28
- 34
- Nebenmaximum
- 36
- Omnibus
- 38
- Geräuschprofil
von 36
- 40
- LKW
- 41
- Geräuschminimum
- 42
- Anhänger
- 44
- Geräuschprofil
von 40
- 46
- PKW
- 48
- Geräuschprofil
von 46
- 50
- Wohnwagen
- 52
- Geräuschprofil
von 50
- 54
- Geräuschminimum
zwischen 46 und 50
- 56
- Motorrad
- 58
- Geräuschprofil
von 46
- E
- Erfassungsbereich
von 22
- L
- Lautstärke
- l
- Länge (eines
Fahrzeugs)
- D
- Lücke zwischen 40 und 42
- D1
- Lücke zwischen 46 und 50