DE102010007383A1

DE102010007383A1 - Verfahren zur Klassifizierung von Fahrzeugtypen beim Überfahren von Tragkonstruktionen, insbesondere mobilen Brücken sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102010007383A1
Application number: DE102010007383A
Authority: DE
Inventors: Germar 64572 Kubsch
Original assignee: Krauss Maffei Wegmann GmbH and Co KG
Current assignee: Krauss Maffei Wegmann GmbH and Co KG
Priority date: 2010-02-10
Filing date: 2010-02-10
Publication date: 2011-08-11
Also published as: EP2355048A1

Abstract

Ein Verfahren zur Klassifizierung von Fahrzeugtypen bei Überfahren von Tragkonstruktionen, insbesondere mobilen Brücken und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Es wird mittels eines mit der Tragkonstruktion verbundenen, bei Belastungen ein der jeweiligen Belastung entsprechendes elektrisches Signal abgebenden Sensorelements ein Belastungsprofil aufgenommen und anhand dieses Belastungsprofils mittels Verfahren der Mustererkennung der Fahrzeugtyp klassifiziert. Hierbei kann der Vergleich vorgegebener Belastungsprofile mit aufgenommenen Belastungsprofilen durch Zählung und Vergleich der relativen Maxima und/oder Minima des zeitlichen Verlaufs der Belastungsprofile erfolgen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Klassifizierung von Fahrzeugtypen beim Überfahren von Tragkonstruktionen, insbesondere mobilen Brücken sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Es ist bekannt, an Tragkonstruktionen, insbesondere an bei Katastrophenfällen oder im militärischen Bereich verwendeten, nicht-stationären Brücken Lastenzyklen zu erfassen, um die Lebensdauer der Brücken zu überwachen. Eine Einrichtung zu einer derartigen Erfassung von Lastenzyklen ist beispielsweise in DE 19504050C2 beschrieben. Es hat sich nun als wünschenswert erwiesen, an derartigen Tragkonstruktionen nicht nur die Lastenzyklen zu erfassen, sondern auch festzuhalten, welche Fahrzeugtypen die Tragkonstruktion überquert haben und wie die erfassten Lastenzyklen diesen Fahrzeugtypen zuzuordnen sind.
So erzeugen Fahrzeuge abhängig von der Anzahl der Achsen und ihrer Lastverteilung bei Überfahrten über mobile Brücken typische Lastprofile. Die Kenntnis dieser Lastprofile kann bei der Identifikation von Fahrzeugen helfen, also beispielsweise dabei, ob es sich um ein Kettenfahrzeug oder ein Radfahrzeug handelt. Dies kann insbesondere für zeitfeste Tragkonstruktionen relevant sein, da hier die Lasteinträge unterschiedlicher Fahrzeuge nicht nur durch das Maximum des Lastverlaufs bestimmt sind. Zudem kann es logistisch interessant sein, Überfahrten nach Fahrzeugtypen klassifizieren zu können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren durch eine Vorrichtung zu schaffen, mittels derer in einfacher Weise Fahrzeugtypen erfasst und klassifiziert werden können.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen aus dem Patentanspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen 2–7 beschrieben. Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Anspruch 8 beschrieben. Vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung sind Gegenstand der Ansprüche 9–14.
Ein Grundgedanke der Erfindung besteht darin, bei den durch Überfahren der Tragkonstruktion auftretenden Belastungen ein der jeweiligen Belastung entsprechendes elektrisches Signal zu erzeugen und damit als Funktion der Zeit entsprechendes Belastungsprofil aufzunehmen. Anhand dieses Belastungsprofils kann dann mittels Verfahren der Mustererkennung der Fahrzeugtyp erkannt und klassifiziert werden. Üblicherweise weist ein solches Belastungsprofil relative Maxima und/oder Minima auf, die in Ihrer Lage und Ausprägung charakteristisch für einen bestimmten Fahrzeugtyp sind und diesem zugeordnet werden können.
So können beispielsweise in einer Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Mustererkennung vorgegebene Belastungsprofile dienen, mit denen die aufgenommenen Belastungsprofile verglichen werden. Zu diesem Vergleich können auch an sich bekannte Korrelationsverfahren verwendet werden.
Eine Zuordnung der Fahrzeugtypen zu den aufgenommenen Belastungsprofilen kann auch durch Zählung und Vergleich der relativen Maxima und/oder Minima des zeitlichen Verlaufs der Belastungsprofile erfolgen. So weisen die Belastungsprofile von Kettenfahrzeugen typischerweise nur ein Maximum auf, während schwere Radfahrzeuge typischerweise unterschiedlich starke Maxima im Belastungsprofil erzeugen.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in vorteilhafter Weise in Kombination mit einem Verfahren zur Erfassung von Lastenzyklen von Tragkonstruktionen mit wechselnden Lastgrößen, insbesondere von Brücken, ausgeführt werden, indem das von einem mit der Tragkonstruktion verbundenen Sensorelement erzeugte, der mechanischen Belastung entsprechende elektrische Signal in der Weise verarbeitet wird, dass die auftretenden Lastgrößen nach vorgegebenen Lastklassen und nach vorgegebenen Belastungsprofilen klassifiziert, gezählt und abgespeichert werden.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besitzt mindestens ein an der Tragkonstruktion befindliches Sensorelement, dessen der jeweiligen Belastung entsprechende elektrische Signale einer Signalauswerteeinrichtung zugeführt werden, die einen Analog-/Digitalwandler sowie eine durch einen Mikroprozessor gesteuerte Verarbeitungseinheit und Speichermittel aufweist. Die Vorrichtung kann über eine elektrische Ausleseeinheit auslesbar sein.
Im Folgenden werden anhand der beigefügten Zeichnungen Ausführungsbeispiele für das erfindungsgemäße Verfahren sowie eine Einrichtung zu dessen Durchführung näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
1A in stark schematisierter Darstellung eine mobile Brücke, die von einem Kettenfahrzeug überfahren wird und an der Lastenzyklen erfasst werden;
1B in einer Darstellung analog 1A die mobile Brücke, die von einem schweren Radfahrzeug überfahren wird;
2A aufgenommene Belastungsprofile bei Überfahrt eines Kettenfahrzeugs;
2B aufgenommene Belastungsprofile bei Überfahrt eines schweren Radfahrzeugs;
3 ein detaillierteres Prinzipschaltbild einer Lastenzyklen-Zählvorrichtung.
1A zeigt eine nicht-stationäre Brücke B an der eine Lastenzyklen-Zählvorrichtung LZ angeordnet ist und die von einem Kettenfahrzeug nämlich einem Kampfpanzer KP überfahren wird.
1B zeigt die gleiche Brücke B mit der Lastenzyklen-Zählvorrichtung LZ, die von einem schweren Radfahrzeug LKW überfahren wird.
Die 2A und 2B zeigen die mittels der Lastenzyklen-Zählvorrichtung aufgenommenen Belastungsprofile.
Die 2A zeigt den zeitlichen Verlauf der Belastung bei zwei unterschiedlichen Belastungsprofilen BP1 und BP2 die von einem Kettenfahrzeug verursacht werden. Die an der Brücke auftretenden Beanspruchungen werden als Momente gemessen und in Lastenklassen unterteilt, wie aus 2A ersichtlich. Wie zu erkennen, haben beide Belastungsprofile BP1 und BP2 ein relatives Maximum, wobei das Maximum des Lastenprofils BP1 in der Lastenklasse 160 (10 kNm) liegt, während das Maximum des Lastenprofils BP2 in der Lastenklasse 100 (10 kNm) liegt.
Die 2B zeigt den zeitlichen Verlauf der Belastungen bei der Überfahrt eines schweren Radfahrzeugs über die Brücke. Es werden zwei unterschiedliche Belastungsprofile BP3 und BP4 dargestellt, die jeweils zwei relative Maxima und ein relatives Minimum besitzen. Die relativen Maxima des Belastungsprofils BP3 liegen in den Lastenklassen 160 (10 kNm) und 120 (10 kNm) während die relativen Maxima des Belastungsprofils BP4 in den Lastenklassen 120 (10 kNm) und 100 (10 kNm) liegen.

Es sind grundsätzlich unterschiedliche Verfahren zur Mustererkennung möglich, die nachstehend erläutert werden.

Verfahren A	Die relativen Maxima des Lastprofils werden gezählt und damit
	das Lastprofil einem Fahrzeugtyp zugeordnet.
Verfahren B	Die Maxima eines Lastprofil-n-tupels werden gemessen und ge
	zählt und die Lastprofile werden anhand charakteristischer Maxi
	ma speziellen Fahrzeugtypen zugeordnet. Dabei wird ein vorge
	gebenes n-tupel „soll” mit einem gemessenen n-tupel „ist” ver
	glichen. Hierbei müssen natürlich Toleranzen definiert sein.
Verfahren C	Es werden die Maxima eines Lastprofil-n-tupels gezählt und ge
	messen sowie die Minima dieses Lastprofil-n-tupels und die Last
	profile werden anhand charakteristischer Verhältnisse von Maxi
	ma zu Minima speziellen Fahrzeugtypen zugeordnet.
Verfahren D	Es werden die Maxima eines Lastprofil-n-tupels gezählt und ge
	messen sowie die Minima des Lastprofil-n-tupels und die Zuord
	nung der Lastprofile zu speziellen Fahrzeugtypen erfolgt anhand
	charakteristischer Verhältnisse von Maxima und Minima und der
	Absolutwerte der Maxima und Minima.

In vorteilhafter Weise können die am Lastenzyklen-Zählgerät angeordneten mit der Brücke verbundenen Sensorelemente als Dehnungsmessstreifen ausgebildet sein zur Erzeugung eines den in der Brücke bei Belastung auftretenden Dehnungen entsprechenden elektrischen Signals, das von einer Signalauswerteeinrichtung verarbeitet wird.
3 zeigt ein bei den oben beschriebenen Anwendungen verwendbares Lastenzyklen-Zählgerät LZ, wie es in den 1A und 1B angedeutet ist. Die Erfassung der Lastenzyklen erfolgt, indem die Dehnung des Brückenuntergurtes am Dehnungsmessstreifen DMS1 eine Widerstandsänderung und damit ein Messsignal erzeugt, welches der Signalauswerteeinrichtung SA zugeführt wird, in welcher eine Signalverstärkung und eine Digitalisierung stattfindet. Die eingehenden Signale werden nach Gewichtsklassen klassifiziert und gezählt. Mittels der an die Signalauswerteeinrichtung SA anschließbaren Ausleseeinheit AE können die in den Speichermitteln der Signalauswerteinrichtung SA gespeicherten Mess- und Zählwerte ausgelesen werden.
Die in 3 dargestellte Messvorrichtung besitzt außer dem ersten mit der Brückenkonstruktion verbundenen Dehnungsmessstreifen DMS1 einen zweiten identischen Dehnungsmessstreifen DMS2, der zur Kompensation von Temperaturänderungen dient und beispielsweise an einer Wand des Gehäuses der Vorrichtung angeordnet sein kann. Elektrisch sind die beiden Dehnungsmessstreifen DMS1 und DMS2 in einer Brückenschaltung BS angeordnet mit der sie über Steckkontakte ST1 und ST2 verbunden sind. Die Brückenschaltung enthält im zweiten Brückenzweig Widerstände R5 und R9 und im ersten Brückenzweig zwischen den Dehnungsmessstreifen DMS1 und DMS2 einen veränderbaren Widerstand R6 zum Brückenabgleich. Die Weiterführung des Messsignals zur Signalauswerteeinrichtung SA) führt über einen Operationsverstärker OV1. Die Spannungszuführung zur Brückenschaltung BS erfolgt über einen Operationsverstärker OV3 und ein eventuelles Ein-/Ausschalten der Brückenschaltung über die Operationsverstärker OV1, OV2 und OV3.
Um ein verpoltes Anschließen der beiden Dehnungsmessstreifen DMS1 und DMS2 über die Steckkontakte ST1 bzw. ST2 zu verhindern, sind diese unterschiedlich ausgestaltet. Der Dehnungsmessstreifen DMS1 wird über einen zweipoligen Stecker ST1 angeschlossen, während der Vergleichs-Dehnungsmessstreifen DMS2 über einen dreipoligen Stecker ST2 angeschlossen wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19504050 C2 [0002]

Claims

Verfahren zur Klassifizierung von Fahrzeugtypen beim Überfahren von Tragkonstruktionen, insbesondere mobilen Brücken, bei welchem mittels eines mit der Tragkonstruktion verbundenen, bei Belastungen ein der jeweiligen Belastung entsprechendes elektrisches Signal abgebenden Sensorelements ein Belastungsprofil aufgenommen wird und anhand dieses Belastungsprofils mittels Verfahren der Mustererkennung der Fahrzeugtyp klassifiziert wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Mustererkennung vorgegebene Belastungsprofile dienen, mit denen die aufgenommenen Belastungsprofile verglichen werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleich der vorgegebenen Belastungsprofile mit den aufgenommenen Belastungsprofilen unter Verwendung von Korrelationsverfahren erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, das der Vergleich der vorgegebenen Belastungsprofile mit den aufgenommenen Belastungsprofilen durch Zählung und Vergleich der relativen Maxima und/oder Minima des zeitlichen Verlaufs der Belastungsprofile erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mittels Verfahren der Mustererkennung, der Fahrzeugtyp nach den Kategorien „Kettenfahrzeug” und „Radfahrzeug” klassifiziert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgenommenen Belastungsprofile nach unterschiedlichen Lastenklassen klassifiziert und den vorgegebenen Belastungsprofilen zugeordnet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass es zusammen mit einem Verfahren zur Erfassung von Lastenzyklen von Tragkonstruktionen mit wechselnden Lastgrößen, insbesondere von Brücken, ausgeführt wird, indem mittels mindestens eines mit der Tragkonstruktion (B) verbundenen Sensorelements (DMS1, DMS2) ein den in der Tragkonstruktion auftretenden mechanischen Belastung entsprechendes Signal erzeugt wird, wobei die auftretenden Lastgrößen nach vorgegebenen Lastklassen und nach vorgegebenen Belastungsprofilen klassifiziert, gezählt und abgespeichert werden.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch mindestens ein an der Tragkonstruktion befindliches Sensorelement (DMS1), dessen der jeweiligen Belastung entsprechendes elektrisches Signal einer Signalauswerteeinrichtung (SA) zugeführt wird, die einen Analog/Digitalwandler sowie einen durch einen Mikroprozessor gesteuerte Verarbeitungseinheit und Speichermittel aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung als Sensorelemente zwei Dehnungsmessstreifen (DMS1, DMS2) aufweist, die elektrisch in einer Brückenschaltung (BS) angeordnet sind und von denen ein erster Dehnungsmessstreifen (DMS1) mit der Tragkonstruktion (B) verbunden ist, während ein zweiter vorzugsweise identischer Dehnungsmessstreifen (DMS2) zur Temperaturkompensation dient.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Dehnungsmessstreifen (DMS1) an einer Wand des Gehäuses der Vorrichtung angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Dehnungsmessstreifen (DMS1) und der zweite Dehnungsmessstreifen (DMS2) über unterschiedlich ausgebildete Steckkontakte (ST1, ST21) an die Brückenschaltung (BS) angeschlossen sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Dehnungsmessstreifen (DMS1) über einen mechanischen Dehnungsverstärker mit der Tragkonstruktion (B) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mit ihrem Gehäuse an der Tragkonstruktion (B) befestigt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung über eine elektrische Ausleseeinheit (AE) auslesbar ist.