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"Fahrbare Vorrichtung zur Erfassung von
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Straßendaten Die Erfindung betrifft eine fahrbare Vorrichtung zur
Erfassung von Straßendaten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur kontinuierlichen
Messung von Straßenachsen mit einer Genauigkeit von mindestens 1°/oo zur Festlegung
von Meßpunkten, zur Vermarkung von ausgewählten Meßpunkten mit Stationszeichen,
das Erfassen von Stationierungsdaten und von Querschnittsdaten an den Meßpunkten
zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Einrichtung zur Digitalisierung
des beim Abfahren der Meßstrecke ablaufenden Umfanges des mit Luftreifen bestückten
Rades eines handelsüblichen Kraftfahrzeuges zur Lieferung eines digitalen Längenmeßsignals,
durch eine Einrichtung zur gleichzeitigen kontinuierlichen Messung des Druckes des
Fahrzeugluftreifens während des Abfahrens der Meßstrecke relativ zu
einem
festgelegten Normdruck, durch eine Einrichtung zur Ermittlung eines digitalen Druckkorrektursignals
(k ) aus der programmgespeicherten Funktionsabhängigkeit von Druck und Radumfang
und durch eine Einrichtung zur Kombination des digitalen Druckkorrektursignals (k
) mit dem digitalen Längenmeßsignal, durch welche dem digitalen Längenmeßsignal
entsprechend dem digitalen Druckkorrektursignal (k ) zur Bildung eines druckkorrigierten
Längenmeßwertes jeweils Impulse hinzugefügt oder abgezogen werden.
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Auf diese Weise ist es möglich, den sich beim Abfahren der Meßstrecke
ändernden Druck, der eine Änderung des Radumfanges und eine Verfälschung des Längenmeßergebnisses
mit sich bringt, auf einfache Weise kontinuierlich zu berücksichtigen. Die Vorrichtung
stellt sicher, daß das Meßverfahren mit größtmöglicher Sicherheit der Messenden
im Straßenverkehr mit einem Fahrzeug vorgenommen werden kann, an welchem lediglich
Veränderungen vorgenommen sind, die eine zusätzliche Prüfung durch den Technischen
Überwachungsverein nicht erfordern. Dem Meßprinzip liegt der Gedanke vorzugsweise
zugrunde, den Umfang eines Rades, opto- elektronisch, zu digitalisieren und, entsprechend
der Art des Rades, mit Hilfe der spezifischen Parameter den Zählwert während der
Abwicklung sofort bis zur geforderten Genauigkeit mit Hilfe eines fest verdrahteten
Programmes zu verbessern.
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Von einem speziellen Reifen, der in einem experimentell ermittelten
Druckbereich gefahren wird, wird (neben der Temperatur t in °C) der Druck p in bar
während des Abrollvorganges kontinuierlich gemessen. Parameter, die bei der Ermittlung
des richtigen Längenmeßwertes berücksichtigt werden müssen, aber konstant sind,
wie Fahrzeuggewicht, Fahrergewicht, Reifenprofilhöhe, Reifenelastizität und Fahreigenschaften
des Fahrzeuges, können vorher berücksichtigt werden.
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Eine noch weitere Verbesserung der Genauigkeit kann man erzielen,
wenn die Vorrichtung auch eine Einrichtung zur Geschwindigkeitsmessung, eine Einrichtung
zur Ermittlung eines digitalen Geschwindigkeitskorrektursignals (kv) aus der programmgespeicherten
Funktionsabhängigkeit von Geschwindigkeit und Radumfang und durch eine Einrichtung
zur Kombination des digitalen Geschwindigkeitskorrektursignals (kv) mit dem digitalen
Längenmeßsignal, durch welche dem digitalen Längenmeßsignal entsprechend dem digitalen
Geschwindigkeitskorrektursignal (kv) zur Bildung eines geschwindigkeitskorrigierten
Längenmeßwertes jeweils Impulse hinzugefügt oder abgezogen werden. Auf diese Weise
ist es auch möglich, aufgrund von geschwindigkeitsabhängigen Zentrifugalkräften
am Reifen bedingte Radumfangsänderungen kontinuierlich bei der Ermittlung des richtigen
Längenmeßergebnisses zu berücksichtigen.
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Die Druck- und Geschwindigkeitskorrekturwertermittlungseinrichtungen
sollen relativ zur Gesamtverarbeitungszeit der Informationen bis zur Erzeugung des
korrigierten aus lesbaren Längenmeßwertes im Real-Time-Bereich arbeiten.
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Die Druck- und Geschwindigkeitskorrekturwertermittlungseinrichtungen
enthalten vorzugsweise einen Festwertspeicher, in welchem die zu bestimmten Druck-
oder Geschwindigkeitswerten, bezogen auf Normalwerte, gehörenden Korrekturwerte
für das digitale Längenmeßsignal gespeichert sind.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung enthält bei einer weiteren Ausgestaltung
auch eine Einrichtung zur geschwindigkeitsunabhängigen Abgabe eines Signals bei
Erreichen einer vorbestimmten Impulszahl des korrigierten digitalen Längenmeßwertes.
Mit einem solchen Signal kann eine magnetgesteuerte Hochdruckfarbpistole betätigt
werden, welche an der gewünschten Stelle der Straßendecke eine Farbmarkierung setzt.
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Zur Berücksichtigung der zuvor erwähnten konstanten Korrekturgrößen
kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch eine Einrichtung zur Eingabe von Eichdaten
zur Berücksichtigung von Gewichtsabweichungen des Kraftfahrzeuges, der Reifenprofilhöhe,
der Materialeigenschaften der Reifen, des Fahrergewichtes und der Fahreigenschaften
des Kraftfahrzeuges enthalten.
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Damit an den Meßpunkten auf einfache Weise die gewünschten Stationierungs-
und/oder Querschnittsdaten aufgenommen werden können, hat die erfindungsgemäße Vorrichtung
bei einer vorteilhaften Weiterbildung ein Datenerfassungsgerät mit einer Sichttafel,
auf welcher nach Stationierungs-und/oder Querschnittsdaten des Straßenmeßpunktes
betreffenden Oberbegriffen und Unterbegriffen geordnete Tastenfelder mit Tastenschaltern
vorgesehen sind, die derart gegeneinander verriegelt sind, daß zu jedem Oberbegriff
ein und nur ein Unterbegriff aus einer Reihe von gleichwertigen Unterbegriffen getastet
werden kann. Damit wird sichergestellt, daß an jedem Meßpunkt die Stationierungs-
und/oder Querschnittsdaten jeweils vollständig aufgenommen werden.
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Das Datenerfassungsgerät hat vorzugsweise eine Eingabeeinrichtung
für den Längenmeßwert des Straßenmeßpunktes, so daß auf diese Weise die erfassten
Stationierungs- und/oder Querschnittsdaten eindeutig diesem Straßenmeßpunkt zugeordnet
werden.
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Dem Datenerfassungsgerät wird der Längenmeßwert vorzugsweise automatisch
von der Korrektur-Längenmeßsignal-Kombinationseinrichtung zugeführt.
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Die in das Datenerfassungsgerät eingegebenen Daten sind vorteilhafterweise
auf einen maschinenlesbaren Datenträger übertragbar.
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Eine wirksame Kontrolle der gesetzten Stationierungs- und/oder
Querschnittsdaten
ist dadurch möglich, daß die Tastenschalter bei Betätigung aufleuchten.
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Die Sichttafel des Datenerfassungsgerätes enthält vorzugsweise auch
Ziffernschalter zur Eingabe von Längen-, Breiten-und Höhendaten, die einem bestimmten
Unterbegriff zugeordnet sind. Auf diese Weise können die Abmessungen der Querschnitten
eingegeben werden.
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Das Datenerfassungsgerät enthält vorzugsweise einen Festwertspeicher,
welcher zur Ausgabe der Daten an den maschinenlesbaren Datenträger abgefragt werden
kann.
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Zur Verkürzung der Abfragezeit des Festwertspeichers werden die inizialisierten
Speicherplätze des Festwertspeichers mit niedriger, die nicht-inizialisierten Speicherplätze
mit hoher Taktfrequenz abgetastet.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden
Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen
anhand der beiliegenden Zeichnungen.
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Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Übersicht der einzelnen Einrichtungen
der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 2 ein Datenflußdiagramm zu der erfindungsgemäßen
Vorrichtung, Fig. 3 eine detailliertere Darstellung des Datenflusses der erfindungsgemäßen
Vorrichtung, Fig. 4a schematisch die Anordnung der Einrichtung zur b, c opto-elektronischen
Digitalisierung des beim Abfahren der Meßstrecke ablaufenden Radumfanges und der
Einrichtung zur gleichzeitigen kontinuierlichen Messung des Druckes des Fahrzeugluftreifens,
Fig.
5 eine graphische Darstellung des Längenmeßwertfehlers über dem Reifendruck (Eichkurve).
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Die in den Figuren dargestellte Vorrichtung dient zur Messung der
Länge von Raumkurven (Straßenachsen) zwischen vorgegebenen Netzknotenpunkten (Passpunkten)
kontinuierlich mit einer Genauigkeit von mindestens 1°/oo linear. Dabei werden folgende
Nebenbedingungen erfüllt: Für die messende Person wird größtmögliche Sicherheit
im Straßenverkehr gewährleistet, die Veränderungen am Meßfahrzeug bedürfen nicht
der zusätzlichen Überprüfung durch den Technischen Überwachungsverein, die Meßgenauigkeit
ist geschwindigkeitsunabhängig im Bereich von 0 < < v #10 m/sek, die Meßwertausgabe
erfolgt als Sichtanzeige und im BCD-Code mit TTL-Pegel, es erfolgt eine geschwindigkeitsunabhängige
Impulsabgabe am 200 bzw. 500 m-Punkt für eine Farbmarkierungsanlage, es kann ein
beliebiger Anfangsmeßwert vorgegeben werden, ein beliebiger, frei wählbarer zweiter
Meß-(Stations) Wert kann ohne Zerstörung der vorausgegangenen ersten Messung eingeblendet
werden, die Vorrichtung weist die erforderliche Störungsunempfindlichkeit, die für
eine nicht stationäre Anlage erforderlich ist, auf, und die Vorrichtung arbeitet
im Temperaturbereich von 0 < T < 30°C und bei jeder relativen Luftfeuchte
einwandfrei.
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Nach der Übersicht von Fig. 1 enthält die Vorrichtung auf der Eingabeseite
einen Geber 10, welcher als Einrichtung zur opto-elektronischen Digitalisierung
des beim Abfahren der Meßstrecke ablaufenden Umfanges des mit Luftreifen bestückten
Rades eines handelsüblichen Kraft fahrzeuges zur Lieferung eines digitalen Längenmeßsignals
ausgebildet ist. Der Geber 10 liefert die dem ablaufenden Radumfang
entsprechenden
digitalen Impulse an die (eigentliche) Meßanlage 12, deren Aufbau in Verbindung
mit Fig. 2 noch näher beschrieben wird. Die Meßanlage 12 hat im wesentlichen drei
Ausgänge. Ein Ausgang führt zu einer Markierungseinrichtung 14. Von der Meßanlage
12 wird jeweils nach einer bestimmten Anzahl bereits korrigierter Meßwertimpulse,
d.h. nach einer genau vorbestimmten Strecke, z.B. 200 oder 500 m, ein Ansteuerimpuls
abgegeben. Die von der Meßanlage gelieferten Daten können einer Sichtanzeige 16
zugeführt werden. Außerdem wird der korrigierte Längenmeßwert einem Datenerfassungsgerät
18 als Bezugsgröße zugeführt, in welches über eine Tastatur die an den jeweiligen
Straßenmeßpunkt aufzunehmenden Stationierungs- und/oder Querschnittsdaten eingegeben
werden.
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Die im Datenerfassungsgerät 18 aufgenommenen Daten können auf Lochstreifenstanzer
22 oder Klartextdrucker 24 ausgegeben werden.
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Fig. 2 veranschaulicht das Flußdiagramm der Meßanlage 12. Vom Geber
10 (bestehend aus dem Luftreifen bestückten Fahrzeugrad 64 mit Lochscheibe 66, auf
welche die Raddrehung über eine biegsame Welle 68 übertragen wird, vgl. Fig. 4a,
oder mit einem auch als Antenne dienenden Lochkranz 62 mit möglichst großem Durchmesser,
welcher seitlich am Meßrad 64 befestigt ist und sich mit diesem dreht, vgl. 4b und
4c) werden mit Hilfe eines Impulserzeugers 26 (einer die Lochscheibe 66 bzw. den
Lochkranz 62 abtastenden Gabellichtschranke 70, welche TTL-Impulse liefert, vgl.
4a bis 4c) Geberimpulse über einen Zähler 28 an das Meßprogrammgerät 30 geliefert.
Von einem auf der Achse des Meßrades (vgl. 4a bis 4c) angeordneten Druckgeber 32
wird der jeweils in dem Fahrzeugluftreifen herrschende Luftdruck kontinuierlich
gemessen und in einer Druckkorrekturwerteinrichtung 34 der dem jeweiligen gemessenen
Druckwert entsprechende Korrekturwert ermittelt und dieser dem Meßprogrammgerät
30 zugeführt. Entsprechend einem ermittelten Korrekturwert kp werden den dem Meßprogrammgerät
30 zugeführten Geberimpulse zusätzliche Impulse hinzugefügt (wenn
der
Reifendruck über den normalen Wert angestiegen ist), oder Impulse abgezogen (wenn
der Reifendruck unter den Normaldruck abgesunken ist). Hieraus ergibt sich der druckkorrigierte
Längenmeßwert in der Ausgabeeinheit 36. Von einem Geschwindigkeitsgeber 38 wird
die Geschwindigkeit kontinuierlich gemessen und mit Hilfe des Meßwertes in einer
Geschwindigkeitskorrekturwerteinrichtung 40 der die Änderung des Radumfanges berücksichtigende
Korrekturwert kv ermittelt. Der Korrekturwert kv wird ebenfalls an das Meßprogrammgerät
30 gegeben, wo den Geberimpulsen eine entsprechende Zahl von Impulsen subtrahiert
bzw. addiert. Aus dem Meßprogrammgerät 30 kann somit ein sowohl druck- als auch
geschwindigkeitskorrigiertes Längenmeßsignal abgegeben werden.
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Fig. 3 veranschaulicht eine genauere Übersicht der in der erfindungsgemäßen
Vorrichtung enthaltenen Einzeleinrichtungen mit entsprechenden Flußdiagrammen.Von
dem als Meßrad ausgebildeten Geber 10 wird über eine Digitalisierungseinrichtung
(enthaltend Lochscheibe, Lichtschranke und Impulserzeuger) ein unkorrigiertes digitales
Signal entsprechend dem abgelaufenen Radumfang geliefert und gelangt in das Meßprogrammgerät
30, in welchem dieses digitale Signal entsprechend einem dort gespeicherten Korrekturprogramm
korrigiert wird.
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Druckgeber 32, nachgeschalteter Analog-Digital-Wandler 44 und Emitter
46 werden von einer gemeinsamen Stromversorgung 48 gespeist. Der Emitter 46 liefert
ein dem gemessenen Druck des Fahrzeugluftreifens entsprechendes Signal über einen
Empfänger 50 an das Druckmeßgerät 52. Der gemessene Druckwert kann direkt ausgegeben
werden. Andererseits wird das Druckmeßsignal einem Gerät zur Normierung des Druckwertes
54 und nachfolgend der Druckkorrekturwerteinrichtung 34 zugeführt, in welcher ein
dem ermittelten Differenzdruck entsprechendes Korrektursignal kp gebildet und an
das Meßprogrammgerät
30 in der bereits beschriebenen Weise weitergegeben
wird. Hier wird der druckkorrigierte Längenmeßwert durch Hinzufügen oder Abziehen
von Impulsen aus der Geberimpulsserie gebildet. Das druckkorrigierte Längenmeßsignal
kann in einer Sichtanzeige ausgegeben werden. Von dem Geschwindigkeitsgeber 38 aus
kann der kontinuierlich gemessene Geschwindigkeitsmeßwert sichtbar angezeigt werden.
Andererseits wird der jeweils gemessene Geschwindigkeitsmeßwert über eine Normierung
in einen Korrekturwert kv umgewandelt, der ebenfalls zur Korrektur der Geberimpulsserie
verwendet wird, so daß von dem Meßprogrammgerät ein sowohl druck- als auch geschwindigkeitskorrigiertes
Längenmeßsignal abgegeben wird. Mit Hilfe eines Zeitbasisgerätes 56, eines Zeitgebers
58 und eines Verzögerungsgliedes 60 wird der Magnet der Markierungseinrichtung 14
betätigt, so daß in genau vorbestimmten Längenabständen auf der Straßenoberfläche
Markierungen gesetzt werden können.
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Fig. 4a bis 4c veranschaulichen schematisch mögliche Anordnungen einer
Lochscheibe 66 bzw. eines Lochkranzes 62 mit Gabellichtschranke 70 und des Druckgebers
32 am Meßrad 64.
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Die graphische Darstellung von Fig. 5 veranschaulicht die in der Druckkorrekturwerteinrichtung
34 zu verarbeitende Eichkurve, d.h. die Kurve über die Abhängigkeit des Meßfehlers
vom Reifendruck, zur Ermittlung des Korrektur-wertes kp Entsprechendes gilt für
den Geschwindigkeitskorrekturwert kv.
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Das Meßergebnis ist ohne Korrektur vom Umfang des Meßrades abhängig.
Nach der Erfindung wird daher zur Meßwertverbesserung der Umfang des Meßrades (indirekt)
kontinuierlich über den Reifendruck und/oder die Fahrzeuggeschwindigkeit gemessen.
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Die Messungen haben ergeben, daß bei bestimmten Reifenarten Reifenumfang
und Reifendruck proportional sind. Diese Abhängigkeit ist aus Fig. 5 ersichtlich.
Die Abhängigkeit wird in einem Korrekturwert-Suchprogramm benutzt, um aus dem
Reifendruck
den erforderlichen Korrekturwert für das Fehlerausgleichsprogramm zu bestimmen.
Dies erfolgt durch Normierung des gemessenen Druckwertes (Subtraktion eines Normwertes
vom angezeigten Reifendruckwert). Mit dem Differenzwert wird in einem Festwertspeicher
der Korrekturwert kp für den Fehlerausgleich ausgewählt. Grundgedanke des Fehlerausgleichs
ist das Hinzufügen oder Weglassen eines Impuls es nach dem dem Festwertspeicher
zugeführten Differenzdruckwert.
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Wird zum Beispiel auf 1000 m entsprechend einer Impulszahl von 40.000
ein Fehler von auf = - 1,0 m, d.h. effektiv nur eine Länge von 999,0 m gemessen,
so wird mit Hilfe des Korrekturwertes kp nach jedem kp -ten Impuls vom Geber ein
Impuls hinzugefügt, so daß bei wiederholter Messung 1000 m angezeigt werden. Da
die Funktion kp (#f) Unstetigkeitsstellen für af = 0 und #f = # hat, wurde der Regelbereich
des Systems auf die Werte - 2,0 m 4 #f # - 1,0 m entsprechend einem Regelbereich
von 1 m absolut beschränkt. Der Regelbereich kann jedoch bei Verwendung größerer
Speicher vergrößert werden. Der Regelbereich kann auch durch Druckauswahl und Vorgabe
des Normierungsdruckes verschoben werden.
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Die Digitalisierung des Radumfanges erfolgt wie beschrieben mit Lochscheibe
66 bzw. Lochkranz 62 und Lichtschranke 70, die unmittelbar TTL-Impulse liefert.
Um die Sicherheit des Systems zu erhöhen, können zusätzlich Impulse an der Lochscheibe
66 bzw. dem Lochkranz 62 mit induktiven Nährungsschaltern parallel abgefragt werden.
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Der Druckgeber 32 ist,wie aus Fig. 4a bis 4c ersichtlich, auf der
Achse des Meßrades 64 angeordnet, damit Beschleunigungskräfte den Druckwert nicht
beeinträchtigen. Das analoge Drucksignal wird in dem Analog-Digital-Wandler 44 digitalisiert
und über einen NF-Verstärker kapazitiv über eine Sendeplatte abgestrahlt. Die abgestrahlte
Frequenz liegt bei 10.000 Hz # f # 15.000 Hz.
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Bei der Schaffung der Farbmarkierung in Abständen von genau 200 oder
500 m ist es wichtig, daß die entsprechende Farbmarkierung
geschwindigkeitsunabhängig
an den jeweiligen Sollpunkten beginnt. Die konstruktionsbedingte Entfernung zwischen
Meßmarke und Pistolendüse am Wagenheck wird berücksichtigt.
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Jeweils 4 m vor dem 200/500 m Punkt wird die Fahrzeuggeschwindigkeit
abgegriffen. Die durch die Trägheit des Magneten notwendige Signalvorverlegung wird
in Langeneinheiten (eine Einheit = 1 Impuls = 2,5 cm) errechnet. Die Entfernung
zwischen Meßpunkt und Pistolendüse wird subtrahiert, die vorgewählte Farbstrichlänge
wird berticksichtigt.
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Wenn die Meßanlage in das Fahrzeug eingebaut ist, muß das gesamte
System (Fahrzeug und Meßanlage) auf einer 1000 m Geraden geeicht werden. Dies ist
notwendig, da Abweichungen im Gewicht der Serienfahrzeuge, Reifenprofilhöhe, Materialeigenschaften
der Reifen (Elastizität bei neuen Reifen gegenüber eingefahrenen Reifen), Fahrergewicht
und die Fahreigenschaften des Fahrzeuges als konstante Parameter in die Eichwerte
eingehen. Das Fahrzeug ist mit festgelegtem Inhalt, Fahrer und Betriebsstoff bei
verschiedenen Reifendruckhöhen und verschiedenen Geschwindigkeiten über die mit
einem Bandmaß festgelegte gerade 1000 m-Teststrecke zu fahren. Zum jeweiligen Druck
ist die Geschwindigkeit konstant zu halten und umgekehrt. Anfahr- und Bremsvorgang
am Anfang und Ende der Strecke sind an den dafür vorgegebenen Marken einzuleiten
bzw. zu beenden. Die Druck- bzw. Geschwindigkeitswerte sind so zu wählen, daß das
gesamte System keinen größeren Fehler als 0,3°/oo macht. Die Eichwerte werden als
Korrekturprogramm manuell eingespeichert. Nachdem das Gesamtsystem geeicht ist,
wird aus Sicherheitsgründen pro Meßtag vor Meßbeginn eine 1000 m-Testfahrt vorgenommen.
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Die an einem bestimmten Meßpunkt aufzunehmenden Stations-und/oder
Querschnittsdaten werden mit einem Datenerfassungsgerät der eingangs beschriebenen
Art aufgenommen. Patentansprüche: