DE3929538C2 - Wägeverfahren insbesondere für die Fahrtwägung an Fahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Wägeverfahren, insbesondere für die Fahrtwägung an Fahrzeugen.

In Kochsiek (Hrsg.) "Handbuch des Wägens", 2. Auflage, Seite 343 -351 wird die Wägung von Fahrzeugen in Fahrt beschrieben, wobei die Anwendbarkeit dieser an sich rationellen Methode wegen zu großer Meßunsicherheit aufgrund verschiedener Störeinflüsse noch begrenzt ist. Wesentlicher Störfaktor ist dabei der dynamische Fehler als Folge von Schwingungen von Wagenaufbauten gegenüber den gefederten Achsen. Diese höherfrequenten Schwingungen werden im allgemeinen durch Filterstufen ausgesiebt, während die niederfrequenten Schwingungen einer Signalverarbeitung unterzogen werden. Dabei sind als Meßverfahren gebräuchlich die Mittelwertbildung durch Integration des analogen Meßsignals während der Wägezeit oder die digitale Integration während einer konstanten Zeitbasis.

In der Zeitschrift "wägen + dosieren", Heft 6/1983, Seite 220- 222 werden weiterhin Fahrtwägeanlagen für die Wägung von abgekuppelten Eisenbahnwaggons in Fahrt beschrieben. Die dabei verwendete Waage für die Achslastwägung soll statisch und dynamisch als Handelswaage eichfähig sein, wobei das dynamische Wägeergebnis vom statischen lediglich relativ geringfügig abweicht. Hierzu ist allerdings eine sehr präzise Ausführung der Wägemechanik, der Wägezellen hoher Linearität und eine in umfangreichen Messungen exakt auf die Waage abgestimmte Auswertung der Elektronik mit mehreren Analog- und Digitalfiltern zur Glättung der von dem darüber fahrenden Fahrzeug hervorgerufenen Signale notwendig. Die Wägevorrichtung besteht hierbei aus zwei unabhängigen, hintereinander angeordneten Wägebrücken mit insgesamt acht Wägezellen, deren Gewichtssignale jeweils aufsummiert werden. Die beschriebene Wägevorrichtung bedarf für eine gleichmäßige Überfahrtgeschwindigkeit einer gesonderten Fördereinrichtung, sowie mehrerer elektromagnetischer Schienenschalter, die bei Überfahren von einem Rad ausgelöst werden und die Zeitpunkte der Abfrage der anstehenden Gewichtssignale markieren. Dabei soll eine Mindest-Meßzeit von mindestens einer Sekunde eingehalten werden, wobei die vier Schienenschalter pro Wägebrücke in Anpassung an die konstant gehaltene Überfahrgeschwindigkeit, die Waggonlänge und die Waagenlänge exakt eingestellt werden. Beide Schienenschalter sind dabei in Nähe des Auffahrt- und des Abfahrtspaltes angeordnet, während die beiden anderen Schienenschalter, zwischen denen der Meßbereich für die Abfrage der anstehenden Gewichtswerte definiert wird, etwa das mittlere Drittel der Wägebrücke eingrenzen, da in diesem Bereich der Einfluß des Auffahrt-Stosses des Rades bereits weitgehend abgeklungen ist. Zudem muß die Auffahrtrichtung in Bezug zur Waagenausrichtung exakt ausgerichtet sein, da durch die Schrägstellung der Fahrzeugachse ansonsten Meßungenauigkeiten verursacht werden.

Aus der US 38 35 945 ist eine Wägevorrichtung bzw. ein Wägeverfahren für die Fahrtwägung von Fahrzeugen bekannt, wobei der Bereich beim Auffahren bzw. Abfahren von der Wägeplattform unberücksichtigt bleibt. Dabei wird der jeweilige Meßwert mit dem jeweils vorausgehenden Meßwert verglichen, um hier Änderungen feststellen zu können. Bei einer Abweichung der beiden Wägesignale um eine vorbestimmte Differenz wird angezeigt, daß ein rascher Anstieg bzw. rascher Abfall des Ausgangssignales der Wägezellen vorliegt, so daß in diesem Zeitpunkt gerade eine Achse die Wägeplattform verlassen hat bzw. auffährt. Diese zeitlich versetzten Wägesignale werden in ihrem zeitlichen Ablauf miteinander verglichen. Ein ähnliches Vergleichs-Wägeverfahren ist in der US 4,134,464 beschrieben. Dabei kann jedoch keine Feststellung einer Geschwindigkeitsänderung (Verzögerung oder Beschleunigung) beim Überfahrvorgang erfolgen.

Das Wägesystem gemäß der US 4,134,464 benötigt zudem wenigstens drei Radsensoren, um hierbei die Startposition bzw. die Endposition der Messung erfassen zu können. Neben dem Vergleich zwischen anliegendem Meßwert und vorausgehendem Meßwert für jeden Meßkanal wird auch für das Gesamtgewicht ein Vergleich mit dem jeweils vorherigen Gewichtswert durchgeführt. Wenn die Differenz zwischen Gesamtgewichtswert und dem letzten Gesamtgewichtswert groß ist, wird darauf geschlossen, daß die Wägeplattform noch instabil ist, und somit das Ergebnis nicht berücksichtigt wird. Wenn jedoch die Differenz klein ist, wird das Wägesignal zur Addition übernommen, wobei auch eine Mittelung durchgeführt werden kann.

Der beschriebene Aufbau dieser Fahrtwägeanlagen ist jedoch sehr aufwendig und muß jeweils exakt auf die vorhandene Waage und die zu wiegenden Fahrzeuge, deren Geschwindigkeit, Achsabstand und dgl. angepaßt werden, um eine akzeptable Reproduzierbarkeit der Wägeergebnisse zu erhalten. Insbesondere gestaltet sich das eingangs beschriebene Wägeverfahren durch die Verwendung von Schienenschaltern und deren jeweilige exakte Positionierung sehr aufwendig. Vor allem bei Unterflur-Waagen sind hierzu umfangreiche Justagearbeiten erforderlich.

Demzufolge liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein für die Infahrtwägung von Fahrzeugen geeignetes Wägeverfahren einfacher zu gestalten, insbesondere die Reproduzierbarkeit der Wägeergebnisse zu verbessern.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Wägeverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.

Durch die unabhängige Erfassung der von den Wägezellen abgeleiteten Gewichtssignale ist die Position der Räder des überfahrenden Fahrzeuges auf der Meßstrecke ohne gesonderte Bauteile wie Schienenschalter und dgl. exakt feststellbar. Darüberhinaus läßt sich durch die Quotientenbildung der Signale der Meßbereich ("Fenster"), in dem die an den Wägezellen anstehenden Gewichtssignale zur Gewichtsmessung weiterverarbeitet werden, exakt definieren. Somit dienen die Gewichtssignale nicht nur der Feststellung des Gewichtes, sondern auch zum Auslösen und Beenden des geeigneten mittigen Meßbereiches, so daß die Schwingungen im Bereich der Auffahrt und der Abfahrt des Fahrzeuges von der Messung ausgeschlossen sind. Durch die voneinander unabhängige Erfassung der Gewichtssignale löst selbst schräges Auffahren der zu wiegenden Fahrzeugachse keine Meßfehler auf.

Darüberhinaus läßt sich durch die getrennte Auswertung der Gewichtssignale der in Fahrtrichtung vorderen und hinteren Wägezellen einer einzigen Wägeplattform die Fahrgeschwindigkeit des darüber fahrenden Fahrzeuges zumindest qualitativ bestimmen, so daß bei zu hoher Fahrgeschwindigkeit und damit zu geringer zur Verfügung stehender Meßzeit bzw. einer zu geringen Anzahl von durchgeführten Gewichtsmessungen im definierten Meßbereich ("Fenster") ein Fehlersignal abgegeben werden kann. Dies kann zur Löschung der Gesamtmessung herangezogen werden oder zur Aufforderung des Fahrzeugführers, die Messung mit verringerter Fahrgeschwindigkeit zu wiederholen.

Außerdem kann durch Vergleich der jeweiligen Fahrgeschwindigkeit der verschiedenen Achsen eines Fahrzeuges im definierten Meßbereich ("Fenster") festgestellt werden, ob das Fahrzeug während der aus mehreren Achslastbestimmungen bestehenden Gesamtmessung über einen bestimmten Toleranzbereich hinaus unzulässig beschleunigt oder verzögert hat. Dies ist besonders einfach durch Zählung der im Meßbereich durchgeführten Einzelmessungen pro Achse möglich.

Auch wenn das beschriebene Wägeverfahren sich insbesondere für die Infahrtwägung von Fahrzeugen eignet, ist durch das beschriebene Wägeverfahren auch eine Standwägung (statische Messung) vorteilhaft durchzuführen, da durch die Quotientenbildung der Gewichtssignale der beiden voneinander beabstandeten Wägezellen die Mittenposition der Aufstandsfläche des Rades genau feststellbar ist, wenn der Quotient aus den beiden Gewichtssignalen = 1 ist.

Das Verhältnis der beiden Gewichtssignale der vorderen und hinteren Wägezellen ist durch Software-Maßnahmen einfach zu definieren und somit durch Tastendruck einfach zu verändern, während beim Stand der Technik mehrere Schienenschalter zur Bestimmung des Anfangs- und Endpunktes des Meßbereiches verschoben werden mußten.

In bevorzugter Ausführung sind die Grenzwerte bezüglich der Länge der Wägevorrichtung symmetrisch gewählt, indem der Quotient des Anfangspunktes zum Quotient des Endpunktes reziprok ist. Durch die einfache Einstellung dieser Grenzwerte für das "Fenster" kann der Meßbereich in Anpassung an die tatsächlichen Wägeverhältnisse selbsttätig größer oder kleiner gewählt werden. Treten beispielsweise an den Anfangs- und Endpunkten des Meßbereiches unzulässig hohe Schwingungen auf, so kann der Meßbereich beispielsweise durch Verringerung des Quotientens von 5 auf 3 selbsttätig eingeengt werden.

Von besonderem Vorteil ist weiterhin die Möglichkeit, bei dem Wägeverfahren die im Meßbereich ermittelten einzelnen Gewichtssignale miteinander zu vergleichen und durch Varianzanalyse den oder die vom Mittelwert am stärksten abweichenden Gewichtswert(-e) bei der Gewichtsbestimmung unberücksichtigt zu lassen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles nachfolgend erläutert und beschrieben.

In der Zeichnung ist schematisch eine Wägevorrichtung 1 mit einem Fundament 1a und einer Wägebrücke 1b dargestellt. Die Wägebrücke 1b stützt sich über vordere Wägezellen 2a und hintere Wägezellen 2b auf dem Fundament 1a ab. Die Bezeichnungen "vordere" und "hintere" beziehen sich auf die Fahrtrichtung eines Fahrzeuges, das hier mittels eines Rades 3 angedeutet ist, das sich entsprechend dem Pfeil v hier von links nach rechts bewegen soll.

Die vordere Wägezelle 2a liefert ein Gewichtssignal G1, dessen Wert bei der Auffahrt des Rades 3 auf die Wägevorrichtung 1 am größten ist und sich zur Abfahrt-Seite kontinuierlich verringert. Die hintere Wägezelle 2b liefert das Gewichtssignal G2, das sich von der Auffahrt-Seite zur Abfahrt-Seite erhöht, wie dies in dem über der Wägevorrichtung 1 gezeigten Diagramm schematisch dargestellt ist. Die beiden Gewichtssignale G1 und G2 werden in einem nicht näher dargestellten, an sich bekannten Rechner oder Mikroprozessor miteinander in Beziehung gesetzt und der Quotient G1/G2 gebildet. Dieser Quotient ist an der Auffahrtsstelle nahezu unendlich groß, während er in der Mitte der Wägevorrichtung 1 annähernd den Wert 1 aufweist und zur Abfahrts-Seite hin unendlich klein wird. Bei Erreichen eines Verhältnis- oder Grenzwertes V1, der hier z. B. den Wert = 5 hat, werden die beim Überrollen der Wägebrücke anstehenden Gewichtssignale G1 und G2 in einer Vielzahl von Messungen n über einen bestimmten Meßbereich erfaßt. Die Anzahl der durchgeführten Gewichtsmessungen beträgt hier zehn, es können jedoch auch beispielsweise fünf oder fünfzig Messungen innerhalb dieses Meßbereiches durchgeführt werden. Das Ende des Meßbereiches wird durch den Verhältnis- oder Grenzwert V2 bestimmt, der hier den Betrag 1/5 aufweist. Die außerhalb dieses Meßbereiches in Nähe der Auffahrt und der Abfahrt liegenden Gewichtssignale G1 und G2 werden somit für die Messung nicht herangezogen. Die Grenzwerte V1 und V2 sind im Speicher eines Rechners oder Mikroprozessors beliebig festlegbar und können beispielsweise auch die Werte zwei oder zehn betragen und der Grenzwert V2 dann den entsprechenden reziproken Wert 1/2 oder 1/10 aufweisen. Obwohl in vorteilhafter Ausführung der Grenzwert V2 der Umkehrwert des Grenzwertes V1 ist und somit der Meßbereich symmetrisch zur Mitte der Wägevorrichtung 1 definiert ist, kann der eine Grenzwert V1 oder V2 abweichend von dem Umkehrwert des anderen Grenzwertes V2 oder V1 gewählt sein.

Durch die hier durchgeführten zehn Einzel-Gewichtsmessungen innerhalb des Meßbereiches wird eine ausreichende Mittelung der Gewichtsmessungen erreicht. Dabei können auch stark vom Mittelwert abweichende Meßwerte beispielsweise bei n = 3 und n = 7 mittels einer Varianzanalyse ausgesondert werden. Die hier auf zehn festgelegte Anzahl n der Einzel-Gewichtsmessungen kann durch Variation eines Taktgenerators oder dgl. ebenfalls leicht durch entsprechende Eingabe am Rechner oder Mikroprozessor variiert werden. Sollten die Gewichtsmessungen bei n = 1 und n = 10 stark von den übrigen Einzel-Gewichtsmessungen abweichen, kann durch Veränderung der Definition des Grenzwertes, beispielsweise durch Änderung des Grenzwertes V1 auf den Wert vier und des Grenzwertes V2 auf 1/4 der Meßbereich dem hier vorliegenden Beispiel auf acht Messungen eingeschränkt werden, so daß die mit erhöhten Schwingungen belasteten Messungen beispielsweise, aufgrund einer erhöhten Überfahrgeschwindigkeit die Messungen n = 1 und n = 10 außer acht bleiben. Diese Anpassung an die Überfahr-Bedingungen und an das Fahrzeug erfolgt dabei durch dem Fachmann geläufige Steuer- und Regelmechanismen selbsttätig.

Können andererseits bei stark überhöhter Überfahrtgeschwindigkeit innerhalb der festgelegten Meßdauer die hier vorgegebenen zehn Einzel-Gewichtsmessungen in der verbleibenden, zu geringen Meßzeit nicht erreicht werden, so wird beispielsweise bei nur sechs durchgeführten Messungen dem Fahrer des Kraftfahrzeuges oder der Bedienperson der Eisenbahnwaggons eine zu hohe Fahrgeschwindigkeit angezeigt. Wird die beabsichtigte Anzahl der Einzel-Gewichtsmessungen noch weiter unterschritten, so kann auch ein Fehlersignal abgegeben werden, das die Löschung der Gesamtmessung wegen zu hoher Fahrgeschwindigkeit veranlaßt.

Darüberhinaus lassen sich auch Geschwindigkeitsänderungen (Beschleunigung oder Verzögerung) eines Fahrzeuges durch die Anzahl der möglichen Messungen an den aufeinander folgenden Achsen eines Fahrzeuges auswerten. Sind beispielsweise an der Vorderachse innerhalb des durch die Grenzwerte V1 und V2 definierten Meßbereiches noch zehn Einzel-Gewichtsmessungen möglich, während an den zeitlich darauf folgenden Achsen nur noch neun bzw. acht Einzel-Gewichtsmessungen erfolgen, so zeigt dies, daß das Fahrzeug während der Gesamtmessung beschleunigt wurde. Da sich bei dieser Geschwindigkeitsveränderung durch Schwerpunktsverlagerungen dynamische Fehler im Wägeergebnis ergeben, kann die Gesamtmessung wegen Unzulässigkeit gelöscht werden und der Fahrer zur Wiederholung der Messung aufgefordert werden. Somit läßt sich die Einhaltung der geforderten Gleichmäßigkeit der Überfahrgeschwindigkeit mit einfachen Mitteln überwachen.

Claims (8)

1. Wägeverfahren, insbesondere für die Fahrtwägung an Fahrzeugen, wobei zwischen Auf- und Abfahrt des Fahrzeuges auf bzw. von einer Wägevorrichtung mit voneinander beabstandeten, in Fahrtrichtung vorderen und hinteren Wägezellen etwa in Mittenposition eines Fahrzeugrades für einen bestimmten Meßbereich die anstehenden Gewichtssignale erfaßt und anschließend zur Gewichtsbestimmung ausgewertet werden, wobei die Gewichtssignale der vorderen und hinteren Wägezellen unabhängig voneinander erfaßt werden, dann zueinander durch Quotientenbildung in Beziehung gesetzt werden und bei Annäherung des Quotienten der Gewichtssignale an einen ersten einstellbaren Grenzwert (V1) die Auswertung der Gewichtssignale zur Gewichtsbestimmung bis zur Erreichung eines zweiten einstellbaren Grenzwertes (V2) erfolgt, wobei innerhalb des Meßbereiches zwischen den Grenzwerten (V1 und V2) eine Anzahl (n₁) von möglichen Einzel-Gewichtsmessungen festgelegt wird und mit der jeweiligen Anzahl (n₂) der durchgeführten Einzel-Gewichtsmessungen innerhalb des Meßbereiches einer Achse verglichen wird und zur Feststellung einer Geschwindigkeitsänderung ausgewertet wird, sowie die jeweilige Anzahl (n₂) der Einzel-Gewichtsmessungen, für zwei oder mehr Achsen verglichen wird und zur Feststellung einer Beschleunigung/Verzögerung ausgewertet wird.

2. Wägeverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzwerte (V1, V2) in Bezug auf den Meßbereich symmetrisch angeordnet sind.

3. Wägeverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzwert (V1) als Quotient der Gewichtssignale (G1 und G2) zwischen 2 und 7 beträgt.

4. Wägeverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Feststellung einer Beschleunigung/Verzögerung oder einer Geschwindigkeitsänderung ein Fehlersignal abgegeben wird.

5. Wägeverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Bedienperson des Fahrzeuges das Fehlersignal angezeigt wird.

6. Wägeverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Instandwägung das Erreichen des Quotienten G1/G2 = 1 zur Feststellung der Mittenposition des Rades (3) angezeigt wird.

7. Wägeverfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzel-Gewichtsmessungen (n) gemittelt werden und um einen bestimmten Varianzbetrag abweichende Einzelmeßwerte zur Gewichtsbestimmung unberücksichtigt bleibt.

8. Wägeverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Überschreiten eines zweiten Varianzbetrages die Gesamtmessung als fehlerhaft angezeigt wird.