DE4231881A1

DE4231881A1 - Anordnung zum Erfassen von Verkehrsgrößen

Info

Publication number: DE4231881A1
Application number: DE19924231881
Authority: DE
Inventors: Han J Dipl Ing Reijmers
Original assignee: ANT Nachrichtentechnik GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1992-09-24
Filing date: 1992-09-24
Publication date: 1994-03-31

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Erfassen von Verkehrsgrößen mit mindestens einem in einer Fahrspur eingebrachten Induktionsschleifensensor, der aus mehreren Induktionsschleifen gebildet ist, und mit einer Auswerteeinrichtung, die zur Ermittlung der Verkehrsgrößen vorgesehen ist.

Aus der DE 36 32 316 A1 ist ein Fahrzeugdetektor bekannt. Der Fahrzeugdetektor mit zumindest einem in der Fahrspur eingebrachten Induktivschleifen-Sensor und einer Auswerteeinrichtung weist eine rechteckige Koppelschleife auf, die von einer Sendeschleife und einer symmetrisch ausgekreuzten achtförmigen Empfangsschleife gebildet ist, welche zueinander deckungsgleich sind. Die Sendeschleife ist mit einem Wechselstrom bzw. einer Wechselspannung beaufschlagt. An der Empfangsschleife wird die induzierte Differenzspannung abgegriffen und als Ausgangsspannung einer Empfangselektronik zugeführt, die Teil der Auswerteeinrichtung ist. Aus der Phasenverschiebung der Ausgangsspannung gegenüber der Sendespannung werden Fahrtrichtung, Fahrgeschwindigkeit, Belegung und Fahrzeugart ermittelt.

Es ist Aufgabe der Erfindung eine Anordnung zum Erfassen von Verkehrsgrößen anzugeben, die es ermöglicht, mit Induktionsschleifen zu arbeiten, die eine wesentlich kleinere Fläche umschließen, als die von einem Fahrzeug überdeckte Fläche.

Die Aufgabe wird durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst, vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Anordnungen mit Induktionsschleifen, die beispielsweise nach der DE 36 32 316 A1 arbeiten, sind immer dann ausreichend, wenn die Fahrzeuge sich auf einer bestimmten Fahrspur bewegen. Sind jedoch mehrere Fahrspuren nebeneinander angeordnet und können die Fahrzeuge beliebig zwischen den Fahrspuren wechseln, so kann man mit großen Induktionsschleifen die Position der Fahrzeuge nur unzureichend feststellen. Es ist also notwendig kleine Induktionsschleifen einzusetzen. Bei diesen stellt sich aber das Problem, daß die Empfindlichkeit im Bereich von vernünftigen Stromstärken und Wicklungszahlen zu gering ist und somit keine zuverlässige Fahrzeugdetektion und -klassifizierung durchgeführt werden kann. Eine Erhöhung der vertikalen Empfindlichkeit wird erreicht, wenn man einen Induktionsschleifensensor aus drei benachbarten Induktionsschleifen aufbaut, wobei die mittlere Induktionsschleife die Sensorschleife bildet und die äußeren Induktionsschleifen Hilfsschleifen bilden, deren Magnetfelder das Magnetfeld der Sensorschleife unterstützen. Die drei Induktionsschleifen werden mit einem Wechselstrom einer festen Frequenz f_i beaufschlagt. Wenn die Stromstärke des Wechselstroms in den Hilfsschleifen der des Wechselstroms in der Sensorschleife entspricht, so ist zwar die vertikale Empfindlichkeit sehr hoch, aber die Empfindlichkeit im Bereich der seitlichen Ränder der Sensorschleife ist gering. Die Stromstärke in den Hilfsschleifen sollte also etwas geringer als die in der Sensorschleife sein. Eine besonders effektive Unterstützung des Magnetfeldes der Sensorschleife und eine hohe vertikale Empfindlichkeit wird erreicht, wenn zwischen dem Wechselstrom der Sensorschleife und dem der Hilfsschleifen eine geringe Phasendifferenz, beispielsweise von 10°, besteht. Durch die Phasendifferenz erhöht sich die Empfindlichkeit im Bereich der seitlichen Ränder der Sensorschleife, während die vertikale Empfindlichkeit sich nur wenig verringert. Die Sensorschleife ist mit einem Detektor verbunden, der Teil einer Auswerteeinrichtung ist. Der Detektor erfaßt physikalische Größen der Sensorschleife, wie beispielsweise den Phasenwinkel zwischen der Spannung und dem Strom der Sensorschleife oder die Änderung des Widerstandes und der Selbstinduktivität der Sensorschleife. Die physikalischen Größen werden nur in Bezug auf den Wechselstrom der Frequenz f_i bestimmt, ohne diese Frequenz f_i zu beeinflussen. Störeinflüsse anderer Frequenzen werden eliminiert. Die Bestimmung des Phasenwinkels ist besonders einfach, während die Bestimmung der Änderungen in Selbstinduktivität und Verlustwiderstand zu mehr Information führt, da die Änderungen durch zwei Effekte zustande kommen. Die Anordnung der drei benachbarten Induktionsschleifer kann sowohl längs als auch quer zur Fahrspur erfolgen. Um eine genaue Positionierung von Fahrzeugen quer über eine oder mehrere Fahrspuren durchzuführen, ist es notwendig mehrere Induktionsschleifensensoren quer zur Fahrspur nebeneinander anzuordnen. Damit die Einflüsse der eng benachbarten Induktionsschleifen aufeinander bei Messungen eliminiert werden können, werden zumindest direkt benachbarte Induktionsschleifensensoren mit Wechselstrom unterschiedlicher fester Frequenzen betrieben.

Erfolgen die Messungen des Detektors eines Induktionsschleifensensors nur in Bezug auf die Frequenz f_i des Generators dieses Induktionsschleifensensors, so werden die Einflüsse der benachbarten Induktionsschleifen der Frequenz f_i-1, f_i+1 eliminiert. Eine hohe Flächendeckung über die Breite oder eine bestimmte Länge einer oder mehrerer Fahrspuren wird erreicht, wenn die Sensorschleifen der verschiedenen Induktionsschleifensensoren direkt benachbart sind. Dies kann erreicht werden, indem die Induktionsschleifen, außer denen am äußeren Rand der Anordnung, gleichzeitig Sensorschleife des Induktionsschleifensensors der Frequenz f_i und Hilfsschleife der Induktionsschleifensensoren mit den Frequenzen f_i-1 und f_i+1 ist. Die Sensorschleifen der Induktionsschleifensensoren der Frequenzen f_i-1 und f_i+1 befinden sich direkt benachbart zur Sensorschleife des Induktionsschleifensensors der Frequenz f_i und sind auch Hilfsschleifen von diesem. Jede Induktionsschleife (außer denen am äußeren Rand) wird also von den Wechselströmen mit unterschiedlichen Frequenzen f_i-1, f_i, f_i+1 betrieben, doch es werden physikalische Größen nur bezogen auf die Frequenz f_i detektiert, beispielsweise der Phasenwinkel zwischen Spannung und Strom der Frequenz f_i.

Die einzelnen Induktionsschleifen eines Induktionsschleifensensors sind gleich groß und weisen die gleiche Wicklungszahl auf. Es ist zur Vereinfachung der Auswertung sinnvoll, daß alle Induktionsschleifen identisch sind.

Um die Empfindlichkeit der Induktionsschleifensensoren noch weiter zu erhöhen, ist es möglich an allen vier Seiten der im Wesentlichen rechteckigen Sensorschleifen Hilfsschleifen vorzusehen. Um die Induktionsschleifen mit möglichst geringem Aufwand in Straßenbeläge einzubringen ist es sinnvoll benachbarte Seiten von verschiedenen Induktionsschleifen in den gleichen Schnitt im Straßenbelag einzubringen. Grundsätzlich ist aber auch eine Überschneidung von benachbarten Induktionsschleifen möglich.

Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 die Dimensionen der Schleifen eines Induktionsschleifensensors,

Fig. 2 den Schaltungsaufbau eines Induktionsschleifensensors,

Fig. 3 eine Anordnung mehrerer Induktionsschleifensensoren,

Fig. 4 und Fig. 5 jeweils eine Anordnung erfindungsgemäßer Induktionsschleifensensoren über mehrere Fahrspuren zum Erfassen von Verkehrsgrößen.

In den angegebenen Ausführungsbeispielen werden die Induktionsschleifen mit Wechselstrom einer Frequenz zwischen 40 und 100 kHz beaufschlagt.

Ein Induktionsschleifensensor besteht aus der mittleren Sensorschleife 1 und den Hilfsschleifen 2, 3. Die drei Induktionsschleifen weisen die gleichen geometrischen Abmessungen von 70 cm×240 cm auf (Fig. 1). Es ist ein Generator G vorgesehen, der einen Strom der Frequenz f_i liefert. Die drei Induktionsschleifen 1, 2, 3 werden jeweils mit dem Strom I₁, I₂, I₃ der Phase ϕ₁, ϕ₂, ϕ₃ beaufschlagt. Für f_i = 60 kHz hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn der Strom I₁ durch die Sensorschleife 1 doppelt so hoch ist, wie der I₂, I₃ durch die Hilfsschleifen 2, 3. Eine besonders hohe Empfindlichkeit und große Detektionshöhe über der Fahrspur wurde mit einem Phasenunterschied von 10° zwischen Sensor 1 und Hilfsschleifen 2, 3 erreicht. Es ist ein Detektor D vorgesehen, der Teil einer Auswerteeinrichtung A ist und mit dem der Phasenwinkel zwischen Spannung und Strom der Frequenz f_i auf der Sensorschleife 1 gemessen wird.

In Fig. 3 ist dargestellt, wie die Induktionsschleifensensoren anzuordnen sind, wenn man eine genaue Positionierung durch flächendeckende Anordnung erreichen will. Die Sensorschleifen 1_f1, 1_f2, 1_f3 verschiedener Induktionsschleifensensoren sind direkt nebeneinander angeordnet. Sie werden von Generatoren G_f1, G_f2, G_f3 mit Wechselstrom der Frequenz f₁ bzw. f₂ bzw. f₃ beaufschlagt. Es sind Detektoren Df1, Df2, Df3 vorgesehen, die jeweils mit der entsprechenden Sensorschleife 1 _f1, 1_f2, 1_f3 verbunden sind. Jede Sensorschleife 1 _f1, 1_f2, 1_f3 ist gleichzeitig Hilfsschleife der benachbarten Sensorschleifen.

Z.B. ist Sensorschleife 1_f2 Hilfsschleife des Induktionsschleifensensors der Frequenz f₁ und Hilfsschleife des Induktionsschleifensensors der Frequenz f₃.

Fig. 4 zeigt, wie aus einer Anordnung mehrerer Induktionsschleifensensoren, wie in Fig. 3 gezeigt, eine Anordnung über mehrere Fahrspuren geschaffen werden kann, mit der ein genaues Positionieren von Fahrzeugen möglich ist. Es sind drei benachbarte Fahrspuren F1, F2, F3 dargestellt, eine weitere ist angedeutet. In Fahrtrichtung schließen sich vier Reihen von Induktionsschleifen Ind1- Ind4 aneinander an. Die zweite Reihe von Induktionsschleifen Ind2 ist wie oben beschrieben aufgebaut. Die einzelnen Induktionsschleifen Ind2 sind sehr kurz, damit man zwischen direkt aufeinanderfolgenden Fahrzeugen und Fahrzeugen mit Anhänger unterschieden werden kann. Da die Schleifen sehr kurz sind (1 m) ist es sinnvoll weitere Hilfsschleifen Ind1 und Ind3 vorzusehen. Diese werden nur zur Unterstützung und nicht zum Messen genutzt und können daher so breit sein wie die ganze Fahrbahn. Es wird in diese Hilfsschleifen Ind1 und Ind3 Wechselstrom aller in den Induktionsschleifen Ind2 verwendeten Frequenzen eingespeist, so daß alle Induktionsschleifen Ind2 von den Hilfsschleifen unterstützt werden.

Um außer der Positionierung auch eine Klassifizierung der Fahrzeuge durchzuführen ist eine weitere Reihe von Induktionsschleifensensoren Ind4 vorgesehen, die 2,5 m lang sind und wie in Fig. 3 beschrieben arbeiten.

Fig. 5 zeigt eine weitere Möglichkeit der Anordnung der Induktionsschleifen. Diese Anordnung ist bezüglich der Fahrtrichtung symmetrisch und kann daher Fahrzeuge, die sich in beliebiger Fahrtrichtung bewegen, erkennen.

Claims

1. Anordnung zum Erfassen von Verkehrsgrößen mit mindestens einem in einer Fahrspur eingebrachten Induktionsschleifensensor, der aus mehreren Induktionsschleifen gebildet ist, und mit einer Auswerteeinrichtung, die zur Ermittlung der Verkehrsgrößen vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Induktionsschleifensensor aus mindestens drei benachbarten, sich eventuell überlappenden Induktionsschleifen besteht, wobei die mittlere Induktionsschleife die Sensorschleife (1) bildet und die äußeren Induktionsschleifen Hilfsschleifen (2, 3) bilden,
daß mindestens ein Generator (G) vorgesehen ist, der die Sensorschleife (1) und die Hilfsschleifen (2, 3) mit einem Wechselstrom einer festen Frequenz f_i derart beaufschlagt, daß die Magnetfelder der Hilfsschleifen (2, 3) das der Sensorschleife (1) unterstützen, daß in der Auswerteeinrichtung (A) ein Detektor (D) vorgesehen ist, der mit der Sensorschleife (1) verbunden ist und für die feste Frequenz f_i physikalische Größen der Sensorschleife (1) detektiert, die sich beim Überfahren durch ein Fahrzeug ändern.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (D) den Phasenwinkel zwischen Spannung und Strom der Frequenz f_i der Sensorschleife (1) mißt.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (D) die Induktivität und den Verlustwiderstand der Sensorschleife (1) mißt.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Induktionsschleifensensor aus fünf Induktionsschleifen besteht, wobei sich an jeder Seite der im wesentlichen rechteckigen Sensorschleife eine Hilfsschleife befindet.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsschleifen des Induktionsschleifensensors quer und/oder längs zur Fahrtrichtung nebeneinander angeordnet sind.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsschleifen eines Induktionsschleifensensors identisch ausgebildet sind.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromstärke des Wechselstroms in den Hilfsschleifen (2, 3) geringer als die in der Sensorschleife (1) ist.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenwinkel zwischen dem Wechselstrom in Hilfsschleifen (2, 3) und Sensorschleife (1) derart festgelegt ist, daß das Verhältnis zwischen der Höhe des Magnetfeldes über der Sensorschleife (1) und der Stärke des Magnetfeldes im Bereich der seitlichen Ränder der Sensorschleife optimal ist.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß mehrere Induktionsschleifensensoren quer zur Fahrtrichtung auf einer oder mehreren Fahrspuren nebeneinander angeordnet sind und
daß zumindest benachbarte Induktionsschleifensensoren mit unterschiedlichen festen Frequenzen betrieben werden.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens eine Induktionsschleife gleichzeitig Sensorschleife (1_f1, 1_f2, 1_f3) des Induktionsschleifensensors der Frequenz f_i und Hilfsschleife der Induktionsschleifensensoren der Frequenz f_i+1 und f_i-1 ist, deren Sensorschleife benachbart zur Sensorschleife der Frequenz f_i angeordnet sind und Hilfsschleifen des Induktionsschleifensensors der Frequenz f_i bilden.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß längs zur Fahrtrichtung als Hilfsschleifen zu jedem der Induktionsschleifensensoren auf jeder Seite eine Induktionsschleife (2, 3) vorgesehen ist, die mit einem Wechselstrom betrieben werden, der Anteile aller Frequenzen f_i der Induktionsschleifensensoren aufweist.