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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Wiegen eines
sich bewegenden Fahrzeuges. Insbesondere betrifft die Erfindung
ein Verfahren und eine Anordnung zum Feststellen des statischen
Gewichtes eines sich bewegenden Fahrzeuges.
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In
dem bekannten Stand der Technik für Wiegeverfahren für Fahrzeuge
wird ein Fahrzeug mittels einer Brückenwaage in der Größe eines
Fahrzeuges gewogen, auf welcher das Fahrzeug ruhend stehen muß. Wenn
die Messung allerdings durchgeführt wird,
während
das Fahrzeug sich bewegt, wird das Meßergebnis oft inkonsistent
mit den Meßergebnissen
sein, bei welchen das Fahrzeug in Ruhe war. Während das Fahrzeug über eine
Brückenwaage fährt, gibt
es verschiedene Faktoren, welche Unterschiede zwischen kinetischen
und statischen Meßergebnissen
hervorrufen. Die Kraft, welche von einer Bewegung des Fahrzeugs
und von einem mittels des Windes hervorgerufenen Luftwiderstand
herrührt,
bewirkt typischerweise eine das Fahrzeug verlangsamende abwärtsgerichtete
Kraft. In einigen Fahrzeugen kann auch in Abhängigkeit von dem Design der Fahrzeuge
eine abhebende Kraft denkbar sein. Weiterhin erhöht typischerweise der Impuls,
welcher von einem Fahrzeugimpuls und dessen Änderung herrührt und
dem Wiegeinstrument zugeführt
ist, den kinetischen Meßwert.
In vielen Fahrsituationen beschleunigt oder bremst das Fahrzeug,
wodurch auch Kraftkomponenten parallel zu einem mittels der Wiegeinstrumente
gemessenen Wiegevektor übermittelt werden
können.
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Ein
Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus dem Dokument
US 5,260,520 A bekannt.
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Somit
weist der bekannte Stand der Technik wesentliche Nachteile auf.
Stoppen eines Fahrzeuges, um es zu wiegen, ist immer nachteilig
sowohl für den
Fahrer als auch für
die Wiegenden. Wenn ein Fahrzeug jedoch in Bewegung gewogen wird,
wird das ermittelte Meßergebnis
aufgrund von verschiedenen Faktoren nicht korrekt sein, weil der
Gegenstand der Messung nicht ein statisches Fahrzeuggewicht sondern
ein kinetisches Gewicht ist, wobei das statische Gewicht nur eine
Komponente vom kinetischen Gewicht ist.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, die oben genannten Nachteile zu vermeiden
oder abzumildern. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Anordnung
zum Wiegen eines sich bewegenden Fahrzeuges erlaubt eine hochgenaue Messung
des statischen Gewichts eines Fahrzeugs. Zusätzlich erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren und
die erfindungsgemäße Anordnung
zum Wiegen eines sich bewegenden Fahrzeuges eine hochgenaue Messung
des achsenspezifischen statischen Gewichts eines Fahrzeuges. Somit
sind Stopps nicht notwendig. Zusätzlich
erleichtert die Erfindung das Verarbeiten der Meßergebnisse.
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All
die oben genannten Vorteile der Erfindung sind besonders vorteilhaft
anwendbar bei einer Ausführungsform,
welche die Messung einer Wiegesensoren zugeführten Kraft und gleichzeitig
mit dieser Messung die Messung einer Korrektursensoren zugeführten Kraft
umfaßt.
Anschließend
wird eine Kraft differenziert, welche parallel zu der vertikalen normalen
Bewegung verläuft
und mittels des Impuls und/oder der Beschleunigung der Bewegung
eines Fahrzeugs hervorgerufen ist, und ein kinetisches zusätzliches
Gewicht von dem Meßergebnis
des Wiegesensors subtrahiert. Das zusätzliche Gewicht kann in einigen
Ausführungsformen
auch negativ sein. Somit ist das Ergebnis das statische Gewicht
eines Fahrzeuges, das heißt
die Ruhemasse.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zum Wiegen eines sich bewegenden Fahrzeuges ist dadurch gekennzeichnet,
daß
- – wenigstens
ein Wiegesensor das kinetische Gewicht eines Fahrzeuges mißt,
- – wenigstens
ein Korrektursensor Beschleunigungskräfte, welche von der Bewegung
eines Fahrzeuges resultieren mißt,
- – die
Meßergebnisse
des wenigstens einen Korrektursensors und des wenigstens einen Wiegesensors
als eine Basis verwendet werden, um eine Schätzung über das statische Gewicht eines Fahrzeuges,
das heißt
die Ruhemasse, zu erstellen.
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Die
erfindungsgemäße Anordnung
zum Wiegen eines sich bewegenden Fahrzeuges ist gekennzeichnet durch
- – eine
Brückenwaage
zum Tragen von wenigstens einem partiellen Gewicht des Fahrzeuges,
- – wenigstens
einen der Brückenwaage
zugeordneten Wiegesensor zum Messen des kinetischen Gewichts des
Fahrzeuges von der Brückenwaage,
- – wenigstens
einen der Brückenwaage
zugeordneten Korrektursensor zum Messen von Kräften, welche von der Bewegung
des Fahrzeuges resultieren, und
- – Mittel
zum Erstellen einer Schätzung
des statischen Gewichts des Fahrzeuges, das heißt die Ruhemasse, auf Basis
der Meßergebnisse
des wenigstens einen Korrektursensors und des wenigstens einen Wiegesensors.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Beschreibung von bevorzugten
Ausführungsbeispielen
der Erfindung
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf Figuren einer Zeichnung näher
erläutert.
Hierbei zeigen:
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1 eine
Ausführungsform 10 für eine Brückwaage
nach der Erfindung;
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2A eine
Ausführungsform 20 nach
der Erfindung mit drei Brückenwaagen;
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2B eine
Ausführungsform 60 nach
der Erfindung mit zwei aufeinanderfolgenden Brückenwaagen;
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3 eine
bevorzugte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
in Form eines Flußdiagramms 30;
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4 eine
Ausführungsform
nach der Erfindung für
ein Verarbeitungssystem für
Meßergebnisse;
und
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5 eine
zweite Ausführungsform 50 nach der
Erfindung für
ein Verarbeitungssystem für
Meßergebnisse.
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1 zeigt
eine Brückwaage 300,
welche von einem Fahrzeug überfahren
wird. Die Brückenwaage
weist eine Länge
auf, welche bevorzugterweise derart dimensioniert ist, daß die Brückenwaage einzeln
von Reifen einer einzigen Achse oder eines Achsensystems überfahren
wird. Die Brückenwaage 300 ist
auf einer Unterlage mit dazwischen liegenden Sensoren angeordnet.
Wiegesensoren 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107 sind
bevorzugterweise an den Seiten der Brückenwaage 300 angeordnet, aber
einige der Wiegesensoren können
auch in einem mittleren Bereich einer Brückwaage angeordnet sein. Korrektursensoren 200, 201, 202, 203, 204, 205, 206, 207 sind
in dieser Ausführungsform
in Verbindung mit den Wiegesensoren 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107 angeordnet,
aber es ist auch in einigen Ausführungsformen
möglich,
daß die
Korrektursensoren separat angeordnet sind. Es ist auch offensichtlich,
daß in
bevorzugten Ausführungsformen der
Erfindung die jeweilige Anzahl der Wiegesensoren 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107 und
Korrektursensoren 200, 201, 202, 203, 204, 205, 206, 207 variieren
kann. In einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Brückenwaage 300 mit
vier Wiegesensoren und zwei Beschleunigungssensoren bereitgestellt.
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Wenn
sich ein Fahrzeug sinnbildlich gesehen von dem oberen Ende der Figur
nähert,
kontaktieren die Reifen einer Achse/eines Achsensystems des Fahrzeuges
zuerst die Sensoren 100, 101, 102, 103 und 200, 201, 202, 203.
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Die
Korrektursensoren 200, 201, 202, 203 messen
bevorzugterweise eine Komponente, welche normal zu der Ebene der
beschleunigten Bewegung eines Fahrzeugs ist. Das mag von einem auf
das Fahrzeug wirkenden Impuls, einer mittels des Luftwiderstandes
hervorgerufenen Gegenkraft, welche der Bewegung des Fahrzeugs entgegenwirkt,
und/oder anderen dem Fahrzeug zugeführten Kräften herrühren.
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Wenn
das Fahrzeug über
die Brückenwaage 300 fahrt,
sind die zweiten Sensoren 104, 105, 106, 107 und 204, 205, 206, 207 bevorzugterweise
angepaßt,
die gleichen Messungen zu wiederholen.
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In
einigen bevorzugten Ausführungsformen der
Erfindung ist die Messung einer Beschleunigungskomponente normal
zu der Bewegung derart, daß die
Korrektursensoren 200, 201, 202, 203, 204, 205, 206, 207 angepaßt sind,
die Geschwindigkeit, Beschleunigung des Fahrzeugs, die Windgeschwindigkeit
und/oder die Kräfte
zu messen, welche von der Bewegung des Fahrzeugs in der Richtung
der Bewegung des Fahrzeugs und/oder in einer horizontalen Richtung
normal zu der Bewegung des Fahrzeugs herrühren. Somit ist es ermöglicht,
das Verhältnis
der Ruhemasse zu dem kinetischen Gewicht zu berechnen, weil die
Beschleunigung bekannt ist, welche mittels von der Bewegung herrührenden
Kräften
der Masse zugeführt
ist.
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In
einigen bevorzugten Ausführungsformen der
Erfindung werden die jeweiligen Meßergebnisse der Korrektursensoren 200, 201, 202, 203, 204, 205, 206, 207 und
der Wiegesensoren 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107 mit
anderen Meßergebnissen
verglichen, welche mittels ähnlicher
oder unterschiedlicher Sensortypen gemessen wurden. Das mag viele vorteilhafte
und spezifische Informationen hinsichtlich des Bewegungszustandes
eines Fahrzeugs bereitstellen. Wenn beispielsweise die Korrektursensoren 200, 201, 202, 203 Geschwindigkeiten
oder Beschleunigungen messen, welche wesentlich niedriger sind als
solche, welche mittels der Korrektursensoren 204, 205, 206, 207 gemessen
sind, ist die vernünftige
Schluß folgerung,
daß das
Fahrzeug beschleunigt. Zusätzlich
ist es ermöglicht,
eine Schätzung
hinsichtlich der Durchschnittsgeschwindigkeit zu erstellen. Diese
Faktoren tragen wesentlich zu dem kinetischen Gewicht eines Fahrzeuges
bei.
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Einige
bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung nutzen die Positionen der Sensoren 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107 und 200, 201, 202, 203, 204, 205, 206, 207.
Wenn unterschiedliche Sensoren wesentlich unterschiedliche Ergebnisse
liefern, ist es auch möglich,
daß das
Gewicht eines Fahrzeuges nicht gleichmäßig verteilt ist. Eine andere
Möglichkeit
ist, daß das
Fahrzeug in einer leichten Kurve fährt, wodurch die Komponenten
der lateral existierenden Kräfte
einen Einfluß auf
das kinetische Gewicht haben können.
Die Auswirkungen, welche von einer lateralen Bewegung eines Fahrzeuges
oder einer ungleichmäßigen Massenverteilung
resultieren, können
auch analysiert werden, indem Ergebnisse miteinander verglichen
werden, welche mittels unterschiedlicher Sensoren von unterschiedlichen
Positionen gemessen wurden. Die mögliche Neigung einer Brückenwaage
kann mathematisch kompensiert werden mittels divergierender Kraftkomponenten.
Somit ist es ermöglicht,
eine genaue Schätzung
hinsichtlich des statischen Gewichts eines Fahrzeuges zu geben.
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2A zeigt
eine Ausführungsform 20,
welche drei aufeinanderfolgende Brückenwaagen 300, 301 und 302 aufweist.
Jede Brückwaage
weist vier Wiegesensoren und vier Korrektursensoren auf. Somit umfaßt die Brückewaage 300 die
Wiegesensoren 100, 101, 104 und 105 sowie
die Korrektursensoren 200, 201, 204 und 205.
Die Brückenwaage 301 umfaßt die Wiegesensoren 110, 111, 114 und 115 sowie die
Korrektursensoren 210, 211, 214 und 215.
Weiterhin umfaßt
die Brückenwaage 302 die
Wiegesensoren 120, 121, 124 und 125 sowie
die Korrektursensoren 220, 221, 224 und 225.
Da die Anzahl von Sensoren und Brückenwaagen somit erhöht ist,
gibt es mehr Überwachungspunkte
für den
Bewegungszustand und den kinetischen Gewicht eines Fahrzeugs. Somit
stellt die Erfindung immer mehr genauere Meßergebnisse bereit.
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2B zeigt
eine Ausführungsform 21 mit zwei
Brückenwaagen 300, 302,
zwischen denen ein fixiertes Kreuzelement 303 angeordnet
ist. Es soll bei den Ausführungsformen
in den 2A und 2B angemerkt
sein, daß bestimmte
Brückewaagenmodule
und Kreuzelemente verwendet werden können, um Anordnungen in verschiedenen
Größen zu erstellen,
was eine modulare Anpassung und eine einfache Verwendung von Brückenwaagen
erlaubt.
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3 zeigt
ein Flußdiagramm,
welches eine bevorzugte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
zeigt. Eine Sequenz 310 umfaßt das Messen einer den Wiegesensoren
zugeführten
Kraft. Eine Sequenz 320 umfaßt das Messen einer den Korrektursensoren
zugeführten
Kraft. Dann folgt in einer Sequenz 330 ein Differenzieren
einer mittels des Impuls und/oder der Beschleunigung der Bewegung
des Fahrzeugs herrührenden
Kraft. Eine Sequenz 340 umfaßt das Subtrahieren eines zusätzlichen
kinetischen Gewichts von dem Meßergebnis der
Wiegesensoren. In einigen Ausführungsformen kann
die zusätzliche
Kraft auch negativ sein. Damit wird in einer Sequenz 350 ein
statisches Fahrzeuggewicht, das heißt eine Ruhemasse, erhalten.
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4 zeigt
eine Wiegeanordnung 400, welche bevorzugterweise in Telekommunikation
mit den Sensoren 100, 101, 102, 103 und 200, 201, 202, 203 angeordnet
ist. Diese Telekommunikation kann mittels einer separaten festen
oder einer separaten kabellosen Verbindung individuell für jeden
Sensor 100, 101, 102, 103 und 200, 201, 202, 203 implementiert sein.
Es ist auch möglich,
daß in
einigen bevorzugten Ausführungsformen
zwei oder mehrere Sensoren verwendet werden können, um Meßergebnisse über eine übliche Kommunikationsverbindung
zu übermitteln,
wobei jeder Sensor bevorzugterweise eine eigene Adresse aufweist.
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5 zeigt
eine Wiegeanordnung 500, welche in einer bevorzugten Ausführungsform 50 der
Erfindung typischerweise einen Computer aufweist. Bevorzugterweise
kann der Computer ein PC (Personal Computer), ein Apple Macintosh,
oder jede andere Mikroprozessoreinheit oder Prozessoreinheit zum Verarbeiten
von auf digitalen Signalen basierende Daten sein. Bevorzugterweise
ist der Computer 500 aber ein PC. A/D-Wandler 600, 601, 602, 603 sind zwischen
den Sensoren 100, 101, 102, 103 und 200, 201, 202, 203 angeordnet.
Die A/D-Wandler 600, 601, 602, 603 sind
angepaßt,
die Meßergebnisse
der Sensoren 100, 101, 102, 103 und 200, 201, 202, 203 von
analogen Ergebnissen zu einem digitalen Serienmodus zu wandeln,
damit die Ergebnisse in dem Computer 500 verarbeitbar sind.
Der digitale Seriemodus ist bevorzugterweise vom Typ RS 422/485, CAN
oder eines entsprechenden digitalen Serienmodus.
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Wenn
alle Meßergebnisse über eine übliche Kommunikationsverbindung
kanalisiert sind, ist bevorzugterweise nur ein A/D-Wandler in Verbindung mit
dieser Kommunikationsverbindung nötig. Wenn mehrere Kommunikationsverbindungen
verwendet werden, erfordert jede Verbindung oder Link entweder ihren
eigenen A/D-Wandler 600, 601, 602, 603 oder
der Computer 500 umfaßt
einen einzigen A/D-Wandler, welcher mit den Kommunikationsverbindungen
in Verbindung integriert und angepaßt ist, mehrere Kommunikationsverbindungen
zu bearbeiten. In einigen bevorzugten Ausführungsformen sind die A/D-Wandler 600, 601, 602, 603 in
Verbindung mit den Sensoren 100, 101, 102, 103 und 200, 201, 202, 203 integriert.
Weiterhin müssen
die Sensoren und der Computer Kommunikationsadapter (nicht gezeigt)
aufweisen, welche konsistent mit entsprechenden Kommunikationstypen
sind, um einen Kommunikationslink herzustellen.
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Verschiedene
industrielle und kommerzielle Vorteile der Erfindung wurden diskutiert
in Referenz zu den anliegenden Ausführungsformen. Das erfindungsgemäße Verfahren
und die erfindungsgemäße Anordnung
zum Wiegen eines sich bewegenden Fahrzeugs erlaubt eine hochgenaue
Messung für das
statische Gewicht eines Fahrzeugs. Zusätzlich erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren
und die erfindungsgemäße Anordnung
zum Wiegen eines sich bewegenden Fahrzeugs eine hochgenaue Messung des
achsenspezifischen statischen Gewichts eines Fahrzeugs. Somit ermöglicht die
Erfindung, unnötige Stopps
zum Feststellen von Überlast
oder Straßenauslastungen
innerhalb eines Fabrikgeländes
oder im Straßenverkehr
zu vermeiden. Zusätzlich
erleichtert die Erfindung wesentlich das Verarbeiten von Meßergebnissen.
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Es
ist offensichtlich, daß alle
Ausführungsformen
bevorzugterweise in Verbindung mit allen Fahrzeugen verwendet werden
können,
beispielsweise Passagierfahrzeuge, Lastkraftwagen und/oder Busse.
Bevorzugte Anwendungen der Erfindung umfassen Wiegeüberwachungen
sowie kommerzielle Wiegungen, beispielsweise innerhalb eines Fabrikgeländes, im
Straßenverkehr
und an Grenzbahnhöfen.
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Natürlich kann
die Erfindung auch in Verbindung mit Zügen ausgeführt werden, wobei die Brückenwaagen 300, 301, 302 und/oder
die Sensoren 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107 und 200, 201, 202, 203, 204, 205, 206, 207 bevorzugterweise
unter den Schienen installiert sind. Weiterhin weisen die Brückenwaagen
bevorzugterweise bei einer Zuganwendung eine Dibbling Rad Identifikation
auf, wobei die Räder
identifiziert werden können
und die Meßergebnisse
beispielsweise anzeigen, welches Rad eines Zuges nicht rund ist.
Diese Anwendungsmöglichkeiten
bei einer Zuganwendung umfassen bevorzugterweise Eisenbahnen und
Bahnhöfe.
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Die
Erfindung wurde beschrieben in Referenz mit den anliegenden Ausführungsformen.
Trotzdem ist es offensichtlich, daß die Erfindung nicht nur darauf
limitiert ist, sondern alle Ausführungsformen umfaßt, welche
mit dem erfindungsgemäßen Idee und
den beiliegenden Ansprüchen
konsistent sind.