JP5885733B2 - Ｗｉｍセンサを較正するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、道路内に設置されるＷＩＭ（Ｗｅｉｇｈ−ｉｎ−Ｍｏｔｉｏｎ；走行車両重量計測）センサであって、車両が該ＷＩＭセンサ上を通過している時にその車両の動的及び／又は静的重量を測定するのに適したセンサを較正するための方法に関する。

典型的なＷＩＭシステムは、車両を分類するための２つの誘導ループと、道路内に互いに約４ｍ離間して設置された２列のＷＩＭセンサとを備える。ＷＩＭセンサは、その都度車両から個々の車輪を介して道路又はセンサに伝達される荷重に基づき、信号を検知する。確定された較正係数又は較正関数を用いることにより、信号を最終的に静的又は動的荷重に変換する。動的荷重は静的荷重とは異なり、これは特に車両のエアロダイナミクス及びそのバネの条件によるものであることが分かっている。車両の重量を確定するために、この車両に取り付けられた車輪全てのそれぞれの確定された荷重を最終的に加算する。同じことは、トレーラを有する車両にも適用される。精度を向上させるために、このようなＷＩＭシステムを複数、縦一列に設けて、確定された計測値を評価する場合もある。

ＷＩＭセンサは、可能であれば、車両が出来るだけ円滑に走行してセンサの上を通過できるように、道路の直線セクション内に設置する。特に、車両がカーブや勾配、坂によって又は凹凸によって振動すると、計測を誤ってしまうため避けるべきである。

計測データは、ＷＩＭ評価ユニットに送られる。ＷＩＭ評価ユニットは、通常、路側のキャビネット内に収容されている。データは、そこから、回線及び／又は送信アンテナを介して監視ステーションに送られる。監視ステーションでは、例えば許可重量を超過している場合に、責任者によって必要な措置が開始される。特に、大きな被害が起こる前の適切な時期に、例えば路面舗装作業を行なえるように、計測データから道路に作用する荷重についての情報を導出することができる。

特許文献１には、鉄道車両用の計量台の較正が記載されている。この目的のために、各車輪の上方に車両重量計測装置が設けられた基準車両の静的な重量を正確に測る。そして基準車両に、計量台の上を通過させる。計量台は、一体型の計測セクションを有するレールセクションを備える。計測セクションでは、荷重を動的に検知し、評価ユニットに送信することが出来る。較正のために、静的に確定した基準車両の重量を、最終的に動的に確定したレール荷重と整合させる。またここで、最初に述べたように、静的荷重を用いて動的荷重を較正する。車両のエアロダイナミクス及びバネの条件によって生じた誤差は、ここでも生じる。

ＷＩＭセンサは、その上を通過する車両の重量の測定を信頼性のあるものとするために、時々再較正する必要がある。近年、このような較正は、静的に重量が測られたトラックを用いて行なわれる。ランダムな変動に対して統計的な信頼性を実現するために、トラックを、較正すべき計測点上を１０回〜７０回通過させる。この変動は、通常、車両のバネの挙動から発生する。

このプロセスは非常に時間がかかるとともに高価であり、各ＷＩＭ計測点に対して年に１回程度行なわれる。

ドイツ特許第１０１１５４９０号明細書

本発明の課題は、より容易に且つより迅速に実行することができるとともに、周知の方法と比べ非常に高い精度を提供する新しい較正方法を提供することである。また、計測の精度と直接関連するため、センサの前方の接近セクションの質を確認するのが望ましい。

本発明は、主請求項の特徴に係る方法によって解決される。本発明の思想は、少なくとも１つの計測車輪が装着された較正車両によって、ＷＩＭセンサ上を通過するということにある。走行中、道路及びＷＩＭセンサに対する動的車輪力を、時間又は位置依存的に、計測車両で直接計測する。そして確定した車輪力データを評価ユニットに送信する。また、較正車両が通過している時、ＷＩＭセンサでＷＩＭ信号データを同時に計測し、評価ユニットに送信する。最後に、車輪力データを、該評価ユニットにおいて、ＷＩＭ信号データと同期させる。最終的にＷＩＭセンサの較正に使用される較正関数を、動的車輪力データのＷＩＭ信号データとの比較に基づき決定する。

この方法によって、その上を一度通過させるだけで、ＷＩＭセンサの較正が可能になる。更なる有利な発展形は、副請求項に記載される。

以下、本発明を、図面を参照しながらより詳細に説明する。

本発明に係る、ＷＩＭセンサ上を通過する前の較正車両の概略図を示す。 （ａ）動的車輪力データ、（ｂ）ＷＩＭ信号データ、（ｃ）静的車輪力、及び（ｄ）較正関数のそれぞれの概略図を示す。

図１は、ＷＩＭセンサ２（Ｗｅｉｇｈ−ｉｎ−Ｍｏｔｉｏｎ；走行車両重量計測）が内部に設置された道路１を示す。このＷＩＭセンサは、ＷＩＭ評価ユニット９に接続されている。較正車両３が、ここではトラックの形態で、道路１上に表されている。矢印の方向は、較正車両３の運転方向を示す。

ＷＩＭセンサ２は、その都度、車両３がその上を通過している時に車両３の動的信号Ｓを計測して、時間依存的なＷＩＭ信号データ６を得る。計測後、このデータをＷＩＭ評価ユニット９に転送し、必要であれば増幅し、評価且つ／又は他の形態に処理する。

較正車両３の車輪のうち少なくとも１つに計測車輪４を装着する。計測車輪４によって、その都度道路又はＷＩＭセンサに作用する動的な車輪力を、走行中に確定させることができる。この車輪力データ５は、時間依存的に又は位置依存的に計測することができる。このデータ５も、増幅し、評価且つ／又は他の形態に処理してもよい。

両方のデータセット、つまりＷＩＭ信号データ６及び車輪力データ５は、較正評価ユニット７に送信される。この評価ユニット７は、較正車両３にあってもよいし固定された装置にあってもよい。両方のデータセット５，６は、この評価ユニット７において同期される。これら２つのデータセット５，６の比較を使用することによって、較正関数が最終的に決定され、この較正関数がＷＩＭセンサを較正するために使用される。また、更なるデータを、較正関数８の決定に入力することもできる。これらは、特に、動的車輪力と静的車輪力との差を考慮に入れた補正係数としてもよい。このような補正係数は、例えば、経験値に基づき、あるいは、実際に計測した計測車両４からの静的車輪力に基づき、決定することが出来る。

計測車輪は、回転車輪力用動力計であり、計測セルと、それ自体が剛性のリム側及びハブ側適合部（アダプテーション）とを備えるユニットを形成する。このユニット自体がハブと共に回転することによって、テレメトリ又はスリップリングにより計測データの送信が行なわれる。計測車輪は、生じる力を直接且つ非常に正確に計測するが、これがＷＩＭセンサの較正に必須である。通例、較正装置は、較正する対象の計測装置よりもはるかに高い精度を有している必要がある。

計測車輪を用いて直接的に車輪力を計測する代わりに、例えばタイヤ空気圧を計測することによって、間接的に車輪力についての情報を導出することもできよう。しかしながら、本発明の較正に必要な精度を実現することはできない。更なる代替手段としては、車輪ハブ計測や車軸変形計測が挙げられるが、しかしこれらの計測は車両に設ける必要がある。これは、較正車両それ自体を、較正車両の使用前に常に較正する必要があるということを意味する。計測車輪を使用する場合には、計測車輪のみを較正すればよい。従って、適切なサイズの任意な車両に装着し、すぐに非常に正確なデータを得ることができる。よって、ＷＩＭセンサを、計測車輪を再装着するだけで、異なる車両又はトレーラで負荷依存的に較正できる。

図２において、動的車輪力データ５を（ａ）に、ＷＩＭ信号データ６を（ｂ）に示す。動的車輪力データ５は、車輪力の時間依存的又は位置依存的関数を示し、ＷＩＭセンサ２上を通過する前・間・そして後に計測される。値Ｆ_ｄは、基本的に一定であるが、路面によって、あるいは車両のエアロダイナミクスの関係で異なる風の状況によっても小さい変動が生じる。車輪力データ５の取得と同時に、ＧＰＳ信号を受信・記憶する。ＧＰＳ信号から、計測車輪４の正確な位置又は確定された全ての車輪力データ５の正確な時刻が得られる。

同じＧＰＳ信号を、ＷＩＭ信号データ６の場合においても受信・記憶する。図２（ｂ）のＷＩＭ信号Ｓは、常に時間依存的であり、各場合に車両の車輪が通過する時間を除いて、ゼロである。この間、各場合における荷重は、急速に増加して最大に達し、車両の車輪が通過した後再びゼロまで落ちる。

一方、２つの計測データセット５，６を同期して検出する間、ＧＰＳ時刻信号を検知することもでき、それによりＷＩＭセンサ２上を計測車輪４が通過する時刻ｔ_０を確定させることができる。この時刻ｔ_０において、狭ＷＩＭセンサ２の場合、ＷＩＭ計測信号Ｓが例えば最大となる。よって、同期中、時刻ｔ_０において確定された動的車輪力Ｆ_ｄが測定される。

他方、同期のために、各ＧＰＳ位置信号を、動的車輪力データＦ_ｄの検出と共に計測車輪４で検出することもできる。静的ＷＩＭセンサ２が同一のＧＰＳ位置信号を受信する位置で最終的に計測された車輪力データＦ_ｄを、それに応じて較正に使用する。これらの車輪力データＦ_ｄは、ＷＩＭセンサ２を通過する時刻ｔ_０においても正確に計測する。

較正関数８は、ＷＩＭセンサ２を通過した時の計測動的車輪力Ｆ_ｄを、計測車輪によるＷＩＭセンサにおける計測信号Ｓと比較することにより最終的に決定される。その結果が較正値Ｃであり、該較正値Ｃは、一定値又は関数、例えば荷重の関数とすることができる。可能な較正値Ｃを、図２（ｄ）では荷重の関数として表す。

最後に、図２（ｃ）は、計測車輪４の静的車輪力１１を示す。これはスカラー値Ｆ_ｓであり、例えば、静止位置における天秤によって又は計測車輪自体によって確定することができる。

動的車輪力Ｆ_ｄと静的車輪力Ｆ_ｓとの差は、例えば、車両のエアロダイナミクスによって起こる。これらの差を較正データＣに含めることによって、ＷＩＭ信号計測に基づき、車両３の静的荷重を推定する。これは、超荷重車両３を確定する場合に極めて重要である。しかしながら、例えば改修の必要性を確証するために、道路に対する全体の荷重を確定させる場合には、反対に、動的荷重が大事になる。静的荷重及び動的荷重の情報を同時に導出して、適宜用いることができるよう、２つの較正関数を記憶することも可能である。

確定されたデータセット５，６，１１は、その都度、較正車両３又はＷＩＭ評価ユニット９に記憶し、その後共通評価ユニット７に送給することができ、この共通評価ユニット７において、それらのデータセットを最終的に評価する。しかしながら、データセット５，６，１１を、上記通過の最中又は直後にまとめることにより、データセット５，６のいずれか１つを評価ユニット７に非接触で送信するようにするとより便利である。評価ユニット７が較正車両３に位置している場合には、ＷＩＭ信号データを較正車両３に非接触で送信しなければならない。較正関数８を確定した後、好ましくはＷＩＭ評価ユニット９にこれも非接触で送信することができ、ＷＩＭ評価ユニット９において、較正関数８をその後の計測に利用可能とすることができる。

調査によって、ＷＩＭセンサの前方の接近セクションの質が、ＷＩＭ計測データ６の計測精度に対して非常に重要であることが分かっている。道路のポットホールや凹凸は、車両を振動させ、大きな誤計測を起こしうる。従って、接近セクションにおける道路の状態を評価できるのが望ましい。この目的のために、道路状況に関する較正車両３の追加データを確定させるのが有益であることが証明されている。この追加データは、例えば、計測車輪４を用いて、又は、較正車両３に装着された追加センサ１０を用いて確定させることができる。このような追加センサの例としては特に、距離計測装置、加速度センサ、及び／又はバネ移動計測センサが挙げられる。バネ移動計測センサは、接近が、鉛直方向でいかに円滑に、均一に、そして加速することなく行なわれるかを確定させることができる。凹凸が確定された場合には、適切な対策、例えば路面舗装作業を行なう。

本発明に係る較正方法が従来の方法よりも大幅に単純で迅速且つ廉価であることを示してきた。通例、１度又は２度の計測で十分である。轍等の外的条件によって計測が誤ってしまう場合には、多く繰り返す必要がある。これは、ＷＩＭセンサ上を通過している時の車輪力データ５が、ＷＩＭセンサに接近する間のデータと比較して不釣り合いに高く増加することによって明らかになる。

１ 道路
２ ＷＩＭセンサ（走行車両重量計測（Ｗｅｉｇｈ−ｉｎ−Ｍｏｔｉｏｎ）センサ）
３ 車両、較正車両
４ 計測車輪
５ 車輪力データＦ_ｄ
６ ＷＩＭ信号データＳ
７ 評価ユニット、較正評価ユニット
８ 較正関数、較正データＣ
９ ＷＩＭ評価ユニット
１０ 更なるセンサ
１１ 静的車輪荷重Ｆ_ｓ

Claims (6)

1. 道路（１）内に設置されたＷＩＭ（Ｗｅｉｇｈ−ｉｎ−Ｍｏｔｉｏｎ；走行車両重量計測）センサ（２）であって、該ＷＩＭセンサ（２）上を車両（３）が通過している時に該車両（３）の動的及び／又は静的重量を測定するのに適したセンサを較正するための方法において、
   ハブと共に回転する回転車輪力用動力計である少なくとも１つの計測車輪（４）が備えられた較正車両によって、前記ＷＩＭセンサ（２）上を通過し、走行中、前記道路（１）及び前記ＷＩＭセンサ（２）に対する動的車輪力を、時間又は位置依存的に、前記計測車輪（４）で直接計測し、この計測された車輪力データ（５）を評価ユニット（７）に送信することと、
   前記回転車輪力用動力計は、較正する対象の前記ＷＩＭセンサ（２）よりも高い精度を有していることと、
   また、前記較正車両（３）が通過している時、前記ＷＩＭセンサ（２）で、ＷＩＭ信号データ（６）を計測し、前記評価ユニット（７）に送信することと、
   前記計測された車輪力データ（５）を前記計測されたＷＩＭ信号データ（６）と同期させ、前記計測された車輪力データ（５）の前記計測されたＷＩＭ信号データ（６）との比較に基づき、較正関数（８）を決定し、前記ＷＩＭセンサ（２）の較正に使用することと
   を特徴とする方法。
2. 道路（１）上の計測車輪（４）から静的車輪力Ｒも確定して、前記較正関数（８）の決定に含めることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記同期を、受信したＧＰＳ時刻及び／又はＧＰＳ位置を用いて実行することを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記車輪力データ（５）及び／又は前記ＷＩＭ信号データ（６）を、前記評価ユニット（７）に非接触で送信することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記ＷＩＭセンサ（２）を通過する前の領域における前記較正車両（３）について、道路状況に関する追加データを確定することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記計測車輪（４）を用いて、又は、前記較正車両（３）に装着された追加センサ（１０）、又は距離計測装置、加速度センサ及び／又はバネ移動計測センサを用いて追加データを確定することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。

Images