JP6531193B2 - 動的重量計測センサを較正するための装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、独立請求項１の前文に記載された動的重量計測（ＷＩＭ）センサを較正するための装置に関するものである。本発明は、独立請求項１０の前文に記載されたＷＩＭセンサを較正する方法にも関するものである。

ＷＩＭセンサは、車道内に挿入することができる力変換器である。車道内に挿入されたＷＩＭセンサによって、車道を走行する車両の重量を監視することが可能である。測定された重量から、多様な交通パラメータ（例えば、移動車両の車輪重量、車軸重量、総重量、タイヤ空気圧）に関する情報を決定することができる。多くの場合、ＷＩＭセンサは、ＷＩＭセンサ上で通常の交通速度で走行する車両の重量を測定する圧電・力変換器である。圧電・力変換器は、測定された重量の量に比例する電気信号を生成し、評価ユニットに送信して評価される。したがって、ＷＩＭセンサ及び評価ユニットは、交通情報の自動測定のためのシステムを構成する。

ＷＩＭセンサは車道内に現場で挿入され、これは設置の質の違いにつながる。設置の質とは、車道内に挿入されたＷＩＭセンサの実際の状態である。設置の質には、上部構造、下部構造、及び地下を含む車道建設の質が含まれる。水害によって引き起こされる車道建設の空洞は、例えば、ＷＩＭセンサの品質パラメータ（例えば、その感度、直線性、ヒステリシスなど）に影響を及ぼす。しかしながら、路面の下のＷＩＭセンサの異なる設置深度もまた、その品質パラメータに影響を与える。また、路面に隆起又は窪みの存在もまた、品質パラメータに影響を与える。感度とは、圧電・力変換器によって放出された電気信号の変化と、検出された重量の変化との間の関係である。直線性とは、取得された重量の量と、圧電・力変換器によって放出された電気信号との間の比例（均整）からの偏差である。ヒステリシスとは、重量の量が最初に増加する重量によって、次いで減少する重量によって達成される場合に、測定された重量の量に対して、圧電・力変換器によって放出された電気信号の最大の差である。

高精度に車道内に挿入されたＷＩＭセンサの設置の質を特徴付けることができることが望ましい。

また、法的に拘束力のある方法で過負荷制御又は重量ベースの料金収受を可能にするために、交通情報を高精度に測定する必要がある。この点で、国際法定計量機関（ＯＩＭＬ）は、標準的なＯＩＭＬ Ｒ−１３４において、動いている車両の総重量を決定するために最高０．１０％の精度を推奨している。これには、車道内に挿入されたＷＩＭセンサの較正が必要となる。

車道内に挿入されたＷＩＭセンサの較正のための方法が、特許文献１に開示されている。この目的のために、動力計を含む較正車両がＷＩＭセンサ上を移動される。動力計は、較正車両の車輪に取り付けられている。動力計は、ＷＩＭセンサ上を移動する間に、ＷＩＭセンサが較正車両の重量を取得しながら、車輪に作用する車輪力を時間又は位置に依存して測定する。動力計による車輪力の測定は、ＷＩＭセンサによる重量の測定よりもかなり正確である。動力計は、測定された車輪力に対応する車輪力データを送信し、ＷＩＭセンサは、測定された重量に対応する重量データを送信し、前記データは、評価ユニット内で互いに比較される。この比較から、ＷＩＭセンサの較正機能が決定される。

特許文献１に開示された較正方法は、車道の状態に依存することが分かっている。路面は摩耗する可能性がある。ＷＩＭセンサの近くの車道の穴やわだちは、較正機能を無効にする可能性があり、その場合、較正機能は不正確になる。そのため、較正プロセスを繰り返さなければならず、時間がかかる。

また、特許文献１は、較正車両の車軸変形を測定し、これらの車軸変形を較正車両の重量との関係で測定する可能性を述べている。しかしながら、これには、較正車両自体の較正が必要であり、時間と費用がかかるプロセスである。

スイス特許出願公開第７０２９６３Ａ１号公報

本発明の第１の目的は、車道内に挿入されたＷＩＭセンサを高精度に較正することができるＷＩＭセンサの較正装置を提供することである。本発明の別の目的は、車道内に挿入されたＷＩＭセンサを高精度に較正することができるＷＩＭセンサを較正する方法を提供することである。

これらの目的のうちの少なくとも１つは、独立請求項の構成によって達成される。

本発明は、車道内に挿入された動的重量計測（ＷＩＭ）センサを較正するための装置に関し、この装置は少なくとも１つの力センサを含み、力センサは基準力を検出し、ＷＩＭセンサは、この基準力に対して較正可能である。また、装置は、アプリケータを含み、アプリケータは、車道内に基準力を導入するように構成される。この装置は、アクチュエータを含み、アクチュエータは、基準力を発生させ、アクチュエータ、力センサ、及びアプリケータは、互いに機械的に接続されて車両を形成する。

特許文献１に記載された従来技術では、較正車両の車輪に作用する車輪力が検出され、ＷＩＭセンサは、較正車両の重量によって較正される。この目的のために、車輪力と較正車両の重量とが互いに一定の関係を有すると仮定する。しかしながら、車輪力は車道の状態に依存し、窪みやわだちの存在下で、また路面の性質に応じて変化し得ることが今や判明している。また、較正車両の振動も、較正にとって有害であることが判明している。なぜなら、これらの振動は、検出される車輪力と測定される重量の両方に重畳される外乱力として現れるからである。

これは、アクチュエータが高い精度で基準力を生成する本発明の装置によって対処される。生成される基準力は、力センサによって高精度に検出され、アプリケータによって高精度に車道に導入される。この目的のために、アクチュエータ、力センサ、及びアプリケータは、互いに機械的に接続されて車両を形成する。このように、基準力の生成、検出、及び導入は、一台の車両内で同時に高精度に実行される。

本発明はまた、車道内に挿入された動的重量計測（ＷＩＭ）センサを較正する方法に関し、ＷＩＭセンサは較正経路に沿って較正され、少なくとも１つの力センサによって基準力が検出され、基準力は、較正経路に沿ってアプリケータによって車道内に導入され、基準力は、ＷＩＭセンサの設置場所でＷＩＭセンサによる重量として検出され、ＷＩＭセンサによって測定された重量は検出された基準力と比較され、ＷＩＭセンサの設置場所に対する較正経路上の位置が、少なくとも１つの位置センサによって検出され、アプリケータは、駆動ユニットによって較正経路に沿って動かされる。

本発明に係る方法では、ＷＩＭセンサの設置場所に対する較正経路上の位置が、位置センサによって高精度に測定される。続いて、基準力がアプリケータによって較正経路に沿って車道内に導入される。こうして、較正経路上の位置が高精度に検出され、したがって、車道内に挿入されたＷＩＭセンサの設置の質も、力センサ及びＷＩＭセンサによって高精度に特徴付けられる。このようにして、本発明に係る方法は、ミリメートル範囲の精度でＷＩＭセンサの設置場所を検出し、ＷＩＭセンサの設置場所に対してミリメートル範囲の精度でアプリケータを移動させることを可能にする。ＷＩＭセンサの設置場所で路面に隆起又は窪みがある場合、これは力センサ及びＷＩＭセンサによってミリメートル範囲の精度で検出され、較正時に考慮される。特許文献１に記載されている従来技術では、較正車両の位置分解能は、著しく低い精度で達成されるＧＰＳ信号によって実行される。

以下において、本発明を以下の図を参照して例示的に説明する。

ＷＩＭセンサが進行方向に沿って較正されている車道内に挿入されたＷＩＭセンサを較正するための装置の好ましい一実施形態の概略図を示す。 ＷＩＭセンサがセンサの長手方向に沿って較正されている図１に係る装置の概略図を示す。 ＷＩＭセンサがセンサの長手方向に沿って較正されている図１又は図２に係る装置の一部の斜視図を示す。 ＷＩＭセンサがセンサの長手方向に沿って較正されている図１〜図３に係る装置の一部の上面図を示す。 図１〜図４に係る装置のフレームの基部に対する長手方向支持部のためのガイドの一部の斜視図を示す。 図１〜図４に係る装置の広幅ホイールを備えたアプリケータを含む車両の第１の実施形態の一部の斜視図を示す。 図１〜図４に係る装置の狭幅ホイールを備えたアプリケータを含む車両の第２の実施形態の一部の斜視図を示す。 図１〜図４に係る装置のパンチの形状のアプリケータを含む車両の第３の実施形態の一部の斜視図を示す。 車道内に挿入されたＷＩＭセンサを較正するための図１〜図４に係る装置の概略図を示す。

図１及び図２は、車道２内に挿入されたＷＩＭセンサ３を較正するための装置１の好ましい一実施形態の２つの概略図を示す。車道２上では、車両は進行方向又は反対方向に走行している。車道２は、表面を含む。表面は、機械的に耐性のある材料（例えば、アスファルト、コンクリートなど）からなる。

好ましくは、ＷＩＭセンサ３は、測定された重量に比例する電気信号を生成する圧電・力変換器である。ＷＩＭセンサ３は、センサの長手方向にいくつかの圧電変換器素子を含み、好ましくは互いに８０ｍｍ〜１２０ｍｍの距離に配置されている。好ましくは、重量の検出は、１ｋＨｚ未満の時間分解能で行われる。電気信号は、評価ユニット４に送信され、そこで評価される。これは、図９に係る装置１の概略図に表されている。

ＷＩＭセンサ３は、車道２内の溝内に埋め込まれ、被覆剤で封止される。溝の寸法は、ＷＩＭセンサ３が完全に内部に収容されるような寸法である。溝は、センサの長手方向に車道２の表面の下に、垂直方向又は進行方向に対してある角度をなして延びている。好ましくは、ＷＩＭセンサ３は、センサの長手方向に１０００ｍｍ以上の長さを有し、一方、進行方向には約３０ｍｍ〜５０ｍｍの幅を有し、鉛直方向には２０ｍｍ〜７０ｍｍの高さを有する。被覆剤は、ＷＩＭセンサ３を覆い、車道２の表面と同一平面にある。本発明の意味において「同一平面」という用語は、被覆剤が車道２の表面上に突出しないことを意味する。鉛直方向は、車道２の表面に垂直である。ＷＩＭセンサ３は、車道２内に完全に埋め込まれており、鉛直方向において、車道２の表面の約５０ｍｍ下に配置されている。被覆剤は、表面と色が異なり、化学的性質も異なり、車道２内のＷＩＭセンサ３の設置場所が被覆剤によって容易に識別されるようになっている。図１〜図４において、センサの長手方向は、進行方向に対して垂直である。本発明を知る当業者は、異なる長さ及び幅を有するＷＩＭセンサを提供することもでき、例えば、ＷＩＭセンサは、幅２００ｍｍ〜８００ｍｍ、長さ２００ｍｍ〜８００ｍｍ、高さ２０ｍｍ〜７０ｍｍを有する直方体形状とすることができる。更に、ＷＩＭセンサは、直径２００ｍｍ〜８００ｍｍ、高さ２０ｍｍ〜７０ｍｍの円筒形とすることができる。更に、ＷＩＭセンサは、被覆剤によって封止されること無しに車道内の溝に埋め込まれてもよい。被覆剤の代わりに、ＷＩＭセンサには路面と同一平面の被覆板を設けることができる。ＷＩＭセンサは、動力計とすることができる。

装置１は、較正すべきＷＩＭセンサ３において車道２上で組み立てられ、ＷＩＭセンサ３が較正された後に車道２から分解される。これを行うために、装置１は、輸送車両上の使用場所へ及びそこから輸送される。車道２は、較正中に車両交通用に使用することはできない。迅速な組立及び分解のために、装置１の少数の構成要素のみが車道２上に配置され、一方、装置１の更なる構成要素は輸送車両内に配置されたままである。いくつかの構成要素（例えば、アクチュエータ１１及び少なくとも１つの力センサ１２）は、フレーム１３のみが車道２上に配置されるようにフレーム１３上に配置される。装置１の更なる構成要素（例えば、データ取得ユニット３０、処理ユニット３１、空気圧ポンプ１９、少なくとも１つの電源２５，２５’、真空ポンプ２６など）は、輸送車両内に配置されたままである。

フレーム１３は、機械的に耐性のある材料（例えば、純金属、アルミニウム合金、ニッケル合金、コバルト合金、鉄合金など）でできている。フレーム１３は、基部１３１と長手方向支持部１３２とを含む。車道２に対して、基部１３１は、長手方向支持部１３２の下に配置される。上面視において、基部１３１は、好ましくは矩形の形状である。フレーム１３は、ＷＩＭセンサ３の設置場所での車道２の表面部分がフレーム１３によって囲まれるように、車道２上に配置される。更に、図１及び図２において、フレーム１３によって囲まれた車道２上の表面部分も、好ましくは矩形の形状である。

好ましくは、基部１３１は複数の車輪を含み、それによって車道２上を移動することができる。基部１３１は複数の脚部１７−１７’’’を含み、それによって車道２上に配置される。基部１３１は、脚部１７−１７’’’によって車道２上に配置された後、もはや車道２上をあちこち移動することはできない。好ましくは、基部１３１は、４つの脚部１７−１７’’’を介して車道２上に載置される。４つの脚部１７−１７’’’は、矩形の基部１３１の四隅に位置している。

基部１３１を車道２に固定するために、固定ウェイトを装置１に取り付けることができる。好ましくは、装置１は、複数の片持ちアーム１８−１８’’’を含み、それによって固定ウェイトを基部１３１及び／又は脚部１７−１７’’’に直接取り付けることができる。図１に示すように、片持ちアーム１８−１８’’’は、各脚部１７−１７’’’に配置されている。片持ちアーム１８−１８’’’は、固定ウェイト（図示せず）によって重み付けされている。固定ウェイトを使用できるので、輸送車両及び付随する車両は、片持ちアーム１８−１８’’’上に駐車することができる。その代わりに、又は片持ちアーム１８−１８’’’に加えて、基部１３１はまた、脚部１７−１７’’’と車道２との間の真空によって車道２上に固定することができる。この目的のために、各脚部１７−１７’’’は、各脚部１７−１７’’’と車道２との間の空洞を気密に封止するために、車道２に面する側にシールを備えている。真空は、真空ポンプ２６によって各空洞内に生成される。真空は、真空計２７によって測定される。真空計２７は、測定された真空の量に対応する電気信号を放出する。７００ｍｂａｒ未満の真空は、１つの脚部１７−１７’’’当たり数ｋＮの力で車道２に脚部１７−１７’’’をしっかりと接着させる。このようにして、基部１３１が車道２上に固定されるように、基準力を補償するのに十分な大きさの反力が生成される。これは、図９に示される装置１の概略図でより詳細に表される。

ＷＩＭセンサ３が較正される方向は、較正方向と呼ばれる。図１に示すように、較正方向は進行方向に平行に延び、ＷＩＭセンサ３は進行方向に沿って較正される。図２に示すように、較正方向はセンサの長手方向に平行に延び、ＷＩＭセンサ３はセンサの長手方向に沿って較正される。図１〜図４において、較正の方向は太い矢印で示されている。ＷＩＭセンサ３が較正方向に較正される経路は、較正経路１４と呼ばれる。図１及び図２において、較正経路１４は一点鎖線で描かれている。較正経路１４は、フレーム１３によって囲まれている。したがって、車道２内に挿入されたＷＩＭセンサ３の較正は、フレーム１３内で実行される。

長手方向支持部１３２は、較正経路１４と平行に延びている。フレーム１３は、較正経路１４をＷＩＭセンサ３の設置場所に対して位置決めするためのガイド１３３を特徴とする。ガイド１３３は、長手方向支持部１３２と基部１３１との間に配置される。ガイド１３３によって、長手方向支持部１３２は基部１３１全域に亘って移動可能である。詳細は図５に示されている。ガイド１３３は、較正の方向に垂直な方向に移動可能な少なくとも１つのスライドを含む。好ましくは、スライドは、プロファイル上で移動可能に案内される。スライド上で、長手方向支持部１３２は、ＷＩＭセンサ３の設置場所に配置された基部１３１に対して較正方向に対して垂直に±１００ｍｍだけ移動させることができる。これは、図５に長い二重矢印によって示されている。スライドは、ロックレバーによって所望の位置に手動で固定することができる。ガイド１３３は、少なくとも１つの長手方向調整手段を含み、それによって長手方向支持部１３２が較正の方向及びその反対方向に移動可能である。好ましくは、長手方向調整手段は、互いに重なり合って互いに対して移動する２つのプロファイルからなる。２つのプロファイルは、ねじ接続を介して所望の位置に固定することができる。長手方向支持部１３２は、ＷＩＭセンサ３の設置場所に配置された基部１３１に対して長手方向調整手段によって較正方向に±１０ｍｍだけ移動させることができる。これは、図５に短い二重矢印によって示されている。更に、長手方向調節手段によって、長手方向支持部１３２は、較正の方向に対して鋭角に動かすことができる。ガイド１３３により、長手方向支持部１３２を所望の位置に対して移動させ、ＷＩＭセンサ３の設置場所に対して１．０ｍｍ未満の精度で位置決めすることが可能である。

装置１は、ＷＩＭセンサ３の設置場所に対する較正経路１４の位置を検出するための少なくとも１つの位置センサ１６、１６’を含む。好ましくは、位置センサ１６、１６’は、発光体（例えば、発光ダイオード、レーザダイオードなど）である。位置センサ１６、１６’は、１．０ｍｍ未満の直径を有する可視範囲の光ビームを放射する。好ましくは、位置センサ１６、１６’は、長手方向支持部１３２に固定して取り付けられ、車道２上の光ビームの投影は、較正経路１４の位置を画定する。長手方向支持部１３２は、光ビームの投影がＷＩＭセンサ３の設置場所と一致するように移動される。図３及び図４に示すように、２つの位置センサ１６、１６’は、互いに間隔をあけて長手方向支持体１３２に取り付けられる。２つの位置センサ１６、１６’の光ビームの車道２への投影は、互いに離間しており、較正経路１４上の２つの空間的に分離した位置を形成する。好ましくは、第１の位置センサ１６の光ビームの投影は、車道２上の較正経路１４の開始位置を形成し、第２の位置センサ１６’の光ビームの投影は、車道２上の較正経路１４の終了位置を形成する。これらの２つの光ビームの投影がＷＩＭセンサ３の設置場所と一致すると、ＷＩＭセンサ３の設置位置に対する較正経路１４の開始位置及び終了位置が検出される。ＷＩＭセンサ３の設置場所に対する較正経路１４の位置の検出は、１．０ｍｍ未満の精度で行われる。当業者であれば、本発明を知ることにより、３つ以上の位置センサを提供することもできる。更に、当業者は、長手方向支持体上に配置された１つの位置センサのみをセンサガイドに沿って移動可能に設けることもでき、それによってセンサガイドにより案内される位置センサは、長手方向支持部上の複数の空間的に分離された構成内の較正経路上に空間的に分離された位置を形成する。

アクチュエータ１１は、ＷＩＭセンサ３を較正するのに役立つ基準力を生成する。好ましくは、アクチュエータ１１は、空気圧シリンダである。この目的のために、装置１は、空気圧ポンプ１９、空気弁２０、及び空気圧制御ユニット２１を含み、これらは図８に概略的に示されている。空気圧ポンプ１９は、圧縮空気を生成する。圧縮空気は、空気弁２０を介して入口に流入し、空気弁２０は、圧縮空気の入口へのアクセスを開閉することができる。圧縮空気が空気圧シリンダに供給される。空気圧制御ユニット２１は、供給量及び供給時間を制御する。空気圧シリンダを加圧すると、基準力が生成される。好ましくは、基準力は、１００Ｎ〜１０ｋＮである。基準力は、０．０１％未満の精度で生成される。この精度では、基準力は、１ミリ秒〜１００秒の間、一定である。

力センサ１２は、基準力を検出する。好ましくは、空気圧シリンダは、力センサ１２に直接作用する。好ましくは、力センサ１２は、測定された基準力の量に比例する電気信号を生成する圧電・力変換器である。力センサ１２は、０．０１％未満の精度で１ｋＨｚ未満の時間分解能で基準力を検出する。したがって、基準力の生成と検出の両方の精度は、移動する車両の重量を決定するために規格ＯＩＭＬ Ｒ−１３４で推奨される精度よりも少なくとも１桁大きい。

好ましくは、装置は、少なくとも１つの外乱力センサ２２−２２’’’を含む。外乱力センサ２２−２２’’’は、フレーム１３に取り付けられ、外乱力を測定する。外乱力は、車道２内に挿入されたＷＩＭセンサ３の較正中にフレーム１３に作用する力である。外乱力は、駆動ユニット１０からの振動であるかもしれない。外乱力はまた、車道２上で転動するアプリケータ１５、１５’の車輪によって生成された反作用力であってもよい。更に、外乱力は、アプリケータ１５、１５’の車輪が車道２内のバンプ上を転動するために発生する機械的衝撃に起因する可能性がある。図２〜図５に示すように、４つの外乱力センサ２２−２２’’’が、長手方向支持部１３２と基部１３１との間に延びるガイド１３３の部分に取り付けられている。好ましくは、外乱力センサ２２−２２’’’も、検出された外乱力の量に比例する電気信号を生成する圧電・力変換器である。４つの外乱力センサ２２−２２’’’は、相互に離間してフレーム１３上に配置され、動力計を形成する。動力計は、外乱力の複数の成分を検出するだけでなく、外乱モーメントの複数の成分もまた検出する。外乱力センサ２２−２２’’’は、０．０１％未満の精度と１ｋＨｚ未満の時間分解能で外乱力を測定する。フレームに取り付けられた外乱力センサを使用する代わりに、本発明を知る当業者はまた、車両に取り付けられた動力計の実施形態において外乱力センサを使用することもできる。

装置１は、基準力を車道２に導入するための少なくとも１つのアプリケータ１５、１５’’を含む。好ましくは、空気圧シリンダは、アプリケータ１５、１５’’に直接作用する。アクチュエータ１１、力センサ１２、及びアプリケータ１５、１５’’は、互いに機械的に接続され、車両５−５’’を形成する。この点に関して、図６〜図８は、異なるアプリケータ１５〜１５’’を含む車両５−５’’の３つの異なる実施形態を示す。図６によれば、アプリケータ１５は、広幅車輪を含む広幅ホイールである。広幅車輪の幅は、１００ｍｍ〜２００ｍｍである。広幅車輪は、進行方向におけるＷＩＭセンサ３の幅よりも著しく広い。更に、広幅車輪は、ＷＩＭセンサ３内の圧電変換器素子の間隔よりもかなり広幅である。図７によれば、アプリケータ１５’は、狭幅車輪を有する狭幅ホイールである。狭幅車輪の幅は、３０ｍｍ〜５０ｍｍである。したがって、狭幅車輪の幅は、進行方向におけるＷＩＭセンサ３の幅と同一である。更に、狭幅車輪は、ＷＩＭセンサ３内の圧電変換器素子の間隔よりもかなり狭幅である。図８によれば、アプリケータ１５’’は、矩形のパンチを含むパンチの形状を有する。パンチの直径は、３０ｍｍ〜５０ｍｍである。したがって、パンチの直径は、進行方向におけるＷＩＭセンサ３の幅と同一である。パンチの直径は、ＷＩＭセンサ３内の圧電変換器素子の間隔よりも狭い。

車道２に関して、車両５−５’’は、長手方向支持部１３２の下に配置される。長手方向支持部１３２は、ガイドレールを含み、車両５−５’’は、較正経路１４に沿ってガイドレール内で移動可能である。車両５−５’’は、基部１３１によって囲まれた車道２の表面部分内で移動することができる。車道２上の人は、基部１３１によって車両５−５’’から空間的に分離されており、ＷＩＭセンサ３の較正中の人の安全性を保証する。

装置１は、車両５−５’’を移動させるための駆動ユニット１０を含む。好ましくは、駆動ユニット１０は、電気駆動装置（例えば、非同期モータ）である。駆動ユニット１０は、駆動制御ユニット２８によって制御される。図５に示すように、駆動ユニット１０は、長手方向支持部１３２の一端に取り付けられ、ベルトを介して車両５−５’’に機械的に接続される。このようにして、駆動ユニット１０のシャフトの回転は、車両５−５’’の平行移動をもたらす。駆動ユニット１０によって発生された駆動力は、ベルトを介して車両５−５’’に伝達される。好ましくは、車両５−５’’は、最高１．０ｍ／秒の速度で較正経路１４に沿って移動される。好ましくは、車両５−５’’は、最高１．０ｍ／秒^２の加速度で較正経路１４に沿って加速及び減速される。

このようにして、較正経路１４に沿ってアプリケータ１５、１５’の車輪を連続的に転動させることによって、基準力が連続的に車道２に導入されるか、あるいはまた、較正経路１４に沿ってアプリケータ１５’のパンチを不連続に下ろすことによって基準力が不連続的に車道２に導入される。基準力が不連続的に導入されると、アプリケータ１５’’のパンチは、較正経路１４に沿っていくつかの較正位置に位置決めされる。これらの較正位置は、互いに所定の距離を有する。好ましくは、基準力は、較正位置においてのみ車道２内に導入される。アプリケータ１５’’は、１つの較正位置から次の較正位置まで基準力無しで移動される。このようにして、アプリケータ１５’’のパンチは、ＷＩＭセンサ３の圧電変換器素子に位置決めされ、圧電変換器素子は、所定の基準力ランプに対して個別に較正される。基準力ランプは、異なる量の複数の基準力からなる。好ましくは、基準力ランプの基準力の量は、約１桁の範囲内で変化する。基準力ランプは、上方又は下方に変化する。このようにして、各圧電変換器素子に対して、感度、直線性、及びヒステリシスが特徴づけられる。

好ましくは、駆動ユニット１０は、車両５−５’’が較正経路１４に沿って移動されたときにシャフトの角度位置を検出する駆動ユニット１０のシャフトに取り付けられたインクリメンタルエンコーダ１１０を含む。インクリメンタルエンコーダ１１０は、１度未満の角度分解能及び１ｋＨｚ未満の時間分解能で角度位置を測定する。したがって、１．０ｍｍ未満の位置分解能で較正経路１４に沿った車両５−５’’の移動を測定することができる。インクリメンタルエンコーダ１１０用の基準位置を規定するために、車両５−５’’は、較正経路１４の始め又は終わりに位置変換器に移動される。位置変換器は、較正経路１４上の基準位置内で車両５−５’’を検出する。位置変換器は、誘導変換器、磁気変換器、メカニカルストップなどとすることができる。インクリメンタルエンコーダ１１０は、測定された角度に対応する電気信号を放出する。更に、位置変換器は、測定された基準位置に対応する電気信号を放出する。較正経路１４の異なる位置で異なる時間に測定された角度位置を評価することにより、車両５−５’’の動きが位置分解的に測定される。測定された基準位置の評価は、較正経路１４に沿った車両５−５’’の絶対位置を与える。

好ましくは、車両５−５’’は、少なくとも１つの表面プロファイルセンサ９を含む。表面プロファイルセンサ９は、較正経路１４に沿った車道２の表面プロファイルを測定する。表面プロファイルは、車道２の表面内の隆起又は窪みを示す。表面プロファイルセンサ９は、車両５−５’’にしっかりと取り付けられている。表面プロファイルセンサ９は、少なくとも１つの発光体（例えば、レーザダイオード、発光ダイオードなど）を含む。光センサは、較正経路１４に向けられ、較正経路１４上に光ビームを放射する。光のビームは、較正経路１４において車道２の表面から反射される。表面プロファイルセンサ９は、少なくとも１つの受光器（例えば、フォトダイオード、フォトレジスタなど）を含む。受光器はまた、較正経路１４に向けられ、較正経路１４上の車道２の表面で反射された戻り光ビームを測定する。較正経路１４上の車道２の表面に対する表面プロファイルセンサ９の距離が、車道２の表面内の隆起又は窪みによって変化した場合、これは戻り反射光ビームが検出される角度も変化させる。車両５−５’’が較正経路１４に沿って移動する間に、表面プロファイルセンサ９は、こうして１ｍｍ未満の距離分解能及び１ｋＨｚ未満の時間分解能で距離の変化を測定する。表面プロファイルセンサ９は、測定された距離の変化に対応する電気信号を放出する。較正経路１４の異なる位置で測定された距離の変化を評価することにより、較正経路１４に沿った車道２の表面プロファイルが高精度に決定される。表面プロファイルが所定の閾値よりも大きい隆起又は窪みを含む場合、車道２内のＷＩＭセンサ３の設置場所を再加工する必要があるという指示が与えられてもよい。車道２の表面プロファイルは、２次元的又は３次元的に決定することができる。２次元の表面プロファイルの場合、車道２の表面までの距離の変化は、較正方向に沿った線上で測定される。３次元の表面プロファイルの場合、較正方向に沿う車道２の幅にわたる車道２の表面までの距離の変化が検出される。好ましくは、車道２の幅は、少なくともＷＩＭセンサ３の幅と同じ幅である。

少なくとも１つの電源２５、２５’は、独立して動作させることができるように、装置１に供給される電力を生成する。好ましくは、第１の電源２５は、空気圧ポンプ１９及び真空ポンプ２６用の三相電力を生成し、一方、第２の電源２５’は、駆動ユニット１０、駆動制御ユニット２８、データ取得ユニット３０、及び処理ユニット３１用の単相電力を生成する。詳細は、図９に係る装置１の概略図に示されている。

車道２内に挿入されたＷＩＭセンサ３の較正は、スターター２９によって開始され、停止される。スターター２９はまた、装置１を操作する者がいて、動作可能かどうかを調べる無人制御（ｄｅａｄ ｍａｎ’ｓ ｃｏｎｔｒｏｌ）としても機能する。

データ取得ユニット３０は、ＷＩＭセンサ３により検出された重量の大きさに関して、評価ユニット４からデジタルデータを取得する。インクリメンタルエンコーダ１１０から、データ取得ユニット３０は、駆動ユニット１０のシャフトの角度位置に関する電気信号を受信する。位置変換器から、データ取得ユニット３０は、較正経路１４上の車両５−５’’の基準位置に関する電気信号を受信する。表面プロファイルセンサ９から、データ取得ユニット３０は、表面プロファイルセンサ９によって検出された距離の変化に関する電気信号を受信する。力センサ１２から、データ取得ユニット３０は、力センサ１２によって測定された基準力に関する電気信号を受信する。外乱力センサ２２−２２’’’から、データ取得ユニット３０は、外乱力センサ２２−２２’’’によって測定された外乱力に関する電気信号を受信する。真空ゲージ２７から、データ取得ユニット３０は、真空ゲージ２７によって測定された真空の量に関する電気信号を受信する。測定された電気信号は、データ取得ユニット３０によって電気的に増幅され、デジタルデータに変換することができる。

処理ユニット３１は、データメモリ及びプロセッサを含むコンピュータである。データメモリには、少なくとも１つの評価プログラムが格納されており、前記評価プログラムは、プロセッサによって実行される。データ取得ユニット３０は、処理ユニット３１と通信を行う。このようにして、データ取得ユニット３０は、処理ユニット３１にデジタルデータを配信し、そこで評価プログラムにおいて評価される。評価プログラムは、ＷＩＭセンサ３によって測定された重量に関するデジタルデータを力センサ１２によって測定された基準力と比較する。評価プログラムは、較正経路１４の異なる位置での表面プロファイルセンサ９から車道２の表面までの距離の変化に対応するデジタルデータから較正経路１４に沿った車道２の表面プロファイルを決定する。

評価プログラムは、測定された重量に対応するデジタルデータを、測定された基準力に対応するデジタルデータと比較する。比較の結果は、較正値又は較正関数である。この比較において、評価プログラムは、測定された外乱力及び表面プロファイルの両方のデジタルデータも考慮に入れる。測定された重量に関するデジタルデータは、測定された基準力のデジタルデータと、測定された外乱力のデジタルデータ及び測定された表面プロファイルのデジタルデータと比較される。更に、表面プロファイルによって測定された重量の補正が、例えば、表面プロファイル内の隆起又は窪みを考慮に入れることにより行われる。

また、処理ユニット３１は、較正経路１４に沿った車両５−５’’の移動に関するデジタルデータを、データ取得ユニット３０に送信し、そこで、これらのデジタルデータが電気信号に変換される。データ取得ユニット２８は、駆動ユニット１０により駆動される較正経路１４に沿って、車両５−５’’の移動に対応した電気信号を駆動制御ユニット２８に送信する。こうして、それは、車両５−５’’の動作の開始及び停止に関する電気信号を駆動制御ユニット２８に送信する。

好ましくは、車道２内に挿入されたＷＩＭセンサ３は、進行方向に平行な較正方向に少なくとも１回較正され、センサの長手方向に平行な較正方向に少なくとも１回較正される。好ましくは、車道２に挿入されたＷＩＭセンサ３は、複数の較正経路１４からなるグリッドの形で較正される。グリッド内では、較正経路１４は、平行に互いに２０ｍｍ〜２００ｍｍの間隔で延びている。

進行方向に平行に延びる較正方向に対して、ＷＩＭセンサ３は、例えば、１００ｍｍの間隔を有する１０個の圧電変換器素子によって、好ましくは５０ｍｍの間隔を有する較正経路１４のグリッド内で較正される。このようにして、圧電変換器素子が配置された領域内で進行方向に装置１をＷＩＭセンサ３上で移動させることによって、各圧電変換器素子は較正される。この場合、圧電変換器素子は、大きな重量を測定する。更に、各圧電変換器素子は、隣接する２つの圧電変換器素子の間の領域内で進行方向に装置１をＷＩＭセンサ３上で移動させることによって較正される。この場合、両方の圧電変換器素子は、同じ重量を測定する。

センサの長手方向に平行に延びる較正方向に対しては、４０ｍｍの幅を有するＷＩＭセンサ３は、好ましくは、相互に４０ｍｍの間隔を有する較正経路１４のグリッドによって較正される。このようにして、ＷＩＭセンサ３は、装置１をセンサの長手方向に、ＷＩＭセンサ３の設置場所の上に正確に移動させることによって較正され、これによってＷＩＭセンサ３は大きな重量を測定し、更にすべての圧電変換器は大きな重量を測定する。また、ＷＩＭセンサ３は、装置１をセンサの長手方向に、ＷＩＭセンサ３の設置場所から４０ｍｍの距離で移動させることによって較正され、この場合、ＷＩＭセンサ３は、小さな重量を測定し、また、すべての圧電変換器は、小さな重量を測定する。

１ 装置
２ 車道
３ ＷＩＭセンサ
４ 評価ユニット
５−５’’ 車両
９ 表面プロファイルセンサ
１０ 駆動ユニット
１１ アクチュエータ
１２ 力センサ
１３ フレーム
１４ 較正経路
１５、１５’’ アプリケータ
１６、１６’ 位置センサ
１７−１７’’’ 脚部
１８−１８’’’ 片持ちアーム
１９ 空気圧ポンプ
２０ 空気弁
２１ 空気圧制御ユニット
２２−２２’’’ 外乱力センサ
２５，２５’ 電源
２６ 真空ポンプ
２７ 真空計
２８ 駆動制御ユニット
２９ スターター
３０ データ取得ユニット
３１ 処理ユニット
１１０ インクリメンタルエンコーダ
１３１ 基部
１３２ 長手方向支持部
１３３ ガイド

Claims (15)

1. 車道（２）に挿入された動的重量計測（ＷＩＭ）センサ（３）を較正するための装置（１）であって、
   前記装置（１）が、少なくとも１つの力センサ（１２）を備え、該力センサ（１２）は基準力を検出するようになっており、前記ＷＩＭセンサ（３）は、前記基準力を使用して較正可能であり、
   前記装置（１）が、アプリケータ（１５、１５’’）を備え、前記アプリケータ（１５、１５’’）は、前記車道（２）に前記基準力を導入するように構成され、
   前記装置（１）が、アクチュエータ（１１）を備え、前記アクチュエータ（１１）は、前記基準力を発生させるようになっており、
   前記アクチュエータ（１１）、力センサ（１２）、及びアプリケータ（１５、１５’’）は、相互に機械的に接続されて車両（５−５’’）を形成しており、
   前記ＷＩＭセンサ（３）は、較正経路（１４）に沿って較正可能であり、前記車両（５−５’’）は、前記較正経路（１４）に沿って移動することを特徴とする装置（１）。
2. 前記装置（１）はフレーム（１３）を含み、前記フレーム（１３）は、前記ＷＩＭセンサ（３）の設置場所に対して静止状態で配置可能であり、前記車両（５−５’’）は、前記フレーム（１３）に配置されていることを特徴とする請求項１に記載された装置（１）。
3. 前記フレーム（1３）は、基部（１３１）と、長手方向支持部（１３２）とを含み、前記基部（１３１）は、車道（２）に対して前記長手方向支持部（１３２）の下に配置され、前記長手方向支持部（１３２）は、ガイドレールを備え、前記車両（５−５’’）は、前記ガイドレール内の前記較正経路（１４）に沿って移動することを特徴とする請求項２に記載された装置（１）。
4. 前記装置（１）は駆動ユニット（１０）を備え、該駆動ユニット（１０）は前記長手方向支持部（１３２）に固定され、前記駆動ユニット（１０）は、前記較正経路（１４）に沿って前記車両（５−５’’）を移動させるようになっていることを特徴とする請求項３に記載された装置（１）。
5. 前記基部（１３１）は、複数の脚部（１７−１７’’’）を備え、前記基部（１３１）は、前記複数の脚部（１７−１７’’’）によって前記車道（２）上に配置することができ、前記基部（１３１）は、前記脚部（１７−１７’’’）と前記車道（２）との間の真空によって前記車道（２）に固定することができる、及び／又は前記基部（１３１）は、固定ウェイトによって前記車道（２）に固定することができるようになっていることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載された装置（１）。
6. 前記装置（１）は、少なくとも１つの位置センサ（１６、１６’）を備え、前記位置センサ（１６、１６’）は、前記車道（２）上に投影することができる可視範囲の光ビームを放射する発光体であり、前記車道（２）上への光ビームの投影により、前記較正経路（１４）の位置を規定するようになっていることを特徴とする請求項３から請求項５までのいずれか１項に記載された装置（１）。
7. 前記フレーム（１３）はガイド（１３３）を含み、該ガイド（１３３）は、前記長手方向支持部（１３２）と前記基部（１３１）との間に配置され、前記長手方向支持部（１３２）は、前記ガイド（１３３）によって前記ＷＩＭセンサ（３）の設置場所に対して位置決め可能になっていることを特徴とする請求項６に記載された装置（１）。
8. 前記装置（１）は、少なくとも１つの表面プロファイルセンサ（９）を備え、該表面プロファイルセンサ（９）は、前記較正経路（１４）上の前記車道（２）の表面と前記表面プロファイルセンサ（９）との距離の変化を検出し、前記較正経路（１４）の異なる位置で検出された距離の変化から、前記較正経路（１４）に沿った前記車道（２）の表面プロファイルを決定できるようになっていることを特徴とする請求項２から請求項７までのいずれか１項に記載された装置（１）。
9. 請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載された装置（１）を用いて、車道（２）に挿入された動的重量計測（ＷＩＭ）センサ（３）を較正する方法であって、前記ＷＩＭセンサ（３）は較正経路（１４）に沿って較正され、少なくとも１つの力センサ（１２）によって基準力が検出され、該基準力は、前記較正経路（１４）に沿ってアプリケータ（１５、１５’’）によって前記車道（２）に導入され、前記基準力は、前記ＷＩＭセンサ（３）の設置場所で前記ＷＩＭセンサ（３）による重量として検出され、前記ＷＩＭセンサ（３）によって検出された前記重量が測定された前記基準力と比較され、
   前記ＷＩＭセンサ（３）の前記設置場所に対する前記較正経路（１４）上の位置が、少なくとも１つの位置センサ（１６、１６’）によって検出され、前記アプリケータ（１５、１５’’）は、駆動ユニット（１０）によって前記較正経路（１４）に沿って移動されることを特徴とする方法。
10. 前記基準力は、アクチュエータ（１１）によって生成され、前記アクチュエータ（１１）、力センサ（１２）、及びアプリケータ（１５、１５’’）は、相互に機械的に接続されて車両（５−５’’）を形成し、前記車両（５−５’’）は、前記駆動ユニット（１０）によって前記較正経路（１４）に沿って移動されることを特徴とする請求項９に記載された方法。
11. 前記ＷＩＭセンサ（３）の前記設置場所にフレーム（３）が設けられ、前記フレーム（３）は、長手方向支持部（１３２）及びガイド（１３３）を含み、前記長手方向支持部（１３２）は、前記ガイド（１３３）によって前記ＷＩＭセンサ（３）の前記設置場所に対して位置決めされることを特徴とする請求項１０に記載された方法。
12. 前記車道（２）に挿入された前記ＷＩＭセンサ（３）は、前記ＷＩＭセンサ（３）の幅よりも広い車輪を含む広幅ホイールアプリケータ（１５）によって進行方向に移動されるか、又は前記車道（２）に挿入された前記ＷＩＭセンサ（３）は、前記ＷＩＭセンサ（３）の幅と同一の幅の車輪を含む狭幅ホイールアプリケータ（１５’）によって進行方向に移動されるか、又は前記車道（２）に挿入された前記ＷＩＭセンサ（３）は、前記ＷＩＭセンサ（３）の幅と同一の直径を有するパンチを含むパンチ形アプリケータ（１５’’）によって進行方向に移動されることを特徴とする請求項９から請求項１１までのいずれか１項に記載された方法。
13. パンチを含むパンチ形アプリケータ（１５’’）が、前記車道（２）に挿入された前記ＷＩＭセンサ（３）に沿って移動され、前記ＷＩＭセンサ（３）は、圧電変換器素子を備え、前記パンチは、個々の圧電変換器素子に配置され、前記圧電変換器素子は、所定の基準力ランプに対して個別に較正されることを特徴とする請求項９から請求項１２までのいずれか１項に記載された方法。
14. 前記基準力ランプは、異なる大きさの複数の基準力を含み、前記基準力ランプの基準力の量は１桁以内で変化し、前記基準力ランプは、個々の圧電変換器素子で上方又は下方に変化することを特徴とする請求項１３に記載された方法。
15. 前記車道（２）内に挿入された前記ＷＩＭセンサ（３）は、進行方向に平行な較正方向に少なくとも１回較正され、前記車道（２）内に挿入された前記ＷＩＭセンサ（３）は、前記センサの長手方向に平行な較正方向に少なくとも１回較正され、前記車道（２）内に挿入された前記ＷＩＭセンサ（３）は、複数の較正経路（１４）からなるグリッドの形で較正され、前記較正経路（１４）は、前記グリッド内で互いに平行に延びることを特徴とする請求項９から請求項１４までのいずれか１項に記載された方法。