(57)【要約】  本発明は、車両２、２’、２’’、２’’’のホイールがＷＩＭセンサー５の上を移動する際の、道路セクション１上の車両２、２’’、２’’、２’’’の負荷を決定するためのＷＩＭセンサー５に関し、ＷＩＭセンサー５は、道路セクション１中の路面中に構成され、路面と一平面を形成し、ＷＩＭセンサー５は、少なくとも１つの空間２０、２１を有する、縦軸ＹＹ’に沿って伸長されるように構成されたプロファイル６として実施され、空間２０、２１中に少なくとも１つの力センサー１３が構成され、力センサー１３が力センサー信号１００を生成し、力センサー信号１００は、ホイールが上を移動する際の動的地面反力に対応し、ホイールは、道路セクション１上に力を加え、少なくとも１つの電気音響変換器１０が空間２０、２１中に構成され、電気音響変換器１０は、音波を測定し、それを変換器信号１１０として与える。センサー信号１００が、ホイールがセンサーを横断するときの動的地面反力に対応し、ホイールが車道セグメント１上に力を加え、空間２０、２１中に少なくとも１つの電気音響トランスデューサ１０が構成され、電気音響トランスデューサ１０が音波を測定し、トランスデューサ信号１１０としてそれらを与える。
2021507223.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両（２、２’、２’’、２’’’）のホイールがＷＩＭセンサー（５）を横断するときに車道セグメント（１）上の車両（２、２’、２’’、２’’’）の負荷を検出するためのＷＩＭセンサー（５）であって、前記ＷＩＭセンサー（５）が、車道表面内の前記車道セグメント（１）中に構成され、前記車道表面と同一平面に挿入され、前記ＷＩＭセンサー（５）が、縦軸（ＹＹ’）に沿って細長いプロファイル（６）の形態を有し、少なくとも１つの空間（２０、２１）を備え、前記空間（２０、２１）中に少なくとも１つの力センサー（１３）が構成され、前記力センサー（１３）が力センサー信号（１００）を生成し、前記力センサー信号（１００）は、前記ホイールが前記センサーを横断するときの動的地面反力に対応し、前記ホイールが前記車道セグメント（１）上に力を加える、ＷＩＭセンサー（５）において、少なくとも１つの電気音響トランスデューサ（１０）が前記空間（２０、２１）中に構成されることと、前記電気音響トランスデューサ（１０）が音波を測定し、それらをトランスデューサ信号（１１０）として与えることとを特徴とする、ＷＩＭセンサー（５）。
【請求項２】
少なくとも１つの電気音響トランスデューサ（１０）が特定の周波数帯域において感度を有することと、前記周波数帯域が、以下の範囲、すなわち、２０Ｈｚ〜２１ｋＨｚ（両端値を含む）の可聴範囲、２１ｋＨｚ〜１ＧＨｚ（両端値を含む）の超音波範囲のうちの少なくとも１つにおける周波数を備えることとを特徴とする、請求項１に記載のＷＩＭセンサー（５）。
【請求項３】
少なくとも１つのＡ／Ｄ変換器（１１）が前記空間（２０、２１）中に構成され、前記Ａ／Ｄ変換器（１１）が、少なくとも１つの電気音響トランスデューサ（１１）の前記トランスデューサ信号（１１０）をデジタル・トランスデューサ信号（１１１）に変換し、前記デジタル・トランスデューサ信号（１１１）を与えることと、少なくとも１つのＡ／Ｄ変換器（１１）が前記プロファイル（６）の前記空間（２０、２１）中に構成され、前記Ａ／Ｄ変換器（１１）が、前記力センサー信号（１００）を、それが与えるデジタル力センサー信号（１０１）に変換することとを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載のＷＩＭセンサー（５）。
【請求項４】
少なくとも１つのマイクロプロセッサ（８）が前記空間（２０、２１）中に構成され、少なくとも１つの不揮発性メモリ部材（９）が前記空間（２０、２１）中に構成され、前記マイクロプロセッサ（８）が、少なくとも１つのデジタル力センサー信号（１０１）と時間的に同期した様式で、少なくとも１つのデジタル・トランスデューサ信号（１１１）を検出し、少なくとも１つのアルゴリズムが前記不揮発性メモリ部材（９）に記憶され、前記マイクロプロセッサ（８）が前記不揮発性メモリ部材（９）から前記アルゴリズムをロードし、前記マイクロプロセッサ（８）が、前記アルゴリズムによって前記検出されたデジタル・トランスデューサ信号（１１１）を評価し、前記マイクロプロセッサ（８）が、前記アルゴリズムによって前記検出されたデジタル力センサー信号（１０１）を評価することと、前記マイクロプロセッサ（８）が前記評価を与えることとを特徴とする、請求項３に記載のＷＩＭセンサー（５）。
【請求項５】
前記不揮発性メモリ部材（９）又は前記外部評価部材（７）が、構成可能な時間間隔で、少なくとも１つのデジタル力センサー信号（１０１）と時間的に同期した様式で、少なくとも１つのデジタル・トランスデューサ信号（１１１）をタイム・スタンプ（１４１）とともに記憶し、前記タイム・スタンプ（１４１）が日付と時間とからなることを特徴とする、請求項４に記載のＷＩＭセンサー（５）。
【請求項６】
少なくとも１つの信号送信部材（１５）が前記プロファイル（６）において構成され、前記信号送信部材（１５）が少なくとも１つのデジタル力センサー信号（１０１）を外部評価部材（７）に送信し、前記送信が少なくとも１つの電気導体によって又は電磁波によって行われることを特徴とする、請求項５に記載のＷＩＭセンサー（５）。
【請求項７】
電源（１４）が前記空間（２０、２１）中に構成され、前記電源（１４）が、前記車道セグメント中に構成された少なくとも１つの電子部材に電力を供給し、前記マイクロプロセッサ（８）中の前記アルゴリズムが、前記車道セグメント（１）中に構成された少なくとも１つの電子部材への前記電源（１４）をオン又はオフに切り替え、前記電源（１４）が電源ランタイム中に電力を与え、前記電源（１４）が大きく放電されたときに前記電源ランタイムが終了することと、前記電子部材をオフに切り替えることが前記電源ランタイムを延長することとを特徴とする、請求項４から６までのいずれか一項に記載のＷＩＭセンサー（５）。
【請求項８】
前記アルゴリズムが、少なくとも１つの電子部材への前記電源（１４）を低減し、それによって前記電子部材を動作モードから低電力モードに切り替え、前記低電力モードにおける前記電子部材の電力要件が、前記動作モードと比較して低減されることと、前記電子部材への前記電源（１４）を低減することが前記電源ランタイムを延長することとを特徴とする、請求項７に記載のＷＩＭセンサー（５）。
【請求項９】
少なくとも１つの電気音響信号生成器（１２）が前記空間（２０、２１）中に構成され、前記電気音響信号生成器（１２）が、２１ｋＨｚ〜１ＧＨｚの周波数帯域内の周波数をもつ音波を生成し、前記マイクロプロセッサ中の前記アルゴリズムが前記音波の周波数と持続時間と強度とを制御することと、前記音波が、よく知られている様式で伝搬し、電気音響トランスデューサ（１０）が、車両（２、２’、２’’、２’’’）によって生成された音波に加えて、前記音波を前記トランスデューサ信号（１１０）として検出することとを特徴とする、請求項４から８までのいずれか一項に記載のＷＩＭセンサー（５）。
【請求項１０】
請求項４から９までのいずれか一項に記載の車道セグメント（１）上の車両（２、２’、２’’、２’’’）の存在を検出するための方法において、前記アルゴリズムが、前記ＷＩＭセンサー（５）の上を通る車両（２、２’、２’’、２’’’）の存在について、前記デジタル・トランスデューサ信号（１１１）を少なくとも１つの特性シグネチャと比較し、前記特性シグネチャが前記デジタル・トランスデューサ信号（１１１）の少なくとも１つの事前定義された周波数範囲内の少なくとも１つの既知の事前定義された信号レベルであることと、それが特性シグネチャを見つけた場合、前記アルゴリズムが、肯定存在情報（１２１）を生成し、前記肯定存在情報（１２１）が前記車道セグメント（１）上の車両（２、２’、２’’、２’’’）の存在を示すこととを特徴とする、方法。
【請求項１１】
前記アルゴリズムが、前記デジタル・トランスデューサ信号（１１１）をそれらの形状に基づいて比較し、２つのデジタル・トランスデューサ信号（１１１）の２つの認識された形状の時間オフセットから、前記２つの検出されたデジタル・トランスデューサ信号（１１１）の到着時間における時間差を計算し、前記アルゴリズムが、それが位相情報（１２５）として与える、異なる電気音響トランスデューサ（１０）からの３つのトランスデューサ信号（１１１）の前記到着時間における前記時間差を計算し、前記アルゴリズムが、前記車道セグメント上の車両（２、２’、２’’、２’’’）の位置を計算するために前記位相情報（１２５）を使用することと、前記アルゴリズムが、前記車両（２、２’、２’’、２’’’）の前記計算された位置を車両位置情報（１２２）として与えることとを特徴とする、前記空間（２０、２１）中に構成された少なくとも３つの電気音響トランスデューサ（１０）をもつ、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
車両位置情報（１２２）の時間シーケンスから、前記アルゴリズムが、前記ＷＩＭセンサー（５）の近傍における前記車両（２、２’、２’’、２’’’）の軌跡（Ｔ）を計算し、前記軌跡（Ｔ）が、３次元座標系における時間依存数学的軌跡であることと、前記アルゴリズムが前記車両（２、２’、２’’、２’’’）の前記計算された軌跡（Ｔ）を車両軌跡情報（１２３）として与えることとを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記アルゴリズムが、前記車両軌跡情報（１２３）と前記デジタル力センサー信号（１０１）とから補正されたデジタル力センサー信号（１０２）を計算し、前記アルゴリズムが、前記ＷＩＭセンサー（５）の近傍における前記車両（２、２’、２’’、２’’’）の速度である、時間に関する前記軌跡（Ｔ）の１次導関数を計算し、前記アルゴリズムが、前記ＷＩＭセンサー（５）の近傍における前記車両（２、２’、２’’、２’’’）の加速度又は半径方向加速度である、時間に関する前記軌跡（Ｔ）の２次導関数を計算し、前記加速度は、前記車両（２、２’、２’’、２’’’）がブレーキをかけるか又はそれの速度を増加させたときに生じ、前記半径方向加速度は、前記車両（２、２’、２’’、２’’’）がカーブを通って運転するときに生じ、前記アルゴリズムが、前記力センサー（１３）の位置における前記車両（２、２’、２’’、２’’’）の前記加速度又は半径方向加速度を計算するために前記車両軌跡情報（１２３）を使用し、前記デジタル力センサー信号（１０１）によって検出された、ホイールが前記力センサー（１３）に加える力と、前記加速度又は半径方向加速度とから、前記アルゴリズムが、前記車両（２、２’、２’’、２’’’）の前記加速度又は半径方向加速度によって引き起こされる、前記力の部分又はすなわち力成分を計算し、前記アルゴリズムが、この力成分と前記決定されたデジタル力センサー信号（１０１）との間の差分を計算し、この差分から、前記アルゴリズムが、前記補正されたデジタル力センサー信号（１０２）を生成し、それにより、前記補正されたデジタル力センサー信号（１０２）が、前記車両（２、２’、２’’、２’’’）の前記加速度又は半径方向加速度によって前記車道セグメント（１）上に加えられた前記力とは無関係であることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記アルゴリズムが、前記車両軌跡情報（１２３）とデジタル温度プローブ信号（１３１）と前記デジタル力センサー信号（１０１）とから、補正されたデジタル力センサー信号（１０２）を計算し、前記アルゴリズムが、前記ＷＩＭセンサー（５）の近傍における前記車両（２、２’、２’’、２’’’）の速度である、時間に関する前記軌跡（Ｔ）の１次導関数を計算し、前記アルゴリズムが、前記ＷＩＭセンサー（５）の近傍における前記車両（２、２’、２’’、２’’’）の加速度又は半径方向加速度である、時間に関する前記軌跡（Ｔ）の２次導関数を計算し、前記加速度は、前記車両（２、２’、２’’、２’’’）がブレーキをかけるか又はそれの速度を増加させたときに生じ、前記半径方向加速度は、前記車両（２、２’、２’’、２’’’）がカーブを通って運転するときに生じ、前記アルゴリズムが、前記力センサー（１３）の位置において前記車両（２、２’、２’’、２’’’）の前記加速度又は半径方向加速度を計算するために前記車両軌跡情報（１２３）を使用し、前記アルゴリズムが、前記力センサー（１３）の所定の温度依存性に基づいて前記デジタル力センサー信号（１０１）を補正し、その後、前記アルゴリズムが、前記車両（２、２’、２’’、２’’’）の前記加速度又は半径方向加速度によって引き起こされる前記力成分を計算するために、前記デジタル力センサー信号（１０１）によって決定された、ホイールが前記力センサー（１３）上に加える前記力を使用し、前記アルゴリズムが、この力成分と、前記力センサー（１３）の前記所定の温度依存性に基づいて補正された前記デジタル力センサー信号（１０１）との間の差分を計算し、これから、前記アルゴリズムが、前記補正されたデジタル力センサー信号（１０２）を生成することと、前記補正されたデジタル力センサー信号（１０２）が、したがって前記車両（２、２’、２’’、２’’’）の前記加速度によって前記車道セグメント上に加えられる前記力、及び前記力センサー（１３）の前記温度とは無関係であることとを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記アルゴリズムが、前記補正されたデジタル力センサー信号（１０２）を使用して車両（２、２’２’’２、２’’’）のホイールのホイール負荷の合計を計算し、前記車両軌跡情報（１２３）を生成し、前記アルゴリズムが、この合計を使用して、それが負荷情報（１２６）として与える前記車両（２、２’’、２’’’、２’’’’）の前記全負荷を計算し、前記アルゴリズムが、前記車両軌跡情報（１２３）から、車両に属する前記ホイールを決定し、それにより、前記アルゴリズムが、与えられた車両軌跡情報（１２３）なしに、ＷＩＭセンサー（５）と比較して、車両（２、２’、２’’、２’’’）の前記全負荷の測定精度を高めることを特徴とする、請求項１２から１４までのいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の全負荷を検出するための電気音響トランスデューサを備えるＷＩＭセンサーに関する。
【背景技術】
【０００２】
走行車両重量計測（ＷＩＭ：Ｗｅｉｇｈ−ｉｎ−Ｍｏｔｉｏｎ）システムは、車両の全負荷又は車軸負荷を検出するために、又は車軸の横断の数、若しくは車道のセグメント上の車両の数を決定するために、輸送部門において使用されている。この目的のために、ＷＩＭシステムは、少なくとも１つのＷＩＭセンサーと、さらなる外部センサーと、外部評価部材とからなる。以下では、車両は、一車両か、又は牽引車両と１つ又は複数のトレーラとからなる車両の組合せを意味すると理解される。たとえば、過負荷による車道の損傷を防ぎ、車道の使用量に依存する保守間隔を決定し、車両の全負荷又は車軸負荷又は車軸の数に依存する支払いを決定し、道路の安全を向上させるために適切である、車両の検出された全負荷又は車軸負荷に基づく対策が取られる。
【０００３】
負荷は、物体によって表面に加えられる、手短に力と呼ばれる、重量の力である。したがって、ホイール負荷は、車両のホイールによって路面に加えられる力であり、車軸負荷は、車両の車軸のすべてのホイールによって車道に加えられる力であり、全負荷は、車両のすべてのホイールによって路面に加えられる力である。
【０００４】
以下では、ホイール、ダブル・ホイール及びスーパー・シングル・ホイールは総称語ホイールによって集合的に称される。車軸は、ホイール又はダブル・ホイール又はスーパー・シングル・ホイールを有する車軸である。
【０００５】
ＷＩＭシステムのＷＩＭセンサーは、移動方向に沿って隣り合って車道表面中に挿入された複数のＷＩＭセンサーが移動方向に対して長手方向において車両のトラックを横断し、車両の各ホイール・トラックがＷＩＭセンサーによって横断されるように、車道の表面中に埋め込まれる。一般に、ＷＩＭセンサーは、縦軸に沿った細長いプロファイルの形状を有する。ホイール・トラックは、車両が車道上を走行するときの、車道表面上の車両のホイールの軌跡を意味すると理解される。トラックは、車両のすべてのホイール・トラックの全体を意味すると理解される。しかしながら、長いＷＩＭセンサーもトラック全体を横断し得るか、又はＷＩＭセンサーによって車両のただ１つのホイール・トラックを監視することが可能である。ＷＩＭセンサーは、しばしば、移動方向に互いから離間した２つの位置において車道中に挿入され、これらのＷＩＭセンサー間の既知の距離が、離間したＷＩＭセンサー間のホイールの速度を決定するために使用される。ＷＩＭセンサーは外部評価部材に信号を送信する。
【０００６】
通常、複数の離間したＷＩＭセンサーと外部評価部材とからなるＷＩＭシステムは、ホイール負荷、車両の横断車軸の数と横断車両の速度とを決定するのに十分である。ホイール負荷又は車軸負荷を決定するために、ＷＩＭセンサーは一般に１つ又は複数の圧電力センサーを備える。
【０００７】
ホイールの負荷の検出は、ホイールが横断するときに少なくとも１つの力センサーによって動的地面反力を測定することによって、及びホイールの速度を測定することによって実行される。ここで、地面反力は、ホイールが地面に加える力に反作用する力を意味する。速度は、一般に外部評価部材中で計算される。
【０００８】
横断するホイール又は車軸を特定の車両に割り当てることは、通常、ＷＩＭセンサーに加えて、たとえば、各トラック中の車道表面中に挿入された誘導ループなど、車道セグメント上の車両の存在を検出するさらなる外部センサーを必要とする。しかしながら、カメラ、光バリア、光カーテン又はレーダー測定などの光学的方法も、ＷＩＭセンサーの上を走行する車両の存在を検出するために使用され得る。これらのさらなる外部センサーのデータは、外部評価部材中の１つ又は複数のＷＩＭセンサーのデータと一緒に記録される。これらのさらなる外部センサーは、設置及び保守のために必要とされる努力、最終的には、ＷＩＭシステムをアセンブルするための財務的及び時間的努力を増加させる。
【０００９】
横断するホイール又は車軸を特定の車両に明確に割り当てることが可能であることが、限定はしないが、以下を含むＷＩＭシステムの将来の適用例のために必要不可欠となる。
・最高巡航速度でのＷＩＭ測定に基づく過積載車両の直接処罰。
・最高巡航速度でのＷＩＭ測定に基づく超過速度で走行する車両の直接処罰。
・最高巡航速度でのＷＩＭ測定に基づく重量ベースの通行料支払い。
・（港湾、採鉱場など）産業用途におけるＷＩＭ測定に基づく重量ベースの支払い。
【００１０】
上述のポイントについてＷＩＭシステムに課される要求は高い。したがって、オペレータが介在しないＷＩＭシステムによる車両の総重量の測定のために、国際法定計量機関（ＯＩＭＬ:Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｌｅｇａｌ  Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ）は、それの規格ＯＩＭＬ  Ｒ１３４において、車両の存在を検出すること、並びに車両のすべてのホイールが検出されたかどうかの一貫性検査を実行することを推奨している。これは、ＷＩＭシステムが上述の適用例のために使用されるときに最も重要である、記録されるデータの正確さの改善につながる。
【００１１】
さらに、ＷＩＭシステムのコストもますます重要な役割を担う。ユーザは、設置が、いくつかのコンポーネントのみで、できるだけ簡単に、複数のＷＩＭシステムを備えるネットワークを使用する傾向によって駆動され、ＷＩＭセンサーが、できるだけ自律的に機能することを期待する。
【００１２】
ＷＩＭシステムは、車両が車道の車道セグメント上を走行している間、ＷＩＭシステムによって車両の全負荷を決定するための方法を含む、ＵＳ２０１４３０９９６６Ａから知られており、この車道セグメントにおいて横断する車両の、すべてのホイールのホイール負荷と車両の速度の両方が横断全体の間に記録され、ホイール負荷が１つ又は複数のＷＩＭセンサーによって検出され、車両の速度が、レーダー、移動方向に配置されたビームのアレイなど追加のセンサーによって、又はレーザー・ドップラー速度測定プロシージャによって検出され、特定の車両への検出されたホイール負荷の割当てが、車道のセグメントに沿って走行する車両の端部を検出するためのデバイスを使用することによって実行され、前記デバイスは、たとえば、道路に直角な方向に確立された放射格子、又は車道表面に組み込まれた誘導ループであり、車両の全負荷が、１つの車両に属するすべてのホイール負荷の合計から決定され得る。これは、車両の全負荷を決定するために必要な、車両の端部、すなわち、ＷＩＭセンサーを横断する車両の存在の終了の検出は、車道の中、隣、又は上に位置する追加の別個のセンサーを必要とし、したがって、車道セグメントが、それらの設置のために延長された時間にわたってブロックされなければならず、ＷＩＭシステムの設置及び保守に関する追加のコストを招くという欠点を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】ＵＳ２０１４３０９９６６Ａ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の第１の目的は、追加の外部センサーを使用せずに、ＷＩＭセンサーの信号に基づく車両の全負荷の決定、及びＷＩＭシステムのためのコスト及び設置努力の関連する低減である。別の目的は、ＷＩＭシステムの精度を高めることである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
これらの目的のうちの少なくとも１つは独立請求項の特徴によって達成される。
【００１６】
本発明は、車両のホイールがＷＩＭセンサーを横断するときに、車道セグメント上の車両の負荷を検出するためのＷＩＭセンサーに関し、ＷＩＭセンサーが、車道表面中の車道セグメント中に構成され、車道表面と同一平面に挿入され、前記ＷＩＭセンサーが、縦軸に沿って細長いプロファイルの形状を有し、少なくとも１つの空間を備え、空間中に少なくとも１つの力センサーが構成され、力センサーが力センサー信号を生成し、力センサー信号は、ホイールの横断中の動的地面反力に対応し、ホイールが車道セグメント上に力を加え、少なくとも１つの電気音響トランスデューサが空間中に構成され、前記電気音響トランスデューサが、それがトランスデューサ信号として与える音波を測定する。
【００１７】
電気音響トランスデューサは、音波を検出するセンサーを意味すると理解される。
【００１８】
車道セグメント上を移動する車両は音を生成する。発せられるこれらの音又は音波は、それぞれ、車道表面上の車両のホイールの回転により、又は車両のエンジンによって発せられ、とりわけ、前記音波は、周囲空気中だけでなく、車道表面中も拡散する。空間中のある位置において検出されるこれらの音波の特性は、とりわけ音波の発生源までの距離と伝搬媒体とに依存する。
【００１９】
音波は空間中の物体で反射され、したがって、物体の存在が音波の伝搬に特徴的な影響を及ぼす。したがって、たとえば山塊からの音波の反射が知られており、発せられた音波の伝搬が特徴的な形で影響を受ける。本事例では、音波は、車両の要素から反射され、したがって車両の下部からも反射される。したがって、これらの車両要素は音波のさらなる発生源と見なされ得、音波は、最初に生成された音波に重ね合わせられる。さらに、反射された音波は車道表面にも入射する。
【００２０】
したがって、車両によって生成された音波、及び車両の要素で反射された音波は、それぞれ車道表面中に拡散し、それらは、当然、車道表面中に挿入されたＷＩＭセンサーをも通過する。したがって、音波はＷＩＭセンサーのプロファイル中の空間中にも拡散する。
【００２１】
車道表面中に挿入された電気音響トランスデューサの近傍の車両要素の存在は、電気音響トランスデューサによって検出された信号を評価することによって上述の音波の重ね合わせから決定される。
【００２２】
音波の伝搬の原理はよく知られており、したがって、３つ又はそれ以上の電気音響トランスデューサを備える構成と、電気音響トランスデューサによって検出された信号の評価とによって、ある時点における音波の発生源の位置を決定することが可能である。
【００２３】
特定の時点における音波の発生源の位置が知られている場合、時間に伴う位置変化を監視することによって音波の発生源の軌跡が決定され得、前記軌跡は音波の発生源の動的な位置変化を表す。
【００２４】
電気音響トランスデューサは、車道表面中の空間中に、特に、車道表面中に挿入されたＷＩＭセンサーの空間中に構成される。
【００２５】
ＷＩＭセンサーの近傍において車両の存在を検出するための少なくとも１つの電気音響トランスデューサを備えるＷＩＭセンサーは、車両に個々に決定されるホイール負荷を割り当てるために、センサーのエリア中の車両の存在の決定のために必要とされ得る、ＷＩＭセンサー以外のさらなる別個の外部センサーが不要であるので、又、さらなる別個の外部センサーをなくすことによって設置コスト、維持コスト及び設置努力が低減されるので、ＵＳ２０１４３０９９６６Ａから知られる方法で車両の全負荷を測定するＷＩＭシステムよりも有利である。さらに、ＷＩＭシステムの設置のために道路をブロックする時間が８時間未満に低減され得る。さらに、ＷＩＭセンサー中に組み込まれた信号処理のためのマイクロプロセッサがセンサーの自律的使用を可能にし、外部評価部材に課される要件を低減する。
【００２６】
以下で、例として図を参照しながら本発明についてより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】ＷＩＭセンサーと、ＷＩＭセンサーの上を通過する車両の存在を検出するためのさらなる外部センサーとを備えるＷＩＭシステムの一部を伴う車道セグメントの概略部分図である。
【図２】ＷＩＭセンサーの上を通過する車両の存在を決定するための一体化されたセンサーをもつＷＩＭセンサーを備えるＷＩＭシステムの一部の第１の実施例とともに車道セグメントの概略部分図である。
【図３】ＷＩＭセンサーの上を通過する車両の存在を検出するための一体化されたセンサーを備えるＷＩＭセンサーの有利な実施例の概略部分図である。
【図４】ＷＩＭセンサーの上を通過する車両の存在を検出するための一体化されたセンサーを備えるＷＩＭセンサーの有利な実施例のさらなる概略部分図である。
【図５】ＷＩＭセンサーの上を通過する車両の存在を検出するための一体化されたセンサーをもつＷＩＭセンサーを備えるＷＩＭシステムの一部の第１の実施例とともに車道セグメントの概略部分図、並びに車両の決定された軌跡、及び車両の軌跡上の異なる位置における速度の表現を示す図である。
【図６】ＷＩＭセンサーの個々の構成要素が明快の理由でダイヤグラム中に概略的に示されている、有利な実施例におけるＷＩＭセンサーの信号を示すためのダイヤグラムを示す図である。
【図７】電源と、ＷＩＭセンサーの上を通過する車両の存在を検出するための一体化されたセンサーとをもつ、ＷＩＭセンサーの別の実施例の概略部分図である。
【図８】信号生成器と、ＷＩＭセンサーの上を通過する車両の存在を検出するための一体化されたセンサーとを備える、ＷＩＭセンサーの別の実施例の概略部分図を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１は、ＷＩＭセンサーの上を通過する車両２、２’、２’’、２’’’の存在を測定するための、１つ又は複数のＷＩＭセンサー３と複数の外部センサー４、４’、４’’、４’’’とによって車両２、２’、２’’、２’’’の全負荷を検出するための、従来技術によるＷＩＭシステムの一部とともに車道セグメント１を示す。
【００２９】
図２は、ホイールの移動方向ＸＸ’において離間した車道セグメント中に構成された少なくとも２つの有利なＷＩＭセンサー５によって車両２、２’、２’’、２’’’の全負荷を検出するための第１の実施例におけるＷＩＭシステムの一部とともに車道セグメント１を示し、ＷＩＭセンサー５は、図３及び図４に示されているように細長いプロファイルであり、プロファイル中には１つ又は複数の空間２０、２１が形成され、１つの空間２０、２１中には、ホイール負荷又は車軸負荷を検出するための少なくとも１つの力センサー１３が構成される。
【００３０】
好ましい実施例では、空間２０、２１は、プロファイルによって部分的に又は完全に囲まれ、プロファイル６の縦軸ＹＹ’の全体又は一部にわたって存在する領域を意味すると理解される。空間２０は、図４に示されているように、プロファイル６に隣接して、又はプロファイル６の下に構成される。その上、また、空間２１は、縦軸ＹＹ’に対してプロファイル６の１つの端部に隣接して構成され得る。したがって、空間２１は、図４に示されているように、それぞれ、移動方向ＸＸ’に対して、又は、垂直方向ＺＺ’に対して、プロファイル６に隣接して、又はプロファイル６の下に構成され得る。垂直方向ＺＺ’は、車道表面に直角な方向を意味すると理解される。図３に示されているように、空間２１はまた、プロファイル６の１つの端部に隣接し得る。
【００３１】
好ましい実施例では、少なくとも１つの電気音響トランスデューサ１０がトランスデューサ信号１１０を生成し、少なくとも２つのＡ／Ｄ変換器１１が空間２０、２１中に構成される。
【００３２】
さらに、少なくとも１つの力センサー１３が空間２０、２１中に構成され、前記力センサーは、プロファイルに力が作用すると力センサー信号１００を生成し、前記力センサー信号１００は、第１のＡ／Ｄ変換器１１によってデジタル力センサー信号１０１に変換され、与えられ、少なくとも１つの電気音響トランスデューサ１０の少なくとも１つのトランスデューサ信号１１０は、Ａ／Ｄ変換器１１によって変換され、与えられ、以下ではデジタル・トランスデューサ信号１１１と呼ばれる。
【００３３】
以下では、信号を与えるという用語は、与えられた信号がさらなる使用のために利用可能であることを意味する。したがって、与えることはまた、電子メモリ中に信号を記憶することと、このメモリから信号をロードすることとを含む。与えることはまた、ディスプレイ上に信号を表示することを含む。
【００３４】
図６は以下で述べられる信号の概観図であり、より良い理解のために、ＷＩＭシステムの構成要素のうちのいくつかも示されている。
【００３５】
好ましい実施例では、力センサー１３は、電極と少なくとも１つの電荷増幅器とを備える少なくとも１つの圧電測定部材からなり、圧電測定部材は、力が作用すると電荷を生成し、前記電荷は、電極を介して電荷増幅器にとって利用可能であり、電荷増幅器は、電荷を力センサー信号１００に変換し、力センサー信号１００を与え、力センサー信号１００は電気信号、好ましくは電圧である。
【００３６】
しかしながら、当業者は、当然また、ひずみゲージ又はピエゾ抵抗測定部材、又は電気増幅器又は同様の電気回路を備えるか又は備えず、力が作用すると、力センサー信号１００として、それが与える力と等価である信号を生成する異なる測定部材など、力センサー１３の異なる実施例を選定し得る。
【００３７】
電気音響トランスデューサ１０は、２０Ｈｚ〜２１ｋＨｚ（両端値を含む）の可聴範囲における音波、又は２１ｋＨｚ〜１ＧＨｚ（両端値を含む）の超音波範囲における音波、又は可聴及び超音波範囲における音波に対する感度を有する。
【００３８】
さらに、少なくとも１つのマイクロプロセッサ８と少なくとも１つの不揮発性メモリ部材９とが空間２０、２１中に構成される。
【００３９】
好ましい実施例では、少なくとも１つのデジタル力センサー信号１０１と少なくとも１つのデジタル・トランスデューサ信号１１１とがマイクロプロセッサ８中で利用可能である。
【００４０】
少なくとも１つのデジタル力センサー信号１０１と少なくとも１つのデジタル・トランスデューサ信号１１１とが、時間的に同期させられた様式でマイクロプロセッサ５１１中で検出される。少なくとも１つのデジタル力センサー信号１０１とデジタル電気音響信号１１１との時間的同期検出は、同時に測定されたデジタル電気音響信号１１１への検出されたデジタル力センサー信号１０１の明確な割当てを意味すると理解される。デジタル力センサー信号１０１は、デジタル力センサー信号１０１とデジタル・トランスデューサ信号１１１とが、マイクロプロセッサ８の内部タイマーの同じ値において通常の努力で、よく知られているデジタル信号伝送技術によって検出される場合、デジタル・トランスデューサ信号１１１に対して同時に測定される。
【００４１】
少なくとも２つのデジタル力センサー信号１０１の時間的同期検出は、２つの同時に測定されるデジタル力センサー信号１０１の間の明確な関連付けを意味すると理解される。２つのデジタル力センサー信号１０１は、マイクロプロセッサ８の内部タイマーの同じ値において通常の努力で、よく知られているデジタル信号伝送技術によって検出される場合、同時に測定される。２つの同期して検出されたデジタル力センサー信号１０１は少なくとも２つの力センサー１３から生じることが理解されるべきである。
【００４２】
少なくとも１つのデジタル・トランスデューサ信号１１１は、マイクロプロセッサ８中のアルゴリズムによって評価され、存在情報１２１として与えられる。この目的で、マイクロプロセッサ８中にロードされる少なくとも１つのアルゴリズムが不揮発性メモリ部材９に記憶される。アルゴリズムは、デジタル・トランスデューサ信号１１１を、ＷＩＭセンサー５の上を通過する車両２、２’、２’’、２’’’の存在の少なくとも１つの特性シグネチャと比較し、そこから存在情報１２１を生成する。特性シグネチャは、不揮発性メモリ部材９に記憶されたデジタル・トランスデューサ信号１１１の少なくとも１つの事前定義された周波数範囲内の少なくとも１つの既知の事前定義された信号レベルである。信号レベルは、検出された信号の定義された強度である。特性シグネチャはマイクロプロセッサ８中にロードされる。
【００４３】
アルゴリズムは、ロードされた特性シグネチャとデジタル・トランスデューサ信号１１１とを比較し、アルゴリズムが一致を検出すると、アルゴリズムは、車両２、２’２’’２’’’がＷＩＭセンサー５の上を現在通過中であることを決定し、アルゴリズムは肯定存在情報１２１を生成する。他の場合、アルゴリズムは否定存在情報１２１を生成する。
【００４４】
図５に示されているように、マイクロプロセッサ８中のアルゴリズムは、少なくとも３つの離間した電気音響トランスデューサ１０のトランスデューサ信号１１１を評価する。アルゴリズムは、２つの検出されたデジタル・トランスデューサ信号（１１１）の到着時刻の間の時間差を計算するために、デジタル・トランスデューサ信号１１１をそれらの形状に基づいて比較し、２つのデジタル・トランスデューサ信号１１１の２つの認識された形状の時間オフセットを使用する。さらなるステップでは、アルゴリズムが、異なる電気音響トランスデューサ１０の３つのトランスデューサ信号１１１の対比較の到着時刻における時間差を計算する。これらは、位相情報１２５を生成し、与えるためにアルゴリズムによって使用される。この位相情報１２５は、ＷＩＭセンサー５の近傍において、横断する車両２、２’、２’’、２’’’の厳密な位置Ｐ１、Ｐ２を計算するためにアルゴリズムによって使用される。車両２、２’、２’’、２’’’の位置から、アルゴリズムは車両位置情報１２２を生成し、与える。
【００４５】
車両位置情報１２２は、ＷＩＭセンサー５の近傍における車両位置情報１２２の時間変化とともに、車両２、２’、２’’、２’’’の軌跡Ｔを生成するためにアルゴリズムによって使用される。軌跡Ｔは、アルゴリズムによって車両軌跡情報１２３として与えられる。軌跡Ｔは、３次元座標系における時間依存数学的軌跡である。したがって、時間に関する軌跡の１次導関数は、図５にｖ１、ｖ２、ｖ３として示された、ＷＩＭセンサー５の近傍の車両２、２’、２’’、２’’’の速度である。軌跡の時間に関する２次導関数は、ＷＩＭセンサー５の近傍の車両２、２’２’’２’’’の加速度である。
【００４６】
車両２、２’、２’’、２’’’の加速度は、追加の力成分として力センサー１３に作用し、それによって検出されるデジタル力センサー信号１０１に影響を及ぼす。したがって、車両２、２’、２’’、２’’’がブレーキをかけたとき（負の加速度）、車両２、２’、２’’、２’’’の前輪によって車道表面上に加えられる力は、車両２、２’、２’’、２’’’の負の加速度と車両２、２’、２’’、２’’’の重量とに比例する力成分によって増加するが、車両２、２’、２’’、２’’’の後輪によって車道表面上に加えられる力は、車両２、２'、２’’、２’’’の加速度と重量とに比例する力成分によって低減される。
【００４７】
同様に、３次元座標系において湾曲した軌跡に沿って移動する車両２、２’、２’’、２’’’の半径方向加速度で、追加の力成分が力センサー１３に作用し、それによって検出されるデジタル力センサー信号１０２に影響を及ぼす。したがって、車両２、２’、２’’、２’’’が左折した場合、それぞれ、車両２、２’、２’’、２’’’の半径方向加速度と車両２、２'、２’’、２’’’の重量とに比例する力成分によって、車両２、２’、２’’、２’’’の右側ホイールによって車道表面上に加えられる力は増加するが、車両２、２’、２’’、２’’’の左側ホイールによって車道表面上に加えられる力は低減される。
【００４８】
車両軌跡情報１２３とデジタル力センサー信号１０１とから、アルゴリズムは、ＷＩＭセンサー５の上を通過する車両２、２’、２’’、２’’’のホイールの補正されたデジタル力センサー信号１０２を計算する。車両軌跡情報１２３から、アルゴリズムは、力センサー１３の位置における車両２、２’、２’’、２’’’の加速度又は半径方向加速度を計算し、ホイールが力センサー１３上に加えた検出された力から、アルゴリズムは、車両２、２’、２’’、２’’’の加速度によって生成された力の一部分（力成分）を計算し、この力成分と検出されたデジタル力センサー信号１０１との間の差を計算し、これを使用して、補正されたデジタル力センサー信号１０２を生成する。したがって、補正されたデジタル力センサー信号１０２は、車両２、２’、２’’、２’’’の加速度又は半径方向加速度によって車道セグメント上に加えられる力から独立している。
【００４９】
好ましい実施例では、アルゴリズムは、車両軌跡情報１２３と、ＷＩＭセンサー５を横断する車両２、２’、２’’、２’’’のホイールの少なくとも１つのデジタル力センサー信号１０１と、少なくとも１つのさらなる測定変数とから、補正されたデジタル力センサー信号１０２を計算し、前記さらなる測定変数は、限定はしないが、温度であり得、その温度は、温度プローブ１６によって温度プローブ信号１３０として検出され、Ａ／Ｄ変換器１１によって変換され、デジタル温度プローブ信号１３１としてデジタル形式で与えられる。アルゴリズムは、力センサー１３の所定の温度依存性に基づいてデジタル力センサー信号１０１を補正し、その後、アルゴリズムは、車両２、２’、２’’、２’’’の半径方向加速度又は加速度と車両２、２’、２’’、２’’’の重量とに比例する上記で説明した力成分と、デジタル力センサー信号１０１との間の差を計算し、結果を補正されたデジタル力センサー信号として与える。
【００５０】
好ましい実施例では、肯定存在情報１２１の場合、すべての利用可能な補正されたデジタル力センサー信号１０２は、マイクロプロセッサ８中で又は外部評価部材７中でアルゴリズムによって車両２、２’２’’２’’’に割り当てられる。
【００５１】
外部評価部材７中のアルゴリズムは、すべての車軸の補正された車軸負荷、及び車両２、２’’、２’’’、２’’’’の補正された全負荷を決定し、それらをデジタル・フォーマットで与える。これらの補正されたデジタル力センサー信号１０２をこの決定のために使用すると、車両２、２’、２’’、２’’’のホイール負荷、車軸負荷及び全負荷の測定の測定精度が向上する。
【００５２】
一実施例では、ＷＩＭセンサー５は電子信号送信部材１５を備え、好ましい実施例では、導体のための接続部材が電子信号送信部材１５において構成され、導体は、ＷＩＭセンサー中で与えられた信号を外部評価ユニットに送信するために使用され、好ましい実施例では、電磁波のための送信機及び受信機が信号送信部材において構成され、信号送信部材１５がＷＩＭセンサー５中で与えられた信号を電磁波によって外部評価部材７に送信する。外部評価部材７は、たとえばラップトップ又はパーソナル・コンピュータ又は分散型ＩＴインフラストラクチャである。
【００５３】
さらなる実施例では、図７に示されているように、好ましい実施例では、電源１４が少なくとも１つの空間２０、２１中に構成され、電源１４はＷＩＭセンサー５の少なくとも１つの電子部材に電力を供給する。
【００５４】
好ましい実施例では、電子部材のこのリストは、限定はしないが、以下の部材、すなわち、力センサー１３、電気音響トランスデューサ１０、Ａ／Ｄ変換器１１、信号送信部材１５、温度プローブ１６のうちの少なくとも１つを備える。
【００５５】
当然、ＡＳＩＣと略称される特定用途向け集積回路などの単一の電子構成要素の形態で存在する、異なる機能を実行する電子部材もあり得る。単一の電子構成要素の形態の、同様の機能を実行する複数の電子部材もあり得る。
【００５６】
ＷＩＭセンサー５の一実施例では、電源１４がＷＩＭセンサー５のための唯一の電力源である。別の実施例では、電源１４は、ＷＩＭセンサー５のための追加の電力源、たとえば無停電電源又は一般的なバックアップ電源であり、後者の場合、電源電圧が故障した場合に、電力供給の短い中断が起こり、その後、電源１４が自動的に電力を供給し始める。
【００５７】
有利な実施例では、電源１４は、車道セグメント１中に構成された少なくとも１つの電子部材に電力を供給する。
【００５８】
電子部材への電力の供給を停止することを、以下では、電源１４が他の電子部材に電力を供給し続ける場合でも、その電子部材の電源１４をオフに切り替えることと呼ぶ。同様に、電子部材への電力の供給を再開することを、以下では、その電子部材の電源１４をオンに切り替えることと呼ぶ。さらに、電力に関して電子部材の電源１４を低減することを、以下では、その電子部材の電源１４を低減することと呼ぶ。
【００５９】
マイクロプロセッサ８中のアルゴリズムは、車道セグメント１中に構成された少なくとも１つの電子部材の電源１４をオン又はオフに切り替えるか、又は車道セグメント１中に構成された少なくとも１つの電子部材を動作モードから低エネルギー・モードに切り替え、低エネルギー・モード中は、電子構成要素のエネルギー消費が動作モード中よりも低くなる。
【００６０】
電源１４は電源ランタイム中に電力を供給し、電源ランタイムは、電源１４が大きく放電されると終了する。
【００６１】
有利な実施例では、ＷＩＭセンサー５の個々の電子部材又は電子部材のグループの電源１４を適応させるために存在情報１２１が使用され、前記適応は、特に、電源１４を低減するか、又はオフに切り替え、それにより電源のランタイムが著しく増加することである。車道セグメント１上でホイール１１の存在が検出されない場合、マイクロプロセッサ８中のアルゴリズムは、車道セグメント１中に構成された少なくとも１つの電子部材への電源１４をオフに切り替えるか、又は低減し、電子部材は、車道セグメント１上のホイール１１の存在を検出するために必要とされない。車道セグメント１上でホイール１１の存在が検出された場合、オフに切り替えられた又は低減された電源１４は再びオンに切り替えられる。電源１４をオフに切り替えること又は低減することは電源１４の電源ランタイムを延長する。有利な実施例では、車道セグメント１中に構成された少なくとも１つの電子部材の電源１４を切り替えること又は低減することは、存在情報１２１に基づいてアルゴリズムによって行われる。
【００６２】
好ましい実施例では、少なくとも１つのデジタル・トランスデューサ信号１１１の評価により、現在の騒音暴露レベルの検出が可能になる。現在の騒音暴露レベルの検出は、マイクロプロセッサ８中のアルゴリズムによって又は外部評価部材７によって実行され、アルゴリズムはデジタル・トランスデューサ信号１１１の音圧レベルを決定する。次いで、横断する車両２、２’、２’’、２’’’の音響放射レベルが音圧レベルから決定される。音響放射レベルは、プリセットされた音響放射限界値と比較される。この比較の結果は、音信号として与えられ、信号送信部材によって、外部評価部材に、又はラップトップ若しくはパーソナル・コンピュータ又は分散型ＩＴインフラストラクチャに、インターネットを介して送信される。
【００６３】
さらなる実施例では、図８に示されているように、少なくとも１つの音響信号生成器１２がプロファイル６の空間２０、２１中に構成され、音響信号生成器１２は、２１ｋＨｚと１ＧＨｚとの間の超音波範囲における周波数をもつ音響信号を生成し、音響信号生成器１２は、車両２、２’２’’２’’’から発生する音波の上述の発生源に加えて存在する音波の追加の発生源であり、音波は、よく知られている様式で伝搬し、車両２、２’２’’２’’’の要素で反射される。したがって、音響信号生成器１２から発生した音波は、車両２、２’２’’２’’’によって生成された音波に加えて少なくとも１つの電気音響トランスデューサ１０によって検出され、音響信号生成器５２６の検出された音波は、車両２、２’２’’２’’’によって生成された音波と同様に、車両２、２’２’’２’’’の存在を検出するために使用される。音響信号生成器１２はマイクロプロセッサ５１１中のアルゴリズムによって制御され、それにより、アルゴリズムは、生成された音波の周波数、持続時間及び強度を制御する。
【００６４】
しかしながら、本発明を知る当業者は、互いに離間した電気音響トランスデューサ１０をもつ複数のＷＩＭセンサー５を車道中に挿入し得る。デジタル・トランスデューサ信号１１１及びデジタル力センサー信号１０１が外部評価部材７中で検出され、複数のＷＩＭセンサー５のデジタル・トランスデューサ信号１１１及びデジタル力センサー信号１０１を検出することによって、測定精度を高めることが可能であり、複数のＷＩＭセンサー５のデジタル・トランスデューサ信号１１１及びデジタル力センサー信号１０１を検出することによって、検出された信号を一貫性について検査することが可能である。
【００６５】
ＷＩＭセンサー３のさらなる好ましい実施例では、少なくとも１つのデジタル・トランスデューサ信号１１１が、構成可能な時間間隔で、少なくとも１つのデジタル力センサー信号１０１と時間的に同期した様式で、及び不揮発性メモリ部材９又は外部評価部材７中のタイム・スタンプ１４１とともに記憶され、タイム・スタンプ１４１は、日付と時間とからなり、マイクロプロセッサ８中のアルゴリズムによって与えられる。
【符号の説明】
【００６６】
１  車道セグメント
２、２’、２’’、２’’’  車両、トレーラをもつ車両、車両組成
３  ＷＩＭセンサー
４、４’、４’’、４’’’  車両存在検出のための追加の外部センサー
５  第１の有利な実施例におけるＷＩＭセンサー
６  プロファイル
７  外部評価部材
８  マイクロプロセッサ
９  不揮発性メモリ部材
１０  電気音響トランスデューサ
１１  Ａ／Ｄ変換器
１２  信号生成器
１３  力センサー
１４  電源
１５  信号送信部材
１６  温度プローブ
２０  空間
２１  空間
１００  力センサー信号
１０１  デジタル力センサー信号
１０２  補正されたデジタル力センサー信号
１１０  トランスデューサ信号
１１１  デジタル・トランスデューサ信号
１２１  存在情報
１２２  車両位置情報
１２３  車両軌跡情報
１２５  位相情報
１２６  負荷情報
１３０  温度プローブ信号
１３１  デジタル温度プローブ信号
Ｐ１  第１の位置
Ｐ２  第２の位置
ｖ１  第１の速度
ｖ２  第２の速度
ｖ３  第３の速度
Ｔ  軌跡
ＸＸ’  移動方向
ＹＹ’  縦軸
ＺＺ’  垂直方向
【図１】
2021507223.tif 000003
【図２】
2021507223.tif 000004
【図３】
2021507223.tif 000005
【図４】
2021507223.tif 000006
【図５】
2021507223.tif 000007
【図６】
2021507223.tif 000008
【図７】
2021507223.tif 000009
【図８】
2021507223.tif 000010
【国際調査報告】
2021507223.tif 000011
2021507223.tif 000012
2021507223.tif 000013
2021507223.tif 000014
2021507223.tif 000015