DE10105832A1 - weighing sensor - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Wiegesensor, insbesondere zur statischen und dynamischen Wägung von Fahrzeugen bzw. deren Rad- und Achslasten, mit einem Sensorgehäuse, das eine Bo denplatte und eine Abdeckung, die unter Zwischenlage einer Meßanordnung feuchtigkeitsdicht miteinander verbunden sind, umfaßt.The invention relates to a weighing sensor, in particular for static and dynamic weighing of vehicles or their Wheel and axle loads, with a sensor housing that a Bo denplatte and a cover, the interposition of a Measuring arrangement are connected to one another in a moisture-tight manner, includes.
Ein derartiger Wiegesensor ist beispielsweise aus der WO 97/17597 bekannt. Es handelt sich dabei um eine Wiege platte, die in einen Rahmen eingespannt ist, wobei die ein gespannte Wiegeplatte auf einen Piezosensor wirkt, der un terhalb der Wiegeplatte in dem an einem Rahmen, der Wiege platte und einer Bodenplatte umschlossenen Gehäuse inner halb einem Druck übertragenden Medium eingebettet ist.Such a weighing sensor is for example from the WO 97/17597 known. It is a cradle plate that is clamped in a frame, the one tensioned weighing plate acts on a piezo sensor that un below the weighing plate in the on a frame, the cradle plate and a bottom plate enclosed housing inside is embedded in a pressure-transmitting medium.
Derartige Wiegeanordnungen werden beispielsweise zur stati schen und dynamischen Erfassung der Straßenbelastung durch Fahrzeuge eingesetzt. Dabei geht es insbesondere darum, die kostenintensive Verkehrsinfrastruktur der Straßen vor Ober flächenbeschädigungen, wie sie insbesondere durch überlade ne Achsen von Schwerlastfahrzeugen verursacht werden, zu bewahren. Die Entwicklung einer genauen und gleichzeitig den aggressiven Belastungen des Straßenverkehrs gegenüber weitestgehend unempfindlichen Wiegetechnik steht im Zusam menhang mit dem Bemühen, eine gerechtere Zuordnung der zur Aufrechterhaltung der Verkehrsinfrastruktur erforderlichen Kosten und Aufwendungen in Abhängigkeit von der Inanspruch nahme des Straßenbelags zu erreichen.Such weighing arrangements are used for example for stati and dynamic recording of road loads Vehicles used. In particular, it is about the costly traffic infrastructure of the streets in front of Ober damage to the area, such as that caused by overloading ne axles caused by heavy goods vehicles, too preserve. Developing an accurate and at the same time against the aggressive loads of road traffic largely insensitive weighing technology stands together with an effort to ensure a fairer allocation of the to Maintenance of transport infrastructure required Costs and expenses depending on the claim to reach the road surface.
Grundsätzlich ist dabei zwischen statischen, eichfähigen
und dynamischen, allenfalls beschränkt eichfähigen Wiegean
lagen zu unterscheiden. Statische Wiegeanlagen können ins
besondere zu Kontrollzwecken eingesetzt werden, um ganze
Streckenabschnitte vor der Benutzung von überladenen Fahr
zeugen zu schützen. Darüber hinaus sind dynamische Wiegean
lagen bekannt, die entweder unmittelbar in den Fahrbahnbe
lag eingearbeitet oder mobil auf die Fahrbahn aufgebracht
werden. So sind in den letzten Jahren folgende Wiegetechni
ken bekannt geworden:
Basically, a distinction must be made between static, legal-for-trade and dynamic, if necessary limited, legal-for-trade weighing systems. Static weighing systems can be used in particular for control purposes to protect entire sections of the route against the use of overloaded vehicles. In addition, dynamic Wiegean were known, which were either incorporated directly into the Fahrbahnbe or mobile applied to the road. The following weighing techniques have become known in recent years:
- - Wiegeplatten- Weighing plates
- - Piezosensoren oder kapazitive Streifensensoren- Piezo sensors or capacitive stripe sensors
- - Achsplattformwagen- Achsplattformwagen
Die Wiegeplatten messen die Durchbiegung eines Wiegeplat tensensors durch die Radstandsaufkraft mit einem der Wiege platte zugeordneten Sensornetzwerk, entweder aus Piezo meßelementen oder Dehnungsmeßstreifen. Die Abstützung der Wiegeplatten erfolgt vorzugsweise an 2 Kanten oder 4 Aufla gerpunkten.The weighing plates measure the deflection of a weighing plate tensensors by the wheelbase force with one of the cradles plate associated sensor network, either made of piezo measuring elements or strain gauges. The support of the Weighing plates are preferably made on 2 edges or 4 supports gerpunkten.
Piezosensoren oder kapazitive Streifensensoren arbeiten entweder mit dem Piezoeffekt oder mit der Erfassung von Kapazitätsänderungen die durch die Krafteinwirkung die wäh rend der Überfahrt von einem Fahrzeug entstehen. Piezo sensors or capacitive stripe sensors work either with the piezo effect or with the detection of Changes in capacity due to the force arise from the crossing of a vehicle.
Die Eichplattformwaagen arbeiten mit sogenannten Kraftmeß dosen oder Scherkraftaufnehmern, die innerhalb einer Brüc kenwaage integriert sind.The calibration platform scales work with so-called force measurement cans or shear force transducers within a bridge kenwaage are integrated.
Die Wiegeplatten sind sowohl zur Durchführung von dynami schen als auch von statischen Messungen geeignet und bieten den Vorteil, daß die gesamte Reifenaufstandsfläche erfaßt werden kann. Es handelt sich dabei um robuste Meßwertauf nehmer, die in den Straßenbelag unter Verwendung eines ent sprechenden Einbaurahmens eingebaut werden können. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Langzeitstabilität derartiger Wiegeplatten nicht befriedigend ist. Zum einen ist die Qua lität des Meßergebnisses wesentlich von der Qualität des Einbaus des genannten Einbaurahmens in der Straße sowie der hiervon abhängigen Einspannung der Wiegeplatte in der Stra ße abhängig. Es muß dabei beachtet werden, daß die Wiege platte im wesentlichen wie eine Feder in den Straßenbelag eingebaut ist und dementsprechend den Straßenbelag als sol chen belastet und überdies die Einspannung der Wiegeplatte temperaturabhängig ist. Der Sensor reagiert empfindlich auf Verschleiß sowohl des Sensors als auch des umgebenden Stra ßenbelags.The weighing plates are both used to carry out dynami suitable as well as static measurements and offer the advantage that the entire tire contact area is covered can be. These are robust measured values takers in the road surface using an ent speaking mounting frame can be installed. It has however, it has been shown that the long-term stability of such Weighing plates are not satisfactory. On the one hand is the qua lity of the measurement result depends essentially on the quality of the Installation of the above-mentioned installation frame in the street and the dependent clamping of the weighing plate in the street dependent. It should be noted that the cradle plate like a spring in the road surface is installed and accordingly the road surface as sol Chen loads and also the clamping of the weighing plate is temperature dependent. The sensor is sensitive Wear of both the sensor and the surrounding road ßenbelags.
Sogenannte Piezosensoren bestehen zumeist aus einem Piezo kabel, das in eine Metallschiene eingefügt wird und in die ser vergossen wird. Mit einem derartigen in den Straßenbe lag integrierten Sensor ist es nicht möglich, die komplette Reifenaufstandsfläche zu erfassen. Das Signal muß hierzu beim Überrollen des Reifens integriert werden. Der Sensor ist ebenfalls stark abhängig von der Qualität der Straßen oberfläche und zeigt eine erhebliche Diskontinuität entlang des Sensors. Die Vorteile des Piezosensors liegen in seiner einfachen Herstellung. So-called piezo sensors mostly consist of a piezo cable that is inserted into a metal rail and into the it is shed. With one of these in the street lay integrated sensor it is not possible to complete Tire contact area. The signal must do this be integrated when rolling over the tire. The sensor is also heavily dependent on the quality of the roads surface and shows a significant discontinuity along of the sensor. The advantages of the piezo sensor are its easy manufacture.
Sie haben daher einen erheblichen Kostenvorteil gegenüber den anderen erwähnten Meßsystemen. Die Meßgenauigkeit der Achslastmessung ist allerdings recht ungenau. Darüber hin aus ist die Lebensdauer derartiger Sensoren beschränkt. Schließlich beeinflussen Straßenunebenheiten, wie etwa Spurrillen die Messung.You therefore have a significant cost advantage over the other measuring systems mentioned. The measurement accuracy of the Axle load measurement is, however, quite imprecise. Beyond that from the life of such sensors is limited. Finally, road bumps affect how Ruts the measurement.
Kapazitive Streifensensoren sind ihrer Größe und ihrer Art des Einbaus nach im wesentlichen mit einem Piezosensor ver gleichbar, wobei das Meßprinzip auf der Erfassung von La dungsverschiebungen bei der Überfahrt von Fahrzeugen be ruht. Allerdings hängt auch hier die Qualität der Messung erheblich vom Einbau in der Straße sowie den Umständen der Fahrzeugüberfahrt ab.Capacitive stripe sensors are of their size and type the installation after ver with a piezo sensor similar, the measuring principle on the detection of La shifts in the passage of vehicles rests. However, the quality of the measurement also depends here considerably from the installation in the street as well as the circumstances of the Vehicle crossing from.
Die darüber hinaus erwähnten Konstruktionen mit Metallplat ten auf Kraftmeßdosen oder Scherkraftmessern, auch kapazi tive Matten und Sensoren mit Glasfasern spielen in der Wie getechnik eine nur untergeordnete Rolle.The structures with metal plate mentioned above on load cells or shear force gauges, including capacitors tive mats and sensors with glass fibers play in the how technology only plays a subordinate role.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Wie gesensor zu schaffen, der bei vertretbaren Herstellungsko sten sowohl eine dynamische als auch eine statische Messung ermöglicht und überdies Eichfähigkeit besitzt und mit einer Genauigkeit versehen ist, die den Ansprüchen an eine Über wachung des Straßenverkehrs sowohl im dynamischen als auch im statischen Betrieb genügt.The invention is therefore based on the object of a how to create a sensor with an acceptable production cost most dynamic as well as static measurement enables and moreover has calibration capability and with a Accuracy is provided that meets the demands of an over monitoring of road traffic in both dynamic and in static operation is sufficient.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird von einem Wiegesensor mit den Merkmalen des Hauptanspruchs sowie des nebengeordneten Verfahrenanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. The task according to the invention is achieved by a weighing sensor the characteristics of the main claim and the subordinate Process claim resolved. Advantageous embodiments of the Invention result from the subclaims.
Dadurch, daß bei einem gattungsgemäßen Wiegesensor eine Meßanordnung vorgesehen ist, die wenigstens einen Modul träger mit Meßauslegern zur Aufnahme von Scherkräften um faßt, wobei die Meßausleger derart mit Dehnungsmeßstreifen bestückt sind, daß die über die Meßausleger eingeleiteten Horizontalkräfte erfaßt werden, wird ein robustes Meßsystem eingesetzt, das gleichzeitig höchste Genauigkeit bietet.The fact that in a generic weighing sensor Measuring arrangement is provided, the at least one module carrier with measuring arms to absorb shear forces summarizes, with the measuring cantilever in such a way with strain gauges are equipped that those introduced via the measuring boom Horizontal forces are detected, becomes a robust measuring system used, which also offers the highest accuracy.
Die Auswertung der bei der Überfahrt eingeleiteten Scher kräfte also von Horizontalkräften bildet deutliche Vorteile gegenüber der reinen Gewichtsmessung, die erheblichen Feh lereinflüssen bei der dynamischen Messung infolge von Brem sen oder Beschleunigen ausgesetzt ist. Darüber hinaus er laubt der modulweise Aufbau die Anpassung der Meßanordnung an den jeweiligen Anwendungsfall in optimaler Weise. So kann durch einfache Erhöhung der Anzahl der Modulträger der Wiegesensor in seiner Wiegefläche vergrößert werden.The evaluation of the shear initiated during the crossing Forces from horizontal forces have clear advantages compared to the pure weight measurement, the considerable mistake Influences in dynamic measurement due to braking accelerating or accelerating. In addition, he The modular structure permits the adaptation of the measuring arrangement to the respective application in an optimal way. So can be done by simply increasing the number of module carriers Weighing sensor can be enlarged in its weighing area.
Außerdem besitzt die erfindungsgemäße Meßanordnung einen ausgesprochen flachen Aufbau, der in einfacher Weise in den Straßenbelag integriert werden kann, ohne daß der Straßen belag hierdurch erheblichen Beeinträchtigungen ausgesetzt ist. Überdies sind die Modulträger im Wiegesensor selbst aufgelagert, so daß die Verankerung des Wiegesensors im Straßenbelag ohne Einfluß auf das Meßergebnis ist. Der fla che Aufbau trägt wesentlich zur Reduktion der Einbaukosten bei.In addition, the measuring arrangement according to the invention has a extremely flat structure, which can be easily integrated into the Road surface can be integrated without the roads covering exposed to considerable impairments is. In addition, the module carriers are in the weighing sensor itself supported so that the anchoring of the weighing sensor in the Road surface has no influence on the measurement result. The fla Che construction significantly reduces the installation costs at.
Die Modulträger sind stabförmig mit seitlich auskragenden Meßauslegern ausgebildet, so daß sich im Bereich der Meß ausleger ein Y-Querschnitt ergibt. Dieses Profil der Modul träger ist in idealer Weise geeignet, die bei der Überfahrt eingeleiteten Scherkräfte aufzunehmen. The module carriers are rod-shaped with laterally projecting ones Measuring arms designed so that in the area of the measuring cantilever results in a Y cross-section. This profile the module carrier is ideally suited when crossing initiated shear forces.
Die Modulträger sind innerhalb des Wiegesensors zumindest teilweise in Nuten aufgenommen und somit einfach aber wir kungsvoll gegen dynamische Einflüsse infolge der Beanspru chung durch Bremsen oder Beschleunigen gesichert. Der ent sprechende Aufbau ist in einfacher Weise herstellbar und darüber hinaus ausgesprochen übersichtlich. Im Unterschied zu den vorerwähnten Wiegeplatten benötigt der erfindungsge mäße Wiegesensor also keinen gesonderten Einbaurahmen, da die Meßmodule nicht vor- oder eingespannt werden müssen. Insoweit ist das Meßergebnis auch nicht in der vorerwähnten Weise von den Einbauumständen des Wiegesensors abhängig. Vielmehr unterscheidet sich das Wägeergebnis des eingebau ten Wiegesensors nicht wesentlich vom nicht eingebauten Wiegesensor. Die Vorteile hinsichtlich der Eichung und Ka librierung eines insoweit unempfindlichen Sensors liegen auf der Hand.The module carriers are at least within the weighing sensor partially included in grooves and therefore simple but we against dynamic influences due to the stress secured by braking or accelerating. The ent speaking structure is easy to manufacture and in addition, very clearly. The difference to the aforementioned weighing plates requires the fiction, Weighing sensor no separate mounting frame, because the measuring modules do not have to be preloaded or clamped. In this respect, the measurement result is also not in the aforementioned Depending on the installation circumstances of the weighing sensor. Rather, the weighing result of the installation differs The weighing sensor is not significantly different from that not installed Weighing sensor. The advantages in terms of calibration and Ka calibration of an insensitive sensor On the hand.
Der aufgrund des veränderten Meßprinzips entbehrliche Ein baurahmen ermöglicht den Einbau des Wiegesensors derart in den Straßenbelag, daß die Abdeckung plan mit der Straßen oberläche abschließt und die Bodenplatte satt im Straßenun tergrund aufgelagert ist. Hierdurch kann vollständig auf etwaige Entwässerungsmaßnahemn, wie beispielsweise oftmals in Verbindung mit Wiegeplatten notwendig, verzichtet wer den. Überdies handelt es sich um eine den Straßenbelag schonende Einbauweise.The dispensable due to the changed measurement principle construction frame enables the installation of the weighing sensor in such a way the road surface that the cover flat with the roads surface closes and the bottom plate is full in the street is stored. This can completely any drainage measures, such as often necessary in connection with weighing plates, who does not the. Furthermore, it is a road surface gentle installation.
Der Wiegesensor kann entweder als Streifensensor oder als Matrixsensor durch entsprechende Anordnung der Modulträger aufgebaut werden.The weighing sensor can either be used as a strip sensor or as Matrix sensor by appropriate arrangement of the module carriers being constructed.
Der Matrixsensor wird in idealer Weise so aufgebaut, daß ein vollständiger Reifenlatsch, entweder eines Einfach- oder eines Doppelreifens oder gar eine vollständige Achs breite aufgenommen werden kann.The matrix sensor is ideally constructed so that a complete tire flap, either of a single or a double tire or even a complete axle wide can be included.
Die Modulträger sind jeweils mit einer Meßplatine und einem Mikrocontroller versehen. Dadurch, daß die Auswerteelektro nik öffentlich mit dem Modulträger als solchen verbunden ist, wird ein unnötiger Verkabelungsaufwand vermieden.The module carriers are each with a measuring board and a Microcontroller. The fact that the evaluation nik publicly connected to the module carrier as such unnecessary cabling is avoided.
Im Sinne eines möglichst robusten Aufbaus ist der wesentli che Teil der Auswerteelektronik in Form von integrierten Schaltkreisen, sogenannten ASIC's, aufgebaut, die jedem Y- Modul und jedem Dehnungsmeßstreifen zugeordnet sind. Der Aufbau der Auswerteschaltung als integrierter Schaltkreis ist robust gegenüber Umwelteinflüssen, schließt nahezu jede Manipulation des Meßergebnisses aus und erlaubt darüber hinaus einfache Reparatur durch den bloßen Austausch der integrierten Schaltkreise.In the sense of a construction that is as robust as possible, this is essential che part of the evaluation electronics in the form of integrated Circuits, so-called ASICs, built, which every Y- Module and each strain gauge are assigned. The Structure of the evaluation circuit as an integrated circuit is robust against environmental influences, closes almost every one Manipulation of the measurement result and allowed In addition, simple repair by simply replacing the integrated circuits.
Im Sinne einer weiteren Vereinfachung des Schaltungsaufbaus werden die jedem Y-Modul zugeordneten DMS-Beschaltungen zu einem einzigen Y-Modul zusammengefaßt. Dabei ergeben sich erhebliche Ersparnisse hinsichtlich der Verdrahtung sowie den in der Schaltung integrierten Brückenergänzungswider ständen. Das erfindungsgemäße Y-Modul Asic stellt einen Grundbaustein zum Betrieb in Verbindung mit vier Dehnungs meßstreifen, der auch in anderen Gebieten einsetzbar ist.In the sense of a further simplification of the circuit structure the strain gauge circuitry assigned to each Y module combined into a single Y module. This results in considerable savings in terms of wiring as well the bridge extension resistor integrated in the circuit stands. The Y module Asic according to the invention provides a Basic module for operation in connection with four expansion measuring strips that can also be used in other areas.
Im Sinne einer weiteren Vereinfachung des Aufbaus des Wie gesensors werden mehrere DMS-ASICs, vorzugsweise vier da von, auf einer einzigen Platine mit einem gemeinsamen Mi krocontroller zu einer Y-Modul-ASIC zusammengefaßt. Heutige leistungsfähige Mikrocontroller können unproblematisch die gesamte Signalverarbeitung der zusammengefaßten DMS-ASIC's übernehmen. Durch Verringerung der Mikrocontrollerzahl ist eine weitere Reduzierung des Verdrahtungsaufwands sowie eine Erhöhung der Signalverarbeitungsgeschwindigkeit er reicht. Nachdem insbesondere die Verdrahtung derartiger Meßschaltungen störanfällig ist, wird hierdurch auch eine höhere Robustheit des Wiegesensors erreicht.In order to further simplify the structure of the how several DMS-ASICs, preferably four, are sensed from, on a single board with a common Mi krocontroller combined into a Y-module ASIC. today Powerful microcontrollers can handle the complete signal processing of the combined DMS-ASIC's take. By reducing the number of microcontrollers a further reduction in the wiring effort as well an increase in signal processing speed enough. After in particular the wiring of such Measuring circuits is susceptible to interference, this also achieved greater robustness of the weighing sensor.
In idealer Ausgestaltung werden die Y-Modul-ASIC's- Einheiten die einem Y-Modulträger zugeordnet sind, mit die sem zu einer Funktionseinheit zusammengefaßt und mit einem gemeinsamen Y-Modulprozessor verbunden. Diese Y-Modul prozessoren werden dann mit einem Hauptprozessor, der für den gesamten Wiegesensor verantwortlich ist, über ein ent sprechendes BUS-System verbunden. Bei einer derartigen Aus gestaltung ist somit jeder Y-Modulträger als selbständige Funktionseinheit ausgebildet. Hierdurch kann ein Wiegesen sor in einfacher Weise dadurch aufgebaut werden, daß die benötigte Anzahl von Y-Modulträgerfunktionseinheiten in den Wiegesensor eingesetzt, über einen BUS zusammengeschaltet und mit einer entsprechenden gemeinsamen Signalverarbeitung versehen wird. Diese Modulbauweise entspricht dem modernen Fertigungsideal eines Baukastenprinzips, das aus immer gleichen Elementen letztlich für den gewünschten Anwen dungsfall zusammensetzbar ist.In an ideal configuration, the Y-module ASIC's Units assigned to a Y module carrier with the sem combined into a functional unit and with a common Y module processor connected. This Y module processors are then connected to a main processor that is responsible for the entire weighing sensor is responsible via an ent speaking BUS system connected. With such an out Each Y module carrier is therefore self-sufficient Functional unit trained. This enables a cradle to be weighed sor be built up in a simple manner that the required number of Y module carrier functional units in the Weighing sensor used, interconnected via a BUS and with a corresponding common signal processing is provided. This modular construction corresponds to the modern one Manufacturing ideal of a modular principle that always same elements ultimately for the desired user case can be put together.
Der Wiegesensor steht in weiterer Ausgestaltung der Erfin dung mit einem Temperatursensor und/oder wenigstens einer Induktionsschleife zur Erfassung der Fahrtrichtung oder Fahrzeugpräsenz und/oder der Umgebungstemperatur in Daten verbindung. Die Berücksichtigung von Temperatureinflüssen erhöht die Genauigkeit der Wägung. Die Erkennung einer Fahrzeugpräsenz erlaubt es, den Wiegesensor bedarfsweise zu- und abzuschalten bzw. in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit zwischen verschiedenen Betriebsarten, also beispielsweise einer statischen oder dynamischen Messung mit unterschiedlichen Genauigkeitsanforderungen zu unter scheiden. Hierdurch kann der Signalverarbeitungsaufwand und somit der Energiebedarf des Wiegesensors dem jeweiligen Bedarf in optimaler Weise angepaßt werden.The weighing sensor is in a further embodiment of the Erfin with a temperature sensor and / or at least one Induction loop to record the direction of travel or Vehicle presence and / or ambient temperature in data connection. The consideration of temperature influences increases the accuracy of the weighing. The detection of a Vehicle presence allows the weighing sensor to be used as needed switch on and off or depending on the vehicle speed between different operating modes, so for example a static or dynamic measurement with different accuracy requirements divorce. As a result, the signal processing effort and thus the energy requirement of the weighing sensor for each Can be adjusted in an optimal way.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird überdies durch ein Ver fahren gelöst, bei dem die von der beschriebenen Meßanord nung gelieferten Daten ausgelesen, abgespeichert, bearbei tet und weitergegeben werden, wobei das Auslesen, Abspei chern und Verarbeiten der Daten zumindest im wesentlichen mittels einer Sensoreinheit erfolgt, die jeweils gemeinsam mit Modulträgern, die mit Dehnungsmeßstreifen bestückt sind, eine Funktionseinheit des Wiegesensors bilden und dann die digitalisierten Daten über einen BUS an einen Hauptsensor weitergeben.The object of the invention is also by a Ver drive solved, in which of the measuring arrangement described Data delivered read, saved, processed Tet and be passed on, the reading, Abspei Saving and processing the data at least essentially by means of a sensor unit, each of which is common with module carriers equipped with strain gauges are a functional unit of the weighing sensor and then the digitized data via a BUS to one Pass on the main sensor.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht somit eine modul- oder arrayweise Verarbeitung der anfallenden Meßdaten vor, die dann entsprechend vorbearbeitet an den Hauptprozessor zur Weiterbearbeitung weitergeleitet werden.The method according to the invention thus sees a module or Array-wise processing of the measurement data before then preprocessed accordingly to the main processor Further processing will be forwarded.
Dabei ist dieses Verfahren besonders geeignet in Verbindung mit dem vorstehend beschriebenen Wiegesensor eingesetzt zu werden, da die Krafteinleitung in einen jeden Sensor über der Zeit in Verbindung mit der Lage des jeweiligen Sensors erfaßt wird. Hierdurch entsteht bei einer Fahrzeugüberfahrt ein Druckverteilungs-Überrollprofil, wie es bei der bisher integralen Erfassung derartiger Meßgrößen bisher nicht er zeugt werden konnte. Das Ergebnis ist also ein Druckverlauf der Überfahrt erfaßt nach Raum und Zeit. Dabei handelt es sich jeweils um gemessene und nicht etwa durch Interpolati on oder Integration gewonnene Verläufe.This method is particularly suitable in combination used with the weighing sensor described above be because the force transmission into each sensor the time in connection with the position of the respective sensor is detected. This results in a vehicle crossing a pressure distribution rollover profile, as in the previous Integral acquisition of such measured quantities so far not he could be fathered. So the result is a pressure curve the crossing recorded according to space and time. This is what it is about are measured and not interpolated histories won on or integration.
Bei statischen Messungen kann ein Druckverteilungsprofil ermittelt werden. Dies Information ist insbesondere für Reifenhersteller wertvoll. Das neuartige Wägeverfahren führt daher in Verbindung mit dem neuartigen Wägesensoren zu Meßergebnissen bisher nicht bekannten Qualität und Aus sagekraft.A pressure distribution profile can be used for static measurements be determined. This information is especially for Tire manufacturers valuable. The new weighing process therefore leads in connection with the new weighing sensor to measurement results of previously unknown quality and quality say power.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird mit Vorteil zwi
schen drei Betriebsarten:
In the method according to the invention, there are advantageously three operating modes:
- - statisch- static
- - statisch-dynamisch- static and dynamic
- - dynamisch- dynamically
unterschieden. Im statischen Wiegebetrieb wird jedes Rad einzeln und Nacheinander gemessen. Der statisch-dynamische Wiegebetrieb betrifft eine langsame Fahrzeugüberfahrt im Bereich von 0 bis 20 Stundenkilometern. Der dynamische Wie gevorgang findet bei Sensoren statt, die im Straßenbereich integriert werden und erfaßt einen Geschwindigkeitsbereich von 0 bis 160 Stundenkilometern. Für alle drei Betriebsar ten genügt eine in Verbindung mit dem vorerwähnten Wiege sensor eine statische Kalibrierung, da der im Straßenbelag eingebaute Sensor keine signifikanten Abweichungen gegen über dem werkseitig gelieferten Sensor zeigt.distinguished. In static weighing operation, every wheel measured individually and one after the other. The static-dynamic Weighing operation concerns a slow vehicle crossing in Range from 0 to 20 kilometers per hour. The dynamic how The process takes place with sensors in the street area be integrated and covers a speed range from 0 to 160 kilometers per hour. For all three companies one in connection with the aforementioned cradle is sufficient sensor a static calibration because of the in the road surface built-in sensor no significant deviations against over the factory-supplied sensor.
Die Unterscheidung zwischen den unterschiedlichen Betriebs arten ermöglicht es, den Signalverarbeitungsaufwand an die jeweilige Aufgabe optimal anzupassen. The distinction between the different operations arten makes it possible to assign the signal processing effort to the to optimally adapt each task.
Die Meßdaten etwaig nicht belasteter Sensoren werden er faßt, können aber zur Reduktion des Signalverarbeitungsauf wands mit Vorteil vor der weiteren Bearbeitung selektiert werden. Hierdurch wird prozessor- und speicheroptiomiert gearbeitet.The measurement data of any unloaded sensors will be summarizes, but can reduce the signal processing walls selected with advantage before further processing become. This optimizes the processor and memory worked.
Die nicht belasteten Sensoren werden jedoch zumindest ihrer Lage nach erfaßt, um somit eine Meßgröße zu gewinnen, die der Reifenkontur entspricht und/oder um besondere Umstände der Überfahrt oder des Aufstandes zu ermitteln. So kann beispielsweise erkannt werden, ob ein Fahrzeugreifen nur teilweise auf dem Wiegesensor aufsteht.However, the unloaded sensors will at least become yours Position after detected so as to gain a measurand that the tire contour corresponds and / or due to special circumstances the crossing or uprising. So can for example, whether a vehicle tire is only recognized partially stands on the weighing sensor.
In weiterer Ausgestaltung wird mittels vor- und/oder nach geschalteter Induktionsschleifen eine etwaige Fahrzeugprä senz erkannt und hierdurch der Datenverarbeitungsprozeß aus- und/oder eingeschaltet. Hierdurch wird vermieden, daß unsinnige Daten, also beispielsweise Nulldaten speicher- und energieaufwendig bearbeitet werden.In a further embodiment, by means of before and / or after switched induction loops a possible vehicle prep recognized and thereby the data processing process off and / or on. This avoids that nonsensical data, for example zero data and processed in an energy-intensive manner.
In alternativer Ausgestaltung kann eine Fahrzeugpräsenz auch mit den in Fahrtrichtung vorderen und/oder hinteren Sensoren des Wiegesensors erkannt werden und infolge dieser Erkennung der Datenverarbeitungsprozeß aus- und/oder einge schaltet werden. Das Verfahren ist im übrigen analog dem Betrieb in Verbindung mit vor- und/oder nachgeschalteten Induktionsmeßschleifen.In an alternative embodiment, a vehicle presence also with the front and / or rear in the direction of travel Sensors of the weighing sensor are recognized and as a result of this Detection of the data processing process off and / or on be switched. The procedure is otherwise analogous to that Operation in connection with upstream and / or downstream Induktionsmeßschleifen.
In abermals vorteilhafter Ausgestaltung wird zwischen Meß modi einer Normalmessung und eine Detailmessung unterschie den. Dabei werden im Normalbetrieb die einem Reifen zuge ordneten Meßwerte integral komprimiert und derart zusammen gefaßt abgespeichert. Nur bei einer Detailmessung die aufgrund vorgegebener oder einstellbarer Bedingungen vorgenom men wird, werden die Daten der Einzelsensoren gespeichert und zur Weiterverarbeitung übermittelt.In a further advantageous embodiment, between measuring Different modes of a normal measurement and a detailed measurement the. In normal operation, the tires are pulled order measured values integrally compressed and put together in this way saved. Only in the case of a detailed measurement specified or adjustable conditions the data of the individual sensors are saved and transmitted for further processing.
Auch bei der statischen oder statisch-dynamischen Wägung werden die Meßwerte der Einzelsensoren zu Mittelwerten in tegriert und derart abgespeichert und weiterverarbeitet.Even with static or static-dynamic weighing the measured values of the individual sensors become mean values in tegrated and stored and processed in this way.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in seiner Genauigkeit dadurch verbessert werden, daß Temperaturdaten, Kalibrier tabellen oder aktive Kalibriervorgänge sowie eine Korrektur einer etwaigen Nullpunktdrift in das Verfahren eingearbei tet werden.The method according to the invention can be accurate be improved in that temperature data, calibration tables or active calibration processes and a correction any zero drift in the process be tested.
Zu Kontroll- und Prüfzwecken werden die Meßwerte in nicht manipulierbarer Weise mit einem Zeit- und/oder Ortsstempel versehen und abgespeichert.For control and test purposes, the measured values are not in manipulable way with a time and / or location stamp provided and saved.
Diese Zeitstempel können bei Anordnung nebeneinander lie gender Wiegensoren benutzt werden um deren Meßergebnisse ggf. zu synchronisieren. Solcherart können Achsbreiten und/oder Achslasten korrekt ermittel werden.These timestamps can lie next to each other when arranged gender weighing sensors are used to measure their results if necessary to synchronize. Such axis widths can and / or axle loads are correctly determined.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zei gen:The invention is described below with reference to the drawing illustrated embodiments explained in more detail. It shows gene:
Fig. 1 einen Wiegesensor in perspektivischer Dar stellung, Fig. 1 position a weighing sensor in a perspective Dar,
Fig. 2 ein Detail des Wiegesensors in perspektivi scher Explosionsdarstellung, Fig. 2 shows a detail of the weighing sensor in perspektivi shear exploded view,
Fig. 3 eine Beschaltung einer Dehnungsmeßstreifen- Meßstelle, Fig. 3 is a wiring of a strain gauge measuring point,
Fig. 4 die Beschaltung eines Y-Moduls mit vier Deh nungsmeßstreifen in einem Blockschaltbild und Fig. 4 shows the wiring of a Y module with four strain gauges in a block diagram and
Fig. 5 einen Schaltungsaufbau eines Wiegesensors insgesamt in schematischer Blockbilddarstel lung. Fig. 5 shows a circuit structure of a weighing sensor overall in a schematic block diagram representation.
Der in Fig. 1 gezeigte Wiegesensor 1 besteht im wesentli chen aus einer Bodenplatte 2, die über Halteleisten 3 mit einer Abdeckung 4 verbunden ist. Bei der Abdeckung 4 han delt es sich im vorliegenden Beispiel um eine Edelstahl platte, die für seitliche Befestigungsflansche 5 mit der Bodenplatte 2 verschraubt ist. Anstelle einer Verschraubung könnte die Bodenplatte auch mit der Abdeckung 4 feuchtig keitsdicht verschweißt sein. Die Ausbildung der Abdeckung 4 als Edelstahlplatte stellt einen wirksamen Korrosionsschutz dar.The weighing sensor 1 shown in Fig. 1 consists wesentli surfaces of a base plate 2, which is connected via retaining strips 3 with a cover 4. In the case of the cover 4, it is in the present example a stainless steel plate which is screwed to the base plate 2 for side fastening flanges 5 . Instead of a screw connection, the base plate could also be welded moisture-tight to the cover 4 . The design of the cover 4 as a stainless steel plate represents effective corrosion protection.
Die als Abdeckung 4 dienende Edelstahlplatte weist ein U- förmiges Profil auf, so daß gemäß der Explosionsdarstellung in Fig. 2 zwischen der Bodenplatte 2 und der Abdeckung 4 einen Zwischenraum zur Aufnahme einer Meßanordnung 6 gebil det ist. Die Meßanordnung 6 umfaßt im wesentlichen soge nannte Y-Modulträger 7, die teilweise in Verankerungsnuten 10 der Bodenplatte 2 eingelassen sind. Der Y-Modulträger 7 weist ein stabförmiges Grundprofil mit seitlich auskragen den Meßauslegern 11 auf. Die Bezeichnung des Y-Modulträgers 7 rührt im wesentlichen von einem Y-förmigen Querschnitt im Bereich der Meßausleger 11 her. Die Meßausleger 11 sind in an sich bekannter Weise beidseits mit Dehnungsmeßstreifen bestückt, die in Fig. 2 nicht weiter dargestellt sind. Zwei am selben Grundprofil einander gegenüberliegend angeordnete seitliche Meßausleger 11 werden im weiteren als Y-Modul 12 bezeichnet, das im wesentlichen aus zwei seitlichen Meßaus legern besteht, die jeweils mit zwei Dehnungsmeßstreifen bestückt sind.The serving as cover 4 stainless steel plate has a U-shaped profile, so that according to the exploded view in Fig. 2 between the base plate 2 and the cover 4, a space for receiving a measuring arrangement 6 is gebil det. The measuring arrangement 6 essentially comprises so-called Y-module supports 7 , which are partially embedded in anchoring grooves 10 of the base plate 2 . The Y module carrier 7 has a rod-shaped basic profile with the measuring arms 11 projecting laterally. The designation of the Y module carrier 7 essentially comes from a Y-shaped cross section in the area of the measuring boom 11 . The measuring arms 11 are equipped on both sides with strain gauges in a manner known per se, which are not shown in FIG. 2. Two on the same basic profile oppositely arranged side measuring boom 11 are referred to as Y module 12 , which consists essentially of two lateral Messaus layers, each equipped with two strain gauges.
Der in Fig. 1 und 2 dargestellte Wiegesensor 1 stellt einen Matrixsensor im Sinne der Erfindung dar. Es sind allerdings auch Meßanordnungen vorstellbar, die lediglich aus einem einzigen Y-Modulträger 7 bzw. aus in Reihe angeordneten Y- Modulträgern 7 bestehen. Hierdurch kann im Rahmen der Er findung auch ein Streifensensor gebildet sein.The weighing sensor 1 shown in FIGS . 1 and 2 represents a matrix sensor in the sense of the invention. However, measuring arrangements are also conceivable which consist only of a single Y module carrier 7 or of Y module carriers 7 arranged in series. As a result, a strip sensor can also be formed as part of the invention.
Der Matrixsensor ist seinen Abmessungen nach so ausgelegt, daß ein vollständiger Reifenlatsch, also die Aufstandsflä che eines Einfach- oder Mehrfachreifens vollständig auf dem Matrixsensor aufgenommen sein kann. Dabei werden beim Auf stand oder bei der Überfahrt durch die dünne Edelstahlab deckung 4 hindurch Gewichtskräfte übertragen, die zu einer Verwindung der seitlichen Meßausleger 11 und somit zur Aus bildung von Horizontalkräfte führen, die ein elektrisches Signal der an den Meßauslegern 11 befestigten Dehnungsmeß streifen, das proportional der Auslenkung der Meßausleger 11 ist, erzeugt.The dimensions of the matrix sensor are designed such that a complete tire contact, that is to say the surface of a single or multiple tire, can be completely accommodated on the matrix sensor. In this case, when standing on or when crossing through the thin stainless steel cover 4 , weight forces are transmitted which lead to torsion of the lateral measuring boom 11 and thus to the formation of horizontal forces which streak an electrical signal of the strain gauges attached to the measuring boom 11 , the is proportional to the deflection of the measuring boom 11 .
Die Beschaltung des Dehnungsmeßstreifen 13 ist in Fig. 3 dargestellt. Jedem Dehnungsmeßstreifen 13 ist gemäß Fig. 3 ein ASIC (anwendungsspezifisch integrierter Schaltkreis) zugeordnet. Dabei wird jeder Dehnungsmeßstreifen 13 in Ver bindung mit einem Brückenwiderstand 14, einem Ohmschen Spannungsteiler 15 sowie einer getakteten Versorgungsspannung 16, die über den Spannungsteiler 15 betrieben wird, geschaltet. Dabei sind der Brückenwiderstand 14, der Span nungsteiler 15 und die Spannungsversorgung 16 auf Meßplati ne angeordnet, die jedem Y-Modulträger 7 zugeordnet ist. Die Meßplatine ist jeweils mit einer der Anzahl der Deh nungsmeßstreifen 13 entsprechenden Anzahl von Dehnungsmeß streifen Asics 17 bestückt. Der Dehnungsmeßstreifen 13 ist unmittelbar im Bereich der Meßplatine der zugehörigen ASICs 17 angeordnet sein, so daß der Verdrahtungsaufwand mini miert ist. Der einem jeden Dehnungsmeßstreifen 13 zugeord nete Dehnungsmeßstreifen ASIC umfaßt einen Verstärker 20, einen Analog/Digitalwandler 21, eine elektronischen Filter 22, ein Speicherelement 23, einen Prozessor 24, der die Analogditalwandlung, das elektronische Filterelement und das Speicherelement 23 ansteuert sowie eine BUS-Schnitt stelle 25 zur Weitergabe der digitalisierten vorverarbeite ten Meßwerte ansteuert.The wiring of the strain gauge 13 is shown in Fig. 3. According to FIG. 3, each strain gauge 13 is assigned an ASIC (application-specific integrated circuit). Each strain gauge 13 is connected in connection with a bridge resistor 14 , an ohmic voltage divider 15 and a clocked supply voltage 16 , which is operated via the voltage divider 15 , switched. The bridge resistor 14 , the voltage divider 15 and the voltage supply 16 are arranged on Meßplati ne, which is assigned to each Y-module carrier 7 . The measuring board is each equipped with a number of strain gauges 13 corresponding to the number of strain gauges Asics 17 . The strain gauge 13 is arranged directly in the area of the measuring board of the associated ASICs 17 , so that the wiring effort is minimized. The assigned to each strain gauge 13 strain gauge ASIC comprises an amplifier 20 , an analog / digital converter 21 , an electronic filter 22 , a memory element 23 , a processor 24 which controls the analog digital conversion, the electronic filter element and the memory element 23 and a bus interface digit 25 controls for forwarding the digitized preprocessed measured values.
Eine verbesserte Ausführung der Meßelektronik des Wiegesen sors 1 ist in Fig. 4 dargestellt. Dabei werden die einem Y- Modul 12 zugehörigen Dehnungsmeßstreifen 13 mit einem ein zigen gemeinsamen Dehnungsmeßstreifen Asic 17' beschaltet. Der Vorteil dieser gemeinsamen Beschaltung liegt insbeson dere in der Ersparnis von einigen ansonsten mehrfach zu realisierenden elektronischen Bauteilen oder Softwaremodu len.An improved version of the measuring electronics of the weighing sensor 1 is shown in Fig. 4. The strain gauges 13 belonging to a Y module 12 are connected to a common strain gauge Asic 17 '. The advantage of this common wiring is in particular the saving of some electronic components or software modules that can otherwise be implemented multiple times.
Gemäß der Darstellung in Fig. 4 können die Dehnungsmeß streifen 13 eines Y-Moduls 12 mit einem gemeinsamen Prozes sor 24', einem einzigen elektronischen Filterelement 22', einem einzigen Speicher 23' sowie mit einer gemeinsamen BUS-Stelle 25' versorgt werden. Lediglich die Verstärker 20' sowie die Analog/Digitalwandler 21 müssen für jeden Dehnungsmeßstreifen 13 separat vorgesehen werden. Die BUS- Schnittstelle 24' sollte allerdings in einem Mehrkanalbe trieb betreibbar sein, so daß die Ergebnisse eines einzigen Dehnungsmeßstreifens 13 gezielt abgefragt werden können. Die einem Y-Modul 12 zugeordnete Sensoreinheit wird im wei teren als Y-Modulsensoreinheit 26 bezeichnet.As shown in Fig. 4, the strain gage can strip 13 of a Y-module 12 with a common Prozes sor 24 ', a single electronic filter element 22', a single memory 23 'as well as with a common bus-stop 25' are supplied. Only the amplifiers 20 'and the analog / digital converter 21 must be provided separately for each strain gauge 13 . The BUS interface 24 'should, however, be operable in a multi-channel operation, so that the results of a single strain gauge 13 can be specifically queried. The sensor unit assigned to a Y module 12 is referred to hereinafter as the Y module sensor unit 26 .
Sämtliche, einem Y-Modulträger 7 zugeordnete Y-Sensorein heiten 26 können auf einer einzigen Meßplatine 27 angeord net sein und somit mit einer gemeinsamen Spannungsversor gung 16' und einem gemeinsamen Spannungsteiler 15' betrie ben werden. Die Meßplatine 27 ist dabei derart langge streckt auf dem Y-Modulträger angeordnet, daß die Dehnungs meßstreifen 13 jeweils in unmittelbarer Nähe ihres entspre chenden Dehnungsmeßstreifen Asics angeordnet sind. Hier durch ist der Verkabelungsaufwand zum Anschluß der Deh nungsmeßstreifen 13 minimiert. Die Y-Sensoreinheiten 26 stehen über einem Datenbus mit einem Y-Modul-Prozessor 28 in Datenverbindung. Die Y-Modulträger 7 bilden in Verbin dung mit der Meßplatine 27 eine abgeschlossene Funktions einheit, die über eine geeignete BUS-Schnittstelle, vor zugsweise eine RS 485 parallele Schnittstelle 30 mit einem Hauptprozessor 31 des Wiegesensors 1 verbunden sind. Zu sätzlich ist in einer vergrößerten Darstellung gezeigt, wie die BUS-Schnittstellen 25 der Y-Modulsensoreinheiten 26 mit dem jeweiligen Y-Modulprozessor 28 in Datenverbindung ste hen.All, a Y-module carrier 7 assigned Y-Sensorein units 26 can be angeord net on a single measuring board 27 and thus with a common voltage supply 16 'and a common voltage divider 15 ' operated. The measuring board 27 is so long stretches arranged on the Y-module carrier that the strain gauges 13 are each arranged in the immediate vicinity of their corre sponding strain gauges Asics. Here, the wiring effort for connecting the strain gauges 13 is minimized. The Y sensor units 26 are connected to a Y module processor 28 via a data bus. The Y module carrier 7 form in conjunction with the measuring board 27 a completed functional unit, which are connected via a suitable BUS interface, preferably an RS 485 parallel interface 30, to a main processor 31 of the weighing sensor 1 . In addition, it is shown in an enlarged view how the BUS interfaces 25 of the Y module sensor units 26 are in data connection with the respective Y module processor 28 .
Der Hauptprozessor 31 kann mit weiteren Sensoreinheiten, wie Induktionsschleifen oder Temperatursensoren in nicht dargestellter Weise in Datenverbindung stehen. The main processor 31 can be connected to other sensor units, such as induction loops or temperature sensors, in a manner not shown.
Somit ist vorstehend der modulweise Aufbau eines Matrixsen sors in mechanischer und elektronischer Hinsicht beschrie ben.Thus, the modular structure of a matrix is above described in mechanical and electronic terms ben.
Die hohe Genauigkeit der Meßanordnung ergibt sich aus der elektronischen und mechanischen Unabhängigkeit der einzel nen Meßstellen von Umgebungseinflüssen sowie aus deren dem jeweiligen Bedarfsfall genau anpaßbaren Anzahl und Abmes sung. Dabei kann die anfallende Datenmenge durch Zu- und Abschalten jeweils benötigter oder nicht benötigter Senso ren dem Einzelfall bedarfsweise angepaßt werden. Schließ lich können auch durch unterschiedliche Taktungen und Aus werteverfahren die Genauigkeiten dem gewünschten Bedarfs fall angepaßt werden. Hierdurch kann der Speicher- und Energiebedarf des Wiegesensors 1 jeweils präzise abgestimmt werden.The high accuracy of the measuring arrangement results from the electronic and mechanical independence of the individual measuring points from environmental influences, as well as from their number and dimension, which can be precisely adapted to the respective requirement. The amount of data generated can be adapted to the individual case as required by switching on and off each required or not required sensor. Finally, the accuracies can also be adapted to the desired need by using different clocking and evaluation methods. As a result, the storage and energy requirements of the weighing sensor 1 can be precisely coordinated.
Finite Elemente Berechnungsverfahren haben bewiesen, daß die Genauigkeit der vorstehend beschriebenen Meßanordnung deutlich über die bisher bekannten Standards hinausgeht und überdies die Eichfähigkeit des Wiegesensors 1 gegeben ist. Finite element calculation methods have proven that the accuracy of the measuring arrangement described above clearly exceeds the previously known standards and, moreover, that the weighing sensor 1 can be calibrated.
11
Wiegesensor
weighing sensor
22
Bodenplatte
baseplate
33
Halteleisten
retaining strips
44
Abdeckung
cover
55
Befestigungsflansch
mounting flange
66
Meßanordnung
measuring arrangement
77
Y-Modulträger
Y-module carrier
1010
Verankerungsnuten
anchoring
1111
Meßausleger
Meßausleger
1212
Y-Modul
Y module
1313
Dehnungsmeßstreifen
strain
1414
Brückenwiderstand
bridge resistance
1515
Spannungsteiler
voltage divider
1616
Spannungsversorgung
power supply
1717
Dehnungsmeßstreifen-ASIC
Strain gauges ASIC
1818
Y-Modul-ASIC
Y-module ASIC
2020
Verstärker
amplifier
2121
AD-Wandler
ADC
2222
Elektronisches Filter
element
Electronic filter element
2323
Speicher
Storage
2424
Prozessor
processor
2525
BUS-Schnittstelle
BUS interface
2626
Y-Modul-Sensoreinheit
Y-module sensor unit
2727
Meßplatine
measuring board
2828
Y-Modul-Prozessor
Y-module processor
3030
RS-485-BUS-Schnittstelle
RS-485 bus interface
3131
Hauptprozessor
main processor
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- - statisch-dynamisch
- - dynamisch
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- - static-dynamic
- - dynamic
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