用于運動中車輛的稱重系統的承載板及相關的約束系統的制作方法

本發明的領域涉及運動中車輛的稱重系統，也被稱為“WIM系統”(動態稱重)。

背景技術：

車輛的重量在許多應用中是非常令人關注的信息，知曉車輛重量是非常重要的。

用于車輛稱重的最常用的方法在于靜態稱重：車輛處于稱重秤上方，其是靜止不動的，尺寸足夠大的稱重秤提供重量測量值。

清楚的是，靜態稱重過程是這樣的過程，盡管它們能夠獲得高的精度，但是它們不能夠應用于必須要知道車輛重量的所有環境。主要的限制在于過程的緩慢以及車輛的駕駛員必須“配合”，原因在于駕駛員必須將車輛精確地定位在稱重秤上方。清楚的是，用于識別超載流通的車輛的應用或者目標是根據車輛重量計算通行費的應用，都是基于靜態稱重的方法所不適合的應用。

因此，已知的技術還提供其它的稱重方法，其允許在車輛經過合適的動態稱重系統之上時確定移動車輛的重量。這樣的系統常常稱為“WIM系統”，其主要缺點在于不能夠獲得和靜態稱重系統一樣高的精度，尤其是它們具有由某個最大經過速度限定的操作極限。

所述WIM系統如果能夠增大精度并且增大最大經過速度(在該最大經過速度內，重量的測量值是可靠的)，那么將具有較為廣泛的應用。

一些已知的WIM系統通過將金屬板定位在街道標高處而制成，待測量的車輛經過其上方。這樣的金屬板也被稱為“承載板”，安裝在道路表面上獲得的腔體之上。這樣，所述腔體被覆蓋，以便提供由道路表面和所述承載板的上表面形成的基本上連續的平面，車輛在該基本上連續的平面上經過。

當車輛經過所述承載板之上時，承載板變形，以便能夠朝向下面的腔體彎曲。經過板之上的車輛越重，則板的變形越明顯地加重。

存在若干種方式測量板的變形，然而不容易將經過板之上的車輛的重量與板自身所承受的變形直接關聯起來，原因在于存在許多確定所述變形的變量。因此，基本上，對于這些WIM系統而言難題在于獲得高的測量精度。

獲得任何物體的變形(由此也獲得金屬板的變形)的測量值的非常有效的方式是使用FBG傳感器(光纖布拉格光柵)。

簡而言之，所述FBG傳感器利用光纖的特性，即能夠進行處理以形成內部地相當于“布拉格光柵”的節段。相當于“布拉格光柵”的光纖可以用作變形傳感器；事實上，“布拉格光柵”具有寬帶輻射所賦予的非常選擇性地反射特定波長的特性。然而，如果具有“布拉格光柵”的光纖變形，那么在所述光纖內獲得的“布拉格光柵”相應地變形，由此光柵自身的反射頻率也改變。

因此，FBG傳感器基本上是一段處理的光纖，以相當于“布拉格光柵”：事實上，利用“布拉格光柵”將寬帶光學信號傳遞到光纖之上并且測量反射頻率，可以獲得與光纖自身的變形相關的測量值。

最終，將能夠變形的本體與某些FBG傳感器相關聯，能夠獲得FBG信號，該FBG信號與應用傳感器FBG的位置處的本體所承受的變形相關，其中在這些FBG傳感器上能夠發送寬帶光學信號并且執行FBG傳感器所反射的波長的測量。

由于所述FBG傳感器能夠應用于用來構成WIM系統的金屬板的若干位置中，所以能夠獲得由一組初級信號構成的多重FBG信號。每個所述初級信號都是時間的函數。初級信號的數量對應于與所述金屬板相關聯的傳感器的數量，隨時間的波動取決于這樣的事實，即車輛花費時間經過所述金屬板之上，產生實時改變的變形。所述多重FBG信號與板的變形相關，由此提供變形的測量值。

除了FBG傳感器之外，其它技術能夠獲得與實體的物理變形相關的信號。在這種情況下，FBG傳感器的應用示出為優選方案，在下文中，本文中呈現的本發明將通常參考所述FBG傳感器；然而，能夠提供與承載板的變形相關的信號的任何傳感器可以用于實施本發明教導的概念。

總之，可以聲明的是，可以測量當車輛經過承載板之上時承載板所承受的變形。

為了合成經過所述金屬承載板之上使承載板變形的車輛的重量的數值化測量值，需要利用數值模型，該數值模型將所述板的變形描述為施加的應力的函數。此外，這些模型應當盡可能地精確，以便返回足夠精確的重量測量值。

因此，在提供WIM系統方面存在技術問題，其中描述由車輛經過板上方產生的應力所導致的板變形的數學模型是最簡單的并且對應于實際情況。

為了以精確且現實的方式對承載板的變形進行建模，方便的是，所述承載板借助于簡單的支撐(支撐處于板自身的邊緣上)固定到地面，并且變形僅僅由在支撐之間的中間點處施加的重力引起。

除了最容易的數學建模之外，簡單的支撐提供的額外優點在于，針對板的變形效應所得的FBG信號具有更加簡單且噪聲較少的形狀。此外，可以想到一種系統，其在稱重過程中發生的總體變形具有可重復的特性，該特性隨時間推移而保持均勻一致。

其它類型的約束(例如具有由車輛的重量施加負荷的插腳或者各種類型的鉸鏈)當然更易于磨損，并且它們將危及具有所要求精度的測量值的可重復性。

簡單的支撐具有的明顯限制在于其僅僅約束豎向應力；因此還需要盡可能地補償水平力，以避免由于板的鎖定而沿著水平方向發生突然的水平位移和碰撞。

技術實現要素：

因此，本發明的主要目的在于提供一種由承載板制成的WIM系統，該承載板與一個或多個FBG傳感器(或對于板變形敏感的其它傳感器)相關聯，被束縛到所述WIM系統的其它部分，使得這種約束類似于簡單支撐，并且其中使所述承載板變形的重力僅僅作用在支撐之間的中間點處。

本發明的另一個目的在于提供一種WIM系統，其中承載板被約束成使得這種約束能夠盡可能地反向平衡在車輛經過板之上時所述板承受的水平應力。必須要考慮的是，待稱重的車輛在承載板上的經過速度越高，則水平應力就越顯著。

通常，在現有技術的系統中，必須要將稱重板牢固地固定到待稱重車輛所經過的地面，但是所述承載板通常被放置成不能夠獲得足夠的建模精度。事實上，束縛必須足夠牢固，以防止承載板可能被容易地移除并且防止約束系統變化而需要及時進行WIM系統的頻繁校準(假設能夠進行再校準，并且能夠對系統建模，該系統能夠由于重型車輛快速通過導致的不規則的強作用力而頻繁地改動)。

本發明的預期目的是通過使用矩形形狀的承載板來實現的，其中兩個較長的邊的尺寸足以覆蓋待稱重車輛能夠經過的道路的整個寬度，其特征在于底面是平坦的并且比頂面寬，所述承載板沿著底面的長邊緣被簡單的支撐約束，并且頂面到底面上的豎向投影不與底面的用以支撐所述承載板的區域相交。此外，所述承載板借助于聯接元件被約束到經過平面，該聯接元件固定到經過平面自身，并且在頂部處形成由經過平面、所述聯接元件和所述承載板的頂面形成的連續平面。

本發明的主要優點在于，根據本發明的教導實現的并且如上所述束縛到WIM系統的用于WIM系統的承載板滿足了已經構想的主要目的。

附圖說明

本發明還具有其它的優點，在以下的說明書中，在構成說明書自身整體部分的所附權利要求中，通過圖示某些實踐實施例，將進一步更好地描述這些優點，這些實施例在下文和附圖中描述為非限制性例子，其中：

圖1示出了可能發生移動車輛的稱重的場景；

圖2示出了根據本發明的用于WIM系統的承載板的截面圖；

圖3示出了承載板的細節的截面，凸顯了板自身在根據本發明的系統WIM中的束縛模式；

圖4示出了與圖3相同的視圖，其中還示出了在經過系統上的過程中的車輛車輪；

圖5示出了與圖3相同的細節，截取自根據本發明的WIM系統的真實項目表。

具體實施方式

在圖1中示出了能夠理解WIM系統如何操作性地工作的場景。在街道上移動的車輛用數字10示出。數字200表示道路表面，對于WIM系統的良好操作而言，該道路表面應當是盡可能地均勻且水平的。數字100表示WIM系統，其占據橫向越過路面放置的帶，使得車輛的所有車輪都從其上經過。從圖1的場景中也可以看到，WIM系統100與道路200形成連續平面，經過其上的車輛10必須不能夠感受到不平或臺階。另外，圖1示出了車輛10接近由WIM系統100占據的區域，以越過所述WIM系統100的上表面的長邊：數字102表示所述WIM系統100的接近側。

根據本發明的WIM系統100可以針對測量沿單個方向經過(也就是總是從相同的接近側進入到WIM系統之上)的車輛的重量進行優化，并且它們可以被設計成用以執行沿兩個方向經過的車輛的重量的測量。

本發明中所述的基本特征可以應用于能夠執行沿兩個方向經過的車輛的重量的測量的WIM系統。因此，清楚的是，WIM系統的兩個長邊由車輛越過，車輛經過以首先接近該系統，然后在已經經過之后離開該系統。為了方便起見，在兩個邊的特征相同的情況下，在以下的說明中，將總是使用詞語“接近側”，已知的是，除了指的是車輛接近稱重系統所通過的側之外，其也是所述車輛離開該系統時經過的側。

一般來講，所述稱重系統WIM100的上表面的形狀是矩形的，并且長邊也是接近側102。事實上，所述接近側102必須至少和總體系統必須能夠稱重的車輛的寬度一樣長。通常，接近側要長的多，原因在于其必須能夠跨過車輛能夠經過的空間的整個寬度(通常接近側102的長度為大約數米)：事實上，待稱重的車輛必須其所有車輪都經過所述WIM系統100之上。所述WIM系統100(通常，如上所述，形狀為矩形的)的上表面的短邊(反之亦然)要短得多，原因在于優選的是當車輛經過其上時加載車輛的單個軸的重量。此外，太寬的承載板的變形的建模將更加復雜而不太適合于稱重應用(根據本發明的稱重系統WIM的承載板的典型寬度通常小于一米)。

圖2示出了與WIM系統100的承載板的接近側102正交的平面上的截面。

所述承載板在圖中用數字110表示。數字103表示在所述承載板110下方的泥土中獲得的腔體。

處于承載板110下方的腔體103在平面圖中具有類似的形狀，即形狀為矩形。所述腔體103的長邊的長度類似于WIM系統100的接近側102的長度，而短邊將對應于承載板的寬度并且如上所述具有較小的尺寸。腔體103的寬度用數字104表示。

因此，沿與接近側102正交的相同方向表示的腔體103以其小尺寸示出，該小尺寸為其寬度104。

圖2顯示了在與接近側102正交的截面中看的承載板110的輪廓的某些具體特征。具體地，上表面用數字111表示，而數字113表示所述承載板110的下表面。所述下表面113比所述上表面111寬。另外：所述承載板110的上表面111的寬度小于腔體103的寬度104，而承載板110的下表面113的寬度大于腔體103的寬度104。

在與接近側102正交的截面中看的承載板110的輪廓的這種形狀允許所述承載板110通過簡單支撐支撐在所述腔體103上方。所述支撐沿著與接近側102平行的所述承載板110的兩個長邊進行。這是因為所述承載板110的下部部分相對于上部部分突出，并且比所述腔體103寬，以使得其能夠在不落到腔體自身中的情況下得到支撐。

數字101表示所述承載板110的上表面111的豎向投影(在相同的截面中)的兩條線。

因此，從圖2中可以明顯看到所述承載板110的另一個幾何特征結構。事實上，承載板110的上表面111在下表面113上的投影完全包含在支撐區域之間的中間區域中，而不與支撐區域進行任何重疊。

圖3示出了所述WIM系統100的細節，基本上示出了所述承載板110如何作為整體被約束到WIM系統100。

如前述圖2所示，圖3提供了與WIM系統100的接近側102正交的平面上的截面視圖。在承載板110的一端上凸顯了所關注的基本細節，因此僅僅表示了腔體103的在這些細節下方的部分。

清楚的是，在WIM系統100具有兩個接近側的情況下，圖3中描述的每個部分在沒有示出的接近側中也都是對稱地重復的。

此外，在圖3中，較完整地示出了容納所述WIM系統100的隔室的可能的輪廓。實際上，除了承載板110下方的腔體103的形狀之外，還表示了WIM系統100的容納隔室的從腔體到道路表面200的輪廓。

參照承載板110：尤為重要的是沿著WIM系統100中的接近側102、所述承載板110的頂部表面111和下表面113之間的連接表面的形狀。從所述連接表面的截面視圖中，可以理解，其不是簡單地由平面構成，而是由形成角度的兩個平面構成。數字112表示所述連接表面的上部部分，其構成整個表面的特征部分；下部部分在圖中示出為傾斜平面，但不是特色的，其也可以采用不同的形式。豎向平面形成連接表面的所述上部部分112，并且該形狀適合于與WIM系統100的承載板110的約束元件聯接。

數字120表示所述聯接元件，當所述動態WIM系統正確地安裝以進行操作時，該聯接元件沿著WIM系統100的接近側102定位。所述聯接元件120在與WIM系統100的接近側102正交的相同平面上的相同截面中明顯地示出，并且具有至少兩個特征形狀細節：

其具有平坦的豎向表面，用數字122表示，

其具有平坦的水平表面，用數字121表示，在適當的安裝近似值限制范圍內，該水平表面與道路表面200以及承載板110的上表面111共面。

所述聯接元件120(直接或間接地)固定到待稱重的車輛所經過的道路，并且其安裝成使得所述豎向表面122與承載板110的豎向表面112相對，并使得其部分地上覆與所述承載板110的接近側102平行的邊緣的下部部分。此外，聯接元件120的豎向表面122的表面積不大于相對的且屬于所述承載板110的兩個頂面和底面之間的連接表面的豎向平面112的表面積。

這種放置允許將承載板110足夠堅固地束縛到WIM系統100。也防止了所述承載板110的提升。事實上，覆蓋與WIM系統的接近側平行的長邊的聯接元件120將抵抗提升移除企圖。通過聯接元件120的豎向表面122抵抗承載板110的豎向表面112，還抵抗水平位移運動(例如在經過的車輛制動的情況下)。

圖4示出了與圖3相同的視圖，然而除此之外，還示出了經過所述WIM系統100之上的車輛10的車輪。圖4能夠更好地描述WIM系統100的典型操作狀況。

數字11表示經過所述WIM系統100之上的車輛10的車輪(圖中所示的車輪相對于稱重系統WIM的元件的相對尺寸對于本說明書的目的而言是沒有意義的)。數字12是表示所述車輪11的運動方向的箭頭。

于是，所述車輪11從道路表面200運動接近WIM系統100，并且經過該系統之上，從接近側102進入該系統。

車輛10的重量經由車輪首先傳遞到道路表面200上，然后傳遞到WIM系統100上。當車輪進入WIM系統100時，其首先經過與道路表面200共面的聯接元件120的水平表面121之上，并且不對承載板110加載。在這點處，除了純粹的約束功能之外，重要的是強調聯接元件120的另一個功能：事實上，所述聯接元件120覆蓋承載板110的下邊緣，但是其不抵靠所述邊緣，原因是其牢固地附接到WIM系統100的結構并且牢固地附接到容納所述WIM系統100的隔室。

繼續其運動，然后車輪進入承載板110的頂部表面111之上，該頂部表面與道路表面200和聯接元件120的水平表面121共面，車輛10的重量通過車輪11開始作用于承載板110。由于來自上方的應力，而使得所述承載板110能夠變形，具體地，承載板由于下方腔體103的存在而向下撓曲，該腔體不會對該變形產生任何反應效果。

借助于被設計成具有根據本發明教導的形狀并且也根據本發明的教導進行約束的承載板110，能夠實現一種WIM系統100，其中針對重力的施加而變形的承載板110能夠進行建模，以使得所述承載板110的支撐約束是簡單支撐，并且所述承載板110所經受的決不包括豎向壓縮力(即重力和反作用力作用在相同的豎向軸線上的應力)，該豎向壓縮力的效應對于模型而言是非常復雜的，將不可避免地導致數學模型的模擬與現實目標行為之間的差異。

圖5示出了與圖3相同的視圖，但是在這種情況下，該圖是從技術設計中提取出來的，與前面的定性圖相比包含了一些額外的細節，這些細節能夠進一步描述根據本發明的WIM系統100的可能的現實實施例。

具體地，數字130表示分別插置在承載板110和聯接元件120的兩個豎向表面112和122之間的襯墊。所述襯墊130的功能非常重要，原因在于其防止水和其它物質(例如泥土、灰塵和小的碎屑)進入到上覆的聯接元件120和下面的承載板110的邊緣之間的空間中：在假設承載板110的簡單支撐的情況下，重要的是要保持該空間足夠清潔，以便盡可能地保持可靠性，而聯接元件和板的邊緣之間的空間的可能的填充可能危及這種近似。

此外，所述襯墊130由非剛性材料(例如EPDM-乙烯-丙烯二烯單體)制成，與支撐結構施加的力相比，其允許考慮將兩個豎向表面之間的摩擦力忽略不計。因此，插置所述襯墊130的便利在功能上可用于使得由承載板110及其約束構成的系統沿著其在腔體之上的邊緣盡可能正確地由返回到簡單板支撐的數學模型逼近。

數字140表示整個WIM系統100的支撐和緊固結構元件。清楚的是，可以以多種方式實現支撐和緊固結構元件。在圖5考慮的項目的情況下，已經選擇的結構適于包封在道路表面上獲得的為平行六面體形狀的隔室中。牢固地固定到道路表面的所述結構140例如能夠用于固定聯接元件120(在該實施例中，其具有的形狀非常類似于定性圖3和4中所提出的形狀)。在圖5的情況下，通過大螺釘實現聯接元件120的緊固。在圖5的截面中，數字150表示這些螺釘之一，其能夠牢固保持聯接元件120，在其撤銷時，聯接元件必須能夠支撐經過的車輛的重量，而不壓縮下面的承載板110的邊緣。

從以上所述清楚的是，將所述WIM系統100保持在一起的結構可以采取多種形式，前提條件是保留所述的并且能夠獲得有效深度腔體103的特征部件的基本特征，以使得承載板110即使在由于非常中的車輛經過而顯著撓曲時也絕不會接觸所述腔體103的底部。具體地，所述腔體103的深度的尺寸必須容納所述承載板110的最大容許撓曲，該最大容許撓曲時一旦被超過就將導致板自身永久變形而使其不再適合于所用的稱重應用的撓曲。

所述的本發明能夠以多種變型形式實施，與先前描述的相比，這些變型形式能夠提供額外的優點。此外，在不脫離本發明的情況下，本領域技術人員可以做出這些進一步的變型形式，因為這從本說明書和所附的權利要求中是清楚的。因此，可以改變所述的某些元件的位置；此外，每個元件可以具有不同的材料、尺寸或形狀；此外，本發明可以以部分的方式實現，并且所述的許多細節能夠用技術上等效的元件代替。

具體地且如上已經所述的，承載板的變形的測量技術不是本發明的特征部分，因此，如果在將來能夠獲得比基于FBG傳感器的技術(當前認為是優選的技術)更加有利的技術，或者如果當前技術發展到最佳性能或最佳成本，那么其它類型的傳感器可以用于本發明的實施例而不改變其具有創造性的實質。

最后，本發明自身結合和支持額外的特征，以進一步提高WIM系統100的性能：本發明中沒有描述的這樣的布置形式將最終描述于本發明可想到的額外專利申請中。