用于运动中车辆的称重系统的承载板及相关的约束系统的制作方法

本发明的领域涉及运动中车辆的称重系统，也被称为“WIM系统”(动态称重)。

背景技术：

车辆的重量在许多应用中是非常令人关注的信息，知晓车辆重量是非常重要的。

用于车辆称重的最常用的方法在于静态称重：车辆处于称重秤上方，其是静止不动的，尺寸足够大的称重秤提供重量测量值。

清楚的是，静态称重过程是这样的过程，尽管它们能够获得高的精度，但是它们不能够应用于必须要知道车辆重量的所有环境。主要的限制在于过程的缓慢以及车辆的驾驶员必须“配合”，原因在于驾驶员必须将车辆精确地定位在称重秤上方。清楚的是，用于识别超载流通的车辆的应用或者目标是根据车辆重量计算通行费的应用，都是基于静态称重的方法所不适合的应用。

因此，已知的技术还提供其它的称重方法，其允许在车辆经过合适的动态称重系统之上时确定移动车辆的重量。这样的系统常常称为“WIM系统”，其主要缺点在于不能够获得和静态称重系统一样高的精度，尤其是它们具有由某个最大经过速度限定的操作极限。

所述WIM系统如果能够增大精度并且增大最大经过速度(在该最大经过速度内，重量的测量值是可靠的)，那么将具有较为广泛的应用。

一些已知的WIM系统通过将金属板定位在街道标高处而制成，待测量的车辆经过其上方。这样的金属板也被称为“承载板”，安装在道路表面上获得的腔体之上。这样，所述腔体被覆盖，以便提供由道路表面和所述承载板的上表面形成的基本上连续的平面，车辆在该基本上连续的平面上经过。

当车辆经过所述承载板之上时，承载板变形，以便能够朝向下面的腔体弯曲。经过板之上的车辆越重，则板的变形越明显地加重。

存在若干种方式测量板的变形，然而不容易将经过板之上的车辆的重量与板自身所承受的变形直接关联起来，原因在于存在许多确定所述变形的变量。因此，基本上，对于这些WIM系统而言难题在于获得高的测量精度。

获得任何物体的变形(由此也获得金属板的变形)的测量值的非常有效的方式是使用FBG传感器(光纤布拉格光栅)。

简而言之，所述FBG传感器利用光纤的特性，即能够进行处理以形成内部地相当于“布拉格光栅”的节段。相当于“布拉格光栅”的光纤可以用作变形传感器；事实上，“布拉格光栅”具有宽带辐射所赋予的非常选择性地反射特定波长的特性。然而，如果具有“布拉格光栅”的光纤变形，那么在所述光纤内获得的“布拉格光栅”相应地变形，由此光栅自身的反射频率也改变。

因此，FBG传感器基本上是一段处理的光纤，以相当于“布拉格光栅”：事实上，利用“布拉格光栅”将宽带光学信号传递到光纤之上并且测量反射频率，可以获得与光纤自身的变形相关的测量值。

最终，将能够变形的本体与某些FBG传感器相关联，能够获得FBG信号，该FBG信号与应用传感器FBG的位置处的本体所承受的变形相关，其中在这些FBG传感器上能够发送宽带光学信号并且执行FBG传感器所反射的波长的测量。

由于所述FBG传感器能够应用于用来构成WIM系统的金属板的若干位置中，所以能够获得由一组初级信号构成的多重FBG信号。每个所述初级信号都是时间的函数。初级信号的数量对应于与所述金属板相关联的传感器的数量，随时间的波动取决于这样的事实，即车辆花费时间经过所述金属板之上，产生实时改变的变形。所述多重FBG信号与板的变形相关，由此提供变形的测量值。

除了FBG传感器之外，其它技术能够获得与实体的物理变形相关的信号。在这种情况下，FBG传感器的应用示出为优选方案，在下文中，本文中呈现的本发明将通常参考所述FBG传感器；然而，能够提供与承载板的变形相关的信号的任何传感器可以用于实施本发明教导的概念。

总之，可以声明的是，可以测量当车辆经过承载板之上时承载板所承受的变形。

为了合成经过所述金属承载板之上使承载板变形的车辆的重量的数值化测量值，需要利用数值模型，该数值模型将所述板的变形描述为施加的应力的函数。此外，这些模型应当尽可能地精确，以便返回足够精确的重量测量值。

因此，在提供WIM系统方面存在技术问题，其中描述由车辆经过板上方产生的应力所导致的板变形的数学模型是最简单的并且对应于实际情况。

为了以精确且现实的方式对承载板的变形进行建模，方便的是，所述承载板借助于简单的支撑(支撑处于板自身的边缘上)固定到地面，并且变形仅仅由在支撑之间的中间点处施加的重力引起。

除了最容易的数学建模之外，简单的支撑提供的额外优点在于，针对板的变形效应所得的FBG信号具有更加简单且噪声较少的形状。此外，可以想到一种系统，其在称重过程中发生的总体变形具有可重复的特性，该特性随时间推移而保持均匀一致。

其它类型的约束(例如具有由车辆的重量施加负荷的插脚或者各种类型的铰链)当然更易于磨损，并且它们将危及具有所要求精度的测量值的可重复性。

简单的支撑具有的明显限制在于其仅仅约束竖向应力；因此还需要尽可能地补偿水平力，以避免由于板的锁定而沿着水平方向发生突然的水平位移和碰撞。

技术实现要素：

因此，本发明的主要目的在于提供一种由承载板制成的WIM系统，该承载板与一个或多个FBG传感器(或对于板变形敏感的其它传感器)相关联，被束缚到所述WIM系统的其它部分，使得这种约束类似于简单支撑，并且其中使所述承载板变形的重力仅仅作用在支撑之间的中间点处。

本发明的另一个目的在于提供一种WIM系统，其中承载板被约束成使得这种约束能够尽可能地反向平衡在车辆经过板之上时所述板承受的水平应力。必须要考虑的是，待称重的车辆在承载板上的经过速度越高，则水平应力就越显著。

通常，在现有技术的系统中，必须要将称重板牢固地固定到待称重车辆所经过的地面，但是所述承载板通常被放置成不能够获得足够的建模精度。事实上，束缚必须足够牢固，以防止承载板可能被容易地移除并且防止约束系统变化而需要及时进行WIM系统的频繁校准(假设能够进行再校准，并且能够对系统建模，该系统能够由于重型车辆快速通过导致的不规则的强作用力而频繁地改动)。

本发明的预期目的是通过使用矩形形状的承载板来实现的，其中两个较长的边的尺寸足以覆盖待称重车辆能够经过的道路的整个宽度，其特征在于底面是平坦的并且比顶面宽，所述承载板沿着底面的长边缘被简单的支撑约束，并且顶面到底面上的竖向投影不与底面的用以支撑所述承载板的区域相交。此外，所述承载板借助于联接元件被约束到经过平面，该联接元件固定到经过平面自身，并且在顶部处形成由经过平面、所述联接元件和所述承载板的顶面形成的连续平面。

本发明的主要优点在于，根据本发明的教导实现的并且如上所述束缚到WIM系统的用于WIM系统的承载板满足了已经构想的主要目的。

附图说明

本发明还具有其它的优点，在以下的说明书中，在构成说明书自身整体部分的所附权利要求中，通过图示某些实践实施例，将进一步更好地描述这些优点，这些实施例在下文和附图中描述为非限制性例子，其中：

图1示出了可能发生移动车辆的称重的场景；

图2示出了根据本发明的用于WIM系统的承载板的截面图；

图3示出了承载板的细节的截面，凸显了板自身在根据本发明的系统WIM中的束缚模式；

图4示出了与图3相同的视图，其中还示出了在经过系统上的过程中的车辆车轮；

图5示出了与图3相同的细节，截取自根据本发明的WIM系统的真实项目表。

具体实施方式

在图1中示出了能够理解WIM系统如何操作性地工作的场景。在街道上移动的车辆用数字10示出。数字200表示道路表面，对于WIM系统的良好操作而言，该道路表面应当是尽可能地均匀且水平的。数字100表示WIM系统，其占据横向越过路面放置的带，使得车辆的所有车轮都从其上经过。从图1的场景中也可以看到，WIM系统100与道路200形成连续平面，经过其上的车辆10必须不能够感受到不平或台阶。另外，图1示出了车辆10接近由WIM系统100占据的区域，以越过所述WIM系统100的上表面的长边：数字102表示所述WIM系统100的接近侧。

根据本发明的WIM系统100可以针对测量沿单个方向经过(也就是总是从相同的接近侧进入到WIM系统之上)的车辆的重量进行优化，并且它们可以被设计成用以执行沿两个方向经过的车辆的重量的测量。

本发明中所述的基本特征可以应用于能够执行沿两个方向经过的车辆的重量的测量的WIM系统。因此，清楚的是，WIM系统的两个长边由车辆越过，车辆经过以首先接近该系统，然后在已经经过之后离开该系统。为了方便起见，在两个边的特征相同的情况下，在以下的说明中，将总是使用词语“接近侧”，已知的是，除了指的是车辆接近称重系统所通过的侧之外，其也是所述车辆离开该系统时经过的侧。

一般来讲，所述称重系统WIM100的上表面的形状是矩形的，并且长边也是接近侧102。事实上，所述接近侧102必须至少和总体系统必须能够称重的车辆的宽度一样长。通常，接近侧要长的多，原因在于其必须能够跨过车辆能够经过的空间的整个宽度(通常接近侧102的长度为大约数米)：事实上，待称重的车辆必须其所有车轮都经过所述WIM系统100之上。所述WIM系统100(通常，如上所述，形状为矩形的)的上表面的短边(反之亦然)要短得多，原因在于优选的是当车辆经过其上时加载车辆的单个轴的重量。此外，太宽的承载板的变形的建模将更加复杂而不太适合于称重应用(根据本发明的称重系统WIM的承载板的典型宽度通常小于一米)。

图2示出了与WIM系统100的承载板的接近侧102正交的平面上的截面。

所述承载板在图中用数字110表示。数字103表示在所述承载板110下方的泥土中获得的腔体。

处于承载板110下方的腔体103在平面图中具有类似的形状，即形状为矩形。所述腔体103的长边的长度类似于WIM系统100的接近侧102的长度，而短边将对应于承载板的宽度并且如上所述具有较小的尺寸。腔体103的宽度用数字104表示。

因此，沿与接近侧102正交的相同方向表示的腔体103以其小尺寸示出，该小尺寸为其宽度104。

图2显示了在与接近侧102正交的截面中看的承载板110的轮廓的某些具体特征。具体地，上表面用数字111表示，而数字113表示所述承载板110的下表面。所述下表面113比所述上表面111宽。另外：所述承载板110的上表面111的宽度小于腔体103的宽度104，而承载板110的下表面113的宽度大于腔体103的宽度104。

在与接近侧102正交的截面中看的承载板110的轮廓的这种形状允许所述承载板110通过简单支撑支撑在所述腔体103上方。所述支撑沿着与接近侧102平行的所述承载板110的两个长边进行。这是因为所述承载板110的下部部分相对于上部部分突出，并且比所述腔体103宽，以使得其能够在不落到腔体自身中的情况下得到支撑。

数字101表示所述承载板110的上表面111的竖向投影(在相同的截面中)的两条线。

因此，从图2中可以明显看到所述承载板110的另一个几何特征结构。事实上，承载板110的上表面111在下表面113上的投影完全包含在支撑区域之间的中间区域中，而不与支撑区域进行任何重叠。

图3示出了所述WIM系统100的细节，基本上示出了所述承载板110如何作为整体被约束到WIM系统100。

如前述图2所示，图3提供了与WIM系统100的接近侧102正交的平面上的截面视图。在承载板110的一端上凸显了所关注的基本细节，因此仅仅表示了腔体103的在这些细节下方的部分。

清楚的是，在WIM系统100具有两个接近侧的情况下，图3中描述的每个部分在没有示出的接近侧中也都是对称地重复的。

此外，在图3中，较完整地示出了容纳所述WIM系统100的隔室的可能的轮廓。实际上，除了承载板110下方的腔体103的形状之外，还表示了WIM系统100的容纳隔室的从腔体到道路表面200的轮廓。

参照承载板110：尤为重要的是沿着WIM系统100中的接近侧102、所述承载板110的顶部表面111和下表面113之间的连接表面的形状。从所述连接表面的截面视图中，可以理解，其不是简单地由平面构成，而是由形成角度的两个平面构成。数字112表示所述连接表面的上部部分，其构成整个表面的特征部分；下部部分在图中示出为倾斜平面，但不是特色的，其也可以采用不同的形式。竖向平面形成连接表面的所述上部部分112，并且该形状适合于与WIM系统100的承载板110的约束元件联接。

数字120表示所述联接元件，当所述动态WIM系统正确地安装以进行操作时，该联接元件沿着WIM系统100的接近侧102定位。所述联接元件120在与WIM系统100的接近侧102正交的相同平面上的相同截面中明显地示出，并且具有至少两个特征形状细节：

其具有平坦的竖向表面，用数字122表示，

其具有平坦的水平表面，用数字121表示，在适当的安装近似值限制范围内，该水平表面与道路表面200以及承载板110的上表面111共面。

所述联接元件120(直接或间接地)固定到待称重的车辆所经过的道路，并且其安装成使得所述竖向表面122与承载板110的竖向表面112相对，并使得其部分地上覆与所述承载板110的接近侧102平行的边缘的下部部分。此外，联接元件120的竖向表面122的表面积不大于相对的且属于所述承载板110的两个顶面和底面之间的连接表面的竖向平面112的表面积。

这种放置允许将承载板110足够坚固地束缚到WIM系统100。也防止了所述承载板110的提升。事实上，覆盖与WIM系统的接近侧平行的长边的联接元件120将抵抗提升移除企图。通过联接元件120的竖向表面122抵抗承载板110的竖向表面112，还抵抗水平位移运动(例如在经过的车辆制动的情况下)。

图4示出了与图3相同的视图，然而除此之外，还示出了经过所述WIM系统100之上的车辆10的车轮。图4能够更好地描述WIM系统100的典型操作状况。

数字11表示经过所述WIM系统100之上的车辆10的车轮(图中所示的车轮相对于称重系统WIM的元件的相对尺寸对于本说明书的目的而言是没有意义的)。数字12是表示所述车轮11的运动方向的箭头。

于是，所述车轮11从道路表面200运动接近WIM系统100，并且经过该系统之上，从接近侧102进入该系统。

车辆10的重量经由车轮首先传递到道路表面200上，然后传递到WIM系统100上。当车轮进入WIM系统100时，其首先经过与道路表面200共面的联接元件120的水平表面121之上，并且不对承载板110加载。在这点处，除了纯粹的约束功能之外，重要的是强调联接元件120的另一个功能：事实上，所述联接元件120覆盖承载板110的下边缘，但是其不抵靠所述边缘，原因是其牢固地附接到WIM系统100的结构并且牢固地附接到容纳所述WIM系统100的隔室。

继续其运动，然后车轮进入承载板110的顶部表面111之上，该顶部表面与道路表面200和联接元件120的水平表面121共面，车辆10的重量通过车轮11开始作用于承载板110。由于来自上方的应力，而使得所述承载板110能够变形，具体地，承载板由于下方腔体103的存在而向下挠曲，该腔体不会对该变形产生任何反应效果。

借助于被设计成具有根据本发明教导的形状并且也根据本发明的教导进行约束的承载板110，能够实现一种WIM系统100，其中针对重力的施加而变形的承载板110能够进行建模，以使得所述承载板110的支撑约束是简单支撑，并且所述承载板110所经受的决不包括竖向压缩力(即重力和反作用力作用在相同的竖向轴线上的应力)，该竖向压缩力的效应对于模型而言是非常复杂的，将不可避免地导致数学模型的模拟与现实目标行为之间的差异。

图5示出了与图3相同的视图，但是在这种情况下，该图是从技术设计中提取出来的，与前面的定性图相比包含了一些额外的细节，这些细节能够进一步描述根据本发明的WIM系统100的可能的现实实施例。

具体地，数字130表示分别插置在承载板110和联接元件120的两个竖向表面112和122之间的衬垫。所述衬垫130的功能非常重要，原因在于其防止水和其它物质(例如泥土、灰尘和小的碎屑)进入到上覆的联接元件120和下面的承载板110的边缘之间的空间中：在假设承载板110的简单支撑的情况下，重要的是要保持该空间足够清洁，以便尽可能地保持可靠性，而联接元件和板的边缘之间的空间的可能的填充可能危及这种近似。

此外，所述衬垫130由非刚性材料(例如EPDM-乙烯-丙烯二烯单体)制成，与支撑结构施加的力相比，其允许考虑将两个竖向表面之间的摩擦力忽略不计。因此，插置所述衬垫130的便利在功能上可用于使得由承载板110及其约束构成的系统沿着其在腔体之上的边缘尽可能正确地由返回到简单板支撑的数学模型逼近。

数字140表示整个WIM系统100的支撑和紧固结构元件。清楚的是，可以以多种方式实现支撑和紧固结构元件。在图5考虑的项目的情况下，已经选择的结构适于包封在道路表面上获得的为平行六面体形状的隔室中。牢固地固定到道路表面的所述结构140例如能够用于固定联接元件120(在该实施例中，其具有的形状非常类似于定性图3和4中所提出的形状)。在图5的情况下，通过大螺钉实现联接元件120的紧固。在图5的截面中，数字150表示这些螺钉之一，其能够牢固保持联接元件120，在其撤销时，联接元件必须能够支撑经过的车辆的重量，而不压缩下面的承载板110的边缘。

从以上所述清楚的是，将所述WIM系统100保持在一起的结构可以采取多种形式，前提条件是保留所述的并且能够获得有效深度腔体103的特征部件的基本特征，以使得承载板110即使在由于非常中的车辆经过而显著挠曲时也绝不会接触所述腔体103的底部。具体地，所述腔体103的深度的尺寸必须容纳所述承载板110的最大容许挠曲，该最大容许挠曲时一旦被超过就将导致板自身永久变形而使其不再适合于所用的称重应用的挠曲。

所述的本发明能够以多种变型形式实施，与先前描述的相比，这些变型形式能够提供额外的优点。此外，在不脱离本发明的情况下，本领域技术人员可以做出这些进一步的变型形式，因为这从本说明书和所附的权利要求中是清楚的。因此，可以改变所述的某些元件的位置；此外，每个元件可以具有不同的材料、尺寸或形状；此外，本发明可以以部分的方式实现，并且所述的许多细节能够用技术上等效的元件代替。

具体地且如上已经所述的，承载板的变形的测量技术不是本发明的特征部分，因此，如果在将来能够获得比基于FBG传感器的技术(当前认为是优选的技术)更加有利的技术，或者如果当前技术发展到最佳性能或最佳成本，那么其它类型的传感器可以用于本发明的实施例而不改变其具有创造性的实质。

最后，本发明自身结合和支持额外的特征，以进一步提高WIM系统100的性能：本发明中没有描述的这样的布置形式将最终描述于本发明可想到的额外专利申请中。