PL B1. Układ czujników do rejestrowania, klasyfikacji i ważenia pojazdów samochodowych na drogach w ruchu płynnym

Transkrypt

1 PL B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: (51) Int.Cl. G08G 1/042 ( ) G01G 19/03 ( ) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: (54) Układ czujników do rejestrowania, klasyfikacji i ważenia pojazdów samochodowych na drogach w ruchu płynnym (30) Pierwszeństwo: , DE, DE (73) Uprawniony z patentu: Traffic Data Systems GmbH, Dresden, DE (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 26/12 (72) Twórca(y) wynalazku: KURT WEISS, Hamburg, DE (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 08/14 (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Janusz Nowakowski

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest układ czujników do rejestrowania, klasyfikacji i ważenia pojazdów samochodowych na drogach o ruchu płynnym. Układ jest wbudowywany w jezdnie drogi i wykorzystywany do rejestracji, klasyfikacji, oznaczania ciężaru pojazdów/nacisku kół na jezdnię, oraz do zarejestrowania innych wartości pomiarowych, jak prędkość i długość pojazdów przejeżdżających przez układ czujników. W przypadku rejestrowania pojazdów samochodowych znane jest osadzanie w nawierzchni drogi, względnie pod nią, pojedynczych czujników. Przy tym chodzi w zasadzie o dwa różne rodzaje czujników. Po pierwsze, są to pętle wzbudzane indukcyjnie lub pętle indukcyjne, a po drugie wykorzystywane są czujniki, za pomocą których oznaczany jest podczas przejazdu ciężar pojazdu. Te ostatnie czujniki wykorzystują korzystnie efekt piezoelektryczny i za pomocą przyłączonego wzmacniacza, dla danego ciężaru podczas przejeżdżania mogą być zarejestrowane/przyporządkowane proporcjonalne sygnały pomiarowe. Do tego można stosować także czujniki, które wykorzystują inne fizyczne zasady pomiaru. W ten sposób może być oznaczony każdorazowy ciężar własny pojazdu lub też mogą być określone także obciążenia kół pojazdu. Zazwyczaj stosuje się czujniki w postaci belki, tak że w jednym kierunku osiowym mają one wyraźnie większą długość niż w prostopadłym kierunku osiowym. Dzięki temu możliwe jest pokrycie czujnikami całej szerokości, przynajmniej większej części jezdni lub jednego pasa ruchu. Za pomocą obu rodzajów czujników (czujniki do oznaczania ciężaru i pętle indukcyjne) możliwe jest także oznaczanie danego typu pojazdu poprzez rozpoznawanie wzoru danego pojazdu. I tak czujnik, który jest także określany jako belka wagowa o szerokości około 5 cm podczas przejazdu jednego koła wysyła sygnał elektryczny, którego długość ( powierzchnia ) przy danej prędkości pojazdu jest proporcjonalna do jego ciężaru i który może być wykorzystany jako sygnał pomiarowy. Podczas przejeżdżania pojazdu, pętle indukcyjne dostarczają charakterystyczny wzór widoku pojazdu od dołu, z którego może być ustalonych 8-10 klas pojazdu i może być określona długość pojazdu. Prędkość może być ustalona z przesunięcia czasowego wzorów pętli indukcyjnych, jak również z przesunięcia impulsów belki wagowej. Wówczas, na podstawie czujników do określania ciężaru może zostać ustalony wzór kół (odstępy osi, grupy osi i ich ciężary własne) danego pojazdu. Do określania ciężaru stosuje się często czujniki, które mogą rejestrować jedynie na części szerokości jezdni lub pasa ruchu. Wówczas, z reguły stosuje się czujniki, które są utworzone z dwóch półbelek. Dzięki temu możliwe jest indywidualne rejestrowanie kół pojazdu. Dodatkowo, można zmniejszyć naprężenie zginające czujników. Określenie ciężaru lub nacisku kół na jezdnię jest istotne z reguły tylko dla transportu dużych ciężarów (ciężarówki z przyczepą lub bez, ciągniki siodłowe z naczepą), ponieważ mają one największy wpływ na zużycie drogi. Stosuje się także pętle transponderowe do rozpoznawania w ruchu płynnym pojazdów kalibrujących, które są wyposażone w odpowiedni transponder. Przykładem takiego rozwiązania jest system i sposób kalibracji czujników do pomiaru obciążeń dynamicznych kół lub nacisku osi pojazdów. Przedstawiony w opisie WO 2009/ W nawierzchni jezdni jest tak zagłębiony czujnik, że co najmniej jedno koło musi przejeżdżać przez niego. Czujnik jest połączony z elektronicznym urz ą- dzeniem analizującym. Znanym problemem takich układów czujników są odgałęzienia (przewody łączące) pętli indukcyjnych i czujników dla określania ciężaru (połączenia między czujnikiem, względnie pętlą indukcyjną a elektronicznym układem analizującym), które muszą być wbudowane w jezdnię. W tym celu, nawierzchnia jezdni musi zostać rozcięta, w celu utworzenia szczeliny, a po ułożeniu przewodów konieczne jest wypełnienie szczeliny szczelną spoiną. Przy tym, szczególne problemy występują przy odgałęzieniach/przewodach łączących w jezdni dla przeciwnego kierunku ruchu, względnie dla pasów wyprzedzania, ponieważ wymagają one szczególnie długich rozcięć, co poważnie uszkadza nawierzchnię. Jeżeli nawierzchnia drogi jest poddawana renowacji, wówczas wszystkie czujniki muszą zostać usunięte. Jeśli na dwóch (trzech) pasach znajdują się dwa, względnie trzy układy czujników, wówczas w przypadku tradycyjnych instalacji i zaleceń, podczas renowacji głównego pasa ruchu, zniszczone zostają także odgałęzienia/przewody łączące czujniki i pętle indukcyjne w jezdni dla przeciwnego kierunku ruchu lub pasa wyprzedzania.

3 PL B1 3 Zwłaszcza w przypadku kompleksowych układów czujników z szeregiem czujników/pętli indukcyjnych, które są umieszczone kolejno jeden po drugim w kierunku jazdy, znane dotychczas systemy rozpoznające i rejestrujące nie są w stanie umożliwić rejestrowanie/określanie w obu możliwych kierunkach jazdy. Zwłaszcza należy przeprowadzać każdorazowo oddzielne, zróżnicowane kalibrowanie. Zadaniem wynalazku jest opracowanie układu czujników, za pomocą którego mogłoby być przeprowadzane rejestrowanie pojazdów na drogach o ruchu płynnym w prosty sposób, z wystarczającą dokładnością i w sposób elastyczny, a przy tym z niewielkimi nakładami. Zadanie to zostało rozwiązane według wynalazku dzięki temu, że pomiędzy dwiema pętlami indukcyjnymi umieszczony jest co najmniej jeden następny czujnik do oznaczania ciężaru pojazdów. Korzystnie, czujniki i pętle indukcyjne są umieszczone w kierunku jazdy symetrycznie i w jednakowych odstępach od siebie i prostopadle do kierunku jazdy. Według wynalazku czujniki i pętle indukcyjne są umieszczone jednakowo w dwóch znajdujących się obok siebie pasach ruchu. Korzystnie na każdym pasie ruchu dla pojazdów ciężarowych znajduje się dodatkowo pętla transpondera do kalibrowania za pomocą technicznych pojazdów kalibrujących. Według wynalazku czujniki i pętle indukcyjne dla jednego pasa ruchu mają przewody łączące wyprowadzone w kierunku do jednej strony jezdni, a przewody łączące pętli indukcyjnych i czujników dla drugiego pasa ruchu, umieszczonego obok pierwszego pasa ruchu, są wyprowadzone do naprzeciwległej strony jezdni, z tym, że przewody łączące czujników i pętli indukcyjnych jednego z obu pasów ruchu są prowadzone pod nawierzchnią jezdni w sposób zabezpieczony do wspólnej jednostki analizującej dla wszystkich czujników i pętli indukcyjnych, po drugiej stronie jezdni. Według wynalazku, w każdym pasie ruchu co najmniej dwa czujniki umieszczone są w kierunku jazdy przed pętlą indukcyjną, pomiędzy dwiema pętlami indukcyjnymi i za pętlą indukcyjną. Korzystnie, co najmniej jedna pętla indukcyjna jest umieszczona w pasie pobocza. W przypadku co najmniej trójpasmowej jezdni, do leżącego najdalej zewnętrznego pasa wyprzedzania przyporządkowana jest co najmniej jedna pętla indukcyjna. Korzystnie, przewody łączące dla pętli indukcyjnych, czujników i pętli transpondera do elektronicznej jednostki analizującej są prowadzone szczelnie w szczelinie w nawierzchni jezdni. W układzie czujników według wynalazku znajdują się więc czujniki do oznaczania ciężaru pojazdów i pętle indukcyjne dla każdego pasa ruchu. Przy tym, pod pojęciem czujnik rozumiany jest zawsze czujnik, który nadaje się do określania ciężaru lub nacisku koła na jezdnię. Ponieważ na jednym pasie ruchu pomiędzy dwoma czujnikami dla oznaczania ciężaru umieszczone są dwie pętle indukcyjne, a pomiędzy dwiema pętlami indukcyjnymi umieszczony jest co najmniej jeden następny czujnik do oznaczania ciężaru w kierunku jazdy pojazdów, to w ten sposób każdy pojazd ciężarowy przejeżdża najpierw przez co najmniej jeden czujnik, następnie przez pętlę indukcyjną, następnie ponownie przez co najmniej jeden czujnik, ponownie przez pętlę indukcyjną, aby ponownie przejechać przez co najmniej jeden czujnik. W ten sposób możliwe jest dwukierunkowe wykorzystanie jednego pasa drogi. Dzięki temu można uzyskać rejestrowanie i analizowanie, niezależnie od danego kierunku jazdy, pojazdów, co ma znaczenie zwłaszcza w przypadku odpowiednio zmienionej organizacji ruchu, w przypadku placów budowy lub objazdów. Ponadto, dzięki sygnałom pomiarowym, wykrytym za pomocą trzech, umieszczonych jeden po drugim, czujników, po których przejeżdża się w każdym pasie ruchu, można zwiększyć dokładność pomiaru i redundancję. Czujniki powinny być w taki sposób umieszczone w pasach ruchu, aby podczas normalnego przejazdu pojazdu, każdorazowo jedno koło pojazdu przejeżdżało przez pojedynczy czujnik, w celu określenia ciężaru/nacisku koła na jezdnię, a drugie koło tej samej osi przejeżdżało po drugim czujniku. Na pasie ruchu może znajdować się dodatkowa pętla transpondera do kalibrowania za pomocą technicznych pojazdów kalibrujących. Wówczas za pomocą pętli kalibrujących można przeprowadzić kalibrowanie, jakie jest opisane w opisie WO 2009/ A1. Pętle transponderowe powinny znajdować się na pasach ruchu, na których umieszczone są także czujniki do określania ciężaru. Ponieważ w każdym pasie ruchu każdorazowo dwa czujniki są umieszczone w kierunku jazdy przed pętlą indukcyjną, pomiędzy dwiema pętlami indukcyjnymi i za pętlą indukcyjną, to można zwiększyć czułość pomiaru, ponieważ z reguły jedynie jedno koło jednego pojazdu przejeżdża przez jeden z obu czujników. Ponadto, dzięki temu można zmniejszyć naprężenie zginające czujnika, mającego postać belki, tak że w ten sposób może być określany indywidualnie nacisk na jezdnię każdego poje-

4 4 PL B1 dynczego koła pojazdu. Za pomocą umieszczonych według wynalazku w kierunku ruchu trzech par czujników, do określania ciężaru pojazdów, które wykrywają naciski kół na jezdnię, w przypadku gdy wykazują one taki sam lub znany odstęp, to poprzez rozpoznanie wzoru rozmieszczenia kół można uzyskać nie tylko określenie rodzaju (danego typu) pojazdu, ale także określenie prędkości przejeżdżającego pojazdu. Jeżeli jednak pojazdy przejeżdżają przez pasy graniczne rozdzielające pasy ruchu lub przejeżdżają przez czujniki nie prostopadle lub przynajmniej prawie nie prostopadle (jazda po skosie), wówczas tego oznaczenia nie można przeprowadzić z dużą dokładnością. Jednak możliwe jest rozpoznanie poprzez czujniki zarejestrowanego wzoru pojazdów. W przypadku co najmniej trójpasmowej jezdni, leżący najdalej zewnętrzny pas wyprzedzania zawiera jedynie co najmniej dwie pętle indukcyjne, ponieważ w tym przypadku można wyjść z założenia, że nie poruszają się tam żadne ciężkie pojazdy i nie jest bezwzględnie konieczne określenie ciężaru/nacisku koła na jezdnię. Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia układ czujników w trzypasmowej jezdni z dodatkowym poboczem, fig. 2 - układ czujników w dwupasmowej jezdni z dodatkowym poboczem, fig. 3 - układ czujników dla jezdni jednokierunkowej z ruchem w przeciwnym kierunku, a fig. 4 układ czujników w dwupasmowej jezdni z dodatkowym poboczem. Na fig. 1 przedstawiona jest jezdnia z trzema pasami ruchu i pasmem pobocza dla każdego kierunku ruchu (6-pasmowa autostrada). W drugim pasie wyprzedzania, który graniczy z pierwszym pasem wyprzedzania oraz z pasem środkowym rozdzielającym, nie ma czujników 2 do określania ciężaru pojazdów (belka ważąca), znajdują się tutaj tylko dwie pętle indukcyjne 1. W tym przypadku punktem wyjścia było to, że ten pas ruchu jest zablokowany dla przewożenia ciężkich ładunków (zakaz jazdy dla pojazdów ciężarowych). dlatego też ważenie nie jest istotne. Jednakże za pomocą pętli indukcyjnych 1, pojazdy przewożące ciężkie ładunki, które prawymi kołami przejeżdżają ten pas wyprzedzania mogą zostać zarejestrowane i sfotografowane. Również na pasie pobocza są osadzone dwie pętle indukcyjne 1, dlatego również tam mogą być rejestrowane pojazdy, które prawymi kołami przejeżdżają po pasie pobocza i w ten sposób próbują uniknąć oznaczania ciężaru/ważenia. Układ ten jest również odpowiedni dla pasma ruchu w przeciwnym kierunku (obrócony o 180 wokół osi symetrii jezdni). Przewody łączące 1.1 i 2.1 dla pętli indukcyjnych 1 i czujników 2 są wyprowadzone szczelnie w szczelinie, wykonanej w nawierzchni jezdni, do pasa pobocza, względnie poprzez drugie pasmo jezdni, przeznaczone do wyprzedzania, do pasa środkowego rozdzielającego. Jest widoczne, że w dwóch pasach ruchu, graniczących z pasem pobocza, to znaczy głównym pasie ruchu i pasie wyprzedzania czujniki 2 i pętle indukcyjne 1 są umieszczone w taki sposób, że patrząc w kierunku jazdy dwie pętle indukcyjne 1 są obejmowane przez dwa pojedyncze czujniki 2, które są przyporządkowane do danego pasa ruchu. Przy tym, patrząc w kierunku jazdy, pętle indukcyjne 1 są umieszczone symetrycznie pomiędzy dwoma czujnikami 2 i prostopadle do osi jezdni. Dzięki temu można zachować symetryczne proporcje. Główny pas ruchu i przylegający pas wyprzedzania posiadają pętlę transpondera 3 z przewodem łączącym 3.1, która jest wykorzystywana jedynie do identyfikacji technicznych pojazdów kalibrujących. Ponadto, jest widoczne, że przewody łączące 1.1 pętli, 2.1 i 3.1 dla pętli indukcyjnej, czujników 2 i pętli transpondera 3 na głównym pasie ruchu i na pasie pobocza są wyprowadzone bezpośrednio do umieszczonej poza pasem pobocza elektronicznej jednostki analizującej 4. Natomiast przewody łączące 1.1, 2.1 i 3.1 pętli indukcyjnych 1, czujników 2 i pętli transpondera 3 z pierwszego i drugiego pasa wyprzedzania są wyprowadzone na drugą stronę jezdni, a więc w tym przypadku do punktu M1 na pasie środkowym rozdzielającym. Z punktu M1 są wyprowadzone pod jezdnią (co nie przedstawiono) na drugą stronę jezdni do elektronicznej jednostki analizującej 4. Także tutaj przewody łączące 1.1 i 2.1 dla pętli indukcyjnych i czujników 2 są prowadzone szczelnie w szczelinie w nawierzchni jezdni, poprzez pas pobocza i pas wyprzedzania. Na fig. 2 przedstawione są dwa pasy ruchu z pasmami pobocza dla każdego kierunku ruchu (4-pasmowa droga szybkiego ruchu lub autostrada), a więc bez drugiego pasa wyprzedzania, jak na fig. 1. Pas wyprzedzania i główny pas ruchu są wyposażone w czujniki 2 i pętle indukcyjne 1.

5 PL B1 5 Przedstawiony układ odnosi się także odpowiednio dla pasma ruchu w przeciwnym kierunku (obrócony o 180 wokół osi symetrii jezdni). W tym przykładzie, przewody łączące 1.1, 2.1, 3.1 pętli indukcyjnych 1, czujników 2, pętli transpondera 3 w głównym pasie ruchu i przewody łączące 1.1 pętli indukcyjnych 1 w pasie pobocza są wyprowadzone poza pas pobocza do jednostki analizującej 4. Natomiast przewody łączące 1.1, 2.1 i 3.1 pętli indukcyjnych 1, czujników 2 i pętli transpondera 3 pasa wyprzedzania są wyprowadzone do pasa środkowego rozdzielającego, do punktu M1, a stamtąd, jak w przykładzie według fig. 1 do elektronicznej jednostki analizującej 4. Na fig. 3 przedstawiony jest przykład układu według wynalazku dla dwóch pasów ruchu na jednej jezdni (jezdnia dwukierunkowa z ruchem w przeciwnych kierunkach) dla obu kierunków ruchu. Każdy kierunek ruchu posiada symetryczny układ czujników 2, pętli indukcyjnych 1 i w tym przypadku także każdorazowo pętlę transpondera 3. Prowadzenie przewodów łączących 1.1, 2.1 i 3.1 realizuje się analogicznie, jak w przypadku obu wspomnianych przykładów, to znaczy z jednego pasa ruchu bezpośrednio do elektronicznej jednostki analizującej 4, a z drugiego, przeciwnego pasa ruchu do punktu M1, skąd pod jezdnią do elektronicznej jednostki analizującej 4, jak w przykładzie 1. Na fig. 4 przedstawiony jest przykład układu czujników dla dwupasmowej jezdni z pasem pobocza. Przy tym, czujniki 2 są umieszczone w jednym pasie ruchu (głównym pasie ruchu) mającym poza tym dwie pętle indukcyjne 1 i jedną pętlę transpondera 3. W drugim pasie ruchu (pasie wyprzedzania) i na pasie pobocza umieszczone są jedynie dwie pętle indukcyjne 1. Wszystkie przewody łączące 1.1, 2.1 i 3.1 są prowadzone po jednej stronie jezdni do elektronicznej jednostki analizującej 4, umieszczonej poza pasem pobocza. Zastrzeżenia patentowe 1. Układ czujników do rejestracji, klasyfikacji i ważenia pojazdów samochodowych na drogach o ruchu płynnym, zawierający czujniki do oznaczania ciężaru pojazdów i pętle indukcyjne dla co najmniej jednego pasa ruchu, oraz pętle transpondera, znamienny tym, że pomiędzy dwiema pętlami indukcyjnymi (1) umieszczony jest co najmniej jeden następny czujnik (2) do oznaczania ciężaru pojazdów. 2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że czujniki (2) i pętle indukcyjne (1) są umieszczone w kierunku jazdy symetrycznie i w jednakowych odstępach od siebie. 3. Układ według zastrz. 2, znamienny tym, że czujniki (2) i pętle indukcyjne (1) są umieszczone prostopadle do kierunku jazdy. 4. Układ według zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienny tym, że czujniki (2) i pętle indukcyjne (1) są jednakowo umieszczone w dwóch znajdujących się obok siebie pasach ruchu. 5. Układ według zastrz. 4, znamienny tym, że na wspomnianych pasach ruchu znajduje się dodatkowo pętla transpondera (3) do kalibrowania za pomocą technicznych pojazdów kalibrujących. 6. Układ według zastrz. 4, znamienny tym, że czujniki (2) i pętle indukcyjne (1) dla jednego pasa ruchu mają przewody łączące (1.1, 2.1) wyprowadzone do jednej strony jezdni, a przewody łączące (1.2, 2.1) czujników (2) i pętli indukcyjnych (1) dla drugiego pasa ruchu, umieszczonego obok tego pasa ruchu, są wyprowadzone do naprzeciwległej strony jezdni, z tym, że przewody łączące (1.1, 2.1) czujników (2) i pętli indukcyjnych (1) jednego z obu pasów ruchu są prowadzone pod nawierzchnią jezdni w sposób zabezpieczony do wspólnej jednostki analizującej (4) dla wszystkich czujników (2) i pętli indukcyjnych (1), po drugiej stronie jezdni. 7. Układ według zastrz. 4, znamienny tym, że w każdym pasie ruchu zawierającym pętlę transpondera (3), co najmniej dwa czujniki (2) umieszczone są w kierunku jazdy przed pętlą indukcyjną (1), pomiędzy dwiema pętlami indukcyjnymi (1) i za pętlą indukcyjną (1). 8. Układ według zastrz. 7, znamienny tym, że co najmniej jedna pętla indukcyjna (1) jest umieszczona w pasie pobocza. 9. Układ według zastrz. 7, znamienny tym, że w przypadku co najmniej trójpasmowej jezdni do leżącego najdalej zewnętrznego pasa wyprzedzania przyporządkowana jest co najmniej jedna pętla indukcyjna (1). 10. Układ według zastrz. 6, znamienny tym, że przewody łączące (1.1, 2.1, 3.1) do elektronicznej jednostki analizującej (4) są prowadzone szczelnie w szczelinie w nawierzchni jezdni.

6 6 PL B1 Rysunki

7 PL B1 7

8 8 PL B1

9 PL B1 9

10 10 PL B1 Departament Wydawnictw UPRP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)