特許 6871896 ＷＩＭセンサ、及びＷＩＭセンサを生産する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6871896

(24)【登録日】2021年4月20日

(45)【発行日】2021年5月19日

(54)【発明の名称】ＷＩＭセンサ、及びＷＩＭセンサを生産する方法

(51)【国際特許分類】

   G01G 19/03 20060101AFI20210510BHJP

【ＦＩ】

   G01G19/03

【請求項の数】16

【外国語出願】

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2018-234263(P2018-234263)

(22)【出願日】2018年12月14日

(65)【公開番号】特開2019-109239(P2019-109239A)

(43)【公開日】2019年7月4日

【審査請求日】2019年3月8日

(31)【優先権主張番号】17207636.6

(32)【優先日】2017年12月15日

(33)【優先権主張国】EP

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】502281471

【氏名又は名称】キストラー ホールディング アクチエンゲゼルシャフト

(74)【代理人】

【識別番号】110000855

【氏名又は名称】特許業務法人浅村特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】エイドリアン リビ

【審査官】 大森 努

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０４−３１５０１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０３４５９５５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２００１−５２５５３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／０１７７６８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−２９３５４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−０５００１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−３４７３１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１３−５４５９７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０２１１２９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｇ １９／０２−１９／０６，

Ｇ０８Ｇ １／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ）の車輪の通過中に、道路セグメント（１）上で前記車両（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ）の車輪荷重を決定するためのＷＩＭセンサ（１０）であって、前記ＷＩＭセンサ（１０）が、前記道路セグメント（１）の道路表面と同一平面である道路表面において前記道路セグメント（１）に配置され、前記ＷＩＭセンサ（１０）が、その長手方向軸（Ｘ−Ｘ’）に沿って延在する細長い中空プロファイル（１１）として設計され、前記中空プロファイル（１１）は、少なくとも第１の空間（１２）を囲み、前記第１の空間（１２）には、複数の圧電測定素子（３６、３６ａ、３６ｂ）が前記長手方向軸（Ｘ−Ｘ’）に沿って配置され、前記圧電測定素子（３６、３６ａ、３６ｂ）が、それぞれ第１の力を受ける表面（１５、１５ａ、１５ｂ）と第２の力を受ける表面（１６、１６ａ、１６ｂ）とを備え、前記車両（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ）の前記車輪の横断中、車輪荷重が、前記圧電測定素子（３６、３６ａ、３６ｂ）に作用し、各圧電測定素子（３６、３６ａ、３６ｂ）が、その前記第１の力を受ける表面（１５、１５ａ、１５ｂ）及び前記第２の力を受ける表面（１６、１６ａ、１６ｂ）において、及ぼされた前記車輪荷重に比例した電荷を生成する、ＷＩＭセンサ（１０）において、前記第１の空間（１２）の中に、少なくとも１つの支持要素（３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ）が配置され、前記支持要素（３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ）が、少なくとも１つの圧電測定素子（３６、３６ａ、３６ｂ）を固定し、前記第１の空間（１２）の中に、少なくとも１つの電子素子（４５）が配置され、前記支持要素（３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ）が、少なくとも１つの電子素子（４５）を固定し、前記第１の空間（１２）の中に、少なくとも１つの電荷導体（６１ａ、６１ｂ）が配置され、前記電荷導体（６１ａ、６１ｂ）が、少なくとも１つの力を受ける表面（１５、１５ａ、１５ｂ）と前記電子素子（４５）とを電気的に接続し、前記電荷導体（６１ａ、６１ｂ）が、少なくとも１つの力を受ける表面（１５、１５ａ、１５ｂ、１６、１６ａ、１６ｂ）から前記電子素子（４５）へと電荷信号（２０１ａ、２０１ｂ）を伝え、前記第１の空間（１２）の中に、第１の押圧表面（１３）と第２の押圧表面（１４）とが配置され、前記押圧表面（１３、１４）は、互いに対向して配置され、電極膜（３９）が、絶縁膜（３７）を備え、前記絶縁膜（３７）が、電気的絶縁材料から構成され、前記絶縁膜（３７）が、前記第２の押圧表面（１４）から前記第２の力を受ける表面（１６、１６ａ、１６ｂ）を電気的に絶縁し、前記電極膜（３９）が、少なくとも、前記絶縁膜（３７）の、前記第２の力を受ける表面（１６、１６ａ、１６ｂ）のほうに向く面に、導電性層（３８）を備え、前記絶縁膜（３７）の、前記第２の力を受ける表面（１６、１６ａ、１６ｂ）のほうに向く前記面の前記導電性層（３８）が、少なくとも２つの導電性領域（３８ａ、３８ｂ）へとさらに分割され、前記電極膜（３９）が、前記導電性層（３８）の前記導電性領域（３８ａ、３８ｂ）の間に電気絶縁部を備えることを特徴とする、ＷＩＭセンサ（１０）。

【請求項2】

前記第１の力を受ける表面（１５、１５ａ、１５ｂ）及び前記第２の力を受ける表面（１６、１６ａ、１６ｂ）が、それぞれ、前記押圧表面（１３、１４）のうち一方および他方のほうに向き、前記押圧表面（１３、１４）は、前記力を受ける表面（１５、１５ａ、１５ｂ、１６、１６ａ、１６ｂ）に間接的に作用し、前記力を受ける表面（１５、１５ａ、１５ｂ、１６、１６ａ、１６ｂ）に対する前記押圧表面（１３、１４）の前記間接的作用が、少なくとも１つの第１の力導入素子（３４、３４ａ、３４ｂ）及び第２の力導入素子（３５、３５ａ、３５ｂ）によって生じ、前記力導入素子（３４、３４ａ、３４ｂ、３５、３５ａ、３５ｂ）は、押圧表面（１３、１４）と力を受ける表面（１５、１５ａ、１５ｂ、１６、１６ａ、１６ｂ）との間に配置され、電極膜（３９）が、前記第２の力を受ける表面（１６、１６ａ、１６ｂ）と前記第２の押圧表面（１４）との間に配置されることを特徴とする、請求項１に記載のＷＩＭセンサ（１０）。

【請求項3】

前記第１の力を受ける表面（１５、１５ａ、１５ｂ）及び前記第２の力を受ける表面（１６、１６ａ、１６ｂ）が、それぞれ、前記押圧表面（１３、１４）のうち一方および他方のほうに向き、前記押圧表面（１３、１４）は、前記力を受ける表面（１５、１５ａ、１５ｂ、１６、１６ａ、１６ｂ）に直接的に作用することを特徴とする、請求項１に記載のＷＩＭセンサ（１０）。

【請求項4】

前記電極膜（３９）の少なくとも１つの導電性領域（３８ａ、３８ｂ）が、フォース・クロージャによって前記第２の力導入素子（３５、３５ａ、３５ｂ）に連結され、前記第２の力導入素子（３５、３５ａ、３５ｂ）と前記電極膜（３９）の前記導電性領域（３８ａ、３８ｂ）との前記フォース・クロージャが、前記第２の力導入素子（３５、３５ａ、３５ｂ）と前記電極膜（３９）の前記導電性領域（３８ａ、３８ｂ）との間に電気接点を生じさせ、前記第２の力導入素子（３５、３５ａ、３５ｂ）により、前記第２の力を受ける表面（１６、１６ａ、１６ｂ）と前記導電性領域（３８ａ、３８ｂ）との間に電気接点が形成され、導電性領域（３８ａ、３８ｂ）同士の間の前記電気絶縁部により、異なる圧電測定素子（３６、３６ａ、３６ｂ）の第２の力を受ける表面（１６、１６ａ、１６ｂ）が、互いから電気的に絶縁されることを特徴とする、請求項２に記載のＷＩＭセンサ（１０）。

【請求項5】

電子素子（４５）が、少なくとも１つのばね接点（４８ａ、４８ｂ、５０ａ、５０ｂ）を備え、前記ばね接点（４８ａ、４８ｂ、５０ａ、５０ｂ）が、弾性に作られ、前記ばね接点（４８ａ、４８ｂ、５０ａ、５０ｂ）が、導電性に作られ、前記ばね接点（４８ａ、４８ｂ、５０ａ、５０ｂ）が、前記電子素子に導電的に連結され、前記ばね接点（４８ａ、４８ｂ、５０ａ、５０ｂ）が、ばね接点表面（４９ａ、４９ｂ、５１ａ、５１ｂ）を備え、取付け状態では、前記ばね接点（４８ａ、４８ｂ、５０ａ、５０ｂ）が、前記中空プロファイル（１１）の中で、前記電子素子（４５）と接触表面との間でプレストレスを与えられ、前記プレストレスを与えられたばね接点（４８ａ、４８ｂ、５０ａ、５０ｂ）が、ばね接点表面（４９ａ、４９ｂ、５１ａ、５１ｂ）を用いて、前記接触表面へと定められた機械的ばね力を及ぼし、前記ばね接点表面（４９ａ、４９ｂ、５１ａ、５１ｂ）が、フォース・クロージャによって前記接触表面に連結され、前記電子素子（４５）が、前記ばね接点（４８ａ、４８ｂ、５０ａ、５０ｂ）、及び前記接触表面と前記ばね接点表面（４９ａ、４９ｂ、５１ａ、５１ｂ）との間のフォース・クロージャによる前記連結により、前記接触表面に導電的に連結され、前記接触表面が、電極膜（３９）、又は前記中空プロファイル（１１）の押圧表面（１３、１４）であることを特徴とする、請求項４に記載のＷＩＭセンサ（１０）。

【請求項6】

前記第１の力を受ける表面（１５、１５ａ、１５ｂ）と前記電子素子（４５）とを電気的に接続する第１の電荷導体（６１ａ、６１ｂ）が、前記ばね接点（５０ａ、５０ｂ）、前記ばね接点（５０ａ、５０ｂ）と前記中空プロファイル（１１）の前記第１の押圧表面（１３）との間の電気接点、前記中空プロファイル（１１）、及び前記中空プロファイル（１１）と前記第１の力を受ける表面（１５、１５ａ、１５ｂ）との間の電気接点を備え、前記第１の電荷導体（６１ａ、６１ｂ）が、第１の電荷信号（２０１ａ）を伝え、前記第２の力を受ける表面（１６、１６ａ、１６ｂ）に電気的に接続する第２の電荷導体（６１ａ、６１ｂ）と、前記電子素子（４５）が、前記ばね接点（４８ａ、４８ｂ）、前記ばね接点（４８ａ、４８ｂ）と前記電極膜（３９）との間の電気接点、前記電極膜（３９）、及び前記電極膜（３９）と前記第２の力を受ける表面（１６、１６ａ、１６ｂ）との間の電気接点を備え、前記第２の電荷導体（６１ａ、６１ｂ）が、第２の電荷信号（２０１ｂ）を伝えることを特徴とする、請求項５に記載のＷＩＭセンサ１０。

【請求項7】

前記電子素子（４５）に、少なくとも１つの電荷増幅器（２１）及び少なくとも１つのＡ／Ｄ変換器（２２）が配置され、前記電荷増幅器（２１）が、圧電測定素子（３６、３６ａ、３６ｂ）の前記電荷信号（２０１ａ、２０１ｂ）を電荷増幅器信号（２０２ａ、２０２ｂ）へと変換し、前記Ａ／Ｄ変換器（２２）が、前記電荷増幅器信号（２０２ａ、２０２ｂ）をデジタル電荷信号（２０３）へと変換し、前記Ａ／Ｄ変換器（２２）が、出力信号として前記デジタル電荷信号（２０３）を提供することを特徴とする、請求項６に記載のＷＩＭセンサ（１０）。

【請求項8】

前記第１の力を受ける表面（１５、１５ａ、１５ｂ）又は前記第２の力を受ける表面（１６、１６ａ、１６ｂ）と前記電子素子（４５）の前記電荷増幅器（２１）との間で電荷が進む距離が、２０ｍｍを超えず、２０ｍｍを超えない前記距離により、前記電荷信号（２０１）における干渉信号及びノイズの発生が最小限になることを特徴とする、請求項７に記載のＷＩＭセンサ（１０）。

【請求項9】

支持要素（３０ｃ）が、複数の支持要素パーツ（９１）を備え、前記支持要素パーツ（９１）が、フォース・クロージャ又は材料結合によって支持要素（３０ｃ）に連結されることを特徴とする、請求項１から８までのいずれかに記載のＷＩＭセンサ（１０）。

【請求項10】

少なくとも１つの評価素子（８０）が、前記ＷＩＭセンサ（１０）の空間（１２）に配置され、電気信号導体（６０）のための接続素子（５２）が、前記評価素子（８０）に配置され、前記電気信号導体（６０）のための接続素子（５２）が、前記電子素子（４５）に配置され、前記電気信号導体（６０）が、前記評価素子（８０）の前記接続素子（５２）と少なくとも２つの電子素子（４５）の前記接続素子（５２）とを直列に電気的に接続し、前記電子素子（４５）が、提供される前記デジタル電荷信号（２０３）を、前記電気信号導体（６０）を介して前記評価素子（８０）へと伝達することを特徴とする、請求項７に従属する請求項８又は９に記載のＷＩＭセンサ（１０）。

【請求項11】

少なくとも１つのセンサ（７０）が、前記ＷＩＭセンサ（１０）の空間（１２）に配置され、前記センサ（７０）が、センサ信号（２０７）として物理的パラメータを測定し、前記Ａ／Ｄ変換器（２２）が、前記センサ信号（２０７）をデジタル・センサ信号（２０４）へと変換し、前記接続素子（５２）において前記デジタル・センサ信号（２０４）を提供し、提供される前記デジタル・センサ信号（２０４）が、前記電気信号導体（６０）を介して、前記評価素子（８０）において利用可能であることを特徴とする、請求項７に従属する請求項１０に記載のＷＩＭセンサ（１０）。

【請求項12】

有限次数の多項式である数学的関数である較正関数（３０１）が使用され、前記多項式が、係数を含み、前記係数が、パラメータ（３０２）を表現し、前記パラメータ（３０２）は、圧電測定素子（３６、３６ａ、３６ｂ）に明確に割り当てられ得、１つ又は複数の数値が、パラメータ（３０２）として使用され、前記パラメータ（３０２）は、前記関連付けられた圧電測定素子（３６、３６ａ、３６ｂ）の、少なくとも１つの予め決定された感度、及び少なくとも１つの予め決定された直線性であり、前記較正関数（３０１）が、圧電測定素子（３６、３６ａ、３６ｂ）の前記デジタル電荷信号（２０３）を変数として使用して較正デジタル電荷信号（２０５）を生成し、前記較正関数（３０１）が、前記圧電測定素子（３６、３６ａ、３６ｂ）に作用する前記車輪荷重と前記較正デジタル電荷信号（２０５）の量との間に直線関係を生み出し、それによって前記車輪荷重を決定する際の測定精度が向上することを特徴とする、請求項７から１０までのいずれかに記載のＷＩＭセンサ（１０）を較正する方法。

【請求項13】

多項式係数を含む有限次数の多項式である数学的関数である較正関数（３０１）が使用され、前記係数が、パラメータ（３０２）を表現し、前記パラメータ（３０２）は、圧電測定素子（３６、３６ａ、３６ｂ）に明確に割り当てられ得、１つ又は複数の数値が、パラメータ（３０２）として使用され、前記パラメータ（３０２）は、前記関連付けられた圧電測定素子（３６、３６ａ、３６ｂ）の、少なくとも１つの予め決定された感度、及び少なくとも１つの予め決定された直線性、及び少なくとも１つの予め決定された温度依存性であり、前記較正関数（３０１）が、圧電測定素子（３６、３６ａ、３６ｂ）の前記デジタル電荷信号（２０３）を変数として使用し、前記デジタル・センサ信号（２０４）を変数として使用して、較正デジタル電荷信号（２０５）を生成し、前記デジタル・センサ信号（２０４）の前記センサ（７０）が、前記圧電測定素子（３６、３６ａ、３６ｂ）の温度を検出する温度センサであり、前記較正関数（３０１）が、前記圧電測定素子（３６、３６ａ、３６ｂ）に作用する力と前記較正デジタル電荷信号（２０５）の量との間に直線関係を生み出し、それにより、前記較正デジタル電荷信号（２０５）の、前記圧電測定素子（３６、３６ａ、３６ｂ）の前記温度に対する前記依存性を最小限にし、前記車輪荷重の前記決定において測定精度を高めることを特徴とする、請求項１１に記載のＷＩＭセンサ（１０）を較正する方法。

【請求項14】

前記較正関数がアリゴリズムにより決定され、様々な量の定められた力が、前記圧電測定素子（３６、３６ａ、３６ｂ）に順次加えられ、前記定められた力に対応する前記デジタル電荷信号（２０３）が前記アルゴリズムにより記録され、前記デジタル電荷信号（２０３）を変数として使用して前記力が求まる補間多項式前記が、前記アルゴリズムにより、数値解析から知られている多項式補間を用いて決定され、前記補間多項式が、前記デジタル電荷信号（２０３）を変数として使用して前記較正デジタル電荷信号（２０５）を生成する前記較正関数（３０１）であり、前記決定した較正関数（３０１）をタイム・スタンプ（２０８）と共に、前記アルゴリズムにより、不揮発性メモリ素子（８１）に保存されることを特徴とする、請求項１２又は１３に記載の方法。

【請求項15】

２つの支持要素（３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ）が、少なくとも２つの連結要素（４６、４７）を用いてフォーム・クロージャ又はフォース・クロージャによって連結されて、支持体（９０）を形成し、前記連結要素（４６、４７）が、前記支持要素（３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ）の少なくとも１つの端部において前記支持要素（３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ）を構成し、前記支持体（９０）が、互いに連結される少なくとも２つの支持要素（３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ）から構成され、前記支持体（９０）が、ＷＩＭセンサ（１０）のクランプされた中空プロファイル（１１）に容易に挿入されることを特徴とする、請求項１から１１までのいずれかに記載のＷＩＭセンサ（１０）を生産する方法。

【請求項16】

少なくとも１つの電極膜（３９）が、前記支持体（９０）と共に前記クランプされた中空プロファイル（１１）の中に挿入されることを特徴とする、請求項１５に記載のＷＩＭセンサ（１０）を生産する方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＷＩＭセンサ、及びＷＩＭセンサを生産する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

走行車両重量測定（ＷＩＭ：Ｗｅｉｇｈ−ｉｎ−Ｍｏｔｉｏｎ）センサは、たとえば、簡潔に荷重と称される、車両の車輪荷重を決定するために、又はある道路セグメントを通過する車輪の数を決定するために、輸送分野において使用される。荷重とは、車両の質量に起因し、車輪を介して道路のセグメントに作用する、簡潔に力と称される重量の力を意味する。車両とは、１台の車両、又はトラクタと１台若しくは複数台のトレーラとから構成される車両の組合せを指す。

【0003】

このように決定されたデータは、たとえば、その道路セグメントにおいて認められているのよりも重い荷重によって道路セグメントが損傷するのを防止し、使用量に依存した道路のメンテナンス間隔を決定し、荷重又は車両の車輪の数に応じた支払い額を決定し、また道路の安全性を高めるのに適当な対策を講じるために機能する。

【0004】

ＷＩＭセンサは、道路セグメントの道路表面に、進行方向に対して縦方向に埋め込まれ、車両の走路は、いくつかのＷＩＭセンサに交差し、これらのいくつかのＷＩＭセンサは、１つのＷＩＭセンサが車両の車輪の走路にそれぞれ交差するように、進行方向に沿って互いに隣り合って道路表面に挿入され、ＷＩＭセンサは、その道路セグメントの道路表面と同一平面である道路セグメントの表面に配置される。一般に、ＷＩＭセンサは細長い形で形成される。

【0005】

車輪の走路とは、車両が横切っていくときの、道路表面での車両のある車輪の軌道を意味する。走路とは、車両のすべての車輪の走路全体を意味する。

【0006】

また、車両の走路全体が単一の細長いＷＩＭセンサと交差する一実施例が知られている。

【0007】

様々な車両に使用される様々なタイプの車輪が存在する。したがって、車輪のタイプには、シングル・ホイール、デュアル・ホイール、又はスーパー・シングル・ホイールが含まれる。車両の横断中にシングル・ホイール、デュアル・ホイール、又はスーパー・シングル・ホイールを区別するために、個々の圧電測定素子が、互いから適当に短い距離で、ＷＩＭセンサの長手方向軸に沿ってＷＩＭセンサに割り当てられなければならず、圧電測定素子は、それらに作用する力に比例した信号を生じさせる。この圧電測定素子の信号は、個々に検出されなければならず、車輪タイプを決定するために、個々に評価に含められなければならない。

【0008】

通常、ＷＩＭセンサの圧電測定素子は圧電材料であり、その外表面において、圧電材料に作用する荷重に比例した電荷が生成される。電荷信号とは、適当な導電体によって圧電材料の表面から伝導される電荷を指す。この電荷信号は、電荷増幅器によって増幅され、電荷増幅器信号へと変換される。

【0009】

したがって、個々の圧電測定素子、又は圧電測定素子群の電荷信号を検出することには、かなりの労力が必要とされる。このように、電荷増幅器は、各圧電測定素子、又は圧電測定素子群ごとに提供されなければならない。加えて、各電荷増幅器信号は、別々に電子評価ユニットへと伝えられなければならない。

【0010】

たとえば、ＷＩＭセンサの将来的な応用のため、またその車輪に帰属する車両のタイプを決定するために、横断車輪の車輪タイプを明確に性質決定することは必要不可欠である。これらの応用例には以下のものが含まれるが、これらに限定はされない。
・車両タイプの検出
・フル進行スピードでのＷＩＭ測定に基づき、その車両タイプに関する許容総重量を基準とする、荷重超過車両の直接的な処罰。
・フル進行スピードでのＷＩＭ測定に基づき、その車両タイプに関する許容最大速度を基準とする、速度制限を超えている車両の直接的な処罰。
・通行料金システムに格納された、その車両の車両タイプに関するデータの整合性のチェック。
・フル進行スピードでのＷＩＭ測定に基づく車両タイプによる、荷重に依存した通行料金の支払い。
・産業用途（港、鉱山、砂利採石場など）での、ＷＩＭ測定に基づく車両タイプによる、荷重に依存した支払い。

【0011】

上記の点に関して、ＷＩＭシステムの測定精度に関する要求は非常に高い。したがって、国際法定計量機関（ＯＩＭＬ：Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｌｅｇａｌ Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ）の勧告は、その規格ＯＩＭＬ Ｒ−１３４ａにおいて、ＷＩＭシステムの精度に関するＷＩＭシステムの分類を含んでいる。前述の応用例では、測定精度の仕様、並びに高精度クラスへの分類は、ＷＩＭセンサの使用において非常に重要である。

【0012】

長手方向に中空プロファイルに配置される、簡潔に圧電素子と称される複数の圧電測定素子を備え、圧電素子が、信号処理ユニットに接続され、その結果、個々の圧電素子又は並列の圧電素子群に接触することが可能であり、圧電素子が、力導入セグメント同士の間に挿入される圧電ディスクから構成される、ＷＩＭセンサが、米国特許第５２６５４８１（Ａ）号から知られている。さらに、取付けプロセスが米国特許第５２６５４８１（Ａ）号から知られており、そこでは、圧電素子が取り付けられた状態の膜と、クランプされた中空プロファイルに挿入される信号導体とから構成される弾性チェーンが形成される。前置増幅器などの電子的構成要素は、圧電素子の横に隣り合って、中空プロファイルの中に配置され得る。

【0013】

上記の装置には、圧電素子が、力導入セグメントと、圧電ディスクと、導電性膜と、別の圧電ディスクと、別の力導入セグメントとがすべて接着剤によって互いに結合される複数部品の構造体であるという欠点がある。導電性膜に配置されるいくつかの圧電素子を含むスタックが、弾性チェーンと呼ばれる。弾性チェーンは、中空プロファイルの中へと弾性チェーンを引き込むことによって取り付けられ得る。接着剤の弾性特性は、測定精度、及び圧電素子の信号の直線性を損なう。さらに、圧電素子に加えてさらなる電子的構成要素を挿入するのは、圧電素子と電子的構成要素との間の信号ケーブルが切れるのを防止するためにこれらが同時に挿入されなければならないので、困難である。加えて、個々の圧電素子の信号を評価できるように、別々のケーブルが各圧電素子から中空プロファイルへと通じていなければならない。これらのケーブルのため、圧電素子から構成される弾性チェーンを中空プロファイルへと通すことが複雑な作業になっている。複雑な据付けは、労力の増加及び高コストを伴う。

【0014】

以下では、測定精度とは、ＷＩＭセンサの圧電測定素子の上を横断する車両の車輪によって及ぼされる車輪荷重の決定における測定精度を指す。測定精度の向上は、車輪荷重を決定する際の系統誤差を減らすことによって、且つ／又は繰り返し同じ車輪から決定されている車輪荷重値のばらつきを減らすことによって実現される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0015】

【特許文献1】米国特許第５２６５４８１（Ａ）号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0016】

本発明の第１の目的は、ＷＩＭセンサの中空プロファイルの中の空間を効率的に使用することである。別の目的は、ＷＩＭセンサの測定精度を向上させることである。さらなる目的は、ＷＩＭセンサの単純で機能的な構造に加え、低コストの製造プロセスを提案することである。

【課題を解決するための手段】

【0017】

これらの目的のうちの少なくとも１つは、独立請求項に記載の特徴によって達成される。

【0018】

本発明は、車両の車輪の通過中に、道路セグメント上で車両の車輪荷重を決定するためのＷＩＭセンサであって、ＷＩＭセンサが、道路セグメントの道路表面と同一平面である道路表面において道路セグメントに配置され、ＷＩＭセンサが、長手方向軸に沿って延在する細長い形状をもつ中空プロファイルとして形成され、中空プロファイルは、少なくとも第１の空間を囲み、複数の圧電測定素子が、前記長手方向軸に沿って前記第１の空間に配置され、前記圧電測定素子のそれぞれが、第１の力を受ける表面と第２の力を受ける表面とを有し、車両の車輪の通過中、車輪荷重が、前記圧電測定素子に作用し、各圧電測定素子が、第１の力を受ける表面及び第２の力を受ける表面において、有効車輪荷重に比例した電荷を生成し、少なくとも１つの支持要素が、前記第１の空間に配置され、支持要素が、少なくとも１つの圧電測定素子を固定し、少なくとも１つの電子素子が、第１の空間に配置され、支持要素が、少なくとも１つの電子素子を固定し、少なくとも１つの電荷導体が、第１の空間に配置され、電荷導体が、少なくとも１つの力を受ける表面と電子素子とを電気的に接続し、電荷導体が、少なくとも１つの力を受ける表面から電子素子へと電荷信号を伝える、ＷＩＭセンサに関する。

【0019】

電荷信号とは、電荷導体において伝導される電荷を指す。

【0020】

シングル・ホイール、デュアル・ホイール、又はスーパー・シングル・ホイールなどの車輪タイプの検出における必要条件は、ＷＩＭセンサの長手方向における個々の圧電測定素子間又は圧電測定素子群間の距離が適当に短く、７０ｍｍ未満、有利には５０ｍｍであること、並びに個々の圧電測定素子又は圧電測定素子群の信号の評価である。長手方向とは、ＷＩＭセンサの最大寸法の方向を指し、通常、ＷＩＭセンサは、その長手方向が車輪の走路に垂直な方向に対応した状態で道路に配置される。各圧電測定素子につき１つの、必要とされる多数の電荷増幅器は、可能な限り空間を節約して収容されなければならない。この目的のために、有利な一実施例では、個々の圧電測定素子間の自由空間が使用され、そこに電子素子が配置される。有利な一実施例では、中空プロファイルの空間に、空間を節約して圧電測定素子と共に電子素子を配置することは、支持要素を用いて個々の圧電測定素子間に電子素子を固定することによって実現される。さらに、圧電測定素子も、支持要素によって固定される。

【0021】

少なくとも１つの電荷増幅器及び少なくとも１つのアナログ・デジタル変換器、簡潔にＡ／Ｄ変換器は、電子素子に配置される。好ましい一実施例では、電子素子に配置される電荷増幅器及びＡ／Ｄ変換器の数は、互いに隣り合う圧電測定素子の数に対応する。

【0022】

加えて、最適な空間利用は、各圧電測定素子又は圧電測定素子の各群の電荷信号が電荷増幅器によって比例した電圧信号へと変換され、Ａ／Ｄ変換器によってデジタル電荷信号へと変換されることによって実現される。ここで、圧電測定素子の群とは、並列に電気的に接続され、ある荷重の下で単一の共通した信号を生成する、１つ又は複数の圧電測定素子から構成される群を指す。

【0023】

ＷＩＭセンサに配置される評価素子では、各圧電測定素子につき１つ、又は圧電測定素子の各群につき１つの、種々の電荷信号が利用可能でなければならない。デジタル・データ伝送の特性により、伝送に使用される電気信号導体の数は、米国特許第５２６５４８１（Ａ）号に述べられる個々の圧電測定素子の電荷信号のアナログ伝送と比較して少なくなる。米国特許第５２６５４８１（Ａ）号において使用されるようなアナログ信号に勝るデジタル信号の特定の利点の１つは、様々な信号が、同じ電気信号導体を介して伝達され得ることである。有利には、異なる圧電測定素子又は圧電測定素子群から生じる複数のデジタル電荷信号は、ＷＩＭセンサにより、同じ電気信号導体を介して評価素子へと伝達される。この方式において実現される圧電測定素子の直列接続により、米国特許第５２６５４８１（Ａ）号において圧電測定素子が配置される箇所の付近で起きるような、プロファイルの狭窄が防止される。このように、ＷＩＭセンサの中空プロファイルの中の空間をより適切に利用することが可能になる。

【0024】

米国特許第５２６５４８１（Ａ）号と比較したＷＩＭセンサの測定精度向上は、ＷＩＭセンサの個々の圧電測定素子を較正することによって実現される。ＷＩＭセンサ全体についてたった１つの較正関数を用いてＷＩＭセンサが較正される場合、車輪はＷＩＭセンサの長手方向に対して必ずしも同じ地点でＷＩＭセンサを横断せず、それにより、ＷＩＭセンサの長手方向軸に沿って配置される個々の圧電測定素子の固有の感度、直線性、及びヒステリシスが測定結果に影響を与える場合があることにより、測定エラーが生じることになるので、このことは、利点の１つである。

【0025】

それぞれの個々の圧電測定素子、又は圧電測定素子群のデジタル電荷信号は、較正関数を用いて、評価素子において較正される。

【0026】

さらなる一実施例では、ＷＩＭセンサに設けられる少なくとも１つのセンサの少なくとも１つのデジタル・センサ信号が、較正のために使用される。

【0027】

ＷＩＭセンサの測定精度の向上は、電荷増幅器を備える電子素子と圧電測定素子の空間的な近さによっても実現される。長い導体は、干渉信号及びノイズの発生を増加させる。したがって、圧電測定素子の表面から電荷増幅器へと至る電荷導体の長さは、可能な限り短くなるように、有利には２０ｍｍより短くなるように選択されなければならない。このことにより、干渉信号の発生が減少し、このことは、各圧電測定素子間で、各圧電測定素子に近接して、支持要素に電子素子を固定することによって実現される。

【0028】

有利には、Ａ／Ｄ変換器も電荷増幅器の出力部に直接位置付けられ、Ａ／Ｄ変換器は、電荷増幅器の電圧信号を、外部ノイズの影響をより受けにくいデジタル電荷信号へと変換する。

【0029】

簡単な取付けは、支持要素によって実現され、前記支持要素は、少なくとも１つの圧電測定素子を固定し、前記支持要素は、少なくとも１つの電子素子を固定する。少なくとも２つの支持要素が互いに連結されて、支持体を形成してもよい。支持体を用いて、ＷＩＭセンサの圧電測定素子及び電子素子は、１つの部品として中空プロファイルに容易に挿入され得る。

【0030】

以下では、各図を参照して、本発明が一例としてより詳細に説明される。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】ＷＩＭセンサが配置された道路セグメントの概略部分図である。

【図2】有利な一実施例におけるＷＩＭセンサの概略断面図である。

【図3】第１の実施例における支持要素の概略部分図である。

【図4】第２の実施例における支持要素の概略部分図である。

【図5】第３の実施例における支持要素の概略部分図である。

【図6】図を見やすくするために個々の要素同士の間に軸Ｙ−Ｙ’についてある距離が挿入されている、一実施例における支持要素の一部の概略断面図である。

【図7】図を見やすくするために支持要素が図示されていない、有利な一実施例におけるＷＩＭセンサの一部の概略断面図である。

【図8】評価素子、少なくとも１つの電子素子、及び少なくとも１つのセンサを電気的に接続する、好ましい一実施例におけるＷＩＭセンサの電気信号導体、並びに電子素子に圧電測定素子を電気的に接続する、好ましい一実施例におけるＷＩＭセンサの電荷導体の概略図である。

【図9】評価素子において実施されるプロセスの概略図である。

【図10】支持体の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0032】

図１は、ＷＩＭセンサ１０を備えた道路セグメント１を示し、ＷＩＭセンサ１０は、道路セグメント１に配置されて、ＷＩＭセンサの上を進行している車両２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの車輪荷重を決定する。

【0033】

図２は、有利な一実施例におけるＷＩＭセンサ１０の概略断面図を示す。軸Ｙ−Ｙ’は、中空プロファイル１１の高さに平行であり、道路表面に垂直である。軸Ｚ−Ｚ’は、中空プロファイル１１の幅に平行であり、またプロファイルを横断している車両２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの名目上の進行方向に平行である。図２には図示されていない軸Ｘ−Ｘ’は、Ｙ−Ｙ’及びＺ−Ｚ’に対して垂直に延び、また軸Ｘ−Ｘ’は中空セグメント１１の長さに平行である。軸Ｘ−Ｘ’、Ｙ−Ｙ’、及びＺ−Ｚ’は、直交する座標系を形成する。図２に示される部分平面は、軸Ｙ−Ｙ’及びＺ−Ｚ’によって画定されている。有利な一実施例では、中空プロファイル１１は、空間１２と、第１の押圧表面１３と、第２の押圧表面１４とを備え、前記押圧表面１３、１４は、対向し、互いに間隔を空けて、Ｙ−Ｙ’に対して垂直に配置される。

【0034】

好ましい一実施例では、中空プロファイル１１は、金属又は金属合金から作られる。さらなる一実施例では、中空プロファイル１１は、プラスチック又は複合材料で作られる。

【0035】

中空プロファイル１１の空間１２は、圧電測定素子装置２０をさらに備え、圧電測定素子装置２０は、圧電測定素子３６と、第１の力導入素子３４と、第２の力導入素子３５とを備える。

【0036】

圧電測定素子３６は、第１の力を受ける表面１５と、第２の力を受ける表面１６とを備え、前記第１の力を受ける表面１５は第１の押圧表面１３のほうに向き、前記第２の力を受ける表面１６は、第２の押圧表面１４のほうにそれぞれ向く。有利な一実施例では、圧電測定素子３６は単結晶であり、好ましい一実施例では水晶である。

【0037】

第１の力導入素子３４は、第１の押圧表面１３と第１の力を受ける表面１５との間に配置される。第２の力導入素子３５は、第２の押圧表面１４と第２の力を受ける表面１６との間に配置される。力導入素子３４、３５は、全体的に又は部分的に、金属、金属合金、材料結合によって水晶又はセラミックに貼り付けられた導電性層を有する水晶又はセラミックなどの導電性材料で作られる。

【0038】

押圧表面１３、１４からの力は、前記力導入素子３４、３５により、力を受ける表面１５、１６に間接的に作用する。

【0039】

さらなる一実施例では、圧電測定素子装置２０は、圧電測定素子３６のみを備える。この実施例に関してこれ以降なされる説明は、力導入素子３４、３５をなくすことにより、各量、要素、又は特性が、圧電測定素子３６の力を受ける表面１５、１６に直接作用するという意味で理解されたい。

【0040】

押圧表面１３、１４と力を受ける表面１５、１６との間の少なくとも一方には電極膜３９が配置され、電極膜３９は、導電性層３８がその２つの表面のうち少なくとも一方に設けられる、非導電性材料で作られたストリップの形をとる細長い絶縁膜３７である。有利には、以下の物質、すなわちクロム、銅、ジルコニウム、金、銀、プラチナ、鋼のうちの１つの物質、又はその組合せが、導電性層３８として使用される。ポリイミド膜が絶縁膜３７として使用されることが有利である。

【0041】

導電性層３８は、絶縁膜３７に恒久的、機械的に連結される。機械的連結は、種々の方法によってなされ得る。したがって、導電性層３８は、絶縁膜３７に積層されてもよく、積層は、熱的な材料接合プロセスを意味すると理解される。さらに、導電性層３８は、導電性層と絶縁膜３７との間の接着剤によって絶縁膜３７に接着結合されてもよい。さらに、導電性層３８は、圧力又は熱を加えることにより、絶縁膜３７を、導電性層３８が絶縁膜３７に接着結合される粘性状態にすることによって、絶縁膜３７に接着結合されてもよい。好ましい一実施例では、導電性層３８は、熱蒸着、陰極スパッタ、又は電気めっきによって絶縁膜３７に付けられる。

【0042】

導電性層３８は、絶縁膜３７の少なくとも一方の面において構造を有し、この構造は、互いから電気的に絶縁された、導電性層３８の種々の導電性領域３８ａ、３８ｂが存在する形で形成される。導電性層の構造は、絶縁膜３７の定められた区域に導電性層を選択的に貼り付けることによって、又は連続的な導電性層３８がまず絶縁膜３７に貼り付けられ、さらなるステップでそこに前記構造が導入されることによって実現される。このように、導電性層３８の導電性領域３８ａ、３８ｂは、機械的方法によって、又は導電性層３８の選択的エッチングによって取り除かれ得る。

【0043】

また、当業者は前記方法の組合せを使用して、絶縁膜３７と導電性層３８との間のポジティブ連結を実現できるということが理解される。

【0044】

また、当業者は前記方法の組合せを使用して、電極膜３９の導電性層３８に構造を形成できるということが理解される。

【0045】

有利な一実施例では、中空プロファイルの空間１２は、支持要素３０を備える。支持要素３０の第１の実施例が、図３において概略的に示されている。

【0046】

支持要素３０は、軸Ｘ−Ｘ’に沿った細長い形で形成され、有利には、軸Ｚ−Ｚ’に沿っては圧電測定素子装置２０よりも幅広であり、また中空プロファイル１１の第１の空間１２に配置される。

【0047】

有利な一実施例では、支持要素３０は、軸Ｙ−Ｙ’に沿って支持要素３０を通る少なくとも１つの凹部４１を備え、前記凹部４１は、保持クランプ４２、４３を備え、前記保持クランプ４２、４３は、支持部材３０に対して圧電測定素子装置２０を固定する。

【0048】

有利な一実施例では、支持要素３０は少なくとも１つの保持要素４４を備え、保持要素４４は、支持要素３０に電子素子４５を機械的に連結し、連結は、フォーム・クロージャ又はフォース・クロージャによって実現される。このように、一実施例では、電子素子４５は、フレキシブル・フックの形をとる保持要素４４により、支持要素３０に機械的にしっかりと固定される。さらなる一実施例では、電子素子４５は、ねじ、支持要素３０のねじ穴、及びナットの形をとる保持要素４４を用いて、又はねじ、及び支持要素３０のねじが切られた穴の形をとる保持要素４４を用いて、支持要素３０に機械的にしっかりと固定される。

【0049】

さらなる一実施例では、電子素子４５は、たとえば適した接着剤を用いた材料結合によって支持要素３０に連結され、この場合、保持要素４４は必要でない。

【0050】

図４に概略的に示されている第２の実施例では、支持要素３０ａは少なくとも２つの部分として形成され、支持要素３０ａの個々の部分は、保持要素４４によって電子素子４５に機械的に連結される。有利な一実施例では、電子素子４５は、機械的に剛性の構造体、たとえば回路板を有する。支持要素３０ａのこの実施例では、電子素子４５は、支持要素３０ａの構造的構成要素である。

【0051】

図５に示されるように、第３の実施例では、支持要素３０ｂの大部分は、少なくとも１つの凹部４１を有する電子素子４５、たとえば回路板によって形成される。電子素子４５の凹部４１は、材料結合、フォーム・クロージャ、又はフォース・クロージャによって電子素子４５に連結される保持クランプ４２、４３を備える。保持クランプ４２、４３は、支持要素３０ｂに対して圧電測定素子装置２０を固定する。

【0052】

図３、図４、及び図５に示されるような有利な一実施例では、支持要素３０、３０ａ、３０ｂは、軸Ｘ−Ｘ’に関する支持要素３０、３０ａ、３０ｂの各端部に連結要素４６、４７を備え、示されている実施例では、連結要素４６、４７は、ピン形状の連結要素４７及びスロット形状の連結要素４６の形をとり、連結要素４６、４７は、フォーム・クロージャによって支持要素３０、３０ａ、３０ｂを連結する。

【0053】

さらなる一実施例では、支持要素３０、３０ａ、３０ｂは、フォース・クロージャによって支持要素３０、３０ａ３０ｂを連結する連結要素を備える。フォース・クロージャによる支持要素の連結は、たとえばねじ連結部を用いて実現される。

【0054】

さらなる一実施例では、支持要素３０ｃが複数の支持要素パーツ９１から組み立てられ、複数の支持要素パーツ９１の連結は、フォーム・クロージャ、フォース・クロージャ、又は材料結合によって実現される。図６は、このように、たとえば２つの支持要素パーツ９１から構成される支持要素３０ｃを概略的に示し、支持要素パーツ９１は、パーツ連結要素３２、３３を用いて、フォース・クロージャ又はフォーム・クロージャによって連結される。示されている実施例では、パーツ連結要素３２、３３は、フォーム・クロージャによって互いに連結され得るピン３２及びスロット３３の形をとる。

【0055】

さらなる一実施例では、パーツ連結要素３２、３３は、ねじ連結部としても形成され得る。

【0056】

支持要素パーツ９１が材料結合によって連結される一実施例が考えられ得る。この場合、各パーツ連結要素３２、３３はなくされる。

【0057】

下記では、中空プロファイル内でフォース・クロージャ、フォーム・クロージャ、又は材料結合によって連結される支持要素３０の全体は支持体９０と称され、これは図１０に図示されている。

【0058】

支持要素３０の他の実施例も考えられるということを理解されたい。当業者は、たとえば図３〜図５に示された実施例の組合せを使用してもよく、支持要素３０の安定性を高めるためにさらなる要素を導入してもよく、異なる位置に要素を配置してもよい。したがって、電子素子４５は、説明されたようにＸ−Ｘ’、Ｚ−Ｚ’によって画定される平面に配置されず、Ｘ−Ｘ’、Ｙ−Ｙ’によって画定される平面において横方向に支持要素３０に配置されてもよい。

【0059】

有利な一実施例では、図２に示されるように、支持要素３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃは、支持体の取付けを容易にする案内要素３１を備える。

【0060】

支持体９０により、ＷＩＭセンサ１０を取り付けるプロセスが著しく容易になる。ＷＩＭセンサ１０は、以下に説明する方法に従って取り付けられることが有利である。連結可能な支持要素３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃから構成される各支持体９０は、少なくとも１つの圧電測定素子装置２０、２０ａ、２０ｂ及び少なくとも１つの電子素子４５と共に、中空プロファイル１１の外で事前に組み立てられる。加えて、事前組立体は、接続素子５２及び電気信号導体６０を用いた、ＷＩＭセンサ１１のすべての電子素子４５の電気的接続部を有する。

【0061】

さらに、電極膜３９は、支持体の適した要素に挿入され、その結果、電極膜３９は、軸Ｚ−Ｚ’に対して横向きにすべることがない。たとえば、案内要素３１がこの機能を果たす。

【0062】

事前に組み立てられた支持体９０は、少なくとも１つの電極膜３９と共に、クランプされた中空プロファイル１１に挿入され、中空プロファイル１１の押圧表面１３、１４の距離は、中空プロファイル１１に対して軸Ｚ−Ｚ’に沿って横方向に作用する力によって長くなる。案内要素３１により、中空プロファイルに支持体を容易に挿入することが可能になり、中空プロファイルの中での、支持体及び電極膜３９の精密な位置決めが確実となる。

【0063】

有利には、支持要素３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃは、１００ｍｍから１０００ｍｍの間、特に有利な一実施例では１００ｍｍから３００ｍｍの間である、軸Ｘ−Ｘ’に沿った長さを有する。したがって、特に有利な一実施例では、支持要素３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃは、種々の長さの支持体９０を取り付けるために用いることができ、したがってＷＩＭセンサ１０の長さに関する種々の設計に用いることができる。これにより、ＷＩＭセンサ１０の製造コストが低減される。

【0064】

図７は、完全に組み立てられたＷＩＭセンサ１０の一部を概略断面図に示し、ここでは、図を見やすくするために、支持要素３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃは図示されていない。有利な一実施例では、電子素子４５は、軸Ｙ−Ｙ’に関するその底面に少なくとも１つのばね接点４８ａ、４８ｂを備え、ばね接点４８ａ、４８ｂは、電子素子４５にしっかりと固定され、ＷＩＭセンサ１０の取付け状態では、定められたばね力で、表面、たとえば構造化された電極膜３９の導電性領域３８ａ、３８ｂに対してばね接点表面４９ａ、４９ｂを押圧する。

【0065】

有利な一実施例では、電子素子４５は、軸Ｙ−Ｙ’に関するその上面に少なくとも１つのばね接点５０ａ、５０ｂをさらに備え、ばね接点５０ａ、５０ｂは、電子素子４５にしっかりと固定され、ＷＩＭセンサ１０の取付け状態では、定められたばね力で、表面、たとえば中空プロファイル１１の押圧表面１３に対してばね接点表面５１ａ、５１ｂを押圧する。

【0066】

ばね接点表面４９ａ、５１ａを押圧することにより、ばね接点４８ａ、５０ａは、電子素子４５と圧電測定素子２０ａとの間に電気的接続を確立する。有利な一実施例では、力が圧電測定素子３６ａに作用するとき、第２の力を受ける表面１６ａにおいて生成される電荷は、力導入素子３５ａ、電極膜の導電性領域３８ａ、及びばね要素４８ａを介して電子素子４５へと伝達される。このように、力導入素子３５ａ、電極膜の導電性領域３８ａ、及びばね要素４８ａは、電荷導体６１ａを形成する。力が圧電測定素子３６ａに作用するとき、第１の力を受ける表面１５ａにおいて生成される電荷は、力導入素子３４ａ、押圧表面１３、及びばね要素５０ａを介して電子素子４５へと伝達される。このように、力導入素子３４ａ、押圧表面１３、及びばね要素５０ａは、電荷導体６１ａを形成する。

【0067】

同様に、ばね接点表面４９ｂ、５１ｂを押圧することにより、ばね接点４８ｂ、５０ｂは、電子素子４５と圧電測定素子装置２０ｂとの間に電気的接続を確立する。有利な一実施例では、力が圧電測定素子３６ｂに作用するとき、第２の力を受ける表面１６ｂにおいて生成される電荷は、力導入素子３５ｂ、電極膜の導電性領域３８ｂ、及びばね要素４８ｂを介して電子素子４５へと伝達される。このように、力導入素子３５ｂ、電極膜の導電性領域３８ｂ、及びばね要素４８ｂは、電荷導体６１ｂを形成する。力が圧電測定素子３６ｂに加えられるとき、第１の力を受ける表面１５ｂにおいて生成される電荷は、力導入素子３４ｂ、押圧表面１３、及びばね要素５０ｂを介して電子素子４５へと伝達される。このように、力導入素子３４ｂ、押圧表面１３、及びばね要素５０ｂは、電荷導体６１ｂを形成する。

【0068】

図７に示される有利な一実施例では、電極膜３９の導電性領域３８ａと導電性領域３８ｂとは、絶縁膜３７の、非導電性コーティングによって被覆される領域により、互いから電気的に絶縁される。これにより、圧電測定素子３６ａ、３６ｂの選択的接触が可能になり、したがって、力が各圧電測定素子３６ａ、３６ｂに作用したとき、圧電測定素子３６ａ、３６ｂの個々の電荷信号を別々に評価することが可能になる。

【0069】

さらなる一実施例では、少なくとも２つの圧電測定素子３６が、電極膜の導電性層の領域を用いて並列に接触する。下記では、圧電測定素子の群とは、並列に接触する少なくとも２つの圧電測定素子装置２０を指す。

【0070】

別の実施例（図示せず）では、追加的な電極膜が力導入素子３４ａ、３４ｂと押圧表面１３との間に配置され、電極膜は、力導入素子３４に対して押圧表面１３を電気的に絶縁し、導電性層が、それ自体知られている方式で、絶縁膜の、力導入素子３４ａ、３４ｂのほうに向く面に貼り付けられ、力が圧電測定素子３６ａ、３６ｂに加えられたとき、第１の力を受ける表面１５ａ、１５ｂにおいて生成される電荷は、力導入素子３４ａ、３４ｂ、追加的な電極膜の導電性層、及びばね要素５０ａ、５０ｂを介して電子素子４５へと伝達される。

【0071】

追加的な電極膜は、その少なくとも一方の面に、連続的な導電性層、又は電極膜３９と同様の構造化された導電性層を備える。

【0072】

好ましい一実施例では、図３、図４及び、図５に示されるように、支持要素３０、３０ａ、３０ｃ、３０ｃは、２つの圧電測定素子組立体２０ａ、２０ｂの間にそれぞれ挿置される電子素子４５を備える。図８に示されるように、有利な一実施例では、少なくとも１つの電荷増幅器２１が電子素子４５に配置され、電荷増幅器２１は、圧電測定素子装置２０ａ、２０ｂ、又は圧電測定素子群の電荷信号２０１ａ、２０１ｂを、電荷信号２０１ａ、２０１ｂに比例した電圧、又は電荷信号２０１ａ、２０１ｂに比例した電流へと変換する。これ以降、電荷信号２０１ａ、２０１ｂに比例した電圧、又は電荷信号２０１ａ、２０１ｂに比例した電流は、電荷増幅器信号２０２ａ、２０２ｂと称されることになる。さらに、有利な一実施例では、少なくとも１つのＡ／Ｄ変換器２２が電子素子４５に配置され、Ａ／Ｄ変換器２２は、電荷増幅器信号２０２ａ、２０２ｂをデジタル電荷信号２０３へと変換し、前記信号を提供する。

【0073】

下記では、信号の提供とは、提供される信号が、さらなる使用のために利用可能であることを意味すると理解されたい。したがって、提供することは、電子メモリに信号を格納し、そのメモリから信号を取り出すことも含む。提供することは、表示装置に信号を表示することも含む。

【0074】

Ａ／Ｄ変換器２２は、きっかり１つの信号入力部ときっかり１つの信号出力部とを有する電子的構成要素に限定されないことを理解されたい。当業者は、複数の入力信号を複数のデジタル出力信号に変換する、複数の信号入力部及び複数の信号出力部を備える電子的構成要素に通じている。したがって、Ａ／Ｄ変換器２２とは、いくつかの信号入力部及びいくつかの信号出力部が設けられる電子的構成要素の、１つの信号入力部及び１つの信号出力部から構成される対のことも指す。

【0075】

Ａ／Ｄ変換器２２や電荷増幅器２１などの機能の異なる電子的構成要素が、たとえば特定用途向け集積回路、簡潔にはＡＳＩＣの形をとる１つの電子的構成要素に一緒に含まれてもよいことを理解されたい。話を簡単にするために、下記の説明では、それらがＡＳＩＣの形をとって存在するべき場合でも、やはりＡ／Ｄ変換器及び電荷変換器と呼ぶ。

【0076】

図３〜図５に示されるように、電子素子４５は、電気信号導体６０のための少なくとも１つの接続素子５２を備える。図８は、電気信号導体６０を概略的に示す。接続素子５２を用いて、電気信号導体６０を介して少なくとも２つの電子素子４５の間で電気的接続を確立することが可能である。電気信号導体６０は、接続素子５２を用いて、支持要素３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃの、又は異なる支持要素３０、３０ａ、３０、３０ｃの電子素子４５を接続する。

【0077】

有利な一実施例では、ＷＩＭセンサ１０は評価素子８０を備える。評価素子８０は、中空プロファイル１１の空間１２に配置される。圧電測定素子装置２０、２０ａ、２０ｂ、又は圧電測定素子群のデジタル電荷信号２０３は、評価素子８０での評価のためにアクセス可能である。

【0078】

有利には、少なくとも１つのマイクロプロセッサ８２、並びに少なくとも１つの不揮発性メモリ素子８１及び電気信号導体６０のための少なくとも１つの接続素子５２が、評価素子８０に配置される。さらに、電気信号導体６０が、評価素子８０に電子素子４５の少なくとも１つの接続素子５２を接続する。

【0079】

有利には、デジタル信号を使用することにより、電気信号導体６０において必要とされる導電体は、利用可能な信号よりも少なくなる。

【0080】

ＷＩＭセンサ１０の電子素子４５のデジタル電荷信号２０３は、評価素子８０での評価のために、接続素子５２及び電気信号導体６０を用いてアクセス可能である。

【0081】

さらなる一実施例では、接続素子５２は、電子素子４５の電源として機能する。

【0082】

別の実施例では、少なくとも１つのセンサ７０が、中空プロファイル１１の空間１２に配置され、センサ７０は、センサ７０がセンサ信号２０７として出力する物理的パラメータを測定する。Ａ／Ｄ変換器２２は、センサ信号２０７をデジタル・センサ信号２０４へと変換し、接続ユニット５２にデジタル・センサ信号２０４を提供する。センサ７０は、以下の物理的パラメータ、すなわち温度、音波、加速度のうちの１つを測定する。

【0083】

さらなる一実施例では、少なくとも１つのデジタル・センサ信号２０４は、接続ユニット５２及び電気信号導体６０を用いて、評価素子８０での評価のために追加的に利用可能になっている。

【0084】

有利な一実施例では、評価素子８０での少なくとも１つのデジタル電荷信号２０３は、較正関数３０１によって較正される。較正関数３０１は、少なくとも１つの変数を有する数学的関数である。

【0085】

好ましい一実施例では、較正関数３０１は、不揮発性メモリ素子８１に格納され、マイクロプロセッサ８２へとロードされる。

【0086】

較正関数３０１は、複数のパラメータ３０２を利用し、これらのパラメータ３０２は、圧電測定素子３６、３６ａ、３６ｂの固有の特性に対応する。これらの固有の特性は、少なくとも以下のもの、すなわち圧電測定素子３６、３６ａ、３６ｂの感度及び直線性を含む。この点に関して、パラメータ３０２は、１つ又は複数の数値を有し、特定の圧電測定素子３６、３６ａ、３６ｂに明確に割り当てられ得る。直線性及び感度は、その圧電測定素子３６、３６ａ、３６ｂに関して予め決定されている。

【0087】

較正関数は、有限次数の多項式であることが好ましい。多項式では、ある変数のべき乗の倍数が足し合わされる。倍数は、変数のべき乗ごとに係数によって与えられ、係数は、変数のべき乗によって乗算される。係数は、パラメータ３０２を表現する。

【0088】

図９に概略的に示されるように、較正関数３０１は、圧電測定素子３６、３６ａ、３６ｂのデジタル電荷信号２０３を変数として使用して、較正デジタル電荷信号２０５を生成する。較正関数３０１は、較正デジタル電荷信号２０５と圧電測定素子３６、３６ａ、３６ｂに作用する車輪荷重との間に直線関係が存在するように選択される。このことは、ＷＩＭセンサ１０の圧電測定素子３６、３６ａ、３６ｂに作用する横断車両の車輪から車輪荷重を決定するとき、測定精度を向上させるように機能する。

【0089】

好ましくは、較正関数３０１及びパラメータ３０２は、圧電測定素子３６、３６ａ、３６ｂに対して様々な量の定められた力が順次及ぼされ、そのデジタル電荷信号２０３が記録されるという方法によって決定される。この方法では、アルゴリズムにより、デジタル電荷信号２０３を変数として使用するこの方法において加えられた力が求まる補間多項式が最初に決定され、これは、数値解析から知られている多項式補間によってなされる。この補間多項式が、デジタル電荷信号２０３を変数として用いて較正デジタル電荷信号２０５を生成する較正関数３０１である。感度は、多項式の線形項の係数によって直接的に与えられる。直線性は、多項式のさらなる係数によって与えられる。

【0090】

しかし、当業者は、較正関数３０１の別の数学的形式を選択し、異なる方法を選択して較正関数を決定することができる。

【0091】

好ましい一実施例では、較正関数３０１は、タイム・スタンプ２０８に関連付けられて不揮発性メモリ素子８１に格納され、タイム・スタンプ２０８は、日付及び時間から構成され、マイクロプロセッサ８２のアルゴリズムによって提供される。

【0092】

格納された較正関数３０１は、較正関数３０１が新しく決定される過程で、上に述べた方法によって適用され、それにより、不揮発性メモリ素子８１に予め格納された較正関数３０１に取って代わる。しかし、前の較正関数３０１は、不揮発性メモリ素子８１において引き続きアーカイブされる。

【0093】

圧電測定素子３６、３６ａ、３６ｂのそれぞれに関する較正関数３０１が、不揮発性メモリ素子８１に格納される。

【0094】

有利には、タイム・スタンプ２０８と共にアーカイブされる較正関数３０１の時間的経過から、ＷＩＭセンサ１０の性能、圧電測定素子３６、３６ａ、３６ｂに対する経時変化効果、又は道路セグメント１の道路表面２の経時変化効果及び状態が決定される。

【0095】

ＷＩＭセンサ１０の圧電測定素子３６、３６ａ、３６ｂを横断する車両２、２’、２”、２’’’の車輪によって及ぼされる車輪荷重を決定するときの測定精度の向上は、較正関数３０１の別の実施例を使用して、異なるやり方でも実現され得る。上に述べた較正関数３０１の実施例とは対照的に、以下に述べる実施例の較正関数３０１は、圧電測定素子３６、３６ａ、３６ｂの温度を検出するセンサ７０の、変数としてのデジタル・センサ信号２０４から、また圧電測定素子３６、３６ａ、３６ｂのデジタル電荷信号２０３から、較正デジタル電荷信号２０５を生成する。したがって、較正関数３０１のこの実施例では、センサ７０が必要とされる。較正関数３０１のパラメータ３０２は、少なくとも、圧電測定素子３６、３６ａ、３６ｂの感度及び直線性並びに温度関係であり、これらは、圧電測定素子３６、３６ａ、３６ｂに関して予め決定されている。較正関数３０１は、デジタル・センサ信号２０４及びデジタル電荷信号２０３から較正デジタル電荷信号２０５を生成し、理想的には、較正デジタル電荷信号２０５と圧電測定素子３６、３６ａ、３６ｂに作用する車輪荷重との間に直線関係が存在し、較正デジタル電荷信号２０５は、圧電測定素子３６、３６ａ、３６ｂの温度に依存しない。

【0096】

好ましい一実施例では、較正関数３０１が、ＷＩＭセンサ１０の評価素子のマイクロプロセッサ８２において、各圧電測定素子３６、３６ａ、３６ｂに割り当てられる。圧電測定素子３６、３６ａ、３６ｂの較正デジタル電荷信号２０５は、較正関数３０１を使用して、圧電測定素子３６、３６ａ、３６ｂのデジタル電荷信号２０３から生成される。

【0097】

有利な一実施例では、合計力関数３０３が不揮発性メモリ素子８１に格納される。合計力関数３０３は数学的アルゴリズムであり、マイクロプロセッサ８２へとロードされ、すべての較正デジタル電荷信号２０５に適用される。マイクロプロセッサ８２は、合計力関数３０３に基づいて、ＷＩＭセンサ１０を横断している車両２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの車輪によって道路セグメント１に及ぼされる合計の力２０６を計算する。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】