8107621111

BADANIA NAUKOWE

Rozmowa z dr. inż. Piotrem Burnosem na temat badań dotyczących dokładnych stacjonarnych i pokładowych systemów ważących pojazdy w mchu

AGH 2B: Na czym polegają prowadzone przez Pana badania?

Dr Burnos: W mojej pracy naukowej skupiam się przede wszystkim nad rozwojem systemów Weigh In Motion (WIM), czyli wag samochodowych, które umożliwiają ważenie pojazdów w ruchu bezpośrednio na pasie drogi. Sama idea takiego ważenia, choć znana od dziesięcioleci, wciąż fascynuje; wyobraźmy sobie 40 tonowy pojazd ciężarowy o 5 osiach, poruszający się z prędkością 90 km/h, który jest ważony w czasie ułamka sekundy kontaktu z czujnikami nacisku. Dzięki temu, że czujniki są montowane w nawierzchni jezdni pomiar nie wymaga zatrzymania pojazdu, a cały proces można porównać do radarowej kontroli prędkości. Kierowca nie odczuwa żadnego dyskomfortu, a często nawet nie jest świadomy przeprowadzania pomiaru. Niestety pomimo ciągłego rozwoju technologii, a co za tym idzie coraz lepszym czujnikom nacisku, dokładność uzyskiwanych wyników ważenia jest zbyt mała, aby systemy te, na wzór radarów, mogły być używane przez uprawnione służby do bezpośredniego karania właścicieli przeciążonych pojazdów. Występuje tu szereg czynników ograniczających dokładność ważenia. Przede wszystkim pomiar dotyczy składowej dynamicznej nacisku osi wywołanej nierównościami nawierzchni drogi, która może znacznie odbiegać od składowej statycznej, do której odnoszą się przepisy prawa. Wyobraźmy sobie, że wchodzimy na wagę łazienkową i po niej skaczemy, jednocześnie oczekując poprawnego wyniku. Wpływ na dokładność ważenia ma więc prędkość pojazdu, stan i parametry mechaniczne jego zawieszenia oraz jakość nawierzchni drogi. Dodatkowe ograniczenia wynikają z technologii wykonania czujników, które mówiąc ogólnie charakteryzuje rozrzut parametrów i brak powtarzalności charakterystyk. Z tymi wszystkimi problemami można sobie poradzić, między innymi poprzez zastosowanie większej liczby czujników w systemie i bardziej wyszukane algorytmy obliczania nacisków osi. Jest jednak jeden czynnik, którego nie da się w ten sposób wyeliminować, a mianowicie negatywny wpływ zmian temperatury asfaltu na dokładność wyników ważenia. Piezoelektryczne czujniki nacisku montuje się pod nawierzchnią jezdni, która pośredniczy w przenoszeniu nacisku na czujnik. Jest to źródłem ograniczonej dokładności uzyskiwanych wyników ważenia, gdyż asfalt jest lepiszczem, którego właściwości fizyko-mechaniczne są funkcją temperatury. Chyba każdy zaobserwował to zjawisko w gorący letni dzień, kiedy asfalt z twardej powłoki przechodzi w lepką maź, na której można zostawić odcisk buta. Tak więc, zależnie od rodzaju, temperatury i czasu obciążenia, asfalt może znajdować się w stanie: lepkim, lepkosprężystym i sprężystym, co ma wpływ na sygnał pomiarowy docierający do czujników nacisku. W moim doktoracie zbadałem dokładnie to zjawisko oraz opracowałem dwie metody umożliwiające jego ograniczenie, tj.: korekcję temperaturową wyników ważenia oraz autokalibrację systemu. Pierwsza metoda bazuje na eksperymentalnie wyznaczonej zależności pomiędzy wynikami ważenia, a temperaturą asfaltu w miejscu zainstalowania czujników nacisku. Jeżeli na stanowisku jest mierzona temperatura nawierzchni, to można dokonać korekty wyników. Jest to sposób prosty, ale wymaga znajomości charakterystyki temperaturowej danego stanowiska. Natomiast metoda autokalibracji umożliwia samoczynną kalibrację systemu w trakcie jego nominalnej pracy bez konieczności używania specjalnych wzorców. Sedno rozwiązania polega na wykorzystaniu do kalibracji systemu pewnej szczególnej cechy pojazdów, tj.: stabilnego nacisku pierwszej osi popularnych tirów. Skoro nacisk tej osi nie zmienia się znacznie z pojazdu na pojazd, a jego wartość średnia jest znana, to do tej wartości można odnieść się w trakcie kalibracji. Tym samym wielkość mierzona staje się statystycznym wzorcem kalibracji.

Chociaż „tematyka drogowa", dominuje w mojej pracy naukowej, to oczywiście nie ograniczam się tylko do niej. Chciałbym wspomnieć jeszcze o pracach związanych z konstrukcją lokalizatora osobistych nadajników górniczych. Obecnie wspólnie z Centralną Stacją Ratownictwa Górni-