Research and development of embedded sensors in the wheels of a vehicle for the measurement of weight in static condition
Étude et développement de capteurs embarqués dans les roues d’un véhicule pour la mesure du poids en condition statique
Résumé
The weight of road and aerial vehicles is an important variable in many issues of traffic safety, infrastructure health monitoring, freight transport, and in terms of ecology. The measurement of the weight of vehicles is currently carried out statically or dynamically at low speed by weighing devices placed between the vehicle wheels and the carrieageway. These devices, made by the company Captels among others, allow the measurement of a large variety of vehicles, but only part of those are actually weighted in the traffic, because this takes time. With the rise of on-board sensors and connected objects, the question of a sensor, embedded in the wheels of vehicles, responsible for measuring statically the weight supported is raised. This thesis proposes the study, development and implementation of three sensor technologies in a wheel to address this issue in static condition. A fiber optic sensor, an acoustic sensor and a capacitive sensor have been implemented in order to realize a proof of concept and to evaluate their industrial potential. The experimental evaluation in laboratory of the capacitive sensor shows relative errors of measurement of the weight between 5% and 10% of the applied load for a nominal measurement range.
Le poids des véhicules routiers et aériens constitue une variable non négligeable pour de nombreux domaines tels que la sécurité du trafic, la gestion des infrastructures, le transport de marchandises et les échanges commerciaux ainsi qu’en termes d’écologie. La mesure du poids des véhicules est à ce jour réalisée en statique ou en dynamique à faible vitesse par des dispositifs de pesage placés entre la chaussée et les roues du véhicule. Ces dispositifs, réalisés par l’entreprise Captels entre-autres, permettent la mesure du poids d’une grande variété de véhicules, mais seulement une partie d’entre eux, issue du trafic, est pesée, car la mesure prend du temps. Avec l'essor des capteurs embarqués et des objets connectés, la question d’un capteur embarqué dans les roues des véhicules, chargé de mesurer en statique le poids supporté est posée. Cette thèse propose l’étude, le développement et l’implantation de trois technologies de capteurs dans une roue afin de répondre à cette problématique en statique. Un capteur fibre optique, acoustique et capacitif ont ainsi été implantés dans le but de réaliser une preuve de concept et d’évaluer leur potentiel industriel. L’évaluation expérimentale en laboratoire du capteur capacitif affiche des erreurs relatives de mesure du poids comprises entre 5% et 10% de la charge appliquée pour une plage de mesure nominale.