Ternica ProVida 2000 modular

Technik und Funktionsweise

2. Technischer Aufbau

Die ProVida-Anlage ist in einem präparierten Messfahrzeug installiert, sie ist aus verschiedenen Modulen aufgebaut. Dazu gehören:

• ein Wegimpulszähler,
• ein Hauptmodul mit LCD-Monitor,
• ein LCD-Monitor (Zentraldisplay des Einsatzfahrzeuges),
• einer Front- und Heckkamera
• ein digitaler Videorecorder (DV-Format mit Bandkassetten),
• eine Fernbedienungseinheit.

Die nachfolgenden Lichtbilder zeigen einen typischen Fahrzeugeinbau.

3. Funktionsweise der Messanlage

Das Messprinzip aus einer separaten Erfassung eines Messweges und einer zugeordneten Messzeit, aus denen eine Durchschnittsgeschwindigkeit berechnet werden kann.

Wegstreckenmessung
Zur Erfassung des Messweges bestehen zwei Möglichkeiten. Einerseits kann der Messweg über die Bedienelemente eingestellt und damit vorgegeben werden. Andererseits kann der Messweg bzw. die vom Messfahrzeug zurückgelegte Wegstrecke über die Räder des Einsatzfahrzeuges gemessen werden.
Bei der Erfassung der Raddrehzahlen bestehen allerdings zwei technische Ausführungen.

Verschiedene Sicherheits- und Assistenzsysteme im Fahrzeug verarbeiten die Rotationsgeschwindigkeiten der Räder eines Fahrzeuges. Aus diesem Grund werten Systeme wie ABS und ESP die Signale von Radsensoren aus und senden die ermittelte Rotationsgeschwindigkeit zur Weiterverarbeitung über den digitalen CAN-Bus auch an andere Systeme, beispielsweise zur Diagnose.
Die nachfolgende Abbildung zeigt einen solchen Radsensor, der aus der Rotation eines fest installierten Zahnkranzes Pulsfolgen erzeugt, die in der Frequenz zur Rotationsgeschwindigkeit und damit zur Fahrzeuggeschwindigkeit proportional sind.

Über einen Wegstreckensignalkonverter (WSK) wird die Drehzahlinformation am fahrzeuginternen CAN-Bus digital abgegriffen bzw. mitgehört. Der WSK berechnet aus den mitgelesenen Rotationsgeschwindigkeiten der Räder ein äquivalentes Pulssignal als Eingangsgröße für die Messanlage und gibt dieses aus. Über einen Kalibrierlauf (1km) wird die Anzahl der vom WSK erzeugten Pulse bestimmt und als Umrechnungsfaktor bei der Messwegbestimmung herangezogen.

Da der CAN-Bus jedoch die erforderlichen Daten nicht zwingend periodisch überträgt, war die Messbereitschaft der Gesamtanlage teils eingeschränkt. Das System des WSK wurde daher durch eine rein analoge Baugruppe WA11 ersetzt. Diese wandelt das Strompulssignal des Radsensors des linken Hinterrades in ein Spannungssignal um, welches der Messanlage direkt zugeführt wird. Die Kalibrierung erfolgt auch hier durch Abrollen einer definierten Strecke und der Zählung der vom Sensor erzeugten Pulse. Der Vorteil besteht darin, dass die Pulsgenerierung seitens der Sensoren zuverlässig ist – zumindest zuverlässiger als das Mithören der Datenpakete von Fahrzeugmodulen, die nicht zur Messanlage gehören.

Die von der Messanlage erfassten Pulse werden über den bei der Eichung ermittelten Kalibrierfaktor (Pulse/km) in einen Wegfortschritt umgerechnet.

Zeitmessung
Im Hauptmodul sind mehrere Zeitfunktionen zur Kontrolle der Zeitbasis integriert.
Primär existiert eine quarzstabilisierte Präzisionsuhr, die für die Zeiterfassung während einer Messung herangezogen wird. Parallel dazu liefert das Videosystem zur Dokumentation ein PAL-Videosignal mit einem Vollbildtakt von 0,04s. Über diesen Bildtakt wird ein Bildzähler inkrementiert, dessen Zählerstand in jedes Videobild eingeblendet wird. Im Hauptmodul wird die Bildfrequenz mit der Präzisionsuhr geprüft. Bei Abweichungen von mehr als 0,02% wird das System für Messungen blockiert. Es erscheint eine Fehlermeldung im Videobild.

Messwert
Im Rahmen einer dezidiert ausgelösten Messung werden Informationen zur Wegstrecke und zum Zeitablauf gesammelt und nach Beendigung der Messung zu einer Durchschnittsgeschwindigkeit verrechnet. Inwiefern diese auf das Tatfahrzeug übertragen werden darf, hängt von speziellen, vom Messmodus abhängigen Anforderungen ab.

Beweisdokumentation
Die Dokumentation der Messung erfolgt über ein Videosystem. Dieses verfügt über zwei SD-Kameras, die einen PAL-gerechten Videobildstrom mit einer Vollbildfrequenz von 25 Hz liefern. Die Kameras können mit Objektiven fester und variabler Brennweite ausgestattet sein.
Beide Videosignale werden kabelgebunden an das Hauptmodul übertragen. Welches der beiden Kamerasignale zur Aufzeichnung gelangt, kann seitens des Bedieners umgeschaltet werden.
In die Videobilder werden verschiedenen Messdaten lesbar eingeblendet. Die nachfolgende Abbildung zeigt das typische Aufzeichnungsbild des ProVida-Systems:

Die Aufzeichnung erfolgt über einen digitalen Videorekorder. Die Aufzeichnung erfolgt mit unkomprimierten Vollbildern im DV-Format. Als Speichermedium werden DV-Bandkassetten genutzt.

Für die Bandaufzeichnungen muss ihre Integrität und ihre Authentizität zweifelsfrei gewährleistet werden. Hierzu sind zwei Alternativen zulässig:

• Archivierung des Original-Bandes mit geeigneter Kennzeichnung der Daten des Messeinsatzes (Datum, Personal, Fahrzeug und / oder Typenbezeichnung und Seriennummer des Messgerätes usw.)
• Kopieren der relevanten Sequenzen aus dem Original-Band auf ein Archiv-Band, das dauerhaft zu archivieren ist (so können insbesondere Sequenzen ohne Verstöße - aus Datenschutzgründen - ausgesondert und Bandmaterial gespart werden).

Im Falle eines geschnittenen Archivbandes ist die betreffende Videosequenz zeitnah und vollständig vom Original-Band auf das Archiv-Band zu kopieren. Das Videoformat des Archiv-Bandes muss mit dem Videoformat des Original-Bandes übereinstimmen. Der Kopiervorgang ist zu dokumentieren, das Archiv-Band geeignet zu kennzeichnen. Die Kennzeichnung muss neben den Daten des Messeinsatzes (s.o.) auch die für das Kopieren verantwortliche Person und den Zeitpunkt des Kopierens umfassen.

4. Messmodi für amtliche Messungen

Für amtliche Messungen können vom Messpersonal 4 verschiedene Betriebsarten eingestellt werden, um die Messmethode den äußeren Umständen der konkreten Messung anpassen zu können.

5. Zulassung zur Eichung

Das Messgerät ProVida 2000 modular wurde im Jahr 2004 seitens der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig hinsichtlich der Messbeständigkeit und Messgenauigkeit geprüft. Die Untersuchungen verliefen positiv, sodass unter dem Zulassungszeichen 18.03/04.01 die Messanlage zur Eichung und damit für den amtlichen Einsatz zugelassen wurde.

Hersteller der Messanlage ist die Petards Vision Ltd. in England. Als Zulassungsinhaber wird aktuell die Firma ternica systems GmbH in Arnstorf geführt.

Es ist die folgende Zulassungshistorie bekannt:

Im Rahmen einer Eichprüfung wird unter anderem der Kalibrierfaktor für die Umrechnung der Wegimpulse in einen tatsächlichen Wegfortschritt ermittelt und in der Messanlage individuell gespeichert. Dabei wird die Messanlage in einen speziellen Kalibriermodus versetzt und das Fahrzeug über eine bestimmte Wegstrecke (1000 m) gerollt. Die Messanlage zählt währenddessen die Anzahl der erkannten Radimpulse.

Dieser Kalibrierfaktor hängt damit unmittelbar von:

• der Reifendimension,
• der Profiltiefe bzw. dem Abnutzungszustand,
• dem Reifeninnendruck und
• der Beladung des Fahrzeuges durch erhöhte Deflektion

ab. Beispielsweise werden Räder mit effektiv kleinerem Radumfang einen höheren Kalibrierfaktor erzeugen, als größere Räder mit großem Radumfang.

Es ist damit einzusehen und erforderlich, dass sowohl die Reifendimension als auch der Reifeninnendruck während der Eichung festgestellt und im Eichschein nachvollziehbar notiert werden. Da es sich bei der Messanlage ProVida um eine Festinstallation im Einsatzfahrzeug handelt, ist auch die Identität des Fahrzeuges über die FIN in der Eichbescheinigung zu dokumentieren.

Jeder Rad- und Reifenwechsel kann sich daher auf die Messrichtigkeit auswirken. Zusätzlich ist festgelegt, dass jeder Wechsel von Winterreifen auf Sommerreifen eine erneute Eichung erfordert.

6. Einflussgrößen auf die Messgenauigkeit

Es dürfen prinzipiell nur kalibrierte und gültig geeichte Anlagen für amtliche Messungen eingesetzt werden.

Das Gültigkeitsdatum der Kalibrierung ist im System hinterlegt. Nach Überschreitung dieses Datums werden vom System automatisch weitere Messungen blockiert und im Rahmen einer Fehlermeldung wird auf die Notwendigkeit einer Neueichung hingewiesen.

Die Anlage führt ständig Systemtests durch (Betriebsspannung / Temperatur u. a). Bei Auftreten von Fehlern im System, die mit entsprechenden Fehlermeldungen quittiert werden, wird die Anlage automatisch für weitere Messungen blockiert. Der im Gerät integrierte Präzisionszeitmesser wird anhand eines Referenztaktgebers (Schwingquarz) überprüft. Bei Abweichungen von mehr als 200 ppm erscheint die Fehlermeldung "Bildfrequenzfehler" und die Anlage ist für weitere Messungen blockiert. Diese Überprüfung dauert ca. 500 s, d. h., sofern die Fehlermeldung "Bildfrequenzfehler" erschienen ist, dürfen die letzten 10 min. vor Erscheinen dieser Fehlermeldung nicht verwendet werden.

Die Genauigkeit der Ermittlung der Durchschnittsgeschwindigkeit wird durch die Messfehler bestimmt. Als Messfehler der Zeitmessung kommt der absolute Fehler von 1/100 s in Frage; der mögliche Wegfehler wird von einem vom Zustand der Fahrzeugbereifung des ProVida-Fahrzeugs sowie der Gerätekonstante [Impulse/ km] bestimmt. Insbesondere kommen bezüglich der Wegstrecke folgende Einflussgrößen in Frage:

• Luftdruck der Reifen und Belastung des Messfahrzeuges bezüglich des dynamischen Radradius,
• Abrollumfang und Wegfortschritt infolge Schlupf zwischen Reifen und Fahrbahn

Es ist vorgeschrieben, dass die Belastung des Messfahrzeuges nicht wesentlich, d. h. nicht um mehr als über 250 kg erhöht wird. Durch die Radlasterhöhung sinkt der dynamische Radradius mit der Folge, dass sich die Drehzahl der Räder und die Impulsrate zur Wegberechnung erhöhen.
Bei Reifenwechseln sind Reifen der gleichen Reifendimension und -bauart bzw. Abrollumfang zulässig. Nur ein Wechsel von Winterreifen auf Sommerreifen erfordert eine erneute Eichung.

Eine Größtfehlerabschätzung ergab, dass bei der Geschwindigkeitsmessung nach dem ProVida 2000 Prinzip durch Antriebsschlupfdifferenzen zwischen der Kalibriermaßnahme und einer konkreten Messung ein Maximalfehler von ca. 2 % absolut auftreten kann. Insofern ist nachvollziehbar, dass zur Eichfehlergrenze von ±3 % noch 2 % zur Bildung der Verkehrsfehlergrenze von ±5 % hinzugezogen wurden. Alle Einflüsse, die nicht in der Eichprozedur, die auf einem Rollenprüfstand ohne Simulation der Fahrwiderstände durchgeführt wird, Berücksichtigung finden, können daher den Fehler nur erhöhen.

Die Haftungsbedingungen sowie alle radgeometrischen und fahrdynamischen Einflüsse haben auf die Wegmessung über die Radimpulsfolge und der daraus abgeleiteten WSK-Impulsfolge eine direkte Auswirkung.

7. Verkehrsfehlergrenzen

Die Verkehrsfehlergrenzen des Messgerätes ProVida 2000 modular betragen:

• Zeit 0,1 % der gemessenen Zeit zuzüglich 0,02 s (gemäß Anlage 19 der Eichordnung)
• Wegstrecke 4 % des gemessenen Weges, mindestens jedoch 4 m (gemäß Anlage 19 der Eichordnung)
• 5 km/h bei Geschwindigkeitsmessungen bis 100 km/h
• 5 % bei Geschwindigkeitsmessungen oberhalb 100 km/h

8. Technische Daten

9. Weitere Informationen zum Einsatz und der Begutachtung