CN113490839A - 用于监测运载车辆的方法、用于运载车辆的监测装置、运载车辆、运载车辆系统和交换车体 - Google Patents
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Abstract
本技术提供了一种用于监测运载车辆(10；12；22；154)的方法，所述方法包括测量指示力的至少一个传感器值并基于所述至少一个传感器值确定质量。此外，描述了该方法中使用的监测装置(156)和运载车辆(10；12；22；154)。
Description
技术领域
本技术涉及一种用于监测运载车辆的方法、一种用于运载车辆的监测装置以及一种包括至少一个这样的监测装置的运载车辆。
背景技术
运载车辆(比如卡车或拖车)用于经由道路网络运送货物。为了确保机动性和道路安全性，以及防止过度的道路损坏，当以这种方式运输货物时，不得超过某个最大重量和轴载荷。
众所周知，借助秤(例如布置在运营运载车辆的货运公司的经营场所处)来测量运载车辆的重量。然而，这样的测量是耗时的，因为运载车辆需要到达秤以便进行该测量。
此外，测量运载车辆的重量不能提供关于运载车辆的载荷的任何更详细的信息，特别是在运载车辆的运营期间。然而，关于运载车辆的载荷的更详细的信息可以用于改善运载车辆的稳定性，并由此改善运载车辆的安全性。
在运载车辆的运营期间实施重量测量的若干方式是已知的，例如，基于在运载车辆的悬架中的空气波纹管内的压力。然而，这些方法通常不够可靠和准确。
因此，需要提供了改善的机动性和道路安全性的运载车辆的监测方法。此外，需要提供了改善的机动性和道路安全性的运载车辆和运载车辆系统。
此外，需要简单和/或精确的监测装置，其优选地适于容易安装和维护，所述监测装置可以用在运载车辆中以便增加它们的安全性。
发明内容
根据第一方面，提供了一种方法，用于监测运载车辆，所述方法包括测量指示力的至少一个传感器值并且基于所述至少一个传感器值确定质量。与根据运单确定车辆的初始质量和载荷质量相比，可以在运载车辆的运营期间精确地测量(已装载)车辆的总体质量上的变化。
运载车辆可以是商用车辆、卡车、牵引车辆、半拖车、拖车。运载车辆可以是用于商用车辆的交换车体。
所述方法优选地还包括基于指示力的至少一个传感器值确定n个部分重量的步骤，其中运载车辆具有n个重量传递部分，每个重量传递部分具有有效重量传递位置，其中每个部分重量与n个重量传递部分中的相应的一个相关联，并且其中运载车辆的载荷的重量借助于重量传递部分传递到支承运载车辆的表面。通过确定n个部分重量，可以获得与运载车辆的载荷的载荷分布相关的信息，从而提高运载车辆的操作的安全性。
可以基于n个部分重量来确定运载车辆的载荷的重量，从而允许将运载车辆的载荷的重量与运载车辆的最大可允许载荷/有效载荷进行比较，以便避免运载车辆上的超载。
在优选实施例中，使用至少一个传感器值确定质量包括基于运载车辆的载荷的重量与运载车辆的重量的总和来确定质量，其中被加数中的每一个都可以容易地确定。确定运载车辆的重量特别简单，如果它是基于运载车辆的参数来确定的。
该方法还可以包括确定n个部分扭矩，每个部分扭矩都由作用在相关联的有效重量传递位置上的相应的部分重量产生，并且使用n个部分扭矩来确定重心。通过解析地或近似地求解低维线性方程可以以低计算成本执行该重心的确定。该重心可以是运载车辆的载荷的重心，或者是包括了运载车辆的载荷的运载车辆的重心。
优选地，n个部分重量中的每一个都代表运载车辆的载荷的重量的一部分，并且每个部分重量都通过相关联的重量传递部分传递。这允许计算受运载车辆的载荷影响的空间相关量，如轴载荷等。
重量传递部分中的至少一个优选与支承运载车辆的表面间隔开，从而允许在这种重量传递部分中进行测量，而不会直接影响支承运载车辆的表面，特别是在运载车辆移动时。在优选实施例中，所有重量传递部分都与所述表面间隔开，而不接触表面。
在一个优选实施例中，该方法还包括相对于重量传递部分中的一个确定对应于主重量传递方向的第一力方向，以及相对于所述重量传递部分确定横向于第一力方向的第二力方向。在该优选实施例中，该方法可以进一步包括为所述重量传递部分提供具有第一感测方向和第二感测方向的传感器，以及将传感器布置在运载车辆上的步骤，其中第一感测方向基本上沿着第一力方向定向，并且其中第二感测方向基本上沿着第二力方向定向。这导致由不期望的影响(如作用在传感器上的侧载荷或寄生力矩)引起的测量误差的减少。
优选地，为所述重量传递部分提供传感器包括为所述重量传递部分提供具有沿着第一感测方向的敏感度和沿着第二感测方向的敏感度的传感器，其中沿着第一感测方向的敏感度高于沿着第二感测方向的敏感度。这进一步增强减少由不期望的影响(如作用在传感器上的侧载荷或寄生力矩)引起的测量误差的。在一个特别优选的实施例中，第一感测方向对应于传感器的具有最大敏感度的感测方向，并且第二感测方向对应于传感器的具有最小敏感度的感测方向。
传感器可以具有基本垂直于第二力方向定向的信号中性弯曲表面。信号中性弯曲表面可以基本上与传感器的中性弯曲表面对准，所述中性弯曲表面由第二力方向上的力的作用产生。中性弯曲表面的不同侧上的应力的不同符号可以用在测量中，以消除力在第二力方向上的影响，如寄生力矩或侧载荷。信号中性弯曲表面和中性弯曲表面中的每一个都可以是相应的平面。
确定第一力方向和/或确定第二力方向可以包括确定作用在所述重量传递部分上的力。对作用在所述重量传递部分上的力的确定为第一力方向和/或第二力方向的精确确定提供了数据，以进一步允许减少由于不期望的影响(如作用在传感器上的侧载荷或寄生力矩)引起的测量误差。
在一个优选实施例中，该方法还包括无线传输代表至少一个传感器值的数据，优选传输到被构造成接收传输数据的运载车辆中枢。这避免了为监测装置提供数据连接线/线缆的需要，从而简化传感器安装和传感器维护。在一个特别优选的实施例中，该方法还包括从运载车辆中枢接收数据。
优选地，该方法还包括由运载车辆中枢使用代表至少一个传感器值的传输数据来执行的以下步骤中的至少一个：基于至少一个传感器值确定质量；确定车辆的载荷的重量；确定运载车辆的重量；确定n个部分扭矩中的至少一个，以及确定重心。运载车辆中枢结合了来自多个监测装置的信息，从而允许推导需要来自多个监测装置的信息的特性。
传感器值可以指示作用在运载车辆上的质量或重量；并且/或者至少一个传感器值可以由多个重量传感器装置测量；并且/或者该方法可以进一步包括将传感器值传输到评估单元的步骤；并且/或者总质量可以形成输出数据的一部分；并且/或者使用至少一个传感器值确定总质量可以包括使用传感器值确定总体质量，并且/或者该方法可以进一步包括优选由评估单元，特别是无线地，发送输出数据的步骤，并且/或者该方法可以进一步包括本地保存输出数据的步骤。评估单元可以是运载车辆中枢。
根据第二方面，提供了一种用于运载车辆的监测装置，其包括具有至少一个传感器的至少一个传感器装置，其中该监测装置适于至少参与实施或适于实施根据上述的根据第一方面的方法的实施例中的任一个的方法。这种监测装置允许测量用于监测运载车辆的量。
运载车辆优选为商用车辆、卡车、牵引车辆、半拖车、拖车或用于商用车辆的交换车体。
传感器可以包括力感测板，该力感测板包括至少一个应变计。这种传感器设计可以用于准确且可靠地确定指示力的传感器值。
优选地，传感器还包括连接到力感测板的反作用板，该反作用板增加了传感器的刚性，并因此减少了不期望的力或力矩对传感器的测量结果的潜在影响。
反作用板可以优选地直接地连接到力感测板，从而降低传感器的复杂性并且因此减小其尺寸。此外，反作用板和力感测板中的每一个的材料可以不同，并根据机械需要选择。
在一个优选实施例中，反作用板在力感测板的周边区域中连接到力感测板，优选在力感测板的周边处。这种布置可以容易且成本有效地生产，例如通过在力感测板和反作用板的公共周边处的焊接。
优选地，力感测板和反作用板中的至少一个包括连接端口，该连接端口在力感测板和反作用板中的相应的一个的厚度内；其中该连接端口适于接收连接装置。这种布置允许使用简单的可以成本有效地生产的零件组装传感器。
连接装置可以是延伸超过力感测板和反作用板中相应的一个的厚度的中间元件，其中中间元件适于接收连接元件。中间元件延伸超过力感测板和反作用板中相应的一个的厚度，这允许接收大的连接元件，而不需要将这种连接元件容纳在力感测板和反作用板中的相应的一个内，从而产生紧凑的传感器。
可选地，接收在中间元件中的连接元件基本上不在力感测板和反作用板中的相应的一个的一侧上延伸，从而允许使力感测板和反作用板之间的距离保持较小，并因此使传感器保持紧凑，而大的连接元件可以与这种传感器一起使用。
传感器可以进一步包括方向敏感应变计，或者应变计可以是方向敏感应变计。方向敏感应变计的使用能够使测量作用在期望和/或不期望的方向上的力的影响成为可能。
优选地，方向敏感应变计包括第一应变计元件，并且/或者方向敏感应变计包括第二应变计元件。第一应变计元件和/或第二应变计元件的使用提供了适于特定力的简单布置。
特别地，第一应变计元件可以对由第一线段限定的方向上的应变敏感，并且优选沿着第一线段定向；并且/或者第二应变计元件可以对由第二线段限定的方向上的应变敏感，并且优选沿着第二线段定向。使用这种布置，可以测量在多个方向上的力。
在一个优选实施例中，第一线段在平面上的投影和第二线段在平面上的投影相对于彼此以不同于0度和180度的角度定向，其中该平面优选由监测装置的力感测板限定；其中所述角度优选为90度。在这种布置中，可以在线性独立的多个方向上测量力。
方向敏感应变计可以包括压阻材料和/或压电材料和/或金属箔。这些材料的使用允许生产具有明确限定的属性的应变计，例如由于使用基于高质量半导体的材料。
至少一个应变计可以设置在力感测板的一侧。优选地，至少一个应变计设置在背离反作用板的一侧，以允许传感器的容易的组装。所述至少一个应变计可以设置在面向反作用板的一侧，从而被反作用板保护免受例如机械损伤。
在一个优选实施例中，传感器包括两个方向敏感应变计，每个方向敏感应变计都包括第一应变计元件，其中两个方向敏感应变计被设置成使得两个方向敏感应变计中的第一个的第一应变计元件沿着应变计对准线与两个方向敏感应变计中的第二个的第一应变计元件基本对准。第一应变计元件的这种布置允许从两个方向敏感应变计中的每一个提供信号，这适于增加传感器在一个方向上的敏感度。
在一个优选实施例中，传感器具有信号中性弯曲表面或平面。信号中性弯曲表面或平面是这样一种表面或平面，使得在传感器的感测结构上垂直作用到信号中性弯曲表面或平面的力对传感器的输出值没有或基本上没有影响。
优选地，传感器适于测量垂直于力感测板的第一感测方向上的力。优选地，传感器具有沿着第一感测方向的第一敏感度和沿着第二感测方向的敏感度，第二感测方向垂直于信号中性弯曲表面或平面。在一个优选实施例中，沿着第一感测方向的敏感度高于沿着第二感测方向的敏感度。在一个特别优选的实施例中，第一感测方向对应于传感器的具有最大敏感度的感测方向，而第二感测方向对应于传感器的具有最小敏感度的感测方向。
应变计对准线可以穿过力感测板的连接端口的区域。优选地，它可以基本上穿过力感测板的连接端口的中心。当安装传感器时，这允许应变计对准线基本上绕连接端口旋转，以减少力对测量传感器值的寄生影响。
两个方向敏感应变计中的第一个的第二线段可以基本平行于两个方向敏感应变计中的第二个的第二线段定向。第二线段的这种布置能够使从两个方向敏感应变计中的每一个提供信号成为可能，这适于降低传感器在不同方向上的敏感度。
在一个优选实施例中，方向敏感应变计中的至少一个放置在至少两个相应的凹槽部段之间，所述凹槽部段形成在力感测板中。所述至少两个凹槽部段可以减少方向敏感应变计中的至少一个的属性的变化，所述属性的变化由力感测板中的基本上垂直于两个凹槽部段中的至少一个而作用的应变导致。
在一个特别优选的实施例中，至少两个相应的凹槽部段中的每个部段基本上平行于应变计对准线；并且优选地，相应的至少两个凹槽部段中的凹槽部段基本上彼此平行。这种布置可以减少方向敏感应变计中的至少一个的属性的变化，所述属性的变化由力感测板中的基本上垂直于应变计对准线而作用的应变导致。
至少两个凹槽部段中的至少一个的长度可以大于方向敏感应变计中的至少一个的延伸部。这允许显著减少方向敏感应变计中的至少一个的属性的变化，所述属性的变化由力感测板中的基本垂直于至少两个凹槽中的至少一个而作用的应变导致。
此外，至少一个应变计或至少一个方向敏感应变计可以放置在基本上被形成在力感测板中的周向凹槽包围的区域内，该周向凹槽可以被形成在力感测板中的凹槽部段穿过。已经发现，围绕至少一个应变计或至少一个方向敏感应变计提供周向凹槽允许减小侧载荷和寄生力矩对传感器的测量的负面影响。此外，周向凹槽的这种布置也可以用于增加来自传感器的信号幅度，并改善信号的非线性。
在一个优选实施例中，监测装置还包括无线通信单元，该无线通信单元适于传输代表由传感器测量的传感器值的数据。这避免了为监测装置提供数据连接线/线缆的需要，从而简化监测装置的安装和维护。在一个特别优选的实施例中，无线通信单元还适于接收数据(例如，来自运载车辆中枢)。
此外，监测装置可以包括内部电力供应单元，例如电池。这避免了提供电力连接电缆的需要，从而进一步简化了监测装置的安装和维护。
在监测装置中，至少一个传感器装置可以是重量传感器装置；并且/或者监测装置可以进一步包括多个重量传感器装置，每个都可以设置有至少一个力传感器；并且/或者监测装置可以进一步包括评估单元，该评估单元优选地包括计算单元；并且/或者评估单元可以与至少一个，优选地所有重量传感器装置连接。
根据第三方面，根据上述根据第二方面的监测装置的任何实施例的监测装置在车辆中的使用是可展望的，优选地是在确定质量的方法中。
优选地，确定质量的方法是根据上述根据第一方面的方法的任何实施例的方法。
根据第四方面，提供了一种运载车辆，其包括至少一个监测装置，优选至少一个根据上述根据第二方面的监测装置的任何实施例的监测装置，其中监测装置包括传感器；并且其中监测装置适于传输代表由传感器测量的传感器值的数据。如果根据上述根据第二方面的监测装置的任何实施例的至少一个监测装置被用在运载车辆中，则第二方面的优点也存在于第四方面中。
运载车辆例如可以是商用车辆、卡车、牵引车辆、半拖车、拖车或用于商用车辆的交换车体。
在一个优选实施例中，运载车辆还包括运载车辆底盘；相对于运载车辆底盘固定的运载车辆悬架单元，该运载车辆悬架单元包括相对于运载车辆底盘可移动地安装的轴支撑元件，以及具有柔性波纹管的柔性波纹管结构，其中柔性波纹管可填充可压缩流体，该柔性波纹管结构安装在轴支撑元件与运载车辆底盘之间，其中所述监测装置定位在所述柔性波纹管的一个端部与运载车辆底盘或运载车辆悬架单元之间的力传输路径中。监测装置的这种布置令人惊讶地只需要对运载车辆悬架单元，例如柔性波纹管结构进行很少的修改，并且提供了用于监测装置的简单安装和维护，因为一旦柔性波纹管被耗尽(emptied)，柔性波纹管结构可以被容易地移除。
特别地，轴支撑元件可以是相对于运载车辆底盘可旋转地安装的轴支撑臂。作用在监测装置上的力的主要贡献可以基本上仅基于运载车辆悬架单元的几何结构来确定，从而允许布置监测装置以减少侧载荷或寄生力矩的影响，而无需大量的额外测量。
在一个优选实施例中，监测装置的信号中性弯曲表面或平面相对于柔性波纹管结构的部段或相对于轴支撑元件的部段或相对于运载车辆底盘的部段定向，以最小化由于侧载荷和/或寄生力矩引起的监测装置误差，其中优选地，监测装置的应变计对准线与信号中性弯曲表面或平面对准。在这种布置中，减少了监测装置的测量误差。
在另一优选实施例中，运载车辆适于与另一运载车辆联接，运载车辆还包括运载车辆支撑元件，该运载车辆支撑元件适于将运载车辆的重量的至少一部分传递到支承运载车辆的表面，其中运载车辆支撑元件的接触部分适于从支承运载车辆的表面升高；监测装置，优选根据上述根据第二方面的监测装置的任何实施例的监测装置，该监测装置与运载车辆支撑元件相关联并且适于测量通过运载车辆支撑元件传递的重量。在这种运载车辆中，即使运载车辆没有准备好运输，例如运载车辆可以是被作为运载车辆支撑元件的起落架支撑的半拖车，也可以计算运载车辆的载荷的属性，例如质量或重心。
运载车辆支撑元件可以是半拖车起落架支撑支柱/支脚或者交换车体支撑支柱/支脚。此外，运载车辆支撑元件的接触部分可以不同于车轮或滚轮。
监测装置优选地适于无线地传输代表由传感器测量的传感器值的数据，从而避免了为运载车辆中的监测装置提供数据连接线/线缆的需要，并简化了运载车辆中监测装置的安装和维护，以及减少了对昂贵线缆的需要。
运载车辆还可以包括运载车辆中枢，该运载车辆中枢适于无线地接收来自至少一个，优选多个监测装置的数据。运载车辆中枢简化了来自监测装置的数据收集，并避免了在监测装置和运载车辆中枢之间安装数据传递线/线缆。此外，运载车辆中枢还可以适于无线地向至少一个，优选多个监测装置传输数据。
运载车辆中枢可以适于基于来自至少一个，优选多个监测装置的数据来确定第一量，从而通过降低至少一个监测装置中对计算能力的需要来降低至少一个监测装置中的电力消耗。
优选地，运载车辆中枢适于无线地传输第一量，从而允许进一步处理第一量，而无需在监测装置和运载车辆中枢之间进行任何硬连线数据传递。
此外，监测装置可以适于连续地、周期性地或按需地传输代表由传感器测量的传感器值的数据，以允许将无线数据传输适配到监测装置可用的电力源。
监测装置优选设置有内部电力供应单元，特别是电池，以便避免提供连接到监测装置的电力线/线缆，这继而简化了监测装置的安装和维护。
运载车辆可以包括可以被装载表面限制的装载空间。此外，运载车辆可以是与牵引车联接的半拖车或拖车。
根据第五方面，提供了一种运载车辆系统，其包括根据上述根据第四方面的运载车辆的任何实施例的第一运载车辆、第二运载车辆，其中第一运载车辆可以机械地连接到第二运载车辆，以在第一运载车辆和第二运载车辆之间传输加速力和/或减速力。第四方面的优点也存在在这种运载车辆系统中。
优选地，第二运载车辆包括第二运载车辆中枢，其适于无线地发送和接收来自第一运载车辆中枢的数据，以允许第一运载车辆和第二运载车辆之间的数据传递，而不需要额外的专用信号线，并且因此降低了运载车辆系统的复杂性。
第二运载车辆可以包括根据上述根据第二方面的监测装置的任何实施例的监测装置，以允许测量重量，例如从第一运载车辆和第二运载车辆中的一个传递到第一运载车辆和第二运载车辆中的另一个的重量。
在一个优选实施例中，运载车辆系统还包括致动器，该致动器适于在第一运载车辆和第二运载车辆之间起作用，以在致动器的第一状态下通过致动器将重量从第一运载车辆和第二运载车辆中的一个传递到第一运载车辆和第二运载车辆中的另一个，并且所述致动器适于在致动器的第二状态下不通过致动器将重量从第一运载车辆和第二运载车辆中的一个传递到第一运载车辆和第二运载车辆中的另一个，其中通过致动器传递的重量由监测装置测量，优选地由根据上述根据第二方面的监测装置的任何实施例的监测装置来测量。这种布置允许选择力传输路径以允许精确的重量测量。
运载车辆系统还可以包括在第一运载车辆和第二运载车辆之间的重量传递布置，该重量传递布置适于将重量从第一运载车辆和第二运载车辆中的一个传递到第一运载车辆和第二运载车辆中的另一个，其中在致动器的第一状态下，没有重量通过该重量传递布置从第一运载车辆和第二运载车辆中的一个传递到第一运载车辆和第二运载车辆中的另一个，并且其中在致动器的第二状态下，从第一运载车辆和第二运载车辆中的一个到第一运载车辆和第二运载车辆中的另一个的重量通过该重量传递布置进行传递。由于第一运载车辆和第二运载车辆之间的这种重量传递布置容易受到侧载荷的影响，从而在重量测量中引入误差，所以上述布置允许避免通过这种重量传递布置的重量传递，从而提高重量测量的精确度。
为了提供第一运载车辆和第二运载车辆的互换性，重量传递布置包括在第一运载车辆和第二运载车辆中的一个上的第五轮和在第一运载车辆和第二运载车辆中的另一个上的载荷传递表面(优选地支撑主销)。
根据第六方面，提供了一种用于商用车辆的交换车体，其具有至少一个优选不可旋转的支撑装置，所述支撑装置具有至少一个在支撑位置上竖直延伸的支撑元件，其中每个支撑元件都具有直立表面，其中每个支撑元件与重量传感器装置相关联，并且其中交换车体具有根据上述根据第二方面的监测装置的任何实施例的监测装置。
附图说明
这些和其它方面、属性和优点将在下文中基于以下描述参考附图进行解释，其中相同的附图标记表示相同或可比较的部分，并且其中：
图1示出了包括卡车和半拖车的运载车辆系统；
图2示意性示出了半拖车的下侧；
图3示意性示出了半拖车的侧视图；
图4示出了运载车辆的一个部段；
图5示出了第五轮布置的一个部段；
图6示意性示出了安装在运载车辆悬架单元中的传感器的横截面；
图7示意性地示出了传感器的横截面；
图8示出了方向敏感应变计；
图9示意性示出了力感测板；
图10示出了两个方向敏感应变计的应变计元件的惠斯通电桥布置；
图11示意性示出了具有部分横截面的运载车辆悬架单元；
图12示意性示出了运载车辆悬架单元的一部分的横截面；
图13示意性示出了具有指示的作用力的运载车辆悬架单元；
图14示意性示出了起落架的侧视图；
图15示意性示出了起落架的支柱的横截面；
图16A示意性示出了起落架的支柱的横截面；
图16B示意性示出了图16A所示的支柱的侧视图；
图17A和17B示意性示出了测量部段的侧视图；
图17C示意性示出了图17A所示的测量部段的横截面；
图18A示意性示出了测量部段的侧视图；
图18B示意性示出了图18A所示的测量部段的横截面；
图19示出了交换车体；
图20示意性示出了传感器的实施例；
图21示意性示出了传感器的实施例；以及
图22示意性示出了半拖车的俯视图。
具体实施方式
从以下结合阐述本技术的代表性实施例的附图对某些优选实施例的详细描述中，本文公开的技术的优点和其它特征对于本领域普通技术人员来说将变得更加清楚明了。此外，以下详细描述并不限制本发明。
图1示出了示例性运载车辆系统，其包括两个运载车辆(卡车10和半拖车12)的组合22。可选地，整个组合22可以视为构成运载车辆。每个运载车辆可以包括多个监测装置156和至少一个运载车辆中枢158，这将在下面进一步详细描述。半拖车12在图1中示出为具有三个轴。然而，在本公开中，半拖车12的轴的数量不限于三个，并且图1仅示出了说明性的构造。在本公开的上下文中，半拖车的轴的数量可以是例如一个或两个或任何其它合适数量的轴。
在本公开中，描述了有助于实现用于确定例如半拖车12的载荷的质量或确定半拖车12的载荷的重心的方法的不同方面。
图2示意性示出了图1所示半拖车12的下侧，其具有运载车辆底盘56、柔性波纹管结构64、车轮174A-174F、重量传递部分18A-18F和20A、20B、以及具有支柱114A、114B的起落架112。
图3示意性示出了图1所示半拖车12的侧视图，其包括用于将半拖车12与卡车10联接的主销78。此外，示出了具有传感器16的致动器68(代表另一重量传递部分26)和支柱114A(代表重量传递部分20A)。
如图4所示，主销78可以设置在连接到半拖车12的运载车辆底盘56的载荷传递板76上。
图5示出了借助保持结构148A、148B安装在卡车10的卡车底盘150A、150B上的第五轮74，其中主销78适于将拉力或推力传递到第五轮74。致动器68可以适于分离载荷传递板76和第五轮74之间的连接。
为了获得一定基础来确定例如半拖车12的载荷的质量的或半拖车12的载荷的重心，在运载车辆系统22中设置至少一个监测装置156。监测装置156包括至少一个具有至少一个传感器14或16(将在下面描述)的传感器装置。传感器14可以是例如商业上可获得的荷载单元。然而，优选使用下面描述的传感器16。传感器装置可以包括用于传感器的读出电子器件。监测装置还可以包括通信器件，以便传输和可选地接收代表至少一个传感器值的数据。
图6示意性示出了安装在运载车辆上的传感器16的横截面，并且图7示意性示出了传感器16的横截面。如图6和7所示，传感器16包括力感测板28和反作用板32。传感器16借助螺纹件44和40连接到轴支撑元件100并且适配器元件110布置在波纹管60和轴支撑元件100之间。螺纹件44和40使用连接端口36安装在传感器16上。力感测板28可以包括至少一个应变计30、46A、46B(见下文)。请注意，为了简单起见，没有示出应变计30、46A、46B通向传感器外部的布线。力感测板28优选由17-4PH钢制成，以提供期望的柔性。力感测板28基本上用作膜，以在D1方向上提供柔性，并且在垂直于D1的方向上提供刚性。在现有技术中，整个载荷单元往往由17-4PH钢制成，这显著增加了载荷单元的成本。
传感器16还包括连接到力感测板28的反作用板32。反作用板32在力感测板的周边区域34中，优选在力感测板的周边处优选直接焊接到力感测板28。然而，胶合、铆接或螺纹连接等也可以用于获得这种连接。为了允许力感测板28平行和反向平行(anti-parrallel)于方向D1弯曲，在力感测板28和反作用板32之间设置有间隙80。为了降低传感器16的成本，反作用板32的材料可以由不同于(且便宜于)17-4PH钢的材料制成。
力感测板28和反作用板32均可以在其相应的厚度内分别包括连接端口36。可选地，这两个板中只有一个可以包括连接端口36。连接端口36可以包括开口82(如图6所示)，该开口在力感测板28中设置有螺纹。连接端口36适于接收连接装置38，在力感测板28的情况下是螺纹件40的螺纹部分。
可选地，如关于反作用板32的示例性方式所示，连接端口36可以是设置有台阶86的开口84。台阶86适于保持被形成为中间元件42(例如以帽的形式)的连接装置38，该连接装置设置有肩部88，肩部88基本上与台阶86配合。中间元件42适于定位为基本上与反作用板32的面对力感测板28的表面90齐平，并且在背离力感测板28的方向上延伸超过反作用板32的厚度。中间元件42可以适于接收连接元件，例如螺纹件44，特别是螺纹件44的螺纹件头。因此，只需要在力感测板28和反作用板32之间设置窄间隙80，从而保持传感器16紧凑。请注意，上述连接端口36的概念可以在力感测板28和反作用板32之间互换。
图8示出了方向敏感应变计30、46，并且图9示意性示出了具有应变计30、46A、46B、凹槽部段54A、54B和周向凹槽70的力感测板28。如图8所示，每个应变计46A、46B都可以是方向敏感应变计。方向敏感应变计的输出优选取决于所测量应变的大小和方向。优选地，每个方向敏感应变计46A、46B包括第一应变计元件48和第二应变计元件50，每个应变计元件优选地由压阻材料和/或压电材料和/或金属箔形成。压阻材料的布置优选地使得第一应变计元件可以对由第一线段92限定的方向上的应变敏感，并且优选沿着第一线段92定向。此外，压阻材料的布置优选地使得第二应变计元件50可以对由第二线段94限定的方向上的应变敏感，并且优选沿着第二线段94定向。
优选地，第一应变计元件48和第二应变计元件50基本上布置在公共平面中。优选地，第一线段92和第二线段94相对于彼此以不同于0度和180度的角度定向。在第一应变计元件48和第二应变计元件50基本上不布置在公共平面中的情况中，优选地，第一线段沿着垂直于一平面(优选由力感测板28的表面限定的平面)的方向在该平面上的投影以及第二线段沿着垂直于该平面的方向在该平面上的投影相对于彼此以不同于0度和180度的角度定向。该角度优选为90度。
方向敏感应变计46A、46B可以包括压阻材料和/或压电材料和/或金属箔。
至少一个或每个应变计46A、46B可以设置在力感测板28的一侧。至少一个应变计46A、46B可以设置在背离反作用板32的一侧，以允许传感器16的容易的组装。至少一个或每个应变计46A、46B可以用帽(未示出)覆盖，以便保护至少一个或每个应变计46A、46B免受环境影响。可选地，至少一个或每个应变计46A、46B可以设置在面向反作用板的一侧。这种布置保护每个应变计46A、46B免受环境影响。然而，由于电连接通向传感器16的外部，因此需要密封传感器16的内部。
在图9所示的实施例中，传感器16包括在力感测板28上的两个方向敏感应变计46A、46B，每个方向敏感应变计包括第一应变计元件48，其中两个方向敏感应变计46A、46B被设置成使得两个方向敏感应变计中的第一个46A的第一应变计元件48沿着应变计对准线96与两个方向敏感应变计中的第二个46B的第一应变计元件48基本上对准。如下所述，这是允许传感器16具有信号中性弯曲表面或平面52的实施例。
作用在力感测板28和反作用板32之间的力可以由传感器16测量。然而，在平行于每个上述板作用的力经由连接端口例如在方向D2上传递到传感器16的情况下，在应变计对准线96的左区域98和右区域160中的力感测板28中产生具有不同符号的应力。区域98和160由中性弯曲表面或平面分开，优选地，中性弯曲表面或平面穿过力感测板28。中性弯曲表面由力感测板28中的应变改变其符号的点限定。
因此，应变计对准线96优选穿过力感测板28的连接端口36的区域，并且更优选地，基本上穿过力感测板28的连接端口36的中心。
图10示出了两个方向敏感应变计46A、46B的应变计元件48、50的惠斯通电桥布置。指定第一方向敏感应变计46A的第一应变计元件48为电阻R1、第一方向敏感应变计46A的第二应变计元件50为电阻R2、第二方向敏感应变计46B的第一应变计元件48为电阻R4、并且第二方向敏感应变计46A的第二应变计元件50为电阻R3，第一方向敏感应变计和第二方向敏感应变计46A和46B优选地被连接在如图10所示的以惠斯通电桥构造中。由于第一方向敏感应变计和第二方向敏感应变计46A和46B的第二应变计元件50测量为具有相反的符号的应变，所以R2和R3以相反的方向改变该值。因此，这种布置大大减少甚至消除了输出电压ΔV上的变化。因此，信号中性弯曲表面或平面52是这样一种的表面或平面，垂直于信号中性弯曲表面或平面52(例如在D2方向上)的侧载荷在该表面或平面上起作用，而对传感器输出没有显著影响。传感器输出电压与在连接点P1和P2之间测量的ΔV成正比，并由下式给出
Vb是在连接点P3测量的电压，并且Vp、Vn是在点P1、P2测量的电压。
如下文将讨论的，作用在传感器16上的力的方向可以预先估计，并且传感器16可以旋转，使得信号中性弯曲表面或平面52垂直于可能导致寄生力矩的侧载荷定向。
当两个方向敏感应变计46A、46B中的每个第一个的第二线段94基本平行于两个方向敏感应变计中的第二个46B的第二线段94定向，并且两个方向敏感应变计46A、46B中的一个的第二应变计元件50放置在信号中性弯曲表面或平面52的一侧上或基本上仅在信号中性弯曲表面或平面的一侧上延伸，并且两个方向敏感应变计46A、46B中的另一个的第二应变计元件50放置在信号中性弯曲表面或平面52的另一侧上或基本上仅在信号中性弯曲表面或平面52的另一侧上延伸时，上述概念特别有效。即使寄生力垂直于方向D2作用，由于应变计46A和46B的对称放置(例如相对于力感测板28的中心对称)，传感器输出也不会改变。
为了进一步减小由具有平行于D2作用的分量的力产生的应变的影响，每个或至少一个方向敏感应变计46A、46B或应变计30定位在形成在力感测板28中的至少两个凹槽部段54A、54B之间，如图9所示。至少两个凹槽部段54A、54B基本平行于应变计对准线96。凹槽部段54A、54B基本上彼此平行。凹槽部段54A、54B显著减少了平行或反向平行于(antiparallel)D2指向的到达定位在至少两个凹槽部段54A、54B之间的应变计30、46A、46B的应变量。
至少两个凹槽部段54A、54B中的至少一个的长度优选大于方向敏感应变计46A、46B中的至少一个的延伸部，特别是至少3倍。
此外，如图9所示，至少一个应变计30或至少一个方向敏感应变计46A、46B可以放置在基本上被形成在力感测板28中的周向凹槽70包围的区域内，以便减少侧载荷和寄生力矩对传感器测量的负面影响，并且增加从传感器可获得的信号幅度，并且改善信号的非线性。
在一个优选实施例中，监测装置156还包括无线通信单元(未示出)，该无线通信单元适于传输代表由传感器16测量的传感器值的数据。此外，监测装置156可以包括内部电力供应单元，例如电池(未示出)。
如上所述，半拖车12包括至少一个监测装置156，优选包括至少一个如上所述的监测装置156，其中监测装置156适于传输代表由传感器16测量的传感器值的数据。传感器值可以代表由传感器16测量的力。虽然在图1中半拖车12代表运载车辆，但是运载车辆也可以是例如商用车辆、卡车10、牵引车10、拖车或用于商用车辆的交换车体154。
在下文中，将讨论传感器16在运载车辆10、12中的定位。
图11示意性示出了具有部分横截面的运载车辆悬架单元58，并且图12示意性示出了运载车辆悬架单元58的一部分的横截面。在图11和12所示的优选实施例中，半拖车12包括运载车辆底盘56和相对于运载车辆底盘56固定的运载车辆悬架单元58。运载车辆悬架单元56包括相对于运载车辆底盘56可移动地安装的轴支撑元件100，以及具有柔性波纹管60的柔性波纹管结构64。柔性波纹管60可填充有可压缩流体，以便控制运载车辆底盘56和车轴102之间的高度差，此外优选用作空气弹簧。运载车辆底盘56和轴102之间的高度差可以从定位在轴支撑元件100和运载车辆底盘56之间的高度传感器104的输出中导出，或者通过测量轴支撑元件100在其在运载车辆底盘56上的枢转点106处的角位置来导出。
柔性波纹管结构64优选借助波纹管-底盘适配器元件108安装在轴支撑元件100和运载车辆底盘之间，以将波纹管60与运载车辆底盘56和设置在波纹管60的面向轴支撑元件100的端部的适配器元件110连接。监测装置，至少是监测装置的传感器16定位在适配器元件110和轴支撑元件100之间的力传输路径中。可以使用适配器元件110上的螺纹件44以及使用轴支撑元件上的螺纹件40来安装传感器16。轴支撑元件优选为相对于运载车辆底盘56可旋转地安装的轴支撑臂。适配器元件110可以通过包括由钢制成的适配器元件164来加强，从而在大面积上分配由螺纹件44传递的力。
作用在传感器16上的力的主要贡献可以基本上基于运载车辆悬架单元58的几何结构来确定，从而允许布置传感器16以减少侧载荷或寄生力矩的影响，而无需大量的额外测量。
图13示意性地示出了运载车辆悬架单元56的一部分的横截面，其中轴支撑元件100设置为绕其枢转点106可枢转。轴支撑元件100支撑轴102。传感器16安装在轴支撑元件100上。角度φ代表道路表面和垂直于下述第一感测方向D1的表面之间的角度。角度α代表力FB和第一感测方向D1之间的角度。FL是平行于第一感测方向D1的力，FR是垂直于第一感测方向D1的力。FL和FR是FB的向量分解，FB是由适配器元件110传递到传感器16的重量，使得向量FB＝FL+FR。MB代表波纹管引入的寄生力矩。
从图12中可以看出，在运载车辆悬架单元58包括相对于运载车辆底盘56可旋转地安装的轴支撑臂的情况下，传感器16上的侧载荷源于由适配器元件110传递的重量FB的向量分解，并且还源于由轴支撑臂的旋转运动而倾斜的波纹管60。已经发现，这两个侧载荷基本上指向相同的方向FR。测量和计算表明，当传感器16的信号中性弯曲表面或平面52垂直于方向FR定向时，这些侧载荷和由此产生的寄生力矩对传感器16的输出的影响可以忽略。
换句话说，传感器16具有垂直于力感测板28定向的第一感测方向D1，其中传感器的敏感度高，并且具有垂直于信号中性弯曲表面或平面52的第二感测方向，其中传感器的敏感度低或为零。特别地，传感器16的敏感度可以在第一感测方向上具有其最大值，在第二感测方向上具有其最小值。敏感度可以理解为传感器根据力的输出信号的大小，例如分别在第一方向或第二方向上施加的标准力大小。当力感测板28平行于或反平行于D1弯曲时，沿着第一感测方向D1的高敏感度是由应变计46A、46B的两个第一应变计元件48感测具有相同符号的应变而引起的。当平行于或反平行于D2的力作用在力感测板28上时，沿着第二感应方向的低敏感度是由应变计46A、46B的第二应变计元件50中的每一个分别感测具有相反符号的应变而引起的。这些效应是由应变计46A、46B的第一应变计元件和第二应变计元件48、50在惠斯通电桥布置中的连接产生的，如上面参照图10所述。
图14示意性示出了起落架112的侧视图，并且图15示意性示出了起落架112的支柱114A、114B的横截面。半拖车12优选设置有如图14所示的起落架112，该起落架是运载车辆支撑元件的实施例。当半拖车12没有联接到卡车10上时，起落架112将半拖车的至少一部分重量传递到作为支承半拖车12的载荷的(路面)表面。起落架112优选包括指向路面的两个支柱114A、114B。优选地，支柱114A、114B中的每一个都可以被升高和降低，使得其端部可以定位在路面上或从路面升高。支柱114A、114B的每个端部166代表运载车辆支撑元件的接触部分。端部166可以设置有调平部段168，该调平部段借助轴可旋转地安装在支柱114A、114B上。当端部166定位在道路上时，调平部段168形成为适配于道路相对于支柱114A、114B的定向。优选地，如图14所示，在每个支柱114A’、114B’中，设置有如上所述的监测装置156或至少设置有监测装置的传感器，例如载荷单元或传感器16，以测量通过对应的支柱114A’、114B’传输到道路表面的力。
图16A示意性示出了起落架的支柱114A”、114B”的横截面，图16B示意性示出了图16A所示支柱114A”、114B”的侧视图。如图16A和16B所示，在起落架的不同实施例中，传感器16在一个端部处相对于相应的支柱114A”、114B”固定。传感器16的另一个端部设置有相应的支柱114A”、114B”的调平部段116。调平部段116包括可旋转地安装调平部段116的中间部段120的第一轴118。调平部段116优选包括接触部分124，该接触部分优选地借助另一轴122相对于中间部段120可旋转地安装，所述另一轴优选地以垂直于轴118的取向的取向安装在中间部段120中。例如第一轴118在沿着支柱的垂直于支柱114A”、114B”的平面上的投影和第二轴122在沿着支柱114A”、114B”的相同平面上的投影相对于彼此垂直定向。在这种布置中，可以在线性独立的多个方向上测量力。
利用这种布置，调平部段116提供了球形接头的功能，并且当调平部段116定位在道路上时允许减少或者甚至消除传感器16处的侧载荷。
图17A和17B示意性示出了测量部段126的侧视图，图17C示意性示出了图16A所示的测量部段126的横截面。图18A示意性示出了测量部段126”的侧视图，图18B示意性示出了图18A中测量部段126”的横截面。在图16A至16C中部分示出的起落架的可选实施例中，测量部段126可以固定在设置在起落架112的相应的支柱114A、114B上的调平部段168上。该实施例可以通过用测量部段126改装半拖车的起落架来形成。测量部段126可以经由螺纹件连接到设置在起落架112的相应的支柱114A、114B上的调平部段168。然而，在装载半拖车12的过程中，测量部段126也可以作为分开的物体放置在相应的支柱114A、114B的调平部段168的下方。测量部段126优选包括基板128、至少一个优选两个载荷单元(例如传感器16，每个传感器将基板128的一个端部连接到轴132的一个端部)以及优选可旋转地安装在轴132上的力传输块130。力传输块130优选连接到设置在起落架112的相应的支柱114A、114B上的调平部段168。出于与上面参照图12所述类似的原因，每个传感器16优选地定向为信号中性弯曲表面或平面52基本平行于轴132的延伸方向D3。通过这样做，防止了传感器16被加载到它们的中心线之外，这可能导致高信号误差。为了保护测量部段126的传感器16，在力传输块130绕轴132过度倾斜的情况下，力传输块130可以包括邻接基板128的邻接部段134。如图18A和18B的可选实施例所示，测量部段126’的力传输块130’可以形成为没有邻接部段134’。测量部段126’的另外的元件和方面，(例如基板128’，至少一个优选两个的载荷单元(例如传感器16)以及轴132’)对应于测量部段126的元件，并且测量部段126’的这些元件的布置对应于测量部段126的对应元件的布置，从而省略进一步的描述，并参考测量部段126的描述。特别地，基板128’对应于基板128；轴132’对应于轴132；图18A、18B所示实施例中的两个载荷单元(例如传感器16)对应于图17A至17C所示实施例中的两个载荷单元(例如传感器16)并且方向D3’对应于方向D3。
图19示出了交换车体154。关于起落架112描述的概念也可以应用于图19所示的交换车体154的支柱152A-152D，其中支柱152A-152D中的每一个都具有与支柱114A、114B(之一)基本相同的构造。特别地，每个支柱152A-152D可以包括如上所述的监测装置、调平部段116或测量部段126。
在上面的描述中，已经描述了用于测量运载车辆的重量并将其传递到支承运载车辆的表面的装置。然而，当起落架112的支柱114A、114B从街道升起，并且半拖车12经由主销78和第五轮74联接到卡车10时，来自半拖车12的重量被传递到卡车10，并且因此从一个运载车辆传递到另一个运载车辆。接下来将讨论在这种情景下设置传感器和监测装置的概念。
为了将重量从半拖车12传递到卡车10，半拖车12可以包括将半拖车12的载荷传递到卡车10的第五轮74的载荷传递板76。载荷传递板76可以设置有至少一个载荷单元，优选设置有至少一个传感器16，以测量从载荷传递板76传递到运载车辆底盘56的力。
图20和21示意性示出了传感器的实施例。该至少一个载荷单元可以以图20所示的所谓环状力传感器136或图21所示的所谓螺栓力传感器140的形式设置。环状力传感器136具有垫圈的形状，并且可以作为垫圈在螺纹连接170中设置在载荷传递板76和载荷运载车辆底盘56之间。环状力传感器136适于测量在螺纹连接170的螺栓172的延伸方向上作用在环状力传感器136上的力。
螺栓力传感器140包括垫圈142形状的载荷单元，其具有附接的连接螺栓144、146。这些连接螺栓可以用于将载荷传递板76连接到运载车辆底盘56。代表环状力传感器136和螺栓力传感器140的传感器值的数据可以被传递到运载车辆中枢。
由载荷传递板76传递到卡车10的力也可以在第五轮74上或其保持结构148A、148B上使用载荷单元，同样优选使用具有卡车底盘150A、150B的保持结构148A、148B的螺纹连接72A、72B中的所谓环状力传感器136或所谓螺栓力传感器140来测量。环状力传感器136或螺栓力传感器140在螺纹连接72A、72B中的定位类似于图20和21所示的这些传感器的定位。代表在螺纹连接72A、72B中使用的环状力传感器136和螺栓力传感器140的传感器值的数据可以直接或间接地传递到运载车辆中枢158，特别是半拖车12的运载车辆中枢158。
上述监测装置156中的每一个优选适于无线传输代表由传感器16测量的传感器值的数据。半拖车12还可以包括运载车辆中枢158，其优选适于无线地从运载车辆系统的至少一个、优选多个或所有监测装置156接收数据。运载车辆中枢158可以适于基于来自至少一个、优选多个监测装置156的数据来确定第一量。此外，监测装置156可以适于连续地、周期性地或按需地传输代表由传感器测量的传感器值的数据，以允许将无线数据传输适配到监测装置可用的电力源。监测装置优选设置有内部电力供应单元，特别是电池。
当包括卡车10和半拖车12的运载车辆系统被装载时，柔性波纹管60将具有改变的形状，导致例如主销78相对于第五轮74的运动。这种运动可能引入传递到传感器136或140的侧载荷，所述传感器被用在螺纹连接72A、72B中或者将载荷传递板76固定到半拖车12的运载车辆底盘56的螺纹连接中。这些侧载荷可能对传感器136、140的载荷测量产生负面影响。下面讨论一种适于克服与这些侧载荷相关联的问题的运载车辆系统。
优选地，图1所示的运载车辆系统包括第一运载车辆12和第二运载车辆10，其中第一运载车辆12可以机械地联接(例如通过联接主销78和第五轮74)到第二运载车辆10，以在第一运载车辆12和第二运载车辆10之间传输加速力和/或减速力。
第一运载车辆12可以是如上所述的半拖车12，第二运载车辆10可以是如上所述的卡车10。可选地，第一运载车辆可以是半拖车12和卡车10的组合22。
优选地，卡车10包括适于与第一运载车辆中枢优选无线地通信数据的第二运载车辆中枢。卡车10可以包括监测装置，优选如上所述，特别是包括在保持结构148A、148B与卡车底盘150A、150B的螺纹连接72A、72B中的所谓的环状力136或所谓的螺栓力传感器140。监测装置优选将数据传递到第二运载车辆中枢。
半拖车12可以包括致动器68，当致动器68在致动器68的第一状态下延伸时，该致动器适于在半拖车12和卡车10之间起作用，以将重量从半拖车12传递到卡车10。致动器68可以直接支撑在第五轮74上或卡车底盘上。当致动器68在致动器68的第二状态下收缩时，由于致动器没有支撑在卡车底盘上，所以没有载荷通过致动器68在半拖车12和卡车10之间传递。致动器68优选设置有载荷单元，优选传感器16，以测量在致动器68的第一状态下通过致动器68传递的重量。载荷单元，优选传感器16，可以是如上所述的监测装置的一部分。
致动器68在其第一状态下将包括第五轮74和载荷传递板76的重量传递布置分开，使得在致动器68的第一状态下没有重量通过重量传递布置传递。第五轮74和载荷传递板76之间的间隔优选地大于主销78在垂直于载荷传递板76的方向上从载荷传递板76的延伸部，使得主销上不存在引入测量误差的侧载荷。在致动器68的第二状态下，重量从载荷传递板76传递到第五轮74，因为致动器没有分开第五轮74和载荷传递板76。
当半拖车被装载并且主销上的侧载荷可以被预期时，致动器68优选处于其第一状态。
在可选实施例中，致动器不包括传感器，而是在其第一状态下作用在监测装置的传感器(优选如上所述的监测装置的传感器)上，该传感器安装在卡车10或拖车12上。在可选实施例中，致动器可以是卡车10的一部分。
以下段落讨论如何可以使用重量测量(使用上述传感器或监测装置)来获得运载车辆的总体质量、运载车辆的载荷的质量、运载车辆的重心或运载车辆的载荷的重心。
所讨论的用于监测运载车辆的方法可以涉及监测卡车、牵引车、半拖车、拖车或商用车辆的交换车体。
该方法优选包括基于指示力的至少一个传感器值确定n个部分重量Fp1至Fpn的步骤。优选地，每个传感器值由上述监测装置的传感器，优选传感器16提供。n个部分重量Fp1至Fpn将在下面针对运载车辆的特定条件进一步说明。
运载车辆可以具有n个重量传递部分(n是自然数)，运载车辆的载荷通过这些重量传递部分传递到支承运载车辆的表面。这种重量传递部分可以是：
-上述波纹管结构64，其可选地具有相关联的传感器16(为简单起见由附图标记18A-18F表示)，
-起落架112的支柱114A、114B、114A’、114B’、114A”、114B”，其可选地具有监测装置的相关联的传感器(例如为简单起见由附图标记20A和20B表示)，
-交换车体154的支柱152A-152D，
-载荷传递板76，其可选地具有至少一个监测装置的相关联的传感器，
-致动器68，其可选地包括监测装置的传感器(为简单起见由附图标记26表示)，以及类似物。然而，监测装置的用于载荷传递板76的相关联的传感器也可以放置在卡车10上，例如与第五轮相关联，而载荷传递板76是半拖车的一部分。与致动器68相关联的传感器也可以放置在卡车10或半拖车12上。
在经典力学的概念中，每个重量传递部分可以被建模为具有有效重量传递位置Rt1至Rtn，其将物体以及力作用的区域减少为点。特别地，在使用传感器16的情况下，有效重量传递位置可以由力感测板28的连接端口36的中心轴与由力感测板28的外表面(例如力感测板28的背离反作用板32的表面)限定的平面的交点限定。
在传递重量的所有重量传递部分中，或者在所有重量传递部分中，测量至少一个指示力的传感器值。即使传感器(如载荷单元)输出指示作用在传感器上的力的值，在计算传递的重量时也需要考虑布置的几何结构：虽然传输通过图14、15A和15B中的传感器16或通过致动器68的力可以直接用于获得传递通过起落架的支柱的重量，而传递通过图16C中的两个传感器16的力的总和对应于传递通过起落架的支柱的重量。
此外，当通过使用适配器元件110上的螺纹件44并使用轴支撑元件上的螺纹件40安装的传感器16测量力时，传递到与包括传感器16的重量传递部分相关联的轴的重量FW(以及因此传递通过波纹管结构64的部分重量)可以通过杠杆定律获得：
FW*x1-FB*cos(φ)*x2-FB*sin(φ)*(y2-p)+FR*cos(φ)*(y2-p)-FR*sin(φ)*x2+Mb＝0
FB＝FL/cos(α)
FW*x1-FL*[cos(φ)*x2+sin(φ)*(y2-p)]/cos(α)+FR*[cos(φ)*(y2-p)-sin(φ)*x2]+Mb＝0
FW＝FL*g1/x1+FR*g2/x1-Mb/x1
g1＝[cos(φ)*x2+sin(φ)*(y2-p)]/cos(α)，g2＝sin(φ)*x2-cos(φ)*(y2-p)
其中FL代表传感器上的轴向载荷，FR代表传感器上的径向寄生载荷，Mb代表传感器上的寄生力矩。在上述公式中，X1代表枢轴点106和轴102的中心之间在X方向上的距离；并且X2代表枢轴点106和传感器16，特别是传感器内的重量传递位置Rtk之间在X方向上的距离。P代表枢轴点106和运载车辆底盘56的参考水平之间在Y方向上的距离；并且Y2代表传感器16，特别是传感器内的重量传递位置Rtk和运载车辆底盘56的参考水平之间在Y方向上的距离。X方向垂直于Y方向，并且X方向可以是水平方向，例如平行于支承运载车辆的表面。角度φ代表水平方向和FR之间的角度。角度α代表力FB和FL之间的角度。FB是由适配器元件110传递到传感器16的重量。
运载车辆底盘56和轴102之间的高度差可以通过在轴支撑元件100和运载车辆底盘56之间的高度传感器104来测量，或者通过测量轴支撑元件100在其相对于运载车辆底盘56的枢轴点106处的角度位置来测量。高度差可以用于获得上述计算中所需的轴支撑元件100的角度位置。
可以通过空运载车辆测量与重量传递位置Rt1至Rtn和重量传递部分相关联的所有传感器信号，并且可以计算并保存传递通过重量传递位置的对应的部分重量Fp1至Fpn，以作为空运载车辆的部分重量Fp1，空至Fpn，空。
此外，一旦车辆被装载，就可以测量与重量传递位置和重量传递部分相关联的所有传感器信号，并计算并保存对应的传递的重量，以作为已装载的运载车辆的部分重量Fp1，装载至Fpn，装载。
运载车辆的载荷的重量Fwl可以计算如下：
运载车辆的载荷的质量m载荷可以计算如下：
其中g代表地球的重力加速度。该方法可以包括将最大可允许载荷/有效载荷与运载车辆的载荷的计算质量进行比较，并且可选地将该比较的结果通知运载车辆的操作者。
无任何载荷的运载车辆的质量m运载车辆，空可以从制造商提供的参数并从运载车辆的流体的水平的测量结果中获得。运载车辆的流体的水平的测量结果允许计算运载车辆的流体的质量。
可选地，可以通过以下计算获得m运载车辆，空的近似值
该近似值不包括从重量传递位置Rt1至Rtn向下的运载车辆位置的质量。
具有载荷的运载车辆的质量m运载车辆，装载可以通过计算m载荷和m运载车辆，装载的总和获得。在基于制造商提供的参数和运载车辆的流体的水平的测量结果而计算出没有任何载荷的运载车辆的重量Fwc的情况下，质量m运载车辆，装载可以计算如下：
作用在轴上的力可以计算如下：
其中条件i：Rti与轴相关联限定所有i，与这些i相关联的部分重量Fpi被传递到被分析的轴上。此外，由于运载车辆的轴载荷是例如轴的车轮下方的道路所感觉到的总重量，因此需要加入代表轴与车轮和悬架部件的重量F轴分量的力，该力并未被传感器和监测装置测量。F轴分量可以基于运载车辆的制造商提供的参数来计算。
轴载荷通常表示为质量，并且因此可以计算为
g代表地球的重力加速度。该方法可以包括将轴载荷极限与计算出的轴载荷进行比较，并且可选地将该比较的结果通知运载车辆的操作者。
此外，该方法可以包括确定n个部分载荷重量Fpi，载荷，i＝1…n的步骤
此外，该方法可以包括确定n个部分扭矩Mp1至Mpn，每个部分扭矩由作用在相关联的有效重量传递位置Rt1至Rtn上的相应的部分载荷重量Fp1，载荷至Fpn，载荷产生；
其中“x”代表叉积。
此外，该方法可以包括使用n个部分扭矩Mp1至Mpn，通过求解以下等式来确定运载车辆的载荷的重心Rcog载荷：
或者
图22示意性示出了半拖车12的俯视图。为了简单起见，半拖车12由其车轮174A-174F、其载荷表面176、起落架112的支柱114A、114B和致动器68或载荷传递板76表示。
由于在计算叉积时，位置Rti相对于作用在Rti的力的平行分量对叉积的结果没有影响，因此可以进行以下计算以便获得重心
其中F1代表在位置(-L5，L1)传递到车轮的部分重量；
其中F2代表在位置(L5，L1)传递到车轮的部分重量；
其中F3代表在位置(-L5，L2)传递到车轮的部分重量；
其中F4代表在位置(L5，L2)传递到车轮的部分重量；
其中F5代表在位置(-L5，L3)传递到车轮的部分重量；
其中F6代表在位置(L5，L3)传递到车轮的部分重量；
其中F7代表在位置(-L6，L4)传递到起落架的支柱上的部分重量；
其中F8代表在位置(L6，L4)传递到起落架的支柱上的部分重量；
其中F9代表在位置(0，L7)传递到致动器68或载荷传递板76的部分重量；以及
其中F10代表传递到表面的重量。在括号中的术语，如(A，B)指的是X＝A和Y＝B的位置，其中位置(0，0)优选代表图22所示的半拖车12的下边缘的中间的点。
优选地，传递的部分重量和表述重量(expression weight)是指运载车辆的载荷的重量或运载车辆的载荷的部分重量，使得对于i＝1至9，
F1+F2+F3+F4+F5+F6+F7+F8+F9＝F10
(F1+F3+F5)*L5-(F2+F4+F6)*L5+F7*L6–F8*L6+F10*X＝0
(F1+F2)*L1+(F3+F4)*L2+(F5+F6)*L3+(F7+F8)*L4+F9*L7-F10*Y＝0
求解
F10＝F1+F2+F3+F4+F5+F6+F7+F8+F9
X＝-{(F1+F3+F5)*L5-(F2+F4+F6)*L5+F7*L6–F8*L6}/F10
Y＝{(F1+F2)*L1+(F3+F4)*L2+(F5+F6)*L3+(F7+F8)*L4+F9*L7}/F10
其中X是重心的X坐标，Y是重心的Y坐标。图22中的X方向可以平行于代表L6的箭头，图22中的Y方向可以平行于代表L1的箭头。
在使用定义
代替定义
的情况下，包括运载车辆的载荷的运载车辆的重心Rcog具有载荷的车辆的近似值可以通过上述求解获得。这个近似值没有考虑轴和车轮的延伸和重量。
使用m＝包括载荷的运载车辆的质量、ρ(r)为运载车辆的载荷的和运载车辆的质量密度、Rcog车辆为无载荷的运载车辆的重心，可以获得以下等式：
相应积分是在仅包含运载车辆的空间区域上以∫车辆rρ(r)dr；在仅包含载荷的空间区域上以∫载荷rρ(r)dr以及在包含载荷和运载车辆的空间区域上以∫具有载荷的车辆rρ(r)dr来计算的。
由于Rcog车辆可以基于运载车辆制造商提供的参数和运载车辆的流体水平以及运载车辆的流体的位置来计算，并且可以如上所述计算其它量，所以也可以使用该方法来计算具有载荷的车辆的重心。
在以上计算中，n个部分重量代表运载车辆的载荷的重量的一部分，并且每个部分重量通过相关联的重量传递部分传递。由于在分析通过重量传递部分传递总重量的情况下力的矢量特性，这也是正确的。
重要的是要理解，本公开不涉及运载车辆的每个车轮和支撑结构(例如起落架112)的每个支柱下方的秤的使用，因此优选地，重量传递部分中的至少一个与支承运载车辆的表面间隔开。然而，要注意的是，在本公开的范围内，可以设置分开的类似秤的装置，如测量部段126，其与本公开范围内的与运载车辆一同移动的测量装置相结合。
在一个优选实施例中，该方法还包括相对于重量传递部分中的至少一个、相对于所述重量传递部分确定对应于主重量传递方向的第一力方向，例如FL的方向，以及相对于所述重量传递部分确定横向于第一力方向的第二力方向，例如FR的方向。
如上所述，传感器16沿着第一感测方向的敏感度高于传感器16在垂直于信号中性表面或平面52的方向上的敏感度。因此，为了增强减少由不期望的影响(如作用在传感器16上的侧载荷或寄生力矩)而导致的测量误差，传感器16在运载车辆悬架单元58的预期平均位置上与平行于FL的方向的第一感测方向对准；并且在运载车辆悬架单元58的预期平均位置上与垂直于FR的方向的信号中性弯曲表面或平面对准。
传感器16可以具有基本垂直于第二力方向定向的信号中性弯曲表面或平面52。信号中性弯曲表面或平面可以基本上与传感器的由第二力方向上的力的作用产生的中性弯曲表面或平面对准。
第一力方向的确定和/或第二力方向的确定可以包括通过测量或计算来确定作用在所述重量传递部分上的力。
在一个优选实施例中，该方法还包括无线传输代表至少一个传感器值的数据，优选传输到运载车辆中枢。优选地，由运载车辆中枢执行以下步骤中的至少一个：基于至少一个传感器值确定质量；确定车辆的载荷的重量；确定运载车辆的重量；确定n个部分扭矩中的至少一个以及确定重心。
当本申请涉及传感器时，应当理解，传感器可以是监测装置的一部分，该监测装置继而可以将代表测量的传感器值的数据传输到运载车辆中枢，并且本申请中讨论的计算可以由运载车辆中枢执行。这些计算可以有助于确定力、质量和重心。
Claims (22)
1.一种用于监测运载车辆(10；12；22；154)的方法，所述方法包括
测量指示力的至少一个传感器值，以及
基于所述至少一个传感器值确定质量。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤
基于所述指示力的至少一个传感器值确定n个部分重量(Fp1至Fpn；Fp1，空至Fpn，空；Fp1，装载至Fpn，装载)，其中所述运载车辆(10；12；22；154)具有n个重量传递部分(18A-18F，20A，20B，76，68，152A-152D)，每个重量传递部分具有有效重量传递位置(Rt1至Rtn)，其中每个部分重量(Fp1至Fpn；Fp1，空至Fpn，空；Fp1，装载至Fpn，装载)与所述n个重量传递部分(18A-18F，20A，20B，76，68，152A-152D)中的相应的一个相关联，并且其中所述运载车辆(10；12；22；154)的载荷的重量(Fwl)借助所述重量传递部分(18A-18F，20A，20B，76，68，152A-152D)传递到支承所述运载车辆(10；12；22；154)的表面。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，进一步包括
基于所述n个部分重量(Fp1，空至Fpn，空；Fp1，装载至Fpn，装载)确定所述运载车辆(10；12；22；154)的载荷的重量(Fwl)。
4.根据权利要求2或权利要求2和3所述的方法，
其中，使用所述至少一个传感器值确定质量包括基于所述运载车辆(10；12；22；154)的载荷的重量(Fwl)与所述运载车辆(10；12；22；154)的重量(Fwc)的总和确定所述质量；
其中可选地，确定所述运载车辆(10；12；22；154)的重量(Fwc)是基于所述运载车辆(10；12；22)的参数。
5.根据权利要求2或从属于权利要求2的任一权利要求所述的方法，进一步包括
确定n个部分扭矩(Mp1至Mpn)，每个部分扭矩由作用在相关联的有效重量传递位置(Rt1到Rtn)上的相应的部分重量(Fp1至Fpn；Fp1,空至Fpn,空；Fp1,装载至Fpn，装载)产生；
使用所述n个部分扭矩(Mp1至Mpn)确定重心(Rcog载荷、Rcog车辆)，
其中，所述重心(Rcog载荷、Rcog车辆)优选地是所述运载车辆(10；12；22；154)的载荷的重心或是包括了所述运载车辆(10；12；22)的载荷的运载车辆(10；12；22；154)的重心。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括
相对于所述重量传递部分(18A-18F，20A，20B，76，68，152A-152D)中的一个重量传递部分，确定对应于主重量传递方向的第一力方向(FL)；
相对于所述重量传递部分，确定横向于所述第一力方向的第二力方向(FR)；以及
为所述重量传递部分提供具有第一感测方向(D1)和第二感测方向的传感器(16)，并且将所述传感器布置在所述运载车辆上，其中所述第一感测方向基本上沿着所述第一力方向定向，并且所述第二感测方向基本上沿着所述第二力方向定向。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括
无线地传输代表所述至少一个传感器值的数据，优选传输到运载车辆中枢(158)。
8.一种用于运载车辆(10；12；22；154)的监测装置(156)，所述监测装置包括具有至少一个传感器(16)的至少一个传感器装置，其中，所述监测装置(156)适于至少参与实施或适于实施根据权利要求1至7中任一项所述的方法。
9.根据权利要求8所述的监测装置(156)，所述传感器进一步包括：
包括至少一个应变计(30，46)的力感测板(28)和/或
连接至所述力感测板(28)的反作用板(32)。
10.根据权利要求8至9中任一项所述的监测装置(156)，
其中，所述传感器还包括方向敏感应变计(46A，46B)。
11.根据权利要求10所述的监测装置(156)，
其中，所述方向敏感应变计(46A，46B)包括第一应变计元件(48)，并且/或者所述方向敏感应变计(46A，46B)包括第二应变计元件(50)。
12.根据权利要求11所述的监测装置(156)，
其中，所述第一应变计元件(48)对由第一线段(92)限定的方向上的应变敏感，并且优选沿着所述第一线段(92)定向；并且/或者所述第二应变计元件(50)对由第二线段(94)限定的方向上的应变敏感，并且优选沿着所述第二线段(94)定向。
13.根据权利要求11至12中任一项所述的监测装置(156)，包括
两个方向敏感应变计(46A，46B)，每个方向敏感应变计都包括第一应变计元件(48)，其中所述两个方向敏感应变计(46A，46B)被设置成，使得所述两个方向敏感应变计(46A，46B)中的第一个(46A)的第一应变计元件(48)沿着应变计对准线(96)与所述两个方向敏感应变计(46A，46B)中的第二个(46B)的第一应变计元件(48)基本对准。
14.根据权利要求10或从属于权利要求10的任一权利要求所述的监测装置(156)，
其中，所述方向敏感应变计(46A，46B)中的至少一个被放置在形成在所述力感测板(28)中的至少两个相应的凹槽部段(54A，54B)之间。
15.根据权利要求8至14中任一项所述的监测装置(156)，进一步包括
无线通信单元，所述无线通信单元适于传输代表由所述传感器(16)测量的传感器值的数据。
16.一种运载车辆(10；12；22；154)，所述运载车辆包括至少一个监测装置(156)、优选至少一个根据权利要求8至15中任一项所述的监测装置(156)，
其中所述监测装置(156)包括传感器(16)；并且
其中所述监测装置(156)适于传输代表由所述传感器(16)测量的传感器值的数据。
17.根据权利要求16所述的运载车辆(10；12；22)，所述运载车辆(10；12；22)进一步包括：
运载车辆底盘(56)；
相对于所述运载车辆底盘(56)固定的运载车辆悬架单元(58)，所述运载车辆悬架单元(58)包括：
相对于所述运载车辆底盘能够移动地安装的轴支撑元件(100)，以及
具有柔性波纹管(60)的柔性波纹管结构(64)，其中所述柔性波纹管(60)能够填充有可压缩流体，
所述柔性波纹管结构(64)安装在所述轴支撑元件(100)与所述运载车辆底盘(56)之间，
其中，所述监测装置(156)定位在所述柔性波纹管(60)的一个端部与所述运载车辆底盘(56)或所述运载车辆悬架单元(58)之间的力传输路径中。
18.根据权利要求16至17中任一项所述的运载车辆(12；154)，
其中，所述运载车辆(12；154)适于与另一运载车辆(12；154)联接，所述运载车辆(10；12；22)还包括
运载车辆支撑元件(114A，114B；152A-152D)，所述运载车辆支撑元件适于将所述运载车辆(12；154)的重量的至少一部分传递到支承所述运载车辆(12；154)的表面，其中所述运载车辆支撑元件的接触部分适于从支承所述运载车辆(12；154)的表面处升高；
监测装置(156)、优选根据权利要求8至15中任一项所述的监测装置，所述监测装置与所述运载车辆支撑元件(20A，20B)相关联，并且适于测量通过所述运载车辆支撑元件传递的重量。
19.根据权利要求16至18中任一项所述的运载车辆(10；12；22)，
其中，所述监测装置(156)适于无线地传输代表由所述传感器测量的传感器值的数据。
20.一种运载车辆系统，包括
第一根据权利要求15至19中任一项所述的运载车辆(10；12；22；154)，
第二运载车辆(10；12；22，154)，
其中，所述第一运载车辆(10；12；22；154)能够机械地联接到所述第二运载车辆(10；12；22；154)以在所述第一运载车辆(10；12；22；154)与所述第二运载车辆(10；12；22，154)之间传输加速力和/或减速力。
21.根据权利要求20所述的运载车辆系统，进一步包括
致动器(68)，所述致动器适于作用在所述第一运载车辆与第二运载车辆(10；12)之间以在所述致动器(68)的第一状态下通过所述致动器(68)将重量从所述第一运载车辆和第二运载车辆(10；12)中的一个传递到所述第一运载车辆和第二运载车辆(10；12)中的另一个，并且
适于在所述致动器(68)的第二状态下不通过所述致动器(68)将重量从所述第一运载车辆和第二运载车辆(10；12)中的一个传递到所述第一运载车辆和第二运载车辆(10；12)中的另一个，
其中，通过所述致动器传递的重量由监测装置(156)测量，优选地由根据权利要求8至15中任一项所述的监测装置(156)测量。
22.用于商用车辆的交换车体(154)，所述交换车体具有至少一个优选不可旋转的支撑装置，所述支撑装置具有至少一个在支撑位置竖直延伸的支撑元件(152A-152D)，其中每个支撑元件(152A-152D)具有直立表面，其中每个支撑元件(152A-152D)与根据权利要求8至15中任一项所述的监测装置(156)相关联。
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