CN219914705U - 用于测量车辆组合的牵引车与挂车之间的力和/或力矩的测量装置和车辆组合 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及用于测量车辆组合的牵引车与挂车之间的力和/或力矩的测量装置和车辆组合。测量装置具有：构造为测量十字件的承载件，其具有多个测量臂并能布置在拖挂装置上且能与之连接，在承载件的每个测量臂上布置有应变花，其分别由至少三个相互成角度布置的应变计构成；电子测量数据采集和评估单元，其能与应变花电连接且被构造成在所有三个空间方向上采集和评估通过拖挂装置的由力和/或力矩引起的变形导致的、与应变花的应变变化相关的传感器电信号，该单元还具有电子电路和/或具备带有算法的计算机程序，借助其能在大小、方向方面且带有时间分辨率地确定作用在拖挂装置上的联接力、联接力矩和/或其分量，并能将其提供给其他的车辆系统。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种用于测量车辆组合的牵引车与挂车之间的力和/或力矩的测量装置。此外，本实用新型还涉及一种具有这种测量装置的车辆组合。
背景技术
用于将牵引车与挂车联接的车辆组合的拖挂装置、例如载重车列或半挂式车列上的颚式耦联器或鞍式耦联器必须能够在所有三个空间方向上传输较大的联接力或机械应力，并且必须始终确保车辆的安全连接。
除了对相互联接的车辆之间的牵引力和剪切力的持续的监测以外，对在这种拖挂装置上发生的机械应力的连续测量用于确定另外的重要的当前的信息。在此例如可提到联接部的弯折角、挂车的装载状态和/或车身的倾斜。这些信息可以被提供以作为用于车辆组合中的行驶动态调节系统的调节参量、例如用于电子制动系统、电子稳定控制系统、电子水平调节系统和/或驾驶辅助系统的调节参量。
然而困难的是，以对于所提到的系统的调节来说足够高的灵敏度测量两个车辆之间的联接点上的相关的力和力矩，因为拖挂装置的机械部件分别必须具有比较大的刚度。用于测量牵引车与挂车之间的力和/或力矩的已知的测量装置大多仅提供有限的精度，和/或仅能够实现沿一个方向或沿三个空间方向中的两个空间方向的测量。
由DE 10 2018 106 855 A1已知一种测量装置，用于测量机动车与被牵引或推移的挂车或附件之间的力和/或力矩。该测量装置布置在机动车与被牵引或推移的挂车或附件之间的耦联区域中。测量装置具备带有四个径向延伸的测量臂的十字形的承载件，承载件横向于机动车的假想的纵轴线地布置，其中，承载件夹在底板与标准耦联器承载件之间。在承载件的四个测量臂上总共布置有四个传感器元件，例如四个用作力传感器的应变计。传感器元件与电子评估装置连接，该电子评估装置借助已知的算法从传感器元件的信号在大小和方向方面计算出作用于测量装置上的力和力矩，并且可以将其转发至行驶状态管理系统。
缺点的是，承载件的测量臂上的应变分别只能在一个测量方向上被测量，即在应变计沿其定向的方向上被测量。由此，通常只能测量测量臂的实际的应变的一部分，由此测量装置的精度不是最佳的。
DE 25 20 673 C3示出并且描述了一种测量装置，用于测量作用在车轮悬架的转向节上的力和转矩分量。该测量装置具有方形的法兰板，法兰板在其中间承载轴颈，并且通过变形区域与转向节承载件牢固连接。应变花安置在变形区域的通过凹部和孔形成的薄弱点上，应变花分散地布置两个板侧上和法兰板的板边上。应变花分别由两个彼此成90°角相互覆盖的条带构成，其中，条带的取向分别预定测量方向。应变花通过五个桥式电路相互电连接，使得三个桥式电路针对沿三个彼此垂直的主方向(即沿法兰板的平面中的两个主方向以及沿在轴颈的轴线的方向上的第三主方向)作用在轴颈上的力分量分别产生电信号，并且两个剩余的桥式电路针对轴颈上围绕法兰板的两个主方向的倾翻力矩分别产生电信号，从而可以测量总共三个单独的力分量和两个单独的倾翻力矩分量。
该测量装置的缺点是，法兰板需要许多相互取向的凹部、缝隙和孔。应变花具有仅两个测量方向。因此，所需的应变花的数量是很大的。此外，许多应变花布置在前侧和后侧以及板边上。法兰板的制造、应变花的接线和安装是相应耗费的，并且制造成本是相对高的。因此，已知的测量装置适用于在检验台上检查车轮悬架和转向，或适用于为此特殊装备的机动车的目的，但不太适用于串联式车辆上的使用。
实用新型内容
在该背景下，本实用新型的任务是，提出一种改进的上述类型的测量装置，该测量装置具有灵敏的响应特性和高的测量精度，并且其仍然可以简单且廉价地制造。
该任务的解决方案利用本发明所述的测量装置实现。在下文中进一步描述了该测量装置的有利的设计方案和扩展方案。
根据本实用新型的用于测量牵引车与车辆组合的挂车之间的力和/或力矩的测量装置相应具有以下特征：
构造为测量十字件的具有多个测量臂的承载件能布置在用于联接牵引车与挂车的拖挂装置上并且能与之连接。在承载件的每个测量臂上布置有应变花，其分别由至少三个相互成角度布置的、用作力传感器的应变计构成。此外存在电子测量数据采集和评估单元，其与或能与应变花电连接。该测量数据采集和评估单元被构造成用于在所有三个空间方向上采集和评估通过拖挂装置的由力和/或力矩引起的变形导致的、与应变花的应变变化相关的传感器电信号。为此，测量数据采集和评估单元包括电子电路和/或具备带有算法的计算机程序，借助该电子电路或计算机程序可以在大小、方向方面且带有时间分辨率地确定作用在拖挂装置上的联接力、联接力矩和/或其分量，并且能将其提供给其他的车辆系统。
通过这种布置实现如下测量装置：该测量装置能够在所有三个空间方向上获知拖挂装置上的联接力和联接力矩，并且在此实现高精度和高时间分辨率以及灵敏的响应特性。这基于以下认识，即使用应变花并结合呈具有多个测量臂的测量十字件形式的机械设计能够实现非常精确地测量所有三个空间维度中的联接力。
联接力和联接力矩的通过测量装置精确地并且高时间分辨率的测量值可以在多个应用情况下有利地用于车辆组合的行驶动态调节并且用于例如在调设电子制动系统的制动力时调节驾驶辅助系统，用于防止挂车振动，用于及时拉直车辆组合和/或避免耦联器过载。
因此，测量装置由机械部件和电子部件构成。机械部件是多臂的十字形的承载件。电子部件是多个应变花的布置，其与测量数据采集和评估单元电连接。
为了获知作用在拖挂装置上的三维的力和力矩，基本上由多个测量臂构成的十字形的承载件牢固安装在挂车耦联器上。当测量十字件与拖挂装置力锁合地连接时，测量臂以纵向和/或扭转应变对挂车耦联器的通过在车辆组合的行驶或调度运行中的机械应力导致的可逆的变形做出反应。
如所提到的那样，在每个测量臂上布置有应变花。测量臂的纵向和/或扭转应变转移到应变花上。单个应变计只能采集对应于测量臂在主应变测量方向上的应变的电信号。因此，只能测量一维投影，即仅测量相关的测量臂的实际应变的一部分。
相反，带有三个相互成角度布置的应变计的应变花产生多个电信号，并且能够实现重建相应的测量臂的实际的三维应变，并且因此能够实现在所有方向上测量力和力矩。
拖挂装置的变形可以不同地作用在测量十字件的测量臂上，从而测量臂经历可测量的应变差异，并且应变花经历不同的应变。根据应变的电信号和各个测量臂的应变差异，在先前校准测量装置后，在考虑到测量十字件的材料的强度指数、即弹性模量和横向应变值(泊松数)的情况下可以在大小和方向方面推断出实际的作用在拖挂装置上的力和力矩。
为了评估由应变花的应变变化导致的电信号，测量装置可以使用已知的数学方法。为此，应变花以合适的方式相互电连接，以便从各个应变计的由应变引起的电阻变化获得与方向和大小相关的单独的电信号作为用于计算期望的力分量的输入参量。
物体(当前是测量臂)的机械应力状态可以通过莫尔应力圆的图解法进行全面描述和说明。在“Hering u.a.,Physik für Ingenieure,19.Aufl.,Springer 2012,Kap.2.11,Mechanik deformierbarer fester (Hering等人，工程师物理，第19版，Springer出版社2012，第2.11章，可变形的固体的力学)”中，以物体的三轴的拉伸应力为示例，通过设计莫尔应力圆说明了主应力以及主轴的角距离的推导。在“Dubbel,Taschenbuchfür den Maschinenbau,19.Aufl.,1997,Kap.C1.1Spannungen und Verformungen(Dubbel，机械制造手册，第19版，1997，第C1.1章，应力和变形)”中描述了用于物体的一维的、二维的和三维的应力状态的莫尔应力圆的数学形式。
因此，根据应变花的各个子应变计的应变测量信号的矢量相加的原理，可以精确重建作用在拖挂装置上的力和力矩的振幅和方向。用于评估应变花的应变的算法和电子电路已经是已知的。为此例如参考DE 16 48 385A，在其中描述了用于由三个相互成角度布置的应变计构成的应变花的应变花计算器。根据本实用新型的在多个测量臂上具有多个应变花的测量十字件可以通过这些器件进行评估，以便获得拖挂装置上的联接力和联接力矩的期望的矢量信息。
根据本实用新型的优选的扩展方案可以设置的是，承载件具有四个从中间承载部分径向延伸的测量臂，其中，每个测量臂与第一直接相邻的测量臂错开60°地布置，并且与第二直接相邻的测量臂错开120°地布置，其中，在每个测量臂上，在其远离中间承载部分的自由端部的区域中分别布置有由三个应变计构成的应变花，并且其中，每个应变花的中间的应变计在测量臂的假想的几何纵轴线的方向上取向，并且两个与中间的应变计相邻的应变计分别向左和向右成45°角地布置。
令人惊讶地，这种测量十字件和应变花的组合被证明是一种特别灵敏的测量工具，利用该测量工具即使是最小的联接力也可以在所有三个空间维度中测量。在此，布置在测量臂的平坦的表面上的三个应变计分别撑开90度的角度。借助该应变花可以测量具有未知的主方向的测量臂的应变和扭转。测量臂的产生的应变角度可以根据测量信号来确定。根据四个测量臂中每个测量臂的实际的应变角度和各个测量臂上的应变角度差异，可以在所有三个空间方向上重建作用在拖挂装置上的力和力矩。
根据本实用新型的一种实施方式可以设置的是，承载件构造为载重车列的牵引车与全挂车或中置轴挂车之间的颚式耦联器的三维作用的耦联力测量适配器，其中，在牵引车上承载件夹在颚式耦联器与拖挂支架之间，并且其中，承载件以横向于车辆组合的假想的几何纵轴线取向的方式布置。
从上述的DE 10 2018 106 855 A1已经知道了测量装置的类似的布置，并且在那里对其进行了详细描述。与已知的布置不同地，根据本实用新型的十字形的承载件的测量臂具有多个应变花，而不是具有各个传感器元件，由此可以对拖挂装置上的力和力矩进行完整的三维采集。由此实现更高的精度和更高的测量灵敏度。
根据本实用新型的另一实施方式可以设置的是，承载件构造为半挂式车列的鞍式牵引机器与鞍式挂车之间的鞍式耦联器的三维作用的耦联力测量适配器，其中，在鞍式牵引机器上承载件夹在鞍式耦联器与底盘之间，并且其中，承载件以在半挂式车列的假想的几何纵轴线的方向上取向的方式布置。
通过该布置，可以精确地测量鞍式牵引机器与鞍式挂车之间的联接点上的联接力。因此，十字形的承载件可以安装在鞍式耦联器下方，并且在那里替代常用的安装板。
此外可以设置的是，测量装置具有用于向显示装置传输数据和/或用于获取行驶动态调节系统和/或驾驶辅助系统的数据的接口。例如，获知的联接力和联接力矩可以以数字和/或图形方式示出在驾驶室中的显示仪表上。
通过该接口，利用测量装置获知的联接力信息由车辆组合的存在的行驶动态系统和驾驶辅助系统随时获取作为输入参量，并且有利地被馈入调节系统中。例如，数据可以在与接口连接的数据技术总线系统(如CAN总线)上提供以供使用。可以使用测得的联接力信息的可能的应用是：
-在制动过程中影响、尤其是减小联接力，
-用于电挂车(eTrailer)的控制信息，
-识别倾翻危险，
-识别挂车振动，
-确定车辆组合的重心，
-碰撞警告，
-拉直被弯折的牵引车挂车组合，
-识别转向节主销磨损，以及
-识别仅部分闭合的拖挂装置。
最后，本实用新型还涉及一种车辆组合、例如半挂式车列、载重车列或乘用车拖挂式房车组合，车辆组合具有用于测量牵引车与挂车之间的力和/或力矩的测量装置，该测量装置根据刚刚描述的根据本实用新型的特征构建。
附图说明
下面借助在附图中示出的实施例更详细地阐述本实用新型。在附图中：
图1示出了根据本实用新型的第一实施例的测量装置的承载件的透视的前视图，
图2示出了根据图1的承载件和应变花的布置的后视图，
图3示出了根据图2的承载件的放大的细节图，
图3a示出了应变花的放大的细节图，
图4示出了在带有颚式耦联器的拖挂装置上的在安装状态下的承载件的示意性地明显简化的截面图，
图5示出了根据本实用新型的第二实施方式的测量装置的承载件的透视图，并且
图6示出了类似于图5的承载件的、在带有鞍式耦联器的拖挂装置上的在安装状态下的承载件的示意性地明显简化的截面图。
附图中的一些结构元件是相一致的，从而它们利用相同的附图标记来表示。
具体实施方式
因此，图1示出了根据本实用新型的用于测量拖挂装置21(图4)上的联接力和联接力矩的测量装置1.1的承载件2的面对牵引车的前侧，拖挂装置用于可松开地连接载重车列的牵引车18与全挂车19。承载件2具有测量十字件的形状，该测量十字件带有各两个以一定的距离相互错开60°或120°地布置的测量臂3a、3b、3c、3d。在这些测量臂的各自的自由端部上构造出带有通孔5a、5b、5c、5d的孔眼4a、4b、4c、4d，其中，孔眼4a、4b、4c、4d分别具有轴向的凸出部6a、6b、6c、6d。承载件2设有构造为毂的、轴向单侧凸出的中间承载部分7，其基本上柱形地构造，然而具有被整平的边缘。在承载部分7中构造出中间螺纹孔8。
图2示出了承载件2的面对全挂车19的后侧。在每个测量臂3a、3b、3c、3d上分别布置有应变花9、10、11、12。承载件2的后侧在中间承载部分7的区域中，并且此外直到测量臂3a、3b、3c、3d的自由端部的孔眼4a、4b、4c、4d设有凹陷部20(图3)，在凹陷部中，相应的应变花9、10、11、12尽可能靠近孔眼4a、4b、4c、4d地布置，并且与承载材料牢固地、例如材料锁合地连接。各自的应变花9、10、11、12分别通过六芯线的电线路13、14、15、16与电子测量数据采集和评估单元17连接。测量数据采集和评估单元17具有本身已知的电子计算装置和存储装置，通过这些装置可以评估与应变花9、10、11、12的应变或应变变化相关的电信号，以便获知拖挂装置21承受的力和力矩。此外，测量数据采集和评估单元17具有电或光学接口43，用于将数据传输到显示装置和/或用于获取行驶动态调节系统和/或驾驶辅助系统的数据。
图3和图3a示例性并且单独详细地示出了布置在测量臂3a上的应变花9。因此，应变花9由中间的应变计9b和两个另外的应变计9a、9c构成，这两个另外的应变计相对于中间的应变计9b以45°角度分别布置在左边和右边。三个应变计9a、9b、9c分别通过电线路13的两个电芯线13.1、13.2、13.3、13.4、13.5、13.6与测量数据采集和评估单元17连接。其他的三个应变花10、11、12与刚刚描述的应变花9结构相同地构建，并且同样与测量数据采集和评估单元17连接。
图4示意性示出了刚刚描述的在安装在拖挂装置21上的状态下的承载件2。拖挂装置21具有箱形的标准拖挂支架22、用于固定在拖挂支架22上的带锁紧装置的标准耦联器承载件23、接板24和具有底板25a的颚式耦联器25。承载件2横向于车辆组合的假想的几何纵轴线26地取向。在已经提到的DE 10 2018 106 855 A1中描述了类似的标准拖挂支架22以及类似的标准耦联器承载件23，从而在此不必对其进行进一步阐述。仅重要的是，十字形的承载件2夹在拖挂支架22和颚式耦联器25之间，用以符合其测量任务。
图5示出了用于测量半挂式车列的鞍式牵引机器31的拖挂装置30(图6)上的联接力和联接力矩的测量装置1.2的第二实施方式。因此，测量十字件形的第二承载件32具有各两个以一定的距离彼此错开60°或120°地布置的测量臂33a、33b、33c、33d，在测量臂的自由端部上分别构造出矩形的指状部34a、34b、34c、34d。
该第二承载件32设有构造为框的、轴向朝底盘37(图6)的方向凸出的并且在朝鞍式耦联器38的方向内凹的中间承载部分35。应变花39、40、41、42布置在每个测量臂33a、33b、33c、33d上并且紧固在那里。如在第一实施例中那样，应变花39、40、41、42通过电线路13、14、15、16与电子测量数据采集和评估单元17连接。
在第二承载件32的构造为框的中间承载部分35中并且在测量臂33a、33b、33c、33d的指状部34a、34b、34c、34d中，构造出多个通孔36，用于螺接在鞍式耦联器38和底盘37上。图6示意性地非常简化地示出了在安装在半挂式车列的拖挂装置30上的状态下的第二承载件32。
附图标记列表(说明书的一部分)
1.1 测量装置(第一实施方式)
1.2 测量装置(第二实施方式)
2 承载件、测量十字件(第一实施方式)
3a 承载件2的第一测量臂
3b 承载件2的第二测量臂
3c 承载件2的第三测量臂
3d 承载件2的第四测量臂
4a 第一测量臂3a上的孔眼
4b 第二测量臂3b上的孔眼
4c 第三测量臂3c上的孔眼
4d 第四测量臂3d上的孔眼
5a 第一测量臂3a的孔眼上的通孔
5b 第二测量臂3b的孔眼上的通孔
5c 第三测量臂3c的孔眼上的通孔
5d 第四测量臂3d的孔眼上的通孔
6a 第一测量臂3a上的孔眼的轴向的凸出部
6b 第二测量臂3b上的孔眼的轴向的凸出部
6c 第三测量臂3c上的孔眼的轴向的凸出部
6d 第四测量臂3d上的孔眼的轴向的凸出部
7 承载件2的中间承载部分、毂
8 承载部分7的中间螺纹孔
9 承载件2上的第一应变花
9a 第一应变花9的第一应变计
9b 第一应变花9的第二应变计
9c 第一应变花9的第三应变计
10 承载件2上的第二应变花
11 承载件2上的第三应变花
12 承载件2上的第四应变花
13 第一电线路
13.1～13.6 第一电线路13的芯线
14 第二电线路
15 第三电线路
16 第四电线路
17 测量数据采集和评估单元
18 牵引车(第一实施方式)
19 挂车、全挂车(第一实施方式)
20 承载件上的凹陷部(第一实施方式)
21 拖挂装置(第一实施方式)
22 拖挂支架(第一实施方式)
23 标准耦联器承载件(第一实施方式)
24 接板(第一实施方式)
25 颚式耦联器(第一实施方式)
25a 底板(第一实施方式)
26 车辆组合的几何纵轴线
30 拖挂装置(第二实施方式)
31 牵引车、鞍式牵引机器(第二实施方式)
32 承载件、测量十字件(第二实施方式)
33a 承载件32的第一测量臂
33b 承载件32的第二测量臂
33c 承载件32的第三测量臂
33d 承载件32的第四测量臂
34a 第一测量臂33a上的指状部
34b 第二测量臂33b上的指状部
34c 第三测量臂33c上的指状部
34d 第四测量臂33d上的指状部
35 承载件32的中间承载部分、框
36 承载件32上的通孔
37 半挂式车列的底盘(第二实施方式)
38 鞍式耦联器
39 承载件32上的第一应变花
40 承载件32上的第二应变花
41 承载件32上的第三应变花
42 承载件32上的第四应变花
43 用于数据传输的接口。
Claims (7)
1.用于测量车辆组合的牵引车与挂车之间的力和/或力矩的测量装置，其特征在于，所述测量装置具有：
-构造为测量十字件的承载件(2；32)，
-所述承载件具有多个测量臂(3a、3b、3c、3d；33a、33b、33c、33d)并且所述承载件能布置在用于联接所述牵引车(18、31)与所述挂车(19)的拖挂装置(21、30)上并且能与所述拖挂装置连接，
-其中，在所述承载件(2、31)的每个测量臂(3a、3b、3c、3d；33a、33b、33c、33d)上布置有应变花(9、10、11、12；39、40、41、42)，所述应变花分别由至少三个相互成角度布置的、用作力传感器的应变计(9a、9b、9c)构成，并且
所述测量装置还具有：
-电子测量数据采集和评估单元(17)，
所述电子测量数据采集和评估单元能与所述应变花(9、10、11、12；39、40、41、42)电连接，并且
所述电子测量数据采集和评估单元被构造成用于在所有三个空间方向上采集和评估通过所述拖挂装置(21、30)的由力和/或力矩引起的变形导致的、与所述应变花(9、10、11、12；39、40、41、42)的应变变化相关的传感器电信号，
-其中，所述电子测量数据采集和评估单元(17)具有电子电路和/或具备带有算法的计算机程序。
2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，
所述承载件(2、32)具有四个从中间承载部分(7、35)径向延伸的测量臂(3a、3b、3c、3d、33a、33b、33c、33d)，
-其中，每个所述测量臂(3a、3b、3c、3d；33a、33b、33c、33d)与第一直接相邻的测量臂错开60°地布置，并且与第二直接相邻的测量臂错开120°地布置，
-其中，在每个测量臂(3a、3b、3c、3d；33a、33b、33c、33d)上，在其远离所述中间承载部分(7、35)的自由端部的区域中分别布置有由三个应变计(9a、9b、9c)构成的应变花(9、10、11、12；39、40、41、42)，并且
-其中，每个应变花(9、10、11、12；39、40、41、42)的中间的应变计(9b)分别在测量臂(3a、3b、3c、3d；33a、33b、33c、33d)的假想的几何纵轴线的方向上取向，
-并且两个与所述中间的应变计(9b)相邻的应变计(9a、9c)分别向左和向右成45°角地布置。
3.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，
所述承载件(2)构造为载重车列的牵引车(18)与全挂车或中置轴挂车(19)之间的颚式耦联器(25)的三维作用的耦联力测量适配器，
其中，在所述牵引车(18)上所述承载件(2)夹在所述颚式耦联器(25)与拖挂支架(22)之间，
并且其中，所述承载件(2)以横向于车辆组合的几何纵轴线(26)取向的方式布置。
4.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，
所述承载件(32)构造为半挂式车列的鞍式牵引机器(31)与鞍式挂车之间的鞍式耦联器(38)的三维作用的耦联力测量适配器，
其中，在所述鞍式牵引机器(31)上所述承载件(32)夹在所述鞍式耦联器(38)与底盘(37)之间，
并且其中，所述承载件(32)以在半挂式车列的几何纵轴线(26)的方向上取向的方式布置。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的测量装置，其特征在于，
所述测量装置(1.1、1.2)具有用于向显示装置传输数据和/或用于获取行驶动态调节系统和/或驾驶辅助系统的数据的接口(43)。
6.车辆组合，所述车辆组合具有用于测量牵引车(18、31)与挂车(19)之间的力和/或力矩的测量装置(1.1、1.2)，其特征在于，所述测量装置构建为根据权利要求1至5中任一项所述的测量装置。
7.根据权利要求6所述的车辆组合，其特征在于，所述车辆组合是半挂式车列、载重车列或乘用车拖挂式房车组合。
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