DE102007048569B4 - Vehicle axle device for determining an axle load - Google Patents

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Abstract

Fahrzeugachsenvorrichtung mit wenigstens einer Achse (10) zum Befestigen eines Rads und mit einer Achskörperanordnung (12) zur Lagerung der Achse (10) in einem Fahrwerk, wobei die Achse (10) und/oder die Achskörperanordnung (12) wenigstens ein lasttragendes Bauteil (14) umfasst, sowie mit einer Lastsensoranordnung (16) zum Bestimmen einer auf die Achse (10) wirkenden Achslast (F), wobei die Lastsensoranordnung (16) wenigstens einen permanentmagnetischen Teilbereich (18) des lasttragenden Bauteils (14) und eine Messanordnung (20) zum Messen einer lastbedingten Veränderung wenigstens einer Magnetisierung und/oder Magnetisierbarkeit des Teilbereichs (18) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Messanordnung (20) wenigstens einen Beschleunigungssensor (26) umfasst, und dass die Lastsensoranordnung (16) dazu ausgelegt ist, die Achslast (F) abhängig von einem Sensorsignal des Beschleunigungssensors (26) zu bestimmen.Vehicle axle device having at least one axle (10) for fastening a wheel and having an axle body arrangement (12) for mounting the axle (10) in a chassis, wherein the axle (10) and / or the axle body arrangement (12) has at least one load-bearing component (14 ), and with a load sensor arrangement (16) for determining an axle load (F) acting on the axle (10), the load sensor arrangement (16) comprising at least one permanent-magnetic portion (18) of the load-bearing component (14) and a measuring arrangement (20). for measuring a load-dependent change of at least one magnetization and / or magnetizability of the partial area (18), characterized in that the measuring arrangement (20) comprises at least one acceleration sensor (26) and that the load sensor arrangement (16) is designed to reduce the axle load ( F) depending on a sensor signal of the acceleration sensor (26) to determine.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Fahrzeugachsenvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a vehicle axle device according to the preamble of claim 1.

Aus dem Stand der Technik sind Fahrzeugachsenvorrichtungen mit einer Achse zum Befestigen eines Rads und einer Achskörperanordnung zum Lagerung der Achse in einem Fahrwerk bekannt. Ferner ist es bekannt, an einem Achskörper einer solchen Fahrzeugachsenvorrichtung eine Lastsensoranordnung zum Bestimmen einer auf die Achse wirkenden Achslast vorzusehen. Durch die Lastsensoranordnung kann einfach überprüft werden, ob die Achslast unterhalb der maximal zulässigen Achslast liegt. Bekannte Lastsensoranordnungen basieren auf Dehnungsmessstreifen bzw. Dehnungswiderständen und sind in Ihrer Messgenauigkeit auf ca. +/- 10% beschränkt. Für druckschriftlichen Stand der Technik wird auf die Schriften DE 41 12 675 A1 , US 2006 / 0 153 482 A1 und DE 10 2004 032 729 A1 verwiesen.From the prior art vehicle axle devices are known having an axle for securing a wheel and an axle body assembly for supporting the axle in a chassis. Furthermore, it is known to provide on an axle body of such a vehicle axle device a load sensor arrangement for determining an axle load acting on the axle. The load sensor arrangement makes it easy to check whether the axle load is below the maximum permissible axle load. Known load sensor arrangements are based on strain gauges or strain resistors and are limited in their measuring accuracy to approx. +/- 10%. For printed prior art is on the fonts DE 41 12 675 A1 . US 2006/0 153 482 A1 and DE 10 2004 032 729 A1 directed.

Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, eine gattungsgemäße Fahrzeugachsenvorrichtung mit einer zuverlässigeren Lastsensoranordnung zur Verfügung zu stellen.The object of the invention is in particular to provide a generic vehicle axle device with a more reliable load sensor arrangement available.

Die Aufgabe wird erfmdungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.The object is achieved according to the invention by the features of claim 1, while advantageous embodiments and modifications of the invention can be taken from the dependent claims.

Die Erfindung geht aus von einer Fahrzeugachsenvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a vehicle axle device according to the preamble of claim 1.

Die Lastsensoranordnung weist wenigstens einen permanent-, insbesondere ferromagnetischen Teilbereich des lasttragenden Bauteils und eine Messanordnung zum Messen einer lastbedingten Veränderung wenigstens einer magnetischen Kenngröße des Teilbereichs auf. Durch die Messung der magnetischen Eigenschaften kann eine verschleiß- und/oder berührungsfreie Messung der Achslast erreicht werden, und gegenüber bekannten Lastsensoranordnungen kann eine Genauigkeit der Achslastmessung deutlich verbessert werden. Während Dehnungsmessstreifen eine Messgenauigkeit im Bereich von ca. +/- 10% ermöglichen, kann durch die erfindungsgemäße Messung der magnetischen Eigenschaften eine Messgenauigkeit von +/-1% erwartet werden. Durch die Messung der magnetischen Eigenschaften des Teilbereichs des lasttragenden Bauteils selbst kann ein Fehler durch eine unvollständige Übertragung einer Deformation des Bauteils auf einen außerhalb des Bauteils angeordneten Sensor zum Detektieren einer Deformation des Bauteils vermieden werden. Als Teilbereich des Bauteils sollen in diesem Zusammenhang auch stoffschlüssig mit einem Hauptkörper des Bauteils verbundene Elemente bezeichnet werden.The load sensor arrangement has at least one permanent, in particular ferromagnetic, portion of the load-carrying component and a measuring arrangement for measuring a load-dependent change of at least one magnetic characteristic of the partial area. By measuring the magnetic properties of a wear and / or non-contact measurement of the axle load can be achieved, and over known load sensor arrangements, accuracy of the axle load measurement can be significantly improved. While strain gauges allow a measurement accuracy in the range of about +/- 10%, a measurement accuracy of +/- 1% can be expected by the measurement of the magnetic properties according to the invention. By measuring the magnetic properties of the portion of the load-bearing component itself, an error can be avoided by an incomplete transmission of a deformation of the component to a sensor arranged outside the component for detecting a deformation of the component. In this context, part of the component that is to be materially connected to a main body of the component is to be referred to.

Die Erfindung beruht wesentlich auf dem Effekt der Magnetostriktion, bzw. genauer gesagt auf dem Villari-Effekt. Als „Magnetostriktion“ wird die Änderung der geometrischen Abmessungen eines ferromagnetischen Körpers unter Einfluss eines Magnetfelds bezeichnet. Dieser Effekt ist bei allen ferromagnetischen Materialien messbar und wurde ursprünglich bei der Messung einer Nickelprobe entdeckt. Der Effekt der Magnetostriktion ist durch die Ausrichtung der Weissschen Bezirke infolge einer Magnetisierung des Materials verantwortlich. Insbesondere an den Grenzflächen zwischen Weissschen Bezirken kann durch eine elastische Aufweitung des Gitters die Energiedichte der Grenzflächen aufgrund einer geringeren Abstoßung verringert werden. Der Einfluss eines äußeren Magnetfelds bewirkt eine Änderung der Gleichgewichtsverteilung und führt zum magnetostriktiven Effekt. The invention is based essentially on the effect of the magnetostriction, or more precisely on the Villari effect. "Magnetostriction" is the change in the geometric dimensions of a ferromagnetic body under the influence of a magnetic field. This effect is measurable in all ferromagnetic materials and was originally discovered in the measurement of a nickel sample. The effect of magnetostriction is due to the orientation of the Weiss domains due to magnetization of the material. In particular, at the interfaces between white districts can be reduced by an elastic expansion of the grid, the energy density of the interfaces due to a lower repulsion. The influence of an external magnetic field causes a change in the equilibrium distribution and leads to the magnetostrictive effect.

Der entgegengesetzte Effekt, d.h. die Änderung der magnetischen Eigenschaften eines Objekts unter dem Einfluss mechanischer Kräfte, wird als Villari-Effekt bezeichnet. Gemäß der Erfindung bewirkt die Achslast eine Deformation des lasttragenden Bauteils und damit eine Deformation des ferromagnetischen Teilbereichs, die sich sowohl durch eine Änderung der Magnetisierung als auch durch eine Änderung der Magnetisierbarkeit auf die magnetischen Eigenschaften des Materials durchschlägt.The opposite effect, i. The change in the magnetic properties of an object under the influence of mechanical forces is called the Villari effect. According to the invention, the axle load causes a deformation of the load-bearing member and thus a deformation of the ferromagnetic portion, which penetrates both by a change in magnetization and by a change in the magnetizability of the magnetic properties of the material.

Alternativ zum Villari-Effekt wären gemäß der Erfindung weitere Effekte, die mit der Magnetostriktion korreliert sind, nutzbar. Es könnte beispielsweise der Matteucci-Effekt, der die Erzeugung eines spiralförmigen Magnetfelds durch ein magnetostriktives Material unter dem Einfluss einer Torsionskraft beschreibt, zur Bestimmung einer auf ein tragendes Bauteil wirkenden Torsionskraft und damit mittelbar zur Bestimmung einer Achslast genutzt werden.As an alternative to the Villari effect, other effects correlated with the magnetostriction could be used according to the invention. For example, the Matteucci effect, which describes the generation of a spiral magnetic field by a magnetostrictive material under the influence of a torsional force, could be used to determine a torsional force acting on a supporting member and thus indirectly to determine an axle load.

Das tragende Bauteil, in welches der ferromagnetische Teilbereich integriert werden kann, kann beispielsweise die Achse selbst, ein Achskörper, ein Wälzlager, in welchem die Achse angeordnet ist, oder ein anderer Teil eines Fahrwerks sein.The supporting component, in which the ferromagnetic portion can be integrated, for example, the axis itself, an axle, a rolling bearing, in which the axis is arranged, or another part of a chassis be.

In einer Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der ferromagnetische Teilbereich magnetisiert ist und dass die Messanordnung einen Magnetfeldsensor zum Messen eines von dem ferromagnetischen Teilbereich erzeugetn Magnetfelds umfasst. Als Magnetfeldsensor kann beispielsweise ein Hall-Sensor, ein SQUID oder ein anderer, dem Fachmann als geeignet erscheinender Sensortyp genutzt werden.In a development of the invention, it is proposed that the ferromagnetic portion is magnetized and that the measuring arrangement comprises a magnetic field sensor for measuring a magnetic field generated by the ferromagnetic portion. As a magnetic field sensor, for example, a Hall sensor, a SQUID or another type of sensor that appears suitable to the person skilled in the art can be used.

Ferner wird vorgeschlagen, dass als das lasttragende Bauteil ein Achskörper der Fahrzeugachsenvorrichtung gewählt wird. Dadurch können einerseits aufwändige und fehleranfällige Übertragungen von Daten von rotierenden Bauteilen auf starre Bauteile vermieden werden und andererseits kann eine vergleichsweise direkte Messung der Achslast erfolgen. It is also proposed that an axle body of the vehicle axle device be selected as the load-bearing component. As a result, on the one hand complex and error-prone transmissions of data from rotating components to rigid components can be avoided, and on the other hand, a comparatively direct measurement of the axle load can take place.

Wenn ein Hauptkörper des lasttragenden Bauteils eine Ausnehmung aufweist, in welche zur Bildung des ferromagnetischen Teilbereichs ein ferromagnetisches Material mit magnetoelastischen Eigenschaften eingearbeitet ist, kann das Material des Hauptkörpers unabhängig von den für die Lastmessung erforderlichen magnetischen Eigenschaften gewählt und optimiert werden. Da das ferromagnetische Material zur magnetoelastischen Messung nur gezielt in dem ferromagnetischen Teilbereich eingesetzt wird, kann auch ein vergleichsweise teures Material verwendet werden, ohne die Gesamtkosten in einer entscheidenden Weise zu erhöhen.When a main body of the load bearing member has a recess into which a ferromagnetic material having magnetoelastic properties is incorporated for forming the ferromagnetic portion, the material of the main body can be selected and optimized irrespective of the magnetic properties required for the load measurement. Since the ferromagnetic material for magnetoelastic measurement is used only selectively in the ferromagnetic portion, a relatively expensive material can be used without increasing the overall cost in a crucial manner.

Erfindungsgemäß weist die Messanordnung wenigstens einen Beschleunigungssensor auf und die Lastsensoranordnung ist dazu ausgelegt, die Achslast abhängig von einem Sensorsignal des Beschleunigungssensors zu bestimmen. Messfehler, die durch eine Beschleunigung eines die Vorrichtung umfassenden Fahrzeugs bedingt sind, können vermeiden und/oder kompensiert werden. Die Kompensation kann rechnerisch erfolgen, prinzipiell jedoch auch als eine geeignete Hardwareschaltung implementiert sein, die analoge Signale zur Bestimmung der magnetischen Eigenschaften mit analogen Signalen des Beschleunigungssensors in geeigneter Weise überlagert.According to the invention, the measuring arrangement has at least one acceleration sensor and the load sensor arrangement is designed to determine the axle load as a function of a sensor signal of the acceleration sensor. Measurement errors that are caused by an acceleration of a vehicle comprising the device can be avoided and / or compensated. The compensation can be done mathematically, but in principle also be implemented as a suitable hardware circuit, which superimposes analog signals for determining the magnetic properties with analog signals of the acceleration sensor in a suitable manner.

Wenn die Messanordnung wenigstens einen Beschleunigungssensor umfasst und die Lastsensoranordnung ferner dazu ausgelegt ist, die Achslast nur dann zu bestimmen, wenn ein Sensorsignal des Beschleunigungssensors einer Beschleunigung entspricht, die geringer als eine Maximalbeschleunigung ist, kann die Achslastbestimmung in einer einfachen Weise auf Zeiträume beschränkt werden, in denen wegen einer hinreichend geringen Beschleunigung eine präzise Bestimmung der Achslast möglich ist. Einflüsse einer Beschleunigung, die zu einem Verbiegen der Achse in Fahrtrichtung bzw. gegen die Fahrtrichtung führen und dadurch eine elastische Deformation des magnetoelastischen Teilbereichs verursachen, können vermieden werden. Wenn der vorgegebene Wert der Maximalbeschleunigung sehr nahe an Null liegt, kann die Achslastbestimmung im Wesentlichen nur bei stehendem Fahrzeug erfolgen, so dass eine Prüfung der Achslast insbesondere bei Ladevorgängen möglich ist, während der Fahrt aber entfällt.If the measurement arrangement comprises at least one acceleration sensor and the load sensor arrangement is further configured to determine the axle load only if a sensor signal of the acceleration sensor corresponds to an acceleration that is less than a maximum acceleration, the axle load determination can be limited to periods in a simple manner, in which a precise determination of the axle load is possible because of a sufficiently low acceleration. Influences of acceleration, which lead to a bending of the axis in the direction of travel or against the direction of travel and thereby cause an elastic deformation of the magnetoelastic portion, can be avoided. If the predetermined value of the maximum acceleration is very close to zero, the axle load determination can essentially only be carried out when the vehicle is stationary, so that an examination of the axle load is possible, in particular during loading operations, while the drive is dispensed with.

Die Notwendigkeit eines separaten Beschleunigungssensors entfällt, wenn die Messanordnung dazu ausgelegt ist, eine Beschleunigung aus einem Verlauf einer Drehzahl oder einer Geschwindigkeit zu bestimmen, so dass ein Drehzahlsensor zusammen mit einer Auswerteeinheit einen Beschleunigungssensor bildet. Es kann eine Motordrehzahl oder auch eine Drehzahl einer Getriebe-Ausgangswelle genutzt werden, wobei im Falle der Nutzung der Motordrehzahl eine Übersetzung am Getriebe berücksichtigt werden kann. Als eine weitere Kenngröße für die Deformation einer angetriebenen Achse kann ein Vortrieb des Motors genutzt werden, der beispielsweise aus einem Drosselklappenwinkel, einem Luft-Treibstoff-Mischverhältnis bzw. im Falle eines Direkteinspritzer-Motors aus einer Einspritzmenge und aus einer Motordrehzahl bestimmt werden kann.The need for a separate acceleration sensor is eliminated if the measuring arrangement is designed to determine an acceleration from a course of a speed or a speed, so that a speed sensor forms an acceleration sensor together with an evaluation unit. It can be an engine speed or a speed of a transmission output shaft can be used, wherein in the case of using the engine speed, a gear ratio can be taken into account. As a further parameter for the deformation of a driven axle, a propulsion of the engine can be used, which can be determined for example from a throttle angle, an air-fuel mixing ratio or in the case of a direct injection engine from an injection quantity and from an engine speed.

In einer weiter verbesserten Ausgestaltung der Erfindung kann die Messanordnung dazu ausgelegt sein, ein Blockieren oder Durchdrehen eines Rads zu erfassen und bei der Bestimmung der Beschleunigung zu berücksichtigen. Das Blockieren oder Durchdrehen des Rads kann beispielsweise aus einem Signal eines Antiblockiersystems abgeleitet werden.In a further improved embodiment of the invention, the measuring arrangement can be designed to detect a blocking or wheel spin and to take it into account in the determination of the acceleration. The blocking or spinning of the wheel can be derived, for example, from a signal of an anti-lock braking system.

Eine ungleiche Verteilung der Achslast auf verschiedene Räder durch eine Schrägstellung eines die Fahrzeugachsvorrichtung umfassenden Fahrzeugs kann berücksichtigt und kompensiert werden, wenn die Messanordnung wenigstens einen Neigungssensor zum Bestimmen einer Neigung der Achse umfasst. Ferner kann der Lastsensor dazu ausgelegt sein, die Achslast abhängig von einem Sensorsignal des Neigungssensors zu bestimmen.An unequal distribution of the axle load on different wheels by inclining a vehicle comprising the vehicle axle device can be taken into account and compensated if the measuring arrangement comprises at least one inclination sensor for determining an inclination of the axle. Furthermore, the load sensor may be configured to determine the axle load in dependence on a sensor signal of the tilt sensor.

Die Verteilung der Achslast auf unterschiedliche Räder kann besonders präzise berücksichtigt werden, wenn der Neigungssensor dazu ausgelegt ist, eine Neigung des Fahrwerks in drei unabhängigen Neigungsrichtungen zu bestimmen.The distribution of the axle load on different wheels can be considered particularly precisely if the tilt sensor is designed to determine a tilt of the chassis in three independent tilt directions.

Die erfindungsgemäße Fahrzeugachsenvorrichtung kann prinzipiell in jedes Fahrzeug, insbesondere in Last- oder Nutzkraftwagen oder in Anhängern für solche Fahrzeuge, integriert werden. Eine Detektion der Achslast im Betrieb kann beispielsweise auch in Fahrzeugen, die Streugut ausbringen, oder in Fahrzeugen, deren Ladung kontinuierlich zunimmt, wie beispielsweise in Erntemaschinen, vorteilhaft sein, um eine aktuelle Ladungsmenge zu bestimmen.The vehicle axle device according to the invention can in principle be integrated into any vehicle, in particular in trucks or utility vehicles or in trailers for such vehicles. Detection of the axle load during operation can also be advantageous, for example, in vehicles that dispose of grit, or in vehicles whose charge is continuously increasing, such as in harvesters, in order to determine an actual charge quantity.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.Further advantages emerge from the following description of the drawing. In the drawing, an embodiment of the invention is shown. The drawing, the description and the claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art expediently the features also consider individually and summarize to meaningful further combinations.

Es zeigt:

  • 1 eine schematische Darstellung einer Fahrzeugachsenvorrichtung mit einer Lastsensoranordnung zum Bestimmen einer auf eine Achse wirkenden Achslast.
It shows:
  • 1 a schematic representation of a vehicle axle device with a load sensor arrangement for determining an axle load acting on an axle.

1 zeigt schematisch einen Fahrzeugachsenvorrichtung mit einer Achse 10 zum Befestigen eines Rads und mit einer Achskörperanordnung 12 zur Lagerung der Achse 10 in einem Fahrwerk, wobei die Achse 10 und/oder die Achskörperanordnung 12 wenigstens ein lasttragendes Bauteil 14 umfasst, sowie mit einer Lastsensoranordnung 16 zum Bestimmen einer auf die Achse 10 wirkenden Achslast F. 1 schematically shows a vehicle axle device with an axis 10 for securing a wheel and with an axle body assembly 12 for storage of the axle 10 in a landing gear, being the axle 10 and / or the Achskörperanordnung 12 at least one load-bearing component 14 includes, as well as with a load sensor arrangement 16 for determining one on the axis 10 acting axle load F ,

Nach einem Aspekt der Erfindung ist die Lastsensoranordnung 16 mit wenigstens einem ferromagnetischen Teilbereich 18 des lasttragenden Bauteils 14 ausgestattet. Sie umfasst ferner eine Messanordnung 20 zum Messen einer lastbedingten Veränderung einer magnetischen Kenngröße bzw. einer Materialkonstanten des Teilbereichs 18. Durch die Messung der magnetischen Eigenschaften des Teilbereichs 18 wird eine verschleiß- und/oder berührungsfreie Messung der Achslast F erreicht, und gegenüber bekannten Lastsensoranordnungen wird eine Genauigkeit der Achslastmessung deutlich verbessert.In one aspect of the invention, the load sensor assembly is 16 with at least one ferromagnetic portion 18 the load-bearing component 14 fitted. It also comprises a measuring arrangement 20 for measuring a load-dependent change of a magnetic characteristic or a material constant of the partial region 18 , By measuring the magnetic properties of the subarea 18 becomes a wear and / or non-contact measurement of the axle load F achieved, and over known load sensor arrangements, an accuracy of the axle load measurement is significantly improved.

Der ferromagnetische Teilbereich 18 kann ein magnetisierter Teilbereich 18 der Achse 10 oder des Achskörpers 22 sein, der in diesem Ausführungsbeispiel das lasttragende Bauteil 14 ist. Falls die magnetoelastischen Eigenschaften des Materials der Achse 10 oder des Achskörpers 22 nicht hinreichend ausgeprägt sind, kann zur Bildung des ferromagnetischen Teilbereichs 18 ein ferromagnetisches Material mit magnetoelastischen Eigenschaften in eine Ausnehmung in das den Teilbereich 18 umgebende Material eingearbeitet sein. Geeignet ist zum Beispiel Nickel. Die Messanordnung 20 umfasst einen in diesem Ausführungsbeispiel als Hall-Sensor ausgebildeten Magnetfeldsensor 24 zum Messen eines von dem ferromagnetischen Teilbereich 18 erzeugten Magnetfelds.The ferromagnetic part 18 can be a magnetized section 18 the axis 10 or the axle body 22 be, in this embodiment, the load-bearing component 14 is. If the magnetoelastic properties of the material of the axis 10 or the axle body 22 are not sufficiently pronounced, can be used to form the ferromagnetic portion 18 a ferromagnetic material having magnetoelastic properties may be incorporated in a recess in the material surrounding the portion 18. For example, nickel is suitable. The measuring arrangement 20 includes a trained in this embodiment as a Hall sensor magnetic field sensor 24 for measuring one of the ferromagnetic portion 18 generated magnetic field.

In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das zur Achslastmessung ausgewählte lasttragende Bauteil 14 ein Achskörper 22 der Fahrzeugachsenvorrichtung. Der Achskörper 22 dient der Lagerung der über ein hier nicht dargestelltes Differenzialgetriebe angetriebenen Achse 10 bzw. des Achsschafts und wird einer ovalen Deformation unterworfen, wenn eine in 1 durch einen Pfeil dargestellte axiale Kraft als Achslast F auf den Achskörper 22 wirkt. Das von dem ferromagnetischen Teilbereich 18 erzeugte Magnetfeld ist von der vertikalen Kraft abhängig, so dass das von dem Magnetfeldsensor 24 gemessene Feld als Kenngröße für die Achslast F genutzt werden kann. Die Achslast F ergibt sich gemäß einer in einer Speichereinheit gespeicherten, empirisch bestimmten Kennlinie aus dieser magnetischen Kenngröße.In the in 1 illustrated embodiment is selected for Achslastmessung load-bearing component 14 an axle body 22 the vehicle axle device. The axle body 22 serves for the storage of a not shown here via a differential gear driven axle 10 or the axis shaft and is subjected to an oval deformation when a in 1 by an arrow shown axial force as axle load F on the axle body 22 acts. That of the ferromagnetic part 18 generated magnetic field is dependent on the vertical force, so that of the magnetic field sensor 24 measured field as a characteristic for the axle load F can be used. The axle load F results according to an empirically determined characteristic stored in a memory unit from this magnetic characteristic.

Der Magnetfeldsensor 24 und eine Auswerteelektronik der Lastsensoranordnung 16 sind in einem gemeinsamen, als Hitze- und Steinschlagschutz dienenden Gehäuse in unmittelbarem Kontakt zum Achskörper 22 angeordnet. Die Lastsensoranordnung 16 kommuniziert über ein hier nicht dargestelltes CAN-Bus-System mit einer zentralen Steuereinheit des Fahrzeugs. In anderen Ausführungsformen können natürlich auch ein LIN-Bus-System oder andere geeignete Schnittstellen eingesetzt sein. In wiederum alternativen Ausgestaltungen der Erfindung kann die gesamte Auswertung der von dem Magnetfeldsensor 24 erfassten Rohsignale in einer zentralen Steuereinheit des Kraftfahrzeugs erfolgen, die auch die Signale von mehreren, jeweils im Bereich eines Rads angeordneten Magnetfeldsensoren abgreifen kann.The magnetic field sensor 24 and an evaluation of the load sensor arrangement 16 are in a common, serving as heat and stone guard housing in direct contact with the axle 22 arranged. The load sensor arrangement 16 communicates via a CAN bus system, not shown here, with a central control unit of the vehicle. Of course, in other embodiments, a LIN bus system or other suitable interfaces may also be employed. In still alternative embodiments of the invention, the entire evaluation of the magnetic field sensor 24 detected raw signals in a central control unit of the motor vehicle carried out, which can also pick up the signals of several, each arranged in the region of a wheel magnetic field sensors.

Wenn das die Fahrzeugachsenvorrichtung umfassende Fahrzeug bremst, verbiegt sich die Achse 10 in Fahrtrichtung, während sich die Achse 10 gegen die Fahrtrichtung verbiegt, wenn das Fahrzeug beschleunigt. Diese Deformationen der Achse 10 führen zu elastischen Deformationen des ferromagnetischen Teilbereichs 18 und damit zu Änderungen der von der Messanordnung 20 erfassten Kenngröße für das Magnetfeld. Diese Änderungen des Magnetfelds sind von der zu messenden, statischen Achslast F bei stehendem oder sich mit konstanter Geschwindigkeit bewegenden Fahrzeug unabhängig und verfälschen daher das Messergebnis.When the vehicle comprising the vehicle axle device brakes, the axle bends 10 in the direction of travel, while the axis 10 Bends against the direction of travel when the vehicle accelerates. These deformations of the axis 10 lead to elastic deformations of the ferromagnetic portion 18 and thus to changes in the measurement arrangement 20 recorded characteristic for the magnetic field. These changes in the magnetic field are of the static axle load to be measured F when stationary or moving at a constant speed vehicle independent and therefore distort the measurement result.

Um diesen Effekt zu kompensieren, ist die Messanordnung 20 mit einem Beschleunigungssensor 26 ausgestattet. Die Auswertelektronik der Lastsensoranordnung 16 ist durch eine geeignete Software dazu ausgelegt, die Achslast F abhängig von einem Sensorsignal des Beschleunigungssensors 26 zu bestimmen.To compensate for this effect is the measuring arrangement 20 with an accelerometer 26 fitted. The evaluation electronics of the load sensor arrangement 16 is designed by suitable software, the axle load F depending on a sensor signal of the acceleration sensor 26 to determine.

Die Software der Lastsensoranordnung 16 nimmt Bezug auf eine vorgegebene, in einer Speichereinheit gespeicherte Maximalbeschleunigung und bestimmt die Achslast F während des Betriebs des Fahrzeugs fortlaufend, jedoch nur dann, wenn ein Sensorsignal des Beschleunigungssensors 26 einer Beschleunigung entspricht, die geringer als die gespeicherte Maximalbeschleunigung ist. Dadurch können Messfehler durch zu große Beschleunigungen vermieden werden. Wenn die gemessene Beschleunigung geringer als die Maximalbeschleunigung ist, wird die gemessene Achslast einer Korrekturfunktion unterworfen, die parametrisch von der gemessenen Beschleunigung abhängt.The software of the load sensor arrangement 16 refers to a given maximum acceleration stored in a memory unit and determines the axle load F during operation of the vehicle continuously, but only if a sensor signal of the acceleration sensor 26 corresponds to an acceleration that is less than the stored maximum acceleration. As a result, measurement errors due to excessive acceleration can be avoided. If the measured acceleration is less than the maximum acceleration, the measured axle load is subjected to a correction function that depends parametrically on the measured acceleration.

In einem alternativen Ausführungsbeispiel ist die Messanordnung 20 durch eine geeignete Software dazu ausgelegt, eine Beschleunigung aus einem Verlauf einer Drehzahl oder einer Geschwindigkeit zu bestimmen, indem sie eine zeitliche Ableitung bildet und ggf. Übersetzungsverhältnisse in einer multiplikativen Konstanten berücksichtigt. Wenn die Beschleunigung von einer zentralen Steuereinheit des Fahrzeugs, beispielsweise von einer Tempomat- oder Tachometerfunktion, ohnehin bestimmt und über das CAN-Bus-System verfügbar gemacht wird, kann die Messanordnung 20 diesen Beschleunigungswert für eine Längsbeschleunigung nutzen. In an alternative embodiment, the measuring arrangement is 20 by suitable software designed to determine an acceleration from a course of a speed or a speed by forming a time derivative and, if necessary, taking into account gear ratios in a multiplicative constant. If the acceleration of a central control unit of the vehicle, such as a cruise control or tachometer function, anyway determined and made available via the CAN bus system, the measuring arrangement 20 use this acceleration value for longitudinal acceleration.

Ferner ist die Messanordnung 20 durch ihre über den CAN-Bus verfügbare Kommunikationsverbindung mit einem Antiblockiersystem des Fahrzeugs dazu in der Lage, ein Blockieren eines Rads aus einer entsprechenden Kenngröße des Antiblockiersystems zu erfassen und bei der Bestimmung der Beschleunigung zu berücksichtigen. Insbesondere dann, wenn die Beschleunigung durch Differenzieren der Drehzahl oder der Geschwindigkeit bestimmt wird, kann ein Blockieren oder Durchdrehen des Rads zu einem fehlerhaften Wert für die Beschleunigung führen, was letztlich zu einer Überkompensation des Einflusses der Beschleunigung auf den Messwert der Achslastmessung führen würde.Furthermore, the measuring arrangement 20 by its communication link available via the CAN bus with an anti-lock braking system of the vehicle capable of detecting a lock of a wheel from a corresponding characteristic of the anti-lock braking system and taking into account in the determination of the acceleration. In particular, if the acceleration is determined by differentiating the speed or the speed, blocking or spinning the wheel can lead to an erroneous value for the acceleration, which would ultimately lead to overcompensation of the influence of the acceleration on the measured value of the axle load measurement.

Der Beschleunigungswert kann abhängig von einem erfassten Schlupf korrigiert werden, oder die Achslastbestimmung kann ausgesetzt werden, wenn der Schlupf größer als ein kritischer Schwellenwert ist.The acceleration value may be corrected depending on a detected slip, or the axle load determination may be suspended if the slip is greater than a critical threshold.

Ferner umfasst die Messanordnung 20 einen Neigungssensor 28 zum Bestimmen einer Neigung der Achse 10. Da die Achslast F im Bereich eines Rads gemessen wird und eine Verteilung einer Gesamtlast auf die verschiedenen Räder und Achsen des Fahrzeugs unbekannt ist, kann eine Neigung der Achse 10 bzw. eine Schiefstellung des gesamten Fahrzeugs zu einer veränderten Lastverteilung auf die verschiedenen Räder des Fahrzeugs führen.Furthermore, the measuring arrangement comprises 20 a tilt sensor 28 for determining an inclination of the axis 10 , Because the axle load F is measured in the area of a wheel and a distribution of a total load on the different wheels and axles of the vehicle is unknown, can be a tilt of the axle 10 or a misalignment of the entire vehicle lead to an altered load distribution on the various wheels of the vehicle.

Sofern die Messanordnung 20 nur die Last auf einer Achse 10 von mehreren Achsen des Fahrzeugs bestimmt, muss bei der extrapolativen Bestimmung der Achslasten der übrigen Achsen aus der einen, gemessenen Achslast F eine Schrägstellung des Fahrzeugs berücksichtigt werden. Die Lastsensoranordnung 16 ist daher in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine in der Software implementierte Schrägstellungs-Kompensationsfunktion dazu ausgelegt, die Achslast F abhängig von einem Sensorsignal des Neigungssensors 28 zu bestimmen und eine durch die Schrägstellung des Fahrzeugs beeinflusste Lastverteilung auf die verschiedenen Räder zu berücksichtigen.If the measuring arrangement 20 only the load on an axis 10 determined by several axles of the vehicle, must in the case of the extrapolative determination of the axle loads of the remaining axles from the one, measured axle load F an inclination of the vehicle are taken into account. The load sensor arrangement 16 is therefore in the in 1 illustrated embodiment by an implemented in the software skew compensation function designed to the axle load F depending on a sensor signal of the inclination sensor 28 and to take into account a load distribution on the various wheels influenced by the inclination of the vehicle.

Der Neigungssensor 28 in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein dreiachsiger Neigungssensor 28, der dazu ausgelegt ist, eine Neigung des Fahrwerks in zwei oder drei unabhängigen Neigungsrichtungen bzw. Freiheitsgraden des Fahrwerks zu bestimmen. Die Neigungsrichtungen umfassen eine Drehung um eine Fahrzeuglängsachse und eine Fahrzeugquerachse. Ferner kann ein Winkel zwischen einem Fahrzeugboden und der Richtung der Achse 10 berücksichtigt werden, der zu unterschiedlichen Lasten der Federung des Fahrwerks an den unterschiedlichen Rädern führt.The tilt sensor 28 in the 1 illustrated embodiment is a three-axis tilt sensor 28 , which is designed to determine a slope of the landing gear in two or three independent inclination directions or degrees of freedom of the chassis. The tilt directions include rotation about a vehicle longitudinal axis and a vehicle transverse axis. Further, an angle between a vehicle floor and the direction of the axis 10 be taken into account, which leads to different loads of the suspension of the suspension at the different wheels.

Die in 1 dargestellte Fahrzeugachsvorrichtung ist Teil eines Nutzkraftfahrzeugs und kann an einer oder mehreren Achsen 10 jeweils an einem oder mehreren Rädern bereitgestellt werden. Prinzipiell kann die Achse 10 eine angetriebene Achse oder auch eine nicht angetriebene Achse sein. Zusätzlich können erfindungsgemäße Fahrzeugachsvorrichtungen in Achsen von Anhängern vorgesehen sein, und zwar auch dann, wenn die Räder einzeln aufgehängt sind. Ferner könnten der ferromagnetische Teilbereich und/oder die Laststensoranordnung an einem rotierenden Teil der Achse befestigt sein und mit der Achse rotieren. Falls der Magnetfeldsensor in diesem Fall mitrotiert, kann die Amplitude von Schwankungen des Magnetfelds mit der Rotatiosfrequenz der Achse als Kenngröße für die Achslast herangezogen werden.In the 1 shown vehicle axle device is part of a commercial vehicle and may be on one or more axes 10 each provided on one or more wheels. In principle, the axis 10 be a driven axle or a non-driven axle. In addition, vehicle axle devices according to the invention can be provided in axles of trailers, even if the wheels are suspended individually. Further, the ferromagnetic portion and / or the Laststensoranordnung could be attached to a rotating part of the axis and rotate with the axis. If the magnetic field sensor co-rotates in this case, the amplitude of fluctuations of the magnetic field with the rotational frequency of the axis can be used as a parameter for the axle load.

Die oben beschriebene Fahrzeugachsvorrichtung implementiert ein Verfahren zum Bestimmen einer Achslast F eines Fahrzeugs mit einer Achse 10 zum Befestigen eines Rads und mit einer Achskörperanordnung 12 zur Lagerung der Achse 10 in einem Fahrwerk, wobei die Achse 10 und/oder die Achskörperanordnung 12 wenigstens ein lasttragendes Bauteil 14 umfasst.The vehicle axle device described above implements a method for determining an axle load F a vehicle with an axle 10 for securing a wheel and with an axle body assembly 12 for storage of the axle 10 in a landing gear, being the axle 10 and / or the Achskörperanordnung 12 at least one load-bearing component 14 includes.

Die Achslast F wird durch das Messen einer lastbedingten Veränderung wenigstens einer magnetischen Kenngröße eines ferromagnetischen Teilbereichs 18 des lasttragenden Bauteils 14 bestimmt. Neben der Messung der lastabhängigen Magnetisierung kann das Verfahren bzw. die Fahrzeugachsvorrichtung auch eine magnetische Suszeptibilität oder Permeabilität des ferromagnetischen Teilbereichs 18 nutzen.The axle load F is measured by measuring a load-induced change of at least one magnetic characteristic of a ferromagnetic portion 18 the load-bearing component 14 certainly. In addition to the measurement of the load-dependent magnetization, the method or the vehicle axle device can also use a magnetic susceptibility or permeability of the ferromagnetic portion 18.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Achseaxis
1212
AchskörperanordnungAchskörperanordnung
1414
Bauteilcomponent
1616
LastsensoranordnungLoad sensor arrangement
1818
Teilbereichsubregion
2020
Messanordnungmeasuring arrangement
2222
Achskörperaxle body
2424
Magnetfeldsensormagnetic field sensor
2626
Beschleunigungssensoraccelerometer
2828
Neigungssensortilt sensor
FF
Achslastaxle load

Claims (10)

Fahrzeugachsenvorrichtung mit wenigstens einer Achse (10) zum Befestigen eines Rads und mit einer Achskörperanordnung (12) zur Lagerung der Achse (10) in einem Fahrwerk, wobei die Achse (10) und/oder die Achskörperanordnung (12) wenigstens ein lasttragendes Bauteil (14) umfasst, sowie mit einer Lastsensoranordnung (16) zum Bestimmen einer auf die Achse (10) wirkenden Achslast (F), wobei die Lastsensoranordnung (16) wenigstens einen permanentmagnetischen Teilbereich (18) des lasttragenden Bauteils (14) und eine Messanordnung (20) zum Messen einer lastbedingten Veränderung wenigstens einer Magnetisierung und/oder Magnetisierbarkeit des Teilbereichs (18) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Messanordnung (20) wenigstens einen Beschleunigungssensor (26) umfasst, und dass die Lastsensoranordnung (16) dazu ausgelegt ist, die Achslast (F) abhängig von einem Sensorsignal des Beschleunigungssensors (26) zu bestimmen.Vehicle axle device having at least one axle (10) for fastening a wheel and having an axle body arrangement (12) for mounting the axle (10) in a chassis, wherein the axle (10) and / or the axle body arrangement (12) has at least one load-bearing component (14 ), and with a load sensor arrangement (16) for determining an axle load (F) acting on the axle (10), the load sensor arrangement (16) comprising at least one permanent-magnetic portion (18) of the load-bearing component (14) and a measuring arrangement (20). for measuring a load-dependent change of at least one magnetization and / or magnetizability of the partial area (18), characterized in that the measuring arrangement (20) comprises at least one acceleration sensor (26) and that the load sensor arrangement (16) is designed to reduce the axle load ( F) depending on a sensor signal of the acceleration sensor (26) to determine. Fahrzeugachsenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der ferromagnetische Teilbereich (18) magnetisiert ist und die Messanordnung (20) einen Magnetfeldsensor (24) zum Messen eines von dem Teilbereich (18) erzeugten Magnetfelds umfasst.Vehicle axle device according to Claim 1 , characterized in that the ferromagnetic portion (18) is magnetized and the measuring arrangement (20) comprises a magnetic field sensor (24) for measuring a magnetic field generated by the portion (18). Fahrzeugachsenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das lasttragende Bauteil (14) ein Achskörper (22) der Fahrzeugachsenvorrichtung ist.Vehicle axle device according to one of the preceding claims, characterized in that the load-bearing component (14) is an axle body (22) of the vehicle axle device. Fahrzeugachsenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das lasttragende Bauteil (14) eine Ausnehmung aufweist, in welche zur Bildung des Teilbereichs (18) ein permanentmagnetisches Material mit magnetoelastischen Eigenschaften eingearbeitet ist.Vehicle axle device according to one of the preceding claims, characterized in that the load-bearing component (14) has a recess into which a permanent magnetic material with magnetoelastic properties is incorporated for forming the partial region (18). Fahrzeugachsenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lastsensoranordnung (16) dazu ausgelegt ist, die Achslast (F) nur dann zu bestimmen, wenn ein Sensorsignal des Beschleunigungssensors (26) einer Beschleunigung entspricht, die geringer als eine Maximalbeschleunigung ist.Vehicle axle device according to one of the preceding claims, characterized in that the load sensor arrangement (16) is designed to determine the axle load (F) only if a sensor signal of the acceleration sensor (26) corresponds to an acceleration which is less than a maximum acceleration. Fahrzeugachsenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messanordnung (20) dazu ausgelegt ist, eine Beschleunigung aus einem Verlauf einer Drehzahl zu bestimmen.Vehicle axle device according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring arrangement (20) is adapted to determine an acceleration from a course of a rotational speed. Fahrzeugachsenvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Messanordnung (20) dazu ausgelegt ist, ein Blockieren eines Rads zu erfassen und bei der Bestimmung der Beschleunigung zu berücksichtigen.Vehicle axle device according to Claim 6 , characterized in that the measuring arrangement (20) is adapted to detect a blocking of a wheel and to take into account in the determination of the acceleration. Fahrzeugachsenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messanordnung (20) wenigstens einen Neigungssensor (28) zum Bestimmen einer Neigung der Achse (10) umfasst und dass die Lastsensoranordnung (16) dazu ausgelegt ist, die Achslast (F) abhängig von einem Sensorsignal des Neigungssensors (28) zu bestimmen.Vehicle axle device according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring arrangement (20) comprises at least one inclination sensor (28) for determining an inclination of the axle (10) and that the load sensor arrangement (16) is adapted to the axle load (F) depending on to determine a sensor signal of the tilt sensor (28). Fahrzeugachsenvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungssensor (28) dazu ausgelegt ist, eine Neigung des Fahrwerks in drei unabhängigen Neigungsrichtungen zu bestimmen.Vehicle axle device according to Claim 8 characterized in that the tilt sensor (28) is adapted to determine a tilt of the landing gear in three independent tilt directions. Fahrzeug, insbesondere Lastkraftwagen, mit einer Fahrzeugachsenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Vehicle, in particular lorry, with a vehicle axle device according to one of the preceding claims.
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