DE102012101705B4 - Schwerpunktermittlung - Google Patents

Schwerpunktermittlung Download PDF

Info

Publication number
DE102012101705B4
DE102012101705B4 DE102012101705.0A DE102012101705A DE102012101705B4 DE 102012101705 B4 DE102012101705 B4 DE 102012101705B4 DE 102012101705 A DE102012101705 A DE 102012101705A DE 102012101705 B4 DE102012101705 B4 DE 102012101705B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
vehicle
measurement
gravity
forces
measurements
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE102012101705.0A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102012101705A1 (de
Inventor
Steffen Greiser
Jens Wolfram
Joachim Götz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Original Assignee
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV filed Critical Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority to DE102012101705.0A priority Critical patent/DE102012101705B4/de
Publication of DE102012101705A1 publication Critical patent/DE102012101705A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102012101705B4 publication Critical patent/DE102012101705B4/de
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M1/00Testing static or dynamic balance of machines or structures
    • G01M1/12Static balancing; Determining position of centre of gravity
    • G01M1/122Determining position of centre of gravity
    • G01M1/125Determining position of centre of gravity of aircraft

Abstract

Verfahren zum Ermitteln eines tatsächlichen Schwerpunktes (CG) eines Fahrzeuges (1) mit den Schritten: a) Durchführen von Messungen, bei denen jeweils Auflagekräfte (A[1] bis A[4]) an mindestens drei Messpositionen (P1 bis P4), an denen das Fahrzeug (1) mit einer Auflagefläche (2) Kontakt hat, für eine Mehrzahl von unterschiedlichen Lagen (Φ, Θ) des Fahrzeuges (1) durch ein Sensorsystem (S1 bis S4) bestimmt werden, b) Hinterlegen der Auflagekräfte (A[1] bis A[4]) der einzelnen Messungen und der jeweiligen Lage des Fahrzeuges (1), für welche die Messung der Auflagekräfte durchgeführt wurde, in einem Datenspeicher (11), und c) Berechnen des tatsächlichen Schwerpunktes (CG) des Fahrzeuges (1) in Abhängigkeit von den hinterlegten Auflagekräften der einzelnen Messungen und der jeweiligen Lage des Fahrzeuges (1), für welche die Messung der Auflagekräfte durchgeführt wurde, durch eine Recheneinheit (13), dadurch gekennzeichnet, dass vor der Durchführung der Messung die Ebene der Auflagefläche (2) einer Transportvorrichtung mittels einer durch eine Steuereinheit ansteuerbaren Aktuatorik (4) derart eingestellt wird, dass die Ebene der Auflagefläche (2) der Lage des Fahrzeuges für welche die Messung durchgeführt werden soll, entspricht.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln eines tatsächlichen Schwerpunkts eines Fahrzeugs, insbesondere eines Flugobjektes bzw. Flugzeuges.
  • Der tatsächliche Schwerpunkt eines Flugobjektes, wie beispielsweise eines Flugzeuges oder eines Helikopters, hängt von einer Vielzahl von flug-, betriebs- und missionsabhängigen Parametern ab. Solche Parameter können beispielsweise die Art der zu transportierenden Lasten, die Verteilung der Lasten im Flugobjekt, der Beladungszustand, die Anzahl der Passagiere oder die Menge des mitgeführten Treibstoffes sein, um nur beispielhaft ein paar Einflussfaktoren aufzuzählen. Selbst während eines Fluges kann sich der tatsächliche Schwerpunkt des Flugobjektes deutlich von der theoretisch angenommenen Schwerpunktlage verschieben, beispielsweise deshalb, weil sich durch den Verbrauch des Treibstoffs die an Bord befindliche Treibstoffmenge ändert, was sich direkt auf die Lage des tatsächlichen Schwerpunktes auswirken kann.
  • Die Lage des tatsächlichen Schwerpunktes ist für den Piloten, insbesondere bei Hochleistungsfluggeräten wie beispielsweise Kampfflugzeugen oder Hubschraubern, deshalb von großem Interesse, weil durch eine Veränderung der Schwerpunktlage sich das Flugverhalten verändern kann, was von dem Piloten berücksichtigt werden muss.
  • Erfolgt zumindest ein Teil der Steuerungsaufgabe des Fluggerätes automatisiert, so kann eine Abweichung des tatsächlichen Schwerpunktes von dem theoretisch angenommenen Schwerpunkt zu fehlerhaften Eingaben in die Steuerungsautomatik führen, was im schlimmsten Fall zu einem Absturz des Flugobjektes führen kann. Insbesondere vor dem Abflug des Flugobjektes ist es daher besonders vorteilhaft, wenn eine Information über die tatsächliche Schwerpunktlage ermittelbar ist, so dass eine Kalibrierung der Sensoren bereits vor Abflug des Flugobjektes durchgeführt werden kann. Diese Kalibrierung hat zum Ziel, Ortsvektoren von einem Punkt P zum tatsächlich ermittelten Schwerpunkt zu ermitteln, die dann genutzt werden können, um die gemessenen Beschleunigungen durch im Punkt P verbauten Beschleunigungssensoren derart zu korrigieren, dass eine möglichst genaue Messung der Beschleunigung und Geschwindigkeiten im Schwerpunkt des Fluggerätes vorliegen. Gerade bei großen und intensiven Roll- und Nickbewegungen des Flugobjektes ist bei einer sogenannten Schwerpunktablage zu beobachten, dass die gemessenen Beschleunigungswerte von den tatsächlichen Beschleunigungswerten erheblich abweichen.
  • So kann eine Schwerpunktablage bei einer sprungförmigen Rolleingabe am Flugobjekt beispielsweise dazu führen, dass die gemessenen Beschleunigungen ein umgedrehtes Vorzeichen haben, was bei einer Messung im tatsächlichen Schwerpunkt nicht zu erwarten wäre. Dies kann bei der Verwendung dieser Beschleunigung als Eingangsgröße in digitalen Instrumenten oder Regelungen zu Fehlern führen, die im Flugbetrieb störend oder sogar kritisch sein könnten. So führt beispielsweise die Verwendung derartiger fehlerhafter Beschleunigungsdaten als Eingangsgröße in einer digitalen Kugellibelle dazu, dass eine falsch gerichtete Anzeige dargestellt wird, was zu Irritationen des Piloten führen kann. Wenn solche fehlerhaften Beschleunigungsdaten als Eingabe für die Regelung des Flugobjektes verwendet, so können diese aufgrund der Schwerpunktablage entstehenden Fehler dazu führen, dass die Stellgrößen des Fluggerätes versuchen, diesen Beschleunigungseindruck zu minimieren oder gar umzudrehen, was in ruckartigem oder instabilem Flugverhalten resultieren kann.
  • Aus der US 6,275,769 B1 ist ein tragbarer Computer mit einem Display zur Ermittlung der Schwerpunktlage bekannt, bei dem über das Display eine Art Skizze des Flugzeuginnenraumes dargestellt wird. Über verschiedene Bereiche lassen sich dann der Beladungszustand und andere schwerpunktbeeinflussende Betriebsparameter für verschiedene Flugzeugbereiche einstellen, aus denen sich dann nahrungsweise die Schwerpunktlage abschätzen lässt. Der Nachteil hierbei ist insbesondere darin zu sehen, dass die Genauigkeit des Ergebnisses direkt von der Qualität der Eingangsgrößen abhängt, wodurch Eingabefehler schnell zu einem fehlerhaften Endergebnis führen können.
  • Aus der US 7,484,424 B2 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen eines charakteristischen Wertes für die Position des Schwerpunktes eines Flugzeuges bekannt, das auf dem Boden mittels eines Fahrwerkes abgestützt ist. Die dabei an dem Fahrwerk auftretenden Belastungen werden gemessen, beispielsweise magnetische oder elektrische Parameter von Strukturelementen des Fahrwerkes, wobei sich aus einer Korrelation dieser Werte dann der charakteristische Wert des Schwerpunktes ableiten lässt.
  • Aus der DE 37 11 239 C2 ist eine Einrichtung zur Sicherung von verfahrbaren Ladegeräten offenbart, wobei der Schwerpunkt anhand von Kraftmessung an entsprechenden Messpunkten berechnet werden soll.
  • Die DE 27 46 346 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Ermittlung des Schwerpunktes von Arbeitsmaschinen, wobei mit einer Kraftmessung ein Verhältnis berechnet und anschließend ein Ausgleich einzustellen versucht wird.
  • Die DE 10 2010 015 571 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum ermitteln des Masseschwerpunktes bei Schienenfahrzeugen, wobei das Schienenfahrzeug eine entsprechende Messstrecke abfahren soll, wobei die Messstrecke dabei Schienen aufweist, die unterschiedliche Höhenniveaus haben können.
  • Die EP 2 450 677 A1 offenbart eine Wägeinrichtung zur Massebestimmung eines Helikopters, wobei mit Hilfe einer Messung der Schwerpunkt des Helikopters ermittelbar ist.
  • Eine ähnliche Vorrichtung ist auch aus der US 2010/0063718 A1 bekannt, bei der ebenfalls die Belastungen an dem Fahrwerk eines auf dem Boden stehenden Flugzeuges ermittelt werden. Aus diesen Daten lässt sich dann beispielsweise das Gesamtgewicht sowie eine Verschiebung des Schwerpunktes in der Fahrzeuglängsrichtung berechnen.
  • Mit Hilfe derartiger Verfahren kann die tatsächliche Schwerpunktlage allerdings nur grob abgeschätzt werden, was insbesondere bei der Verwendung von Beschleunigungssensoren im Schwerpunkt für eine automatische Regelung insbesondere agiler Flugobjekte zu ungenau ist. Darüber hinaus lässt sich der vertikale Schwerpunkt aus diesen Verfahren nicht hinreichend genau berechnen, der jedoch für automatische Regelungssysteme notwendig ist.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit der die Berechnung des Schwerpunktes eines Fahrzeuges sehr genau ermittelt werden kann, so dass sich die ermittelte Schwerpunktlage des Fahrzeuges insbesondere für automatische Regelungssysteme eignet.
  • Die Aufgabe wird mit dem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß gelöst durch die Schritte:
    • a) Durchführen von Messungen, bei denen jeweils Auflagekräfte an mindestens drei Messpositionen, an denen das Fahrzeug mit einer Auflagefläche Kontakt hat, für eine Mehrzahl von unterschiedlichen Lagen des Fahrzeuges durch ein Sensorsystem bestimmt werden,
    • b) Hinterlegen der Auflagekräfte der einzelnen Messungen und der jeweiligen Lage des Fahrzeuges, für welche die Messung der Auflagekräfte durchgeführt wurde, in einem Datenspeicher, und
    • c) Berechnen des tatsächlichen Schwerpunktes des Fahrzeuges in Abhängigkeit von den hinterlegten Auflagekräften der einzelnen Messungen und der jeweiligen Lage des Fahrzeuges, für welche die Messung der Auflagekräfte durchgeführt wurde, durch eine Recheneinheit, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Durchführung der Messung die Ebene der Auflagefläche (2) einer Transportvorrichtung mittels einer durch eine Steuereinheit ansteuerbaren Aktuatorik (4) derart eingestellt wird, dass die Ebene der Auflagefläche (2) der Lage des Fahrzeuges für welche die Messung durchgeführt werden soll, entspricht.
  • Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zum Ermitteln eines tatsächlichen Schwerpunktes eines Fahrzeuges am Boden, wobei an mindestens drei Messpositionen des Fahrzeuges, an den das Fahrzeug mit einer Auflagefläche Bodenkontakt hat, die Auflagekräfte mit Hilfe eines Sensorsystems gemessen werden. Bei jeder Messung werden somit mindestens eine Auflagekraft pro Messposition ermittelt. Die Messungen, bei denen jeweils die Auflagekräfte an den vorbestimmten Messpositionen des Fahrzeuges bestimmt werden, werden darüber hinaus erfindungsgemäß für eine Mehrzahl von unterschiedlichen Lagen des Fahrzeuges bestimmt. Dadurch ergeben sich für verschiedene Lagen des Fahrzeuges die entsprechenden Auflagekräfte an den Messpositionen für die jeweilige Lage, die dann in einem Datenspeicher mit der jeweiligen zugehörigen Lage des Fahrzeuges hinterlegt werden.
  • Aus den so gemessenen Auflagekräften für die jeweiligen Lagen des Fahrzeuges kann dann der tatsächliche Schwerpunkt des Fahrzeuges, insbesondere auch der vertikale Schwerpunkt des Fahrzeuges, berechnet werden, da mindestens eine Lage des Fahrzeuges von der horizontalen Ebene abweicht und somit die Schwerpunktermittlung insbesondere in vertikaler Richtung ermöglicht.
  • Die Lage des Fahrzeuges wird durch ein Aktorsystem eingestellt. Das Aktorsystem besteht aus einem oder mehreren Aktuatoren, die mittels einer Steuereinheit derart angesteuert werden können, dass die Aktoren in Zusammenwirkung mit der Auflagefläche diese so einstellen können, dass hierdurch die Lage des Fahrzeuges verändert bzw. eingestellt werden kann, wenn das Fahrzeug auf der Auflagefläche mit den mindestens drei Messpositionen aufliegt. Die so eingestellte Ebene der Auflagefläche entspricht dann ebenfalls der Lage des Fahrzeuges, für die die Messung durchgeführt werden soll.
  • Die Auflagefläche muss hierbei nicht zwingend so zusammengehörig sein, dass sie eine Art gemeinsame Fläche bildet. Vielmehr kann die Auflagefläche auch durch die Messpositionen, mit der das Fahrzeug Kontakt mit der Auflagefläche hat, separat voneinander ausgebildet sein.
  • Mit der Lage des Fahrzeuges wird hierbei insbesondere die räumliche Anordnung des Fahrzeuges in Bezug zum durch die Schwerkraft definierten Gewichtsvektor verstanden. Die vollständig horizontale Ebene steht dabei senkrecht zu dem durch die Schwerkraft definierten Gewichtsvektor.
  • So kann eine Lage des Fahrzeuges, für die zumindest eine Messung der Auflagekräfte an den mindestens drei Messpositionen durchgeführt wird, der horizontalen Ebene entsprechen bzw. in der horizontalen Ebene liegen, so dass das Fahrzeug in seiner Lage eben ist.
  • Vorteilhaft ist es nunmehr, wenn das Fahrzeug eine Rolllage und/oder eine Nicklage einnimmt, so dass für die Rolllage und/oder die Nicklage jeweils zumindest eine Messung der jeweiligen Auflagekräfte an den Messpositionen durchgeführt werden kann. Die Rolllage meint hierbei eine Lage des Fahrzeuges, bei der das Fahrzeug gegenüber der horizontalen Ebene um seine Längsachse in einem bestimmten Winkel gedreht ist, während die Nicklage eine Lage des Fahrzeuges darstellt, die gegenüber der horizontalen Ebene um die Querachse des Fahrzeuges gedreht ist. Die Lage des Fahrzeuges kann somit immer durch mindestens einen Neigungswinkel gegenüber der horizontalen Lage angegeben werden.
  • So kann die Lage des Fahrzeugs, für die die Messung durchgeführt wird, zum Einen eine reine Rolllage bzw. die reine Nicklage darstellen, während es auch denkbar ist, dass die Lage des Fahrzeuges sowohl aus einem Rollwinkel als auch aus einem Nickwinkel besteht.
  • Um eine möglichst fehlerminimale Berechnung durchführen zu können, ist es ganz besonders vorteilhaft, wenn für mindestens eine Lage des Fahrzeuges mehrere Messungen der Auflagekräfte an den Messpositionen durchgeführt werden, so dass für eine Lage mehr als eine Messung vorliegt. Mit Hilfe von statistischen Verfahren, beispielsweise der Standardabweichung, lassen sich so Messungenauigkeiten verringern.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird das Fahrzeug vor der Durchführung einer Messung auf einer Auflagefläche angeordnet bzw. platziert, deren Ebene der Lage des Fahrzeuges, für welche die Messung durchgeführt werden soll, entspricht. So wird durch die drei Messpositionen, an denen das Fahrzeug auf der Auflagefläche mindestens aufliegt, eine Ebene aufgespannt, die letztendlich der Lage des Fahrzeuges, für die die Messung durchgeführt werden soll, entsprechen muss. Ein Beispiel hierfür sei die Platzierung des Fahrzeuges in Hanglage, wodurch sich eine Rolllage bzw. Nicklage, je nach Ausrichtung des Fahrzeuges am Hang, abbilden lässt.
  • Die Aufgabe wird im Übrigen auch mit einer Vorrichtung der eingangs genannten Art zur Ermittlung eines tatsächlichen Schwerpunktes eines Fahrzeuges, eingerichtet zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens gelöst mit
    • – einem Sensorsystem zur Durchführung von Messungen, das zum Bestimmen von Auflagekräften an mindestens drei Messpositionen, an denen das Fahrzeug mit einer Auflagefläche Kontakt hat, für eine Mehrzahl von unterschiedlichen Lagen des Fahrzeuges eingerichtet ist,
    • – einem Datenspeicher, der zum Hinterlegen der Auflagekräfte der einzelnen Messungen und der jeweiligen Lage des Fahrzeuges, für die die Messung der Auflagekräfte durchgeführt wurde, ausgebildet ist, und
    • – einer Recheneinheit, die zum Berechnen des tatsächlichen Schwerpunktes des Fahrzeuges in Abhängigkeit von den hinterlegten Auflagekräften der einzelnen Messungen und der jeweiligen Lage des Fahrzeuges, für die die Messung der Auflagekräfte durchgeführt wurde, eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit vorgesehen ist, die zum Ansteuern einer Aktuatorik (4) eingerichtet ist, wobei die Aktuatorik mit der Auflagefläche (2) einer Transportvorrichtung derart zusammenwirkt, dass die Ebene der Auflagefläche (2) zum Einstellen der Lage des Fahrzeugs (1) einstellbar ist.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Vorrichtung befinden sich in den entsprechenden Unteransprüchen.
  • So kann das Sensorsystem beispielsweise eine Wägeinrichtung, Kraftmessdosen und/oder Dehnmessstreifen zum Bestimmen der Auflagekräfte sein. Denkbar sind hierbei letztendlich jegliche Formen von Sensoren bzw. Sensorsystemen, die einen Rückschluss auf die wirkenden Kräfte zulassen und somit für die Ermittlung von den Auflagekräften an den Messpositionen geeignet sind.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Figuren beispielhaft erläutert. Es zeigen:
  • 1 – Messprinzip bei Hanglandung;
  • 2 – durchgeführte Mehrfachmessungen;
  • 3 – schematische Darstellung der Schwerpunktbestimmung;
  • 4 – schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Bestimmen des Schwerpunktes.
  • 1 zeigt schematisch das Messprinzip bei Hanglandung eines Flugobjektes 1, was in diesem Ausführungsbeispiel ein Hubschrauber ist. Der Hubschrauber 1 hat über seine Kufen Kontakt mit einer Auflagefläche 2, so dass der Hubschrauber 1 vollständigen Bodenkontakt hat. An den Messpunkten P1, P2, P3 und P4 werden mit Hilfe entsprechender Sensoren, wie beispielsweise Dehnmessstreifen, Kraftdosen oder Waagen, die an diesen Messpositionen P1 bis P4 entstehenden Auflagekräfte aufgrund des Kontaktes des Hubschraubers 1 mit der Auflagefläche 2 gemessen und bestimmt.
  • Im Ausführungsbeispiel der 1 werden an den Kufen des Hubschraubers 1 die Auflagekräfte an insgesamt vier Messpositionen P1 bis P4 bestimmt, wobei zwei Messpositionen P1 und P2 auf der linken Seite und die Messpositionen P3 und P4 auf der rechten Seite des Hubschraubers 1 liegen.
  • Eine solche Hanglandung, wie in 1 gezeigt, führt zu einer Lage des Hubschraubers 1, die als Rolllage bezeichnet werden kann. Hierbei ist der Hubschrauber 1 gegenüber der horizontalen Ebene 3 in Längsrichtung um einen Winkel Φ gedreht, so dass sich eine seitliche Neigung des Hubschraubers 1 gegenüber der horizontalen Ebene 3 in Längsrichtung ergibt.
  • Die 2a bis 2c zeigen den Ablauf bei insgesamt drei verschiedenen Messungen i = 1 ... 3. Bei der ersten Messung i = 1 werden an den Messpositionen P1 bis P4 die entsprechend korrespondierenden Auflagekräfte A1[1] bis A1[4] mit Hilfe von entsprechenden Sensoren gemessen und bestimmt. Bei der Messung i = 1 befindet sich der Hubschrauber 1 auf einer ebenen Fläche 3, die der horizontalen Ebene entspricht, so dass der Hubschrauber 1 eine Lage hat, die in der horizontalen Ebene liegt.
  • In 2b wird nun die zweite Messung i = 2 durchgeführt. Diese Messung i = 2 wird dabei für eine Rolllage des Hubschraubers durchgeführt, bei der ein Rolllagenwinkel Φ zur Neigung des Hubschraubers 1 gegenüber der horizontalen Ebene 3 eingestellt wurde. Die hierbei auftretenden Auflagekräfte A2[1] bis A2[4] werden dann ebenfalls mit dem entsprechenden Sensorsystem und den zugehörigen Sensoren gemessen.
  • Bei der dritten Messung i = 3, dargestellt in 2c, wurde eine Nicklage um einen Nicklagenwinkel θ eingestellt, so dass der Hubschrauber 1 gegenüber der horizontalen Ebene 3 um den Winkel θ nach hinten gekippt ist. Auch hierbei werden die an den Messpositionen P1 bis P4 auftretenden Auflagekräfte A3[1] bis A3[4] durch das Sensorsystem bestimmt. Im Anschluss an die dritte Messung i = 3 liegen nunmehr für jede Messung i = 1 bis 3 jeweils mindestens vier gemessene Auflagekräfte A[1] bis A[4] vor, die dann zusammen mit ihren jeweiligen Lagen des Fahrzeuges, vorzugsweise als Winkel, in einem Datenspeicher hinterlegt werden. Eine solche Datenmatrix kann beispielsweise wie folgt aussehen:
    Messung Φ θ A
    i = 1 Φ1 θ1 A1[1 ... 4]
    ...
    i = M ΦM θM AM[1 ... 4]
  • Hierbei ist M die Anzahl der durchgeführten Messungen (in diesem Beispiel ist M = 3), Φ der Winkel der Rollage, θ der Winkel der Nicklage und A ein N-Tupel aus gemessenen Auflagekräften.
  • Sowohl die Anzahl der Messungen als auch die Anzahl der gemessenen Auflagekräfte kann dabei variieren. Für eine möglichst fehlerminimale Berechnung ist es besonders vorteilhaft, wenn für eine eingestellte Lage mehrere Messungen durchgeführt werden.
  • Die in 2b und 2c gezeigten Messungen wurden mit einer variierten Lage des Hubschraubers 1 durchgeführt, wobei die Auflagefläche 2 mit Hilfe von Aktuatoren 4, die zum Neigen der Auflagefläche 2 mittels einer Steuereinheit (nicht dargestellt) eingerichtet sind, durchgeführt. Die mittels der Aktuatoren 4 eingestellte Neigung der Auflagefläche 2 egal in welche Richtung (Rolllage, Nicklage) entspricht damit der Lage des Hubschraubers 1, für die die Messung durchgeführt werden soll. Der Lagewinkel (Nicklage, Rolllage) kann dann beispielsweise mit Hilfe der Onboard-Sensorik des Hubschraubers 1 ermittelt und in den Datenspeicher, zusammen mit den Messwerten, hinterlegt werden.
  • 3 zeigt beispielhaft die wesentlichen Größen einer Schwerpunktbestimmung mit dem gesuchten tatsächlichen Schwerpunkt CG, den Auflagekräften A[1] bis A[4] der Messpositionen P1 bis P4. Mit Hilfe des d'Alembertschen Prinzips oder dem Prinzip der Lagereaktion oder verwandte Verfahren kann die Schwerpunktlage CG, definiert durch die Bestimmungsgrößen xs, ys, zs in Bezug auf die Messposition P1 (Auflagekraft A[1]) bestimmt werden. Da M Messungen vorliegen und für jede Messung eine Schwerpunktlage bestimmt werden kann, kann einer fehlerminimale Berechnung durchgeführt werden, die dann die Schwerpunktlage des Hubschraubers 1 liefert.
  • Mit den für das Ausführungsbeispiel der 2a bis 2c durchgeführten Messungen kann folgendes hergeleitet werden (k – Index zur Markierung der k-ten Messung):
    Figure DE102012101705B4_0002
  • Für M Messungen folgt demnach:
    Figure DE102012101705B4_0003
  • Gleiches gilt für reine Nickwinkeländerungen, in Kurzform folgt:
    Figure DE102012101705B4_0004
  • Durch die Fehlerquadrat-Minimierung über p folgt:
    Figure DE102012101705B4_0005
  • Das Ergebnis stellt somit die fehlerminimale Berechnung des Schwerpunktes CG, definiert durch die Bestimmungsgröße xs, ys und zs in allen drei Raumachsen dar.
  • 4 zeigt schematisch eine Vorrichtung 10 zur Bestimmung des tatsächlichen Schwerpunktes eines Fahrzeuges, wie beispielsweise ein Flugobjekt oder Hubschrauber, nach dem vorstehend genannten Verfahren. Mit Hilfe von Sensoren S1 bis S4 können die benötigten Auflagekräfte A[1] bis A[4] der Messpositionen P1 bis P4 bei Kontakt mit der Auflagefläche bestimmt werden. Die gemessenen Auflagekräfte werden dann in einem Datenspeicher 11 hinterlegt.
  • Mit Hilfe der Onboard-Sensorik 12 des zu untersuchenden Fahrzeuges wird bei jeder durchgeführten Messung die Lage des Fahrzeuges ermittelt und ebenfalls in den Datenspeicher eingeschrieben. In dem Datenspeicher 11 werden somit bei jeder Messung die bestimmten Auflagekräfte A[1] bis A[4] und die bei dieser Messung eingestellte Lage des Fahrzeuges zusammen hinterlegt.
  • Eine Recheneinheit 13 greift nun auf die in dem Datenspeicher 11 hinterlegten Daten zurück und bestimmt aus den gemessenen Auflagekräften sowie den dazugehörigen Lagen des Fahrzeuges unter Anwendung einer fehlerminimalen Berechnung den Schwerpunkt des Fahrzeuges.
  • Die am Boden durchgeführten Messungen können z. B. an einem schrägen Hang, auf verschieden hohen Wagen oder mit Hilfe einer Transportvorrichtung erfolgen. Bei einer Hanglandung kann die Lage des Fahrzeuges beispielsweise durch unterschiedliche Ausrichtungen gegenüber dem Hang erreicht werden. Durch die Variation der verschiedenen Lagen des Fahrzeuges werden unterschiedliche große Auflagekräfte an den Messpositionen ermittelt, so dass sich zusammen mit dem beispielsweise Lagewinkel eine Schwerpunktberechnung, insbesondere auch in vertikaler Richtung durchführen lässt. Bei einer Transportvorrichtung, wie beispielsweise einem Helilifter oder Heliclip können zur Messung der Auflagekräfte Kraftmessdosen oder Dünnschichtsensorik (basierend auf piezoelektrischen Effekten) genutzt werden. Zur Veränderung der Lage kann hierbei das vorhandene Verstellsystem (oftmals die vorhandene Hydraulik als Aktuatorik) genutzt werden, um so den Rollwinkel und Nickwinkel zu verstellen und somit eine Rolllage und Nicklage des Fahrzeugs für die Messung einzustellen.

Claims (7)

  1. Verfahren zum Ermitteln eines tatsächlichen Schwerpunktes (CG) eines Fahrzeuges (1) mit den Schritten: a) Durchführen von Messungen, bei denen jeweils Auflagekräfte (A[1] bis A[4]) an mindestens drei Messpositionen (P1 bis P4), an denen das Fahrzeug (1) mit einer Auflagefläche (2) Kontakt hat, für eine Mehrzahl von unterschiedlichen Lagen (Φ, Θ) des Fahrzeuges (1) durch ein Sensorsystem (S1 bis S4) bestimmt werden, b) Hinterlegen der Auflagekräfte (A[1] bis A[4]) der einzelnen Messungen und der jeweiligen Lage des Fahrzeuges (1), für welche die Messung der Auflagekräfte durchgeführt wurde, in einem Datenspeicher (11), und c) Berechnen des tatsächlichen Schwerpunktes (CG) des Fahrzeuges (1) in Abhängigkeit von den hinterlegten Auflagekräften der einzelnen Messungen und der jeweiligen Lage des Fahrzeuges (1), für welche die Messung der Auflagekräfte durchgeführt wurde, durch eine Recheneinheit (13), dadurch gekennzeichnet, dass vor der Durchführung der Messung die Ebene der Auflagefläche (2) einer Transportvorrichtung mittels einer durch eine Steuereinheit ansteuerbaren Aktuatorik (4) derart eingestellt wird, dass die Ebene der Auflagefläche (2) der Lage des Fahrzeuges für welche die Messung durchgeführt werden soll, entspricht.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Lagen des Fahrzeugs (1) in der horizontalen Ebene (3) liegt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Lagen eine in Bezug auf die horizontale Ebene (3) geneigte Rolllage (Φ) und/oder mindestens eine der Lagen eine in Bezug auf die horizontale Ebene (3) geneigte Nicklage (θ) ist.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für mindestens eine Lage des Fahrzeuges (1) mehrere Messungen durchgeführt werden.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (1) vor der Durchführung einer Messung für die jeweilige Lage auf einer Auflagefläche (2) angeordnet wird, deren Ebene der Lage des Fahrzeugs, für welches die Messung durchgeführt werden soll, entspricht.
  6. Vorrichtung (10) zur Ermittlung eines tatsächlichen Schwerpunktes eines Fahrzeuges, eingerichtet zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit – einem Sensorsystem (S1 bis S4) zur Durchführung von Messungen, das zur Bestimmung von Auflagekräften an mindestens drei Messpositionen, an denen das Fahrzeug mit einer Auflagefläche (2) Kontakt hat, für eine Mehrzahl von unterschiedlichen Lagen des Fahrzeuges eingerichtet ist, – einem Datenspeicher (11), der zum Hinterlegen der Auflagekräfte der einzelnen Messungen und der jeweiligen Lage des Fahrzeugs, für die die Messung der Auflagekräfte durchgeführt wurde, ausgebildet ist, und – einer Recheneinheit (13), die zum Berechnen des tatsächlichen Schwerpunktes des Fahrzeugs in Abhängigkeit von den hinterlegten Auflagekräften der einzelnen Messungen und der jeweiligen Lage des Fahrzeuges, für die die Messungen der Auflagekräfte durchgeführt wurde, eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit vorgesehen ist, die zum Ansteuern einer Aktuatorik (4) eingerichtet ist, wobei die Aktuatorik mit der Auflagefläche (2) einer Transportvorrichtung derart zusammenwirkt, dass die Ebene der Auflagefläche (2) zum Einstellen der Lage des Fahrzeugs (1) einstellbar ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorsystem eine Wägeinrichtung, Kraftmessdosen und/oder Dehnmessstreifen zur Bestimmung der Auflagekräfte aufweist.
DE102012101705.0A 2012-03-26 2012-03-26 Schwerpunktermittlung Expired - Fee Related DE102012101705B4 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012101705.0A DE102012101705B4 (de) 2012-03-26 2012-03-26 Schwerpunktermittlung

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012101705.0A DE102012101705B4 (de) 2012-03-26 2012-03-26 Schwerpunktermittlung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102012101705A1 DE102012101705A1 (de) 2013-09-26
DE102012101705B4 true DE102012101705B4 (de) 2015-11-26

Family

ID=49112040

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102012101705.0A Expired - Fee Related DE102012101705B4 (de) 2012-03-26 2012-03-26 Schwerpunktermittlung

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102012101705B4 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019210219A1 (de) * 2019-07-10 2021-01-14 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren zum Bestimmen von zumindest einem Fahrzeugparameter eines radgetriebenen Fahrzeuges sowie Messsystem

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019099417A1 (en) * 2017-11-14 2019-05-23 Arrivo Corporation Retention and loading and unloading in high speed transportation systems
DE102020134583A1 (de) 2020-12-22 2022-06-23 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Schutz von Hubschraubern gegen Dynamic Rollover
EP4245667A1 (de) * 2022-03-16 2023-09-20 Fundación Tekniker Verfahren, system und computerprogrammprodukt zum erhalten der position der schwerpunktlage eines flugzeugs

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2746346A1 (de) * 1976-10-14 1978-04-20 Przemyslowy Inst Maszyn Rol Vorrichtung zur ermittlung des schwerpunktes und der standsicherheitsgrenzwinkel von arbeitsmaschinen
DE3711239C2 (de) * 1986-04-04 1992-01-02 Voest-Alpine Bergtechnik Ges.M.B.H., Zeltweg, At
DE102010015571A1 (de) * 2010-04-19 2011-10-20 Schenck Process Gmbh System und Verfahren zur Ermittlung des Masseschwerpunktes bei Schienenfahrzeugen
EP2450677A1 (de) * 2010-11-09 2012-05-09 Eurocopter Deutschland GmbH Hubschrauber Wiegesystem und Verfahren zum Betrieb eines solchen Wiegesystems

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6275769B1 (en) 1999-11-01 2001-08-14 Rodney Stephen Willis Weight and balance calculator for aircraft
FR2883967B1 (fr) 2005-04-04 2007-06-29 Messier Bugatti Sa Dispositif et procede de determination du poids et/ou d'une grandeur caracteristique du centrage d'un aeronef
US20100063718A1 (en) 2008-09-10 2010-03-11 Schmidt Willard H Aircraft center of gravity automatic calculating system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2746346A1 (de) * 1976-10-14 1978-04-20 Przemyslowy Inst Maszyn Rol Vorrichtung zur ermittlung des schwerpunktes und der standsicherheitsgrenzwinkel von arbeitsmaschinen
DE3711239C2 (de) * 1986-04-04 1992-01-02 Voest-Alpine Bergtechnik Ges.M.B.H., Zeltweg, At
DE102010015571A1 (de) * 2010-04-19 2011-10-20 Schenck Process Gmbh System und Verfahren zur Ermittlung des Masseschwerpunktes bei Schienenfahrzeugen
EP2450677A1 (de) * 2010-11-09 2012-05-09 Eurocopter Deutschland GmbH Hubschrauber Wiegesystem und Verfahren zum Betrieb eines solchen Wiegesystems

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019210219A1 (de) * 2019-07-10 2021-01-14 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren zum Bestimmen von zumindest einem Fahrzeugparameter eines radgetriebenen Fahrzeuges sowie Messsystem

Also Published As

Publication number Publication date
DE102012101705A1 (de) 2013-09-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112009000488B4 (de) Testsystem mit Strebenanordnung sowie Verfahren
DE112009000493B4 (de) Testsystem sowie Verfahren zum Testen eines Fahrzeugs
CH656714A5 (de) Gewichtsmess- und ausgleichsvorrichtung.
EP2607877B1 (de) Schwerpunktermittlung
DE112014001807B4 (de) Integrierte Gefälle- und Neigungsschätzung unter Verwendung einer Trägheitsmessvorrichtung mit drei Achsen
DE102012101705B4 (de) Schwerpunktermittlung
EP0554779A2 (de) Verfahren zur Prüfung von Kraftfahrzeugbaugruppen, insbesondere von Einzelradaufhängungen
DE102019126745A1 (de) Dämpfersteuerungsverfahren für ein fahrzeug
DE112019002063T5 (de) Ein Radargerät für ein Fahrzeug und Verfahren zur Erkennung von Fehlausrichtung
EP3583012A1 (de) Gleismessfahrzeug und verfahren zur erfassung einer vertikalen gleislage
DE112019002066T5 (de) Ein Radargerät für ein Fahrzeug und Verfahren zur Erkennung von Ausrichtungsfehlern
EP2378263B1 (de) System und Verfahren zur Ermittlung des Masseschwerpunkts bei Schienenfahrzeugen
WO2005063536A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur bestimmung eines fahrzeugzustandes
DE102019129205A1 (de) Landmaschine mit System zur Berechnung eines Geländerelief und Verfahren zum Betreiben einer Landmaschine
DE102019132150A1 (de) Verfahren zum automatischen Kalibrieren eines Umfeldsensors, insbesondere eines Lidar-Sensors, eines Fahrzeugs auf Grundlage von Belegungskarten sowie Recheneinrichtung
DE102014215189A1 (de) Verfahren des erneuten Einbauens eines Gegenstandes, welcher gelagert werden soll
EP0500971B1 (de) Wägeverfahren
EP0168508A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung von Momenten bei aerodynamischen Messungen an Fahrzeugen auf Windkanalwaagen
DE102012112466B4 (de) Vorrichtung zur Kompensation von Aufbaubewegungen
DE102020130510B3 (de) Fahrzeugsimulator
DE102013112563A1 (de) Radeinstellungsvermessungsvorrichtung für ein Fahrzeug und Vermessungssystem und Vermessungsverfahren, welche dieselbe nutzen
DE102014018472B4 (de) Wägevorrichtung und Wägesystem für Fahrzeuganhänger
DE10115490C1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Eichen einer Überfahrwaage
DE102019220064A1 (de) Verfahren zur Kalibrierung mindestens eines Sensors, Recheneinheit
DE112019007497T5 (de) Bodenlast-Schätzvorrichtung, Steuervorrichtung, und Bodenlast-Schätzverfahren

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R082 Change of representative

Representative=s name: GRAMM, LINS & PARTNER PATENT- UND RECHTSANWAEL, DE

R020 Patent grant now final
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee