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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Gewichts einer Ladung eines Fahrzeugs und ein Messsystem.
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Stand der Technik
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Eine Ladung bzw. eine Masse eines Fahrzeugs wird während der Fahrt durch ein elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP) oder unter Verwendung von Sensoren in den Reifen des Fahrzeugs ermittelt, einem Fahrer bzw. Ladetechniker jedoch nicht angezeigt. Würde dem Fahrer bzw. dem Ladetechniker eine Information zu einem aktuellen Fahrzeuggewicht zur Verfügung stehen, könnte eine Überladung des Fahrzeugs leicht vermieden werden.
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Da Fahrwerk und Antriebsstrang eines Fahrzeugs nur für ein bestimmtes Gesamtgewicht ausgelegt sind, dürfen Fahrzeuge nur bis zu ihrem spezifischen Gesamtgewicht beladen werden. Insbesondere bei Beladungsvorgängen von Fahrzeugen mit einem großen Fassungsvermögen, wie bspw. Reisemobilen oder Lastkraftwagen, kommt es häufig zu einer Überladung und damit zu einer potentiellen Verkehrsgefährdung.
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Ferner sind insbesondere Spediteure bemüht, ihre Lastkraftwagen so effizient wie möglich einzusetzen und diese bis an ihre Belastungsgrenze zu beladen. Um eine aktuelle Ladung eines Fahrzeugs zu beurteilen, muss das Fahrzeug bislang aufwendig gewogen werden, wobei ggf. einzelne Achsen und/oder einzelne Räder auf eine Waage zu fahren sind, um eine Verteilung der aktuellen Ladung auf dem Fahrzeug zu beurteilen. Eine derartige Wiegeprozedur, wie sie bspw. regelmäßig auch bei Verkehrskontrollen durchgeführt wird, ist langwierig, kompliziert und teuer.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie ein Messsystem gemäß Anspruch 7 und ein Fahrzeug gemäß Anspruch 11 vorgestellt.
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Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung.
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Es wird somit ein Verfahren zum Ermitteln eines Gewichts einer Ladung eines Fahrzeugs vorgestellt, bei dem mittels einer durch mindestens einen Sensor zum Erfassen einer Lageänderung mindestens eines Fahrwerksteils des Fahrzeugs erfassten Auslenkung des mindestens einen Fahrwerksteils das Gewicht der Ladung berechnet wird.
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Das vorgestellte Verfahren dient insbesondere zum Bestimmen des Gewichts einer aktuellen Ladung eines Fahrzeugs sowie zum Bestimmen einer aktuellen Lage der Ladung auf dem Fahrzeug. Zur Bestimmung der Lage und des Gewichts der Ladung ist vorgesehen, dass eine Auslenkung eines Fahrwerksteils des Fahrzeugs unter Verwendung einer geeigneten Sensorik, wie bspw. eines Winkelsensors, vermessen wird. Da Fahrwerksteile, wie bspw. Querlenker, in einem festen Verhältnis zum Gewicht einer jeweiligen Ladung ausgelenkt werden, d. h. sich relativ zu einem Chassis des Fahrzeugs verschieben, ist vorgesehen, diese Auslenkung zu erfassen, d. h. zu quantifizieren, und zur Berechnung des Gewichts der aktuellen Ladung zu verwenden. Entsprechend ist vorgesehen, dass der mindestens eine Sensor an einem festen, d. h. nicht schwenkbaren, Teil des Fahrzeugs, wie bspw. einem Chassis, angeordnet sein kann, um die relative Auslenkung des beweglichen Fahrwerksteils gegenüber dem Chassis zu erfassen.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass das vorgestellte Verfahren im Stillstand des Fahrzeugs durchgeführt wird und die erfasste Auslenkung des Fahrwerksteils zusammen mit einer im Voraus bereitzustellenden Federkonstanten mindestens einer mit dem Fahrwerksteil verbundenen Fahrwerksfeder zur Berechnung des Gewichts bzw. der Lage der aktuellen Ladung verwendet wird.
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Unter einem Fahrwerksteil ist im Kontext der vorliegenden Erfindung jedes Teil eines Fahrzeugs zu verstehen, dass an einer Federung des Fahrzeugs beteiligt ist und sich in Abhängigkeit eines Gewichts einer Ladung des Fahrzeugs bewegt. Insbesondere ist unter einem Fahrwerksteil ein Querlenker zu verstehen.
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Der Sensor zum Erfassen einer Lageänderung bzw. Auslenkung eines Fahrwerksteils kann bspw. als Hallsensor, optischer Sensor oder als jeder weitere technisch geeignete Sensor zum Erfassen von Lageänderungen eines Fahrzeugteils ausgestaltet sein. Weiterhin kann der Sensor über einen Mechanismus mit einem jeweiligen zu vermessenden Fahrzeugsteil verbunden sein, so dass eine Lageänderung des Fahrwerksteils durch den Mechanismus auf den Sensor übertragen wird.
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Um Veränderungen in der Lage eines jeweiligen Fahrwerksteils zu erfassen, ist vorgesehen, dass ein zur Ausführung von für das vorgestellte Verfahren benötigten Berechnungen konfiguriertes Steuergerät in einem Kalibrierungsschritt auf ein bestimmtes Fahrzeuggewicht, d. h. bspw. ein Leergewicht, kalibriert wird. Zur Kalibrierung kann das Fahrzeug bspw. auf einer ebenen Fläche im Stillstand vermessen werden, so dass während der Kalibrierung erfasste Werte der Auslenkung jeweiliger Fahrwerksteile als Referenzwert, d. h. als Nullstellung, verwendet werden können.
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Ändert sich nach der Kalibrierung die Auslenkung der Fahrwerksteile, ist das Fahrzeug, je nach Richtung der Auslenkung, leichter oder schwerer geworden. Eine entsprechende Auslenkung eines Fahrwerksteils wird gemäß dem vorgestellten Verfahren durch einen Sensor erfasst und an eine Recheneinheit, wie bspw. ein Steuergerät oder einen Cloud-Server, gemeldet, wobei die Recheneinheit die von dem Sensor erfassten Signale unter Berücksichtigung einer Federkonstanten des jeweiligen Fahrwerksteils auswertet und ein entsprechendes Be- oder Entladungsgewicht berechnet.
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Zur Kommunikation zwischen dem Sensor und der Recheneinheit kann der Sensor mit dem Steuergerät über eine Kommunikationsschnittstelle, wie bspw. ein Kabel oder eine Drahtlosschnittstelle, verbunden sein. Die Kommunikationsschnittstelle kann sowohl digital, bspw. als CAN-Bus oder local interconnect Netzwerk, als auch analog ausgestaltet sein, so dass veränderte Messwerte als veränderte Spannungs- und/oder Stromimpulse übertragen werden. Insbesondere ist vorgesehen, dass jeweilige Sensoren über Kabel mit einer Kommunikationseinrichtung, wie bspw. einem Router oder einem Funkgerät, verbunden sind, die Messdaten der jeweiligen Sensoren empfängt und zur Verarbeitung an eine Recheneinheit, wie bspw. ein Smartphone, einen Server oder ein Web-Portal, weiterleitet.
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Sobald die Recheneinheit ein aktuelles Gewicht des Fahrzeugs bzw. einer aktuellen Ladung berechnet hat, übermittelt die Recheneinheit entsprechende Werte zur Darstellung an eine Anzeigeeinheit, wie bspw. ein Smartphone, eine Warnleuchte oder jede weitere technisch geeignete Vorrichtung zum Anzeigen von Warnhinweisen bzw. den ermittelten Werten. Weiterhin ist auch eine Weiterleitung an ein eine Anzeigeeinheit verwaltendes Rechensystem denkbar, wobei das Rechensystem bspw. in dem die Sensorik umfassenden Fahrzeug angeordnet oder mobil ausgestaltet sein kann.
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Durch Verwendung mehrerer Sensoren an verschiedenen Achsen bzw. Rädern eines Fahrzeugs ist es möglich, eine achs- bzw. radindividuelle Ausrichtung einer Ladung auf einem Fahrzeug in x- und/oder y-Richtung zu ermitteln. Dazu ist vorgesehen, dass durch verschiedene Sensoren erfasste Messwerte von Auslenkungen verschiedener Fahrwerksteile miteinander, bspw. durch Subtraktion oder jedem weiteren geeigneten mathematischen Verfahren, zu einer Kennzahl verrechnet werden, die eine Ausrichtung der Ladung auf dem Fahrzeug wiedergibt. Beispielsweise kann eine Kennzahl von 0,3 eine um 30 % gegenüber einem Fahrzeugmittelpunkt oder einem Mittelpunkt einer jeweiligen Achse nach rechts verschobene Ladung anzeigen, wohingegen ein Wert von –0,5 eine um 50 % gegenüber dem Fahrzeugmittelpunkt oder dem Mittelpunkt der jeweiligen Achse nach links verschobene Ladung anzeigen kann. Weiterhin sind auch radiindividuelle Werte denkbar, die bspw. mittels einer Ampelcodierung in den Farben rot, gelb und grün dargestellt werden. Mittels der Ampelcodierung ist es einem Fahrer oder einem Ladetechniker schnell und einfach möglich, eine Ladung so auf dem Fahrzeug anzuordnen, dass keine Achse bzw. kein Rad überlastet wird und alle gesetzlichen Bestimmungen eingehalten werden. Dazu ist insbesondere vorgesehen, dass eine Änderung eines Ladungszustands in Echtzeit, d. h. instantan, auf einer Anzeigeeinheit dargestellt wird. Die Anzeigeeinheit kann als mobile Anzeigeeinheit oder als feste Anzeigeeinheit in einem Fahrerhaus und/oder Laderaum eines Fahrzeugs ausgestaltet sein.
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Das vorgestellte Verfahren eignet sich für Fahrzeuge aller Art, insbesondere für Reisemobile, kleine NKWs bis 3,5 Tonnen bzw. LCVs und Lastkraftwagen sowie für PKWs. Bei Fahrzeugen mit einem Fahrtenschreiber ist es zusätzlich möglich, berechnete Daten des Fahrzeuggewichts auf eine aktuelle Fahrerkarte zu schreiben und die Daten in einer Verkehrskontrolle vorzulegen.
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Weiterhin ist denkbar, dass ein aktueller Beladungszustand bspw. durch Verwendung eines Signaltons akustisch gemeldet wird. Eine akustische Meldung kann einen Ladetechniker bereits bei einem Beladungsvorgang automatisch auf eine falsch platzierte Ladung hinweisen und für eine schnelle und einfache Korrektur der falschen Platzierung der Ladung, auch ohne visuelle Kontrolle einer Anzeigeeinheit durch den Ladetechniker, verwendet werden.
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Es ist vorgesehen, dass das vorgestellte Verfahren im Stillstand eines zu vermessenden Fahrzeugs durchgeführt wird, damit Fahrwerksbewegungen, die aufgrund einer Eigenbewegung des Fahrzeugs auftreten, Messungen durch die Sensorik nicht beeinflussen.
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In Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist es weiterhin möglich, mittels einer externen Recheneinheit, d. h. einer außerhalb eines Fahrzeugs angeordneten Recheneinheit, auf ein bestimmtes Fahrzeug bzw. eine Anzahl von Fahrzeugen über bspw. einen Fernzugriff zuzugreifen und einen Ladungszustand, d. h. in einem Speicher eines jeweiligen Fahrzeugs hinterlegte Mess- bzw. Ladungswerte, auszulesen. Durch einen Fernzugriff auf den aktuellen Beladungszustand ist es bspw. einem Logistikunternehmer möglich, Fahrzeuge seiner Fahrzeugflotte effizient zu beladen und entsprechende Routen dynamisch, d. h. in Abhängigkeit des aktuellen Beladungszustands seiner Fahrzeuge, in seiner Leitstelle zu planen. Selbstverständlich ist auch ein externer Zugriff durch öffentliche Institutionen, wie bspw. Behörden denkbar, wodurch aufwendige Wiegekontrollen verkürzt und dadurch Kosten gespart werden können.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Messsystem zum Vermessen einer Ladung eines Fahrzeugs, wobei das Messsystem mindestens einen Sensor zum Erfassen einer Lageänderung mindestens eines Fahrwerksteils des Fahrzeugs, ein Steuergerät, eine Anzeigeeinheit und eine Kommunikationsschnittstelle zur Kommunikation zwischen dem Steuergerät und dem mindestens einen Sensor umfasst und wobei das Steuergerät dazu konfiguriert ist, mittels durch den mindestens einen Sensor erfasster und über die Kommunikationsschnittstelle an das Steuergerät zu übertragender Messwerte einer Auslenkung des mindestens einen Fahrwerksteils ein Gewicht der Ladung zu berechnen und auf der Anzeigeeinheit darzustellen.
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Das vorgestellte Messsystem dient insbesondere zur Ausführung des vorgestellten Verfahrens.
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Es ist denkbar, dass das vorgestellte Messsystem sowohl fest mit einem Fahrzeug verbunden, d. h. Teil des Fahrzeugs ist, als auch, dass das vorgestellte Messsystem an einem beliebigen Fahrzeug angeordnet und das Fahrzeug dadurch bspw. reversibel aufgerüstet wird.
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In Ausgestaltung des vorgestellten Messsystems ist vorgesehen, dass als Steuergerät zum Empfangen von durch einen Sensor erfassten Messwerten von Lageänderungen eines Fahrwerksteils ein Leuchtweitensteuergerät verwendet wird. Da eine Leuchtweitensteuerung in der Regel Sensoren zur Erfassung von Lageänderungen von Fahrwerksteilen umfasst, ist vorteilhafterweise vorgesehen, eine durch die Leuchtweitensteuerung bereits bereitgestellte Infrastruktur, d. h. eine Sensorik, entsprechende Kommunikationsleitungen und Steuergeräte, zur Durchführung des vorgestellten Verfahrens zu verwenden. Dazu ist vorgesehen, dass das Steuergerät der Leuchtweitensteuerung Berechnungen zur Durchführung des vorgestellten Verfahrens entweder selbst durchführt oder entsprechend benötigte Messwerte erfasst und an ein weiteres Steuergerät bzw. eine Recheneinheit zur Berechnung weiterleitet.
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Ferner ist denkbar, dass ein von einem Fahrzeug umfasstes Kombiinstrument als Anzeigeeinheit zur Darstellung mittels des vorgestellten Verfahrens berechneter Ergebnisse verwendet wird, so dass einem Fahrer vor Fahrtantritt ein aktueller Ladungszustand angezeigt werden kann.
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Weiterhin kann das vorgestellte Messsystem ein Kommunikationsmodul umfassen, dass mittels des vorgestellten Verfahrens berechnete Werte an fahrzeugexterne Systeme, wie bspw. ein Smartphone, einen Server oder ein Web-Portal über eine Drahtlosschnittstelle, wie bspw. eine Bluetooth-, NFC-, WLAN-, oder GSM-Verbindung überträgt.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Messsystems in einem Fahrzeug.
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2 zeigt eine schematische Übersicht über verschiedene Kommunikationspfade zur Verarbeitung von durch eine mögliche Ausgestaltung des vorgestellten Messsystems erfassten Messdaten.
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3 zeigt eine Detailansicht eines Sensors einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Messsystems zum Vermessen einer Auslenkung eines Querlenkers.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
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1 zeigt ein Fahrzeug 1, das auf einer ebenen Fläche 3 steht. Bei einer Beladung des Fahrzeugs 1 werden Fahrwerkskomponenten des Fahrzeugs 1, wie bspw. Stoßdämpfer 5 und Querlenker 6, ausgelenkt, d. h. in ihrer Ausrichtung gegenüber einem Chassis 7 des Fahrzeugs 1 verschoben. Die Auslenkung der Querlenker 6 kann über Winkelsensoren 9 und 10 erfasst und quantifiziert werden, wie durch Pfeile 11 verdeutlicht.
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Da die Auslenkung der Querlenker 6 in einem bestimmten Verhältnis zu einem Gewicht einer Ladung des Fahrzeugs 1 steht, kann, sobald die Auslenkung der Querlenker 6 vermessen wurde, das Gewicht der Ladung des Fahrzeugs 1 berechnet werden. Dazu übertragen die Winkelsensoren 9 und 10 Werte einer aktuell erfassten Änderung in der Auslenkung der Querlenker 6 zu einem Steuergerät, dass mittels der Werte in Abhängigkeit einer bekannten Federkonstanten des Fahrwerks des Fahrzeugs 1 das Gewicht der aktuellen Ladung berechnet.
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Liefern die Winkelsensoren 9 und 10 unterschiedliche Werte, deutet dies auf eine ungleichmäßige Verteilung der Ladung hin. Übersteigt eine Differenz der durch die Winkelsensoren gelieferten Werte einen vorgegebenen Wert, kann es durch die Verteilung der Ladung auf dem Fahrzeug 1 zu einer Gefahr beim Betrieb des Fahrzeugs 1 kommen. Um einen derartigen potentiell gefährlichen Betrieb des Fahrzeugs 1 zu verhindern, wird durch das Steuergerät ein Steuerbefehl zum Erzeugen eines Warnsignals ausgegeben, dass bspw. auf einer Anzeigeeinheit in dem Fahrzeug 1 dargestellt wird.
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In 2 ist ein Überwachungssystem 20 dargestellt, dass eine fahrzeugseitige Anzeigeeinheit 21, ein Zentralsteuergerät 23 und eine Drahtlosschnittstelle 25 umfasst, die über ein CAN-Netzwerk 27 miteinander kommunizieren. Die Drahtlosschnittstelle 25 ist weiterhin zur Kommunikation mit einer mobilen Kommunikationseinheit 29 konfiguriert, die wiederum selbst zur Kommunikation mit einem Web-Portal 31 konfiguriert ist. Ferner umfasst das Überwachungssystem 20 Winkelsensoren 33 und 35, die mit einem Leuchtweitensteuergerät 37 kommunizieren.
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Das Überwachungssystem 20 basiert auf einer automatischen Leuchtweitenregulierung eines Fahrzeugs, die an Achsen des Fahrzeugs Winkelsensoren 33 bzw. 35 umfasst. Die Winkelsensoren 33 bzw. 35 erfassen eine Auslenkung jeweiliger Querlenker der Achsen des Fahrzeugs und melden die Auslenkung bzw. entsprechende Messwerte an das Leuchtweitensteuergerät 37. Die Winkelsensoren 33 und 35 können bspw. als PWM-, analog-, SENT-, oder PSI5-Sensoren ausgestaltet sein.
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Um durch Winkelsensor 33 und/oder 35 erfasste Messwerte für eine Berechnung eines Gewichts einer aktuellen Ladung des Fahrzeugs zu verwenden, kommuniziert das Leuchtweitensteuergerät 37 über ein LIN-Netzwerk mit dem Zentralsteuergerät 23, das die durch Winkelsensor 33 und/oder 35 erfassten Werte zur Berechnung eines Grads bzw. einer Länge der Auslenkung der Querlenker verwendet und in Abhängigkeit einer Federkonstanten jeweiliger Achsen des Fahrzeugs das Gewicht der aktuellen Ladung berechnet.
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Das durch das Zentralsteuergerät 23 berechnete Gewicht der aktuellen Ladung kann über das CAN-Netzwerk 27 zur Darstellung an die fahrzeugseitige Anzeigeeinheit 21 weitergeleitet werden. Alternativ ist auch denkbar, dass das Zentralsteuergerät 23 die durch Winkelsensor 33 und/oder 35 erfassten Messwerte an die Drahtlosschnittstelle 25 weiterleitet, die die Messwerte wiederum an die mobile Kommunikationseinheit 29 überträgt. Die mobile Kommunikationseinheit 29 ist dazu konfiguriert, die zur Berechnung des Gewichts der aktuellen Ladung des Fahrzeugs notwendigen Berechnungen selbst durchzuführen oder das durch das Zentralsteuergerät 23 berechnete Gewicht der aktuellen Ladung an das Web-Portal 31 zu übermitteln.
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Das Web-Portal 31 kann bspw. verwendet werden, um Dritten ggf. einen Zugriff auf die durch das Zentralsteuergerät 23 bzw. die mobile Kommunikationseinheit 29 berechneten Werte des Gewichts der aktuellen Ladung zu ermöglichen.
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In 3 ist ein Fahrzeugchassis 39 dargestellt, an dem ein Querlenker 41 und ein Winkelsensor 43 angeordnet sind. Der Winkelsensor 43 ist fest mit dem Fahrzeugchassis 39 verbunden und erfasst über einen Hallgeber eine Auslenkung des Querlenkers 41 gegenüber dem Fahrzeugchassis 39. Es ist insbesondere vorgesehen, für jedes an dem Fahrzeugchassis 39 angeordnete Rad bzw. jede Radaufnahme einen separaten Winkelsensor 43 vorzusehen, um eine relative Gewichtsverteilung einer Ladung des Fahrzeugs auf die jeweiligen Räder zu erfassen und, dadurch bedingt, ggf. überschrittene Belastungsgrenzen zu detektieren und schließlich zu melden.
