DE102016109425A1

DE102016109425A1 - Measuring module with force and acceleration sensors for determining the weight of a towing vehicle coupled to a towing vehicle

Info

Publication number: DE102016109425A1
Application number: DE102016109425.0A
Authority: DE
Inventors: Heinz-Gerd Tiben
Original assignee: B Strautmann and Sohne GmbH and Co KG
Current assignee: B Strautmann and Sohne GmbH and Co KG
Priority date: 2016-05-23
Filing date: 2016-05-23
Publication date: 2017-11-23

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Messmodul (20) zum Anbau an ein Anhängefahrzeug (100) oder an ein Zugfahrzeug (200), umfassend wenigstens einen Kraftsensor (18) zur Ermittlung einer vom Anhängefahrzeug (100) auf das Zugfahrzeug (200) ausgeübten Stützlast. Gemäß Erfindung umfasst das Messmodul (20) einen zweiten Kraftsensor (21) zur Ermittlung einer vom Zugfahrzeug (200) auf die Koppelvorrichtung (14) ausgeübten Zug- oder Bremskraft (FZ) sowie einen Beschleunigungssensor (15) zur Ermittlung einer Beschleunigung bzw. Verzögerung (FB. Zum Messmodul (20) gehört auch eine Auswerteinrichtung (23) zur Ermittlung des Gesamtgewichts des Anhängefahrzeuges (100) und/oder des Ladungsgewichts einer in einem Laderaum (27) des Anhängefahrzeuges (100) angeordneten Ladung (28). Als Kraftsensoren (18, 21) können Federkörper-Kraftaufnehmer mit Dehnungsmessstreifen zum Einsatz kommen. Bei dem Beschleunigungssensor (15) kann es sich um ein Mikro-Elektro-Mechanisches-System (MEMS) handeln. Ferner betrifft die Erfindung ein landwirtschaftliches Zugfahrzeug (200) oder Anhängefahrzeug (100), umfassend wenigstens ein Messmodul (20), sowie ein Verfahren zur Gewichtsermittlung eines mit einem Zugfahrzeug (200) verbundenen Anhängefahrzeuges (100).The invention relates to a measuring module (20) for attachment to a towing vehicle (100) or to a towing vehicle (200) comprising at least one force sensor (18) for determining a vertical load exerted by the trailer (100) on the towing vehicle (200). According to the invention, the measuring module (20) comprises a second force sensor (21) for determining a tensile or braking force (FZ) exerted by the towing vehicle (200) on the coupling device (14) and an acceleration sensor (15) for determining an acceleration or deceleration (FIG. The evaluation module (20) also includes an evaluation device (23) for determining the total weight of the trailer (100) and / or the cargo weight of a load (28) arranged in a cargo space (27) of the trailer (100) The acceleration sensor 15 may be a micro-electro-mechanical system (MEMS) .The invention further relates to an agricultural towing vehicle (200) or towing vehicle (100) ), comprising at least one measuring module (20), as well as a method for determining the weight of a trailer vehicle (100) connected to a towing vehicle (200).

Description

Die Erfindung betrifft ein Messmodul, insbesondere für den Einsatz an landwirtschaftlich genutzten Zug- und Anhängefahrzeugen. Das Messmodul weist wenigstens einen Kraftsensor zur Ermittlung einer vom Anhängefahrzeug auf das Zugfahrzeug ausgeübten Stützlast auf.The invention relates to a measuring module, in particular for use on agricultural tractor and trailer vehicles. The measuring module has at least one force sensor for determining a suspension load exerted on the towing vehicle by the trailer.

Für Anhängefahrzeuge gelten bestimmte Vorschriften, die eine Überschreitung der Maximalbeladung verbieten. Nichtdestotrotz besteht die Gefahr, dass die zulässige Maximalbeladung überschritten wird, beispielsweise wenn nasses und dementsprechend schweres Erntegut zu laden ist oder wenn die Ladung zu stark verdichtet ist. Der Fahrer des Zugfahrzeuges ist für die Einhaltung der Zuladungsvorschriften verantwortlich und muss das Ladungsgewicht entweder schätzen oder mittels einer Wiegeeinrichtung kontrollieren. Wenn dies nicht geschieht, kann es infolge zu schwerer Last zu technischen Problemen kommen. Außerdem besteht ein erhöhtes Unfallrisiko.For trailers, certain rules apply that prohibit exceeding the maximum load. Nonetheless, there is a risk that the maximum permissible load will be exceeded, for example when wet and therefore heavy crops are to be loaded or when the cargo is over-compacted. The driver of the towing vehicle is responsible for complying with the payload requirements and must either estimate the cargo weight or check it by means of a weighing device. Failure to do so may cause technical problems due to heavy load. There is also an increased risk of accidents.

Aus DE 101 54 736 B4 ist ein landwirtschaftliches Anhängefahrzeug mit Zugeinrichtung, hier: mit einer Zugöse zum Ankuppeln an eine Koppelvorrichtung eines Schleppers bekannt. An der Zugöse und an der Achse des Fahrwerksrahmens sind Wiegezellenelemente angeordnet, deren Aufgabe es ist, den von den Wiegezellen getragenen Ladungsbehälter und somit auch des Gewicht der Ladung zu bestimmen und mittels Übertragungsleitungen an einen Bordcomputer des Schleppers zu übermitteln. Es werden also die an der Zugöse und an der Achse auftretenden Gewichtskräfte ermittelt und hieraus das Gewicht des Aufbaus bzw. der Ladung abgeleitet. Dieses Wiegesystem ist relativ teuer, da mindestens drei Wiegezellen erforderlich sind. Für den Fall, dass bei einem Anhängefahrzeug ein solches Wiegesystem nachgerüstet werden soll, ist zudem ein ganz erheblicher Aufwand erforderlich, da der komplette Aufbau vom Fahrgestellt getrennt und auf den Wiegezellen gelagert werden muss. Zwar ist eines der Wiegezellenelemente im Bereich der Fahrzeugdeichsel angeordnet, jedoch ist diese Wiegezelle nicht allein in der Lage, die Gesamtlast des Anhängers oder die Zuladung zu ermitteln. Zudem wird nur eine reine Stützlast gemessen, und keine Zugkraft.Out DE 101 54 736 B4 is an agricultural trailer with pulling device, here: with a towing eye for coupling to a coupling device of a tractor known. On the drawbar eye and on the axle of the chassis frame load cell elements are arranged, whose task is to determine the carried by the load cells cargo container and thus also the weight of the charge and to transmit by means of transmission lines to an on-board computer of the tractor. Thus, the weight forces occurring at the drawbar eye and at the axle are determined and from this the weight of the body or the load is derived. This weighing system is relatively expensive because at least three load cells are required. In the event that a trailer such a weighing system to be retrofitted, also a very considerable effort is required because the complete structure must be separated from the chassis and stored on the load cells. While one of the load cell elements is located in the area of the vehicle drawbar, this load cell is not alone capable of determining the trailer's total load or payload. In addition, only a pure vertical load is measured, and no tensile force.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine alternative Vorrichtung zur Gewichtsermittlung eines an ein Zugfahrzeug gekoppelten Anhängefahrzeuges oder einer im Laderaum eines Anhängefahrzeuges enthaltenen Ladung vorzuschlagen. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, den Beladungszustand eines Anhängefahrzeuges auf eine alternative Art und Weise zu ermitteln.The object of the invention is to propose an alternative device for determining the weight of a towing vehicle coupled to a towing vehicle or a cargo contained in the cargo space of a trailer. It is another object of the invention to determine the loading state of a trailer in an alternative manner.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Messmodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einem Verfahren zur Gewichtsermittlung mit den Merkmalen des Anspruchs 8.This object is achieved by a measuring module having the features of claim 1 and a method for determining weight with the features of claim 8.

Für die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ist die Fahrdynamik von wesentlicher Bedeutung. Unter dem Begriff „Fahrdynamik” sollen Trägheitskräfte, vor allem die zu messenden Beschleunigungs- und/oder Bremskräfte verstanden werden, welche beim Losfahren (Anfahren) des aus dem Schlepper und Anhängerfahrzeug gebildeten Gespanns Daten liefern, aus denen das Gesamtgewicht des Anhängefahrzeuges und damit auch das Ladungsgewicht ermittelbar ist. Für die Messung und Auswertung der Beschleunigungs- oder Bremskräfte reicht es, das Gespann lediglich durch Anfahren zu beschleunigen und sofort zu stoppen und dabei die in der Koppelvorrichtung auftretenden Kräfte zu messen. Mit anderen Worten wird das Gewicht der Ladung nicht unmittelbar gewogen sondern auf Basis der in der Koppelvorrichtung auftretenden Kräfte errechnet.For the solution of the object according to the invention the driving dynamics is of essential importance. The term "driving dynamics" should be understood to mean inertial forces, in particular the acceleration and / or braking forces to be measured, which provide data on departure (start-up) of the team formed by the tractor and trailer vehicle, from which the total weight of the trailer vehicle and thus also the Cargo weight can be determined. For the measurement and evaluation of the acceleration or braking forces it is sufficient to accelerate the team just by starting and immediately stop while measuring the forces occurring in the coupling device. In other words, the weight of the load is not weighed directly but calculated on the basis of the forces occurring in the coupling device.

Das erfindungsgemäße Messmodul weist insgesamt mindestens drei Sensoren auf:

– einen ersten Kraftsensor zur Ermittlung der vom Anhängefahrzeug auf das Zugfahrzeug ausgeüben Stützlast,
– einen zweiten Kraftsensor zur Ermittlung einer vom Zugfahrzeug auf die Koppelvorrichtung und damit auf das angehängte Fahrzeug ausgübten Zug- oder Bremskraft und
– einen Beschleunigungssensor zur Ermittlung der Beschleunigung.

The measuring module according to the invention has a total of at least three sensors:

A first force sensor for determining the vertical load applied by the trailer to the towing vehicle,
- A second force sensor for determining an exerted by the towing vehicle on the coupling device and thus on the attached vehicle traction or braking force and
- An acceleration sensor to determine the acceleration.

Der Gewichtsermittlung kann mittels der durch die Sensoren ermittelten Daten im Rahmen eines Drei-Gleichungsmodells erfolgen. Dabei wird in einer ersten statischen Betrachtung die statische Stützlast gemessen. In einer Beschleunigungs-Referenzfahrt wird Stützlast und Zugkraft während des Beschleunigungsvorgangs sowie die Beschleunigung selbst gemessen. In einer Brems-Referenzfahrt werden Stützlast und Zugkraft während des Bremsens sowie wiederum die Beschleunigung selbst gemessen. Die im Koppelpunkt wirdkenden Zug- und Bremskräfte sowie die Beschleunigungen unterscheiden sich durch Ihre Wirkrichtung. Unter der Bremskraft ist somit eine Zugkraft mit negativem Vorzeichen bzw. eine entgegen der Fahrtrichtung wirkenden Kraft zu verstehen.The weight determination can take place by means of the data determined by the sensors in the context of a three-equation model. The static static load is measured in a first static analysis. In an acceleration reference run, the vertical load and traction during the acceleration process and the acceleration itself are measured. In a brake reference run, the load and traction during braking and again the acceleration itself are measured. The traction and braking forces that appear at the crosspoint as well as the accelerations differ in their effective direction. The braking force is thus to be understood as a tensile force with a negative sign or a force acting counter to the direction of travel.

Die mathematischen Modelle können in Form sogenannter Momentengleichungen betrachtet werden. Solche Momentengleichungen können auf einen Referenzpunkt bezogen werden, so dass die in diesem Referenzpunkt wirkenden Kräfte und Beschleunigungen für die Aufstellung der Gleichungen keine Relevanz haben. Wird als Referenzpunkt der Radaufstandspunkt des Anhängefahrzeuges gewählt, beeinflussen die in diesem Punkt wirkenden Kräfte, insbesondere die Achslasten und die Reibkräfte an den Rädern bzw. an der Achse, das Gleichungssystem nicht.The mathematical models can be considered in the form of so-called moment equations. Such moment equations can be related to a reference point, so that the forces and accelerations acting in this reference point have no relevance for the preparation of the equations. Is used as a reference point of Radaufstandspunkt the trailer selected, the forces acting in this point forces, especially the axle loads and the friction forces on the wheels or on the axis, the system of equations do not affect.

Für die Ermittlung des Fahrzeuggewichts und/oder des Ladungsgewichts ist es deshalb unerheblich, welchen Reibwert der Untergrund hat bzw. ob die Messung auf Straßenbelag oder auf einem Ackerboden durchgeführt wird. Durch den zusätzlichen Einsatz eines Neigungssensors ist es außerdem unerheblich, ob auf ebener Strecke oder auf einer Gefälle- bzw. Steigungsstrecke gemessen wird, da die durch das Gefälle verursachte Änderung der Messdaten rechnerisch neutralisiert werden können.For the determination of the vehicle weight and / or the cargo weight, it is therefore irrelevant which coefficient of friction the substrate has or whether the measurement is carried out on road surface or on arable land. Due to the additional use of an inclination sensor, it is also irrelevant whether it is measured on a level track or on a gradient or gradient as the change in the measured data caused by the gradient can be mathematically neutralized.

Im Ergebnis verbleiben bei den drei Berechnungsmodellen drei unbekannte Größen, nämlich die Lage des Schwerpunktes der Masse des Anhängefahrzeuges hinsichtlich seiner Höhe und seines Abstandes zum Koppelpunkt zwischen Anhängefahrzeug und Zugfahrzeug sowie die Masse des Anhängefahrzeuges selbst. Die drei unbekannten Größen können in einem aus System aus drei Gleichungen und auf Basis der ermittelten Messwerte gelöst werden. Die rechnerische Ermittlung erfolgt in einer Auswerteeinrichtung des Messmoduls. Die Auswerteinrichtung ist in einer ersten Ausführungsform der Erfindung im Messmodul integriert. In einer weiteren Ausführungsform können Messmodul und Auswerteinrichtung voneinander getrennt sein, wobei jedoch eine vorzugsweise kablelose Verbindungseinrichtung, beispielsweise eine Funkübertragung, zur Datenübermittlung zwischen den beiden getrennten Baugruppen vorgesehen ist.As a result, in the three calculation models, three unknown quantities remain, namely the position of the center of gravity of the towed vehicle in terms of its height and distance to the coupling point between the towed vehicle and towing vehicle and the mass of the towed vehicle itself. The three unknown quantities can in a system of three Equations and be solved on the basis of the measured values. The computational determination takes place in an evaluation device of the measuring module. The evaluation device is integrated in a first embodiment of the invention in the measurement module. In a further embodiment, the measuring module and the evaluation device can be separated from each other, but a preferably non-connectable connection device, for example a radio transmission, is provided for data transmission between the two separate modules.

Insbesondere dient der Neigungssensor jedoch dazu, den Winkel zu ermitteln, in dem das Gespann gegenüber der waagerechten Ebene ausgerichtet ist. Dieser Winkel kann in die Formel zur Berechnung von Zug- und/oder Stützlast einbezogen werden, so dass rechnerintern der Einfluss, den eine schiefe Ebene auf die Kräfteberechnung hat, kompensiert werden kann.In particular, however, the tilt sensor serves to determine the angle at which the trailer is aligned with the horizontal plane. This angle can be included in the formula for calculating tensile and / or vertical load so that the influence of an inclined plane on the force calculation can be compensated within the computer.

Die Neigungssensoren werden in ein robustes, stabiles Gehäuse untergebracht, so dass problemlos rauen Umgebungen ausgesetzt werden können, ohne dass die Messungen beeinträchtigt werden. So kann eine kritische Seitenlage vermieden werden. Die modernen Neigungssensoren zeichnen sich durch eine hohe Genauigkeit von ±0,1° aus.The tilt sensors are housed in a rugged, sturdy housing, allowing easy exposure to harsh environments without compromising measurements. So a critical lateral position can be avoided. The modern inclination sensors are characterized by a high accuracy of ± 0.1 °.

Als Kraftsensoren können so genannte Federkörper-Kraftaufnehmer eingesetzt werden, welche über einen Federkörper und einen Verformungskörper verfügen. Der Verformungskörper ist das eigentliche Sensorelement, welches in der Regel wenigstens einen an sich bekannten, auf den Federkörper geklebten Dehnungsmessstreifen (DMS) aufweist. Die zu messenden Kräfte werden durch den Federkörper linear in Dehnungen umgewandelt. Das Ausgangssignal hängt von der Widerstandsänderung der Dehnungsmessstreifen und damit direkt von der eingeleiteten Kraft ab. Bei dem einen Beschleunigungssensor kann es sich um ein Mikro-Elektro-Mechanisches-System (MEMS) in Form eines Mechatronik-Chips handeln. Eine typische Anwendung von MEMS ist die Messung der Beschleunigung. Das MEMS verfügt über drei planparallel zueinander angeordnete Plättchen („Kondensatorplatten”), deren Abstand zueinander sich bei Beschleunigung ändert. Das mittlere Plättchen wird zur Seite in Richtung eines äußeren Plättchens gedrückt und ruft eine Kapazitätsänderung hervor, welche proportional zur Beschleunigung ist. Das MEMS kann auch als Neigungssensor arbeiten. Die MEMS zeichnen sich durch eine geringe Baugröße, Robustheit und Langzeitstabilität aus. Die vom Meßmodul gemessenen Daten können über Leitungen oder vorzugsweise kabellos an die Auswerteeinrichtung übertragen werden. Vorzugsweise ist die Auswerteeinrichtung in ein Bedienpult neben dem Fahrersitz integriert. Die Erfindung erstreckt sich auf ein landwirtschaftliches Zugfahrzeug oder Anhängefahrzeug, umfassend ein oben beschriebenes Messmodul. Dabei kann das Messmodul lösbar in eine Zugdeichsel des Anhängefahrzeuges oder eine Koppelvorrichtung des Zugfahrzeuges integriert sein. Die miteinander gekoppelten Zug- und Anhängefahrzeuge werden als Gespann bezeichnet. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Gewichtsermittlung eines mit einem Zugfahrzeug verbundenen Anhängefahrzeuges mit Hilfe des obigen Messmoduls. Die Messdaten werden in drei Betriebszuständen ermittelt, nämlich:

– Bei stehendem Gespann (erster Betriebszustand) wird die vom Anhängefahrzeug auf das Zugfahrzeug ausgeübte Stützlast gemessen.
– In einem zweiten Betriebszustand werden beim Anfahren des Gespanns die Zugkraft, die Stützlast und die Beschleunigung gemessen.
– In einem dritten Betriebszustand werden beim Bremsen des Gespanns die Zugkraft, die Stützlast und die Beschleunigung gemessen.

As force sensors so-called spring body force transducers can be used, which have a spring body and a deformation body. The deformation element is the actual sensor element, which as a rule has at least one strain gauge (DMS) which is known per se and glued to the spring element. The forces to be measured are linearly converted into expansions by the spring body. The output signal depends on the resistance change of the strain gauges and thus directly on the introduced force. The one acceleration sensor may be a microelectromechanical system (MEMS) in the form of a mechatronic chip. A typical application of MEMS is the measurement of acceleration. The MEMS has three plates arranged parallel to each other ("capacitor plates"), the distance between them changing during acceleration. The middle plate is pushed sideways towards an outer plate and causes a capacitance change which is proportional to the acceleration. The MEMS can also work as a tilt sensor. The MEMS are characterized by a small size, robustness and long-term stability. The measured by the measuring module data can be transmitted via lines or preferably wirelessly to the evaluation. Preferably, the evaluation device is integrated in a control console next to the driver's seat. The invention extends to an agricultural towing vehicle or towing vehicle, comprising a measuring module described above. In this case, the measurement module can be detachably integrated into a drawbar of the trailer or a coupling device of the towing vehicle. The coupled towing and trailer vehicles are referred to as a team. Furthermore, the invention relates to a method for determining the weight of a towing vehicle connected to a towing vehicle using the above measuring module. The measured data are determined in three operating states, namely:

- When the team is stationary (first operating condition), the vertical load applied by the trailer to the towing vehicle is measured.
- In a second operating state, the tractive force, the vertical load and the acceleration are measured when starting the team.
- In a third operating condition, the tension, the vertical load and the acceleration are measured when the team is braking.

Aus den in den drei Betriebszuständen ermittelten Messdaten werden in einer Auswerteinrichtung folgende Größen ermittelt: das Gesamtgewicht des Anhängefahrzeuges und/oder das Ladungsgewicht einer in einem Laderaum des Anhängefahrzeuges untergebrachten Ladung.From the measured data determined in the three operating states, the following variables are determined in an evaluation device: the total weight of the trailer and / or the cargo weight of a cargo accommodated in a loading space of the trailer.

Da der Beladungszustand bereits beim Manövrieren mit dem Gespann, d. h. beim kurzen Anfahren oder Abbremsen bequem und zuverlässig ermittelt werden kann, sind bisherige Messverfahren, bei denen an der Achse des Anhängefahrzeuges auftretenden Gewichtskräfte ermittelt werden müssen, überflüssig. Ein Nachrüsten des Anhängefahrzeuges mit Wiegezellen erübrigt sich. Da mit Hilfe der eingesetzten Sensoren die Gewichtskräfte ermittelt werden können, lässt sich das eventuelle Überladen eines Anhängefahrzeuges vermeiden. Das Verfahren ist komplett unabhängig vom eingesetzten Fahrwerk des Anhängefahrzeuges.Since the loading state can already be determined comfortably and reliably when maneuvering with the trailer, ie during short start-up or braking, previous measurement methods in which weight forces occurring on the axle of the trailer must be determined are superfluous. A retrofit of the trailer with load cells is unnecessary. Since the weight forces can be determined with the aid of the sensors used, any overloading of a trailer can be avoided. The procedure is completely independent of the suspension of the trailer.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Figuren zeigen:Further advantages and features of the invention are explained in more detail in an embodiment with reference to the drawing. The figures show:

1 ein Zugfahrzeug mit angekoppeltem Anhängefahrzeug, wobei ein Messmodul in die Zugdeichsel des Anhängefahrzeuges integriert ist, in einer Seitenansicht; 1 a towing vehicle with coupled trailer vehicle, wherein a measuring module is integrated in the drawbar of the trailer, in a side view;

2 ein Zugfahrzeug mit angekoppeltem Anhängefahrzeug, wobei ein Messmodul in die Koppelvorrichtung des Zugfahrzeuges integriert ist, in einer Seitenansicht; 2 a towing vehicle with a coupled trailer vehicle, wherein a measurement module is integrated in the coupling device of the towing vehicle, in a side view;

3 das Zugfahrzeug mit angekoppeltem Anhängefahrzeug gemäß 1, in einer Draufsicht; 3 the towing vehicle with coupled trailer according to 1 in a plan view;

4 eine besondere Form einer Zugeinrichtung mit integriertem Messmodul in einer perspektivischen Darstellung; 4 a special form of traction device with integrated measuring module in a perspective view;

5 ein zum Einbau in ein Zug- oder Anhängefahrzeug vorgesehenes Messmodul in einer perspektivischen Darstellung; 5 a provided for installation in a tractor or trailer vehicle measuring module in a perspective view;

6 eine Einbausituation des Messmoduls gemäß 5, in einer Draufsicht. 6 an installation situation of the measuring module according to 5 in a top view.

Gleiche oder ähnliche Elemente können in den nachfolgenden Figuren mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen sein. Ferner enthalten die Figuren der Zeichnung, deren Beschreibung sowie die Ansprüche zahlreiche Merkmale in Kombination. Einem Fachmann ist dabei klar, dass diese Merkmale auch einzeln betrachtet werden oder sie zu weiteren, hier nicht näher beschriebenen Kombinationen zusammengeführt werden können.The same or similar elements may be provided in the following figures with the same or similar reference numerals. Furthermore, the figures of the drawing, the description and the claims contain numerous features in combination. It is clear to a person skilled in the art that these features are also considered individually or that they can be combined to form further combinations not described here in detail.

In den 1 und 3 ist ein Gespann 300 schematisch dargestellt, zusammengesetzt aus einem Zugfahrzeug 200 und einem Anhängefahrzeug 100, welche miteinander über eine Zugdeichsel 11 verbunden sind. Die aus zwei Deichselholmen 12, 12' (vgl. 3) bestehende Zugdeichsel 11 läuft in eine Zugeinrichtung (Zugöse) 13 aus, welche die Verbindung der Zugdeichsel 11 zu einer Koppelvorrichtung 14 des Zugfahrzeuges 200 bildet. Mit dem Bezugszeichen P ist ein Koppelpunkt bezeichnet. Das angekoppelte Anhängefahrzeug 100 mit einem zweiachsigen Fahrgestell 10 trägt in seinem Laderaum 27 eine Ladung 28 von einem Ladungsgewicht GL (1; Pfeil nach unten).In the 1 and 3 is a team 300 shown schematically, composed of a towing vehicle 200 and a trailer vehicle 100 , which communicate with each other via a drawbar 11 are connected. The two drawbar spars 12 . 12 ' (see. 3 ) existing drawbar 11 runs in a towing device (drawbar eye) 13 from which the connection of the drawbar 11 to a coupling device 14 of the towing vehicle 200 forms. The reference symbol P denotes a crosspoint. The coupled trailer vehicle 100 with a biaxial chassis 10 carries in his hold 27 a load 28 of a load weight GL ( 1 ; Arrow down).

Der Zugdeichsel 11 ist ein Messmodul 20 zugeordnet, welches an ihrem vorderen Ende 50 lösbar platziert ist (vgl. insbesondere 3). Das Messmodul 20 ist ins vordere Ende 50 eingebaut und umfasst einen Beschleunigungssensor 15 zur Ermittlung einer mit FB bezeichneten Beschleunigung, einen Kraftsensor 18 zur Ermittlung einer Stützlast FS und einen weiteren Kraftsensor 21 zur Messung einer mit Pfeile angedeuteten Zug- oder Bremskraft FZ (vgl. 1). Der miniaturisierte Beschleunigungssensor 15 basiert auf MEMS-Technik. Die Kraftsensoren 18 und 21 sind Federkörper-Kraftaufnehmer mit angeklebten Dehnungsmessstreifen (DMS). Außerdem gehört zum Messmodul 20 eine Auswerteinrichtung 23, in welcher eine Signalauswertung der von Kraft- und Beschleunigungssensoren kommender Signalimpulse stattfindet. Die in der Auswerteinrichtung ermittelten Berechnungsergebnisse werden auf einem Display bzw. Monitor angezeigt. Die Auswerteinrichtung 23 ist an einem Bedienpult in der Fahrerkabine des Zugfahrzeuges 200 angeordnet. Die Messdaten können in einem nicht gezeigten Speicherchip registriert, protokolliert und jederzeit abgerufen werden. Eine andere, abweichende Anordnung des Messmoduls 20 ist der 2 zu entnehmen. Das Messmodul 20 mit gleichen Bestandteilen ist an der Koppelvorrichtung 14 des Zugfahrzeuges 200 angeordnet.The drawbar 11 is a measuring module 20 assigned, which at its front end 50 is placed releasably (see in particular 3 ). The measuring module 20 is in the front end 50 installed and includes an acceleration sensor 15 for determining an acceleration designated by FB, a force sensor 18 for determining a vertical load FS and another force sensor 21 for measuring a tensile or braking force FZ indicated by arrows (cf. 1 ). The miniaturized accelerometer 15 based on MEMS technology. The force sensors 18 and 21 are spring body load cells with glued strain gauges (DMS). In addition belongs to the measuring module 20 an evaluation device 23 in which a signal evaluation of the signal pulses coming from force and acceleration sensors takes place. The calculation results determined in the evaluation device are displayed on a display or monitor. The evaluation device 23 is at a control panel in the cab of the towing vehicle 200 arranged. The measurement data can be registered in a memory chip, not shown, logged and retrieved at any time. Another, different arrangement of the measuring module 20 is the 2 refer to. The measuring module 20 with the same components is at the coupling device 14 of the towing vehicle 200 arranged.

Die 4 und 6 zeigen eine Zugöse 13', in welche ein Messmodul 20' integriert ist. Die Zugöse 13' in massiver Ausführung weist eine Kugelkopfaufnahme 19 auf, welche über einen Hals 51 in einen prismatischen Grundkörper 53 übergeht, welcher wiederum auf der der Kugelkopfaufnahme 19 gegenüber liegenden Seite mit einem viereckigen Befestigungsflansch 55 endet.The 4 and 6 show a drawbar eye 13 ' into which a measuring module 20 ' is integrated. The towing eye 13 ' in solid design has a ball head socket 19 on which one over a neck 51 into a prismatic body 53 passes, which in turn on the ball head 19 opposite side with a square mounting flange 55 ends.

Gemäß 6 ist der Befestigungsflansch 55 mit einem am vorderen Ende 50 der Zugdeichsel 11 befindlichen Flansch 56 mittels Schrauben 57 kraftschlüssig verbunden, wobei die Zugöse 13' mit ihrer Kugelkopfaufnahme 19 an einem nicht gezeigten kompatiblen, kugelförmigen Kupplungselement einer Koppelvorrichtung 14' eingesetzt und dort mittels eines Niederhalters 52 stabil gehaltert ist.According to 6 is the mounting flange 55 with one at the front end 50 the drawbar 11 located flange 56 by means of screws 57 positively connected, the towing eye 13 ' with her ball head socket 19 on a not shown, compatible, spherical coupling element of a coupling device 14 ' used and there by means of a hold-down 52 is stably held.

Der Grundkörper 53 der Zugöse 13' ist mit dem Kraftsensor 18 zur Ermittlung der Stützlast FS, mit dem Kraftsensor 21 zur Messung der Zug- oder Bremskraft FZ und mit dem Beschleunigungssensor 15 zur Ermittlung der Beschleunigung FB bestückt. Die Sensoren sind in Sacklöchern 58, 59 und 60 untergebracht, dort dauerhaft angeklebt und mit entsprechenden, nicht gezeigten Deckeln gegen Schmutz und Feuchtigkeit gesichert.The main body 53 the towing eye 13 ' is with the force sensor 18 for determining the vertical load FS, with the force sensor 21 for measuring the tensile or braking force FZ and with the acceleration sensor 15 equipped to determine the acceleration FB. The sensors are in blind holes 58 . 59 and 60 housed there permanently glued and secured with appropriate, not shown lids against dirt and moisture.

Bei einer mit 13'' bezeichneter Zugöse (vgl. 5) handelt es sich ebenfalls um einen prismatischen massiven Grundkörper 53 mit einem viereckigen Befestigungsflansch 55 zur Verbindung mit der Zugdeichsel 11. Allerdings ist anstelle der Kugelkopfaufnahme 19 ein weiterer viereckiger Befestigungsflansch 54 vorgesehen, mit welchem die Zugöse 13'' an einen kompatiblen, nicht gezeigten Flansch der Koppelvorrichtung des Zugfahrzeuges 200 mittels Schrauben kraftschlüssig befestigt werden kann.At one with 13 '' designated drawbar eye (see. 5 ) is also a prismatic massive body 53 with a square mounting flange 55 to connect with the drawbar 11 , However, instead of the ball head socket 19 another quadrangular mounting flange 54 provided with which the drawbar eye 13 '' to a compatible, not shown flange of the coupling device of the towing vehicle 200 can be fastened non-positively by means of screws.

Ferner ist am Grundkörper 53 (4 und 5) ein weiteres Sackloch 61 zur Unterbringung eines Neigungssensors 29 vorgesehen. Der auf der MEMS-Technologie basierte Neigungssensor 29 kann den Winkel in Quer- und Längsachse messen. Die Messdaten werden als verstärkte Signale an die Auswerteinrichtung 23 vorzugsweise kabellos weitergeleitet.Further, on the main body 53 ( 4 and 5 ) another blind hole 61 to accommodate a tilt sensor 29 intended. The tilt sensor based on MEMS technology 29 can measure the angle in the transverse and longitudinal axes. The measured data are sent as amplified signals to the evaluation device 23 preferably forwarded wirelessly.

Funktionsweise (vgl. Fig. 1 und Fig. 3):Operation (see Fig. 1 and Fig. 3):

Ein Gesamtgewicht GG soll den durch den Hersteller des Anhängefahrzeuges 100 angegebenen Wert 12.000 kg bei einem Leergewicht 4.500 kg nicht überschreiten.A total weight GG is intended by the manufacturer of the trailer 100 12,000 kg for a curb weight of 4,500 kg.

Im ersten Betriebszustand, beim stehenden Gespann 300 wird die vom Anhängefahrzeug 100 auf das Zugfahrzeug 200 ausgeübte Stützlast FS mit Hilfe des Kraftsensors 18 ermittelt, als Anregungssignal verstärkt und per Funk an die Auswerteinrichtung 23 übertragen.In the first operating state, when standing team 300 gets the from the trailer vehicle 100 on the towing vehicle 200 applied vertical load FS with the help of the force sensor 18 determined, amplified as an excitation signal and by radio to the evaluation device 23 transfer.

Im zweiten Betriebszustand, beim kurzen Anfahren des Gespanns 300 werden mit Hilfe des Kraftsensors 21 die Zugkraft FZ, mit Hilfe des Kraftsensors 18 die Stützlast FS und mit Hilfe des Beschleunigungssensors 15 die Beschleunigung FB gemessen und per Funksignal an die Auswerteinrichtung 23 übertragen.In the second operating state, the short start of the team 300 be using the force sensor 21 the tensile force FZ, with the help of the force sensor 18 the vertical load FS and with the help of the acceleration sensor 15 the acceleration FB measured and by radio signal to the evaluation device 23 transfer.

Im dritten Betriebszustand werden beim Bremsmanöver des Gespanns 300 die Zugkraft FZ, die Stützlast FS und die negative Beschleunigung (Verzögerung) FB gemessen und per Funksignal an die Auswerteinrichtung 23 übertragen.In the third operating state are the braking maneuver of the team 300 the tensile force FZ, the vertical load FS and the negative acceleration (deceleration) FB measured and by radio signal to the evaluation device 23 transfer.

Aus den ermittelten Messdaten lässt sich ein Ladungsgewicht GL durch die Auswerteinrichtung 23 automatisch ausrechnen, da das Leergewicht in der Auswerteinrichtung 23 eingespeichert ist. Der Traktorfahrer liest das Ergebnis, in dem Fall 7.200 kg ab und stellt keine Überladung fest.From the determined measurement data, a charge weight GL can be determined by the evaluation device 23 calculate automatically, as the curb weight in the evaluation device 23 is stored. The tractor driver reads the result, in this case 7,200 kg and does not notice any overload.

Das Anfahren und Abbremsen wird insgesamt lediglich in 25 Sekunden realisiert. Die stärksten Trägheits- bzw. Massenkräfte sind beim schärferen Abbremsen zu erwarten. Die auf das Ladungsgewicht GL von 7.200 kg Masse wirkende Trägheitskraft beim Abbremsen mit einer Verzögerung von beispielsweise 2,0 m/s² wird in der Auswerteinrichtung 23 automatisch nach folgender Formel berechnet: Trägheitskraft = 7.200 kg × 2,0 m/s² = 14.400 N = 14,4 kN Alternativ zu einer kabellosen Datenübertragung per Funk kommen selbstverständlich auch andere Übertragungsarten in Betracht, beispielsweise per Datenübertragungskabel oder per Ultraschall.The start-up and braking is realized in total only in 25 seconds. The strongest inertial forces or mass forces are to be expected during sharper deceleration. The inertial force acting on the load weight GL of 7,200 kg mass during deceleration with a delay of, for example, 2.0 m / s ² is in the evaluation device 23 calculated automatically according to the following formula: Inertia force = 7,200 kg × 2.0 m / s ² = 14,400 N = 14.4 kN As an alternative to a wireless data transmission by radio, of course, other types of transmission come into consideration, for example by data transmission cable or by ultrasound.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: Fahrgestellchassis
1111: Zugdeichseldrawbar
12, 12'12, 12 ': Deichselholmdrawbar boom
13, 13'; 13''13, 13 '; 13 '': Zugeinrichtung (Zugöse)Drawbar (drawbar eye)
14, 14'14, 14 ': Koppelvorrichtungcoupling device
1515: Beschleunigungssensoraccelerometer
1616
1717
1818: Kraftsensor (Stützlast)Force sensor (vertical load)
1919: KugelkopfaufnahmeBall head mount
20, 20'20, 20 ': Meßmodulmeasuring module
2121: Kraftsensor (Zug- und Bremskraft)Force sensor (tensile and braking force)
2222
2323: Auswerteinrichtungevaluation
2424
2525
2626
2727: Laderaumhold
2828: Ladungcharge
2929: Neigungssensortilt sensor
5050: vorderes Ende (v. 11)front end (v. 11 )
5151: Halsneck
5252: NiederhalterStripper plate
5353: Grundkörperbody
5454: Befestigungsflanschmounting flange
5555: Befestigungsflanschmounting flange
5656: Flanschflange
5757: Schraubescrew
5858: Sacklochblind
5959: Sacklochblind
6060: Sacklochblind
6161: Sacklochblind
100100: Anhängefahrzeugtrailer
200200: Zugfahrzeugtowing vehicle
300300: Gespannteam
FSFS: Stützlastvertical load
FZFZ: Zug- oder BremskraftTensile or braking force
FBFB: Beschleunigungacceleration
GGGG: Gesamt-GewichtTotal weight
GLGL: Ladungs-GewichtCharge weight
PP: Koppelpunktcrosspoint

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10154736 B4 [0003]

Claims

Measuring module ( 20 ) for attachment to a towed vehicle ( 100 ) or to a towing vehicle ( 200 ) comprising at least one force sensor ( 18 ), characterized in that the force sensor ( 18 ) for identifying a towed vehicle ( 100 ) on the towing vehicle ( 200 ) is provided, and the measuring module ( 20 ) further comprises: - a second force sensor ( 21 ) for determining one of the towing vehicle ( 200 ) on the coupling device ( 14 ) applied traction or braking force (FZ), - an acceleration sensor ( 15 ) for determining an acceleration (FB) and - an evaluation device ( 23 ) for the determination of the total weight (GG) of the trailer ( 100 ) and / or the load weight (GL) in a loading space ( 27 ) of the trailer ( 100 ) arranged charge ( 28 ).

Measuring module ( 20 ) according to claim 1, characterized in that a tilt sensor ( 29 ) for determining the angle of inclination of the trailer ( 100 ) or towing vehicle ( 200 ) with respect to the predetermined by gravity Lotrichtung.

Measuring module ( 20 ) according to claim 1 or 2, characterized in that at least one force sensor ( 18 . 21 ) is a equipped with strain gauges spring body force transducer.

Measuring module ( 20 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that it is in the acceleration sensor ( 15 ) is a micro-electro-mechanical system (MEMS).

Measuring module ( 20 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the measuring module ( 20 ) measured data wirelessly to the evaluation device ( 23 ) be transmitted.

Agricultural tractor ( 200 ) or towed vehicle ( 100 ), comprising a measuring module ( 20 ) according to one of claims 1 to 5.

Agricultural tractor ( 200 ) or towed vehicle ( 100 ), according to one of claims 1 to 6, characterized in that the measuring module ( 20 ) detachable in the drawbar ( 11 ) of the trailer ( 100 ) or the coupling device ( 14 ) of the towing vehicle ( 200 ) is integrated.

Method for determining the weight of a vehicle with a towing vehicle ( 200 ) associated trailer vehicle ( 100 ), characterized in that the measuring module ( 20 ) in three operating states measured data, wherein: - in a first operating state when the vehicle is stationary ( 100 . 200 ) of the towed vehicle ( 100 ) on the towing vehicle ( 200 ) applied load (FS) is measured, - in a second operating state when starting the vehicles ( 100 . 200 ) the tensile force (FZ), the vertical load (FS) and the acceleration (FB) are measured, - in a third operating state when braking the vehicles ( 100 . 200 ) the tensile force (FZ), the vertical load (FS) and the acceleration (FB) is measured, and from the measured data determined in the three operating states in an evaluation device ( 23 ) the total weight (GG) of the trailer ( 100 ) and / or the load weight (GL) of a load compartment (GL) 27 ) of the trailer ( 100 ) arranged charge ( 28 ) is determined.