WO2022111790A1 - Measuring device for measuring forces and/or moments between a towing vehicle and a trailer vehicle of a vehicle combination - Google Patents

Measuring device for measuring forces and/or moments between a towing vehicle and a trailer vehicle of a vehicle combination Download PDF

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WO2022111790A1
WO2022111790A1 PCT/EP2020/083163 EP2020083163W WO2022111790A1 WO 2022111790 A1 WO2022111790 A1 WO 2022111790A1 EP 2020083163 W EP2020083163 W EP 2020083163W WO 2022111790 A1 WO2022111790 A1 WO 2022111790A1
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WO
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measuring
vehicle
trailer
strain gauge
carrier
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/083163
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German (de)
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Inventor
Daniel Pfefferkorn
Thomas Wolf
Sarra LACHHEB
Nils KAUFMANN
Original Assignee
Zf Cv Systems Global Gmbh
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Filing date
Publication date
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Priority to CN202090001166.4U priority patent/CN219914705U/en
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/13—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the tractive or propulsive power of vehicles
    • G01L5/136—Force sensors associated with a vehicle traction coupling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60D—VEHICLE CONNECTIONS
    • B60D1/00—Traction couplings; Hitches; Draw-gear; Towing devices
    • B60D1/24—Traction couplings; Hitches; Draw-gear; Towing devices characterised by arrangements for particular functions
    • B60D1/248—Traction couplings; Hitches; Draw-gear; Towing devices characterised by arrangements for particular functions for measuring, indicating or displaying the weight
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60D—VEHICLE CONNECTIONS
    • B60D1/00—Traction couplings; Hitches; Draw-gear; Towing devices
    • B60D1/58—Auxiliary devices
    • B60D1/62—Auxiliary devices involving supply lines, electric circuits, or the like
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    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G01L1/2206—Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports

Definitions

  • Measuring device for measuring forces and/or moments between a towing vehicle and a trailer of a vehicle combination
  • the invention relates to a measuring device for measuring forces and/or moments between a towing vehicle and a trailer of a vehicle combination.
  • the invention also relates to a vehicle combination with such a measuring device.
  • Towing hitches on vehicle combinations for coupling a towing vehicle to a trailer vehicle must be able to transfer large coupling forces or mechanical stresses in all three spatial directions and ensure that the vehicles are securely connected at all times.
  • a continuous measurement of the mechanical stresses occurring on such a trailer device can be used in addition to the permanent monitoring of the tractive forces and shear forces between the vehicles coupled to one another to determine further important current information. These include, for example, the articulation angle of the coupling, the load condition of the trailer and/or the inclination of the vehicle body. This information can be made available as control variables for driving dynamics control systems in vehicle combinations, for example for electronic braking systems, electronic stability control systems, electronic level control systems and/or driver assistance systems.
  • DE 10 2018 106 855 A1 discloses a measuring device for measuring forces and/or moments between a motorized vehicle and a trailer or attachment pulled or pushed by it.
  • This measuring device is arranged in a coupling area between the motorized vehicle and the towed or pushed trailer or attachment. It has a cross-shaped carrier with four radially extending measuring arms, which is arranged transversely to an imaginary longitudinal axis of the motorized vehicle, the carrier being clamped between a base plate and a standard coupling carrier.
  • a total of four sensor elements are arranged on the four measuring arms of the carrier, for example four strain gauges serving as force sensors.
  • the sensor elements are connected to an electronic evaluation device, which uses known algorithms to calculate the magnitude and direction of the forces and moments acting on the measuring device from the signals from the sensor elements and can forward them to a driving condition management system.
  • DE 25 20 673 C3 shows and describes a measuring device for measuring force and torque components acting on a steering knuckle of a wheel suspension.
  • This measuring device has a square flange plate, which carries an axle journal in its center and is firmly connected to a steering knuckle carrier via deformation areas. Strain gauges are to be placed at weak points in the deformation areas formed by grooves and bores.
  • fen rosettes attached, which are distributed on both sides of the plate and on the plate edges of the flange plate. The rosettes each consist of two strips overlapping one another at an angle of 90°, with the alignment of the strips specifying a measuring direction in each case.
  • the rosette strain gauges are electrically interconnected by means of five bridge circuits in such a way that three bridge circuits for the force components acting on the axle journal in the three mutually perpendicular main directions, i.e. in two main directions in the plane of the flange plate and in a third main direction in the direction of the axle journal axis and the two remaining bridge circuits for the tilting moments on the axle journal around the two main directions of the flange plate each generate an electrical signal, so that a total of three individual force components and two individual tilting moment components can be measured.
  • the disadvantage of this measuring device is that the flange plate requires numerous grooves, slots and bores aligned with one another.
  • the strain gauge rosettes only have two measuring directions. The number of strain gauge rosettes required is therefore large.
  • numerous strain gauge rosettes are arranged on the front and rear as well as on the panel edges.
  • the production of the flange plate, the wiring of the strain gauge rosettes and the assembly are correspondingly complex and the production costs are relatively high.
  • the known measuring device is therefore more suitable for investigations into wheel suspension and steering on test benches or for these purposes on motor vehicles specially equipped for this purpose, but less for use on production vehicles.
  • the invention is based on the object of proposing an improved measuring device of the type mentioned, which has a sensitive response behavior and high measuring accuracy, and which is nevertheless simple and inexpensive to produce.
  • This object is achieved with a measuring device which has the features of claim 1 .
  • Advantageous refinements and developments of this measuring device are defined in the dependent claims.
  • the measuring device for measuring forces and/or moments between a towing vehicle and a trailer of a vehicle combination therefore has the following:
  • a carrier designed as a measuring cross with several measuring arms, which can be arranged on a trailer device for coupling the towing vehicle to the trailer vehicle and can be connected to it.
  • a strain gauge rosette is arranged on each measuring arm of the carrier, each of which consists of at least three strain gauges arranged at an angle to one another and acting as force sensors.
  • There is also an electronic measurement data acquisition and evaluation unit which is electrically connected or can be connected to the strain gauge rosettes. This measurement data acquisition and evaluation unit is designed to acquire and evaluate electrical sensor signals in all three spatial directions caused by force and/or moment-related deformations of the hitch and correlated with strain changes in the strain gauge rosettes.
  • the measurement data acquisition and evaluation unit has an electronic circuit and/or a computer program with an algorithm, by means of which the coupling forces, coupling torques and/or their components acting on the towing device can be determined in terms of size and direction and in a time-resolved manner other vehicle systems are available.
  • a measuring device which enables the determination of coupling forces and coupling torques on a hitch in all three spatial directions and thereby achieves high precession and high temporal resolution with a sensitive response. This was based on the knowledge that the use of strain gauge rosettes in combination with a mechanical construction in the form of a measuring cross with several Measuring arms allow a very precise measurement of coupling forces in all three room dimensions.
  • the measured values of the coupling forces and coupling torques can be used to advantage in a large number of applications in the vehicle dynamics control of a vehicle combination and for controlling driver assistance systems, such as when adjusting the braking force of an electronic braking system to prevent trailer vibrations, for pulling a vehicle combination straight in good time and/or to avoid overloading the clutch.
  • the measuring device consists of a mechanical component and an electronic component.
  • the mechanical component is a multi-armed cruciform beam.
  • the electronic component is an arrangement of several strain gauge rosettes, which is electrically connected to a measurement data acquisition and evaluation unit.
  • the cross-shaped carrier which essentially consists of several measuring arms, is permanently mounted on the trailer hitch. If the measuring cross is non-positively connected to the trailer hitch, the measuring arms react with linear and/or torsional expansion to the reversible deformation of the trailer hitch caused by mechanical stresses when driving or maneuvering the vehicle combination.
  • a strain gauge rosette is arranged on each measuring arm.
  • the linear and/or torsional strains of the measuring arms are transferred to the strain gauge rosettes.
  • a single strain gauge could only detect an electrical signal corresponding to a strain of the gauge arm in a principal strain gauge direction.
  • a strain gauge rosette with three strain gauges arranged at an angle to one another generates several electrical signals and enables the actual three-dimensional strain of the respective measuring arm to be reconstructed and thus forces and moments to be measured in all directions.
  • the deformation of the hitch can affect the measuring arms of the measuring cross in different ways, so that the measuring arms experience measurable differences in strain and the strain gauge rosettes experience different strains.
  • the strength characteristics of the material of the measuring cross i.e. the modulus of elasticity and the Poisson’s ratio
  • the actual forces and moments which attack the hitch are closed according to size and direction.
  • the measuring device can use known mathematical methods to evaluate the electrical signals from the changes in strain of the strain gauge rosettes.
  • the strain gauge rosettes are electrically connected to one another in a suitable manner in order to obtain direction- and size-dependent separate electrical signals from the strain-related electrical resistance changes of the individual strain gauges as input variables for calculating the desired force components.
  • a precise reconstruction of the amplitude and direction of forces and moments acting on the attachment device can therefore be carried out according to the principle of vectorial addition of the strain measurement signals of the individual sub-strain gauges of the strain gauge rosettes.
  • Algorithms and electronic circuits for evaluating strains of strain gauge rosettes are already known. For example, reference is made to DE 16 48 385 A, in which a strain gauge rosette calculator for a strain gauge rosette made up of three strain gauges arranged at an angle to one another is described.
  • a measuring cross with several strain gauge rosettes on several measuring arms according to the invention can be evaluated with these means in order to obtain the desired vectorial information of the coupling forces and coupling moments on the hitch.
  • the carrier has four measuring arms extending radially from a central carrier part, each of the measuring arms being offset by 60° to an immediately adjacent first measuring arm and by 120° to an immediately adjacent second measuring arm a strain gauge rosette consisting of three strain gauges is arranged on each gauge arm in the area of its free end remote from the central carrier part, and wherein a central strain gauge of each strain gauge rosette is aligned in the direction of an imaginary geometric longitudinal axis of the gauge arm, and the two strain gauges adjacent to the middle strain gauge are arranged at an angle of 45° to the left and right.
  • This combination of a measuring cross with strain gauge rosettes has surprisingly proven to be a particularly sensitive measuring tool with which even the smallest coupling forces can be measured in all three spatial dimensions.
  • This strain gauge rosette can be used to measure strain and torsion of the measuring arm with an unknown main direction.
  • a resulting expansion angle of the measuring arm can be determined from the measurement signals.
  • the forces and moments acting on the hitch can be reconstructed in all three spatial directions from the actual expansion angle of each of the four measuring arms and the differences in the expansion angles on the individual measuring arms.
  • the carrier is designed as a three-dimensionally effective coupling force measuring adapter of a jaw coupling between a towing vehicle and a drawbar trailer or central axle trailer of a truck, with this carrier being clamped on the towing vehicle between the jaw coupling and a trailer hitch, and wherein this carrier is arranged transversely to an imaginary geometrical longitudinal axis of the vehicle combination.
  • measuring arms of the cross-shaped Trä gers according to the invention have several strain gauge rosettes instead of individual sensor elements, which allows a complete three-dimensional detection of forces and moments on the hitch. This achieves higher accuracy and greater measurement sensitivity.
  • the carrier is designed as a three-dimensionally acting coupling force measuring adapter of a saddle coupling between a semi-trailer tractor and a semi-trailer of a semi-trailer combination, the carrier being clamped on the semi-trailer tractor between the fifth wheel coupling and a chassis, and wherein the carrier is aligned in the direction of an imaginary geometric longitudinal axis of the articulated lorry.
  • the coupling force can be precisely measured at a coupling point between the tractor and the semi-trailer.
  • the cross-shaped carrier can be mounted below a fifth wheel and replaces a commonly used mounting plate there.
  • the measuring device has an interface for data transmission to a display device and/or for data collection from a vehicle dynamics control system and/or a driver assistance system.
  • the coupling forces and coupling moments determined can be displayed numerically and/or graphically, for example, on a display instrument in the driver's cab.
  • the coupling force information determined by the measuring device can be tapped at any time as input variables by existing driving dynamics systems and driver assistance systems of the vehicle combination and advantageously fed into the control systems.
  • the data can be available on a data technology bus system (such as a CAN bus) connected to the interface. Possible applications in which the measured coupling force information can be used are:
  • the invention also relates to a vehicle combination, such as a semi-trailer train, truck or passenger car-caravan combination, with a measuring device for measuring forces and/or moments between a towing vehicle and a vehicle a trailer vehicle, which is constructed according to the erfindungsge Permitted features just described.
  • FIG. 1 shows a perspective front view of a carrier of a measuring device according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows a rear view of the carrier according to FIG. 1 with an arrangement of strain gauge rosettes
  • FIG. 3 shows an enlarged detailed view of the carrier according to FIG. 2,
  • FIG. 4 shows a schematic, greatly simplified sectional view of the carrier in the installed state on a trailer device with a jaw coupling
  • FIG. 5 shows a perspective view of a carrier of a measuring device according to a second embodiment of the invention.
  • Fig. 6 is a schematic, greatly simplified sectional view of the carrier similar to that of FIG. 5 in the installed state on a towing device with egg ner fifth wheel.
  • the carrier 2 has the shape of a measuring cross with two measuring arms 3a, 3b, 3c, 3d arranged offset from one another by 60° or by 120°. Eyes 4a, 4b, 4c, 4d with through holes 5a, 5b, 5c, 5d are formed on the respective free end of these measuring arms, the eyes 4a, 4b, 4c, 4d each having an axial projection 6a, 6b, 6c, 6d.
  • the carrier is 2 provided with a central support part 7 which is designed as a hub and protrudes axially on one side, which is essentially cylindrical but has flattened edges. In the carrier part 7 a central threaded hole 8 is madebil det.
  • a strain gauge rosette 9, 10, 11, 12 is arranged on each measuring arm 3a, 3b, 3c, 3d.
  • the back of the carrier 2 is provided in the region of the central carrier part 7 and beyond up to the eyes 4a, 4b, 4c, 4d of the free ends of the measuring arms 3a, 3b, 3c, 3d with a depression 20 (FIG. 3).
  • the respective strain gauge rosette 9, 10, 11, 12 is arranged as close as possible to the eyes 4a, 4b, 4c, 4d and is firmly connected to the carrier material, for example cohesively.
  • the respective strain gauge rosettes 9 , 10 , 11 , 12 are each connected to an electronic measurement data acquisition and evaluation unit 17 via a six-wire electrical line 13 , 14 , 15 , 16 .
  • the measurement data acquisition and evaluation unit 17 has electronic computing and storage means known per se, by means of which the electrical signals, which are correlated with strains or strain changes of the strain gauge rosettes 9, 10, 11, 12, can be evaluated in order to calculate forces and Moments to which the hitch device 21 is exposed to determine.
  • the measurement data acquisition and evaluation unit 17 has an electrical or optical interface 43 for data transmission to a display device and/or for data collection from a driving dynamics control system and/or a driver assistance system.
  • a strain gauge rosette 9 consists of a middle strain gauge 9b and two further strain gauges 9a, 9c, which are arranged on the right and left at an angle of 45° in relation to the middle strain gauge 9b.
  • the three strain gauges 9a, 9b, 9c are each connected to the measurement data acquisition and evaluation unit 17 via two electrical wires 13.1, 13.2, 13.3, 13.3, 13.4, 13.5, 13.6 of an electrical line 13.
  • the remaining three strain gauges Setten 10, 11, 12 are constructed in the same way as the strain gauge rosette 9 just described and are also connected to the measurement data acquisition and evaluation unit 17.
  • FIG. 4 shows schematically the carrier 2 just described in the installed state on the towing device 21 .
  • the hitch 21 has a box-shaped standard hitch 22, a standard hitch carrier 23 with Verriege treatment means for fixing to the hitch 22, a connection plate 24, and an open-end coupling 25 with a base plate 25a.
  • the carrier 2 is aligned transversely to an imaginary geometric longitudinal axis 26 of the vehicle combination.
  • a similar standard trailer hitch 22 and a similar standard coupling carrier 23 are described in DE 10 2018 106 855 A1, already mentioned, so that they do not have to be explained further here. It is only important that the cross-shaped carrier 2 is clamped between the hitch 22 and the jaw coupling 25 in order to fulfill its measuring tasks.
  • FIG. 5 shows a second embodiment of a measuring device 1.2 for measuring coupling forces and coupling torques on a hitch 30 (FIG. 6) of a semitrailer tractor 31 of a semitrailer combination.
  • a second measuring cross-shaped carrier 32 has two measuring arms 33a, 33b, 33c, 33d, which are offset by 60° or 120° from one another and at the free end of which a rectangular finger 34a, 34b, 34c, 34d is formed.
  • This second support 32 is provided with a central support part 35 designed as a frame, axially protruding in the direction of the chassis 37 (FIG. 6) and set back in the direction of the fifth wheel 38 .
  • a strain gauge rosette 39, 40, 41, 42 is arranged on each measuring arm 33a, 33b, 33c, 33d and fastened there.
  • the strain gauge rosettes 39, 40, 41, 42 are connected to the electronic measurement data acquisition and evaluation unit 17 via electrical lines 13, 14, 15, 16.
  • FIG. 6 shows a highly simplified schematic of this two-th carrier 32 in the installed state on the trailer hitch 30 of the tractor-trailer.

Abstract

The invention relates to a measuring device (1.1) for measuring forces and/or moments between a towing vehicle (18) and a trailer vehicle (19) of a vehicle combination, said device comprising: a support (2) which is in the form of a measurement cross, has a plurality of measuring arms (3a, 3b, 3c, 3d), and can be positioned on and connected to a trailer device (21) for coupling the towing vehicle (18) to the trailer vehicle (19), wherein a strain gauge rosette (9, 10, 11, 12) is located on each measuring arm (3a, 3b, 3c, 3d) of the support (2), said strain gauge rosettes each consisting of at least three strain gauges (9a, 9b, 9c) positioned at an angle with respect to one another and acting as force sensors; and an electronic measurement data acquisition and evaluation unit (17) which is or can be electrically connected to the strain gauge rosettes (9, 10, 11, 12) and which is designed to acquire and evaluate electrical sensor signals, in all three spatial directions, which are caused by deformations of the trailer device (21) arising due to forces and/or moments and are correlated with changes in the strain of the strain gauge rosettes (9, 10, 11, 12), wherein the electronic measurement data acquisition and evaluation unit (17) has an electronic circuit and/or a computer programme having an algorithm, by means of which electronic circuit and/or computer programme the coupling forces, coupling moments and/or the components thereof acting on the trailer device (21) can be determined in terms of magnitude and direction and in a temporally resolved manner and can be made available to other vehicle systems.

Description

Messeinrichtung zum Messen von Kräften und/oder Momenten zwischen einem Zug fahrzeug und einem Anhängefahrzeug einer Fahrzeugkombination Measuring device for measuring forces and/or moments between a towing vehicle and a trailer of a vehicle combination
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft eine Messeinrichtung zum Messen von Kräften und/oder Mo menten zwischen einem Zugfahrzeug und einem Anhängefahrzeug einer Fahrzeug kombination. Außerdem betrifft die Erfindung eine Fahrzeugkombination mit einer solchen Messeinrichtung. The invention relates to a measuring device for measuring forces and/or moments between a towing vehicle and a trailer of a vehicle combination. The invention also relates to a vehicle combination with such a measuring device.
Anhängevorrichtungen von Fahrzeugkombinationen zum Koppeln eines Zugfahr zeugs mit einem Anhängefahrzeug, beispielsweise Maulkupplungen oder Sattelkupp lungen an Lastzügen oder Sattelzügen, müssen große Koppelkräfte beziehungswei se mechanische Spannungen in allen drei Raumrichtungen übertragen können und jederzeit eine sichere Verbindung der Fahrzeuge gewährleisten. Towing hitches on vehicle combinations for coupling a towing vehicle to a trailer vehicle, such as open-end couplings or fifth wheel couplings on road trains or articulated lorries, must be able to transfer large coupling forces or mechanical stresses in all three spatial directions and ensure that the vehicles are securely connected at all times.
Eine kontinuierliche Messung der an einer solchen Anhängevorrichtung auftretenden mechanischen Spannungen kann zusätzlich zur permanenten Überwachung der Zugkräfte und Schubkräfte zwischen den miteinander gekoppelten Fahrzeugen zur Ermittlung weiterer wichtiger aktueller Informationen genutzt werden. Zu nennen sind hier beispielsweise der Knickwinkel der Kopplung, der Ladungszustand des An hängers und/oder die Neigung des Fahrzeugaufbaus. Diese Informationen können als Regelgrößen für Fahrdynamikregelsysteme in Fahrzeugkombinationen, bei spielsweise für elektronische Bremssysteme, elektronische Stabilitätskontrollsyste- me, elektronische Niveauregelungssysteme und/oder Fahrerassistenzsysteme zur Verfügung gestellt werden. A continuous measurement of the mechanical stresses occurring on such a trailer device can be used in addition to the permanent monitoring of the tractive forces and shear forces between the vehicles coupled to one another to determine further important current information. These include, for example, the articulation angle of the coupling, the load condition of the trailer and/or the inclination of the vehicle body. This information can be made available as control variables for driving dynamics control systems in vehicle combinations, for example for electronic braking systems, electronic stability control systems, electronic level control systems and/or driver assistance systems.
Allerdings ist es schwierig, diesbezügliche Kräfte und Momente am Koppelpunkt zwi schen den beiden Fahrzeugen mit einer für die Regelung der erwähnten Systeme ausreichend hohen Empfindlichkeit zu messen, da die mechanischen Komponenten der Anhängevorrichtungen jeweils eine vergleichsweise große Steifigkeit aufweisen müssen. Die bekannten Messeinrichtungen zum Messen von Kräften und/oder Mo menten zwischen einem Zugfahrzeug und einem Anhängefahrzeug bieten meistens nur eine begrenzte Genauigkeit und/oder ermöglichen nur eine Messung in einer Richtung oder in zwei von drei Raumrichtungen. However, it is difficult to measure the relevant forces and moments at the coupling point between the two vehicles with a sensitivity that is sufficiently high for the control of the systems mentioned, since the mechanical components of the hitch devices each have a comparatively high degree of rigidity have to. The known measuring devices for measuring forces and/or moments between a towing vehicle and a trailer usually only offer limited accuracy and/or only allow measurement in one direction or in two of three spatial directions.
Aus der DE 10 2018 106 855 A1 ist eine Messeinrichtung zum Messen von Kräften und/oder Momenten zwischen einem motorisierten Fahrzeug und einem davon ge zogenen oder geschobenen Anhänger oder Anbaugerät bekannt. Diese Messeinrich tung ist in einem Kupplungsbereich zwischen dem motorisierten Fahrzeug und dem gezogenen oder geschobenen Anhänger oder Anbaugerät angeordnet. Sie weist ei nen kreuzförmigen Träger mit vier sich radial erstreckenden Messarmen auf, welcher quer zu einer gedachten Längsachse des motorisierten Fahrzeugs angeordnet ist, wobei der Träger zwischen einer Basisplatte und einem Standard-Kupplungsträger eingespannt ist. An den vier Messarmen des Trägers sind insgesamt vier Sensorel emente angeordnet, beispielsweise vier als Kraftsensoren dienende Dehnungsmess streifen. Die Sensorelemente sind mit einem elektronischen Auswertegerät verbun den, welches mittels bekannter Algorithmen aus den Signalen der Sensorelemente auf die Messeinrichtung einwirkende Kräfte und Momente nach Größe und Richtung berechnen sowie an ein Fahrzustand-Managementsystem weiterleiten kann. DE 10 2018 106 855 A1 discloses a measuring device for measuring forces and/or moments between a motorized vehicle and a trailer or attachment pulled or pushed by it. This measuring device is arranged in a coupling area between the motorized vehicle and the towed or pushed trailer or attachment. It has a cross-shaped carrier with four radially extending measuring arms, which is arranged transversely to an imaginary longitudinal axis of the motorized vehicle, the carrier being clamped between a base plate and a standard coupling carrier. A total of four sensor elements are arranged on the four measuring arms of the carrier, for example four strain gauges serving as force sensors. The sensor elements are connected to an electronic evaluation device, which uses known algorithms to calculate the magnitude and direction of the forces and moments acting on the measuring device from the signals from the sensor elements and can forward them to a driving condition management system.
Nachteilig daran ist, dass Dehnungen an den Messarmen des Trägers jeweils nur in einer Messrichtung, nämlich in derjenigen Richtung, in welcher der Dehnungsmess streifen orientiert ist, gemessen werden können. Dadurch kann in der Regel nur ein Teil der tatsächlichen Dehnung eines Messarms gemessen werden, wodurch die Genauigkeit der Messeinrichtung nicht optimal ist. The disadvantage of this is that strains on the measuring arms of the carrier can only be measured in one measuring direction, namely in the direction in which the strain gauge is oriented. As a result, only part of the actual elongation of a measuring arm can usually be measured, which means that the accuracy of the measuring device is not optimal.
Die DE 25 20 673 C3 zeigt und beschreibt eine Messeinrichtung zum Messen von an einem Achsschenkel einer Radaufhängung angreifenden Kraft- und Drehmoment komponenten. Diese Messeinrichtung weist eine quadratische Flanschplatte auf, welche in ihrem Zentrum einen Achszapfen trägt und über Verformungsbereiche mit einem Achsschenkelträger fest verbunden ist. An durch Auskehlungen und Bohrun gen gebildeten Schwächestellen der Verformungsbereiche sind Dehnungsmessstrei- fenrosetten angebracht, welche auf beiden Plattenseiten sowie auf den Plattenkan ten der Flanschplatte verteilt angeordnet sind. Die Rosetten bestehen jeweils aus zwei sich einander unter einem Winkel von 90° überdeckenden Streifen, wobei die Ausrichtung der Streifen jeweils eine Messrichtung vorgibt. Die Dehnungsmessstrei fenrosetten sind mittels fünf Brückenschaltungen elektrisch derart miteinander ver schaltet, dass drei Brückenschaltungen für die am Achszapfen in den drei senkrecht aufeinander stehenden Hauptrichtungen, also in zwei Hauptrichtungen in der Ebene der Flanschplatte sowie in einer dritten Hauptrichtung in Richtung der Achse des Achszapfens angreifenden Kraftkomponenten sowie die beiden restlichen Brücken schaltungen für die Kippmomente am Achszapfen um die beiden Hauptrichtungen der Flanschplatte jeweils ein elektrisches Signal erzeugen, sodass insgesamt drei einzelne Kraftkomponenten und zwei einzelne Kippmomentkomponenten gemessen werden können. DE 25 20 673 C3 shows and describes a measuring device for measuring force and torque components acting on a steering knuckle of a wheel suspension. This measuring device has a square flange plate, which carries an axle journal in its center and is firmly connected to a steering knuckle carrier via deformation areas. Strain gauges are to be placed at weak points in the deformation areas formed by grooves and bores. fen rosettes attached, which are distributed on both sides of the plate and on the plate edges of the flange plate. The rosettes each consist of two strips overlapping one another at an angle of 90°, with the alignment of the strips specifying a measuring direction in each case. The rosette strain gauges are electrically interconnected by means of five bridge circuits in such a way that three bridge circuits for the force components acting on the axle journal in the three mutually perpendicular main directions, i.e. in two main directions in the plane of the flange plate and in a third main direction in the direction of the axle journal axis and the two remaining bridge circuits for the tilting moments on the axle journal around the two main directions of the flange plate each generate an electrical signal, so that a total of three individual force components and two individual tilting moment components can be measured.
Nachteilig an dieser Messeinrichtung ist, dass die Flanschplatte zahlreiche zueinan der ausgerichtete Auskehlungen, Schlitze und Bohrungen benötigt. Die Dehnungs messstreifenrosetten weisen lediglich zwei Messrichtungen auf. Die Anzahl der benö tigten Dehnungsmessstreifenrosetten ist daher groß. Zudem sind sowohl an der Vor derseite und der Rückseite als auch an den Plattenkanten zahlreiche Dehnungs messstreifenrosetten angeordnet. Die Herstellung der Flanschplatte, die Verkabelung der Dehnungsmessstreifenrosetten sowie die Montage sind entsprechend aufwendig und die Herstellkosten relativ hoch. Die bekannte Messeinrichtung ist daher eher für Untersuchungen zur Radaufhängung und Lenkung auf Prüfständen oder für diese Zwecke an dafür speziell ausgerüsteten Kraftfahrzeugen geeignet, weniger jedoch für den Einsatz an Serienfahrzeugen. The disadvantage of this measuring device is that the flange plate requires numerous grooves, slots and bores aligned with one another. The strain gauge rosettes only have two measuring directions. The number of strain gauge rosettes required is therefore large. In addition, numerous strain gauge rosettes are arranged on the front and rear as well as on the panel edges. The production of the flange plate, the wiring of the strain gauge rosettes and the assembly are correspondingly complex and the production costs are relatively high. The known measuring device is therefore more suitable for investigations into wheel suspension and steering on test benches or for these purposes on motor vehicles specially equipped for this purpose, but less for use on production vehicles.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Messeinrichtung der genannten Art vorzuschlagen, welche ein empfindliches An sprechverhalten sowie eine hohe Messgenauigkeit aufweist, und die dennoch ein fach und kostengünstig herstellbar ist. Die Lösung dieser Aufgabe wird mit einer Messeinrichtung erreicht, welche die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildun gen dieser Messeinrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert. Against this background, the invention is based on the object of proposing an improved measuring device of the type mentioned, which has a sensitive response behavior and high measuring accuracy, and which is nevertheless simple and inexpensive to produce. This object is achieved with a measuring device which has the features of claim 1 . Advantageous refinements and developments of this measuring device are defined in the dependent claims.
Die erfindungsgemäße Messeinrichtung zum Messen von Kräften und/oder Momen ten zwischen einem Zugfahrzeug und einem Anhängefahrzeug einer Fahrzeugkom bination weist demnach folgendes auf: The measuring device according to the invention for measuring forces and/or moments between a towing vehicle and a trailer of a vehicle combination therefore has the following:
Einen als ein Messkreuz ausgebildeten Träger mit mehreren Messarmen, welcher an einer Anhängevorrichtung zum Koppeln des Zugfahrzeugs mit dem An hängefahrzeug anordbar und mit dieser verbindbar ist. An jedem Messarm des Trä gers ist eine Dehnungsmessstreifenrosette angeordnet, welche jeweils aus mindes tens drei im Winkel zueinander angeordneten, als Kraftsensoren wirksamen Deh nungsmessstreifen bestehen. Außerdem ist eine elektronische Messdatenerfas- sungs- und Auswerteeinheit vorhanden, welche mit den Dehnungsmessstreifenroset ten elektrisch verbunden oder verbindbar ist. Diese Messdatenerfassungs- und Aus werteeinheit ist zur Erfassung sowie Auswertung von durch kraft- und/oder moment bedingten Verformungen der Anhängevorrichtung hervorgerufenen, mit Dehnungs änderungen der Dehnungsmessstreifenrosetten korrelierten elektrischen Sensorsig nalen in allen drei Raumrichtungen ausgebildet. Hierzu weist die Messdatenerfas sungs- und Auswerteeinheit eine elektronische Schaltung und/oder ein Computer programm mit einem Algorithmus auf, mittels der oder mittels dem die auf die An hängevorrichtung wirkenden Koppelkräfte, Koppelmomente und/oder deren Kompo nenten nach Größe und Richtung sowie zeitaufgelöst bestimmbar sowie anderen Fahrzeugsystemen zur Verfügung stellbar sind. A carrier designed as a measuring cross with several measuring arms, which can be arranged on a trailer device for coupling the towing vehicle to the trailer vehicle and can be connected to it. A strain gauge rosette is arranged on each measuring arm of the carrier, each of which consists of at least three strain gauges arranged at an angle to one another and acting as force sensors. There is also an electronic measurement data acquisition and evaluation unit which is electrically connected or can be connected to the strain gauge rosettes. This measurement data acquisition and evaluation unit is designed to acquire and evaluate electrical sensor signals in all three spatial directions caused by force and/or moment-related deformations of the hitch and correlated with strain changes in the strain gauge rosettes. For this purpose, the measurement data acquisition and evaluation unit has an electronic circuit and/or a computer program with an algorithm, by means of which the coupling forces, coupling torques and/or their components acting on the towing device can be determined in terms of size and direction and in a time-resolved manner other vehicle systems are available.
Durch diese Anordnung ist eine Messeinrichtung realisiert, welche die Ermittlung von Koppelkräften und Koppelmomenten an einer Anhängevorrichtung in allen drei Raumrichtungen ermöglicht und dabei eine hohe Präzession sowie eine hohe zeitli che Auflösung mit einem empfindlichen Ansprechverhalten erreicht. Dem lag die Er kenntnis zugrunde, dass die Verwendung von Dehnmessstreifenrosetten in Kombina tion mit einer mechanischen Konstruktion in Form eines Messkreuzes mit mehreren Messarmen eine sehr genaue Messung von Koppelkräften in allen drei Raumdimen sionen ermöglicht. With this arrangement, a measuring device is realized which enables the determination of coupling forces and coupling torques on a hitch in all three spatial directions and thereby achieves high precession and high temporal resolution with a sensitive response. This was based on the knowledge that the use of strain gauge rosettes in combination with a mechanical construction in the form of a measuring cross with several Measuring arms allow a very precise measurement of coupling forces in all three room dimensions.
Die mittels der Messeinrichtung präzise und zeitlich hoch aufgelösten Messwerte der Koppelkräfte und Koppelmomente können in einer Vielzahl von Anwendungsfällen in der Fahrdynamikregelung einer Fahrzeugkombination sowie zur Regelung von Fah rerassistenzsystemen vorteilhaft genutzt werden, wie beispielsweise bei der Einstel lung der Bremskraft eines elektronischen Bremssystems, zur Verhinderung von An hängerschwingungen, zum rechtzeitigen Geradeziehen eines Fahrzeuggespanns und/oder zur Vermeidung von Kupplungsüberlastungen. The measured values of the coupling forces and coupling torques, which are precise and have a high temporal resolution by means of the measuring device, can be used to advantage in a large number of applications in the vehicle dynamics control of a vehicle combination and for controlling driver assistance systems, such as when adjusting the braking force of an electronic braking system to prevent trailer vibrations, for pulling a vehicle combination straight in good time and/or to avoid overloading the clutch.
Demnach besteht die Messeinrichtung aus einer mechanischen Komponente und einer elektronischen Komponente. Die mechanische Komponente ist ein mehrarmi- ger kreuzförmiger Träger. Die elektronische Komponente ist eine Anordnung von mehreren Dehnungsmessstreifenrosetten, welche mit einer Messdatenerfassungs und Auswerteeinheit elektrisch verbunden ist. Accordingly, the measuring device consists of a mechanical component and an electronic component. The mechanical component is a multi-armed cruciform beam. The electronic component is an arrangement of several strain gauge rosettes, which is electrically connected to a measurement data acquisition and evaluation unit.
Um die auf die Anhängevorrichtung einwirkenden dreidimensionalen Kräfte und Mo mente zu ermitteln, wird der im Wesentlichen aus mehreren Messarmen bestehende kreuzförmige Träger fest an der Anhängerkupplung montiert. Wenn das Messkreuz mit der Anhängevorrichtung kraftschlüssig verbunden ist, reagieren die Messarme mit Längen- und/oder Torsionsdehnungen auf die durch mechanische Spannungen im Fahr- oder Rangierbetrieb der Fahrzeugkombination hervorgerufenen reversiblen Verformungen der Anhängerkupplung. In order to determine the three-dimensional forces and moments acting on the trailer hitch, the cross-shaped carrier, which essentially consists of several measuring arms, is permanently mounted on the trailer hitch. If the measuring cross is non-positively connected to the trailer hitch, the measuring arms react with linear and/or torsional expansion to the reversible deformation of the trailer hitch caused by mechanical stresses when driving or maneuvering the vehicle combination.
An jedem Messarm ist wie erwähnt eine Dehnungsmessstreifenrosette angeordnet. Die Längen- und/oder Torsionsdehnungen der Messarme werden auf die Deh nungsmessstreifenrosetten übertragen. Ein einzelner Dehnungsmessstreifen könnte lediglich ein elektrisches Signal entsprechend einer Dehnung des Messarms in einer Hauptdehnungsmessrichtung erfassen. Dadurch könnte nur eine eindimensionale Projektion, also lediglich ein Teil der tatsächlichen Dehnung des betreffenden Mess arms gemessen werden. Eine Dehnungsmessstreifenrosette mit drei im Winkel zueinander angeordneten Dehnungsmesstreifen erzeugt hingegen mehrere elektrische Signale und ermöglicht eine Rekonstruktion der tatsächlichen dreidimensionalen Dehnung des jeweiligen Messarms und somit die Messung von Kräften und Momenten in allen Richtungen. As mentioned, a strain gauge rosette is arranged on each measuring arm. The linear and/or torsional strains of the measuring arms are transferred to the strain gauge rosettes. A single strain gauge could only detect an electrical signal corresponding to a strain of the gauge arm in a principal strain gauge direction. As a result, only a one-dimensional projection, i.e. only part of the actual strain of the measuring arm in question, could be measured. A strain gauge rosette with three strain gauges arranged at an angle to one another, on the other hand, generates several electrical signals and enables the actual three-dimensional strain of the respective measuring arm to be reconstructed and thus forces and moments to be measured in all directions.
An den Messarmen des Messkreuzes kann die Verformung der Anhängevorrichtung unterschiedlich angreifen, sodass die Messarme messbare Dehnungsunterschiede und die Dehnungsmessstreifenrosetten unterschiedliche Dehnungen erfahren. Aus den elektrischen Signalen der Dehnungen und aus den Dehnungsunterschieden der einzelnen Messarme kann nach einer vorausgehenden Kalibrierung der Messeinrich tung unter Berücksichtigung der Festigkeitskennzahlen des Materials des Messkreu zes, also des Elastizitätsmoduls und der Querdehnungszahl (Poisson-Zahl), auf die tatsächlichen Kräfte und Momente, welche an der Anhängevorrichtung angreifen, nach Größe und Richtung geschlossen werden. The deformation of the hitch can affect the measuring arms of the measuring cross in different ways, so that the measuring arms experience measurable differences in strain and the strain gauge rosettes experience different strains. After a previous calibration of the measuring device, taking into account the strength characteristics of the material of the measuring cross, i.e. the modulus of elasticity and the Poisson’s ratio, the actual forces and moments which attack the hitch, are closed according to size and direction.
Für die Auswertung der elektrischen Signale aus den Dehnungsänderungen der Dehnungsmessstreifenrosetten kann die Messeinrichtung auf bekannte mathemati sche Methoden zurückgreifen. Die Dehnungsmessstreifenrosetten sind zu diesem Zweck in geeigneter Weise elektrisch miteinander verschaltet, um aus den deh nungsbedingten elektrischen Widerstandsänderungen der einzelnen Dehnungs messstreifen richtungs- und größenabhängige separate elektrische Signale als Ein gangsgrößen für die Berechnung der gewünschten Kraftkomponenten zu erhalten. The measuring device can use known mathematical methods to evaluate the electrical signals from the changes in strain of the strain gauge rosettes. For this purpose, the strain gauge rosettes are electrically connected to one another in a suitable manner in order to obtain direction- and size-dependent separate electrical signals from the strain-related electrical resistance changes of the individual strain gauges as input variables for calculating the desired force components.
Der mechanische Spannungszustand eines Körpers, vorliegend eines Messarms, kann mittels des grafischen Verfahrens der Mohr'schen Spannungskreise vollständig beschrieben und veranschaulicht werden. In „Hering u.a., Physik für Ingenieure, 19. Aufl., Springer 2012, Kap. 2.11 , Mechanik deformierbarer fester Körper“, ist am Bei spiel einer dreiachsigen Zugbeanspruchung eines Körpers die Fierleitung der Flauptspannungen sowie der Winkelabstände der Flauptachsen mittels der Konstruk tion der Mohr’schen Spannungskreise veranschaulicht. In „Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau, 19. Aufl., 1997, Kap. C1.1 Spannungen und Verformungen“, ist der mathematische Formalismus der Mohr’schen Spannungskreise für eindimensio nale, zweidimensionale und für dreidimensionale Spannungszustände von Körpern beschrieben. The mechanical stress state of a body, in this case a measuring arm, can be fully described and illustrated using the graphical method of Mohr's stress circles. In "Hering et al., Physics for Engineers, 19th ed., Springer 2012, chap. 2.11 "Mechanics of deformable solid bodies", the example of a three-axis tensile stress on a body illustrates the flow of the base stresses and the angular distances of the base axes by means of the construction of Mohr's stress circles. In "Dubbel, paperback for mechanical engineering, 19th edition, 1997, chap. C1.1 Stresses and Deformations' the mathematical formalism of Mohr's stress circles for one-dimensional, two-dimensional and three-dimensional stress states of bodies.
Eine präzise Rekonstruktion der Amplitude und der Richtung von an der Anhängevor richtung angreifenden Kräften und Momenten kann demnach nach dem Prinzip der vektoriellen Addition der Dehnungsmesssignale der einzelnen Sub-Dehnungsmess- streifen der Dehnungsmessstreifenrosetten erfolgen. Algorithmen und elektronische Schaltungen zur Auswertung von Dehnungen von Dehnungsmessstreifenrosetten sind bereits bekannt. Beispielweise sei dazu auf die DE 16 48 385 A verwiesen, in der ein Dehnungsmessstreifenrosetten-Rechner für eine Dehnungsmessstreifenro sette aus drei im Winkel zueinander angeordneten Dehnungsmesstreifen beschrie ben ist. Ein Messkreuz mit mehreren Dehnungsmessstreifenrosetten an mehreren Messarmen gemäß der Erfindung ist mit diesen Mitteln auswertbar, um die ge wünschten vektoriellen Informationen der Koppelkräfte und Koppelmomente an der Anhängevorrichtung zu erhalten. A precise reconstruction of the amplitude and direction of forces and moments acting on the attachment device can therefore be carried out according to the principle of vectorial addition of the strain measurement signals of the individual sub-strain gauges of the strain gauge rosettes. Algorithms and electronic circuits for evaluating strains of strain gauge rosettes are already known. For example, reference is made to DE 16 48 385 A, in which a strain gauge rosette calculator for a strain gauge rosette made up of three strain gauges arranged at an angle to one another is described. A measuring cross with several strain gauge rosettes on several measuring arms according to the invention can be evaluated with these means in order to obtain the desired vectorial information of the coupling forces and coupling moments on the hitch.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Träger vier sich von einem zentralen Trägerteil radial erstreckende Messarme aufweist, wobei jeder der Messarme um 60° zu einem unmittelbar benachbarten ers ten Messarm sowie um 120° zu einem unmittelbar benachbarten zweiten Messarm versetzt angeordnet ist, wobei an jedem Messarm im Bereich seines von dem zentra len Trägerteil entfernten freien Endes jeweils eine aus drei Dehnungsmessstreifen bestehende Dehnungsmessstreifenrosette angeordnet ist, und wobei jeweils ein mitt lerer Dehnungsmessstreifen einer jeden Dehnungsmessstreifenrosette in Richtung einer gedachten geometrischen Längsachse des Messarms ausgerichtet ist, sowie die beiden zu dem mittleren Dehnungsmesstreife benachbarten Dehnungsmessstrei fen um jeweils 45° nach links und rechts angewinkelt angeordnet sind. According to a preferred development of the invention, it can be provided that the carrier has four measuring arms extending radially from a central carrier part, each of the measuring arms being offset by 60° to an immediately adjacent first measuring arm and by 120° to an immediately adjacent second measuring arm a strain gauge rosette consisting of three strain gauges is arranged on each gauge arm in the area of its free end remote from the central carrier part, and wherein a central strain gauge of each strain gauge rosette is aligned in the direction of an imaginary geometric longitudinal axis of the gauge arm, and the the two strain gauges adjacent to the middle strain gauge are arranged at an angle of 45° to the left and right.
Diese Kombination eines Messkreuzes mit Dehnungsmessstreifenrosetten hat sich überraschenderweise als ein besonders empfindliches Messwerkzeug erwiesen, mit dem selbst kleinste Koppelkräfte in allen drei Raumdimensionen messbar sind. Dabei stellen jeweils drei auf einer ebenen Oberfläche eines Messarms angeordnete Deh nungsmessstreifen einen Winkel von 90° Grad auf. Mittels dieser Dehnungsmess streifenrosette können Dehnungen und Torsionen des Messarms mit unbekannter Hauptrichtung gemessen werden. Aus den Messsignalen lässt sich ein resultierender Dehnungswinkel des Messarms bestimmen. Aus dem tatsächlichen Dehnungswinkel jedes der vier Messarme und den Dehnungswinkelunterschieden an den einzelnen Messarmen können die an der Anhängevorrichtung angreifenden Kräfte und Momen te in allen drei Raumrichtungen rekonstruiert werden. This combination of a measuring cross with strain gauge rosettes has surprisingly proven to be a particularly sensitive measuring tool with which even the smallest coupling forces can be measured in all three spatial dimensions. Included three strain gauges arranged on a flat surface of a measuring arm set up an angle of 90° degrees. This strain gauge rosette can be used to measure strain and torsion of the measuring arm with an unknown main direction. A resulting expansion angle of the measuring arm can be determined from the measurement signals. The forces and moments acting on the hitch can be reconstructed in all three spatial directions from the actual expansion angle of each of the four measuring arms and the differences in the expansion angles on the individual measuring arms.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Träger als ein dreidimensional wirksamer Kupplungskraftmessadapter einer Maulkupplung zwischen einem Zugfahrzeug und einem Deichsel- oder Zentralachsanhänger eines Lastzugs ausgebildet ist, wobei dieser Träger an dem Zugfahrzeug zwischen der Maulkupplung und einem Anhängebock eingespannt ist, und wobei dieser Träger quer zu einer gedachten geometrischen Längsachse der Fahrzeugkombination aus gerichtet angeordnet ist. According to one embodiment of the invention, it can be provided that the carrier is designed as a three-dimensionally effective coupling force measuring adapter of a jaw coupling between a towing vehicle and a drawbar trailer or central axle trailer of a truck, with this carrier being clamped on the towing vehicle between the jaw coupling and a trailer hitch, and wherein this carrier is arranged transversely to an imaginary geometrical longitudinal axis of the vehicle combination.
Eine ähnliche Anordnung einer Messeinrichtung ist bereits aus der eingangs erwähn ten DE 102018 106855 A1 bekannt und dort ausführlich beschrieben. Im Unter schied zu der bekannten Anordnung weisen die Messarme des kreuzförmigen Trä gers gemäß der Erfindung mehrere Dehnungsmessstreifenrosetten anstelle einzelner Sensorelemente auf, wodurch eine vollständige dreidimensionale Erfassung von Kräften und Momenten an der Anhängevorrichtung erfolgen kann. Dadurch werden eine höhere Genauigkeit sowie eine größere Messempfindlichkeit erreicht. A similar arrangement of a measuring device is already known from the initially mentioned DE 102018 106855 A1 and is described in detail there. In contrast to the known arrangement, the measuring arms of the cross-shaped Trä gers according to the invention have several strain gauge rosettes instead of individual sensor elements, which allows a complete three-dimensional detection of forces and moments on the hitch. This achieves higher accuracy and greater measurement sensitivity.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Träger als ein dreidimensional wirkender Kupplungskraftmessadapter einer Sat telkupplung zwischen einer Sattelzugmaschine und einem Sattelauflieger eines Sat telzuges ausgebildet ist, wobei der Träger an der Sattelzugmaschine zwischen der Sattelkupplung und einem Fahrgestell eingespannt ist, und wobei der Träger in Rich tung einer gedachten geometrischen Längsachse des Sattelzuges ausgerichtet an geordnet ist. Durch diese Anordnung kann die Koppelkraft an einem Koppelpunkt zwischen der Sattelzugmaschine und dem Sattelauflieger präzise gemessen werden. Demnach kann der kreuzförmige Träger unterhalb einer Sattelkupplung montiert werden und ersetzt dort eine üblicherweise verwendete Montageplatte. According to another embodiment of the invention, it can be provided that the carrier is designed as a three-dimensionally acting coupling force measuring adapter of a saddle coupling between a semi-trailer tractor and a semi-trailer of a semi-trailer combination, the carrier being clamped on the semi-trailer tractor between the fifth wheel coupling and a chassis, and wherein the carrier is aligned in the direction of an imaginary geometric longitudinal axis of the articulated lorry. With this arrangement, the coupling force can be precisely measured at a coupling point between the tractor and the semi-trailer. Accordingly, the cross-shaped carrier can be mounted below a fifth wheel and replaces a commonly used mounting plate there.
Außerdem kann vorgesehen sein, dass die Messeinrichtung eine Schnittstelle für eine Datenübertragung an ein Anzeigegerät und/oder für einen Datenabgriff eines Fahrdynamikregelsystems und/oder eines Fahrerassistenzsystems aufweist. Die er mittelten Koppelkräfte und Koppelmomente können beispielsweise auf einem Anzei geinstrument im Führerhaus numerisch und/oder grafisch dargestellt werden. In addition, it can be provided that the measuring device has an interface for data transmission to a display device and/or for data collection from a vehicle dynamics control system and/or a driver assistance system. The coupling forces and coupling moments determined can be displayed numerically and/or graphically, for example, on a display instrument in the driver's cab.
Mittels dieser Schnittstelle können die mit der Messeinrichtung ermittelten Koppel kraftinformationen von vorhandenen Fahrdynamiksystemen und Fahrerassistenzsys temen der Fahrzeugkombination jederzeit als Eingangsgrößen abgegriffen und vor teilhaft in die Regelsysteme eingespeist werden. Beispielsweise können die Daten auf einem mit der Schnittstelle verbundenen datentechnischen Bussystem (etwa CAN-Bus) zur Verfügung stehen. Mögliche Anwendungen, bei denen die gemesse nen Koppelkraftinformationen genutzt werden können sind: Using this interface, the coupling force information determined by the measuring device can be tapped at any time as input variables by existing driving dynamics systems and driver assistance systems of the vehicle combination and advantageously fed into the control systems. For example, the data can be available on a data technology bus system (such as a CAN bus) connected to the interface. Possible applications in which the measured coupling force information can be used are:
- Beeinflussung, insbesondere Reduzierung der Koppelkraft bei Bremsvorgängen,- Influencing, in particular reducing the coupling force during braking,
- Steuerinformationen für elektrisch angetriebene motorisierte Anhänger (eTrailer),- Control information for electrically powered motorized trailers (eTrailer),
- Erkennung einer Kippgefahr, - detection of a risk of tipping,
- Erkennung von Anhängerschwingungen, - Detection of trailer vibrations,
- Bestimmung des Schwerpunktes der Fahrzeugkombination, - determination of the center of gravity of the vehicle combination,
- Kollisionsvorwarnung, - collision warning,
- Geradeziehen einer sich stauchenden Zugfahrzeug-Anhänger-Kombination,- straightening a towing vehicle-trailer combination that is buckling,
- Erkennung von Achsschenkelbolzenverschleiß, sowie - Detection of kingpin wear, as well
- Erkennung von einer nur teilweise geschlossenen Anhängevorrichtung. - Detection of a partially closed hitch.
Schließlich betrifft die Erfindung auch eine Fahrzeugkombination, etwa einen Sattel zug, Lastzug oder Personenkraftwagen-Caravan-Kombination, mit einer Messeinrich tung zum Messen von Kräften und/oder Momenten zwischen einem Zugfahrzeug und einem Anhängefahrzeug, welche gemäß den gerade beschriebenen erfindungsge mäßen Merkmalen aufgebaut ist. Finally, the invention also relates to a vehicle combination, such as a semi-trailer train, truck or passenger car-caravan combination, with a measuring device for measuring forces and/or moments between a towing vehicle and a vehicle a trailer vehicle, which is constructed according to the erfindungsge Permitted features just described.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der beigefügten Zeichnung darge stellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In dieser Zeichnung zeigt The invention is explained in more detail below with reference to exemplary embodiments presented in the attached drawing. In this drawing shows
Fig. 1 eine perspektivische Vorderansicht eines Trägers einer Messeinrichtung ge mäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, 1 shows a perspective front view of a carrier of a measuring device according to a first embodiment of the invention,
Fig. 2 eine Rückseitenansicht des Trägers gemäß Fig. 1 mit einer Anordnung von Dehnungsmessstreifenrosetten, FIG. 2 shows a rear view of the carrier according to FIG. 1 with an arrangement of strain gauge rosettes,
Fig. 3 eine vergrößerte Detailansicht des Trägers gemäß Fig. 2, FIG. 3 shows an enlarged detailed view of the carrier according to FIG. 2,
Fig. 3a eine vergrößerte Detailansicht einer Dehnungsmessstreifenrosette,3a an enlarged detailed view of a strain gauge rosette,
Fig. 4 eine schematisch stark vereinfachte Schnittdarstellung des Trägers im ein gebauten Zustand an einer Anhängevorrichtung mit einer Maulkupplung, 4 shows a schematic, greatly simplified sectional view of the carrier in the installed state on a trailer device with a jaw coupling,
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines Trägers einer Messeinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, und 5 shows a perspective view of a carrier of a measuring device according to a second embodiment of the invention, and
Fig. 6 eine schematisch stark vereinfachte Schnittdarstellung des Trägers ähnlich demjenigen der Fig. 5 im eingebauten Zustand an einer Anhängevorrichtung mit ei ner Sattelkupplung. Fig. 6 is a schematic, greatly simplified sectional view of the carrier similar to that of FIG. 5 in the installed state on a towing device with egg ner fifth wheel.
Einige Bauelemente in den Figuren stimmen überein, sodass diese mit denselben Be zugsziffern bezeichnet sind. Some components in the figures match, so they are denoted by the same reference numerals.
Die Fig. 1 zeigt demnach eine einem Zugfahrzeug zugewandte Vorderseite eines Trägers 2 einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung 1.1 zum Messen von Koppel kräften und Koppelmomenten an einer Anhängevorrichtung 21 (Fig. 4), welche zum lösbaren Verbinden eines Zugfahrzeugs 18 mit einem Deichselanhänger 19 eines Lastzugs dient. Der T räger 2 weist die Form eines Messkreuzes mit je zwei um 60° beziehungsweise um 120° im Abstand zueinander versetzt angeordnete Messarme 3a, 3b, 3c, 3d auf. An dem jeweiligen freie Ende dieser Messarme sind Augen 4a, 4b 4c, 4d mit Durchgangsbohrungen 5a, 5b, 5c, 5d ausgebildet, wobei die Augen 4a, 4b 4c, 4d jeweils einen axialen Vorsprung 6a, 6b, 6c, 6d haben. Der Träger 2 ist mit einem als Nabe ausgebildeten axial einseitig vorstehenden zentralen Trägerteil 7 versehen, welches im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist, jedoch abgeflachte Ränder aufweist. In dem Trägerteil 7 ist eine zentrale Gewindebohrung 8 ausgebil det. 1 accordingly shows a front side of a carrier 2, facing a towing vehicle, of a measuring device 1.1 according to the invention for measuring coupling forces and coupling torques on a trailer device 21 (FIG. 4), which serves to detachably connect a towing vehicle 18 to a drawbar trailer 19 of a truck and trailer. The carrier 2 has the shape of a measuring cross with two measuring arms 3a, 3b, 3c, 3d arranged offset from one another by 60° or by 120°. Eyes 4a, 4b, 4c, 4d with through holes 5a, 5b, 5c, 5d are formed on the respective free end of these measuring arms, the eyes 4a, 4b, 4c, 4d each having an axial projection 6a, 6b, 6c, 6d. The carrier is 2 provided with a central support part 7 which is designed as a hub and protrudes axially on one side, which is essentially cylindrical but has flattened edges. In the carrier part 7 a central threaded hole 8 is ausgebil det.
Die Fig. 2 zeigt die dem Deichselanhänger 19 zugewandte Rückseite des Trägers 2. An jedem Messarm 3a, 3b, 3c, 3d ist jeweils eine Dehnungsmessstreifenrosette 9, 10, 11 , 12 angeordnet. Die Rückseite des Trägers 2 ist im Bereich des zentralen Träger teils 7 und darüber hinaus bis zu den Augen 4a, 4b 4c, 4d der freien Enden der Mess arme 3a, 3b, 3c, 3d hin mit einer Vertiefung 20 (Fig. 3) versehen, in denen die jeweilige Dehnungsmessstreifenrosette 9, 10, 11 , 12 möglichst nahe an den Augen 4a, 4b 4c, 4d angeordnet sowie mit dem Trägermaterial fest, beispielsweise stoffschlüssig, verbun den ist. Die jeweiligen Dehnungsmessstreifenrosetten 9, 10, 11 , 12 sind über jeweils eine sechsadrige elektrische Leitung 13, 14, 15, 16 mit einer elektronischen Messda- tenerfassungs- und Auswerteeinheit 17 verbunden. Die Messdatenerfassungs- und Auswerteeinheit 17 weist an sich bekannte elektronische Rechenmittel und Speicher mittel auf, mittels denen die elektrische Signale, welche mit Dehnungen beziehungs weise mit Dehnungsänderungen der Dehnungsmessstreifenrosetten 9, 10, 11 , 12 kor reliert sind, ausgewertet werden können, um Kräfte und Momente, denen die Anhänge vorrichtung 21 ausgesetzt wird, zu ermitteln. Außerdem weist die Messdatenerfas sungs- und Auswerteeinheit 17 eine elektrische oder optische Schnittstelle 43 für eine Datenübertragung an ein Anzeigegerät und/oder für einen Datenabgriff eines Fahrdy namikregelsystems und/oder eines Fahrerassistenzsystems auf. 2 shows the rear side of the carrier 2 facing the drawbar trailer 19. A strain gauge rosette 9, 10, 11, 12 is arranged on each measuring arm 3a, 3b, 3c, 3d. The back of the carrier 2 is provided in the region of the central carrier part 7 and beyond up to the eyes 4a, 4b, 4c, 4d of the free ends of the measuring arms 3a, 3b, 3c, 3d with a depression 20 (FIG. 3). , In which the respective strain gauge rosette 9, 10, 11, 12 is arranged as close as possible to the eyes 4a, 4b, 4c, 4d and is firmly connected to the carrier material, for example cohesively. The respective strain gauge rosettes 9 , 10 , 11 , 12 are each connected to an electronic measurement data acquisition and evaluation unit 17 via a six-wire electrical line 13 , 14 , 15 , 16 . The measurement data acquisition and evaluation unit 17 has electronic computing and storage means known per se, by means of which the electrical signals, which are correlated with strains or strain changes of the strain gauge rosettes 9, 10, 11, 12, can be evaluated in order to calculate forces and Moments to which the hitch device 21 is exposed to determine. In addition, the measurement data acquisition and evaluation unit 17 has an electrical or optical interface 43 for data transmission to a display device and/or for data collection from a driving dynamics control system and/or a driver assistance system.
Fig. 3 und Fig. 3a zeigen exemplarisch eine solche Dehnungsmessstreifenrosette 9 angeordnet an einem Messarm 3a sowie einzeln im Detail. Demnach besteht eine Dehnungsmessstreifenrosette 9 aus einem mittleren Dehnungsmesstreifen 9b sowie aus zwei weiteren Dehnungsmesstreifen 9a, 9c, welche rechts und links jeweils im Winkel von 45° in Bezug zu dem mittleren Dehnungsmesstreifen 9b angeordnet sind. Die drei Dehnungsmesstreifen 9a, 9b, 9c sind über jeweils zwei elektrische Adern 13.1 , 13.2, 13.3, 13.3, 13.4, 13.5, 13.6 einer elektrischen Leitung 13 mit der Messdatenerfas sungs- und Auswerteeinheit 17 verbunden. Die übrigen drei Dehnungsmessstreifenro- setten 10, 11 , 12 sind baugleich wie die gerade beschriebene Dehnungsmessstreifen rosette 9 aufgebaut und ebenso mit der Messdatenerfassungs- und Auswerteeinheit 17 verbunden. 3 and 3a show an example of such a strain gauge rosette 9 arranged on a measuring arm 3a and individually in detail. Accordingly, a strain gauge rosette 9 consists of a middle strain gauge 9b and two further strain gauges 9a, 9c, which are arranged on the right and left at an angle of 45° in relation to the middle strain gauge 9b. The three strain gauges 9a, 9b, 9c are each connected to the measurement data acquisition and evaluation unit 17 via two electrical wires 13.1, 13.2, 13.3, 13.3, 13.4, 13.5, 13.6 of an electrical line 13. The remaining three strain gauges Setten 10, 11, 12 are constructed in the same way as the strain gauge rosette 9 just described and are also connected to the measurement data acquisition and evaluation unit 17.
Die Fig. 4 zeigt schematisch den gerade beschriebenen Träger 2 im eingebauten Zu stand an der Anhängevorrichtung 21 . Die Anhängevorrichtung 21 weist einen kasten förmigen Standard-Anhängebock 22, einen Standard-Kupplungsträger 23 mit Verriege lungsmitteln zum Fixieren an dem Anhängebock 22, eine Anschlussplatte 24, sowie eine Maulkupplung 25 mit einer Grundplatte 25a auf. Der Träger 2 ist quer zu einer ge dachten geometrischen Längsachse 26 der Fahrzeugkombination ausgerichtet. In der bereits erwähnten DE 10 2018 106 855 A1 sind ein ähnlicher Standard-Anhängebock 22 sowie ein ähnlicher Standard-Kupplungsträger 23 beschrieben, so dass diese hier nicht weiter erläutert werden müssen. Wichtig ist lediglich, dass der kreuzförmige Trä ger 2 zwischen dem Anhängebock 22 und der Maulkupplung 25 zur Erfüllung seiner Messaufgaben eingespannt ist. FIG. 4 shows schematically the carrier 2 just described in the installed state on the towing device 21 . The hitch 21 has a box-shaped standard hitch 22, a standard hitch carrier 23 with Verriege treatment means for fixing to the hitch 22, a connection plate 24, and an open-end coupling 25 with a base plate 25a. The carrier 2 is aligned transversely to an imaginary geometric longitudinal axis 26 of the vehicle combination. A similar standard trailer hitch 22 and a similar standard coupling carrier 23 are described in DE 10 2018 106 855 A1, already mentioned, so that they do not have to be explained further here. It is only important that the cross-shaped carrier 2 is clamped between the hitch 22 and the jaw coupling 25 in order to fulfill its measuring tasks.
Die Fig. 5 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Messeinrichtung 1 .2 zum Messen von Koppelkräften und Koppelmomenten an einer Anhängevorrichtung 30 (Fig. 6) einer Sattelzugmaschine 31 eines Sattelzugszugs. Demnach weist ein zweiter mess kreuzförmiger Träger 32 je zwei um 60° beziehungsweise 120° im Abstand zueinan der versetzt angeordnete Messarme 33a, 33b, 33c, 33d auf, an deren freie Ende je weils ein rechteckförmiger Finger 34a, 34b 34c, 34d ausgebildet ist. 5 shows a second embodiment of a measuring device 1.2 for measuring coupling forces and coupling torques on a hitch 30 (FIG. 6) of a semitrailer tractor 31 of a semitrailer combination. Accordingly, a second measuring cross-shaped carrier 32 has two measuring arms 33a, 33b, 33c, 33d, which are offset by 60° or 120° from one another and at the free end of which a rectangular finger 34a, 34b, 34c, 34d is formed.
Dieser zweite Träger 32 ist mit einem als Rahmen ausgebildeten, axial in Richtung zum Fahrgestells 37 (Fig. 6) vorstehenden und in Richtung zur Sattelkupplung 38 zurückgenommenen zentralen Trägerteil 35 versehen. An jedem Messarm 33a, 33b, 33c, 33d ist eine Dehnungsmessstreifenrosetten 39, 40, 41 , 42 angeordnet und dort befestigt. Die Dehnungsmessstreifenrosetten 39, 40, 41 , 42 sind wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel mit der elektronischen Messdatenerfassungs- und Auswerteein heit 17 über elektrische Leitungen 13, 14, 15, 16 verbunden. In dem als Rahmen ausgebildeten zentralen Trägerteil 35 dieses zweiten Trägers 32 sowie in den Fingern 34a, 34b 34c, 34d der Messarme 33a, 33b, 33c, 33d sind zahlrei che Durchgangsbohrungen 36 zur Verschraubung an der Sattelkupplung 38 und an dem Fahrgestell 37 ausgebildet. Fig. 6 zeigt schematisch stark vereinfacht diesen zwei ten Träger 32 im eingebauten Zustand an der Anhängevorrichtung 30 des Sattelzugs. This second support 32 is provided with a central support part 35 designed as a frame, axially protruding in the direction of the chassis 37 (FIG. 6) and set back in the direction of the fifth wheel 38 . A strain gauge rosette 39, 40, 41, 42 is arranged on each measuring arm 33a, 33b, 33c, 33d and fastened there. As in the first exemplary embodiment, the strain gauge rosettes 39, 40, 41, 42 are connected to the electronic measurement data acquisition and evaluation unit 17 via electrical lines 13, 14, 15, 16. In the central support part 35, designed as a frame, of this second support 32 and in the fingers 34a, 34b, 34c, 34d of the measuring arms 33a, 33b, 33c, 33d, there are numerous through-holes 36 for screwing to the fifth wheel coupling 38 and to the chassis 37. Fig. 6 shows a highly simplified schematic of this two-th carrier 32 in the installed state on the trailer hitch 30 of the tractor-trailer.
Bezugszeichenliste (Teil der Beschreibung) .1 Messeinrichtung (1. Ausführungsform) .2 Messeinrichtung (2. Ausführungsform) Träger, Messkreuz (1. Ausführungsform) a Erster Messarm des Trägers 2 b Zweiter Messarm des Trägers 2 c Dritter Messarm des Trägers 2 d Vierter Messarm des Trägers 2 a Auge am ersten Messarm 3a b Auge am zweiten Messarm 3b c Auge am dritten Messarm 3c d Auge am vierten Messarm 3c a Durchgangsbohrung am Auge des ersten Messarms 3a b Durchgangsbohrung am Auge des zweiten Messarms 3b c Durchgangsbohrung am Auge des dritten Messarms 3c d Durchgangsbohrung am Auge vierter Messarm 3d a Axialer Vorsprung des Auges am ersten Messarm 3a b Axialer Vorsprung des Auges am zweiten Messarm 3b c Axialer Vorsprung des Auges am dritten Messarm 3c d Axialer Vorsprung des Auges am vierten Messarm 3d Zentrales Trägerteil des Trägers 2, Nabe Zentrale Gewindebohrung des Trägerteils 7 Erste Dehnungsmessstreifenrosette am Träger 2 a Erster Dehnungsmessstreifen der ersten Dehnungsmessstreifenrosette 9b Zweiter Dehnungsmessstreifen der ersten Dehnungsmessstreifen rosette 9 c Dritter Dehnungsmessstreifen der ersten Dehnungsmessstreifenrosette 90 Zweite Dehnungsmessstreifenrosette am Träger 2 1 Dritte Dehnungsmessstreifenrosette am Träger 2 2 Vierte Dehnungsmessstreifenrosette am Träger 2 3 Erste elektrische Leitung .1 - 13.6 Adern der ersten elektrischen Leitung 13 Zweite elektrische Leitung Dritte elektrische Leitung Vierte elektrische Leitung Messdatenerfassungs- und Auswerteeinheit Zugfahrzeug (1. Ausführungsform) Anhängefahrzeug, Deichselanhänger (1. Ausführungsform) Vertiefung am Träger (1. Ausführungsform) Anhängevorrichtung (1. Ausführungsform) Anhängebock (1. Ausführungsform) Standardkupplungsträger (1. Ausführungsform) Anschlussplatte (1. Ausführungsform) Maulkupplung (1. Ausführungsform) a Grundplatte (1. Ausführungsform) Geometrische Längsachse der Fahrzeugkombination Anhängevorrichtung (2. Ausführungsform) Zugfahrzeug, Sattelzugmaschine (2. Ausführungsform) Träger, Messkreuz (2. Ausführungsform) a Erster Messarm des Trägers 32 b Zweiter Messarm des Trägers 32 c Dritter Messarm des Trägers 32 d Vierter Messarm des Trägers 32 a Finger am ersten Messarm 33a b Finger am zweiten Messarm 33b c Finger am dritten Messarm 33c d Finger am vierten Messarm 33d Zentrales Trägerteil des Trägers 32, Rahmen Durchgangsbohrungen am Träger 32 Fahrgestell des Sattelzugs (2. Ausführungsform) Sattelkupplung Erste Dehnungsmessstreifenrosette am Träger 32 Zweite Dehnungsmessstreifenrosette am Träger 32 Dritte Dehnungsmessstreifenrosette am Träger 32 Vierte Dehnungsmessstreifenrosette am Träger 32 Schnittstelle für eine Datenübertragung List of reference symbols (part of the description) .1 measuring device (1st embodiment) .2 measuring device (2nd embodiment) carrier, measuring cross (1st embodiment) a first measuring arm of carrier 2 b second measuring arm of carrier 2 c third measuring arm of carrier 2 d fourth Support slide 2 a Eye on the first slide 3a b Eye on the second slide 3b c Eye on the third slide 3c d Eye on the fourth slide 3c a Through hole in the slide of the first slide 3a b Through hole in the slide of the second slide 3b c Through hole in the slide of the third measuring arm 3c d Through hole on the eye of the fourth measuring arm 3d a Axial protrusion of the eye on the first measuring arm 3a b Axial protrusion of the eye on the second measuring arm 3b c Axial protrusion of the eye on the third measuring arm 3c d Axial protrusion of the eye on the fourth measuring arm 3d Central support part of the support 2 , Hub Central threaded hole of the carrier part 7 First strain gauge rosette on the carrier 2 a First strain gauge of the first strain gauge fenrosette 9b Second strain gauge of the first strain gauge rosette 9 c Third strain gauge of the first strain gauge rosette 90 Second strain gauge rosette on carrier 2 1 Third strain gauge rosette on carrier 2 2 Fourth strain gauge rosette on carrier 2 3 First electrical line .1 - 13.6 Cores of the first electrical line 13 Second electrical line Third electrical line Fourth electrical line Measurement data acquisition and evaluation unit Towing vehicle (1st embodiment) Trailer vehicle, drawbar trailer (1st embodiment) Depression on the carrier (1st embodiment) Trailer hitch (1st embodiment ) Trailer hitch (1st embodiment) Standard coupling carrier (1st embodiment) Connection plate (1st embodiment) Open-end coupling (1st embodiment) a Base plate (1st embodiment) Geometric longitudinal axis of the vehicle combination Trailer hitch (2nd embodiment) Towing vehicle, tractor unit (2nd embodiment) Carrier, measuring cross (2nd embodiment) a First measuring arm of the carrier 32 b Second measuring arm of the carrier 32 c Third measuring arm of the carrier 32 d Fourth measuring arm of the carrier 32 a Finger on the first measuring arm 33a b Finger on the second measuring arm 33b c Finger on the third measuring arm 33c d fingers on the fourth measuring arm 33d central support part of the support 32, Frame Through-holes on the carrier 32 Chassis of the articulated lorry (2nd Embodiment) Fifth wheel First strain gauge rosette on carrier 32 Second strain gauge rosette on carrier 32 Third strain gauge rosette on carrier 32 Fourth strain gauge rosette on carrier 32 Interface for data transmission

Claims

Patentansprüche patent claims
1. Messeinrichtung (1.1 , 1.2) zum Messen von Kräften und/oder Momenten zwischen einem Zugfahrzeug (18, 31) und einem Anhängefahrzeug (19) einer Fahrzeugkombi nation, mit 1. Measuring device (1.1, 1.2) for measuring forces and / or moments between a towing vehicle (18, 31) and a trailer (19) of a vehicle combination nation, with
- einem als ein Messkreuz ausgebildeten Träger (2; 32), - a carrier (2; 32) designed as a measuring cross,
- welcher mehrere Messarme (3a, 3b, 3c, 3d; 33a, 33b, 33c, 33d) aufweist, und welcher an einer Anhängevorrichtung (21, 30) zum Koppeln des Zugfahrzeugs (18, 31 ) mit dem Anhängefahrzeug (19) anordbar und mit dieser verbindbar ist,- Which has a plurality of measuring arms (3a, 3b, 3c, 3d; 33a, 33b, 33c, 33d), and which can be arranged on a trailer device (21, 30) for coupling the towing vehicle (18, 31) to the trailer vehicle (19) and can be connected to this
- wobei an jedem Messarm (3a, 3b, 3c, 3d; 33a, 33b, 33c, 33d) des Trägers (2, 31) eine Dehnungsmessstreifenrosette (9, 10, 11 , 12; 39, 40, 41 , 42) angeordnet ist, welche jeweils aus mindestens drei im Winkel zueinander angeordneten, als Kraft sensoren wirksame Dehnungsmessstreifen (9a, 9b, 9c) bestehen, und mit - A strain gauge rosette (9, 10, 11, 12; 39, 40, 41, 42) being arranged on each measuring arm (3a, 3b, 3c, 3d; 33a, 33b, 33c, 33d) of the carrier (2, 31). , which each consist of at least three strain gauges (9a, 9b, 9c) arranged at an angle to one another and acting as force sensors, and with
- einer elektronischen Messdatenerfassungs- und Auswerteeinheit (17), welche mit den Dehnungsmessstreifenrosetten (9, 10, 11, 12; 39, 40, 41 , 42) elektrisch verbunden oder verbindbar ist, und welche zur Erfassung sowie Auswertung von durch kraft- und/oder momentbedingten Verformungen der Anhängevorrichtung (21, 30) hervorgerufenen, mit Dehnungsän derungen der Dehnungsmessstreifenrosetten (9, 10, 11 , 12; 39, 40, 41 , 42) korrelier ten elektrischen Sensorsignalen in allen drei Raumrichtungen ausgebildet ist,- An electronic measurement data acquisition and evaluation unit (17) which is electrically connected or can be connected to the strain gauge rosettes (9, 10, 11, 12; 39, 40, 41, 42) and which is used to acquire and evaluate force- and/or or torque-related deformations of the hitch (21, 30) and correlated with changes in strain of the strain gauge rosettes (9, 10, 11, 12; 39, 40, 41, 42) electrical sensor signals in all three spatial directions,
- wobei die elektronische Messdatenerfassungs- und Auswerteeinheit (17) eine elektronische Schaltung und/oder ein Computerprogramm mit einem Algorithmus aufweist, mittels der oder dem die auf die Anhängevorrichtung (21 , 30) wirkenden Koppelkräf te, Koppelmomente und/oder deren Komponenten nach Größe und Richtung sowie zeitaufgelöst bestimmbar sowie anderen Fahrzeugsystemen zur Verfügung stellbar sind. - wherein the electronic measurement data acquisition and evaluation unit (17) has an electronic circuit and/or a computer program with an algorithm, by means of which the coupling forces, coupling torques and/or their components acting on the trailer device (21, 30) are calculated according to magnitude and Direction and time-resolved determinable and other vehicle systems are available.
2. Messeinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (2, 32) vier von einem zentralen Trägerteil (7, 35) sich radial erstre ckende Messarme (3a, 3b, 3c, 3d; 33a, 33b, 33c, 33d) aufweist, - wobei jeder der Messarme (3a, 3b, 3c, 3d; 33a, 33b, 33c, 33d) um 60° zu einem unmittelbar benachbarten ersten Messarm sowie um 120° zu einem unmittelbar be nachbarten zweiten Messarm versetzt angeordnet ist, 2. Measuring device according to claim 1, characterized in that the carrier (2, 32) has four measuring arms (3a, 3b, 3c, 3d; 33a, 33b, 33c, 33d) extending radially from a central carrier part (7, 35). having, - wherein each of the measuring arms (3a, 3b, 3c, 3d; 33a, 33b, 33c, 33d) is arranged offset by 60° to an immediately adjacent first measuring arm and by 120° to an immediately adjacent second measuring arm,
- wobei an jedem Messarm (3a, 3b, 3c, 3d; 33a, 33b, 33c, 33d) im Bereich seines von dem zentralen Trägerteil (7, 35) entfernten freien Endes jeweils eine aus drei Dehnungsmessstreifen (9a, 9b, 9c) bestehende Dehnungsmessstreifenrosette (9, 10, 11 , 12; 39, 40, 41 , 42) angeordnet ist, und - wherein on each measuring arm (3a, 3b, 3c, 3d; 33a, 33b, 33c, 33d) in the area of its free end remote from the central support part (7, 35) one consists of three strain gauges (9a, 9b, 9c). Strain gauge rosette (9, 10, 11, 12; 39, 40, 41, 42) is arranged, and
- wobei jeweils ein mittlerer Dehnungsmessstreifen (9b) einer jeden Dehnungsmess streifenrosette (9, 10, 11 , 12; 39, 40, 41 , 42) in Richtung einer gedachten geometri schen Längsachse des Messarms (3a, 3b, 3c, 3d, 33a, 33b, 33c, 33d) ausgerichtet ist, - a middle strain gauge (9b) of each strain gauge rosette (9, 10, 11, 12; 39, 40, 41, 42) in the direction of an imaginary geometrical longitudinal axis of the measuring arm (3a, 3b, 3c, 3d, 33a, 33b, 33c, 33d) is aligned,
- sowie die beiden zu dem mittleren Dehnungsmesstreifen (9b) benachbarten Deh nungsmessstreifen (9a, 9c) um jeweils 45° nach links und rechts angewinkelt ange ordnet sind. - and the two strain gauges (9a, 9c) adjacent to the central strain gauge (9b) are arranged at an angle of 45° to the left and right.
3. Messeinrichtung (1.1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (2) als ein dreidimensional wirksamer Kupplungskraftmessadapter einer Maulkupplung (25) zwischen einem Zugfahrzeug (18) und einem Deichsel- oder Zentralachsanhänger (19) eines Lastzugs ausgebildet ist, wobei dieser Träger (2) an dem Zugfahrzeug (18) zwischen der Maulkupplung (15) und einem Anhängebock (22) eingespannt ist, und wobei dieser Träger (2) quer zu einer geometrischen Längsachse (26) der Fahr zeugkombination ausgerichtet angeordnet ist. 3. Measuring device (1.1) according to claim 1 or 2, characterized in that the carrier (2) is designed as a three-dimensionally effective coupling force measuring adapter of a jaw coupling (25) between a towing vehicle (18) and a drawbar trailer or central axle trailer (19) of a truck , wherein this support (2) is clamped on the towing vehicle (18) between the jaw coupling (15) and a trailer hitch (22), and wherein this support (2) is arranged transversely to a geometric longitudinal axis (26) of the vehicle combination.
4. Messeinrichtung (1.2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (32) als ein dreidimensional wirkender Kupplungskraftmessadapter einer Sattelkupplung (38) zwischen einer Sattelzugmaschine (31) und einem Sattel auflieger eines Sattelzuges ausgebildet ist, wobei der Träger (32) an der Sattelzugmaschine (31) zwischen der Sattelkupplung (38) und einem Fahrgestell (37) eingespannt ist, und wobei der Träger (32) in Richtung einer geometrischen Längsachse (26) des Sattelzuges ausgerichtet angeordnet ist. 4. Measuring device (1.2) according to claim 1 or 2, characterized in that the carrier (32) is designed as a three-dimensionally acting coupling force measuring adapter of a fifth wheel coupling (38) between a semitrailer tractor (31) and a semitrailer of a semitrailer, the carrier ( 32) is clamped on the semitrailer tractor (31) between the fifth wheel coupling (38) and a chassis (37), and wherein the carrier (32) is arranged aligned in the direction of a geometric longitudinal axis (26) of the semitrailer.
5. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (1.1 , 1.2) eine Schnittstelle (43) für eine Datenübertragung an ein Anzeigegerät und/oder für einen Datenabgriff eines Fahrdynamikregelsystems und/oder eines Fahrerassistenzsystems aufweist. 5. Measuring device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the measuring device (1.1, 1.2) has an interface (43) for data transmission to a display device and/or for data tapping of a vehicle dynamics control system and/or a driver assistance system.
6. Fahrzeugkombination, wie Sattelzug, Lastzug oder Personenkraftwagen-Caravan- Kombination, mit einer Messeinrichtung (1.1 , 1.2) zum Messen von Kräften und/oder Momenten zwischen einem Zugfahrzeug (18, 31) und einem Anhängefahrzeug (19), welche gemäß einem der Vorrichtungsansprüche aufgebaut ist. 6. Vehicle combination, such as a semi-trailer truck, truck or passenger car-caravan combination, with a measuring device (1.1, 1.2) for measuring forces and/or moments between a towing vehicle (18, 31) and a trailer vehicle (19), which according to one of Device claims is constructed.
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