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Dokumentenidentifikation DE69931535T2 06.06.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0000932032
Titel Nutzlastüberwachungsvorrichtung für ein Zugfahrzeug mit Anhänger
Anmelder Meritor Heavy Vehicle Systems, LLC, Troy, Mich., US
Erfinder Kyrtsos, Christos T., Southfield, Michigan 48084, US
Vertreter Prinz und Partner GbR, 80335 München
DE-Aktenzeichen 69931535
Vertragsstaaten DE, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 14.01.1999
EP-Aktenzeichen 991003534
EP-Offenlegungsdatum 28.07.1999
EP date of grant 31.05.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.06.2007
IPC-Hauptklasse G01G 19/03(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse G01G 19/12(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf ein einzigartiges System zur Ermittlung des Gewichts eines Fahrzeugs durch die Verwendung von Beschleunigungsmessern zur Messung der Beschleunigungen der Fahrzeugachsen bei der Fahrt des Fahrzeugs.

Fahrzeuge haben üblicherweise ein zulässiges Höchstgewicht, das angibt, wie viel Gewicht das Fahrzeug tragen kann. Es ist daher wichtig, während des Betriebs eines Fahrzeugs dessen Gewicht zu kennen. Die Überlastung eines Fahrzeugs kann einen vorzeitigen Bauteileverschleiß verursachen, der zu hohen Wartungskosten führt.

Es ist oftmals schwer zu sagen, wie viel Gewicht auf ein Fahrzeug geladen wurde. Fahrzeuge befördern unterschiedliche Arten von Fracht oder Nutzlast in veränderlichen Mengen. Während eines einzigen Tages kann ein Fahrzeug eine oder mehrere dieser verschiedenen Lasten an unterschiedliche Orte transportieren, wo eventuell eine neue Last geladen und die ursprüngliche Last abgeladen wird. Dieses Laden und Entladen von Fracht kann mehrmals pro Tag stattfinden. Es ist also für einen Fahrzeugführer wichtig, während des Betriebs des Fahrzeugs stets vom Fahrzeuggewicht Kenntnis zu haben.

Das zur Überwachung des Gewichts eines Fahrzeugs meistverwendete Verfahren ist das Wiegen. Waagen befinden sich üblicherweise an den verschiedenen Stellen, an denen die Fahrzeuge be- bzw. entladen werden. Das Fahrzeug wird auf die Waage gefahren, und das Gewicht des Fahrzeugs wird gemessen, während das Fahrzeug steht. Bei diesem Verfahren gibt es mehrere Nachteile. Erstens sind die Waagen teuer und erfordern zur Sicherstellung der richtigen Eichung ständige Wartung. Zweitens kann die Benutzung einer Waage zeitraubend sein, da es normalerweise pro Wiegestelle nur eine Waage gibt, auf die viele Fahrzeuge warten, um gewogen zu werden. Schließlich ist nicht an jeder Stelle, wo ein Fahrzeug eventuell eine Ladung übernimmt, eine Waage verfügbar, möglicherweise weil es sich um einen entlegenen Ort oder eine vorübergehend genutzte Stelle handelt. Wenn das Fahrzeug daher an einem solchen Ort beladen wird, dann weiß ein Fahrer möglicherweise nicht genau, wie viel das Fahrzeug wiegt, und riskiert die Überlastung des Fahrzeugs.

Bei einem anderen Verfahren zur Überwachung der Nutzlast eines Fahrzeugs wird ein Kraftsensor wie etwa eine Kraftmessdose oder ein Druckwandler eingesetzt. Dieses Verfahren ist teuer, da zur Messung von Druck und zur Ermittlung von Gewicht bei bestimmten bekannten oder festgelegten Höhenverhältnissen eine Nachrüstung des Fahrzeugs mit Druckmess-Airbags und Kraftmessdosen im gesamten Fahrzeug erforderlich ist.

Aus der US-A-4 506 328 ist ein statisches System zur Erkennung niedrigen Reifendrucks für ein Flugzeug bekannt. Der jeweilige Reifen ist an einem Bauteil angebracht, auf das eine Biegebelastung aufgebracht wird. An dem Bauteil ist ein Neigungsmesser befestigt, der dessen Biegung erfasst. Die Biegung kann zur Feststellung genutzt werden, ob der Druck des jeweiligen Reifens einwandfrei ist oder nicht. Es wird angegeben, dass ein Beschleunigungsmesser als Neigungsmesser verwendet werden kann. Es wird ferner angegeben, dass die von dem Beschleunigungsmesser abgeleiteten Signale zur Ermittlung des auf das Bauteil wirkenden Gewichts genutzt werden können.

Es ist daher wünschenswert, ein kostengünstiges System zur Ermittlung des Gewichts eines Fahrzeugs zur Verfügung zu haben, welches das Fahrzeuggewicht stetig überwacht und das leicht einzubauen und zu warten ist.

KURZFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung schafft ein Verfahren zur Ermittlung des Gewichts eines Fahrzeugs, wie in Anspruch 1 angegeben, und ein System zur Ermittlung des Gewichts eines Fahrzeugs, wie in Anspruch 6 angegeben.

Allgemein weist das erfindungsgemäße System zur Ermittlung des Gewichts eines Fahrzeugs eine erste Achse auf, auf der ein bekanntes Achsgewicht lastet. Üblicherweise wird bei einer Fahrzeugkombination aus Zugfahrzeug und Anhänger die vordere Lenkachse als die erste Achse verwendet. Die Last auf dieser Achse kann als bekannt betrachtet werden, da die Last sich während des gesamten Betriebs des Fahrzeugs nicht bedeutend ändert. Auf der ersten Achse ist ein erster Beschleunigungsmesser gelagert und misst die Beschleunigung der ersten Achse, wobei er ein erstes Signal erzeugt. Jede zusätzliche Achse am Fahrzeug, einschließlich einer einzelnen Hinterachse oder Antriebsdoppelachse sowie aller Anhängerachsen, ist mit einem Beschleunigungsmesser versehen. Die Beschleunigungsmesser messen vertikale Beschleunigungen bei jeder einzelnen Achse. Jeder dieser zusätzlichen Beschleunigungsmesser erzeugt ein Signal, das seine jeweiligen Achsbeschleunigungen darstellt, und diese Signale werden zur Erzeugung eines zweiten Signals kombiniert. Ein Prozessor ermittelt das Fahrzeuggewicht durch Vergleichen des zweiten Signals mit dem ersten Signal.

Bei dem bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahren zur Ermittlung des Gewichts eines Fahrzeugs wird eine erste Achse bereitgestellt, auf der ein bekanntes Achsgewicht lastet und die einen ersten Beschleunigungsmesser aufweist. Wenigstens eine zusätzliche Achse mit einem zusätzlichen Beschleunigungsmesser wird bereitgestellt. Als Reaktion auf die Messung der Beschleunigung der ersten Achse mit dem ersten Beschleunigungsmesser wird ein erstes Signal erzeugt, und als Reaktion auf die Messung der Beschleunigung der zusätzlichen Achse mit dem zusätzlichen Beschleunigungsmesser wird ein zweites Signal erzeugt. Das Fahrzeuggewicht wird durch Vergleichen des zweiten Signals mit dem ersten Signal ermittelt. Das Fahrzeuggewicht kann dann einem Fahrzeugführer angezeigt werden.

Dadurch, dass jede Achse mit Beschleunigungsmessern versehen ist, kann der Fahrzeugführer durch die vorliegende Erfindung, sobald einige Anfangsstichproben vorliegen, fortlaufend das Gewicht des Fahrzeugs überwachen. Zudem lässt sich das System leicht einbauen und leicht warten und ist verhältnismäßig preiswert.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine Seitenansicht eines Fahrzeugs, bei dem das erfindungsgemäße System eingesetzt wird.

2 ist eine schematische Ansicht der vorliegenden Erfindung von oben.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Ein in 1 dargestellter Lastkraftwagen 10 umfasst eine Zugmaschine 12 mit einer vorderen Lenkachse 14 und einer hinteren Antriebsdoppelachse 16. Die vordere Lenkachse 14 kann entweder eine nicht treibende Achse oder eine Antriebsachse sein. Die Antriebsdoppelachse 16 besteht aus einer vorderen Antriebsachse 18 und einer hinteren Antriebsachse 20. Die Zugmaschine 12 zieht einen Anhänger 22, der eine erste Anhängerachse 24 und eine zweite Anhängerachse 26 aufweist. Die Anhängerachsen 24, 26 sind üblicherweise Nicht-Antriebsachsen. Die Erfindung erstreckt sich auch auf Fahrzeuge und Anhänger mit noch mehr Achsen.

Wenn das Fahrzeug 10 unbeladen ist, wirkt auf jede Achse 14, 18, 20, 24, 26 eine vertikale, nach unten gerichtete Kraft F. Auf die vordere Lenkachse 14 wirkt eine Kraft FF.A., auf die vordere Antriebsachse 18 wirkt eine Kraft FA.D.1, auf die hintere Antriebsachse 20 wirkt eine Kraft FA.D.2, auf die erste Anhängerachse 24 wirkt eine Kraft FA.D.3, und auf die zweite Anhängerachse 26 wirkt eine Kraft FA.D.4. Die Bezeichnung F.A. bezieht sich auf eine erste Achse, während sich die Bezeichnung A.D. auf eine zusätzliche Achse bezieht. Diese Bezeichnungen werden verwendet, um zu veranschaulichen, dass das nachstehend im einzelnen erläuterte erfindungsgemäße System mit einer Mindestanzahl von zwei Achsen, einer ersten Achse und einer zusätzlichen Achse, zum Einsatz kommen kann. Das System kann auch bei einem Fahrzeug 10 mit mehr als zwei Achsen angewendet werden; mit anderen Worten, das System kann bei einem Fahrzeug 10 mit einer ersten Achse und mehreren zusätzlichen Achsen eingesetzt werden.

Wenn das Fahrzeug 10 so beladen wird, dass das Gesamtgewicht auf jeder zusätzlichen Achse 18, 20, 24, 26 ansteigt, erhöhen sich auch die KräfteFA.D.1, FA.D.2, FA.D.3 und FA.D.4 auf jede dieser Achsen 18, 20, 24, 26. Je nach der Last kann diese Erhöhung bedeutend sein. Die einzige Achse, die keine bedeutende Erhöhung erfährt, ist die vordere Lenkachse 14. Das Gewicht auf dieser Achse 14 bleibt im unbeladenen und im beladenen Zustand relativ konstant, das Gewicht kann jedoch je nach dem Verbindungspunkt zwischen der Zugmaschine 12 und dem Anhänger 22 variieren. Wenn der Verbindungspunkt ausreichend nach vorne verschoben wird, kann er das Gewicht beeinflussen, das von der vorderen Lenkachse 14 getragen wird. Die Last auf der Vorderachse 14 besteht aus dem Gewicht des Motors und anderer Motorraumteile, dem Gewicht des Führerhauses des Fahrzeugs und dem Gewicht des Fahrers. Ist das Fahrzeug einmal gebaut, so ändert sich dieses Gewicht nicht, abgesehen von kleinen Schwankungen aufgrund des unterschiedlichen Gewichts verschiedener Fahrer.

Die Veränderungen im Fahrergewicht betragen aber gewöhnlich weniger als ein Prozent für die Achse 14. Daher wird die Vorderachse 14 im Sinne dieser Erfindung vorzugsweise als einer bekannten oder festen Last unterliegend betrachtet. Für den Fall, bei dem sich die Last aufgrund der nach vorne gerichteten Positionierung des Verbindungspunktes zwischen der Zugmaschine 12 und dem Anhänger 22 ändert, wird die Verteilung der in der Lenkachse auftretenden Beschleunigung mit einer erwarteten Verteilung verglichen, und das angenommene Lenkachsgewicht wird entsprechend nachgestellt. Dies wird nachstehend ausführlicher erläutert.

Wie in der 2 gezeigt, ist ein erster Beschleunigungsmesser 28 auf der vorderen Lenkachse 14 gelagert und misst während der Fahrt des Fahrzeugs 10 die vertikale Beschleunigung der Vorderachse 14. Der Beschleunigungsmesser 28 ist ein Instrument, mit dem die vertikale Beschleunigung bzw. die Rate der Geschwindigkeitsänderung bezüglich der Zeit gemessen wird, und ist auf dem Fachgebiet wohlbekannt.

Auf jeder zusätzlichen Achse 18, 20, 24, 26 am Fahrzeug 10 ist ebenfalls ein Beschleunigungsmesser 30, 32, 34, 36 gelagert. Die vordere Antriebsachse 18 weist einen Vorderantriebs-Beschleunigungsmesser 30 auf, die hintere Antriebsachse 20 weist einen Hinterantriebs-Beschleunigungsmesser 32 auf, die erste Anhängerachse 24 weist einen ersten Anhänger-Beschleunigungsmesser 34 auf, und die zweite Anhängerachse 26 weist einen zweiten Anhänger-Beschleunigungsmesser 36 auf. Bei der bevorzugten Ausführungsform sind sämtliche Beschleunigungsmesser 28, 30, 32, 34, 36 nahe bei oder in der Mitte 38 ihrer jeweiligen Achse 14, 18, 20, 24, 26 angeordnet. Jeder der zusätzlichen Beschleunigungsmesser 30, 32, 34, 36 misst die vertikale Beschleunigung seiner zugehörigen Achse 18, 20, 24, 26.

Sämtliche Beschleunigungsmesser 28, 30, 32, 34, 36 sind über auf dem Fachgebiet wohlbekannte Mittel elektrisch mit einer Zentraleinheit 40 bzw. einer elektronischen Steuereinheit verbunden. Die Zentraleinheit 40 ist ebenfalls auf dem Fachgebiet wohlbekannt und ist mit einer Anzeigevorrichtung 42 verbunden, die das Fahrzeuggewicht anzeigt.

Das System funktioniert folgendermaßen. Ein Achsgewicht für das Fahrzeug 10 muss bekannt sein. Da das Gewicht auf der vorderen Lenkachse 14 relativ konstant bleibt, wenn sich das Fahrzeug 10 im beladenen oder unbeladenen Zustand befindet, ist dies die Achse, die vorzugsweise zur Erfüllung dieser Bedingung herangezogen wird; es könnten aber auch andere Achsen verwendet werden. Sobald sich das Fahrzeug 10 bewegt, messen die Beschleunigungsmesser 28, 30, 32, 34, 36 die vertikalen Beschleunigungen, die ihre jeweiligen Achsen 14, 18, 20, 24, 26 erfahren. Der Beschleunigungsmesser 28 für die vordere Lenkachse 14 (die bekannte Achse) erzeugt anhand dieser gemessenen Beschleunigungen ein erstes Signal 44. Auch die Beschleunigungsmesser für jede der zusätzlichen Achsen erzeugen anhand ihrer jeweiligen gemessenen Beschleunigungen Signale 46A, 46B, 46C, 46D. Diese Signale werden vom Prozessor 40 unter Bildung eines zweiten Signals 46 kombiniert. Durch Vergleichen des zweiten Signals 46 mit dem ersten Signal 44 ermittelt der Prozessor 40 das Fahrzeuggewicht.

Insbesondere misst der erste Beschleunigungsmesser 28 mehrere vertikale Beschleunigungen für die Vorderachse 14 und erzeugt mehrere erste Beschleunigungssignale. Der Prozessor 40 stützt das erste Signal 44 auf die mehreren ersten Beschleunigungssignale, indem er das erste Signal 44 von einer auf der Grundlage der mehreren ersten Beschleunigungssignale errechneten Standardabweichung ableitet. Folglich besteht das erste Signal 44 aus mehreren gemessenen Beschleunigungssignalen, die in Form einer Standardabweichung zusammengestellt werden.

Jeder der zusätzlichen Beschleunigungsmesser 30, 32, 34, 36 misst mehrere Beschleunigungen für seine jeweilige zusätzliche Achse 18, 20, 24, 26 und erzeugt mehrere Beschleunigungssignale für jede der zusätzlichen Achsen 18, 20, 24, 26. Das Signal 46A besteht somit aus mehreren gemessenen Beschleunigungssignalen von der vorderen Antriebsachse 18, das Signal 46B besteht aus mehreren gemessenen Beschleunigungssignalen von der hinteren Antriebsachse 20, 46C besteht aus mehreren gemessenen Beschleunigungssignalen von der ersten Anhängerachse 24, und 46D besteht aus mehreren gemessenen Beschleunigungssignalen von der zweiten Anhängerachse 26.

Das zweite Signal 46 besteht aus einer Summierung der für jedes der Signale 46A, 46B, 46C, 46D anhand ihrer jeweiligen gemessenen mehreren Beschleunigungen errechneten Standardabweichungen. Mit anderen Worten, der Prozessor 40 berechnet zunächst anhand der mehreren Beschleunigungssignale für die jeweilige zusätzliche Achse 18, 20, 24, 26 eine Standardabweichung für jede der zusätzlichen Achsen 18, 20, 24, 26. Dann ermittelt der Prozessor 40 aufgrund der Summierung der Standardabweichungen für jede der zusätzlichen Achsen 18, 20, 24, 26 das zweite Signal 46.

Der Prozessor 40 vergleicht das erste Signal 44, das die Standardabweichung für die Beschleunigungen der Vorderachse 14 darstellt, mit dem zweiten Signal 46, das die Summe der Standardabweichungen für die Beschleunigungen der zusätzlichen Achse 18, 20, 24, 26 darstellt, und ermittelt das Fahrzeuggewicht gemäß der folgenden Formel Wv = WF.A.{1 + {&Sgr;n &sgr;A.D.1 + ... + &sgr;A.D.n}/&sgr;F.A.}.

Wv ist das Fahrzeuggewicht, WF.A. ist das bekannte Achsgewicht der ersten Achse (der Vorderachse), &sgr;F.A. ist die für die erste Achse errechnete Standardabweichung, und &Sgr;n &sgr;A.D.1 + ... + &sgr;A.D.n stellt die Summierung der für jede zusätzliche Achse ermittelten Standardabweichungen dar, bei der n eine ganze Zahl der Reihe n = 1, 2, 3, ... darstellt und gleich der Anzahl zusätzlicher Achsen ist.

Diese Formel beruht auf physikalischen Beobachtungen, die in Mathematik umgesetzt wurden, d.h. es wurde beobachtet, dass das Verhalten der Achsen am Fahrzeug lastabhängig ist. Die vertikale Verschiebung, die eine Achse erfährt, ist viel geringer, wenn die Achse schwer belastet ist, als dann, wenn sie leicht belastet ist, folglich sind die vertikalen Beschleunigungen für schwere Lasten und leichte Lasten unterschiedlich. Dies bedeutet, dass eine Gaußsche Kurve bzw. Normalverteilungskurve, die aus einer Grundgesamtheit von für jede Achse ausgeführten Beschleunigungsmessungen besteht, für eine schwere Last enger ist als für eine leichte Last.

Wie auf dem Fachgebiet wohlbekannt ist, ist eine Gaußsche Kurve die glockenförmige Kurve, die einer Grundgesamtheit mit einer Normalverteilung entspricht. Die Bestimmung einer Normalverteilung ist auf dem Fachgebiet wohlbekannt und beruht auf dem Mittelwert und der Varianz der Grundgesamtheit in bezug auf den spezifischen Datenpunkt in der Grundgesamtheit.

Andere Faktoren wie Drehzahl und Straßenzustand können die Beschleunigungsmessungen beeinflussen. Da die Messungen jedoch während der Fahrt des Fahrzeugs kontinuierlich durchgeführt werden, ist der Straßenzustand für jede Achse der gleiche. Auch die Drehzahl für jedes Rad ist die gleiche, wobei die Möglichkeit in Betracht gezogen wird, dass am selben Fahrzeug Reifen unterschiedlicher Größe vorhanden sind.

Ein einzelner Datenpunkt in der Grundgesamtheit entspricht einer einzelnen Beschleunigungsmessung für eine Achse. Eine gesamte Grundgesamtheit stellt eine Vielzahl von Beschleunigungsmessungen dar. Es müssen ausreichend Datenpunkte für jede Achse gesammelt werden, damit eine Gaußsche Normalverteilungskurve für diese Achse ordnungsgemäß ausgebildet werden kann. Die Anzahl benötigter Datenpunkte kann schwanken. Zu Prüfzwecken führte ein Beschleunigungsmesser 10 (zehn) bis 20 (zwanzig) Minuten lang 100 (einhundert) Messungen pro Sekunde aus. Diese Prüfkriterien führten zur Erfassung einer beträchtlichen Datenmenge. Es sollte klar sein, dass die oben erörterten Kriterien nur eine Gruppe von Kriterien sind und dass zur Bestimmung der Gaußschen Normalverteilungskurve viele andere Gruppen von Kriterien angewendet werden könnten, wie etwa die Ausführung von mehr oder weniger als 100 (einhundert) Beschleunigungsmessungen pro Sekunde und mehr als 20 Minuten lang oder weniger als 10 Minuten lang.

Nachdem für jede Achse eine Grundgesamtheit erfasst worden ist, wird für diese Achse die Standardabweichung ermittelt. Wie auf dem Fachgebiet wohlbekannt ist, stellt die Standardabweichung die positive Quadratwurzel des erwarteten Wertes des Quadrats der Differenz zwischen einer Zufallsgröße, in diesem Fall den vertikalen Beschleunigungen, und ihrem Mittelwert dar.

Basierend auf den oben erläuterten Beobachtungen gibt es demnach eine Beziehung zwischen dem Gewicht des Fahrzeugs und den für jede Achse ermittelten Standardabweichungen, d.h. das Gewicht des Fahrzeugs ist proportional zu den Standardabweichungen:

Um anhand der Standardabweichungen das Fahrzeuggesamtgewicht Wv zu ermitteln, muss eines der Achsgewichte bekannt sein. Bei einer Sattelzugkombination ist üblicherweise das Gewicht auf der vorderen Lenkachse bekannt, weil das Gewicht auf dem Gewicht des Motors und anderer Motorraumteile, dem Gewicht des Führerhauses und dem Gewicht des Fahrers beruht. Dieses Gewicht wird beim Bau des Fahrzeugs bestimmt und kann in die Zentraleinheit 40 vorprogrammiert werden. Dieses Gewicht auf der Vorderachse ändert sich während eines beladenen bzw. unbeladenen Zustands nicht wesentlich, und Gewichtsschwankungen aufgrund des unterschiedlichen Gewichts der Fahrer betragen gewöhnlich weniger als ein Prozent.

Wie zuvor erwähnt, wird für den Fall, bei dem sich die Last aufgrund der nach vorne gerichteten Positionierung des Verbindungspunktes zwischen der Zugmaschine 12 und dem Anhänger 22 ändert, die Verteilung der in der Lenkachse auftretenden Beschleunigung mit einer erwarteten Verteilung verglichen, und das angenommene Lenkachsgewicht wird entsprechend nachgestellt. Insbesondere können die vertikalen Beschleunigungen der vorderen Lenkachse für die Zugmaschine 12 alleine (ohne angehängtem Anhänger 22) für einen typischen Arbeitszyklus auf einer Fernstraße bei einer gegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit, beispielsweise 50 Meilen pro Stunde, gemessen werden. Diese Messungen werden zu Bezugsmessungen, WF.A.ref und &sgr;F.A.ref. Das Vorderachsgewicht WF.A.ref ist, wie oben erläutert, bekannt, und die Messungen der vertikalen Beschleunigungen werden in dieser Situation so durchgeführt, dass eine Basis-Standardabweichung zum Vergleich mit einer vorderen Lenkachse 14 mit einem an die Zugmaschine 12 angehängten Anhänger 22 ermittelt werden kann. Als nächstes wird ein Anhänger 22 an die Zugmaschine 12 angekoppelt und der gleiche Arbeitszyklus auf einer Fernstraße wird bei der gleichen Geschwindigkeit durchlaufen. Vertikale Beschleunigungen werden gemessen, und das Achsgewicht wird anhand eines Vergleichs der Messungen der vertikalen Beschleunigungen für die Vorderachse ohne angehängtem Anhänger 22 mit den Messungen der vertikalen Beschleunigungen für die Vorderachse mit angehängtem Anhänger 22, WF.a.ref/&sgr;F.A.ref = WF.A./&sgr;F.A., geschätzt. Die Wirkung des Gewichts auf die vordere Lenkachse 14 aufgrund der nach vorne gerichteten Befestigung des Anhängers 22 an der Zugmaschine 12 wird folglich geschätzt gemäß der Formel: WF.A. = &sgr;F.A./&sgr;F.A.ref.

Dies ist nur eine Möglichkeit zur Schätzung der Gewichtswirkung auf die vordere Lenkachse 14 einer nach vorne gerichteten Befestigung des Anhängers 22 an der Zugmaschine 12. Eine andere Möglichkeit bestünde darin, das Gewicht der vorderen Lenkachse 14 (an einer Zugmaschine 12 mit daran befestigtem Anhänger 22) auf einer Waage zu messen. Diese Gewichtsmessung würde dann in die Zentraleinheit 40 programmiert werden und würde zum bekannten Achsgewicht werden. Nur diese eine Achse müsste auf der Waage gemessen werden, das Gewicht der zusätzlichen Achse(n) sowie das Gesamtgewicht des Fahrzeugs würden dann gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelt werden.

Schließlich verfügen mit Luftfederung ausgestattete Zugmaschinen 12 über Luftsäcke in der Antriebsachse 16, um die Fahrt für den Fahrer so bequem wie möglich zu machen. Zur Ermittlung des Gewichts der Antriebsachse kann die Wirkung auf den Luftsackdruck gemessen werden. Somit kann das Gewicht jeder Achse ermittelt werden, wenn sie einen Luftfederungs-Luftsack aufweist. Dies bedeutet, dass andere Achsen als die vordere Lenkachse 14 für das bekannte Achsgewicht verwendet werden können.

Die zur Berechnung des Gesamtgewichts des Fahrzeugs verwendete Formel wurde durch Erprobung verschiedener Verhältnisse zwischen dem Gewicht und den Standardabweichungen bestimmt. Es wurde herausgefunden, dass ein Verhältnis von 1 : 1 typisch ist, d.h. wenn das Gewicht auf einer Achse zehnmal so hoch war, dann war die Gaußsche Normalverteilungskurve zehnmal enger, wie durch die Verhältnisse zwischen den Achsgewichten und der oben erläuterten Standardabweichung gezeigt ist. Insbesondere wurde die folgende Ableitung verwendet. Das Fahrzeuggesamtgewicht ist gleich der Summe der Gewichte auf jeder Achse: Wv = WF.A. + WA.D.1 + WA.D.2 + WA.D.3 + WA.D.4. Unter Verwendung dieser Formel zusammen mit den oben aufgezeigten Proportionalverhältnissen wird somit die folgende Formel abgeleitet: Wv = (&sgr;gesamt/&sgr;F.A.) WF.A. = {&sgr;F.A. + &Sgr;n &sgr;A.D.1 + ... + &sgr;A.D.n} WF.A. = [{1 + &Sgr;n &sgr;A.D.1 + ... + &sgr;A.D.n}/&sgr;F.A.] WF.A..

Diese Formel, Wv = WF.A.{1 + {&Sgr;n &sgr;A.D.1 + ... + &sgr;A.D.n}/&sgr;F.A.}, ist experimentell geprüft worden und hat sich innerhalb eines Prozents als genau erwiesen.

Ein Vorteil der Bestimmung der Achsgewichte anhand von während der Fahrt des Fahrzeugs durchgeführten Beschleunigungsmessungen besteht darin, dass die dynamische Achsbelastung für jede Achse gemessen wird. Solange das Gewicht einer Achse bekannt ist, ist das Gewicht jeder zusätzlichen Achse bekannt. Insgesamt ist Wv = Wi [1 + {&Sgr;n &sgr;Ai/&sgr;Ai}], wobei Wi das Gewicht auf der Achse „i" ist und &sgr;Ai die Standardabweichung der an der Achse „i" gemessenen vertikalen Beschleunigungen ist. Damit können einzelne Achsgewichte während des gesamten Betriebs des Fahrzeugs kontinuierlich überwacht werden, um festzustellen, ob sich Ladungen verschieben. Diese während der Fahrt des Fahrzeugs gemessenen dynamischen Achsbelastungen können sich zwar verändern, das dynamische Gesamtgewicht des Fahrzeugs ist aber gleich dem statischen Gesamtgewicht des Fahrzeugs.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung des Gewichts des Fahrzeugs 10 besteht aus den folgenden Schritten: 1) die erste Achse 14 wird bereitgestellt, auf der ein bekanntes Achsgewicht lastet und die einen ersten Beschleunigungsmesser 28 aufweist, und wenigstens eine zusätzliche Achse 18, 20, 24 bzw. 26 wird bereitgestellt, die einen zusätzlichen Beschleunigungsmesser 30, 32, 34 bzw. 36 aufweist, 2) als Reaktion auf die Messung der Beschleunigung der ersten Achse 14 mit dem ersten Beschleunigungsmesser 28 wird ein erstes Signal 44 erzeugt, 3) als Reaktion auf die Messung der Beschleunigung der zusätzlichen Achse 18, 20, 24 bzw. 26 mit dem zusätzlichen Beschleunigungsmesser 30, 32, 34 bzw. 36 wird ein zweites Signal 46 erzeugt, 4) das Fahrzeuggewicht wird durch Vergleichen des zweiten Signals 46 mit dem ersten Signal 44 ermittelt, und 5) das Fahrzeuggewicht wird dem Fahrzeugführer angezeigt.

Bei zusätzlichen Schritten wird u.a. der erste Beschleunigungsmesser 28 angrenzend an eine Mitte 38 der ersten Achse 14 angeordnet und der zusätzliche Beschleunigungsmesser 30, 32, 34 bzw. 36 angrenzend an die Mitte 38 der zusätzlichen Achse 18, 20, 24 bzw. 26 angeordnet. Wie zuvor erwähnt, können anstatt nur einer zusätzlichen Achse 18, 20, 24 bzw. 26 mehrere zusätzliche Achsen 18, 20, 24 und 26 vorgesehen werden, wobei jede zusätzliche Achse 18, 20, 24 und 26 einen jeweiligen Beschleunigungsmesser 30, 32, 34 und 36 aufweist, der nahe der Mitte 38 der Achse 18, 20, 24 und 26 angeordnet wird.

Als Reaktion auf die Messung der Beschleunigung jeder zusätzlichen Achse 18, 20, 24, 26 wird ein zusätzliches Signal 46A, 46B, 46C bzw. 46D für jede zusätzliche Achse 18, 20, 24, 26 erzeugt, und das zweite Signal 46 wird durch Summieren der zusätzlichen Signale 46A, 46B, 46C, 46D für jede zusätzliche Achse 18, 20, 24, 26 ermittelt.

Insbesondere enthält das Verfahren ferner die folgenden Schritte: Durch Messen mehrerer Beschleunigungen der ersten Achse 14 werden mehrere erste Beschleunigungssignale erzeugt, anhand einer aus den mehreren ersten Beschleunigungssignalen errechneten Standardabweichung wird das erste Signal 44 ermittelt, durch Messen mehrerer Beschleunigungen für jede zusätzliche Achse 18, 20, 24, 26 werden mehrere Beschleunigungssignale für jede zusätzliche Achse erzeugt, anhand der mehreren Beschleunigungssignale für jede zusätzliche Achse 18, 20, 24, 26 wird eine Standardabweichung für jede zusätzliche Achse 18, 20, 24, 26 ermittelt, und anhand einer Summierung der Standardabweichungen für jede zusätzliche Achse 18, 20, 24, 26 wird das zweite Signal 46 ermittelt.

Zusammenfassend gesagt schafft die vorliegende Erfindung ein System, welches das Gewicht eines Fahrzeugs 10 während der Fahrt des Fahrzeugs 10 kontinuierlich überwacht. Dieses System lässt sich leicht einbauen und warten und ist preiswert.

Es wurde zwar eine bevorzugte Fahrzeugkonfiguration offenbart, doch sollte es klar sein, dass das erfindungsgemäße System mit einer Mindestanzahl von zwei Achsen angewendet werden kann und auch mit einer beliebigen Anzahl zusätzlicher Achsen eingesetzt werden kann.


Anspruch[de]
Verfahren zur Ermittlung des Gewichts eines Fahrzeugs, mit den folgenden Schritten:

1) eine erste Achse (14) wird bereitgestellt, auf der ein bekanntes Achsgewicht lastet und die einen ersten Beschleunigungsmesser (28) aufweist, und wenigstens eine zusätzliche Achse (18, 20, 24, 26) wird bereitgestellt, die einen zusätzlichen Beschleunigungsmesser (30, 32, 34, 36) aufweist,

2) als Reaktion auf die Messung der Beschleunigung der ersten Achse (14) mit dem ersten Beschleunigungsmesser (28) wird ein erstes Signal (44) erzeugt,

3) als Reaktion auf die Messung der Beschleunigung der zusätzlichen Achse (18, 20, 24, 26) mit dem zusätzlichen Beschleunigungsmesser (30, 32, 34, 36) wird ein zweites Signal (46) erzeugt,

4) das Fahrzeuggewicht wird durch Vergleichen des zweiten Signals (46A, 46B, 46C, 46D) mit dem ersten Signal (44) ermittelt, und

5) das Fahrzeuggewicht wird einem Fahrzeugführer angezeigt.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner die Schritte enthält, bei denen der erste Beschleunigungsmesser (28) angrenzend an eine Mitte der ersten Achse (14) angeordnet wird und der zusätzliche Beschleunigungsmesser (30, 32, 34, 36) angrenzend an die Mitte der zusätzlichen Achse (18, 20, 24, 26) angeordnet wird. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner die Schritte enthält, bei denen mehrere zusätzliche Achsen (18, 20, 24, 26) so vorgesehen werden, dass die wenigstens eine zusätzliche Achse (18, 20, 24, 26) aus mehreren zusätzlichen Achsen (18, 20, 24, 26) besteht, wobei jede zusätzliche Achse (18, 20, 24, 26) einen jeweiligen Beschleunigungsmesser (30, 32, 34, 36) aufweist,

der erste Beschleunigungsmesser (28) angrenzend an eine Mitte der ersten Achse (14) angeordnet wird,

die Beschleunigungsmesser (30, 32, 34, 36) jeder zusätzlichen Achse (18, 20, 24, 26) angrenzend an eine Mitte der jeweiligen zusätzlichen Achse (18, 20, 24, 26) angeordnet werden,

als Reaktion auf die Messung der Beschleunigung jeder zusätzlichen Achse (18, 20, 24, 26) mit ihrem jeweiligen Beschleunigungsmesser (30, 32, 34, 36) ein zusätzliches Signal (46A, 46B, 46C, 46D) für jede zusätzliche Achse (18, 20, 24, 26) erzeugt wird, und

durch Summieren der zusätzlichen Signale für jede zusätzliche Achse (18, 20, 24, 26) das zweite Signal (46) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, das ferner die Schritte enthält, bei denen durch Messen mehrerer Beschleunigungen der ersten Achse (14) mehrere erste Beschleunigungssignale erzeugt werden,

anhand einer aus den mehreren ersten Beschleunigungssignalen ermittelten Standardabweichung das erste Signal (44) ermittelt wird,

durch Messen mehrerer Beschleunigungen für jede zusätzliche Achse (18, 20, 24, 26) mehrere Beschleunigungssignale für jede zusätzliche Achse (18, 20, 24, 26) erzeugt werden,

anhand der mehreren Beschleunigungssignale (46A, 46B, 46C, 46D) für jede zusätzliche Achse (18, 20, 24, 26) eine Standardabweichung für jede zusätzliche Achse (18, 20, 24, 26) ermittelt wird, und

anhand einer Summierung der Standardabweichungen für jede zusätzliche Achse (18, 20, 24, 26) das zweite Signal (46) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Ermittlung des Fahrzeuggewichts gemäß der folgenden Formel erfolgt: Wv = WF.A.{1 + {&Sgr;n &sgr;A.D.1 + ... + &sgr;A.D.n}/&sgr;F.A.} wobei Wv das Fahrzeuggewicht ist, WF.A. das bekannte Achsgewicht der ersten Achse (14) ist, &sgr;F.A. die für die erste Achse (14) errechnete Standardabweichung ist, und &Sgr;n &sgr;A.D.1 + ... + &sgr;A.D.n die Summierung der für jede zusätzliche Achse (18, 20, 24, 26) ermittelten Standardabweichungen darstellt, bei der n eine ganze Zahl der Reihe n = 1, 2, 3, ... darstellt und n auf der Anzahl der mehreren zusätzlichen Achsen (18, 20, 24, 26) beruht. System zur Ermittlung des Gewichts eines Fahrzeugs mit

einer ersten Achse (14), auf der ein bekanntes Achsgewicht lastet, wenigstens einer zusätzlichen Achse (18, 20, 24, 26),

einem ersten Beschleunigungsmesser (28), der die Beschleunigung der ersten Achse (14) misst und ein erstes Signal (44) erzeugt,

wenigstens einem zusätzlichen Beschleunigungsmesser (30, 32, 34, 36), der die Beschleunigung der zusätzlichen Achse (18, 20, 24, 26) misst und ein zweites Signal (46) erzeugt, und

einem Prozessor (40), der durch Vergleichen des zweiten Signals (46) mit dem ersten Signal (44) das Fahrzeuggewicht ermittelt.
System nach Anspruch 6, das eine Anzeigevorrichtung (42) aufweist, mit der das Fahrzeuggewicht einem Fahrzeugführer angezeigt wird. System nach Anspruch 6, bei dem die erste Achse (14) eine Mitte der ersten Achse (14) aufweist und die zusätzliche Achse (18, 20, 24, 26) eine Mitte der zusätzlichen Achse aufweist, wobei der erste Beschleunigungsmesser (28) auf der ersten Achse (14) angrenzend an die Mitte der ersten Achse gelagert ist und der zusätzliche Beschleunigungsmesser (30, 32, 34, 36) auf der zusätzlichen Achse (18, 20, 24, 26) angrenzend an die Mitte der zusätzlichen Achse gelagert ist. System nach Anspruch 6, bei dem die wenigstens eine zusätzliche Achse (18, 20, 24, 26) aus mehreren zusätzlichen Achsen (18, 20, 24, 26) besteht und der wenigstens eine zusätzliche Beschleunigungsmesser (30, 32, 34, 36) aus mehreren zusätzlichen Beschleunigungsmessern (30, 32, 34, 36) besteht, wobei jede zusätzliche Achse (18, 20, 24, 26) einen der zusätzlichen Beschleunigungsmesser (30, 32, 34, 36) lagert, der die Beschleunigung der zusätzlichen Achse (18, 20, 24, 26) misst. System nach Anspruch 9, bei dem jeder zusätzliche Beschleunigungsmesser (30, 32, 34, 36) angrenzend an eine Mitte seiner jeweiligen zusätzlichen Achse (18, 20, 24, 26) gelagert ist. System nach Anspruch 10, bei dem jeder der zusätzlichen Beschleunigungsmesser (30, 32, 34, 36) als Reaktion auf die Messung der Beschleunigung der zusätzlichen Achse (18, 20, 24, 26) ein zusätzliches Signal (46A, 46B, 46C, 46D) für seine jeweilige zusätzliche Achse (18, 20, 24, 26) erzeugt und der Prozessor (40) durch Summieren der zusätzlichen Signale (46A, 46B, 46C, 46D) für jede zusätzliche Achse (18, 20, 24, 26) das zweite Signal (46) ermittelt. System nach Anspruch 11, bei dem der erste Beschleunigungsmesser (28) mehrere Beschleunigungen für die erste Achse (14) misst und mehrere erste Beschleunigungssignale erzeugt,

jeder der zusätzlichen Beschleunigungsmesser (30, 32, 34, 36) mehrere Beschleunigungen für seine jeweilige zusätzliche Achse (18, 20, 24, 26) misst und mehrere zusätzliche Beschleunigungssignale (46A, 46B, 46C, 46D) für jede der zusätzlichen Achsen (18, 20, 24, 26) erzeugt, und

der Prozessor (40) anhand der mehreren ersten Beschleunigungssignale das erste Signal (44) ermittelt und anhand der mehreren zusätzlichen Beschleunigungssignale (46A, 46B, 46C, 46D) das zweite Signal (46) ermittelt.
System nach Anspruch 12, bei dem der Prozessor (40) anhand einer von den mehreren ersten Beschleunigungssignalen abgeleiteten Standardabweichung das erste Signal (44) ermittelt, anhand der mehreren Beschleunigungssignale (46A, 46B, 46C, 46D) für die jeweilige zusätzliche Achse (18, 20, 24, 26) eine Standardabweichung für jede der zusätzlichen Achsen (18, 20, 24, 26) ermittelt und anhand einer Summierung der Standardabweichungen für jede der zusätzlichen Achsen (18, 20, 24, 26) das zweite Signal (46) ermittelt. System nach Anspruch 13, bei dem der Prozessor (40) das Fahrzeuggewicht gemäß der folgenden Formel ermittelt: Wv = WF.A.{1 + {&Sgr;n &sgr;A.D.1 + ... + &sgr;A.D.n}/&sgr;F.A.} wobei Wv das Fahrzeuggewicht ist, WF.A. das bekannte Achsgewicht der ersten Achse (14) ist, &sgr;F.A. die für die erste Achse (14) errechnete Standardabweichung ist, und &Sgr;n &sgr;A.D.1 + ... + &sgr;A.D.n die Summierung der für jede zusätzliche Achse (18, 20, 24, 26) ermittelten Standardabweichungen darstellt, bei der n eine ganze Zahl der Reihe n = 1, 2, 3, ... darstellt und n gleich der Anzahl der zusätzlichen Achsen (18, 20, 24, 26) ist. System nach Anspruch 6, bei dem die erste Achse (14) eine Lenkachse ist. System nach Anspruch 15, bei dem die wenigstens eine zusätzliche Achse (18, 20, 24, 26) eine Antriebsachse ist. System nach Anspruch 16, bei dem die wenigstens eine zusätzliche Achse (18, 20, 24, 26) aus mehreren zusätzlichen Achsen (18, 20, 24, 26) mit wenigstens einer Antriebsachse und wenigstens einer Anhängerachse besteht. System nach Anspruch 17, bei dem der wenigstens eine zusätzliche Beschleunigungsmesser (30, 32, 34, 36) aus mehreren zusätzlichen Beschleunigungsmessern (30, 32, 34, 36) mit einem Antriebsachsbeschleunigungsmesser, der die Beschleunigung der Antriebsachse (30, 32) misst, und einem Anhängerachsbeschleunigungsmesser (34, 36) besteht, der die Beschleunigung der Anhängerachse misst. System nach Anspruch 18, bei dem der erste Beschleunigungsmesser (28) mehrere Beschleunigungen für die Lenkachse (14) misst und mehrere erste Beschleunigungssignale erzeugt und der Prozessor (40) anhand der von den mehreren ersten Beschleunigungssignalen abgeleiteten Standardabweichung das erste Signal (44) ermittelt,

der Antriebsachsbeschleunigungsmesser (30, 32) mehrere Beschleunigungen für die Antriebsachse misst und mehrere Antriebsachsbeschleunigungssignale (46A, 46B) erzeugt,

der Anhängerachsbeschleunigungsmesser (34, 36) mehrere Beschleunigungen für die Anhängerachse misst und mehrere Anhängerachsbeschleunigungssignale (46C, 46D) erzeugt,

der Prozessor (40) eine von den mehreren Antriebsachsbeschleunigungssignalen (46A, 46B) abgeleitete Antriebsachsstandardabweichung ermittelt und eine von den mehreren Anhängerachsbeschleunigungssignalen (46C, 46D) abgeleitete Anhängerachsstandardabweichung ermittelt, wobei der Prozessor (40) anhand einer Summierung der Standardabweichungen der Antriebsachse und der Anhängerachse das zweite Signal (46A, 46B, 46C, 46D) ermittelt, und

der Prozessor (40) das Gewicht des Fahrzeugs durch Dividieren des zweiten Signals (46) durch das erste Signal (44), wodurch ein Signalverhältnis entsteht, Addieren des Signalverhältnisses zu einer Konstanten und Multiplizieren dieser Größe mit dem bekannten Achsgewicht der Lenkachse (14) ermittelt.
System nach Anspruch 6, bei dem das Fahrzeug

wenigstens eine Antriebsachse (18, 20) mit einem zweiten Beschleunigungsmesser (30, 32), der die Beschleunigung der Antriebsachse misst und ein Antriebsachssignal (46A, 46B) erzeugt,

wenigstens eine Anhängerachse (24, 26) mit einem dritten Beschleunigungsmesser (34, 36), der die Beschleunigung der Anhängerachse (24, 26) misst und ein Anhängerachssignal (46C, 46D) erzeugt, und

den Prozessor (40) aufweist, der unter Bildung des zweiten Signals (46) das Antriebsachssignal (46A, 46B) mit dem Anhängerachssignal (46C, 46D) kombiniert, wobei der Prozessor (40) durch Vergleichen des zweiten Signals (46) mit dem ersten Signal (44) das Fahrzeuggewicht ermittelt.






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