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Title:
MEASURING DEVICE FOR MEASURING FORCES AND/OR MOMENTS BETWEEN A TOWING VEHICLE AND A TRAILER VEHICLE OF A VEHICLE COMBINATION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2022/111790
Kind Code:
A1
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.

Inventors:
PFEFFERKORN DANIEL (DE)
WOLF THOMAS (DE)
LACHHEB SARRA (DE)
KAUFMANN NILS (DE)
Application Number:
PCT/EP2020/083163
Publication Date:
June 02, 2022
Filing Date:
November 24, 2020
Export Citation:
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Assignee:
ZF CV SYSTEMS GLOBAL GMBH (CH)
International Classes:
G01L1/22; A01B59/00; B60D1/00; B60D1/24; B60D1/62; G01L5/13
Domestic Patent References:
WO2008005077A12008-01-10
Foreign References:
EP3553486A22019-10-16
DE102018106855A12019-09-26
DE2520673A11975-11-27
DE1648385A11971-08-05
Attorney, Agent or Firm:
SCHWARZWELLER, Thomas (DE)
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Claims:
Patentansprüche

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

- einem als ein Messkreuz ausgebildeten Träger (2; 32),

- 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,

- 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

- 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,

- 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.

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,

- 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

- 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,

- sowie die beiden zu dem mittleren Dehnungsmesstreifen (9b) benachbarten Deh nungsmessstreifen (9a, 9c) um jeweils 45° nach links und rechts angewinkelt ange ordnet sind.

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.

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. 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.

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.

Description:
Messeinrichtung zum Messen von Kräften und/oder Momenten zwischen einem Zug fahrzeug und einem Anhängefahrzeug einer Fahrzeugkombination

Beschreibung

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Die erfindungsgemäße Messeinrichtung zum Messen von Kräften und/oder Momen ten zwischen einem Zugfahrzeug und einem Anhängefahrzeug einer Fahrzeugkom bination weist demnach folgendes auf:

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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:

- Beeinflussung, insbesondere Reduzierung der Koppelkraft bei Bremsvorgängen,

- Steuerinformationen für elektrisch angetriebene motorisierte Anhänger (eTrailer),

- Erkennung einer Kippgefahr,

- Erkennung von Anhängerschwingungen,

- Bestimmung des Schwerpunktes der Fahrzeugkombination,

- Kollisionsvorwarnung,

- Geradeziehen einer sich stauchenden Zugfahrzeug-Anhänger-Kombination,

- Erkennung von Achsschenkelbolzenverschleiß, sowie

- Erkennung von einer nur teilweise geschlossenen Anhängevorrichtung.

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.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der beigefügten Zeichnung darge stellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In dieser Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Vorderansicht eines Trägers einer Messeinrichtung ge mäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine Rückseitenansicht des Trägers gemäß Fig. 1 mit einer Anordnung von Dehnungsmessstreifenrosetten,

Fig. 3 eine vergrößerte Detailansicht des Trägers gemäß Fig. 2,

Fig. 3a eine vergrößerte Detailansicht einer Dehnungsmessstreifenrosette,

Fig. 4 eine schematisch stark vereinfachte Schnittdarstellung des Trägers im ein gebauten Zustand an einer Anhängevorrichtung mit einer Maulkupplung,

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines Trägers einer Messeinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, und

Fig. 6 eine schematisch stark vereinfachte Schnittdarstellung des Trägers ähnlich demjenigen der Fig. 5 im eingebauten Zustand an einer Anhängevorrichtung mit ei ner Sattelkupplung.

Einige Bauelemente in den Figuren stimmen überein, sodass diese mit denselben Be zugsziffern bezeichnet sind.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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