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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen des Gesamtgewichts eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Lastkraftwagens (Lkw), und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.
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Stand der Technik
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Mit zulässigem Gesamtgewicht wird bei Kraftfahrzeugen die Summe aus Leergewicht plus maximaler Zuladung bezeichnet. Anhand dessen werden Kraftfahrzeuge in unterschiedliche Gewichtsklassen eingeteilt, die teilweise auch für die erforderliche Fahrerlaubnis maßgeblich sind. Dabei wird unterschieden zwischen Personenkraftwagen (Pkw) mit einem zulässigen Gesamtgewicht von bis zu 2,8 t, schweren PKW mit bis zu 3,5 t, leichten Lkw bis zu 7,5 t, mittelschweren Lkw mit bis zu 18,0 t und schweren Lkw mit einem zulässigen Gesamtgewicht von mehr als 18 t.
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Das zulässige Gesamtgewicht gewerblich genutzter Fahrzeuge wird häufig überschritten, weil der Fahrer das Gewicht der Ladung nur schwer abschätzen kann.
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Bei bekannten Kraftfahrzeugen ist vorgesehen, dass eine Fahrdynamikregelung, die auch als elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP) bezeichnet wird, das Gesamtgewicht des Fahrzeugs schätzt, um den optimalen Bremsdruck besser vorsteuern zu können. Die Schätzung kann allerdings nur anhand von Messdaten während der Fahrt vorgenommen werden. Gerade beim Einsatz eines solchen ESP ist die Kenntnis des genauen Gesamtgewichts von großer Bedeutung.
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Weiterhin ist zu beachten, dass mit der Beladung des Fahrzeugs auch der Reifendruck ansteigt. Mit Reifendrucksensoren können Druckanstiege während des Ladevorgangs gemessen werden. Wenn das Fahrzeuggewicht vor der Beladung bekannt ist, kann über den Druckanstieg jedoch nur relativ ungenau auf das Gesamtgewicht geschlossen werden. Unsicherheiten entstehen durch die Reifentemperatur, den Reifentyp, das Alter der Reifen, die Profiltiefe und durch Beschädigungen der Reifen.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 vorgestellt. Ausgestaltungen des Verfahrens und der Anordnung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen sowie aus der Beschreibung.
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Bei dem vorgestellten Verfahren ist vorgesehen, die durch das Gesamtgewicht des Kraftfahrzeugs bewirkte Stauchung mindestens einer Feder der Federung des Kraftfahrzeugs zu messen und auf diese Weise das Gesamtgewicht zu bestimmen.
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Die Federung des Kraftfahrzeugs stellt einen Teil des Fahrwerks dar, die sich vor allem auf vertikale Fahrzeugschwingungen auswirkt. Dabei gewährleistet die Federung, dass die Räder Fahrbahnunebenheiten folgen und dabei möglichst gleichmäßige Bodenhaftung behalten, während gleichzeitig der Rest des Fahrzeugs sich nach Möglichkeit nicht auf und ab bewegt. Die Federung fängt somit Fahrbahnunebenheiten auf und wandelt diese in Schwingungen um. In Verbindung mit einem Schwingungsdämpfer bewirkt die Federung einen möglichst ununterbrochenen Fahrbahnkontakt beim Beschleunigen, Bremsen und insbesondere auch bei Unebenheiten und Kurvenfahrt.
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Es wird dabei zwischen ungefederten Massen, wie bspw. Räder, Achsen, Bremsen und Anteilen der Radaufhängung und Lenkung, und gefederten Massen, wie bspw. Karosserie, Antrieb und die übrigen Anteile der Radaufhängung und Lenkung, unterschieden.
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Man bezeichnet den Weg, den das Rad zwischen unbelasteter Stellung und belasteter Stellung zurücklegt, als Gesamtfederweg. Im Ruhezustand lastet das Gewicht des Fahrzeugs auf den Federn und reduziert den Gesamtfederweg um den sogenannten Negativfederweg auf den sogenannten Positivfederweg.
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Die Stauchung wenigstens einer der mindestens einen Feder wird nunmehr in Ausgestaltung dadurch gemessen, dass der Negativweg gemessen wird. Dies kann dadurch erreicht werden, dass der Abstand zwischen einer gefederten Masse und einer ungefederten Masse des Fahrzeugs gemessen wird. Es kann bspw. auch der Abstand zwischen einer gefederten Masse des Fahrzeugs und dem Untergrund, auf dem das Fahrzeug steht, gemessen werden.
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Bei Kraftfahrzeugen werden unterschiedliche Arten der Federung eingesetzt. Bei Nutzfahrzeugen werden in vielen Fällen Blattfedern verwendet, wobei je ein Paar Blattfedern pro Achse eingesetzt wird. Eine weitere häufige Form der Federung ist durch den Einsatz von Schraubenfedern gegeben. Bei Bussen und Lkw ist weiterhin die Luftfederung verbreitet, bei der ein Kompressor Luftdruck erzeugt, der über Federbälge eine komfortable Aufhängung mit der Möglichkeit einer Niveauregulierung bewirkt. Es sind weiterhin hydropneumatische Federungen, computergestützte vollaktive Federungen und elektrische Federungen bekannt.
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All diesen Federungen ist gemein, dass mindestens ein Federelement eingesetzt wird, dass eine Verbindung zwischen ungefederten Massen und gefederten Massen herstellt. Die Stauchung wenigstens eines des mindestens einen Federelements wird bestimmt, indem bspw. der Negativfederweg mittelbar oder unmittelbar gemessen und damit auf die Gesamtladung rückgeschlossen wird.
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Weiterhin von Bedeutung ist, dass bei dem Verfahren berührungslose Messverfahren eingesetzt werden können. Ein Beispiel hierfür ist eine Messung mit einem Ultraschallsensor.
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Mit dem vorgestellten Verfahren kann dem Fahrer vor Antritt der Fahrt angezeigt werden, ob das Fahrzeug überladen ist. Das Fahrzeuggewicht vor der Beladung muss dem Fahrzeug nicht bekannt gemacht werden. Die Messung ist dabei sehr genau und unabhängig von äußeren Einflüssen.
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In einer Ausführung sind am Unterboden des Fahrzeugs Ultraschallsensoren in der Nähe der Federung angebracht. Der Schall wird von der Achse reflektiert und damit ein Abstand zwischen Unterboden und Achse und somit der Negativfederweg gemessen. Dieser Abstand ist hauptsächlich vom Gesamtgewicht des Fahrzeugs abhängig. Bei bekannter Federkennlinie und/oder Reifenprofiltiefe und/oder Reifenverformung lässt sich das Fahrzeuggesamtgewicht sehr genau berechnen.
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In einer weiteren Ausführung wird der Federweg über Linearpotentiometer gemessen. Bei diesen ist jedoch ein möglicher Verschleiß zu beachten.
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Zu berücksichtigen ist, dass die Federkennlinie k sich über die Lebenszeit des Fahrzeugs kaum ändert. Das Gesamtgewicht g berechnet sich aus dem Federweg x zu g = k_f(x) (1)
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Ist das Gesamtgewicht größer als der zulässige Wert, kann der Fahrer vor dem Losfahren z. B. über eine Lampe im Cockpit gewarnt werden. Mit Anbindung des Fahrzeugs an das Internet kann der Fahrer bereits während des Beladens bspw. über ein Smartphone zum aktuellen Gesamtgewicht informiert und bei Überladung gewarnt werden.
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Das beschriebene Verfahren hat, zumindest in einigen der Ausführungen, eine Reihe von Vorteilen. So kann erreicht werden, dass Fahrzeuge nicht versehentlich überladen werden. Dies führt zu geringeren Unfallzahlen und weniger Auffälligkeiten bei Polizeikontrollen. Zudem ist ein Abwiegen der Ladung nicht mehr erforderlich.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltung der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sonder auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt in stark vereinfachter Darstellung ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs im unbelasteten Zustand.
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2 zeigt das Fahrwerk aus 2 im belasteten Zustand.
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3 zeigt das Fahrwerk aus 1 und 2 im stärker belasteten Zustand.
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4 zeigt eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
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1 zeigt in einer schematischen, stark vereinfachten Darstellung ein Fahrwerk 10 eines Kraftfahrzeugs in unbelasteten Zustand. Zu beachten ist, dass in dieser Darstellung für die Funktion des Fahrwerks 10 wesentliche Komponenten, wie bspw. Stoßdämpfer, weggelassen sind.
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Die Darstellung zeigt eine Achse 12, an der zwei Räder 14 angeordnet sind. Weiterhin sind an der Achse 12 zwei Federelemente 16, in diesem Fall Schraubenfedern, angebracht. Das Fahrwerk 10 ist in dieser Darstellung im unbelasteten Zustand dargestellt. Ein Doppelpfeil verdeutlicht einen Gesamtfederweg 18. Dies ist der Weg, den die Räder 14 zwischen unbelasteter Stellung bei Radlast Null und belasteter Stellung zurücklegen können.
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In 2 ist das Fahrwerk 10 im belasteten Zustand dargestellt. Hierbei ist eine Karosserie 20 eines Kraftfahrzeugs auf die Federelemente 16 aufgesetzt, wobei diese eine Verbindung zwischen der Achse 12 des Fahrwerks 10 als ungefederte Masse und der Karosserie 20 des Kraftfahrzeugs als gefederte Masse herstellen. Das Fahrwerk 10 und die Karosserie 20 sind Komponenten des Kraftfahrzeugs. Die Federelemente 16 sind dabei am Unterboden 22 der Karosserie 20 des Kraftfahrzeugs angebracht. Das Kraftfahrzeug ist in dieser Darstellung nicht beladen, d. h. lediglich das Leergewicht des Kraftfahrzeugs belastet bzw. staucht die Federelemente 16.
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Die Darstellung verdeutlicht, dass der Gesamtfederweg 18 nicht mehr zu realisieren ist und eine Summe aus einem Negativfederweg 24 und einem Positivfederweg 26 bildet. Der Positivfederweg 26 gibt ein Maß für die Strecke, die mittels der Federelemente 16 von gefederten Massen zu ungefederten Massen ausgeführt werden kann. Dieser Positivfederweg 26 ist im Vergleich zum Gesamtfederweg 18 im unbelasteten Zustand um den Negativfederweg 24 reduziert. Der Negativfederweg 24 hängt direkt vom Gewicht des Kraftfahrzeugs ab. Bei dem Verfahren ist nunmehr vorgesehen, dass dieser Negativfederweg 24 gemessen wird. Dies kann unmittelbar durch eine Messung dieses Negativfederwegs bspw. an den Federelementen 16 oder mittelbar durch eine Messung des Positivfederwegs 26, der mit dem Negativfederweg 24 zusammenhängt, erfolgen. Es wird in jedem Fall ein Federweg, Negativfederweg 24 oder Positivfederweg 26, gemessen und anhand des ermittelten Werts das Gesamtgewicht des Kraftfahrzeugs bestimmt.
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3 zeigt das Fahrwerk 10 mit dem Kraftfahrzeug, das nunmehr beladen ist. Daraus ergibt sich eine Erhöhung des Gesamtgewichts und aufgrund dessen eine stärkere Stauchung der Federelemente 16. Daraus resultieren, ein im Vergleich zur Darstellung der 2 vergrößerter Negativfederweg 34 und ein reduzierter Positivfederweg 36.
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Sowohl der Negativfederweg 34 als auch der Positivfederweg 36 lassen Rückschlüsse über das Gesamtgewicht des Kraftfahrzeugs zu, da diese unmittelbar durch das Maß der Stauchung der Federelemente 16 beeinflusst sind. Das Maß der Stauchung wiederum hängt unmittelbar vom Gesamtgewicht des Kraftfahrzeugs 20 ab.
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4 zeigt eine mögliche Ausführung der Anordnung zur Durchführung des Verfahrens, die insgesamt mit der Bezugsziffer 50 bezeichnet ist. Die Darstellung zeigt weiterhin ein Fahrwerk 60 mit einer Achse 62, Rädern 64 und zwei Federelementen 66, in diesem Fall wiederum Schraubenfedern, die die Federung bilden. Das Fahrwerk 60 ist mit einer Karosserie 70 verbunden, Fahrwerk 60 und Karosserie 70 sind Komponenten eines Kraftfahrzeugs 80, wobei die Federelemente 66 jeweils auf einer Seite mit der Achse 62 und auf der anderen Seite mit einem Unterboden 72 der Karosserie 70 des Kraftfahrzeugs 80 verbunden sind.
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Am Unterboden 72 ist ein Ultraschallsensor 82 angebracht, der Ultraschall emittiert und von der Achse 62 reflektierte Strahlen erfasst, Auf diese Weise kann ein Abstand 84 zwischen dem Unterboden 72 als Teil der Karosserie 70, die eine gefederte Masse darstellt, und der Achse 62 als ungefederte Masse gemessen werden. Dieser Abstand 84 hängt vom Gesamtgewicht des Kraftfahrzeugs 80 ab und steht unmittelbar mit dem Negativfederweg und dem Positivfederweg, wie diese in 2 und 3 erläutert sind, in Verbindung. Der Ultraschallsensor 82 stellt somit eine Einrichtung zum Messen des Federwegs der Federelemente 66 dar.
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Die Information über den Federweg der Federelemente 66 ist in dem Wert des gemessenen Abstands 84 enthalten. Der gemessene Federweg wiederum erlaubt die Ermittlung des Negativfederwegs und/oder des Positivfederwegs der Federelemente 66. Hieraus kann das Gesamtgewicht des Kraftfahrzeugs 80 ermittelt werden. Diese Ermittlung, die durch eine Berechnung erfolgt, kann durch eine Logik im Ultraschallsensor 82 erfolgen oder durch eine eigens dafür vorgesehene Recheneinheit. In einer weiteren Ausführung erfolgt die Berechnung in einem Steuergerät des Kraftfahrzeugs. Dieses Steuergerät kann dann bspw. Informationen zum Gesamtgewicht aussenden, bspw. über das Internet, und auch ggf. den Fahrer warnen, wenn das zulässige Gesamtgewicht überschritten wird. Die Warnung kann dabei akustisch und/oder optisch bspw. mit einer Warnlampe erfolgen. Es kann auch anhand einer Kennlinie, die den Abstand in Abhängigkeit des Gesamtgewichts darstellt, das Gesamtgewicht direkt aus dem Abstand bestimmt werden.
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Eine Information zum Gesamtgewicht kann auch, bspw. über das Internet, an den Betreiber des Kraftfahrzeugs gesendet werden oder von diesem über das Internet abgerufen werden.
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In dieser Darstellung ist lediglich ein Ultraschallsensor 82 gezeigt. Es können aber auch mehrere Ultraschallsensoren vorgesehen sein. Weiterhin können ein oder mehrere Ultraschallsensoren auf jeder der Achsen des Kraftfahrzeugs 80 angeordnet sein. Sind mehrere Ultraschallsensoren vorgesehen, so kann eine Neigung des Fahrzeugs aufgrund ungleich verteilter Ladung erfasst werden. Der Einsatz mehrerer Sensoren ermöglicht auch eine genauere Bestimmung des Gesamtgewichts.
