力测量装置的制作方法

本发明涉及一种用于测量单轴或多轴车辆的簧载底盘中的力的装置，其中，力测量装置被构造为承重元件，并被设置在车身与车轴之间的力传递路径中，以使得布置在车轴与车身之间的弹簧元件分别经由承重元件与车轴和/或车身连接。

背景技术：

1、尤其在载重车辆中，装载的重量对驾驶行为有重大影响，并因此对驾驶安全性也有重大影响。因而，获知或测量车辆重量或车辆质量及其在各个车轴或车轮上的分布情况是安全运输的重要基础。因此，全世界都有禁止重型载重车辆或其它车辆超载的法律规定。例如，在德意志联邦共和国，联邦汽车运输管理局在一般性运营许可的范围内将车辆载重量和准许的总重量作为固定的参量进行了预给定。

2、类似地通常规定：在启程前或在进行装货期间，检查这样的车辆的负载或车轴载荷。在此，用于获知载重车辆的重量的常见措施是在启程前必须从上驶过的静止的秤上对车辆进行称重。此外，在行驶期间或在交付途中进行多次装卸后，往往还需要不时地进行审查。这可以通过相应的移动秤来实现，但该移动秤并不总是有提供。

3、因此，有利的是，利用安装在车辆中的测量装置来获知重量。当然，除了汽车和载重车辆制造商之外，车队运营商和货运代理也对此类解决方案极感兴趣，这是因为在这里可以实现进行精确且具有前瞻性的装载规划。

4、对于采用空气弹簧的车辆来说在车辆之内进行重量获知是不成问题的，这是因为在这里可以例如通过评估弹簧中的空气压力来获知车辆上的负载。当然，这对于采用板簧悬架/钢制悬架的载重车辆来说却是不那么可行。在现有技术中，为了获知采用机械悬架/板簧悬架的车辆的重量已经存在有解决方案，在其中，可以借助于车辆中的测量装置或测量设备来测量重量或车辆质量以及各个车轴的负载。

5、de 10 2019 202 763 a1公开了这样的测量装置，但仅用于在车辆静止时进行的测量。在那里，测量装置被布置在弹簧接片中，板簧元件通过该弹簧接片与车身元件或车体连接。借助于应变仪来获知弹簧接片的形变情况。这样的设计结构相对复杂，且维护成本高。

6、de 199 18 679a1公开了一种电子测量系统，其具有紧固在车辆上的测值传感器，用于确定车辆的承载质量。在此，测值传感器可以集成到减震器中，并检测作用在那里上的力。然而，底盘中的减震器是车轴上多个载荷支承点之一，并与悬架(其接受“实际”重量载荷)平行布置。这样的减震器相比被用于获知静态的承载力地以有意义的方式更适合用来获知动态力。因此，布置在减震器上的测量系统不太适合用于静止时的载荷测量。

技术实现思路

1、因此，本发明的任务在于提供一种经改进的集成在车辆中的测量装置，借助该测量装置可以以简单的方式测量单轴或多轴车辆的簧载底盘中的力，尤其是测量因车辆的负载所引起的重力。此外，这种测量不仅可以在静止时进行，还可以在任何时候进行，即在行驶期间或在中断行驶情况下所进行的审查的范围内进行。此外，该任务还在于将测量装置尽可能设计得简单，并将其集成到常见的车轴构件或底盘构件中。

2、该任务通过独立权利要求的和从属权利要求的特征来解决。从属权利要求中公开了另外的有利的构造方案。

3、在此，车辆中的力测量装置被构造为在车身与车轴之间的力传递路径中的、基本上由能弹性变形的塑料或弹性体材料制成的承重元件，其中，在承重元件内集成有彼此间隔开并通过能弹性变形的塑料或弹性体材料彼此绝缘的电极、能导电的层或能导电的元件，它们在定位或几何形状方面能通过承重元件在负载下发生的变形而相互间绝对和/或相对地改变，并由此产生与承重元件的弹性变形成比例的能探测到的电学参量。

4、此外，在以下描述中，凡是提到弹性体材料，也总是应连带地包括了能弹性变形的塑料。

5、这种根据本发明的力测量装置的优点一方面在于：也可以直接测量静态力，即也可以直接测量车辆在静止时进行装货期间的重量变化或行驶期间的动态变化。承重元件(例如由橡胶制成的承重元件)的变形导致橡胶基质之内的能导电的元件或层的定位或几何形状发生变化，并可以作为与变形(即重量负载)成比例的能探测到的电学参量读取。

6、电学参量的变化的读取例如可以经由传统电缆、经由天线、传感器或场探测器来进行。将电能引入到电气元件、能导电的层或电极中同样能通过电缆、天线或布置在承重元件附近的相应发射器进行。原则上，这样的系统对于本领域技术人员来说已由近场通信、应答器或rfid技术所已知。

7、另一方面，根据本发明的构造方案允许力测量装置的制造和设计结构及其在底盘构件之内或底盘构件之间的接入方式非常简单，而无需进行大量的装配工作。因此得到了提供可以与相应的读取设备或发射器结合的方式安装在所有底盘结构中的标准构件的可能性。

8、一个有利的改进方案在于，设置有布置在承重元件之内的彼此间隔开的面式的电极或能导电的层，并且形成电容，其电容量能与承重元件的弹性变形成比例地发生变化且能被探测到。电容性的系统是易于制造的，而且在解释和探测电容量变化方面没有什么困难。这里列出相关的等式，该等式描述了能由于变形而发生改变的电容量，即两个面式布置的电极或能导电的层的定位或几何形状的变化：

9、c＝ε0εra/d

10、其中

11、ε0＝真空中的电场常数

12、εr＝弹性体材料(电介质)的相对介电常数

13、a＝电极的面积

14、d＝电极之间的距离

15、因此，因承重元件(即弹性体本体)变形而出现的两个平行电极之间距离的变化产生了能测量的电容量变化。当电极面积因弹性体材料变形而发生变化时，也会发生同样的情况。这种电容量变化能通过上文已经提到的传感器和装置进行测量，并然后在进行相应的校准后用于确定装载重量。在层或电极被相应构造的情况下，则存在两种效应，即距离变化和面积变化，从而使得电容量变化后能读取的信号被放大。

16、另一有利的构造方案在于，承重元件多件式地构成和/或由多种弹性材料构成。

17、因此，在承重元件多件式构造的情况下例如有可能的是，承重元件由多个部件或层组成，其中至少一个部件或层具有由彼此绝缘的电极、能导电的层或能导电的元件构成的组件。这种设计结构例如可以由常见弹性体材料制成的上层、根据本发明构造的承重元件(代表测量装置)所形成的中间层以及再次由常见弹性体材料制成的下层构成。这样的构造方案的优点在于，使得测量装置可以作为单独的标准件来制造，并可以根据应用情况而与不同构成的由弹性体材料制成的上下部分进行硫化或连接，从而能很容易地根据各自的使用目的、所期望的变形行为和安装条件进行适应性调整。

18、另一有利的构造方案在于，将多组分别协同作用的电极、能导电的层或能导电的元件彼此以分组方式并排布置在承重元件之内，使得能产生与承重元件的局部区域弹性变形成比例的电学参量。利用这样的布置方式，就可以根据上述等式获知承重元件的各个局部区域的负载。利用相应的校准和以计算方式进行的评估，可以从中得出关于车辆静止时的载荷分布情况和可能的不均匀的负载情况的结论。当然，在行驶期间使用测量装置时，也可以通过在车载计算机中相应快速处理信号来获知制动力或加速力并将其用于车辆控制。还有可能的是，通过比较来自各组分别协同作用的电极的信号，获知侧向力或作用于承重元件上的剪切力。

19、另一有利的构造方案在于，将多组分别协同作用的电极、能导电的层或能导电的元件以分组方式上下相叠地布置在承重元件之内，使得能产生与承重元件的弹性位移或扭转成比例的电学参量。通过利用与之经适应性调整的校准和以计算方式进行的评估，可以获知作用于承重元件上的剪切力，尤其通过电极表面相对于彼此的变化或位移获知。通过多组电极的上下相叠布置方式，即以它们的面式延展范围横向于法向负载方式布置，也得到使输出信号明显放大效果。

20、另一有利的构造方案在于，承重元件设有利用承重元件的变形能量的电流发生器，优选设有压电元件。该压电元件在另外的有利的构造方案中尤其有用，在该另外的构造方案中，承重元件设有被构造为控制装置和信号处理装置的电子电路，优选设有与之相连的发送单元和天线，其中，通过控制装置和信号处理装置能将与承重元件的弹性变形成比例的电学参量作为输出信号转发给外部接收装置。

21、在这样的布置方式中，通过压电元件可以实现向控制装置和信号处理装置以及发送单元供电。这样就不再需要依赖来自承重元件之外的被动的能量投入。通过这样的自身的能量供应还更方便地将与承重元件的变形成比例的信号发送给车辆中的接收装置，从而使得能够不仅向驾驶员不断地告知有关装载状态的信息。这样，也可以经由可能连接的、车辆中存在的另外的无线电装置将代表装载状态的信号发送给运输公司或车队运营商的总部。

22、另一有利的构造方案在于，承重元件被构造为用于相应弹簧元件的阻尼元件，并且优选布置在弹簧元件与车轴之间的连接区域中。由于几乎所有的装载力/重力都经由这些联接点传递到车轴上，因此通过这样的布置获得了特别准确的关于车辆重量的值。

23、在载重车辆或所属的挂车或半挂车的底盘设有板簧悬架的情况下，承重元件优选被构造为板簧的阻尼元件，并以夹紧在板簧与车轴之间的阻尼器块的形式作为板簧与车轴之间的连接件地布置。这样的被夹紧在车轴与板簧之间的块式阻尼器的布置方式是在载重车辆底盘的板簧悬架情况下的常见的结构形式。因此，很容易对底盘的正常制造工艺进行适应性调整，使得代替现有技术中的块式阻尼器而安装上被夹紧在板簧与车轴之间的其中包含了根据本发明的测量装置或被构造为这样的测量装置的阻尼器块。

24、与此对应地，本发明还涉及一种以这种方式构成的具有集成的力测量装置的阻尼元件，该阻尼元件安装在单轴或多轴车辆的簧载底盘中，并作为承重元件布置在车身与车轴之间的力传递路径中。还要求保护一种具有机械板簧悬架的载重车辆的底盘，该底盘具有被构造为承重元件的力测量装置。

25、如上所述，用于利用根据本发明的力测量装置确定车辆重量的方法在于，尤其是当车辆静止时以及在进行装货期间，在经相应校准的计算装置中将取决于车辆的负载地因设置在由弹性体材料制成的承重元件中的电极、能导电的层或能导电的元件的定位或几何形状发生变化所引起的电学参量的变化与在车辆静止时的空载重量所对应的参考参量进行比较，并据此来获知车辆的实际重量。通过这样的方法，不仅能在启程前确认例如载重车辆的准确的负载情况，而且还能在每次中断行驶时以及在目的地点(在此处会卸下货物并再次增添其它货物)每次停车时确认准确的负载情况。

26、通过使用根据本发明的测量装置，还存在确定作用于底盘(例如载重车辆的底盘)上的动态力。在此，在车辆行驶期间，在经相应校准的计算装置中将取决于作用在车辆上的动态力出现的并且因设置在由弹性体材料制成的承载元件中的电极、能导电的层或能导电的元件的定位或几何形状发生变化所引起的电学参量的变化与相应的参考参量或阈值进行比较。一旦达到或超过这样预定的阈值，就输出信号，例如向驾驶员输出警告信号或向车辆控制装置输出信号。