DE1913930A1 - Device for weighing vehicles - Google Patents
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Description
An dasTo the
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W/p 6574W / p 6574
Tag 18. März 1969 Yf/WeDay March 18, 1969 Yf / We
Westland Aircraft Limited, Yeovil, Somerset, EnglandWestland Aircraft Limited, Yeovil, Somerset, England
Einrichtung zum Wiegen von FahrzeugenDevice for weighing vehicles
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Wiegen und Anzeigen der Lage des Massenmittelpunktes eines Fahrzeuges, insbesondere für Flugzeuge, jedoch auch für Luftkissenfahrzeuge oder für andere Arten von Straßen- und Schienentransportfahrzeugen.The invention relates to a device for weighing and displaying the position of the center of mass of a vehicle, especially for airplanes, but also for air cushion vehicles or for other types of road and road vehicles Rail transport vehicles.
Wenn beispielsweise Flugzeuge zu verschiedenen Zwecken, üblicherweise außerhalb des Flugplatzes benutzt werden, die den häufigen Transport über einen weiten Bereich gemischter Ladung bedingen, ist es äußerst schwierig, die maximalen Volumen/Grewichtsbelaatungsverhältnisse genau zu bestimmen·For example, when aircraft are used for various purposes, usually outside the airfield, the require frequent transport over a wide area of mixed cargo, it is extremely difficult to obtain the maximum Volume / weight load ratios to be precisely determined
Im Falle eines Drehflügelflugzeuges ist das Verhältnis von Leistung zu Gewicht von großer Bedeutung und jede Überlastung ergibt von Belbst einen Leistungsverlust und die Gefahr einerIn the case of a rotary wing aircraft, the power-to-weight ratio is of great importance and any overload results in a loss of performance and the risk of a
909884/0351909884/0351
191393191393
W/p 6574 -2- 18.3.69 w/We VW / p 6574 -2- 3/18/69 w / We V
nachfolgenden hohen Drehmomentbelastung auf das betriebe, was schließlich zu einer Materialermüdung führen kann.subsequent high torque load on the operation, which can ultimately lead to material fatigue.
Ziel der Erfindung ist es deshalb, eine Anordnung zu schaffen, die diese Schwierigkeit dadurch überwindet, daß der das Fahrzeug Steuernde eine direkte Anzeige "des Gewichts und der Verschiebung des Massenmittelpunktes erhält, während die Prachtbeladung erfolgt.The aim of the invention is therefore to create an arrangement which overcomes this difficulty in that the person controlling the vehicle has a direct display "of the weight and the Shift of the center of mass obtained while the splendid loading takes place.
Gemäß der Erfindung wird eine Einrichtung zur Gewichts- oder Massenmittelpunktsbestimmung für Fahrzeuge vorgeschlagen, die eine Vielzahl von auf die Beanspruchung ansprechende Elemente aufweist, die so ausgelegt sind, daß sie Signale in Bezug auf Änderungen der baulichen Belastung auf einen Rechner übertragen, der aus den Signalen die Änderung des Gewichts und/oder Massenmittelpunktes des Fahrzeuges ableitet.According to the invention, a device for weight or center of mass determination for vehicles is proposed which comprises a plurality of stress responsive elements designed to provide signals with respect to Changes in the structural load are transferred to a computer, which from the signals shows the change in weight and / or Center of mass of the vehicle derived.
Bei jedem Flugzeug sind wenigstens drei Befestigungspunkte zwischen dem Flugzeugrahmen und dem Fahrgestell vorgesehen, die zur Aufnahme von Lastfühlern oder Lastzellen verwendet werden können. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden drei Lastfühler verwendet, deren elektrische Ausgänge zur Berechnung des Gesamtgewichtes und der Lage des Massenmittelpunktes verwendet werden. Ein fest vorgegebener Wert ist für das Gewicht des Fahrgestelles unterhalb der Laetfühler zugrunde gelegt.There are at least three attachment points on every aircraft provided between the aircraft frame and the chassis, which is used to accommodate load sensors or load cells can be. In the preferred embodiment, three load sensors are used, their electrical outputs for calculation the total weight and the position of the center of mass can be used. A fixed value is for the weight of the chassis below the load sensor based on.
In Figur 1 ist die Ansicht einer schematischen Anordnung dreier Laetfühler in einem theoretischen Flugzeug dargestellt.In Figure 1 is a view of a schematic arrangement of three load sensors in a theoretical aircraft shown.
Der Ausgang eines jeden Laetfühlers in Volt ist in Abhängigkeit von der angelegten Belastung geeicht. The output of each load sensor in volts is calibrated depending on the applied load.
Um das Gesamtgewicht zu berechnen, wird der Ausgang der drei Lastfühler arithmetisch addiert.To calculate the total weight, the output of the three load sensors is added arithmetically.
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W/p 6574 -3- ■ 18.3.69 W/WeW / p 6574 -3- ■ 18.3.69 W / We
Es sei W = Gewicht des Flugzeuges, das an der Stelle F wirksam ist,Let W = weight of the aircraft that is effective at point F,
Wy = Gewicht, das an der Lastfühlerstelle A aufgenommen wird,Wy = weight recorded at load sensor point A. will,
W2 = das Gewicht, das an der Lastfühlerstelle B aufgenommen wirdW 2 = the weight that is picked up at load sensor point B.
w, =.das Gewicht, das an der Lastfühlerstelle C aufgenommen wird,w, =. the weight recorded at load sensor point C. will,
V.J = die Ausgangsstellung aus dem Lastfühler A, V2 = Ausgangsspannung aus dem Lastfühler B, v, = Ausgangsspannung aus dem Lastfühler C.VJ = the initial position from load sensor A, V 2 = output voltage from load sensor B, v, = output voltage from load sensor C.
W = W^ + Wp + w.W = W ^ + Wp + w.
Dann gilt V-. —wi V1 = ^1W1 V3 ^ W3 v3 = k3w3 Then V- applies. - w i V 1 = ^ 1 W 1 V 3 ^ W 3 v 3 = k 3 w 3
Wenn k-j, k2 und k^ die Eichkonstanten der drei Lastfühler sind, ergibt sich das Gesamtgewicht W-V1 + V2 + v, 0)··If kj, k 2 and k ^ are the calibration constants of the three load sensors, the result is the total weight WV 1 + V 2 + v, 0)
In Figur 1 ist die optimale Lage des Massenmittelpunktes bei 0 gezeigt; dies entspricht dem Mullpunkt eines Koordinatensystems mit zwei rechtwinkligen Achsen OX und OY in der horizontalen Ebene» Es sei angenommen, daß die tatsächliche Lage des Massenmittelpunktes der Punkt F sei, der die Koordinaten x, y besitzt,In Figure 1, the optimal position of the center of mass is at 0 shown; this corresponds to the mull point of a coordinate system with two right-angled axes OX and OY in the horizontal Plane »It is assumed that the actual position of the center of mass is the point F, which has the coordinates x, y,
Das Gewicht des Flugzeuges W wirke vertikal durch F.Let the weight of the aircraft W act vertically through F.
Die Koordinaten der Fühlerspule bei A sei-en —x^, y1, die Koordinaten der Fühlerspule bei B seien X2, y2 und die Koordinaten der Fühlerspule bei C seien x,, -1-x· The coordinates of the sensor coil at A are -x ^, y 1 , the coordinates of the sensor coil at B are X 2 , y 2 and the coordinates of the sensor coil at C are x ,, -1-x ·
Dann wird, wenn man die Momente um die OX- und OX-Achsen an-Then, if you adjust the torques around the OX and OX axes
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W/p 6574 -4- 18.3.69 W/WeW / p 6574 -4- 18.3.69 W / We
nimmt,takes,
χ = SSL und y = Zül £w 5 wχ = SSL and y = Zül £ w 5 w
und damitand thus
χ = χ =
■■X-j W^ τ XpWo τ■■ X-j W ^ τ XpWo τ
W-ι τ Wn τ W^rW-ι τ Wn τ W ^ r
Da die Stellungen A und B um die Mittelachse des Flugzeuges symmetrisch verlaufen, und da die Stellung C auf der Mittelachse liegt,Since positions A and B are symmetrical about the central axis of the aircraft, and since position C is on the central axis,
(2)(2)
+ W2 + W+ W 2 + W
und wiederum aufgrund der Symmetrie des Fahrgestelles γ^ and again due to the symmetry of the chassis γ ^
Wenn y1.= y2 = ( j - h ) und y^ = h, gilt j - h)(W1 + W2) - w?hIf y 1. = Y 2 = (j - h) and y ^ = h, then j - h) (W 1 + W 2 ) - w ? H
jf ·■»jf · ■ »
und y. ,^^L^g^ _h (3) and y. , ^^ L ^ g ^ _ h (3)
vW< + Wp + W^f/vW <+ Wp + W ^ f /
Die elektronische Einrichtung muß nunmehr Eingänge aus den Lastfühlern als Spannungen V1, V2 und v, aufnehmen und eine Auβgangsspannung proportional χ erzeugen, damit eine AnzeigeThe electronic device must now accept inputs from the load sensors as voltages V 1 , V 2 and v and generate an output voltage proportional to χ, so that a display
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W/p 6574 -5- 18.3.69 W/We ff W / p 6574 -5- 18.3.69 W / We ff
auf dem Seitengerät für die Lage des Massenmittelpunktes erhalten wird, ferner wird eine Spannung proportional y zur Anzeige auf dem vorderen und hinteren Gerät zur Anzeige der lage des Massenmittelpunktes erzeugt. Die beiden Meßgeräte besitzen Mittennullverschiebungen und verwenden eine -ve und -ve Vorzeichenfestlegung.is obtained on the side device for the location of the center of mass, furthermore a voltage is proportional to y generated for display on the front and rear devices to display the position of the center of mass. The two gauges have center zero offsets and use a -ve and -ve sign setting.
Somit gilt:Hence:
x _ K4 (v2 " V1j wobei K4 eine Konstante proportional (v + ν + v,) dem Abstand a zwischen den beidenx _ K 4 (v 2 " V 1 j where K 4 is a constant proportional (v + ν + v,) to the distance a between the two
vorderen Fühlern ist,front antennae is
y = K5 ^V1 * V2j _ K6 wobei K5 eine Konstante proportional (V1 + V2 + V5) dem Abstand j in Figur 1 und K6 y = K 5 ^ V 1 * V 2 j _ K 6 where K 5 is a constant proportional (V 1 + V 2 + V 5 ) to the distance j in Figure 1 and K 6
eine Konstante proportional dem Abstand h ist.is a constant proportional to the distance h.
Das Blockschaltbild nach Figur 2 zeigt als Ausführungsbeispiel eine Schaltanordnung für das beschriebene theoretische System mit einer zusätzlichen Schaltanordnung in gestrichelter Darstellung. DieseZusätze enthalten einen vierten Lastfühler (D) zur Messung der Last, die auf einem Frachthaken hängt; das aus diesen Fühler erhaltene Signal wird durch einen VerstärkerThe block diagram according to FIG. 2 shows, as an exemplary embodiment, a circuit arrangement for the theoretical described System with an additional circuit arrangement shown in dashed lines. These additions contain a fourth load sensor (D) to measure the load hanging on a cargo hook; the signal obtained from this probe is passed through an amplifier
20 entweder zu einem getrennten Frachthaken-Lastanzeigegerät20 either to a separate cargo hook load indicator
21 oder zur Anzeige auf dem Gesamtgewichtsanzeigegerät 22. Eine zweite Variante weist eine Auslöseschaltung 23 für Überlast oder schwere Landung sowie ein Anzeigegerät 24 auf, das so eingestellt werden kann, daß es in Betrieb gesetzt wird, wenn ein vorbestimmter Lastwert überschritten wird. Dieae Auslöseschaltung kann so eingestellt werden, daß sie dann in Betrieb genommen wird, wenn das maximale Gesamtgewicht des Flugzeuges überschritten wird, oder wenn eine schwere Landung erfolgt, wobei Belastungen im Fahrgestell auftreten, die diesen21 or for display on the total weight display device 22. A second variant has a trigger circuit 23 for overload or heavy landing and a display device 24 which can be set to operate, when a predetermined load value is exceeded. The trigger circuit can be set so that it is put into operation when the maximum total weight of the aircraft is exceeded, or if a heavy landing occurs, with loads in the chassis occurring, which this
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W/p 6574 -6- 18.3.69 flf/WeW / p 6574 -6- 18.3.69 flf / We
vorbestimmten Lastwert überschreiten. Ein weiterer Zusatz zu dieser Auslegung ist die Einschaltung eines Halteschaltersexceed the predetermined load value. Another addition to this interpretation is the activation of a hold switch
25 für das Gesamtgewichtsanzeigegerät, der es ermöglicht, daß der Pilot während des Fluges eine dauernde Anzeige des Abhebgewichtes erhält. Der übrige Teil des Blockschaltbildes zeigt die drei Lastfühler A, B, G, verschiedene Summierverstärker mit Difierentialeingängen zur Erzielung von Additions- und Subtraktionsausdrücken, aktive Teiler und ein Anzeigegerät25 for the total weight display device, which enables the pilot to have a permanent display of the lift-off weight during the flight receives. The remaining part of the block diagram shows the three load sensors A, B, G, various summing amplifiers with differential inputs to achieve addition and Subtraction expressions, active dividers and a display device
26 für die Verschiebung des Massenmittelpunktes.26 for the shift of the center of mass.
Das bevorzugte Ausführungsbeispiel wird auch in Verbindung mit dem Blockschaltbild nach Figur 3 beschrieben, das eine Abänderung nach den Figuren 1 und 2 zeigt. The preferred exemplary embodiment is also described in connection with the block diagram according to FIG. 3, which shows a modification according to FIGS.
Die beschriebene Einrichtung weist drei oder vier Spannungsmesser-Lastzellen 2 auf, die entweder in ein Fahrgestell^ des Flugzeuges oder in die Fahrgestellstreben eingebaut sind. Diese Zellen werden nur zu Eichzwecken und zu tfartungszwecken bei größeren Überholungen entfernt und bedürfen sonst überhaupt keiner Wartung. Die Lastzellen werden von der Hauptspeisequelle 1 des Flugzeuges oder im Falle einer statischen Anlage von einem getrennten Generator gespeist. .The device described has three or four voltmeter load cells 2, which are installed either in a chassis ^ of the aircraft or in the chassis struts. These Cells are used for calibration and maintenance purposes only major overhauls removed and otherwise require no maintenance at all. The load cells are from the main supply source 1 of the aircraft or, in the case of a static system, from a separate generator. .
Wenn das Flugzeug beladen wird, gibt das zusätzliche Gewicht eine bestimmte Belastung auf das Fahrgestell^ des Flugzeuges, und diese Belastung wird durch die Lastzellen festgestellt,, die ihrerseits ein elektrisches Signal übertragen, daß diese Belastungszunahme über Verstärker 3 an einen Summierverstärker. , 4 geben, der die Ausgänge aller verwendeten Lastzellen 2 addiert und das Gewicht als Ganzes auf ein Anzeigegerät 5 gibt. ....,.-When the aircraft is loaded, there is extra weight a certain load on the undercarriage of the aircraft, and this load is determined by the load cells, the in turn transmitted an electrical signal that this increase in load via amplifier 3 to a summing amplifier. , Give 4, which adds the outputs of all load cells 2 used and gives the weight as a whole to a display device 5. ...., .-
Die Anzeige der Verschiebung der Lage des Massenmittelpunktes erfolgt durch Verwendung des Gewichtes, das vorher durch die Lastzellen 2 gemessen wurde, und durch umwandlung dieses Gewichts signal es in ein Moment um eine Achse, u.z. in Abhängigkeit von dem Einheitsabstand zwischen den Lastzellen und. der The display of the shift in the position of the center of mass occurs by using the weight that was previously measured by the load cells 2, and by converting this weight to signal it into a moment around an axis, depending on the unit distance between the load cells and. the
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Bezugsstelle der Wiegeeinrichtung. Dies wird durch die Vervielfacher 6 durchgeführt, in die die Gewichtssignale aus den Verstärkern 3 eingeführt werden, und durch die Abstandssignale, die so angezeigt werden, als ob sie aus Leitungen 7 stammen würden. Die angesammelten Momentsignale aus den Vervielfachern 6 werden im Summierverstärker 8 verstärkt, das sich daraus ergebende Signal wird dann in einen elektronischen Teiler 9 geleitet, der dieses Signal durch das Signal teilt, das zur Anzeige des-Gesamtgewichtes aus dem Summierverstärker 4 erzeugt wird. Der Vorgang, Momente aufzunehmen, wird in Vorwärts- und Kückwärtsrichtung und auch in Steuerbord- und Backbordrichtung durchgeführt. Dies ist in der doppelten Schaltung auf dem Diagramm dargestellt; das Ergebnis aus beiden Schaltungen kann, wie durch zwei Anzeigevorrichtungen 10 und 1OA gezeigt ist, in Form einer Verschiebung aus der Nenn- oder Idealstellung in die Backbord-/Steuerbordrichtung und auch in die VorwärtS-/ßückwärtsrichtung dargeboten werden, oder die Resultate aus beiden Schaltungen können integriert werden, damit die Lageänderung des Massenmittelpunktes in einer Ebene auf einem Zweiachseninstrument zur Anzeige gebracht wird, wobei die Sichtfläche des Instrumentes eine Darstellung für den zulässigen Änderungsbereich gibt.Reference point of the weighing device. This is done by the multiplier 6, into which the weight signals from the amplifiers 3 are introduced, and by the distance signals, which are displayed as if they came from lines 7. The accumulated moment signals from the multipliers 6 are amplified in the summing amplifier 8, and the resulting signal is then fed into an electronic divider 9 which divides this signal by the signal that is generated from the summing amplifier 4 to display the total weight will. The act of absorbing moments goes forward and backward and also starboard and port carried out. This is shown in the double circuit on the diagram; the result of both circuits can, as shown by two display devices 10 and 10A, in the form of a shift from the nominal or ideal position in the port / starboard direction and also in the fore / aft direction, or the results from both circuits can be integrated so that the change in position of the center of mass in a plane on a two-axis instrument is brought to the display, the visible surface of the instrument being a representation of the permissible Area of change there.
Es können andere Änderungen des Systems ohne Änderung des Grundkonzeptes der Erfindung vorgenommen werden, beispielsweise kann, nachdem die Anfangssignale aus den Lastzellen verstärkt und summiert werden, ein Pendelwandler oder Wandler mit stabiler Plattform eingeführt werden, damit die Lage des Flugzeuges oder Fahrzeuges geändert werden kann, so daß die tatsächliche Massenmittelpunktlage in der horizontalen Ebene dem Piloten zusätzlich zu dem Gewicht angegeben werden kann. Um die Genauigkeit des Systems zu erhöhen, kann es erforderlich sein, eine Nullpunkteinstellschaltung vorzusehen, wobei der Bedienende oder Pilot, der das Grundgewicht kennt, in der Lage ist, die Instrumente auf Null zu stellen, bevor eine Beladung erfolgt. Des weiteren kann eine Hilfsschaltung vorgesehen werden, die dem Piloten in bezug auf das Gewicht eine doppelteOther changes to the system can be made without changing the basic concept of the invention can be made, for example, after the initial signals from the load cells are amplified and be summed up, a pendulum converter or converter with a stable platform can be introduced, so that the position of the aircraft or vehicle can be changed so that the actual center of mass position in the horizontal plane is the pilot can be specified in addition to the weight. To increase the accuracy of the system it may be necessary to to provide a zero point setting circuit whereby the operator or pilot who knows the basis weight will be able is to zero the instruments before loading. Furthermore, an auxiliary circuit can be provided, twice that of the pilot in relation to weight
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W/p 6574 -8- . 18.3.69 W/We /^ W / p 6574 -8-. 3/18/69 W / We / ^
Prüfung des Brennstoffinhaltes während des Auftankens gibt.Check the fuel level while refueling.
Die spannungsempfindlichen Elemente können miteinander verbundene Dehnungsmeßstreifen, Widerstandsdrahtmeßvorrichtungen, Lastzellen, piezoelektrische Wandler oder andere Dehnungsmeßwandler sein. Sie können am Fahrzeug befestigt sein oder direkt in den Fahrzeugrahmen eingebaut sein; im Falle eines statischen Systems können Lastzellen zur Abstützung einer Plattform verwendet werden, auf der ein Fahrzeug stehen kann· Die Lastzelle kann als ein Element angesehen werden, das Belastungen aufnehmen kann und das, wenn es einem Druck, einem Zug, einer Biegebeanspruchung, einer Abscherbeanspruchung und Torsionskräften ausgesetzt wird, in der Lage ist, in jedem Falle Ausgangssignale zu erzeugen, die proportional der aufgenommenen Last sind.The voltage-sensitive elements can be connected to one another Strain gauges, resistance wire measuring devices, Load cells, piezoelectric transducers or other strain gauges be. They can be attached to the vehicle or built directly into the vehicle frame; in the case of a static Systems, load cells can be used to support a platform on which a vehicle can stand · The load cell can be seen as an element that can absorb loads and that when there is a pressure, a tension, a Bending stress, shearing stress and torsional forces are able to produce output signals in each case that are proportional to the load taken.
Es ist wichtig, daß die Elemente so angeordnet werden, daß keine Möglichkeit besteht, daß irgendein Gewicht des Fahrzeuges ausgeschlossen wird.It is important that the elements are arranged so that there is no possibility of any weight of the vehicle is excluded.
Wie bereite oben angegeben, kann der Frachthaken auf einem Hubschrauber mit Dehnungsmeßstreifen gemessen und in das System eingeführt werden, damit der Pilot eine Anzeige darüber erhält, wann die maximale Sicherheitsbelastung für seinen Frachtbügel erreicht ist.As stated above, the cargo hook can be used on a helicopter measured with strain gauges and inserted into the system so that the pilot can get an indication of when the maximum safety load for his cargo bar has been reached.
Ein/έ Gerät für Flugzeuge zur Anzeige einer schweren Landung ist ebenfalls angegeben worden; hierbei wird die maximale Stoßbelaatung'irgendeiner Laetzelle auf dem Instrument registriert oder in einer anderen Weise innerhalb der elektronischen Schaltanordnung aufgezeichnet, und zwar mit ELIfe einer Warnlampe in der Nähe des Instrumentenbrettes. Der Vorteil dieses Systems ist, daß möglicherweise eine Steuerung von Ermüdungsproblemen des Fahrgestelles möglich ist.A / έ device for aircraft to indicate a heavy landing has also been given; in this case the maximum shock load of any charging cell is registered on the instrument or recorded in some other way within the electronic circuitry, with ELIfe one Warning lamp near the instrument panel. The advantage of this system is that it can possibly control fatigue problems of the chassis is possible.
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Vorliegende Erfindung ist nicht auf eine bestimmte Fahrzeugart beschränkt, sie kann auch auf schwere Lastwagen, Transporter, Schienentransportfahrzeuge, Starrflügelflugzeuge und Luftkissenfahrzeuge angewendet werden.The present invention is not directed to any particular type of vehicle Limited, it can also apply to heavy trucks, vans, rail transport vehicles, and fixed-wing aircraft Hovercraft are applied.
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