(57)【要約】  部材の実際の変形の改善された測定を可能とすること。【解決手段】部材３、特にシャシ部材の実際の変形を測定するセンサ装置５であって、特にポリマ材料から形成された基材と、該基材内に埋設された導電性の粒子とを有する、部材３に固定可能な少なくとも１つのセンサ層７を備えている、前記センサ装置において、センサ層７に互いに離間して配置されたそれぞれ２つの電気的な測定コンタクト８を有する少なくとも３つのコンタクト対を備えており、該コンタクト対が、少なくとも３つの異なる方向におけるセンサ層７の実際の変形が電気的な抵抗測定によって算出可能であるように互いに相対的に配置されている。
2019512670.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
部材（３）、特にシャシ部材の実際の変形を測定するセンサ装置（５）であって、特にポリマ材料から形成された基材と、該基材内に埋設された導電性の粒子とを有する、前記部材（３）に固定可能な少なくとも１つのセンサ層（７）を備えている、前記センサ装置において、
前記センサ層（７）に互いに離間して配置されたそれぞれ２つの電気的な測定コンタクト（８）を有する少なくとも３つのコンタクト対を備えており、該コンタクト対が、少なくとも３つの異なる方向における前記センサ層（７）の実際の変形が電気的な抵抗測定によって算出可能であるように互いに相対的に配置されていることを特徴とするセンサ装置。
【請求項２】
前記導電性の粒子が、カーボンナノチューブとして形成されていることを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置（５）。
【請求項３】
前記センサ層（７）が、前記部材に材料結合式に結合されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサ装置（５）。
【請求項４】
前記センサ層（７）が、コーティングとして形成されていることを特徴とする請求項３に記載のセンサ装置（５）。
【請求項５】
前記センサ層（７）には、互いに離間した複数の測定コンタクト（８）が配置されており、該測定コンタクト（８）が、規則的なパターンで配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のセンサ装置（５）。
【請求項６】
部材（３）、特にシャシ部材の実際の変形を測定する測定装置（４）であって、前記部材に固定可能な少なくとも１つのセンサ装置（５）と、該センサ装置（５）に信号技術的に接続された少なくとも１つの測定電子機器（６）とを備えており、該測定電子機器（６）が、前記センサ装置（５）での電気的な抵抗測定に基づき、前記部材（３）の実際の変形を算出するように設定されている、前記測定装置において、
前記センサ装置（５）が請求項１〜５のいずれか１項により形成されていることを特徴とする測定装置。
【請求項７】
前記測定電子機器（６）が、前記センサ装置（５）における電気的な抵抗測定に基づいて、前記部材（５）へ実際に作用する引張力、圧縮力及び／又は曲げ力を算出するように設定されていることを特徴とする請求項６に記載の測定装置（４）。
【請求項８】
前記測定電子機器（６）が、前記部材（３）へ実際に作用する力を位置に依存して算出するように設定されていることを特徴とする請求項７に記載の測定装置（４）。
【請求項９】
シャシ（２）を有する原動機付き車両（１）において、
請求項６〜８のいずれか１項に記載の少なくとも１つの測定装置（４）を備え、前記センサ層（７）が前記シャシ（２）の部材（３）に固定されていることを特徴とする原動機付き車両。
【請求項１０】
特にポリマ材料から形成された基材と、該基材内に埋設された導電性の粒子とを備えているとともに電気的な測定コンタクト（８）が配置されている、前記部材に固定された少なくとも１つのセンサ層（７）を有する部材（３）、特にシャシ部材の実際の変形を検出する方法であって、
−少なくとも３つのコンタクト対の各電気的な測定コンタクト（８）間での前記センサ層（７）の実際の電気抵抗値（Ω１、Ω２、Ω３）を測定するステップと、
−測定された前記実際の電気抵抗値（Ω１、Ω２、Ω３）に基づき、少なくとも３つの異なる方向における前記部材（３）の実際の変形を算出するステップと
を有する、前記方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、部材、特にシャシ部材又はトランスミッション部材の実際の変形を測定するセンサ装置であって、ポリマ材料から形成された基材と、この基材内に埋設された導電性の粒子とを有する、部材に固定可能な少なくとも１つのセンサ層を備えている、センサ装置に関するものである。
【０００２】
さらに、本発明は、部材、特にシャシ部材又はトランスミッション部材の実際の変形を測定する測定装置であって、部材に固定可能な少なくとも１つのセンサ装置と、このセンサ装置に信号技術的に接続された少なくとも１つの測定電子機器とを備えており、この測定電子機器が、センサ装置での電気的な抵抗測定に基づき、部材の実際の変形を算出するように設定されている、前記測定装置に関するものである。
【０００３】
また、本発明は、シャシ及びトランスミッションを有する原動機付き車両並びに部材、特にシャシ部材又はトランスミッション部材の実際の変形を、特にポリマ材料から形成された基材と、この基材内に埋設された導電性の粒子とを備えているとともに電気的な測定コンタクトが配置されている、部材に固定されたセンサ層によって検出する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００４】
部材にかかり、変形をもたらす力を決定するために、部材の実際の変形を測定するひずみゲージを用いることが知られている。このために、ひずみゲージは部材へ貼着され、部材を伸長させる力が接着によりひずみゲージへ伝達される。しかしながら、接着は、時間経過によりその伝達作用が変化し、これにより部材の実際の変形の測定が悪化してしまう。
【０００５】
さらに、部材の実際の変形を測定するためにその磁歪特性を使用することが知られている。これにおいては、部材は、機械的な力が作用しないときに部材から磁場が出ないように磁化される。部材にかかる力が大きくなればなるほど、あるいはこれにより生じる部材の実際の変形が大きくなればなるほど、部材からより多くの磁力線が出る。そして、これらの磁力線は、部材の実際の変形の測定のために検出されることが可能である。しかしながら、この磁歪による測定方法は、外部の外乱場に対して比較的敏感であり、その結果、ここでも部材の実際の変形の誤った測定に至ることがあり得る。
【０００６】
力方向における測定は、しばしば重要である。ひずみゲージは、磁歪による方法に比べて、所定の方向における引張ひずみ及び圧縮ひずみを測定することができるという利点を有するものの、各方向について、それぞれの負荷を担当する固有のひずみゲージを部材へ貼付する必要がある。
【０００７】
特許文献１から、ポリマ材料と、このポリマ材料内に埋設された導電性のカーボンナノチューブ（Ｃａｒｂｏｎ−Ｎａｎｏ−Ｔｕｂｅｓ；ＣＮＴ）とを有するセンサ層を備えた、部材に固定可能な負荷センサが知られている。この負荷センサにより、部材の実際の変形を測定することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１３／０１１８２６７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、部材の実際の変形の改善された測定を可能とすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題は、独立請求項により解決される。有利な構成は、特に、それぞれ、それ自体で、又は互いに様々に組み合わせて、本発明の発展形成的な、又は有利な態様を示すことができる従属請求項に記載されている。ここで、これについて以下で個別のケースにおいて明示的に言及されなくても、センサ装置の発展形成は、測定装置、原動機付き車両及び／又は方法の発展形成に対応し、またその逆も当てはまる。
【００１１】
本発明による、部材、特にシャシ部材又はトランスミッション部材の実際の変形を測定するセンサ装置は、特にポリマ材料から形成された基材と、該基材内に埋設された導電性の粒子とを有する、部材に固定可能な少なくとも１つのセンサ層と、このセンサ層に互いに離間して配置されたそれぞれ２つの電気的な測定コンタクトを有する少なくとも３つのコンタクト対とを含んでおり、該コンタクト対が、少なくとも３つの異なる方向におけるセンサ層の実際の変形が電気的な抵抗測定によって算出可能であるように互いに相対的に配置されている。
【００１２】
したがって、センサ装置を用いることだけで、少なくとも３つの方向における部材の実際の変形を算出することが可能である。部材の実際の変形は、部材の弾性的な変形又は可塑性の変形であり得る。センサ層は全ての方向において同様の感受性となっているため、原理的には、センサ層により、適宜の多くの方向における電気的な抵抗測定が可能となる。最終的にどの方向において電気的な抵抗測定が行われるかは、コンタクト要素の互いに対する相対的な各配置あるいはセンサ層に対する相対的な配置によって設定されることが可能である。電気的な抵抗測定に基づき算出された、少なくとも３つの異なる方向におけるセンサ層の実際の変形に基づき、部材の実際の変形が算出される。このとき、センサ層の実際の変形は、可能な限り部材の実際の変形に相当する。電気的な抵抗測定時には、コンタクト対の２つの測定コンタクト間の電気抵抗が測定される。コンタクト対は、特に、少なくとも１つの共通しない測定コンタクトによって互いに区別される。
【００１３】
基材は、好ましくは合成樹脂である。センサ層のポリマ材料は、弾性的に変形可能なポリマ材料である。導電性の粒子は、異なる大きさ及び方向付けでセンサ層に配置されることが可能である。基材は、外部の影響（温度、塵埃、湿気）から保護して粒子を収容するのに適しているとともに、良好な接着性を有しているため、部材の寿命にわたって抵抗測定が可能である。
【００１４】
センサ装置は、互いに離間してセンサ層に配置されたそれぞれ２つの電気的な測定コンタクトを有する３つ又はそれより多くのコンタクト対を備えることが可能である。このとき、個々の測定コンタクトは、複数のコンタクト対の一部であってよい。しかしながら、３つのコンタクト対を形成することができるように、少なくとも３つの測定コンタクトが存在する必要がある。
【００１５】
センサ装置は、部材の様々な部分に配置され、測定コンタクトが配置された２つ又はそれより多くのセンサ層を備えることも可能である。
【００１６】
センサ装置は、例えばコントロールアーム又はスタビライザリンクのようなシャシ部材に設けられることが可能である。同様に、センサ装置は、トランスミッションのシャフト又はレバーに配置されることも可能である。したがって、詳細に後述するように、当該部材のせん断荷重、圧縮荷重若しくは引張荷重又はねじりを算出することが可能である。
【００１７】
有利な構成によれば、導電性の粒子は、カーボンナノチューブとして形成されている。これにより、センサ層は、少なくとも３つの方向における部材の実際の弾性的な変形の測定に最適に適している。カーボンナノチューブは、ポリマ材料の内部で等方性に整向されているとともに分配されている。
【００１８】
別の有利な構成によれば、センサ層は、部材に材料結合式に結合されている。このとき、センサ層は、直接又は接着を介して間接的に、部材に材料結合式に結合されることが可能である。
【００１９】
有利には、センサ層は、コーティングとして形成されている。例えば、センサ層は、塗装として形成されている。これに代えて、センサ層は、その材料を吹き付けることで部材へ形成されることが可能である。
【００２０】
別の有利な構成は、センサ層には互いに離間した複数の測定コンタクトが配置されており、該測定コンタクトが規則的なパターンで配置されているように構成されている。これにより、部材にセンサ層を配置した後、所望の方向における部材の実際の変形の測定を可能とするコンタクト対を選択することが可能となる。測定コンタクトは、例えばマトリクス状にセンサ層に配置されることが可能である。
【００２１】
本発明による、部材、特にシャシ部材の実際の変形を測定する測定装置は、部材に固定可能な少なくとも１つのセンサ装置と、このセンサ装置に信号技術的に接続された少なくとも１つの測定電子機器とを含んでおり、この測定電子機器は、センサ装置での電気的な抵抗測定に基づき、部材の実際の変形を算出するように設定されている。本発明によれば、上述の構成又はこれら構成の少なくとも２つの適宜の組合せによるセンサ装置が形成されている。
【００２２】
センサ装置に関して挙げた利点が、適当に測定装置に関連している。センサ装置は、部材の様々な部分に配置可能な２つ又はそれより多くのセンサ装置を備えることも可能である。測定装置は、各センサ装置について１つの固有の測定電子機器を備えることができるか、又は少なくとも２つのセンサ装置について１つの共通な測定電子機器を備えることができる。測定電子機器は、ケーブル接続で、又は無線で信号技術的にセンサ装置に接続されることが可能である。測定電子機器は、存在する車両電子機器によって、又はこれとは別に形成されることが可能である。測定電子機器は、算出された部材の実際の変形があらかじめ設定した限界値を超過するときに信号を生成するように設定されることが可能である。
【００２３】
有利な構成によれば、測定電子機器は、センサ装置における電気的な抵抗測定に基づいて、部材へ実際に作用する引張力、圧縮力及び／又は曲げ力を算出するように設定されている。例えば、部材へ作用する引張力は、センサ層、したがって部材の測定されたひずみ（伸び）に基づき算出されることができる。部材へ作用する圧縮力は、センサ層、したがって部材の測定された圧縮ひずみに基づき算出されることができる。同様に、部材へ作用する曲げ力は、センサ層あるいは部材において測定された曲げモーメントに基づき決定されることができる。これに代えて、曲げ力は、センサ層あるいは部材の、ある方向において測定されたひずみ（伸び）及びこの方向において測定された圧縮ひずみに基づき算出されることが可能である。さらに、シャシコントロールアーム又はシャフトのような部材のねじりを測定することも可能である。センサ層は、部材における適当な負荷時に共にねじられるため、この種の負荷も決定されることが可能である。
【００２４】
有利には、測定電子機器は、部材にかかる実際の力を位置に依存して算出するように設定されている。これにより、特に、一方では部材へ作用する曲げ力と、他方では引張力及び／又は圧縮力とを互いに別々に測定することが可能である。
【００２５】
本発明による原動機付き車両は、シャシと、上述の構成による少なくとも１つの測定装置又はこれらの構成のうち少なくとも２つの適宜の組合せの測定装置とを含んでおり、センサ層は、シャシの部材に固定されている。
【００２６】
センサ装置あるいは測定装置に関して挙げた利点が、適当に原動機付き車両に関連している。原動機付き車両は、特に乗用車であり得る。
【００２７】
特にポリマ材料から形成された基材と、該基材内に埋設された導電性の粒子とを備えているとともに電気的な測定コンタクトが配置されている、部材に固定された少なくとも１つのセンサ層を有する部材、特にシャシ部材又はトランスミッション部材の実際の変形を検出する本発明による方法は、
−少なくとも３つのコンタクト対の各電気的な測定コンタクト間でのセンサ層の実際の電気抵抗値を測定するステップと、
−測定された実際の電気抵抗値に基づき、少なくとも３つの異なる方向における部材の実際の変形を算出するステップと
を含んでいる。
【００２８】
センサ装置に関して挙げた利点が、適当に方法に関連している。特に、センサ装置を、方法の実行のために用いることが可能である。
【００２９】
本発明は、独立請求項及び従属請求項の記載された組合せに限定されていない。さらに、特に、個々の特徴が特許請求の範囲、実施例の以下の説明又は直接図面から得られる場合に、個々の特徴を互いに組み合わせることが可能である。
【００３０】
以下に、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】原動機付き車両についての一実施例を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図１には、本発明による原動機付き車両１についての一実施例が概略的に示されている。原動機付き車両１はシャシ２を含んでおり、図１では、このシャシのうちシャシ部材３のみが示されている。
【００３３】
さらに、原動機付き車両１は、シャシ部材３の実際の（瞬間的な）変形を検出するための少なくとも１つの測定装置４を含んでいる。測定装置４は、シャシ部材３の実際の変形を測定するための、シャシ部材３に固定されたセンサ装置５と、信号技術的にセンサ装置５に接続された測定電子機器６とを含んでいる。測定電子機器６は、センサ装置５における電気的な抵抗測定に基づき、シャシ部材３の実際の変形を算出するように設定されている。特に、測定電子機器６は、センサ装置５における電気的な抵抗測定に基づいて、シャシ部材３へ実際に作用する引張力、圧縮力及び／又は曲げ力を算出するように設定されることが可能である。加えて、測定電子機器は、実際にシャシ部材３へ作用する力を位置に依存して、あるいは空間分解的に算出するように設定されることが可能である。
【００３４】
センサ装置５は、シャシ部材３に固定されたセンサ層７を含んでおり、このセンサ層は、ポリマ材料と、このポリマ材料に埋設された導電性の不図示の粒子とを備えている。導電性の粒子は、カーボンナノチューブとして形成されている。センサ層７は、シャシ部材３と材料結合式に結合されている。このために、センサ層７は、コーティングとして形成されることが可能である。
【００３５】
センサ装置５により、互いに離間したセンサ層７に配置されたそれぞれ２つの電気的な測定コンタクト８を有する複数のコンタクト対を形成することが可能である。ここで、個々のコンタクト対は、ここではそれぞれ２つの測定コンタクト８の間に配置された双方向矢印９によって示唆されている。したがって、センサ層７には、互いに離間した複数の測定コンタクト８が配置されており、これら測定コンタクト８は、規則的なパターンで配置されている。コンタクト対は、少なくとも３つの異なる方向におけるセンサ層５の実際の変形が、電気抵抗の測定によって算出可能であるように互いに相対的に配置されている。
【００３６】
図１に示した実施例では、３つの異なる電気抵抗値Ω１、Ω２及びΩ３が検出され、測定電子機器６へ供給される。したがって、電気抵抗の測定が３つの異なる方向において行われる。これらの方向は、互いに対して９０°とは異なる角度に整向されている。
【符号の説明】
【００３７】
１            原動機付き車両
２            シャシ
３            シャシ部材
４            測定装置
５            センサ装置
６            測定電子機器
７            センサ層
８            測定コンタクト
９            双方向矢印（コンタクト対）
Ω１          電気抵抗値
Ω２          電気抵抗値
Ω３          電気抵抗値
【図１】
2019512670.tif 000003
【国際調査報告】
2019512670.tif 000004
2019512670.tif 000005
2019512670.tif 000006
2019512670.tif 000007
2019512670.tif 000008
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