CN101163599B - 牵引座传感器组件 - Google Patents

Abstract

一种监测挂车连接器组件的电子系统，该连接器组件具有一带喉部的牵引板和锁定机构，喉部用于容纳挂车的连接销，锁定机构用于将连接销锁定在喉部中。该电子系统判断挂车连接组件是否正确连接到挂车上，且包括产生第一磁通量的第一磁体，和第一霍尔效应传感器，用于通过测量第一磁通量来检测挂车连接销相对牵引板喉部的位置。该电子系统还包括一控制电路，其可操作连接第一霍尔效应传感器，判断第一磁通量是否指示了挂车连接销相对于牵引板喉部的正确位置。该电子系统可以区分连接销和外部杂物，从而确保了锁定机构的正确锁定。

Description

牵引座传感器组件

本申请要求2005年2月18日提交的、题目为牵引座传感器组件的美国临时申请No.60/654283的权益，在此结合其全文作为参考。

技术领域

本申请是关于监测挂车与安装在卡车底盘上的挂车联接组件的连接状况的电子系统，特别是关于一可以通过识别挂车组件、联接器组件和外物来指示挂车是否正确连接到挂车联接组件的电子系统。

背景技术

Hungerink等的题为“牵引座联接控制系统”的美国专利No.5861802、Schutt等的题为“监测牵引座的电子系统”的美国专利Nos.6285378和6452485以及受让给本发明受让人的美国专利Nos.5861802、6285278和6452485都介绍了用于车辆挂车联接组件的电子连接控制系统，且在此结合其全部内容作为参考。这些专利各公开了包括检测挂车何时位于联接器组件附近的挂车传感器、检测挂车连接销是否位于联接板喉部内的连接销传感器以及检测锁定系统是否锁止于一固定位置的锁传感器的电子连接控制系统。这些专利还包括一个位于车辆内的指示器，用以将挂车联接器组件连接状态的信息提供给车辆驾驶员。一控制电路连接挂车传感器、连接销传感器、锁传感器和指示器。控制电路利用这些传感器以在挂车处于挂车联接器组件附近时、挂车连接销位于联接板喉部内时以及锁定系统锁止于一固定位置时告知驾驶员。该电子连接控制系统还可以执行各种自我诊断程序以在车辆点火时确保系统的正确操作。

在此以前，与上文类似的系统通常和接触式传感器结合使用，这种接触式传感器易于受传感器所在的严苛环境影响而退化，包括正常使用状态、极端使用状态例如在某种连接操作中所经受的、和包含环境外来杂质例如铁磁物质所带的油脂、水、冰。这些装载有例如油脂等的铁磁物质会引起传给操作者的“错误肯定”的指示，或者错误表示连接销与牵引板喉部对齐的指示。连接销与牵引板喉部错误对齐可能会导致在装卸码头或者公共铁路上挂车从相连车辆上脱节，从而严重损坏相关设备以及周边财物，甚至人员损伤或更严重。

因此需要能精确且可靠区分连接销与外部物体的监测挂车连接销是否处于牵引板喉部的电子系统，从而消除将对齐的“错误肯定”指示传给相关车辆操作者的情况。

发明内容

本发明一方面内容是提供一种用于监测挂车连接器组件的电子系统，该连接器组件具有一带喉部的牵引板和锁定机构，喉部用于容纳挂车的连接销，锁定机构用于将连接销锁定在喉部中，该电子系统判断挂车连接组件是否正确连接到挂车上，且包括产生第一磁通量的第一磁体，和第一霍尔效应传感器，用于通过测量第一磁通量来检测挂车连接销相对牵引板喉部的位置。该电子系统还包括一控制电路，其可操作连接第一霍尔效应传感器，判断第一磁通量是否指示了挂车连接销相对于牵引板喉部的正确位置。

本发明另一方面内容是提供一种牵引系统，包括挂车连接器组件，具有带喉部的牵引板和锁定机构，该喉部用于容纳挂车的连接销，锁定机构用于将连接销锁定在喉部中。该牵引系统还包括产生第一磁通量的第一磁体，和用于通过测量第一磁通量来检测挂车连接销相对牵引板喉部的位置的第一霍尔效应传感器。该牵引系统还包括可操作连接第一霍尔效应传感器，判断第一磁通量是否指示了挂车连接销相对于牵引板喉部的正确位置的控制电路。

本发明的另一方面内容是提供一种用于监测挂车连接器组件的电子系统，该连接器组件具有一带喉部的牵引板和锁定机构，喉部用于容纳挂车的连接销，锁定机构用于将连接销锁定在喉部中，其中电子系统判断挂车连接组件是否正确连接到挂车上。该电子系统包括非接触式临近传感器，用于检测挂车连接销相对于牵引板喉部的位置，控制电路，可操作连接该临近传感器来判断挂车连接销是否相对于牵引板喉部的正确定位，和显示装置，其可操作连接到控制电路并给车辆操作者显示连接状态。

本发明的再一发明内容是提供一种牵引系统，包括挂车连接器组件，具有带喉部的牵引板和锁定机构，该喉部用于容纳挂车的连接销，锁定机构用于将连接销锁定在喉部中，和非接触式临近传感器，用于检测挂车连接销相对于牵引板喉部的位置。该牵引系统还包括控制电路，其可操作连接该临近传感器，判断挂车连接销是否相对于牵引板喉部的正确定位，和显示装置，其可操作连接到控制电路，并给车辆操作者显示连接状态。

本发明用于监测挂车连接销在牵引板喉部内定位的电子系统可以精确可靠地区分连接销和外部杂质，从而消除相关车辆的操作者对于适当对齐的“错误肯定”，增加了相关安全性。该系统还减少了制造成本，增加了系统可靠性，更耐用，可以具有较长的使用寿命，特别适于所提出的用途。

本发明的这些和其他特征、优点和目的对于本领域技术人员来说参考下文说明、权利要求和附图可以进行进一步理解。

附图说明

图1是一包括实施本发明的监测挂车联接组件的电子系统的卡车/牵引车侧视图；

图2是挂车联接器组件的底部视图；

图3是挂车联接器组件的侧视图；

图4是挂车联接器组件的局部剖面侧视图；

图5是输出装置的透视图；

图6A是传感器组件第一实施例的示意图，其中传感器组件处于零状态；

图6B是传感器组件第一实施例的示意图，其中传感器组件指示连接销位于所连牵引板喉部内；

图6C是传感器组件第一实施例的示意图，其中铁磁物质位于牵引板喉部内；

图7是传感器组件第一实施例的电子示意图；

图8是传感器输出与磁通量强度的理论图表；

图9A是传感器组件第二实施例的示意图，其中第二实施例传感器组件处于零状态；

图9B是传感器组件第二实施例的示意图，其中第二实施例传感器组件指示连接销位于所连牵引板喉部内；

图10是传感器组件第二实施例电路的电子示意图；

图11A是传感器组件第三实施例的示意图，其中第三实施例传感器组件处于零状态；

图11B是传感器组件第三实施例的示意图，其中传感器组件指示不同于连接销的挨着传感器组件的部件的位置；

图11C是传感器组件第三实施例的示意图，其中传感器组件指示连接销位于牵引板喉部内；

图12是传感器组件第三实施例电路的电子示意图；

图13A是传感器组件第四实施例的示意图，其中一霍尔效应类传感器和一偏磁体相互横跨牵引板喉部的一部分；

图13B是传感器组件第四实施例的示意图，其中连接销位于牵引板喉部内；

图14是传感器组件第四实施例电路的电子示意图；

图15A是传感器组件第五实施例的示意图，其中传感器组件处于零状态；

图15B是传感器组件第五实施例的示意图，其中传感器组件指示一个不同于连接销的部件的位置；

图15C是传感器组件第五实施例的示意图，其中传感器组件指示连接销位于牵引板喉部内；

图16是传感器组件第五实施例电路的电子示意图；

图17是传感器组件第六实施例电路的示意图，其包括一感应接近度传感器(inductive proximity sensor)。

具体实施方式

为了便于说明，措辞“上”、“下”、“左”、“右”、“后”、“前”、“垂直”、“水平”及其派生词应该是相关于本发明图1的方向的。然而，应当理解本发明可以假定各种替换方向和步骤顺序，除非明确指出相反情况。也可以理解附图中所示的以及下文说明中所述的特定装置和步骤是本发明的典型实施例，本发明范围是由所附权利要求限定的。因此，本文关于实施例的特定尺寸和其他物理参数不应认为是一种限制，除非权利要求明确说明其他情况。

附图标记10(图1-3)通常表示装在卡车/牵引车12上的电子监测传感系统，卡车/牵引车12包括一挂车联接器组件，其具有固定到底盘18上的底座16、在横向轴线上转动安装在底座16上的挂车牵引板20和将传统挂车连接销锁定在其位置上的锁定机构22。电子系统优选包括一安装在连接器组件14上的非接触式连接销传感器组件24、倾斜传感器组件25、锁定传感器27和安装在牵引车12驾驶室内的输出装置26。倾斜传感器组件25和锁定传感器27在美国专利Nos.5861802和6452485中进行了介绍。传感器组件24、25、27通过一多导线电缆28连接到输出装置26上。在优选实施例中，该非接触式连接销临近传感器24包括一个感应式传感器，然而也可以使用其他类型的临近传感器，包括霍尔效应式传感器和类似物，下文将进行介绍。

在图示实施例中，传感器组件24安装到牵引板20靠近牵引板20喉部的位置处，挂车连接销32可以定位并锁止在其内。图4提供了挂车连接销32位置的颠倒侧视局部剖面图，示出了挂车连接销32正确位于喉部32内时的位置。正如所构造的，当连接销32位于喉部30内时传感器组件24输出一个检测信号。传感器组件24的校准可防止其在未对齐连接发生时指示连接销连上，防止锁定机构22固定连接销32(即挂车)到牵引板组件14上，或者进一步防止适当连接的“错误肯定”或非真实指示，下面将进行介绍。牵引板组件14的锁定机构22被一压缩弹簧偏压到锁住位置并在挂车连接销32进入牵引喉部30时固定挂车连接销32。本领域普通技术人员可以理解本发明可以用于任何类型的锁定机构。还应指出本发明可以应用到具有其他结构的牵引车联接器组件，而不限于对于本文所述传感器组件24实施例的所示特定安装位置。

图5示出了典型输出装置26。一多导线电缆28连接传感器组件24和输出装置26。输出装置26的内部组件(即控制电路)还在美国专利No.6285278中示出并介绍了，在此结合其全部内容作为参考。输出装置26包括显示板34，用来给牵引车12的驾驶员、操作者提供连接状态信息。在优选实施例中，显示板34包括一“未锁定”图标36、“锁定”图标38、“牵引座”图标40和七段显示42。在实施例中，显示器42提供指示连接错误的可能原因的错误编码，也在美国专利No.6285278中进行了介绍。优选地，红灯二极管(LED)设置在“未锁定”图标36后面。另外，黄、红和绿的LED设置在牵引座图标40后面，绿色LED设置在“锁定”图标后面。本领域一个普通技术人员可以理解各LED可以由能够提供多种功能的LED阵列来取代。尽管所示输出装置26只表示可视指示器，但是本领域技术人员显然可以理解也可以用声输出装置。例如，加入扩音器以及适当的语音处理电路，输出装置26可以提供语音输出来提示驾驶员连接错误的可能原因。另外，可以用警报蜂鸣器来附加或者替代未锁定图标36。

在第一实施例中，传感器组件24(图6A)包括带有集成电路的模拟霍尔式传感器44、具有磁轴47并产生磁力线48的偏磁体46、和阈值调整及开关电路50。霍尔效应传感器44对垂直于其最大尺寸方向的磁通量敏感。如图6清楚显示的，偏磁体46提供了一基础或零级通量48，当连接销32未正确位于喉部30内时。偏磁体46的强度和霍尔装置在传感器44内的动态范围决定了传感器44的有效范围。如图6B所示，在连接销32在如图箭头52所示方向移动并位于传感器组件24附近时，霍尔传感器44所读取的磁体46的磁通48由于连接销32所含的铁磁材料的靠近而强度变大。随后产生一个表示连接销32在牵引板20喉部30内正确位置的正信号。如图6C所示，外部杂质例如油脂、水、冰以及含有铁磁物质碎屑或颗粒的类似物，通常被称作细铁屑，不会产生足够量的磁通48，凭借对调整及开关电路50的适当校准，以只是连接销32在喉部30内的正确位置。

图7使出了传感器组件24的示意图，包括都与霍尔传感器44相连的电源45和接地56，和开关电路50。开关电路50包括比较电路58、磁滞反馈环路60、用来调整传感器组件24敏感度阈值的模拟或数字电位计62、和调节输出信号达到所需开关的信号调节器64。优化开关的传感器输出理论图表在图8中示出，其中输出是相对于磁通强度制表的。

附图标记24a(图9A)整体表示本发明的另一实施例，具有第一霍尔效应传感器68、第二霍尔传感器70、第三霍尔传感器72、具有磁轴73并产生第一磁力线75的第一偏磁体74、具有磁轴79并产生第二磁力线77的第二偏磁体76、和开关电路78。各霍尔传感器68、70、72对垂直于其最大尺寸方向的磁力线量敏感。在图示实施例中，第一霍尔传感器68对于磁体74、76之间的以及沿着磁轴73、79的磁力线敏感，而第二霍尔传感器70和第三霍尔传感器72对于垂直于磁体74、76的磁轴73、79的磁场敏感。如图9B所示，当连接销32正确位于喉部70内时磁体74、76所产生的通量75、77被吸引穿过第二霍尔传感器70和第三霍尔传感器72。

图10使出了传感器组件24a的示意图，其中传感器组件24a包括可操作连接到各霍尔传感器68、70、72的电源80、以及同样连接的地线82、和开关电路78。在图示实施例中，开关电路78包括阈值调整电路84、第一第二霍尔传感器比较器86、第一第三霍尔传感器比较器88、来比较比较器86、88输出差异的视窗和比较器90和提供输出信号94的输出信号调节器。

附图标记24b(图11A)表示传感器组件的另一实施例。在图示实施例中，传感器组件24b包括第一霍尔传感器96、方向垂直于第一霍尔传感器96的第二霍尔传感器98、具有磁轴101并产生磁力线103的偏磁体100和阈值处理及开关电路102。如图所示，霍尔传感器96、988被定向成第一霍尔传感器96对沿着磁轴线101的磁力线敏感，而第二霍尔传感器98对垂直于磁轴101的磁力线敏感，从而使传感器组件24b对沿着磁体磁轴101定位以及垂直其定位的监测物体更敏感。例如，如图11B所示，传感器组件24b可以被校正未考虑连接器组件14部件如牵引板20所引起的磁力线。在这种结构中，第二霍尔传感器98对垂直于磁轴101流向的磁力线104敏感，用于精确调整整个传感器组件24b的敏感度。如图11C所示，连接销32在喉部30内的正确定位引起流过第一霍尔传感器96的磁力线106增加，与图11B所示的从方向所读取的稳定状态相比。

图12示出了传感器组件24b的电路，包括都与第一霍尔传感器96和第二霍尔传感器98相连的电源105和接地线106，和开关电路102。开关电路102包括比较第一霍尔传感器96和第二霍尔传感器98输出的比较器108、反馈环路110、和产生输出信号114的输出信号调节器112。

附图标记24c(图13A)表示传感器组件的再一实施例，其包括第一霍尔开关116和具有磁轴121并产生磁力线122的偏磁体118。在图示实施例中，霍尔开关116安装在马蹄形元件120的一侧，其优选由一软铁构造或者其他高渗透材料，从而由于低磁阻而吸引磁力线。磁体118安装在元件120的相反侧，且被定位成在霍尔开关116的方向上引导所形成的磁力线122。由于元件120端部横跨一段距离，所以当连接销32未出现在喉部30内时，霍尔开关116遇到相对较少的磁力线122。如图13B所示，随着连接销32出现在喉部30内，磁力线122增加。应当注意在图示传感器组件24c实施例中，铁屑物质52在喉部30内以及连接销32周围的累积或增加通过充满连接销32和喉部30侧边缘之间的空气缝隙而有助于霍尔开关116断开。还应注意传感器组件24c的结构具有不需要适当功能的模拟输出的优点。

图14是传感器组件24c的示意图，包括霍尔开关116，其具有电源124和地线126以及开关电路128。开关电路128包括比较器130、反馈环路132、阈值调整电路134和输出信号调节器136来提供输出信号138。

附图标记24d(图15A)代表传感器组件的另一实施例。传感器组件24d包括第一霍尔效应传感器140、具有磁轴143并产生磁力线146的偏磁体142、和开关电路144。在图示实施例中，第一霍尔传感器140方向垂直于磁体142且偏离磁体142轴线。如图15A清楚所示的，磁力线146通常沿着磁体142的轴线方向。如图15B所示，磁力线146被拉向垂直于磁体142轴线的方向，朝着挂车联接器组件14的一个部件，例如牵引板20，从而允许调整及微调整体传感器组件24d，以及允许考虑到除了连接销32之外的组件而进行的调整。传感器组件24d还包括一对都含有一定量铁磁物质的挡板，其帮助在传感器24d侧面周围引导磁力线146，从而对任何其他外部金属组件或者监测区域的铁屑产生或形成屏蔽作用。如图15C清楚显示的，当连接销32正确位于喉部30内时，大量磁力线146被引导成沿着磁体142的轴线并且朝着连接销32远离霍尔传感器140的方向。如图所示，传感器组件24d允许设置结合阈值的断路点，以忽略有害量的铁屑所引起的传感器组件24d的“错误肯定”读数。

图16是传感器组件24d的示意图，包括连到霍尔传感器140上的电源150和地线152、和开关电路144。开关电路144包括比较器154、反馈环路156、阈值电路158和提供输出信号162的输出信号调节器160。

电子监测系统10优选包括一临近感应传感器164(图17)，来替代这里公开的霍尔效应传感器结构。如本领域所公知的，临近感应传感器是通过检测相关感应器的性质变化来工作的。如果将铁物质或导电物质置于感应磁场检测区域内，该磁场从感应器向外延伸，感应器性质会发生改变。通常，感应传感器使用感应器内的振荡信号来检测感应器性质变化，利用主要改变感应器各种性质的振荡频率。如图所示，临近感应传感器164的感应传感器检测当铁磁物质靠近时感应器的损失量。在本例中，临近感应传感器的操作频率优选小于50kHz、20kHz，从而减小由铁屑加载的铁磁物质所引起的错误肯定。临近感应传感器164的一特殊优点是消除了霍尔效应和簧片开关传感器所需的偏磁。

图17是临近感应传感器164的示意图，包括储能电路166，具有传感线圈168和串联组合电容170。储能电路166的震荡频率优选小于等于50kHz(额定20kHz)。储能电路166构成了Colpitts振荡电路172，包括电容174、电阻176、178、180、182、184、186、电容188和晶体管190。晶体管190提供维持储能电路166振荡所需的反馈能量。电阻176、178、180和串联电阻182、184、186设定晶体管190的DC操作点。电容188用于AC旁通(AC-bypass)电阻186来独立于DC偏压增加晶体管190的AC增益。振荡电路组件使维持振荡所需的反馈量最小。在本例中，导电物质靠近传感线圈168感应出的损失量使得振荡器振幅下降。优选地，电阻184用于补偿与温度相关的电路损失，主要是感应线圈168内用铜绕阻的电阻。晶体管192和电阻194为Colpitts振荡器172提供缓冲输出。电容196在晶体管192发射端挡住直流电平。第一二极管198提供一个新的接地直流电平，第二二极管200半波整流振荡器的交流输出。电容202和电阻204过滤整流后的交流电来得到一个和振荡器幅度成正比的直流电平，其与电阻210和电阻212得到的直流电平相比较。比较器214和电阻216执行比较功能并产生用于临近感应传感器164的输出信号。

在前面说明中，本领域技术人员可以理解在不偏离本文公开概念的基础上可以对本发明作出改型。这种改型被认为包括在后面权利要求范围内，除非这些权利要求文字明确限定了其他情况。

Claims (18)

1.一种用于监测挂车连接器组件的电子系统，该连接器组件具有一带喉部的牵引板和锁定机构，喉部用于容纳挂车的连接销，锁定机构用于将连接销锁定在喉部中，该电子系统判断挂车连接器组件是否正确连接到挂车上，且包括：

第一磁体，产生第一磁通量；

第一霍尔效应传感器，用于通过测量第一磁通量来检测挂车连接销相对牵引板喉部的位置；以及

控制电路，可操作连接第一霍尔效应传感器，并且判断第一磁通量是否指示了挂车连接销相对于牵引板喉部的正确定位；

其特征在于控制电路适于调整第一霍尔效应传感器对于第一磁通量的敏感度。

2.按照权利要求1所述的电子系统，其特征在于第一霍尔效应传感器与第一磁体的磁轴线对齐。

3.按照权利要求1所述的电子系统，还包括：

第二霍尔效应传感器，测量第一磁通量且与第一磁体磁轴线偏置；

第二磁体，产生第二磁通量且具有磁轴线；以及

第三霍尔效应传感器，测量第二磁通量且与第二磁体磁轴线偏置。

4.按照权利要求3所述的电子系统，其特征在于第二和第三霍尔效应传感器各位于牵引板喉部与第一、第二磁体之间。

5.按照权利要求1所述的电子系统，其特征在于第一磁体和第一霍尔效应传感器定位成相互横跨牵引板喉部的一部分。

6.按照权利要求1所述的电子系统，还包括：

显示装置，可操作连接到控制电路，并给车辆的操作者显示连接状态。

7.一种牵引系统，包括：

挂车连接器组件，具有带喉部的牵引板和锁定机构，该喉部用于容纳挂车的连接销，锁定机构用于将连接销锁定在喉部中；

第一磁体，产生第一磁通量；

第一霍尔效应传感器，用于通过测量第一磁通量来检测挂车连接销相对牵引板喉部的位置；以及

控制电路，可操作连接第一霍尔效应传感器，并且判断第一磁通量是否指示了挂车连接销相对于牵引板喉部的正确定位；

其特征在于控制电路用于调整第一霍尔效应传感器对于所述磁通量的敏感度。

8.按照权利要求7所述的牵引系统，其特征在于第一霍尔效应传感器与第一磁体的磁轴线对齐。

9.按照权利要求7所述的牵引系统，还包括：

第二霍尔效应传感器，测量第一磁通量且与第一磁体磁轴线偏置；

第二磁体，产生第二磁通量且具有磁轴线；以及

第三霍尔效应传感器，测量第二磁通量且与第二磁体磁轴线偏置。

10.按照权利要求9所述的牵引系统，其特征在于第二和第三霍尔效应传感器各位于牵引板喉部与第一、第二磁体之间。

11.按照权利要求7所述的牵引系统，其特征在于第一磁体和第一霍尔效应传感器定位成相互横跨牵引板喉部的一部分。

12.按照权利要求7所述的牵引系统，还包括：

显示装置，可操作连接到控制电路，并给车辆的操作者显示连接状态。

13.一种用于监测挂车连接器组件的电子系统，该连接器组件具有一带喉部的牵引板和锁定机构，喉部用于容纳挂车的连接销，锁定机构用于将连接销锁定在喉部中，该电子系统判断挂车连接器组件是否正确连接到挂车上，且包括：

非接触式临近传感器，用于检测挂车连接销相对于牵引板喉部的位置；

控制电路，可操作连接该临近传感器，并且判断挂车连接销是否相对于牵引板喉部正确定位；以及

显示装置，可操作连接到控制电路，并给车辆的操作者显示连接状态；

其特征在于控制电路调整非接触式临近传感器的敏感度。

14.按照权利要求13所述的电子系统，其特征在于非接触式临近传感器包括感应传感器。

15.按照权利要求14所述的电子系统，其特征在于该感应传感器以低于或等于约50kHz的频率振荡。

16.一种牵引系统，包括：

挂车连接器组件，具有带喉部的牵引板和锁定机构，该喉部用于容纳挂车的连接销，锁定机构用于将连接销锁定在喉部中；

非接触式临近传感器，用于检测挂车连接销相对于牵引板喉部的位置；

控制电路，可操作连接该临近传感器，并且判断挂车连接销是否相对于牵引板喉部正确定位；以及

显示装置，可操作连接到控制电路，并给车辆的操作者显示连接状态；

其特征在于控制电路调整非接触式临近传感器的敏感度。

17.按照权利要求16所述的牵引系统，其特征在于非接触式临近传感器包括感应传感器。

18.按照权利要求17所述的牵引系统，其特征在于该感应传感器以低于或等于约50kHz的频率振荡。

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