CN106560368A - 一种非接触数字式司机控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非接触数字式司机控制器，由转动手柄结构、磁体、位置传感器芯片和主板组成，磁体安装在转轴上随其同轴、等角速度旋转，位置传感器感应磁体旋转角度，经主板上单片机确认输出一致后封装成CAN帧交由牵引/制动系统处理，转动手柄结构的结构上允许朝两个方向运动，实现机车前进和后退两个方向控制，同时将手柄拨动角度大小与机车速度控制通过位置传感器和主板实现关联，采用了非接触传感设计，启动力矩小，平滑性高；单手柄控制、输出无极，集行车方向与速度给定于一体，克服了老式司机控制器体积庞大、触点磨损、寿命短、维护多、输出不连续等缺点，满足新一代司机控制器小型、智能、可靠的需求。

Description

一种非接触数字式司机控制器

技术领域

本发明涉及机车控制技术领域，尤其涉及一种非接触数字式司机控制器。

背景技术

司机控制器是直接控制轨道工程车行驶的主令电器,其主要功能是通过某种类型的传感器，判断司机推动手柄或转动手轮的方向、并将相应的角位移转换为电信号输出至牵引/制动系统以实现机车的启停与调速。由于轨道车辆作业大都要求在一定的作业窗口时间内完成作业，对部件的可靠性及寿命有较高的要求，同时作业精度和效率对司机控制器的操纵平滑度、输出精确度也提出了较高的要求。

现有司机控制器大多为机械接触式，由于存在机械触点，在长期的应用中逐渐磨损、氧化导致电位器阻值变化，容易产生输出不准确、阻尼不稳定、跳点等严重故障，因而可靠性差、寿命低、输出不稳定。现有的司机控制器分两种，接触式与非接触式。接触式司机控制器通过手柄或手轮带动机械触头在电位计上滑动，导致电阻值及输出电位相应改变，采样电压值计算得到角度。这种方式可以实现无极输出，由于存在机械触点，在长期的应用中逐渐磨损、氧化导致电位器电阻率变化，容易产生输出不准确、阻尼不稳定、跳点等严重故障，因而可靠性差、寿命低、输出不稳定。现有的非接触式司机控制器一般采用编码器实现，通过机械凸轮遮挡光光敏器件或磁编码被霍尔器件感应的方式感知角位移。这些方式没有触点，规避了接触式司机控制器的大部分缺点，可靠性高、寿命较长。但由于其只能在编码处输出预设值，而编码量受限于编码器体积，因此这类编码器或体积巨大，占用司控台大量空间，因编码有限，输出精确度不高，例如：专利号为CN200620052707，使用非接触磁敏脉冲编码器避免了接触式司机控制器的核心缺点，但由于沿用传统双手柄设计，并且存在编码器，其体积仍然非常大，且受限于编码数量，无法实现无极式的连续输出。

另外，以上两种类型的司机控制器多数均未具备总线通信功能，需要在相关控制器之间单独设置走线，造成布局限制多，布线成本高，可靠性低等缺点，不利于设备的分布式控制。

发明内容

鉴于目前机车控制技术领域存在的上述不足，本发明提供一种非接触数字式司机控制器，精度高、外形小巧、操作灵活，安装方便、维护简单成本低。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种非接触数字式司机控制器，所述非接触数字式司机控制器包括外壳、安装支座、转动手柄结构、位置传感器芯片和主板，所述转动手柄结构包括手柄、推杆机构和转轴，所述手柄上设有按动销，所述推杆机构包括滑动推杆和套接在滑动推杆上的推杆套管，所述推杆套管上端与所述手柄相连，所述推杆套管下端与所述转轴固定连接，所述滑动推杆上端与所述按动销相连，所述滑动推杆下端贯穿所述转轴与所述安装支座相连，所述转轴的端面上设有磁体，所述主板通过主板支架固定在所述磁体侧的安装支座上，所述位置传感器芯片平行正对磁体并固定在所述主板上，所述转轴上设有阻尼装置，所述安装支座固定在所述外壳内。

依照本发明的一个方面，所述滑动推杆下部设有台阶，位于台阶上部滑动推杆上套接有弹簧，所述安装支座与滑动推杆相连的部位设有推杆轨槽，所述推杆轨槽中间设一凹口可使滑动推杆下顶进行锁死。

依照本发明的一个方面，所述按动销设有向上斜面，所述滑动推杆上部设有向下斜面，二者面部贴合形成类锁舌结构。

依照本发明的一个方面，所述阻尼装置包括可抱住转轴的阻尼片、阻尼片支架、螺杆、螺杆底座和顶紧弹簧，螺杆固定在螺杆底座上，螺杆中间设有一阻尼调节螺母，阻尼片一端固定在所述阻尼片支架上，另一端套接在所述螺杆上，所述顶紧弹簧套接在所述螺杆上并且其上部与阻尼片相连下部与阻尼调节螺母相连。

依照本发明的一个方面，所述手柄包括手柄把头与手柄后盖，手柄把头部位设有按钮，所述按钮与所述按动销相连。

依照本发明的一个方面，所述安装支座顶部设有行程控制板，所述行程控制板为圆心与转轴相同的圆弧形，并设有约束手柄转动行程的槽口。

依照本发明的一个方面，所述行程控制板内设有弧形防尘盖板，所述防尘盖板套接在所述推杆套管上。

依照本发明的一个方面，所述主板包括相连的控制主板和电源接口板，所述控制主板上设有MCU芯片、AD转换电路、正常工作检测电路、总线收发模块和点灯电路，所述MCU芯片分别与所述AD转换电路、正常工作检测电路、总线收发模块和点灯电路相连，所述AD转换电路与所述位置传感器芯片相连，所述电源接口板上设有继电器输出电路和防反接输出电路，所述继电器输出电路和防反接输出电路与所述MCU芯片相连。

依照本发明的一个方面，所述总线收发模块经一隔离模块与数据总线相连，所述数据总线可为CAN总线和/或RS485总线，所述总线收发模块包括CAN收发器和RS485收发器。

依照本发明的一个方面，所述点灯电路与一指示灯板相连，所述指示灯板上设有状态指示灯。

本发明实施的优点：本发明所述的非接触数字式司机控制器，由转动手柄结构、磁体、位置传感器芯片和主板组成，磁体安装在转轴上随其同轴、等角速度旋转，位置传感器感应磁体旋转角度，经主板上单片机确认输出一致后封装成CAN帧交由牵引/制动系统处理，转动手柄结构的结构上允许朝两个方向运动，实现机车前进和后退两个方向控制，同时将手柄拨动角度大小与机车速度控制通过位置传感器和主板实现关联，融行车方向与速度控制于一体，单手柄无极操控，控制简单，外形小巧，安装方便，启动力矩小，平滑性高。采用了非接触传感设计，集非接触、连续输出、小型化三大优点于一体，克服了老式司机控制器体积庞大、触点磨损、寿命短维护多、输出不连续等缺点。采用数字式输出，手柄方向及开度以数据帧形式输出，无需再进行模数转换等处理即可方便地应用于发动机电控或显示输出，减轻了相关控制器的任务负荷，有利于提高系统整体的控制精度与实时性，带易操作可调阻尼组件，具备总线通信能力，克服了老式司机控制器布局受限多，走线成本高等缺点，满足新一代司机控制器小型、智能、可靠的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所述的一种非接触数字式司机控制器的正视剖切示意图；

图2为本发明所述的一种非接触数字式司机控制器的侧视阶梯剖切示意图；

图3为本发明所述的一种非接触数字式司机控制器的结构轴侧示意图；

图4为本发明所述的一种非接触数字式司机控制器的主板结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1、图2、图3和图4所示，一种非接触数字式司机控制器，所述非接触数字式司机控制器包括外壳074、安装支座073、转动手柄结构010、位置传感器芯片063和主板060，所述转动手柄结构010包括手柄015、推杆机构020和转轴031，所述手柄015上设有按动销014，所述推杆机构020包括滑动推杆021和套接在滑动推杆021上的推杆套管022，所述推杆套管022上端与所述手柄015相连，所述推杆套管022下端与所述转轴031固定连接，所述滑动推杆021上端与所述按动销014相连，所述滑动推杆021下端贯穿所述转轴031与所述安装支座073相连，所述转轴031的端面上设有磁体034，所述主板060通过主板支架064固定在所述磁体侧的安装支座073上，所述位置传感器芯片063平行正对磁体034并固定在所述主板060上，所述转轴031上设有阻尼装置040，所述安装支座073固定在所述外壳074内。由转动手柄结构、磁体、位置传感器芯片和主板组成，磁体安装在转轴上随其同轴、等角速度旋转，位置传感器感应磁体旋转角度，经主板确认输出一致后封装成CAN帧交由牵引/制动系统处理，转动手柄结构的结构上允许朝两个方向运动，实现机车前进和后退两个方向控制，同时将手柄拨动角度大小与机车速度控制通过位置传感器和主板实现关联，融行车方向与速度控制于一体，单手柄无极操控，控制简单，外形小巧，安装方便，启动力矩小，平滑性高。采用了非接触传感设计，集非接触、连续输出、小型化三大优点于一体，克服了老式司机控制器体积庞大、触点磨损、寿命短维护多、输出不连续等缺点。带易操作可调阻尼组件，将阻尼设定到最佳状态既利于使用人员操作，又能使操作手柄不受机车行走时的震动影响而松动，满足新一代司机控制器小型、智能、可靠的需求。

在实际应用中，所述滑动推杆021下部设有台阶024，位于台阶024上部滑动推杆021上套接有弹簧023，所述安装支座073与滑动推杆021相连的部位设有推杆轨槽051，所述推杆轨槽051中间设一凹口可使滑动推杆021下顶进行锁死，带机械自锁功能，可防止误操作。锁止结构简单易加工装配，锁止/解锁方便，准确可靠，不存在失效问题，具有较高的综合效益。

在实际应用中，所述按动销014设有向上斜面，所述滑动推杆021上部设有向下斜面，二者面部贴合形成类锁舌结构。

在实际应用中，所述阻尼装置040包括可抱住转轴的阻尼片041、阻尼片支架042、螺杆043、螺杆底座049和顶紧弹簧045，螺杆043固定在螺杆底座049上，螺杆043中间设有一阻尼调节螺母047，阻尼片041一端固定在所述阻尼片支架042上，另一端套接在所述螺杆043上，所述顶紧弹簧045套接在所述螺杆043上并且其上部与阻尼片041相连下部与阻尼调节螺母047相连。

在实际应用中，所述手柄015包括手柄把头011与手柄后盖012，手柄把头011部位设有按钮013，所述按钮013与所述按动销014相连。

在实际应用中，所述安装支座073顶部设有行程控制板071，所述行程控制板071为圆心与转轴031相同的圆弧形，并设有约束手柄转动行程的槽口。

在实际应用中，所述行程控制板071内设有弧形防尘盖板072，所述防尘盖板072套接在所述推杆套管022上，使用跟进式盖板防尘方式能够始终有效的阻隔灰尘进入，外观上更加简约美观。

在实际应用中，所述主板包括相连的控制主板和电源接口板，所述控制主板上设有MCU芯片1、AD转换电路2、正常工作检测电路3、总线收发模块4和点灯电路5，所述MCU芯片1分别与所述AD转换电路2、正常工作检测电路3、总线收发模块4和点灯电路5相连，所述AD转换电路2与所述位置传感器芯片063相连，所述电源接口板上设有继电器输出电路6和防反接输出电路7，所述继电器输出电路6和防反接输出电路7与所述MCU芯片1相连。在实际应用中，智能位置传感器采用单芯片双模块完全冗余设计，实现输出一致性检查。该传感器具备磁场自增益功能，可以在一定范围内补偿磁场变化，避免了因磁体磁性下降而导致的错误输出，具备较强容错能力。

所述MCU芯片提供采集传感器信息进行处理后封装成数据帧发送、系统故障检测、固件升级等功能。板载正常工作检测电路，可为MCU芯片提供故障检测、自动复位功能。位置传感器单芯片内有完全冗余的两路测量模块，可同时采集旋转角度以供单片机对比。传感器对角度值变化的感应是无极连续式的。防反接输出电路，为控制主板(A)提供所需直流电压。板载继电器输出电路，能够将司机控制器的输出方向通过继电器的状态输出至牵引/制动系统以兼容老式系统。

在实际应用中，所述总线收发模块经一隔离模块与数据总线相连，所述数据总线可为CAN总线和/或RS485总线，所述总线收发模块包括CAN收发器和RS485收发器。有CAN与RS485两种总线通信能力，可根据现场需求进行切换，进一步提高了系统适应性。提供总线通信功能，能将MCU芯片发来的数据帧经隔离后安全地发送到数据总线。

在实际应用中，所述点灯电路与一指示灯板相连，所述指示灯板上设有状态指示灯。

在实际应用中，本实施例所述的非接触数字式司机控制器的结构具体实现时可如下：

由三部分组成，手柄部分、推杆部分、转动部分。手柄分为手柄把头011与手柄后盖012，二者螺纹连接；初始状态手柄位于竖直位置，工作时，手握手柄把头011，拇指按动手柄把头前端按钮013，按钮与按动销014靠螺纹连接推动滑动推杆021上提，所述按动销014开向上斜面，所述滑动推杆021上部开向下斜面，二者面部贴合类锁舌结构；推杆外有推杆套管022，推杆套管插入安装在安装支座073上的转轴031上并用定位销032固定；推杆下方套有自锁用弹簧023，推杆下部卡一台阶024，弹簧023上部顶住套管022，下部顶住台阶024顶住推杆始终有向下的力，所述推杆021下部为梯形，推杆下方安装推杆轨槽051，轨道截面为梯形，梯形槽中间开一凹口可使推杆021中位时下顶形成中位锁死；按动按钮013时，自锁用弹簧023收紧，推杆021解锁，前后转动手柄，所述滑动推杆021下端在所述推杆轨槽051内滑动；转轴031两端靠法兰轴承033固定在安装支座073上，转轴031两侧各安装阻尼装置；所述阻尼装置为：可抱住转动轴的阻尼片041一侧铰接在阻尼片支架上042，阻尼片支架042与安装支座073为一体，所述阻尼片041的另一端开孔套在螺杆043上，所述螺杆043由螺杆固定板048套住固定在螺杆底座049上；螺杆043中间有一阻尼调节螺母047，其上为平垫圈046，平垫圈046上部为顶紧弹簧045，所述顶紧弹簧045一端顶住平垫圈046一端顶住阻尼片041，螺杆041顶部使用卡簧044压住阻尼片041，旋动阻尼调节螺母047便可压紧或放松顶紧弹簧045从而调节阻尼片041与转轴031之间的摩擦力；较佳的，阻尼装置及其结构应转动轴两侧对称安置；转轴031的一端面开小孔，安置一磁体034，控制板一061与控制板二062可安装在安装支座073两侧，控制板二062上位置传感器芯片063平行正对磁体034，芯片顶面与磁体034距离3-4mm，较佳的，可根据实际控制板数量与大小自行择优安装方便位置；安装支座073顶部安置行程控制板071，所述行程控制板071为圆弧形圆心与转轴031相同，开有槽口用来约束手柄的转动行程；所述行程控制板内部安置弧形防尘盖板072，所述防尘盖板072套在滑动推杆021的推杆套管022上跟随手柄转动，较佳的，防尘盖板072应为有一定弹性与硬度的材质；底部罩有外壳074将安装支座073与控制板覆盖其内，控制板一061处外壳074面开有矩形口，可用于外部线路连接内部接线端子；外壳下为外壳底座075；较佳的，所述底座075内部结构应能稳定固定安装支座073。

本发明实施的优点：本发明所述的非接触数字式司机控制器由转动手柄结构、磁体、位置传感器芯片和主板组成，磁体安装在转轴上随其同轴、等角速度旋转，位置传感器感应磁体旋转角度，经主板上单片机确认输出一致后封装成CAN帧交由牵引/制动系统处理，转动手柄结构的结构上允许朝两个方向运动，实现机车前进和后退两个方向控制，同时将手柄拨动角度大小与机车速度控制通过位置传感器和主板实现关联，融行车方向与速度控制于一体，单手柄无极操控，控制简单，外形小巧，安装方便，启动力矩小，平滑性高。采用了非接触传感设计，集非接触、连续输出、小型化三大优点于一体，克服了老式司机控制器体积庞大、触点磨损、寿命短维护多、输出不连续等缺点。采用数字式输出，手柄方向及开度以数据帧形式输出，无需再进行模数转换等处理即可方便地应用于发动机电控或显示输出，减轻了相关控制器的任务负荷，有利于提高系统整体的控制精度与实时性，带易操作可调阻尼组件，具备总线通信能力，克服了老式司机控制器布局受限多，走线成本高等缺点，满足新一代司机控制器小型、智能、可靠的需求。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域技术的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种非接触数字式司机控制器，其特征在于，所述非接触数字式司机控制器包括外壳、安装支座、转动手柄结构、位置传感器芯片和主板，所述转动手柄结构包括手柄、推杆机构和转轴，所述手柄上设有按动销，所述推杆机构包括滑动推杆和套接在滑动推杆上的推杆套管，所述推杆套管上端与所述手柄相连，所述推杆套管下端与所述转轴固定连接，所述滑动推杆上端与所述按动销相连，所述滑动推杆下端贯穿所述转轴与所述安装支座相连，所述转轴的端面上设有磁体，所述主板通过主板支架固定在所述磁体侧的安装支座上，所述位置传感器芯片平行正对磁体并固定在所述主板上，所述转轴上设有阻尼装置，所述安装支座固定在所述外壳内。

2.根据权利要求1所述的非接触数字式司机控制器，其特征在于，所述滑动推杆下部设有台阶，位于台阶上部滑动推杆上套接有弹簧，所述安装支座与滑动推杆相连的部位设有推杆轨槽，所述推杆轨槽中间设一凹口可使滑动推杆下顶进行锁死。

3.根据权利要求1所述的非接触数字式司机控制器，其特征在于，所述按动销设有向上斜面，所述滑动推杆上部设有向下斜面，二者面部贴合形成类锁舌结构。

4.根据权利要求1所述的非接触数字式司机控制器，其特征在于，所述阻尼装置包括可抱住转轴的阻尼片、阻尼片支架、螺杆、螺杆底座和顶紧弹簧，螺杆固定在螺杆底座上，螺杆中间设有一阻尼调节螺母，阻尼片一端固定在所述阻尼片支架上，另一端套接在所述螺杆上，所述顶紧弹簧套接在所述螺杆上并且其上部与阻尼片相连下部与阻尼调节螺母相连。

5.根据权利要求1所述的非接触数字式司机控制器，其特征在于，所述手柄包括手柄把头与手柄后盖，手柄把头部位设有按钮，所述按钮与所述按动销相连。

6.根据权利要求1所述的非接触数字式司机控制器，其特征在于，所述安装支座顶部设有行程控制板，所述行程控制板为圆心与转轴相同的圆弧形，并设有约束手柄转动行程的槽口。

7.根据权利要求6所述的非接触数字式司机控制器，其特征在于，所述行程控制板内设有弧形防尘盖板，所述防尘盖板套接在所述推杆套管上。

8.根据权利要求1至7之一所述的非接触数字式司机控制器，其特征在于，所述主板包括相连的控制主板和电源接口板，所述控制主板上设有MCU芯片、AD转换电路、正常工作检测电路、总线收发模块和点灯电路，所述MCU芯片分别与所述AD转换电路、正常工作检测电路、总线收发模块和点灯电路相连，所述AD转换电路与所述位置传感器芯片相连，所述电源接口板上设有继电器输出电路和防反接输出电路，所述继电器输出电路和防反接输出电路与所述MCU芯片相连。

9.根据权利要求8所述的非接触数字式司机控制器，其特征在于，所述总线收发模块经一隔离模块与数据总线相连，所述数据总线可为CAN总线和/或RS485总线，所述总线收发模块包括CAN收发器和RS485收发器。

10.根据权利要求9所述的非接触数字式司机控制器，其特征在于，所述点灯电路与一指示灯板相连，所述指示灯板上设有状态指示灯。