CN1444530A - 高度控制系统及其传感器 - Google Patents

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Abstract

一种用于尾臂悬架中的高度控制系统的传感器，其利用一个转换器检测尾臂相对于车辆的位置改变并且向微处理器发送比例信号，该微处理器再致动一个可操作地连接到位于该尾臂和该车辆之间的气垫的气动阀。该转换器包括光电桥、可变电容器或挠性可变电阻器。

Description

高度控制系统及其传感器
相关申请
本申请要求于2000年5月25日申请的美国临时专利申请60/208,426的优先权利。
技术领域
本发明涉及一种用于感测转动和直线位移的传感器，并且更具体地说涉及一种在带有包含着高度控制系统的气动悬架的车辆中使用的传感器。另一方面，本发明涉及一个高度控制系统，该系统具有一个用于检测车辆行驶高度的变化的传感器并且其响应该传感器的输出控制该气动悬架以调整该车辆的高度，再一个方面，本发明涉及一种具有一个可旋转地安装的尾臂悬架，该臂的移动是通过一个和高度控制传感器配合的气袋阻尼的，其中该传感器根据该臂的转动检测相对于基准行驶高度的车辆行驶高度改变并且相应地控制该气袋内的气动压力以调整该车辆的高度。
背景技术
气动或压缩空气高度控制系统是周知的并且通常在重型车辆，例如半/牵引车拖车中使用。这种高度控制系统的一种常见实现是尾臂悬架。该尾臂悬架包括一个一端枢轴地安装在一个从该车辆车架的一部分悬挂的托架上从而允许相对于车辆车架转动的尾臂。该臂支承一个可在其上转动地安装车轮的轴。一个由可充气气袋构成的气垫放在该臂的另一部分和该车辆车架之间。任何相对于一预定基准高度的车辆行驶高度的变化使该臂转动，并相应地造成对该气袋的压缩或扩大。通过对该气袋增加或者排出压缩空气可以控制车辆的高度。典型地，在车辆的装货和卸货期间发生行驶高度的改变。
现有的尾臂悬架利用机械高度控制阀门控制压缩空气进入和排出气袋。该高度控制阀门包括一个和车辆上的压缩空气源气体耦合的进气口，一个和该气袋气袋耦合的气袋口，以及一个和大气气体耦合的排气口。一个致动臂从该高度控制阀延伸并且通常通过一个长度可调的杆与该尾臂悬架可操作地耦合。尾臂的转动相应地移动该高度控制阀的臂。高度控制阀的该臂移动该高度控制阀内的一个内部阀以便或者使压缩空气口气体地和气垫口连接或者使气垫口与排气口气体地连接，从而分别对气袋引入或者排出压缩空气。典型地，通过调整和该尾臂连接的该杆的长度到该高度控制阀的致动臂的高度来实现对这种类型的机械高度控制阀的车辆行驶高度设定。
该现有系统的一个缺点是，在尾臂悬架的常规操作期间或者由于在该悬架上工作的技工，其机件受到损坏。如果连接杆或者高度控制阀的转动臂弯曲，则会改变高度控制阀门的预置行驶高度并且负面地影响悬架的操作。另外，如果在一持续的时间，通常大于24小时，未被使用，该高度控制阀会“冻结”在它的当前位置，造成在复原该高度控制阀门的负责部件之前该高度控制阀不能正确地操作。
需要一种对于会降低现有的用于高度控制阀的机械传感器的性能的不利环境不那么敏感的尾臂悬架和高度控制传感器。
发明内容
本发明涉及一种具有能控制车辆行驶高度的气动悬架的车辆，并且涉及一种感测行驶高度变化并控制压缩流体，例如空气，的引入或排出以调整车辆行驶高度的传感器。该车辆最好包括一个尾臂悬架，该悬架具有一个其一部分相对于车辆车架枢轴地安装的尾臂并且支承一个其上支持车轮的轴。在该尾臂的另一部分和该车辆车架之间设置一个气垫，该气垫响应通过该轴和各个地啮合轮(ground engagingwheel)施加在该尾臂的反作用力阻碍该尾臂相对于车辆车架的转动运动。一个气动系统控制向该气垫引入或排出压缩空气，从而调整和控制车辆的行驶高度。可以向该气垫添加或者从该气垫排出压缩空气从而分别升高和降低车辆行驶高度。
设置一个传感器以监视该尾臂相对于预先确定的或基准的行驶高度的位置改变并且确定车辆行驶高度所需的改变(若有的话)以使行驶高度回到该基准行驶高度。该传感器控制对该气袋引入或排出压缩空气以进行必要调整从而把车辆保持在该基准行驶高度上。
该传感器可包括一个光发射器，该光发射器功能上和该尾臂耦合并且发射由一个光传感器，例如按光电桥结构排列的光敏元件或光敏二极管检测器接收的光。通过该传感器检测光强度中的变化。该发射的光可以是一个在投射到各光传感器之前散射的聚焦点光源。当尾臂移动时，该散射光源相对于各光传感器移动，造成通过每个光源看到的光强的改变。这种光强的改变被转换成来自该高度传感器的输出信号并且用于控制对该气袋引入或排出压缩空气。
该光发射器可以替代地包括从一个衍射缝投射的准直光，以便产生直接投射到该光电桥上的衍射图案。当该光发射器相应于该尾臂的移动转动时，该衍射图案相对于各光传感器移动，从而输出和每个传感器察觉的强度改变成比例的相应信号。
在另一替代方案中，该光发射器可以相对于该尾臂固定并且在该光发射器和一个位于光电桥前面的散射器之间设置菲涅耳透镜或类似部件，该透镜或类似部件同时与该尾臂耦接。该尾臂的转动运动被转换成该菲涅耳透镜相对于该光发射器的平移移动，从而造成一个在该散射器上移动的点光源。该光散射点相对于这些光传感器移动，改变了由每个光传感器察觉的光强度。
该传感器还可以采取具有多个按电气上不同的二组排列的固定电容片以及设置在这二组固定片之间的可移动电容片的可变电容器形式。这些可移动片功能上和该尾臂的转动移动耦合。当响应尾臂的转动这些转动片相对于这些固定片移动时，一个组的电容相对于另一个组变化。每个组之间的电容变化还与该尾臂的转动成比例并被用于控制对气袋充气或放气以调整车辆高度。
该传感器最后一种形式包括一个功能上和该尾臂耦合的挠性可变电阻器。当该挠性可变电阻器弯曲时它的电阻相应地改变。该电阻器输出和电阻变化相对应的信号并且用来控制对气袋的充气和放气以调整车辆高度。
附图说明
附图中：
图1示出一个含有依据本发明的第一实施例的高度传感器的尾臂悬架；
图2是按图1的2-2的部分端剖视图，示出该传感器和该尾臂悬架之间的机械连接；
图3是图1和图2的传感器的剖面图，示出相对于光传感器组件的光电桥位于基准位置的一个用于该传感器的光发射器；
图4除了示出该光发射器相对于该光电桥位于一另一位置外和图3相同；
图5是该控制系统的方块图，示出该高度传感器和车辆气动控制系统之间通过一个中间传感器控制电路的交互作用；
图6是用于该光电桥的传感器控制电路的示意说明；
图7示出依据本发明的第二实施例的高度传感器；
图8示出含有依据本发明的第三实施例的高度传感器的尾臂悬架；
图9是第三实施例的高度传感器的剖面图；
图10是依据本发明的第四实施例的高度传感器的剖面图；
图11是沿图10所示第四实施例的高度传感器的线11-11取的剖面图；
图12是用于第四实施例高度传感器的传感器控制电路的示意说明；
图13表示依据本发明的第五实施例的高度传感器；
图14是第五实施例的高度传感器的控制电路的示意表示；
图15示出依据本发明的减震器环境下的第六实施例的高度传感器；
图16示出依据本发明的第七实施例的高度传感器；以及
图17是沿图16的线17-17取的剖面图。
具体实施方式
图1示出一个安装在车辆车架12上的尾臂悬架10。该尾臂悬架10包括一个其一端枢轴地通过一个衬套连接16安装在从该车辆车架下垂的车架支架18的尾臂14上。一个气垫20，包括安装在尾臂14的一部分上的活塞22以及通过板25安装在车架12上的气垫24，该气垫20把尾臂14的另一端连接到车辆车架12上。通过一对衬套连接件28、30挠性地在车架支架18和气垫20之间把一个轴支架26安装到尾臂14上。该轴支架设置一个用于旋转地安装车辆的各个地啮合轮(未示出)的轴32。减震器27在轴支架26和车架支架18之间延伸。
尽管尾臂悬架的操作广为知晓，但对此进行概括说明对于理解本发明是有帮助的。当车辆的轮子遇到道路表面变化时，它们向该尾臂施加反作用力，使尾臂14相对于车架支架18和车辆车架12转动。尾臂14的回转运动受到气垫20的阻碍。
除了阻碍尾臂14的转动运动外，气垫20还用于调整车架12相对于地面的高度。例如，假定在静止状态，当向气袋24引入空气时，由于尾臂14因地面和地啮合轮之间的接触相对于地面实际上固定，则车辆车架12相对于尾臂14升高。类似地，如果从气袋24排出压缩空气，则车辆车架12会相对于地面降低高度。尾臂悬架的这些方面对于本领域技术人员是广为知晓的。
请注意本文的尾臂悬架只是本发明的一优选实施例。可以在其它类型的悬架中使用本发明。例如，在不采用气垫的悬架中，可以使用其它能调整车辆高度的适当致动器。在大多数情况下，该致动器会在该悬架的一部分(通常为一个可动元件或臂)和车辆之间延伸。其它可能的致动器包括气动或液压的可伸长缸。另外，如后文说明那样，本发明会在车辆其它必须确定各构件的相对位移的方面得到应用。
现参照图1和图2，传感器40固定地安装在车架支架18的内部并且可操作地通过连杆42和衬套连接件16耦合。车架支架18具有一对通过端臂48连接的相对的侧壁44、46。衬套连接件16包括一个压配合到尾臂14内的外衬套50和一个同心地容纳在该外衬套50内的内衬套52。一个弹性材料环54受压地保持在外衬套50和内衬套52之间。内衬套52比外衬套50长，从而造成内衬套52的末端分别靠在侧壁44、46的内表面上。一个固定螺栓56把侧壁44、46受压地固定到内衬套52的末端上以便相对于车架支架18固定该内衬套。利用这种结构，尾臂的回转运动造成外衬套50相对于内衬套52的转动。该转动是通过弹性环54允许的，该环54使外衬套50可相对于内衬套52转动。
传感器40包含一个和连杆42耦接的外轴60，连杆42和外衬套50连接。只要外衬套的转动运动可相应地转换成或耦合成外轴60的转动，则连杆42可具有任何适当的形状。例如，该连杆可包括臂62、64，通过一个臂具有安放在另一个臂的末端处的一个槽内的销这二个臂连接，从而在提供臂62、64之间的任何相对垂直运动的同时相应地把外衬套的转动运动转换到传感器40的外轴60上。
现在参照图3和图4理详细地说明传感器40。该传感器40包括一个固定在外轴60上的光发射器70。该光发射器70最好是由一个金属的或塑料的具有一个光源室74和一个光通道76的固体块72形成，其中光通道76把光源室74光学地连接至光发射器70的外面。光源78，例如发光二极管或激光器，位于光室74内并且发射通过光通道76沿路径A从块72出射的光。
传感器40还包括一个光传感器组件90，后者包括一个具有一开口端的不透光外壳92，在该开口端上固定地放置一个散光元件94，例如磨砂玻璃。在该不透光外壳92内于散光元件94的后面放置一个以光电桥96为形式的光检测器。光电桥96包括二个相隔的传感器98、100，它们可以是光敏元件或光敏二极管检测器。每个光传感器输出表示它接收到的光的强度的电压信号。这些电压信号以及它们的差用于确定车辆高度的变化。光电桥96最好是半桥(2个元件)或全桥(4个元件)形式下使用光敏电阻的灵敏惠斯登电桥电路。
通过参照图3和图4，光传感器40的操作得到最好的说明。图3示出当车辆位于基准行驶高度时光发射器70的位置。请注意，尽管图3示出当车辆位于基准行驶高度时光发射器70定向成大致垂直于光传感器组件90，但光发射器70也可以相对于光传感器组件90定位在某角度上以建立该基准行驶高度。
在图3示出的基准位置下，光发射器70发出沿着路径A的光束。当该光束和光传感器组件90的散光元件94接触时，散射的光线和相隔开的各光传感器98接触。这些光线从散光元件94分别历经距离D1和D2传播到光传感器98、100。光历经的距离影响各光传感器察觉的光强度，从而产生从各传感器输出的相应电压。
参照图4，如果改变车辆的高度，例如通过对该车辆装载或卸载货物，尾臂14将相对于车架支架18转动，造成外衬套50的相应转动，这又造成高度传感器40的外轴60的相应转动。当高度传感器外轴60转动时，光发射器70转动到一个新位置并且光束A在一个不同的位置处投到散光元件94上。从散光元件94发散的并且进入光传感器98的光线现在必须历经距离D3和D4。如可以通过和距离D1、D2进行比较看出的，光线进入传感器98的距离D3要短于先前的距离D1。相反，对于进入光传感器100的光线，距离D4大于距离D2。光发射器70从图3到图4的位置上的改变造成传感器98接收强度较高的光而传感器100接收强度较低的光。强度上的变化对应于和光传感器98、100的电压输出信号中的变化。传感器98、100的输出信号的改变直接和尾臂14相对于车辆车架12的转动变化相关，并且提供一种车辆高度对于预先确定的位置的变化的测量。可以利用来自光传感器98、100的输出控制对气垫引入和排出压缩空气以升高或降低车辆车架直至光发射器70转回到基准位置。
图5示意地示出传感器40对于向车辆的气袋24引入和排出压缩空气的气动控制系统112的交互作用。高度传感器40最好是一个电气上和传感器控制电路110耦合的转换器，并且传感器控制电路110电气上和气动控制系统112耦合。气动控制系统112控制一个阀门114，该阀门气体地把压缩空气储罐116连接到气袋24或者气体地把气袋24和大气连接。阀门114最好是一个响应来自气动控制系统112的输出信号的电磁致动阀。空气储罐116最好是一个在所有采用气动悬架系统的车辆上都能找到的空气储罐。
概言之，高度传感器40把与由光电桥96的光传感器98、100察觉到的和光强度改变相对应的信号输出到传感器控制电路110。该传感器控制电路整理来自各光传感器的信号、确定车辆高度的变化并且向气动控制系统112输出相应的信号。接着该气动控制系统控制阀门114的启动以便对气袋24增加或者排出压缩空气，从而按需要升高或降低车辆车架。
图6示意地表示传感器控制电路110。请注意存在许多不同的用来实现传感器控制电路的可能电气解决办法。其确切实现和本发明并无密切关系。
传感器控制电路110包括一个电压控制电路120，其最好包括一个直流电压源122。该直流电压源最好是车辆的直流电压源。该直流电压源通过噪声和冲击保护电路124来消除该电压源的电压尖峰和其它不希望的分量。然后把来自该噪声和冲击保护电路的输出引到稳压电源变换电路126。来自该稳压电源变换电路126的输出被引到光电桥96和光发射器70。在被施加到该光发射器之前该稳压电压通过恒电流电路128以确保在该光发射器的输出强度中没有波动。
来自光电桥96的输出由放大器130放大。该放大器最好是测量放大器或低噪声差动放大器。接着把放大的信号发送到用于消除该信号的不需要或不希望部分的信号调整电路132。调整后的信号接着发送到微处理器138，该微处理器把该调整后的信号和与当光发射器70处于基准位置时发送的基准信号对应的基准值进行比较。微处理器138还监视信号中的变化和变化率以确定车辆高度的时间变化率，这有助于防止对临时高度改变调整车辆。接着把来自该微处理器的输出发送到气动控制系统112以用来调整车辆高度。
传感器40发送的信号通常表示尾臂位置相对于基准位置的变化。尾臂的基准位置一般是车辆位于预定行驶高度时的位置。然而，即使该臂的基准位置不和该车辆行驶高度相符，该传感器仍会工作。
图7示出第二实施例的高度传感器140，其中该高度传感器140类似于第一实施例的高度传感器，相同的数字用来标识相同的部分；在此将只详细讨论第一和第二实施例之间的主要差别。高度传感器140包括一个固定在外轴60上的并且把衍射光图案发射到光传感器190的光发射器170。该光发射器170包括一个具有一个光室174以及衍射缝176的块172，其中该衍射缝176光学上把光室174和块172的外部相连接。诸如LED或二级管激光器的光发射器设置在光室174内。在光源178和衍射缝176之间设置一个准直透镜180。
光传感器组件190包括一个具有隔开的光传感器198、200的光电桥196。该光电桥196和第一实施例不同，其不装在一个外壳内。另外，在光电桥196和光发射器170之间也不设置散光元件。
光发射器170发出如虚线B所示的衍射图案。虚线B代表相对于光传感器198、200的光强度。如图中可看出的那样，在图7中示出的基准位置，该衍射图案的最大强度实质上位于光传感器198、200的中间。最好把传感器198、200定位成使它们察觉大约为最大强度的50％的衍射图案部分。当响应车辆高度的变化外轴60转动(例如，在图7中顺时针)，该衍射图案相对于光电桥196侧向移动，如由衍射图案C所示。衍射图案的移动改变传感器198、200所察觉的光强度。光电桥196输出和目前由传感器198、200察觉到的强度对应的电压信号。该输出信号以和前面说明的第一实施例的输出信号相同的方式被处理。
对于第二实施例，最好该光发射器为高输出窄带红外LED(大约940nm)或者为红外二极管激光器。来自该光发射器的光最好和光传感器198、200的灵敏度匹配或优化，而光传感器198、200例如可以是光敏电阻、红外光电管、红外光生伏打电池之一。
另外，对于本发明重要的是，使用发射器70发出的光是准直的并且然后通过一个缝发出以产生衍射图案。因而，为了得到该衍射图案必须精确地控制该缝的形状。例如，如果一个光发射器发射940nm的波长，则该缝的数量级应为0.00005m至0.0001m。离开缝176的光在和光电桥接触之前应该历经与该缝的尺寸相比相对大的距离。在上面的例子中，5cm的距离是足够的。
图8示出图1中所示的尾臂悬架和车辆的环境下的第三实施例的高度传感器240。除了该高度传感器240监视尾臂14中的高度变化而不是监视尾臂14的转动变化来确定车辆车架高度对基准位置的改变外，第三实施例的传感器240大致和第一实施例相同。从而，和第一和第二实施例相比第三实施例中相同的部分用相同的数字标识。例如，高度传感器240可以使用和第一实施例中公开的相同的光发射器70和光传感器组件90。
从图9中可看出，高度传感器240和高度传感器40之间的主要不同是光发射器70是固定的，并且在光发射器70和光传感器组件90之间放上一个横向移动的菲涅耳透镜242。通过一个连杆244，菲涅耳透镜242可操作地和尾臂14耦合。当该尾臂相对车架支架18回转时，连杆244相对于高度传感器240上下移动并且使菲涅耳透镜相对于光发射器70和光传感器组件90的固定位置移动。
众所周知，菲涅耳透镜242包括一系列同心环248，其中每个环具有一个按不同角度取向的表面或反射表面，从而照到菲涅耳透镜的平表面246的光穿过该透镜并由这些同心环聚焦到一预定的焦点上。
在高度传感器240中，菲涅耳透镜242的平表面246面对着光发射器70，且这些同心环248面对着光传感器组件90的散光元件94。因而，从光发射器70发出的并射到该菲涅耳透镜的平表面246上的光由这些同心环聚焦到散光元件94上的一个点。把各同心槽生成的折射表面的角度定向选择成使得从该光发射器发出的光聚焦在散光元件94的位置处。
当尾臂相对于车架运动时，菲涅耳透镜242相对于该散光元件横向移动，从而改变该散光元件上的焦点位置并且因此改变由传感器98、100察觉的光的强度。按实质上和第一实施例说明的相同方式处理穿过菲涅耳透镜242后和散光元件94接触的光点。
图10示出依据本发明的第四实施例的高度传感器340。在其响应尾臂14相对于车辆车架12转动运动这一点上，第四实施例的高度传感器340类似于第一和第二实施例。高度传感器340的不同之处在于它依靠电容的变化生成用来确定车辆车架相对于尾臂14的高度变化的控制信号。
高度传感器340具有一可变电容，该电容包括一组在其间设置一组可移动片346的相隔开的静止片344，这形成一个电容桥式电路342。静止片344由一对相对的半圆片348形成，每个半圆片安装在一个支承管350上。按照使它们彼此略微隔开从而实际上把各静止片344分别划分到第一和第二组352、354的方式，把各个半圆片348安装在支承管350上。第一和第二组352、354电气上是不同的。各个可移动片346为扇形或饼楔形并且安装在一个可转动的控制轴356上，该控制轴356安装在支承管350内并且和外轴60连接，从而该轴的转动造成各可移动片346相对于各静止片344转动。
在优选的基准位置上，把各可移动片346相对于静止片344的第一和第二组352、354定位成使第一和第二组352、354之间的间隙大致相对于可移动片居中。静止片和可移动片之间的空间最好由适当的绝缘材料填充。
在操作中，当响应车辆高度的变化尾臂14相对车辆车架12转动时，外轴60相应地转动控制轴356，这使各可移动片346相对于第一和第二组半圆片352、354移动。当这些移动片复盖一个半圆片组上更多面积时，该半圆片组的电容增大，造成第一和第二半圆片组之间的电容差。电容上的差与高度改变的幅度有关，并且该高度传感器输出该电容差以用于调整车辆的高度。
参照图12，用于高度传感器340的传感器控制电路110包括一个电压源360，其包括一个电源362，该电压源最好从车辆电源通过稳压电路364稳压得到。稳压电源馈送到一个用来分别激励或充电电容器桥式电路342的静止和可移动片组344、346的振荡电路368。该电容器桥式电路342的输出被引到放大器电路370，后者的放大输出然后通过解调器电路372以便把放大的振荡信号变换成和尾臂的转动角成比例的稳电压信号。接着把该比例电压信号输入到微处理器374，在微处理器374中监视该信号以确定任何相对于基准值的转动角度上的变化。和其它的实施例一样，微处理374可以立即对该电压输入信号作出反应或者在向气动控制系统112发送一输出信号之前预定的时间周期内监视该电压输入信号。在大多数情况下，最好利用微处理器374在预定的时间周期内监视该电压输入信号以便延迟对车辆高度的暂时改变的调整。
图13示出依据本发明第五实施例的高度传感器440。和前四个实施例不同，高度传感器440可操作地和尾臂耦合但不通过直接连接与之耦合。替代地，该高度传感器440位于气垫20的内部。高度传感器440包括一个弹簧片442，该弹簧片442的一端和气垫20的顶板25连接，其另一部分和气垫20的活塞22连接。一个挠性可变电阻器444固定在弹簧板422。挠性可变电阻器是周知的并且在美国5,086,785号专利中有详细说明，该专利在此引入作为本文的参考资料。挠性电阻器444随着它的弯曲改变它的电阻。
挠性可变电阻器444响应其弯曲改变电阻的特征用来指示相对于基准位置车辆的高度改变量。例如，当响应对车辆装货或卸货车辆高度改变时，气袋24会相应地压缩或伸长，造成弹簧片442和挠性可变电阻器444弯曲。挠性可变电阻器444的电阻改变则成为高度改变程度的指示器。
为一致起见，重要的是使挠性可变电阻器444以相同的方式重复弯曲。弹簧片442为挠性可变电阻器444提供一个基体并且在挠性可变电阻器444重复的一致性弯曲上是有帮助的。
参照图14，图中示意说明了用于高度传感器440的传感器控制电路510。除了用挠性可变电阻器444代替光电桥外，用于高度传感器440的传感器控制电路510基本上和用于第一至第三实施例的传感器控制电路110相同。
传感器控制电路510包括一个稳压直流电压源520，其包括一个最好是车辆直流电源的直流电压电源522，该电压电源522通过噪声和冲击保护电路524并且接着通过稳压直流电压变换或恒流源电路526。稳压直流源520向挠性可变电阻器444输出一电压信号，后者的输出信号在到达微处理器530之前由信号调整电路528调整。和前面的实施例一样，该微处理器处理来自高度传感器440的调整后的输出信号以确定车辆高度的变化并从而对气袋24引入或排出压缩空气以根据需要调整车辆高度。
值得注意的是，本文中公开的用于各个实施例的传感器控制电路不必需把信号输入到微处理器。传感器控制电路可以输出供其它类型的控制器或比较器使用的电压信号以操作气动系统。
图15示出依据本发明第六实施例的高度传感器540。该高度传感器540在使用挠性可变电阻器444方面和高度传感器440相似，该挠性可变电阻器444缠绕在螺旋线圈或线圈弹簧542上。该线圈弹簧542设置在减震器27的内部。
该减震器包括一个可移动安装在圆筒546上并且覆盖该圆筒546的外壳544，从圆筒546伸出一个也穿过外过壳544的活塞轴548。线圈弹簧542缠绕在活塞轴548上并且其一端附着在壳544上，而另一端附着在圆筒546的上部。
就尾臂14相对于车辆车架12转动、减震器壳544相对于壳546上下移动以压缩或伸长用于弯曲挠性可变电阻器444的线圈弹簧542而言，高度传感器540在操作上和高度传感器440大致相同。和高度传感器440一样，挠性可变电阻器444以及高度传感器540的弯曲造成高度传感器540输出与车辆车架12和尾臂14之间的相对运动对应的信号。
图16和17示出依据本发明的并且也在减震器27环境下的第七实施例的高度传感器640。第七实施例的高度传感器640和第六实施例的高度传感器540之间的差别是用弹簧片642代替线圈弹簧542。弹簧片642保持在于该减震器的盖544中形成的独立的室645内。
和高度传感器440一样，该高度传感器的弹簧片642可以具有各种初始弯曲形状。例如在高度传感器440中公开的弹簧片主要具有C状外形，而弹簧片642具正弦波的半周外形，或换言之具有尺蠖状外形。该外形可以简单地是垂直或水平取向的S形或者是多个正弦波。
重要的是要注意，尽管本文公开的许多传感器优先用于尾臂悬架，但除了尾臂悬架外这些传感器还具有多的多的用途和应用。例如，这些传感器可以用于许多类型不同的其中需要监视车辆行驶高度的车辆上。这些传感器还可以用于和尾臂悬架不同的悬架上。其它示例的悬架包括：天窗(leaf)悬架、承梁悬架和独立悬架(在此只列出一些)。作为另一个例子，任何使用气垫或减震器的车辆可以使用本文中说明的传感器中的至少一种用于高度控制或者其它功能。
这些传感器还可以用于不同于高度控制的功能。例如，这些传感器可以放在第五车轮拖车连接件的主销上以便感测该主销相对于该拖车的转动位置，从而有助该拖车与牵引车的适当连接。这些传感器可以用于监视独轮拖车的位置。
这些传感器还可用于非车辆的环境。转动驱动的传感器非常适用于监视某个物体的转动位置或者用于把平移运动变换成相应的转动。基于弯曲的传感器适用于感测二个物体间的相对改变(转动或移动)。
尽管通过一些特定实施例具体地说明了本发明，但应理解，该说明是示意性的而不是限制性的，而且附后的权利要求书的范围应解释为现有技术所允许的限度。

Claims (75)

1.一种用于具有预定行驶高度的车辆(12)的高度控制系统，该系统包括一个尾臂悬架(10)，该尾臂悬架具有一对用于安装支持地啮合车轮的轴(32)的尾臂组件，每个尾臂组件具有一个其一部分枢轴地固定到该车辆上的臂(14)以及一个位于该车辆和该臂的另一部分之间的用来阻碍该臂向该车辆的枢轴移动的气垫(20)，该控制系统还包括一个空气系统(112，116)，其用于至少向该气垫提供压缩空气，该高度控制系统包括：
一个可选择性致动的阀(114)，其适用于气体地把该气垫有选择地连接到该空气系统或连接到大气，以便有选择地对该气垫引入或排出空气，从而影响该尾臂和该车辆间的相对运动并且由此改变车辆行驶高度；
可操作地和该尾臂耦合(42，442，542，642)的转换器传感器(40，140，240，340，440，540，640)，其感测该尾臂的枢轴运动并且发送和该尾臂的枢轴运动量成比例的输出信号；以及
一个与该转换器和该阀门相耦接的控制器(110)，其中该控制器接收转换器输出信号并且响应该输出信号的值选择性地致动该阀门以在关闭方式，充气方式和排气方式之间操作该高度控制系统，从而把该车辆保持在预定的行驶高度上，其中，在该关闭方式下该气垫气体地和该空气系统以及大气断开，在该充气方式下该阀门气体地把该气垫连接到该空气系统，而在该排气方式下该阀门气体地把该气垫连接到大气。
2.依据权利要求1的高度控制系统，其中该输出信号表示该尾臂相对于尾臂的基准位置的枢轴移动。
3.依据权利要求2的高度控制系统，其中当该尾臂处于尾臂基准位置时，该车辆位于该预定的行驶高度。
4.依据权利要求1的高度控制系统，其中该输出信号表示和感测到的枢轴移动相对应的尾臂高度变化。
5.依据权利要求1的高度控制系统，其中该转换器传感器是光传感器(40，140，240)。
6.依据权利要求5的高度控制系统，其中该光传感器包括一个光电桥(90，190)和一个把光投射到该光电桥上的光发射器(70，170)，并且该光电桥生成和通过该光电桥的投射光的强度相对应的输出信号，
7.依据权利要求6的高度控制系统，其中该光电桥包括多个隔开的光敏元件(98，100，198，200)。
8.依据权利要求7的高度控制系统，其中该光发射器可操作地和该尾臂耦合(42)，并且该尾臂的枢轴移动相应地移动该光发射器从而移动该投射光和光传感器接触的位置，以便改变每个光敏元件察觉到的光强度。
9.依据权利要求8的高度控制系统，还包括一个设置在该光发射器和该光电桥之间的光散射器片(94)。
10.依据权利要求8的高度控制系统，其中该光发射器包括一个光源(78，178)和一个具有设置在该光源和该光电桥之间的一个衍射逢(176)的壁，从而从该光源投射出的光在到达该光电桥之前穿过该衍射逢并且被衍射。
11.依据权利要求10的高度控制系统，还包括一个设置在该光源和该衍射逢之间的准直透镜(180)。
12.依据权利要求6的高度控制系统，还包括一个设置在该光发射器和该光电桥之间的菲涅耳透镜(180)，并且该菲涅耳透镜可操作地和该尾臂连接，该尾臂的枢轴移动相应地移动该菲涅耳透镜。
13.依据权利要求1的高度控制系统，其中该转换器传感器是可操作地和该尾臂耦合的可变电容器(344)，从而该尾臂的枢轴运动造成该可变电容器的电容的相应改变。
14.依据权利要求13的高度控制系统，其中该可变电容器包括一个生成输出信号的电容器桥式电路(352，354)。
15.依据权利要求14的高度控制系统，其中该电容器桥式电路包括电容可变的第一和第二电容器(352，354)，并且输出信号和第一、第二电容器之间的电容差相对应。
16.依据权利要求15的高度控制系统，其中该电容器电桥具有电气上隔离的第一和第二片(348)，以及一个其一部分覆盖电气上隔离的该第一和第二片中每一片的可移动片(346)，该可移动片可操作地和该尾臂耦合，从而该尾臂的枢轴移动造成该可移动片的相应移动，以便改变该可移动片中覆盖该第一和第二片中每一片的部分的大小并由此改变每个电容器的电容。
17.依据权利要求1的高度控制系统，其中该转换器传感器是可变电阻器(444)。
18.依据权利要求17的高度控制系统，其中该可变电阻器包括挠性条(444)，该条弯曲时其电阻改变。
19.依据权利要求18的高度控制系统，其中该挠性条设置在该气垫内以可操作地把该挠性条的弯曲和该尾臂的枢轴移动耦合起来。
20.依据权利要求18的高度控制系统，其中该挠性条位于一个用于该尾臂悬架的并且在该尾臂和该车辆之间延伸的减震器(27)内。
21.依据权利要求18的高度控制系统，还包括一个在其上固定该挠性条的挠性支承(442)。
22.依据权利要求21的高度控制系统，其中该挠性支承是弹簧金属。
23.依据权利要求22的高度控制系统，其中该挠性支承具有预先形成的形状以便控制该挠性条的弯曲形状。
24.依据权利要求23的高度控制系统，其中从轮廓看上去该预先形成的形状是钟形曲线。
25.依据权利要求23的高度控制系统，其中该预先形成的形状是螺旋形。
26.依据权利要求1的高度控制系统，其中该控制器包括一个微处理器(374，530)，用于分析转换器输出信号和用于响应该经分析的信号控制该阀门的运行方式。
27.一种用于具有预定行驶高度的车辆(12)的尾臂悬架，包括：
一对用于安装用来固定地啮合车轮的轴(32)的尾臂组件，每个尾臂组件包括：
每个尾臂组件上的一个臂(14)，其一部分适于枢轴地固定到车辆；
在每个臂的另一部分上的位于该车辆和该臂之间的一个气垫(20)，用于阻碍该臂相对于该车辆的枢轴移动；
一个空气系统(112，116)，用于向每个气垫提供压缩空气；
一个用于每个气垫的可选择性致动的阀(114)，其适用于气体地选择性地把气垫连接到该空气系统或连接到大气，以便有选择地对该气垫引入或排出空气，从而产生尾臂和车辆间的相对运动并且由此改变车辆行驶高度；
一个可操作地和尾臂之一耦合(42，442，542，642)的转换器传感器(40，140，240，340，440，540，640)，其感测该尾臂的枢轴运动并发送和该尾臂的枢轴运动量成比例的输出信号；以及
一个与该转换器和该阀门相耦接的控制器(110)，其中该控制器接收转换器输出信号并且响应该输出信号的值选择性地致动该阀门以在关闭方式，充气方式和排气方式之间操作该高度控制系统，从而把该车辆保持在预定的行驶高度，其中，在该关闭方式下该气垫气体地和该空气系统以及大气断开，在该充气方式下该阀门气体地把该气垫连接到该空气系统，而在该排气方式下该阀门气体地把该气垫连接到大气。
28.依据权利要求27的尾臂悬架，其中该输出信号表示该尾臂相对于尾臂基准位置的枢轴移动。
29.依据权利要求28的尾臂悬架，其中当该尾臂处于尾臂基准位置时，该车辆位于预定的行驶高度。
30.依据权利要求27的尾臂悬架，其中该输出信号表示和感测到的枢轴移动相对应的尾臂高度的变化。
31.依据权利要求27的尾臂悬架，其中该转换器传感器是光传感器(40，140，240)。
32.依据权利要求31的尾臂悬架，其中该光感器是一个光电桥(90，190)，并且还包括一个把光投射到该光电桥上的光发射器(70，170)，并且该光电桥生成和通过该光电桥投射的光的强度相对应的输出信号。
33.依据权利要求27的尾臂悬架，其中该转换器传感器是可操作地和该尾臂耦合的可变电容器(344)，从而该尾臂的枢轴运动造成该可变电容器的电容的相应改变。
34.依据权利要求33的尾臂悬架，其中该可变电容器包括一个生成输出信号的电容器桥式电路(352，354)。
35.依据权利要求27的尾臂悬架，其中该转换器传感器是可变电阻器(444)。
36.依据权求要求35的尾臂悬架，其中该可变电阻器包括挠性条(444)，该条弯曲时其电阻改变。
37.依据权利要求36的尾臂悬架，还包括一个在其上固定该挠性条的挠性支承(442)。
38.依据权利要求27的尾臂悬架，其中该控制器包括一个微处理器(374，530)，用于分析转换器输出信号和用于响应该被分析的信号控制该阀门的运行方式。
39.一种用于具有预定行驶高度的车辆(12)的悬架，包括：
一个安装用来固定地啮合车轮的轴(32)的臂组件，该臂组件包括：
一个具有适于可移动地固定到车辆上的一部分的臂(14)；
一个在该车辆和该臂之间延伸的用于相对于该臂移动该车辆以调整该车辆的行驶高度的致动器(20)；
一个可操作地与该臂和该车辆之一耦合(42，442，542，642)的转换器传感器(40，140，240，340，440，540，640)，其感测该臂和车辆之间的相对运动并且发送和该相对运动的量成比例的输出信号；以及
一个与该转换器和该致动器相耦接的控制器(110)，其中该控制器接收该转换器输出信号并且响应该输出信号的值选择性地致动该致动器以相对地移动该臂，从而把该车辆保持在预定的行驶高度。
40.依据权利要求39的悬架，其中该输出信号表示该臂相对于尾臂基准位置的枢轴移动。
41.依据权利要求39的悬架，其中当该臂处于臂基准位置时，该车辆位于该预定的行驶高度。
42.依据权利要求39的悬架，其中该转换器传感器可操作地和该臂耦合，且该输出信号代表和感测到的臂移动相对应的车辆高度的相对变化。
43.依据权利要求42的悬架，其中该转换器传感器是光传感器(40，140，240)。
44.依据权利要求43的悬架，其中该光传感器是一个光电桥(90，190)，并且还包括一个把光投散到该光电桥上的光发射器(70，170)，并且该光电桥生成和通过该光电桥的投射光的强度相对应的输出信号。
45.依据权利要求39的悬架，其中该转换器传感器是可操作地和该臂耦合的可变电容器(344)，从而该臂的移动造成该可变电容器的电容的相应改变，并且该输出信号和该电容改变相对应。
46.依据权利要求45的悬架，其中该可变电容器包括一个生成该输出信号的电容器桥式电路(352，354)。
47.依据权利要求39的悬架，其中该转换器传感器是可变电阻器(444)。
48.依据权利要求47的悬架，其中该可变电阻器包括挠性条(444)，该条弯曲时其电阻改变。
49.依据权利要求48的悬架，还包括一个在其上固定该挠性条的挠性支承(442)。
50.依据权利要求49的悬架，其中该挠性支承固定在该致动器上。
51.依据权利要求50的悬架，其中该致动器是气垫(20)。
52.依据权利要求39的悬架，其中该控制器包括一个微处理器(374，530)，用于分析转换器传感器输出信号和用于响应该被分析的信号控制该致动器的操作。
53.依据权利要求39的悬架，其中该悬架是一个包括一个枢轴地固定到该车辆上的尾臂和一个位于该尾臂与该车辆之间的气垫的尾臂悬架，用于通过对该气垫的充气或放气相对该车辆移动该尾臂，其中该尾臂是臂而该气垫是制动器。
54.依据权利要求54的悬架，还包括一个选择性地把该气垫耦接到一个压缩空气源或大气的阀，并且该阀可操作地和该控制器耦合，从而该控制器选择性地致动该阀以把该气垫耦接到该压缩空气源或大气，由此对该气垫充气或放气来调整该车辆的高度。
55.一种用于感测第一可移动物体相对于第二可移动物体的位置的传感器，其特征在于：
一个其一部分适于可操作地和该第一和第二可移动物体之一耦合的转换器(40，140，240，340，440，540，640)，从而感测该第一和第二可移动物体彼此之间的相对物理运动，并且其适于响应上述运动发送一信号。
56.依据权利要求55的传感器，其中该转换器输出信号表示该可移动物体相对于该可移动物体的基准位置的转动移动。
57.依据权利要求55的传感器，其中该转换传感器是光传感器(40，140，240)。
58.依据权利要求57的传感器，其中该光传感器包括一个光电桥(90，190)和一个把光投射到该光电桥上的光发射器(70，170)，并且该光电桥生成和通过该光电桥投射的光的强度相对应的输出信号。
59.依据权利要求58的传感器，其中该光电桥包括多个隔开的光敏元件(98，100，198，200)。
60.依据权利要求58的传感器，其中该光发射器可操作地和该可移动物体耦合，并且其中该可移动物体的移动相应地移动该光发射器，从而移动该投射光和该光电桥接触的位置，以便改变每个光敏元件察觉到的光强度。
61.依据权利要求58的传感器，还包括一个设置在该发射器和该光电桥之间的光散射器片(94)。
62.依据权利要求58的传感器，其中该光发射器包括一个光源(78，178)和一个设置在该光源和该光电桥之间的带有一个衍射逢(176)的壁，从而从该光源投射出的光在到达该光电桥之前穿过该衍射逢并且被衍射。
63.依据权利要求62的传感器，还包括一个设置在该光源和该衍射逢之间的准直透镜(180)。
64.依据权利要求58的传感器，还包括一个设置在该光发射器和该光电桥之间的菲涅耳透镜(180)，并且该菲涅耳透镜可操作地和该可移动物体耦接，该可移动物体的移动相应地移动该菲涅耳透镜。
65.依据权利要求55的传感器，其中该转换器传感器是可操作地和该可移动物体耦合的可变电容器(344)，从而该可移动物体的移动造成该可变电容器的电容的相应改变。
66.依据权利要求65的传感器，其中该可变电容器包括一个生成输出信号的电容器桥式电路(352，354)
67.依据权利要求66的传感器，其中该电容器桥式电路包括电容可变的第一和第二电容器(352，354)，并且该输出信号和第一、第二电容器之间的电容差相对应。
68.依据权利要求67的传感器，其中该电容器电桥包括电气上隔离的第一和第二片(348)以及一个其一部分覆盖电气上隔离的该第一和第二片中的每一个的可移动片(346)，该可移动片可操作地和该可移动物体耦合，从而该可移动物体的移动造成该可移动片的相应移动以改变该可移动片覆盖该第一和第二片中每一个的所述部分的大小，并由此改变每个电容器的电容。
69.依据权利要求55的传感器，其中该转换器传感器是可变电阻器(444)。
70.依据权利要求69的传感器，其中该可变电阻器包括挠性条(444)，该条弯曲时其电阻改变。
71.依据权利要求70的传感器，还包括一个在其上固定该挠性条的挠性支承(442)。
72.依据权利要求71的传感器，其中该挠性支承是弹簧金属。
73.依据权利要求72的传感器，其中该挠性支承具有预先形成的形状以便控制该挠性条的弯曲形状。
74.依据权利要求73的传感器，其中从轮廓看上去该预先形成的形状是钟形曲线。
75.依据权利要求73的传感器，其中该预先形成的形状是螺旋形。
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