CN1298821A - 力传感第五轮 - Google Patents

Abstract

一种传感系统,它采用的多个传感器所应用的安装结构,能与第五轮的挂接装置结合为一体,而且受环境的保护,并能精确地测量沿着纵向轴线与垂直轴线的力,以便提供关于纵摇、偏摆、横摇及牵引装置负载的信息,且它利用一些传感器,这些传感器提供输出信号以供显示与控制。在一个实施例中,第五轮包括在立轴接纳槽相反的两侧上形成于该轮底部表面上的安装外壳,以及安装在每个上述安装外壳之内的力传感元件。每个力传感元件包括一个位于垂直挂接装置轴线前部与尾部的垂直传感器,以及一些前部的与尾部的水平力传感器。在本发明的推荐实施例中,每个传感器被安装在传感元件上,该传感元件利用弹性材料弹簧,把第五轮的板接合到力传感元件及柱塞上,该柱塞使来自上述弹性材料弹簧的力接合到力传感器本身上。

Description

力传感第五轮

本发明涉及第五轮挂接装置，该挂接装置用于接纳挂车的立轴，并有能力传感介于挂车的支承板、立轴及第五轮之间的力，本发明还涉及处理此种被传感信息的电路。

对货车挂车与货车挂接装置之间的力加以鉴定，出于各种各样的理由是有用的。此种信息例如能被用于汽车的制动系统中，从而来自传感系统的信号就能被用来防止对一个或多个车轮的过量制动，或用来调节制动以便安全地加速。另外，此种系统对于让车辆操作者改变对挂车的过量移动，例如改变纵摇、偏摆和/或有潜在危险的横摇状况，均有帮助。

正如可以理解的那样，牵引车立轴与第五轮组件之间的相互连接，提供了对于检测所涉及的大的力而言相对苛刻的环境，而且使精确的传感信息具有与被检测的力线性相关的传感器信号的尝试一直是困难的。美国专利第5286094号和第5289435号，提供了一种传感器构造及一种安装，该安装用于测量挂接连接装置上的推力与拉力。然而，提供额外的信息例如关于纵摇、偏摆及横摇的信息，以供司机用来安全地开车，才是理想的。

对于挂车与牵引车的连接之间的多轴向力的信息加以传感，是困难的，这不仅是由于装置所暴露在其下的那种环境苛刻，而且所遇到的力比较大又还迅速变化，而最终的困难在于，如何提供可以采用的来自各个传感器的线形输出信号。

本发明的系统，提供一种传感系统，它采用的多个传感器所应用的安装结构，能与第五轮的挂接装置结合为一体，而且受环境的保护，并能精确地测量沿着纵向轴线与垂直轴线的力，以便提供关于纵摇、偏摆及横摇的信息。该系统利用的一些传感器提供相对线形的电输出信号，这些信号可用来显示如产生警报这样的力，或者用来控制车辆的运行。

实施本发明的一些系统，包括第五轮，该轮具有一些形成于它的底部表面上的、在立轴接纳槽的相反两侧上的安装外壳，以及安装在每一个上述安装外壳之内的力传感元件。每个力传感元件，包括分别位于垂直挂接装置的轴线的前部与尾部的前部与尾部的传感器，以及一些前部与尾部的纵向的力传感器。有了在第五轮的左侧与右侧上的力传感元件，8个此种传感器就提供信号信息，该信息能被用来确定横摇、纵摇及偏摆的移动，这些移动是由在挂接装置上探测到的垂直的与纵向的力所派生的。

在本发明的推荐实施例中，每个传感器均安装在传感元件上，该传感元件利用一些弹性材料弹簧使第五轮的板与力传感元件结合，并利用一个柱塞使来自上述弹性材料弹簧的力与一个力传感器本身结合。该推荐实施例中的各个纵向传感器也包括一对用以对传感器预加应力的弹性材料弹簧，从而就能顺着两个方向传感各个力。也是在本发明的推荐实施例中，各个柱塞被安装在筒形小孔之内，该小孔具有弯曲的开口，使得弹性材料弹簧线形地变形而与被施了力的那个柱塞接触。

有了此种系统，就配备了力传感第五轮组件，该组件测量立轴联轴节与第五轮之间的垂直轴线与水平轴线上的各个力，并为一条电路提供能显示纵摇、偏摆及横摇的精确的信号信息，还为了使用车辆而提供垂直负载信息，以便对于安全地运行车辆加以控制。

本发明的这些以及其他性能、目的及优点，一旦参照附图阅读下面的说明，就会清楚了。

图1是本发明的第五轮组件的右侧视图；

图2是图1所示第五轮的放大的底部平面图；

图3是沿着图2中线段Ⅲ-Ⅲ截取的左侧力传感元件的放大局部横截图；

图4是图3所示传感元件的放大局部底部平面图，它是部分地去除并横截显示的；

图5是一个力传感元件的的放大的部分分解透视图；

图6是图1至4所示第五轮左部底侧的局部透视图，它是部分地去除而显示的，即去除了力传感器；

图7是图6所示结构的局部透视图，所示的该结构中安装了力传感元件；

图8是用于安装在一个力传感元件上的一个水平传感器或纵向传感器的放大的透视分解图；

图8A是纵向传感器的放大分解图，显示其安装关系；以及

图9是一条电路的区段形式电路示意图，该电路用于利用本发明的力传感系统所提供的信息。

首先参看图1至3。图中显示了实施本发明的第五轮10，它包括顶部表面12(见图1与图3)、底部表面14(见图2与图4)，以及由分别用于第五轮的左侧与右侧的分叉凸出部分18a与18b所限定的立轴接纳槽16(见图2)。左侧安装外壳20a与右侧安装外壳20b，从第五轮10的底部表面14朝下延伸，每个安装外壳基本上是相同的且它们是对称的。每个安装外壳接纳一个下文要详细说明的力传感元件70a或70b。每个安装外壳20a与20b基本上是同样的且彼此互为镜象，正如力传感元件70a与70b那样。相应地，随后是对力传感元件70a及其与第五轮10的关系的详细说明，人们明白，力传感元件70b在结构上基本上是相同的。然而，8个传感器却是被单独鉴别的，正如本发明的第五轮传感元件所提供的信号那样。

第五轮安装外壳20a(见图2至4)包括前壁22、可以延伸为第五轮10的宽度的后壁24、外壁26及内壁28。外壁26包括一个与内壁28的小孔29对齐的小孔27，用于接纳一根安装销30(见图3)，该销把第五轮10连接在固定于牵引车车架上的牵引车安装架32上。第五轮10与牵引车安装架32的连接是常规的，且采用了弹性材料连接体31，该连接体与安装销30一起，把第五轮固定在牵引车上。然而，人们明白，安装架32与第五轮10之间的力传感元件70a与70b的对接，使得在立轴与第五轮组件10之间传递的所有的力，均是通过力传感元件70a与70b而传递的。在图1与图2中，未显示立轴锁紧机构或第五轮组件的其他机构的细部，它们在美国专利第4659101号中有比较详细的说明。

在详细说明力传感元件70a(它与力传感元件70b基本上一样)之前，先来说明与图1及图2中的纵轴线Lo(见图2中的第五轮10)和横轴线La有关的本发明的系统中采用的8个传感器的位置，上述两条轴线在一条垂直轴线V处相交。第五轮组件的左侧，包括从图2与图3中看得最清楚的前部的水平或纵向传感器40与尾部的纵向传感器41。左侧传感元件70a也包括前部垂直传感器42与尾部垂直传感器43。相似地，右侧力传感元件70b包括前部纵向传感器44、尾部纵向传感器45、前部右侧垂直传感器46，以及尾部右侧垂直传感器47。这些传感器的位置及它们安装在第五轮10的安装外壳20a与20b中的情况，显示于图1至图4中。每个传感器40至47，均包括电容传感器，后一种传感器包括一对导电板，这些彼此有间隔并被安装在可压缩的风箱型组件内的导电板，包括介于导电板之间的空气及绝缘材料。电容传感器通常可以是美国专利第5286094号和第5289435号中所公开的那种类型。能够经得住此种环境下所遇到的各种能级的其他传感器，也可使用。如下文中要更详细说明的那些传递给传感器的力，使各块导电板朝着彼此移动，并彼此移离约2mm是距离，这些移动导致电容量变化，而这种变化则被用来提供电信号，以便供图9所示及下文要说明的电控制电路所用。

从图3与图5看得最清楚，每个力传感元件70a与70b，均包括一个本体75，它具有与图3所示的相似形状的安装架32相匹配的半筒形朝下形成的表面76。本体75的顶部表面74，被安置得与第五轮10的底部表面14成有间隔的关系，使4个为垫块62、63、66及67的弹性材料弹簧，被定位在形成于第五轮导电板的底部表面14上的凹槽62′与63′中，这从图3及显示左侧的图6中看得最清楚。相似地，右侧也包括一些凹槽，它们用于接纳右侧力传感元件所用的有弹性的聚合垫块弹簧。因此，在纵轴线Lo每一侧上的第五轮的横轴线La前部与尾部的弹性材料弹簧，就在第五轮导电板与力传感元件70a及70b之间，提供了对接。

在本发明的一个推荐实施例中，垂直的弹性材料弹簧，以及下文要说明的纵向弹性材料弹簧，均采用具有60个国际橡胶硬度数(IRHD)的天然橡胶制成，尽管也可采用聚氨脂或具有最小滞后作用的其他弹性材料来制造。在推荐实施例中，垂直垫块62、63、66及67的尺寸约为90mm乘70mm，厚度即从图3来看的深度约为15mm。力传感元件本体75同样包括凹槽62″与63″(见图3)，用以接纳有弹性的弹性材料垫块62与63，这两个垫块在第五轮的底部表面14与一个力传感元件的顶部表面74之间留下一个间隙，该间隙足以使那些弹性材料弹簧，由于接合着第五轮的立轴所提供的压缩垂直力而使之变形。

垂直垫块62、63与几对有间隔的筒形柱塞52、53配合，这些柱塞可滑动地在本体75的筒形小孔72中延伸，这些小孔从弹簧接纳凹槽62″与63″的底面处往下延伸，这些凹槽限定着具有浅的凹进部分77的接触面，如从图3中看得最清楚的那样，从而，例如弹簧62的底部表面62a就能变形而进入小孔72中并与柱塞52的末端接触，与施于第五轮的垂直力线形有关地移动一段距离。凹进部分77及垂直弹簧与相关的柱塞52之间的每个接触面，确保这些力被线形地转换为柱塞的运动，且与每个柱塞结合的平板52′例如为柱塞52而显示的面板52′，被传递给传感器42。传感器42与43(以及46与47)，则被安装在形成于本体75中的相关凹槽42′与43′里，从而，板12上的垂直力就被通过垫块62、63、66及67而传递，且它们的相关柱塞组合在传感器42、43、46及47上。电导线142、143、146及147(见图2与图9)使各个传感器电连接着信号处理电路200、200′，该电路处在第五轮10的被保护的底部表面14上。4个垂直传感器中的每一个，基本上都有相同的结构，与它们有关的匹配筒形小孔72、凹进部分77及各个柱塞，也是如此。

现在参看图5。水平的即纵向延伸的传感器40至43，被安装在形成于每个力传感元件70a与70b的本体75中的凹进部分90之内。传感器40被安装夹片103′(见图8A)卡住反面的槽40b(见图8与8A)而固定。夹片103′具有在所面对的板101表面上方有间隔的边缘105′，并被焊接在板101上。夹片103′包括使传感器40相对于板101及压力板50′而定位的止动片109，使得它由于一对弹性材料弹簧的作用，例如由于分别与传感器40和41相关的垫块100与102、104与106的作用，而外面对着相关的柱塞50。在图8中看不见夹片103′，且柱塞50未显示于图8A中。一对层叠连续连接的弹性材料弹簧，与每个纵向的即水平的力传感器40至43合用，以便对这些传感器预加应力，从而使加速力及减速力被4个水平传感器(在第五轮纵向轴线Lo的每一侧各有2个)中的每一个探测到。

弹性材料弹簧例如垫块100与102，被安装在朝下延伸的中间板101相反的两侧上，该板带有用于接纳柱塞50的柱塞58与59的小孔101′(见图8)。每块板101均包括一个矩形底座103，它用于接纳弹性材料弹簧或垫块，例如图5与图8所示的垫块100。凹进部分90的外壁110与112具有矩形孔111，弹性材料垫块例如安装在末端板120上的垫块102，可穿过该孔，以便接触垫块100，该垫块用于如下文所述对其相关的传感器40预加应力。

末端板22与24延伸得超出外板120与122(见图3)，并包括一些小孔，这些小孔用于在4个传感元件中每一个的前部与尾部处接纳一对有间隔的螺纹紧固件107，以便对用于4个传感元件中每一个的传感器40至43预加应力。如图4中显示得最清楚的那样，紧固件107是由板101中的螺纹小孔105可拧紧地接纳的。因此，拧紧紧固件107就挤压弹性材料弹簧即垫块100与102、104与106，且挤压4个传感元件中每一个所用的力传感元件相反一侧上对应的弹簧，以便把柱塞50偏压得与对应的传感器40至43配合而对这些传感器预加应力。弹性材料弹簧100、102、104及106也与小孔72通联，该小孔具有铃状凹进入口77′(见图3与图4)，该入口的形状相似于上文所讨论的垂直传感器的入口，从而，弹性材料弹簧挤压进小孔72里，就把从牵引车上施于挂接装置的力，转换为线形运动，该运动被传递给水平的传感器，以便提供与此对应的线形输出信号。

在本发明的推荐实施例中，围绕着每个垂直的与水平的传感器柱塞所用的对应筒形小孔72的每个凹入半径，约为2mm，从而，凹进入口的凹进部分77与77′的直径，比小孔72的直径约大4mm，该小孔是用于接纳与每个柱塞组件50相关的柱塞52的。在推荐实施例中，每个纵向弹簧100、102、104及106，其尺寸约为73mm乘36mm，厚度(在图3中为从左边到右边)约为13mm，并且是用上文讨论的垂直弹簧所用的那种材料制成的。

每个力传感元件的组装，显示于图5与图8中，把相对于弹性材料弹簧而定位的传感器及各个柱塞插入图5所示的力传感元件本体75中，然后把它安装进图6所示的矩形安装外壳20a里，在该安装外壳里，此前已安装了垂直弹簧62与63。随着力传感元件部分地安装，就把紧固件107通过小孔105而伸入组件的板101中，以便对纵向传感器40至43预加应力，使弹性材料弹簧100、102、104及106变形而进入与孔62通联的铃状凹进部分77′里，以便把柱塞50移动得与传感器40至43接合而对这些传感器预加应力，从而，使加速力与减速力能被4个纵向传感器中的每一个传感。

每个传感器40至47由导线140至147连接，这些导线由同轴导线构成，它们使每个传感器连接着对接电路200与200′，以便为每个力传感元件处理信号。也可以把一个温度传感器190，连接在第五轮的方便位置上例如连接在壁24上，如图2所示那样，并使它经由导线191而连接着至少是电路200。

对于各个传感器、传感器驱动柱塞及弹性材料弹簧的机械构造，连同它们与8个传感元件中每一个的关系，以及8个传感元件与车架下方的第五轮的关系，已经作了说明，现在，结合图9来简要说明图9所示的电路300，以及来自各个传感器的信号。

电容传感器40至47连接着电路200与200′，该电路是常规设计的，从而，回应电容量变化的电压调节振荡器使电路频率变化，该频率能被转换为代表频率的数字式信号，所以，与来自立轴而施于传感器的力有关的电容量，就在第五轮上施压。垂直传感器上的力，其范围约从0牛顿到160000牛顿，左右两侧各为80000牛顿。施于纵向传感器上的力，范围为-80000牛顿到+80000牛顿。电路200与200′由安装在第五轮底部表面上的适当电导体310连接，并连接着安装在车辆本身上的电路320。

电路320包括一个微处理器330，该微处理器通过适当的对接电路340而连接着导体310，并以常规方式经由总线355而连接着信息显示器350。微处理器330被编程，以便把用于弹性材料的任何校正信息作为温度传感器190探测到的温度的函数，并回应来自8个传感器中每一传感器的信号，以便提供左侧与右侧的垂直负载信息，该信息可以被加减，从而提供横摇移动信息。另外，通过探测前部与后部的垂直负载而使用8个信号，这些信号可以被加减，从而提供纵摇信息。4个垂直传感器被加而提供全部的垂直负载信息，同时，纵向的左侧与右侧信号可以被加减而提供偏摆信息，所有这些信息均可施于信息显示器350。这些信号也能施于牵引车控制模件360，该模件要包括一个微处理器，且通常都是由牵引车制造者配备的，目的是为了安全地使车辆及挂车减速而限制制动动作，或向司机发出表示过量纵摇、偏摆或可能要横摇的警告信号，从而使司机对听觉的或视觉的警告信号作出反应而安全地控制牵引车的挂车。

因此，有了本发明的系统，就提供了让车辆操作者使用的信号，该操作者则精确地测量顺着水平方向与垂直方向在挂车与牵引车之间延伸到立轴的垂直轴线左侧与右侧的及前部与尾部的接合力。该系统提供的各个电信号，以所知的方式，与本发明的改良力传感元件从挂车施于牵引车的力相关。

专业人员都会明白，可以在不背离权利要求书所限定的本发明的宗旨或范围的情况下，对业已说明的本发明的推荐实施例，进行各种各样的修改。

Claims (29)

1．一种力传感第五轮组件，包括：

一个第五轮，在它的底部一侧具有一个左侧凹槽和一个右侧凹槽，用以在每个凹槽中接纳力传感元件；以及

安装在每个凹槽中的一个力传感元件，每个力传感元件包括位于第五轮横向轴线前面与后面的一对垂直传感器，以及位于第五轮横向轴线前部与尾部的一对水平传感器，从而上述力传感元件提供8条力传感信息通道，用以确定相对于挂车与牵引车接合的全部的垂直负载、纵向负载、横摇、纵摇及偏摆的信息。

2．根据权利要求1所述的组件，其特征在于：每个力传感元件包括一个本体，该本体具有一些凹进部分用以接纳每个上述传感器。

3．根据权利要求2所述的组件，其特征在于：上述本体包括一些筒形小孔，用以接纳与每个传感器相关的柱塞。

4．根据权利要求3所述的组件，其特征在于：上述本体还包括一些凹进部分，用以接纳与每个传感器相关的弹性材料弹簧。

5．根据权利要求4所述的组件，其特征在于：有上述柱塞伸入其中的上述小孔，形成得带有凹进接触面，使得弹性材料弹簧线形地变形而进入上述筒形小孔中。

6．根据权利要求5所述的组件，其特征在于：上述水平传感器包括一对连续连接的弹性材料弹簧，以及一个紧固件，它对于与每个水平传感器相关的柱塞挤压地预加应力。

7．根据权利要求6所述的组件，还包括一条与上述传感器接合的电路，它用于提供信号信息，这种信息显示全部的垂直负载、横摇移动、纵摇移动、偏摆移动，以及纵向负载。

8．根据权利要求7所述的组件，还包括一个与上述电路连接的显示器，用以显示全部的垂直负载、横摇移动、纵摇移动、偏摆移动，以及纵向负载。

9．根据权利要求4所述的组件，其特征在于：上述垂直的与水平的弹性材料弹簧，包括由橡胶与聚合材料其中之一种材料所制的垫块。

10．根据权利要求9所述的组件，其特征在于：用于上述垂直传感器的上述弹簧，尺寸约为70mm乘90mm，厚度约为15mm。

11．根据权利要求10所述的组件，其特征在于：用于上述水平传感器的上述弹簧，尺寸约为36mm乘73mm，厚度约为13mm。

12．根据权利要求1所述的组件，其特征在于：上述传感器是电容传感器。

13．一种用于第五轮组件的力传感元件，包括：

一个外壳，它用于使第五轮在挂车的可安装架与第五轮之间接合；

一对垂直传感器，它们在上述外壳中位于第五轮横向轴线的前部与后部；以及

一对水平传感器，它们在上述外壳中位于第五轮横向轴线的前部与尾部，从而，上述传感器向挂车与牵引车的接合提供力传感信息。

14．根据权利要求13所述的组件，其特征在于：上述外壳包括与每个传感器相关的一些弹性材料弹簧。

15．根据权利要求14所述的组件，其特征在于：上述外壳包括一些小孔，它们用于接纳在每个传感器与一个弹性材料弹簧之间延伸的柱塞。

16．根据权利要求15所述的组件，其特征在于：有上述柱塞延伸进其中的上述小孔，具有凹进半径，使得弹性材料变形而进入上述筒形小孔中。

17．根据权利要求16所述的组件，其特征在于：上述水平传感器，包括一对连续连接的弹性材料弹簧，以及用于对上述传感器挤压地预加应力的紧固件。

18．根据权利要求17所述的组件，其特征在于：上述垂直的与水平的弹性材料弹簧，包括由橡胶与聚合材料其中之一种材料所制的垫块。

19．根据权利要求18所述的组件，其特征在于：用于上述垂直传感器的上述弹簧，尺寸约为70mm乘90mm，厚度约为15mm。

20．根据权利要求19所述的组件，其特征在于：用于上述水平传感器的上述弹簧，尺寸约为36mm乘73mm，厚度约为13mm。

21．根据权利要求20所述的组件，其特征在于：一对力传感元件，是安装在第五轮相反的两侧上而配置的。

22．一种力传感第五轮组件，包括：

一个第五轮；以及

一对安装在该第五轮相反两侧上的力传感元件，其特征在于：每个力传感元件包括一对位于第五轮横向轴线前部与后部的垂直传感器，以及一对位于第五轮横向轴线前部与后部的水平传感器，从而，上述力传感元件提供8条力传感信息通道。

23．根据权利要求22所述的组件，其特征在于：上述传感器是电容传感器。

24．根据权利要求22所述的组件，其特征在于：上述第五轮包括形成于其外侧上的一些凹槽，用以接纳上述力传感元件。

25．根据权利要求22所述的组件，其特征在于：每个力传感元件包括一个本体，它具有一些用于接纳每个上述传感器的凹进部分。

26．根据权利要求25所述的组件，其特征在于：上述本体包括一些筒形小孔，用以接纳与每个传感器相关的柱塞。

27．根据权利要求26所述的组件，其特征在于：上述本体还包括与每个传感器相关的一些弹性材料弹簧。

28．根据权利要求27所述的组件，其特征在于：上述水平传感器包括一对连续连接的弹性材料弹簧，以及一个紧固件，它对于与每个水平传感器相关的柱塞挤压地预加应力。

29．根据权利要求28所述的组件，其特征在于：上述弹性材料传感器是一些垫块，且有上述柱塞形成于其中的上述小孔，具有带着上述垫块的凹进接触面，使得弹性材料线形地变形而线形地进入上述筒形小孔中。

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