ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛА СКЛАДЫВАНИЯ И СОСТАВ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 2021 года по МПК B60D1/06 B60D1/30 B60D1/62 

Изобретение касается устройства для измерения угла складывания между тягачом и прицепом, а также состава транспортного средства, управление которым возможно в зависимости от измеренного угла складывания.

Из DE102011113191A1 известно, что в области легковых автомобилей, а также в области грузовых автомобилей часто целесообразно определять угол складывания между тягачом и принадлежащим ему прицепом. Причем этот угол складывания определяется датчиками, которые интегрированы в прицепную сцепку тягача.

EP2332750A1 раскрывает прицепную сцепку для тягача, в частности легкового автомобиля, для сцепления прицепа с тягачом. Показанная прицепная сцепка включает в себя держатель шара со сцепным шаром, который установлен с возможностью вращения в гнезде сцепки тяговой шаровой сцепки прицепа. Далее, предусмотрена сенсорная система для измерения угла складывания тяговой шаровой сцепки относительно держателя шара, которая имеет вращающееся захватное устройство. Это вращающееся захватное устройство включает в себя по меньшей мере один выступающий в положении контакта перед поверхностью шара вращающийся захватный элемент, который установлен с возможностью вращения относительно поверхности шара и имеет вращающуюся захватную поверхность, выполненную для вращающегося захватного контакта с фрикционным замыканием и/или с геометрическим замыканием /или с силовым замыканием с внутренней поверхностью гнезда сцепки.

В US 2006/0071448 A1 показано устройство для измерения угла складывания между тягачом и прицепом, а также состав транспортного средства из тягача и прицепа. Изменения угла складывания обнаруживаются посредством измерения магнитного поля. При этом датчики, в частности датчики Холла, расположены предпочтительно в выемке гнезда для шара, а магнит в отверстии сцепного шара.

В DE 10 2009 028 000 A1 показано направляющее устройство для транспортного средства с прицепом, а также устройство для измерения угла складывания между тягачом и прицепом и состав транспортного средства из тягача и прицепа.

В US 2015/0165850 A1 показан метод и система для контроля устойчивости применительно к тягачу и прицепу. Система включает в себя по меньшей мере один датчик, один вычислительный компонент, один управляющий компонент и один актуатор или, соответственно, один актуатор для тормозного устройства.

В EP 2 511 110 A1 показана прицепная сцепка, имеющая датчик. В кольцевом захватном элементе расположены несколько магнитов. Датчик обнаруживает изменения магнитного поля магнитов.

Эта сенсорная система, которая может регистрировать угол вращения указанного по меньшей мере одного вращающегося захватного элемента относительно держателя шара в плоскости измерения, выполнена сложно и включает в себя многочисленные изнашивающиеся элементы, которые при известных обстоятельствах нуждаются в техническом обслуживании. Кроме того, угловое отклонение может регистрироваться только со стороны держателя шара и, таким образом, только со стороны тягача. Кроме того, контактирование вращающегося захватного элемента требует прецизионного изготовления элементов шарнира или, соответственно, частей устройства прицепной сцепки. При этом существует опасность, что движение следования вращающегося захватного элемента при сотрясениях прицепной сцепки будет осуществляться не прецизионным образом.

Далее, следует учитывать, что вдоль приводимого во вращение вращающегося захватного элемента в измерительное устройство может проникать вода и повреждать части устройства. Кроме того, следует учитывать, чтобы вращающийся захватный элемент безупречно работал в широком диапазоне температуры, например, от минус 20°C до плюс 40°C, и замерзающая вода или влага не оказывала негативного влияния на измерительное устройство, что связано с соответствующими издержками.

На измерение могут также влиять движения качания, т.е. взаимный наклон тягача и прицепа, например, при движении по дороге, проходящей волнообразно, но без изменения направления, или осевые скручивания, т.е. взаимное скручивание прицепа и тягача вокруг одной общей продольной оси, например, при движении по дороге, имеющей выбоины. Поэтому движение качания или осевое скручивание может ошибочно сигнализироваться как изменение угла, которое возникает обычно только при движении на повороте.

DE102010045519A1 раскрывает прицепную сцепку для тягача, включающую в себя соединенный без возможности вращения с тягачом сцепной шар для присоединения гнезда сцепки прицепа, а также кольцо сцепки и датчик. Кольцо сцепки установлено с возможностью вращения в окружном зазоре сцепного шара таким образом, что оно выдается из сцепного шара, так что при присоединении гнезда сцепки к сцепному шару сцепное кольцо находится во взаимодействии с гнездом сцепки таким образом, что кольцо сцепки вращается относительно сцепного шара на некоторый угол вращения, который соответствует изменению угла складывания между прицепом и тягачом. Датчик выполнен для измерения этого угла складывания.

И в этом варианте осуществления прицепной сцепки получаются уже названные недостатки. В частности, подвижные части устройства должны изготавливаться и устанавливаться прецизионным образом с соответствующими издержками. Движение следования кольца сцепки при плохом контактировании, загрязнении или коррозии не обеспечено. Кроме того, кольцо сцепки может заедать в случае воздействия на него различных вращающих моментов или в случае возникновения температурных расширении. В случае, если при изменении угла вращения или, соответственно, угла складывания одновременно возникает изменение угла наклона или осевое скручивание, кольцо сцепки может при известных обстоятельствах блокироваться, так что регистрация изменения угла складывания невозможна. Далее, кольцо сцепки могут блокировать замерзающая сырость или влага, а также проникающее загрязнение. И в этом случае получаются относительно высокие издержки технического обслуживания.

Поэтому в основе настоящего изобретения лежит задача, предложить улучшенное устройство для измерения угла складывания между тягачом и прицепом. Далее, должен быть предложен состав транспортного средства, управление которым возможно в зависимости от измеренного угла складывания.

Измерительное устройство должно быть выполнено просто и при небольших издержках и обладать возможностью интегрирования в прицепную сцепку без дополнительно занимаемого пространства. При изготовлении частей измерительного устройства не должна быть необходима повышенная прецизионность. Должна иметься возможность подводить найденные измерительные сигналы при небольших издержках либо к тягачу, либо к прицепу.

Должна иметься возможность прецизионного измерения угла складывания или, соответственно, угла вращения между тягачом и прицепом независимо от возникающих движений качания и скручиваний вокруг продольной оси. В частности, должна также иметься возможность прецизионного измерения угла складывания, когда на прицепную сцепку воздействуют удары и сотрясения.

При этом измерительное устройство должно быть невосприимчиво к внешним воздействиям, таким как механические воздействия, изменения температуры, коррозия или сырость. Измерительное устройство должно быть механически прочным и не требующим технического обслуживания.

Кроме того, измерительное устройство должно бесперебойно давать надежные и свободные от помех сигналы, которые могут предпочтительно обрабатываться для управления прицепом.

Управление транспортным средством, в частности прицепом, должно предпочтительно влиять на его ходовые характеристики. В частности, должны повышаться точность держания колеи и устойчивость движения по ровной дороге или по труднопроходимой местности.

Эта задача решается с помощью измерительного устройства и состава транспортного средства, которые имеют признаки, указанные в п.1 или, соответственно 13 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения указаны в других пунктах формулы изобретения.

Измерительное устройство для измерения угла складывания между тягачом, который имеет продольную ось, и прицепом, который имеет продольную ось, включает в себя прицепную сцепку, причем эта прицепная сцепка включает в себя сцепной шар, гнездо для шара, служащее для размещения сцепного шара, а также по меньшей мере один магнитный датчик.

В соответствии с изобретением цепной шар имеет отверстие шара, причем в этом отверстии шара установлен магнит. Гнездо для шара имеет выемку, причем в этой выемке установлен указанный по меньшей мере один магнитный датчик, при этом магнитным датчиком регистрируются изменения созданного магнитом магнитного поля.

Магнит может особенно предпочтительно представлять собой постоянный магнит.

Альтернативно магнит может представляет собой электромагнит.

Предлагаемое изобретением измерительное устройство может предпочтительно полностью интегрироваться в прицепную сцепку. Измерительное устройство не требует контактирования между частями устройства прицепной сцепки и частями измерительного устройства, поэтому названные части устройств не подвержены механической нагрузке и износу. К тому же части измерительного устройства могут располагаться в отверстиях или выемках прицепной сцепки, плотно закрываясь, так что измерительное устройство невосприимчиво к проникновению грязи или влаги. Далее, температурные расширения абсолютно некритичны. Можно обойтись совсем без контактных элементов, поэтому внешние воздействия на измерительное устройство некритичны. Поэтому предлагаемое изобретением измерительное устройство или, соответственно, прицепная сцепка, имеющая это измерительное устройство, практически не требуют технического обслуживания и не имеют нарушений эксплуатации даже при неблагоприятных условиях эксплуатации.

Измерительное устройство дает непрерывный или, соответственно, плавный измерительный сигнал, который прецизионным образом соответствует размеру угла складывания. Поэтому измерительный сигнал может использоваться для управления и регулирования, при этом удается избежать скачкообразных и дискретных характеристик. Поэтому необходимое управление или регулирование может осуществляться практически без запаздываний.

Посредством стандартных магнитных датчиков, в частности датчиков Холла, могут получаться надежные и свободные от помех измерительные сигналы в более широком диапазоне напряжения, например, 0 В-5 В.

Например, применяется датчик Холла, тип S12-AH-RGCD3, фирмы Sensor Solutions Corporation, Steamboat Springs, Колорадо, CO 80487. Этот датчик Холла работает с рабочим напряжением в пределах от 8 В до 30 В и имеет корпус их нержавеющей стали, который снабжен наружной резьбой. Поэтому этот датчик Холла может ввертываться в выемку или гнездовое отверстие. Датчик Холла дает аналоговый выходной сигнал, который изменяется в зависимости от силы магнитного поля перпендикулярно торцевой стороне датчика Холла. Выходное напряжение предпочтительно пропорционально предпочтительно регулируемому рабочему напряжению. Магнитные поля от -1000 Гауссов до +1000 Гауссов измеримы. В случае отсутствия магнитного поля датчик Холла дает выходное напряжение 2,5 В. При изменениях поля осуществляется изменение входного напряжения в 2,5 мВ на Гаусс. Поэтому выходное напряжение, в зависимости от величины и полярности приложенного магнитного поля, может изменяться от 0 В до 5 В.

Вместо аналоговых магнитных датчиков или, соответственно, датчиков Холла, применимы также магнитные датчики или, соответственно, датчики Холла, которые выдают цифровой выходной сигнал, изменяющийся предпочтительно пропорционально приложенному магнитному полю. Например, магнитный датчик может выдавать широтно-импульсно модулированный прямоугольный сигнал, скважность импульсов которого изменяется между экстремумами. Далее, магнитный датчик может проводным или беспроводным способом поддерживать связь с блоком управления.

Служащее для помещения магнита отверстие шара представляет собой сверление, причем это сверление проходит через весь сцепной шар или его отдельную часть. Поэтому сверление может пронизывать весь сцепной шар или его отдельную часть. Если сверление выполняется в сцепном шаре только с одной стороны, возможен более простой монтаж магнита. Если отверстие шара или, соответственно, сверление шара пронизывает весь сцепной шар и с обеих сторон закрывается одинаковым материалом, при эксплуатации измерительного устройства может достигаться полная симметрия, т.е. выходной сигнал магнитного датчика изменяется независимо от направления вращения.

Сверление может быть, в частности, цилиндрическим.

Магнит может быть, в частности, цилиндрическим.

Предпочтительно магнит имеет наружную резьбу, так что он может ввертываться в сцепной шар до некоторого предусмотренного положения или до упора. Отверстие шара в этом случае снабжено соответствующей ему внутренней резьбой.

Альтернативно или дополнительно внутри отверстия шара может предусматриваться наполнитель, в частности такой, как масса, смола или клей, который держит магниты и/или уплотняет отверстие шара с одной стороны или с двух сторон. Наполнитель может также иметь ферромагнитные элементы.

Размеры магнитов, а также их положение внутри отверстия шара выбраны, в частности, таким образом, что между полюсами магнита и наружной поверхностью сцепного шара остается пространство. Поэтому концы магнита могут быть расположены на расстоянии от наружной поверхности сцепного шара. В частности, размеры магнита, а также его положение внутри отверстия шара выбраны таким образом, что магнитное поле распространяется в области воздушного зазора между наружной поверхностью сцепного шара и внутренней поверхностью гнезда для шара и может регистрироваться указанным по меньшей мере одним магнитным датчиком, имеющим высокую силу поля.

В предпочтительных вариантах осуществления могут быть предусмотрены два магнитных датчика, которые расположены каждый в одной выемке гнезда для шара.

В частности, эти два магнитных датчика могут лежать на противоположных сторонах магнита диаметрально противоположно. Поэтому выходные сигналы двух магнитных датчиков могут сравниваться друг с другом для контроля исправного состояния измерительного устройства. Для этого выходной сигнал одного из магнитных датчиков может инвертироваться, после чего разность выходных сигналов двух магнитных датчиков сравнивается с некоторым пороговым значением. Если это пороговое значение превышается, может инициироваться сигнал тревоги, который сигнализирует о неисправности, например, выходе из строя одного из магнитных датчиков.

Эти два магнитных датчика могут также составлять угол 90°C, так чтобы подавались различные сигналы.

Предлагаемое изобретением измерительное устройство позволяет уже в простейшем варианте осуществления, имеющем только один магнит и только один магнитный датчик, получать практически всю необходимую информацию относительно имеющегося угла складывания. Однако могут применяться дополнительные магниты и дополнительные магнитные датчики для прецизионной регистрации, наряду с углом складывания, других движений прицепной сцепки. Ниже показывается, что при надлежащем расположении магнита и магнитного датчика удается достичь для разных движений частей устройства прицепной сцепки выходного сигнала магнитного датчика, который зависим практически исключительно от изменений угла складывания.

Для этого магнит в одном из предпочтительных вариантов осуществления своей продольной осью, причем эта продольная ось проходит между магнитными полюсами магнита, ориентирован параллельно продольной оси транспортного средства, нормальным образом тягача, с которым, в частности, жестко соединен сцепной шар.

Магнит предпочтительно расположен таким образом, что средняя точка, предпочтительно магнитная средняя точка магнита и задающая центр вращения средняя точка шарнира прицепной сцепки имеют по меньшей мере приблизительно одно и то же положение. Таким образом гарантировано, что изменения выходного напряжения магнитного датчика будут происходить практически пропорционально измерениям угла складывания.

Чтобы линии созданного магнитом магнитного поля проходили по существу вне сцепного шара, этот шар предпочтительно изготовлен из диамагнитного или парамагнитного материала. Предпочтительно применяется материал, коэффициент μ_r пропускания которого меньше 10, особенно предпочтительно меньше 1.

Предпочтительно сцепной шар изготовлен из высококачественной стали. Например, применяется материал, который также применяется для изготовления корпуса магнитного датчика. Высококачественная сталь может, в частности, представлять собой хромоникелевый сплав.

Гнездо для шара может изготавливаться из того же самого материала, что и сцепной шар, или же их традиционных материалов. При этом могут применяться традиционные гнезда для шара.

Для оптимального нахождения угла складывания гнездо для шара имеет предпочтительно выемку, продольная ось которой, и вместе с тем продольная ось магнитного датчика, ориентирована радиально к средней точке сцепного шара, к магнитной средней точке магнита или к средней точке шарнира прицепной сцепки и перпендикулярно продольной оси магнита.

Выемка может быть, в частности, цилиндрической.

Особенно предпочтительно указанный по меньшей мере один магнитный датчик расположен таким образом, что при коаксиальной ориентации продольных осей тягача и прицепа магнитный датчик лежит, будучи удален приблизительно на одинаковое расстояние от двух полюсов магнита. Тогда магнитный датчик может быть расположен, в частности, в плоскости экватора магнита. При этом расположении магнитного датчика и ориентации магнита коаксиально продольной оси соединенного с ним прицепа или тягача магнитный датчик при отсутствии угла складывания лежит точно на экваторе магнитного поля. Поэтому при вращении магнита и вместе с тем соответствующем вращении сцепного шара магнитный датчик движется по экватору магнитного поля без обнаружения его изменения. Если магнит и вместе с ним сцепной шар, напротив, вращается в плоскости, которая проходит перпендикулярно продольной оси или, соответственно, оси измерения магнитного датчика, то измерительный датчик остается в одном и том же месте экватора магнитного поля, поэтому и в этом случае изменение поля не обнаруживается. При этом предпочтительном варианте осуществления измерительного устройства или, соответственно, выполненной в соответствии с изобретением прицепной сцепки сцепной шар и гнездо для шара могут, таким образом, вращаться друг относительно друга в двух разных плоскостях без изменения выходного сигнала магнитного датчика.

В одном из предлагаемых изобретением составов транспортного средства, включающем в себя тягач и прицеп, оснащенном предлагаемым изобретением измерительным устройством, предусмотрен соединенный с указанным по меньшей мере одним магнитным датчиком блок управления, в котором выходные сигналы магнитного датчика обрабатываются с помощью управляющей программы, чтобы в зависимости от измеренного угла складывания активировать по меньшей мере один актуатор, который посредством узла передачи связан с колесами тягача и/или прицепа и/или соединенными с ними устройствами. Поэтому в зависимости от измеренного угла складывания можно предпочтительно влиять на ходовые характеристики транспортного средства.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления, в частности прицепа, по меньшей мере одна пара колес тягача и/или прицепа навешена с возможностью направления и может управляться посредством указанного по меньшей мере одного актуатора.

В частности, управление углом поворота колес может осуществляться посредством управляющей программы в зависимости от измеренного угла складывания соответственно по меньшей мере одному, в частности выраженному в виде коэффициента пропорциональности или кривой управления номинальному значению таким образом, чтобы колеса прицепа и колеса тягача проходили в одной колее, или транспортное средство удерживалось в одной предусмотренной колее.

В другом предпочтительном варианте осуществления по меньшей мере одно из колес прицепа укомплектовано индивидуально приводимым в действие тормозным устройством, причем управление этим тормозным устройством возможно посредством указанного по меньшей мере одного актуатора. Благодаря этому прицеп может стабилизироваться, а угол складывания при необходимости уменьшаться.

В частности, управление тормозным устройством возможно посредством управляющей программы в зависимости от измеренного угла складывания соответственно по меньшей мере одному, в частности выраженному в виде коэффициента пропорциональности или кривой управления номинальному значению таким образом, чтобы оказывалось противодействие отклонению в направлении управляемого колеса.

Поэтому посредством предлагаемого изобретением измерительного устройства и принадлежащего ему устройства управления могут оптимизироваться и стабилизироваться ходовые характеристики состава транспортного средства.

Ниже изобретение поясняется подробнее с помощью чертежей. При этом показано:

фиг.1a: предлагаемое изобретением измерительное устройство для измерения угла складывания, с прицепной сцепкой 9, которая включает в себя сцепной шар 21 и гнездо 11 для шара;

фиг.1b: устройство с фиг.1a, показанное с другой стороны, имеющее магнитный датчик 4, посредством которого при вращении сцепного шара 21 могут измеряться изменения магнитного поля, которое создается магнитом 3 (см. фиг.3a), заделанным в сцепной шар 21;

фиг.1c: предлагаемый изобретением прицеп 1, который с помощью прицепной сцепки 9 в соответствии с фиг.1a соединен со схематично показанным в виде стрелки тягачом 2;

фиг.2: измерительное устройство с фиг.1a, схематично показанное в одном из предпочтительных вариантов осуществления, со сцепным шаром 21, в котором расположен цилиндрический магнит 3, и с гнездом 11 для шара, в котором опционально расположены два магнитных датчика 4A, 4B, выходные сигналы которых передаются устройству 12 управления прицепа 1;

фиг.3a: продольное сечение измерительного устройства и прицепной сцепки 9 по линии A-A сечения с фиг.1b при взгляде на плоскость e_N наклона, в которой сцепной шар 21 может вращаться относительно гнезда 11 для шара без изменения расстояния между полюсами S, N магнита и магнитным датчиком 4;

фиг.3b: поперечное сечение измерительного устройства и прицепной сцепки 9 по линии B-B с фиг.1b сечения при взгляде на плоскость e_T скручивания, в которой сцепной шар 21 может вращаться относительно гнезда 11 для шара без изменения расстояния между полюсами S, N магнита и магнитным датчиком 4;

фиг.3c: поперечное сечение измерительного устройства и прицепной сцепки 9 по линии C-C сечения с фиг.1a, при взгляде на плоскость e_K вращения, в которой сцепной шар 21 может вращаться относительно гнезда 11 для шара, при этом расстояние между полюсами S, N магнита и магнитным датчиком 4 изменяется, и получающийся при этом вращении угол складывания может регистрироваться; и

фиг.4: прицеп 1 и схематично показанный в виде стрелки тягач 2 с фиг.1c, которые своими продольными осями x_T и x_Z составляют угол w_K складывания.

На фиг.1a показано предлагаемое изобретением измерительное устройство для измерения угла складывания, с прицепной сцепкой 9, которая включает в себя удерживаемый держателем 29 шара сцепной шар 21 и удерживаемое держателем 19 гнезда гнездо для шара 11. Прицепные сцепки 9 этого вида, которые, например, изготавливаются Scharmüller GmbH & CoKG, AT-4892 Форнах, например, прицепная сцепка K 80, позволяют шарнирно соединять друг с другом любые тягачи и прицепы.

На фиг. 1b показано устройство с фиг.1a другой стороны, имеющее вставленный в гнездо 11 для шара магнитный датчик 4, посредством которого при вращении сцепного шара 21 или сцепного гнезда 11 могут измеряться изменения магнитного поля, которое создается схематично показанным магнитом 3, заделанным в сцепной шар 21. Магнитный датчик 4, который удерживается в выемке 10 гнезда 11 для шара, как наглядно показано на фиг.3b, представляет собой, например, датчик Холла вышеназванного типа S12-AH-RGCD3.

Как показано в качестве примера на фиг.1c и фиг.4, гнездо 11 для шара жестко соединено с прицепом 1, а сцепной шар 21 вместе с держателем 29 шара - с тягачом. На чертеже показаны продольные оси x_Z и x_T тягача 2 и прицепа 1, которые при движении состава транспортного средства по ровной и прямой дороге ориентированы по меньшей мере приблизительно коаксиально друг другу. При движении по ровной, но проходящей по кривой дороге изменяется только угол w_K складывания соответственно радиусу кривой, как это показано на фиг.4. Т.е. осуществляется вращение частей прицепной сцепки 9 в горизонтальной плоскости. При движении по прямой дороге, подъем которой изменяется, изменяется угол наклона, т.е. осуществляется вращение частей прицепной сцепки 9 в вертикальной плоскости. При движении по прямо проходящей дороге без изменений подъема, которая, однако, имеет периодически неровности, например, выбоины, осуществляется в отдельных случаях взаимное осевое вращение частей прицепной сцепки 9. Часто описанные вращения прицепной сцепки 9 возникают в комбинации.

В показанном предпочтительном варианте осуществления предлагаемого изобретением измерительного устройства изменения магнитного поля создаются только тогда, когда возникает изменение угла складывания прицепной сцепки. Вращения прицепной сцепки вокруг ее продольной оси или взаимные наклоны частей прицепной сцепки при изменении подъема остаются предпочтительно без влияния на магнитный датчик и его выходной сигнал. Однако эти не учитываемые в измерительном устройстве движения могут аналогичным образом регистрироваться с помощью дополнительно инсталлированных магнитов 3 и магнитных датчиков 4, в случае если это желательно.

Измеренный угол складывания или, соответственно, выходной сигнал магнитного датчика 4 может предпочтительно оцениваться и использоваться в тягаче 2 или в прицепе 1 разным образом. В тягаче могут, например, отображаться ненормальные изменения угла складывания, например, для сигнализации водителю на дисплее о нежелательном характере движения. В прицепе 1 выходной сигнал магнитного датчика 4 может использоваться для управления колесами 16 соответственно измеренному углу w_K складывания. Как показано на фиг.4, оба колеса прицепа 1 поворачиваются на угол w_S управления. При этом управлении прицеп 1 точно следует колее тягача 2. В частности, при чрезмерных изменениях угла w_K складывания можно также предпочтительно воздействовать на тормоза, которыми индивидуально укомплектованы колеса 16.

Для этого у прицепа 1 на шасси 18 предусмотрено устройство 12 управления, в котором выходной сигнал магнитного датчика 4 обрабатывается посредством программы-приложения 121, как наглядно изображено на фиг.2, и соответствующие управляющие сигналы подаются по меньшей мере одному актуатору или, соответственно, актуатору 13, который посредством линий 14 передачи, электрических или гидравлических линий или тяг воздействует на механические или электрические устройства, предусмотренные для индивидуального или попарного торможения или управления колесами. Как упомянуто, предлагаемое изобретением решение может применяться в различных транспортных средствах, имеющих различные технические системы, влияние на которые возможно предпочтительно в зависимости от измеренного угла складывания.

На фиг.2 показано измерительное устройство с фиг.1a на схематичном изображении со сцепным шаром 21, в котором расположен цилиндрический магнит 3, и с гнездом 11 для шара, в котором опционально расположены два магнитных датчика 4A, 4B, выходные сигналы которых передаются по измерительным линиям 40A, 40B устройству 12 управления прицепа 1. Благодаря применению двух магнитных датчиков 4A, 4B измерение угла w_K складывания осуществляется редундантно. При выходе из строя магнитного датчика 4A или 4B могут использоваться выходные сигналы другого датчика 4B или 4A. Предпочтительно может также выполняться сравнение выходных сигналов двух магнитных датчиков 4A, 4B для проверки состояния измерительного устройства.

Показано, что магнит 3 выполнен цилиндрическим и имеет два полюса S, N, которые пронизываются продольной осью x_ML магнита 3. Условно на чертеже показана также плоскость e_ME экватора магнитного поля, которая проходит перпендикулярно продольной оси x_ML магнита 3 и через среднюю точку 3M между двумя полюсами S, N магнита 3.

При имеющемся угле складывания продольная ось x_ML магнита 3 проходит коаксиально продольным осям цилиндрических магнитных датчиков 4A, 4B. При этом первым магнитным датчиком 4A выдается напряжение 5 В, а вторым магнитным датчиком 4B - напряжение 0 В. Эта ориентация магнитов 3 имеется предпочтительно после взаимного вращения сцепного шара 21 и гнезда 11 для шара на 90°.

На фиг.3a, 3b и 3c, на которых в схематичном изображении показаны сцепной шар 21 и гнездо 11 для шара, продольные оси x_Z и x_T тягача 2 и прицепа 1 ориентированы коаксиально друг другу.

На фиг.3 показано продольное сечение измерительного устройства и прицепной сцепки 9 по линии A-A сечения с фиг.1b при взгляде на плоскость e_N наклона, в которой сцепной шар 21 может вращаться относительно гнезда 11 для шара без изменения расстояния между полюсами S, N магнита и магнитным датчиком 4.

На фиг.3a показано, что сцепной шар 21 имеет цилиндрическое отверстие 20 шара, в котором установлен цилиндрический магнит 3. Отверстие 20 шара представляет собой сверление, которое проходит через весь сцепной шар 21 или его отдельную часть. Если отверстие 20 шара закрыто с одной стороны, то магнит 3 может вдвигаться в сцепной шар 21 до упора. Если отверстие 20 шара пронизывает весь сцепной шар 21, магнит 3 предпочтительно вставляется до тех пор, пока средняя точка магнита 3 не будет лежать в средней точке сцепного шара 21. Как упомянуто, магнит 3 и отверстие 20 шара может быть снабжено резьбовыми элементами, которые позволяют ввертывать магнит 3 до желаемого положения. Альтернативно или дополнительно оставшееся пространство рядом с полюсами S, N магнита 3 может наполняться наполнителем 6, таким как заливочная масса, смола или клей, для фиксации магнита 3 и плотного закрытия отверстия 20 шара с одной стороны или с обеих сторон.

Как показано, предпочтительно выбирается магнит 3, который не полностью заполняет отверстие 20 шара в направлении продольной оси. Тем самым предотвращается вход линий 30 магнитного поля глубоко в металлическое гнездо 11 для шара и нежелательное изменение магнитного поля. Предпочтительно также предотвращается короткое замыкание линий 30 магнитного поля внутри сцепного шара 21 и невозможность их входа из сцепного шара 21. Для этого сцепной шар 21 предпочтительно изготавливается из диамагнитного или парамагнитного материала, который имеет низкий коэффициент μ_r пропускания.

Магнит 3 заделан в сцепной шар 21 таким образом, что его продольная ось x_ML проходит коаксиально или осепараллельно продольной оси x_Z тягача 2. Магнитный датчик 4 своей продольной осью x_S ориентирован перпендикулярно продольной оси x_ML магнита 3. Предпочтительно продольная ось x_S или, соответственно, ось измерения магнитного датчика 4 лежит в плоскости e_ME экватора магнита 3 и проходит через его магнитную среднюю точку 3M, как наглядно изображено на фиг.2.

В этом среднем положении применяемый датчик 4 Холла выдает среднее напряжение 2,5 В. Если сцепной шар 21 вращается в плоскости сечения или, соответственно, плоскости e_N наклона относительно гнезда 11 для шара, то магнитный датчик 4 остается ориентированным на одну и ту же точку экватора. Поэтому выходное напряжение магнитного датчика 4 при этом вращении не изменяется. Когда сцепной шар 21 вместе с магнитом 3 вращается вокруг общей продольной оси x_ML или, соответственно, x_Z, то магнитный датчик 4 проходит по экватору магнитного поля, из-за чего и в этом случае не возникает изменение выходного напряжения магнитного датчика 4.

На фиг.3b показано поперечное сечение измерительного устройства и прицепной сцепки 9 по линии B-B с фиг.1b сечения при взгляде на плоскость e_T скручивания, в которой сцепной шар 21 может вращаться относительно гнезда 11 для шара без изменения расстояния между полюсами S, N магнита и магнитным датчиком 4. Когда сцепной шар 21 вместе с магнитом 3 вращается вокруг общей продольной оси x_ML или, соответственно, x_Z или, соответственно, когда сцепной шар 21 вращается относительно гнезда 11 для шара в плоскости e_T скручивания, то магнитный датчик 4 проходит по экватору магнитного поля, поэтому и в этом случае изменение поля не регистрируется, и не возникает изменение выходного напряжения магнитного датчика 4.

На фиг.3c показано поперечное сечение измерительного устройства и прицепной сцепки 9 по линии C-C сечения с фиг.1a, при взгляде на плоскость e_K вращения, в которой сцепной шар 21 может вращаться относительно гнезда 11 для шара, при этом изменяется расстояние между полюсами S, N магнита и магнитным датчиком 4, и получающийся при этом вращении угол w_K складывания может измеряться. Если вращение сцепного шара 21 осуществляется на +90°, то северный полюс N лежит напротив магнитного датчика 4, который выдает напряжение 0 В. Если вращение сцепного шара 21 осуществляется на -90°, то южный полюс S лежит напротив магнитного датчика 4, который выдает напряжение 5 В. Таким образом могут непрерывно регистрироваться углы складывания от +90° до -90°.

На фиг.4 показан прицеп 1 и схематично показанный в виде стрелки тягач с фиг.1c, которые своими продольными осями x_T и x_Z составляют угол w_K складывания, соответственно которому колеса 16 были повернуты на угол w_S управления. Этот угол w_S управления был выбран таким образом, чтобы прицеп 1 следовал колее тягача 2. К углу w_S управления может также добавляться сдвиг или, соответственно, отклонение, которое предусматривается на наклонной местности или при повышенной скорости для компенсации боковых смещений. При этом колеса 16 прицепа 1 снабжены подвеской 15 колес для направляемых колес, которая, например, описана в EP0193796A1. Альтернативно или дополнительно каждое колесо 16 может быть укомплектовано тормозным устройством 17, которое может активироваться с помощью устройства 12 управления, а также актуатора 13 и линии 14 передачи.

Группа изобретений относится к устройству для измерения угла складывания между тягачом и прицепом. Состав транспортного средства включает в себя тягач (2) и прицеп (1), имеющий измерительное устройство для измерения угла (w_K) складывания между тягачом и прицепом (1), имеющим прицепную сцепку (9). Прицепная сцепка (9) включает в себя сцепной шар (21), гнездо (11) для шара и магнитный датчик (4; 4A, 4B). Сцепной шар (21) имеет отверстие (20) шара, в котором установлен магнит (3), соединенный с блоком (12) управления. Гнездо (11) для шара имеет выемку (10), в которой установлен магнитный датчик (4; 4A, 4B). Магнитным датчиком (4; 4A, 4B) регистрируются изменения созданного магнитом (3) магнитного поля (30). В зависимости от измеренного угла (w_K) складывания может активироваться актуатор (13), который посредством узла (14) силовой передачи связан с колесами (16) тягача (2) и/или прицепа (1) или соединенными с ними тормозными устройствами. Достигается повышение точности измерения угла складывания между тягачом и прицепом. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Измерительное устройство для измерения угла (w_K) складывания между тягачом (2), который имеет продольную ось (x_Z), и прицепом (1), который имеет продольную ось (x_T), имеющим прицепную сцепку (9), причем прицепная сцепка (9) включает в себя сцепной шар (21), гнездо (11) для шара, служащее для размещения сцепного шара (21), а также по меньшей мере один магнитный датчик (4; 4A, 4B), причем сцепной шар (21) имеет отверстие (20) шара, причем в отверстии (20) шара установлен магнит (3), причем гнездо (11) для шара имеет выемку (10), причем в выемке (10) установлен указанный по меньшей мере один магнитный датчик (4; 4A, 4B), причем магнитным датчиком (4; 4A, 4B) регистрируются изменения созданного магнитом (3) магнитного поля (30), отличающееся тем, что для измерения угла складывания независимо от возникающих движений качания и скручиваний вокруг продольной оси (x_Z, x_T) средняя точка (3M) магнита (3) и задающая центр вращения средняя точка (21M) шарнира прицепной сцепки (9) имеют по меньшей мере приблизительно одно и то же положение.

2. Измерительное устройство по п.1, отличающееся тем, что отверстие (20) шара представляет собой сверление, причем это сверление проходит полностью или частично через сцепной шар (21), и/или выемка (10) представляет собой сверление.

3. Измерительное устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что магнит (3) своей продольной осью (x_ML), причем эта продольная ось (x_ML) проходит между полюсами (N, S) магнита, ориентирован параллельно продольной оси (x_Z) тягача (2).

4. Измерительное устройство по одному из пп.1-3, отличающееся тем, что размеры магнита (3), а также его положение внутри отверстия (20) шара выбраны таким образом, что между полюсами (N, S) магнита (3) и наружной поверхностью (25) сцепного шара (21) остается пространство.

5. Измерительное устройство по одному из пп.1-4, отличающееся тем, что магнит (3) и отверстие (20) шара имеют соответствующие друг другу резьбовые элементы, так что магнит (3) может ввертываться в отверстие (20) шара, и/или что внутри отверстия (20) шара предусмотрен наполнитель (6), который удерживает магнит (3) и/или уплотняет отверстие (20) шара.

6. Измерительное устройство по одному из пп.1-5, отличающееся тем, что сцепной шар (21) состоит из диамагнитного или парамагнитного материала.

7. Измерительное устройство по одному из пп.1-6, отличающееся тем, что сцепной шар (21) и/или гнездо (11) для шара состоит из высококачественной стали.

8. Измерительное устройство по одному из пп.1-7, отличающееся тем, что выемка (10) гнезда (11) для шара имеет продольную ось, которая проходит радиально к средней точке сцепного шара (21).

9. Измерительное устройство по одному из пп.1-8, отличающееся тем, что указанный по меньшей мере один магнитный датчик (4; 4A, 4B) расположен таким образом, что при коаксиальной ориентации продольных осей (x_Z, x_T) тягача (2) и прицепа (1) он приблизительно равноудален от обоих полюсов (N, S) магнита (3).

10. Измерительное устройство по одному из пп.1-9, отличающееся тем, что предусмотрены два магнитных датчика (4A, 4B), которые расположены каждый соответственно в одной выемке (10) гнезда (11) для шара.

11. Измерительное устройство по одному из пп.1-10, отличающееся тем, что указанный по меньшей мере один магнитный датчик (4; 4A, 4B) представляет собой датчик Холла.

12. Состав транспортного средства, включающий в себя тягач (2) и прицеп (1), имеющий измерительное устройство по одному из пп.1-11, отличающийся тем, что указанный по меньшей мере один магнитный датчик (4; 4A, 4B) соединен с блоком (12) управления, причем в блоке (12) управления с помощью управляющей программы (121) могут обрабатываться выходные сигналы магнитного датчика (4; 4A, 4B), и в зависимости от измеренного угла (w_K) складывания может активироваться по меньшей мере один актуатор (13), и причем актуатор (13) посредством узла (14) силовой передачи связан с колесами (16) тягача (2) и/или прицепа (1) или соединенными с ними тормозными устройствами.

13. Состав транспортного средства по п.12, отличающийся тем, что по меньшей мере одна пара колес (16) тягача (2) и/или прицепа (1) навешена с возможностью направления и может управляться посредством указанного по меньшей мере одного актуатора (13).

14. Состав транспортного средства по п.12 или 13, отличающийся тем, что по меньшей мере с одним из колес (16) прицепа (1) соотнесено индивидуально приводимое в действие тормозное устройство, причем тормозное устройство выполнено с возможностью управления посредством указанного по меньшей мере одного актуатора (13).