高度控制系統及其傳感器的製作方法
2023-05-10 19:12:11
專利名稱：高度控制系統及其傳感器的製作方法
相關申請本申請要求於2000年5月25日申請的美國臨時專利申請60/208,426的優先權利。
現有的尾臂懸架利用機械高度控制閥門控制壓縮空氣進入和排出氣袋。該高度控制閥門包括一個和車輛上的壓縮空氣源氣體耦合的進氣口，一個和該氣袋氣袋耦合的氣袋口，以及一個和大氣氣體耦合的排氣口。一個致動臂從該高度控制閥延伸並且通常通過一個長度可調的杆與該尾臂懸架可操作地耦合。尾臂的轉動相應地移動該高度控制閥的臂。高度控制閥的該臂移動該高度控制閥內的一個內部閥以便或者使壓縮空氣口氣體地和氣墊口連接或者使氣墊口與排氣口氣體地連接，從而分別對氣袋引入或者排出壓縮空氣。典型地，通過調整和該尾臂連接的該杆的長度到該高度控制閥的致動臂的高度來實現對這種類型的機械高度控制閥的車輛行駛高度設定。
該現有系統的一個缺點是，在尾臂懸架的常規操作期間或者由於在該懸架上工作的技工，其機件受到損壞。如果連接杆或者高度控制閥的轉動臂彎曲，則會改變高度控制閥門的預置行駛高度並且負面地影響懸架的操作。另外，如果在一持續的時間，通常大於24小時，未被使用，該高度控制閥會「凍結」在它的當前位置，造成在復原該高度控制閥門的負責部件之前該高度控制閥不能正確地操作。
需要一種對於會降低現有的用於高度控制閥的機械傳感器的性能的不利環境不那麼敏感的尾臂懸架和高度控制傳感器。
設置一個傳感器以監視該尾臂相對於預先確定的或基準的行駛高度的位置改變並且確定車輛行駛高度所需的改變(若有的話)以使行駛高度回到該基準行駛高度。該傳感器控制對該氣袋引入或排出壓縮空氣以進行必要調整從而把車輛保持在該基準行駛高度上。
該傳感器可包括一個光發射器，該光發射器功能上和該尾臂耦合併且發射由一個光傳感器，例如按光電橋結構排列的光敏元件或光敏二極體檢測器接收的光。通過該傳感器檢測光強度中的變化。該發射的光可以是一個在投射到各光傳感器之前散射的聚焦點光源。當尾臂移動時，該散射光源相對於各光傳感器移動，造成通過每個光源看到的光強的改變。這種光強的改變被轉換成來自該高度傳感器的輸出信號並且用於控制對該氣袋引入或排出壓縮空氣。
該光發射器可以替代地包括從一個衍射縫投射的準直光，以便產生直接投射到該光電橋上的衍射圖案。當該光發射器相應於該尾臂的移動轉動時，該衍射圖案相對於各光傳感器移動，從而輸出和每個傳感器察覺的強度改變成比例的相應信號。
在另一替代方案中，該光發射器可以相對於該尾臂固定並且在該光發射器和一個位於光電橋前面的散射器之間設置菲涅耳透鏡或類似部件，該透鏡或類似部件同時與該尾臂耦接。該尾臂的轉動運動被轉換成該菲涅耳透鏡相對於該光發射器的平移移動，從而造成一個在該散射器上移動的點光源。該光散射點相對於這些光傳感器移動，改變了由每個光傳感器察覺的光強度。
該傳感器還可以採取具有多個按電氣上不同的二組排列的固定電容片以及設置在這二組固定片之間的可移動電容片的可變電容器形式。這些可移動片功能上和該尾臂的轉動移動耦合。當響應尾臂的轉動這些轉動片相對於這些固定片移動時，一個組的電容相對於另一個組變化。每個組之間的電容變化還與該尾臂的轉動成比例並被用於控制對氣袋充氣或放氣以調整車輛高度。
該傳感器最後一種形式包括一個功能上和該尾臂耦合的撓性可變電阻器。當該撓性可變電阻器彎曲時它的電阻相應地改變。該電阻器輸出和電阻變化相對應的信號並且用來控制對氣袋的充氣和放氣以調整車輛高度。
儘管尾臂懸架的操作廣為知曉，但對此進行概括說明對於理解本發明是有幫助的。當車輛的輪子遇到道路表面變化時，它們向該尾臂施加反作用力，使尾臂14相對於車架支架18和車輛車架12轉動。尾臂14的迴轉運動受到氣墊20的阻礙。
除了阻礙尾臂14的轉動運動外，氣墊20還用於調整車架12相對於地面的高度。例如，假定在靜止狀態，當向氣袋24引入空氣時，由於尾臂14因地面和地嚙合輪之間的接觸相對於地面實際上固定，則車輛車架12相對於尾臂14升高。類似地，如果從氣袋24排出壓縮空氣，則車輛車架12會相對於地面降低高度。尾臂懸架的這些方面對於本領域技術人員是廣為知曉的。
請注意本文的尾臂懸架只是本發明的一優選實施例。可以在其它類型的懸架中使用本發明。例如，在不採用氣墊的懸架中，可以使用其它能調整車輛高度的適當致動器。在大多數情況下，該致動器會在該懸架的一部分(通常為一個可動元件或臂)和車輛之間延伸。其它可能的致動器包括氣動或液壓的可伸長缸。另外，如後文說明那樣，本發明會在車輛其它必須確定各構件的相對位移的方面得到應用。
現參照
圖1和圖2，傳感器40固定地安裝在車架支架18的內部並且可操作地通過連杆42和襯套連接件16耦合。車架支架18具有一對通過端臂48連接的相對的側壁44、46。襯套連接件16包括一個壓配合到尾臂14內的外襯套50和一個同心地容納在該外襯套50內的內襯套52。一個彈性材料環54受壓地保持在外襯套50和內襯套52之間。內襯套52比外襯套50長，從而造成內襯套52的末端分別靠在側壁44、46的內表面上。一個固定螺栓56把側壁44、46受壓地固定到內襯套52的末端上以便相對於車架支架18固定該內襯套。利用這種結構，尾臂的迴轉運動造成外襯套50相對於內襯套52的轉動。該轉動是通過彈性環54允許的，該環54使外襯套50可相對於內襯套52轉動。
傳感器40包含一個和連杆42耦接的外軸60，連杆42和外襯套50連接。只要外襯套的轉動運動可相應地轉換成或耦合成外軸60的轉動，則連杆42可具有任何適當的形狀。例如，該連杆可包括臂62、64，通過一個臂具有安放在另一個臂的末端處的一個槽內的銷這二個臂連接，從而在提供臂62、64之間的任何相對垂直運動的同時相應地把外襯套的轉動運動轉換到傳感器40的外軸60上。
現在參照圖3和圖4理詳細地說明傳感器40。該傳感器40包括一個固定在外軸60上的光發射器70。該光發射器70最好是由一個金屬的或塑料的具有一個光源室74和一個光通道76的固體塊72形成，其中光通道76把光源室74光學地連接至光發射器70的外面。光源78，例如發光二極體或雷射器，位於光室74內並且發射通過光通道76沿路徑A從塊72出射的光。
傳感器40還包括一個光傳感器組件90，後者包括一個具有一開口端的不透光外殼92，在該開口端上固定地放置一個散光元件94，例如磨砂玻璃。在該不透光外殼92內於散光元件94的後面放置一個以光電橋96為形式的光檢測器。光電橋96包括二個相隔的傳感器98、100，它們可以是光敏元件或光敏二極體檢測器。每個光傳感器輸出表示它接收到的光的強度的電壓信號。這些電壓信號以及它們的差用於確定車輛高度的變化。光電橋96最好是半橋(2個元件)或全橋(4個元件)形式下使用光敏電阻的靈敏惠斯登電橋電路。
通過參照圖3和圖4，光傳感器40的操作得到最好的說明。圖3示出當車輛位於基準行駛高度時光發射器70的位置。請注意，儘管圖3示出當車輛位於基準行駛高度時光發射器70定向成大致垂直於光傳感器組件90，但光發射器70也可以相對於光傳感器組件90定位在某角度上以建立該基準行駛高度。
在圖3示出的基準位置下，光發射器70發出沿著路徑A的光束。當該光束和光傳感器組件90的散光元件94接觸時，散射的光線和相隔開的各光傳感器98接觸。這些光線從散光元件94分別歷經距離D1和D2傳播到光傳感器98、100。光歷經的距離影響各光傳感器察覺的光強度，從而產生從各傳感器輸出的相應電壓。
參照圖4，如果改變車輛的高度，例如通過對該車輛裝載或卸載貨物，尾臂14將相對於車架支架18轉動，造成外襯套50的相應轉動，這又造成高度傳感器40的外軸60的相應轉動。當高度傳感器外軸60轉動時，光發射器70轉動到一個新位置並且光束A在一個不同的位置處投到散光元件94上。從散光元件94發散的並且進入光傳感器98的光線現在必須歷經距離D3和D4。如可以通過和距離D1、D2進行比較看出的，光線進入傳感器98的距離D3要短於先前的距離D1。相反，對於進入光傳感器100的光線，距離D4大於距離D2。光發射器70從圖3到圖4的位置上的改變造成傳感器98接收強度較高的光而傳感器100接收強度較低的光。強度上的變化對應於和光傳感器98、100的電壓輸出信號中的變化。傳感器98、100的輸出信號的改變直接和尾臂14相對於車輛車架12的轉動變化相關，並且提供一種車輛高度對於預先確定的位置的變化的測量。可以利用來自光傳感器98、100的輸出控制對氣墊引入和排出壓縮空氣以升高或降低車輛車架直至光發射器70轉回到基準位置。
圖5示意地示出傳感器40對於向車輛的氣袋24引入和排出壓縮空氣的氣動控制系統112的交互作用。高度傳感器40最好是一個電氣上和傳感器控制電路110耦合的轉換器，並且傳感器控制電路110電氣上和氣動控制系統112耦合。氣動控制系統112控制一個閥門114，該閥門氣體地把壓縮空氣儲罐116連接到氣袋24或者氣體地把氣袋24和大氣連接。閥門114最好是一個響應來自氣動控制系統112的輸出信號的電磁致動閥。空氣儲罐116最好是一個在所有採用氣動懸架系統的車輛上都能找到的空氣儲罐。
概言之，高度傳感器40把與由光電橋96的光傳感器98、100察覺到的和光強度改變相對應的信號輸出到傳感器控制電路110。該傳感器控制電路整理來自各光傳感器的信號、確定車輛高度的變化並且向氣動控制系統112輸出相應的信號。接著該氣動控制系統控制閥門114的啟動以便對氣袋24增加或者排出壓縮空氣，從而按需要升高或降低車輛車架。
圖6示意地表示傳感器控制電路110。請注意存在許多不同的用來實現傳感器控制電路的可能電氣解決辦法。其確切實現和本發明並無密切關係。
傳感器控制電路110包括一個電壓控制電路120，其最好包括一個直流電壓源122。該直流電壓源最好是車輛的直流電壓源。該直流電壓源通過噪聲和衝擊保護電路124來消除該電壓源的電壓尖峰和其它不希望的分量。然後把來自該噪聲和衝擊保護電路的輸出引到穩壓電源變換電路126。來自該穩壓電源變換電路126的輸出被引到光電橋96和光發射器70。在被施加到該光發射器之前該穩壓電壓通過恆電流電路128以確保在該光發射器的輸出強度中沒有波動。
來自光電橋96的輸出由放大器130放大。該放大器最好是測量放大器或低噪聲差動放大器。接著把放大的信號發送到用於消除該信號的不需要或不希望部分的信號調整電路132。調整後的信號接著發送到微處理器138，該微處理器把該調整後的信號和與當光發射器70處於基準位置時發送的基準信號對應的基準值進行比較。微處理器138還監視信號中的變化和變化率以確定車輛高度的時間變化率，這有助於防止對臨時高度改變調整車輛。接著把來自該微處理器的輸出發送到氣動控制系統112以用來調整車輛高度。
傳感器40發送的信號通常表示尾臂位置相對於基準位置的變化。尾臂的基準位置一般是車輛位於預定行駛高度時的位置。然而，即使該臂的基準位置不和該車輛行駛高度相符，該傳感器仍會工作。
圖7示出第二實施例的高度傳感器140，其中該高度傳感器140類似於第一實施例的高度傳感器，相同的數字用來標識相同的部分；在此將只詳細討論第一和第二實施例之間的主要差別。高度傳感器140包括一個固定在外軸60上的並且把衍射光圖案發射到光傳感器190的光發射器170。該光發射器170包括一個具有一個光室174以及衍射縫176的塊172，其中該衍射縫176光學上把光室174和塊172的外部相連接。諸如LED或二級管雷射器的光發射器設置在光室174內。在光源178和衍射縫176之間設置一個準直透鏡180。
光傳感器組件190包括一個具有隔開的光傳感器198、200的光電橋196。該光電橋196和第一實施例不同，其不裝在一個外殼內。另外，在光電橋196和光發射器170之間也不設置散光元件。
光發射器170發出如虛線B所示的衍射圖案。虛線B代表相對於光傳感器198、200的光強度。如圖中可看出的那樣，在圖7中示出的基準位置，該衍射圖案的最大強度實質上位於光傳感器198、200的中間。最好把傳感器198、200定位成使它們察覺大約為最大強度的50％的衍射圖案部分。當響應車輛高度的變化外軸60轉動(例如，在圖7中順時針)，該衍射圖案相對於光電橋196側向移動，如由衍射圖案C所示。衍射圖案的移動改變傳感器198、200所察覺的光強度。光電橋196輸出和目前由傳感器198、200察覺到的強度對應的電壓信號。該輸出信號以和前面說明的第一實施例的輸出信號相同的方式被處理。
對於第二實施例，最好該光發射器為高輸出窄帶紅外LED(大約940nm)或者為紅外二極體雷射器。來自該光發射器的光最好和光傳感器198、200的靈敏度匹配或優化，而光傳感器198、200例如可以是光敏電阻、紅外光電管、紅外光生伏打電池之一。
另外，對於本發明重要的是，使用發射器70發出的光是準直的並且然後通過一個縫發出以產生衍射圖案。因而，為了得到該衍射圖案必須精確地控制該縫的形狀。例如，如果一個光發射器發射940nm的波長，則該縫的數量級應為0.00005m至0.0001m。離開縫176的光在和光電橋接觸之前應該歷經與該縫的尺寸相比相對大的距離。在上面的例子中，5cm的距離是足夠的。
圖8示出圖1中所示的尾臂懸架和車輛的環境下的第三實施例的高度傳感器240。除了該高度傳感器240監視尾臂14中的高度變化而不是監視尾臂14的轉動變化來確定車輛車架高度對基準位置的改變外，第三實施例的傳感器240大致和第一實施例相同。從而，和第一和第二實施例相比第三實施例中相同的部分用相同的數字標識。例如，高度傳感器240可以使用和第一實施例中公開的相同的光發射器70和光傳感器組件90。
從圖9中可看出，高度傳感器240和高度傳感器40之間的主要不同是光發射器70是固定的，並且在光發射器70和光傳感器組件90之間放上一個橫向移動的菲涅耳透鏡242。通過一個連杆244，菲涅耳透鏡242可操作地和尾臂14耦合。當該尾臂相對車架支架18迴轉時，連杆244相對於高度傳感器240上下移動並且使菲涅耳透鏡相對於光發射器70和光傳感器組件90的固定位置移動。
眾所周知，菲涅耳透鏡242包括一系列同心環248，其中每個環具有一個按不同角度取向的表面或反射表面，從而照到菲涅耳透鏡的平表面246的光穿過該透鏡並由這些同心環聚焦到一預定的焦點上。
在高度傳感器240中，菲涅耳透鏡242的平表面246面對著光發射器70，且這些同心環248面對著光傳感器組件90的散光元件94。因而，從光發射器70發出的並射到該菲涅耳透鏡的平表面246上的光由這些同心環聚焦到散光元件94上的一個點。把各同心槽生成的折射表面的角度定向選擇成使得從該光發射器發出的光聚焦在散光元件94的位置處。
當尾臂相對於車架運動時，菲涅耳透鏡242相對於該散光元件橫向移動，從而改變該散光元件上的焦點位置並且因此改變由傳感器98、100察覺的光的強度。按實質上和第一實施例說明的相同方式處理穿過菲涅耳透鏡242後和散光元件94接觸的光點。
圖10示出依據本發明的第四實施例的高度傳感器340。在其響應尾臂14相對於車輛車架12轉動運動這一點上，第四實施例的高度傳感器340類似於第一和第二實施例。高度傳感器340的不同之處在於它依靠電容的變化生成用來確定車輛車架相對於尾臂14的高度變化的控制信號。
高度傳感器340具有一可變電容，該電容包括一組在其間設置一組可移動片346的相隔開的靜止片344，這形成一個電容橋式電路342。靜止片344由一對相對的半圓片348形成，每個半圓片安裝在一個支承管350上。按照使它們彼此略微隔開從而實際上把各靜止片344分別劃分到第一和第二組352、354的方式，把各個半圓片348安裝在支承管350上。第一和第二組352、354電氣上是不同的。各個可移動片346為扇形或餅楔形並且安裝在一個可轉動的控制軸356上，該控制軸356安裝在支承管350內並且和外軸60連接，從而該軸的轉動造成各可移動片346相對於各靜止片344轉動。
在優選的基準位置上，把各可移動片346相對於靜止片344的第一和第二組352、354定位成使第一和第二組352、354之間的間隙大致相對於可移動片居中。靜止片和可移動片之間的空間最好由適當的絕緣材料填充。
在操作中，當響應車輛高度的變化尾臂14相對車輛車架12轉動時，外軸60相應地轉動控制軸356，這使各可移動片346相對於第一和第二組半圓片352、354移動。當這些移動片復蓋一個半圓片組上更多面積時，該半圓片組的電容增大，造成第一和第二半圓片組之間的電容差。電容上的差與高度改變的幅度有關，並且該高度傳感器輸出該電容差以用於調整車輛的高度。
參照圖12，用於高度傳感器340的傳感器控制電路110包括一個電壓源360，其包括一個電源362，該電壓源最好從車輛電源通過穩壓電路364穩壓得到。穩壓電源饋送到一個用來分別激勵或充電電容器橋式電路342的靜止和可移動片組344、346的振蕩電路368。該電容器橋式電路342的輸出被引到放大器電路370，後者的放大輸出然後通過解調器電路372以便把放大的振蕩信號變換成和尾臂的轉動角成比例的穩電壓信號。接著把該比例電壓信號輸入到微處理器374，在微處理器374中監視該信號以確定任何相對於基準值的轉動角度上的變化。和其它的實施例一樣，微處理374可以立即對該電壓輸入信號作出反應或者在向氣動控制系統112發送一輸出信號之前預定的時間周期內監視該電壓輸入信號。在大多數情況下，最好利用微處理器374在預定的時間周期內監視該電壓輸入信號以便延遲對車輛高度的暫時改變的調整。
圖13示出依據本發明第五實施例的高度傳感器440。和前四個實施例不同，高度傳感器440可操作地和尾臂耦合但不通過直接連接與之耦合。替代地，該高度傳感器440位於氣墊20的內部。高度傳感器440包括一個彈簧片442，該彈簧片442的一端和氣墊20的頂板25連接，其另一部分和氣墊20的活塞22連接。一個撓性可變電阻器444固定在彈簧板422。撓性可變電阻器是周知的並且在美國5,086,785號專利中有詳細說明，該專利在此引入作為本文的參考資料。撓性電阻器444隨著它的彎曲改變它的電阻。
撓性可變電阻器444響應其彎曲改變電阻的特徵用來指示相對於基準位置車輛的高度改變量。例如，當響應對車輛裝貨或卸貨車輛高度改變時，氣袋24會相應地壓縮或伸長，造成彈簧片442和撓性可變電阻器444彎曲。撓性可變電阻器444的電阻改變則成為高度改變程度的指示器。
為一致起見，重要的是使撓性可變電阻器444以相同的方式重複彎曲。彈簧片442為撓性可變電阻器444提供一個基體並且在撓性可變電阻器444重複的一致性彎曲上是有幫助的。
參照圖14，圖中示意說明了用於高度傳感器440的傳感器控制電路510。除了用撓性可變電阻器444代替光電橋外，用於高度傳感器440的傳感器控制電路510基本上和用於第一至第三實施例的傳感器控制電路110相同。
傳感器控制電路510包括一個穩壓直流電壓源520，其包括一個最好是車輛直流電源的直流電壓電源522，該電壓電源522通過噪聲和衝擊保護電路524並且接著通過穩壓直流電壓變換或恆流源電路526。穩壓直流源520向撓性可變電阻器444輸出一電壓信號，後者的輸出信號在到達微處理器530之前由信號調整電路528調整。和前面的實施例一樣，該微處理器處理來自高度傳感器440的調整後的輸出信號以確定車輛高度的變化並從而對氣袋24引入或排出壓縮空氣以根據需要調整車輛高度。
值得注意的是，本文中公開的用於各個實施例的傳感器控制電路不必需把信號輸入到微處理器。傳感器控制電路可以輸出供其它類型的控制器或比較器使用的電壓信號以操作氣動系統。
圖15示出依據本發明第六實施例的高度傳感器540。該高度傳感器540在使用撓性可變電阻器444方面和高度傳感器440相似，該撓性可變電阻器444纏繞在螺旋線圈或線圈彈簧542上。該線圈彈簧542設置在減震器27的內部。
該減震器包括一個可移動安裝在圓筒546上並且覆蓋該圓筒546的外殼544，從圓筒546伸出一個也穿過外過殼544的活塞軸548。線圈彈簧542纏繞在活塞軸548上並且其一端附著在殼544上，而另一端附著在圓筒546的上部。
就尾臂14相對於車輛車架12轉動、減震器殼544相對於殼546上下移動以壓縮或伸長用於彎曲撓性可變電阻器444的線圈彈簧542而言，高度傳感器540在操作上和高度傳感器440大致相同。和高度傳感器440一樣，撓性可變電阻器444以及高度傳感器540的彎曲造成高度傳感器540輸出與車輛車架12和尾臂14之間的相對運動對應的信號。
圖16和17示出依據本發明的並且也在減震器27環境下的第七實施例的高度傳感器640。第七實施例的高度傳感器640和第六實施例的高度傳感器540之間的差別是用彈簧片642代替線圈彈簧542。彈簧片642保持在於該減震器的蓋544中形成的獨立的室645內。
和高度傳感器440一樣，該高度傳感器的彈簧片642可以具有各種初始彎曲形狀。例如在高度傳感器440中公開的彈簧片主要具有C狀外形，而彈簧片642具正弦波的半周外形，或換言之具有尺蠖狀外形。該外形可以簡單地是垂直或水平取向的S形或者是多個正弦波。
重要的是要注意，儘管本文公開的許多傳感器優先用於尾臂懸架，但除了尾臂懸架外這些傳感器還具有多的多的用途和應用。例如，這些傳感器可以用於許多類型不同的其中需要監視車輛行駛高度的車輛上。這些傳感器還可以用於和尾臂懸架不同的懸架上。其它示例的懸架包括天窗(leaf)懸架、承梁懸架和獨立懸架(在此只列出一些)。作為另一個例子，任何使用氣墊或減震器的車輛可以使用本文中說明的傳感器中的至少一種用於高度控制或者其它功能。
這些傳感器還可以用於不同於高度控制的功能。例如，這些傳感器可以放在第五車輪拖車連接件的主銷上以便感測該主銷相對於該拖車的轉動位置，從而有助該拖車與牽引車的適當連接。這些傳感器可以用於監視獨輪拖車的位置。
這些傳感器還可用於非車輛的環境。轉動驅動的傳感器非常適用於監視某個物體的轉動位置或者用於把平移運動變換成相應的轉動。基於彎曲的傳感器適用於感測二個物體間的相對改變(轉動或移動)。
儘管通過一些特定實施例具體地說明了本發明，但應理解，該說明是示意性的而不是限制性的，而且附後的權利要求書的範圍應解釋為現有技術所允許的限度。
權利要求
1.一種用於具有預定行駛高度的車輛(12)的高度控制系統，該系統包括一個尾臂懸架(10)，該尾臂懸架具有一對用於安裝支持地嚙合車輪的軸(32)的尾臂組件，每個尾臂組件具有一個其一部分樞軸地固定到該車輛上的臂(14)以及一個位於該車輛和該臂的另一部分之間的用來阻礙該臂向該車輛的樞軸移動的氣墊(20)，該控制系統還包括一個空氣系統(112，116)，其用於至少向該氣墊提供壓縮空氣，該高度控制系統包括一個可選擇性致動的閥(114)，其適用於氣體地把該氣墊有選擇地連接到該空氣系統或連接到大氣，以便有選擇地對該氣墊引入或排出空氣，從而影響該尾臂和該車輛間的相對運動並且由此改變車輛行駛高度；可操作地和該尾臂耦合(42，442，542，642)的轉換器傳感器(40，140，240，340，440，540，640)，其感測該尾臂的樞軸運動並且發送和該尾臂的樞軸運動量成比例的輸出信號；以及一個與該轉換器和該閥門相耦接的控制器(110)，其中該控制器接收轉換器輸出信號並且響應該輸出信號的值選擇性地致動該閥門以在關閉方式，充氣方式和排氣方式之間操作該高度控制系統，從而把該車輛保持在預定的行駛高度上，其中，在該關閉方式下該氣墊氣體地和該空氣系統以及大氣斷開，在該充氣方式下該閥門氣體地把該氣墊連接到該空氣系統，而在該排氣方式下該閥門氣體地把該氣墊連接到大氣。
2.依據權利要求1的高度控制系統，其中該輸出信號表示該尾臂相對於尾臂的基準位置的樞軸移動。
3.依據權利要求2的高度控制系統，其中當該尾臂處於尾臂基準位置時，該車輛位於該預定的行駛高度。
4.依據權利要求1的高度控制系統，其中該輸出信號表示和感測到的樞軸移動相對應的尾臂高度變化。
5.依據權利要求1的高度控制系統，其中該轉換器傳感器是光傳感器(40，140，240)。
6.依據權利要求5的高度控制系統，其中該光傳感器包括一個光電橋(90，190)和一個把光投射到該光電橋上的光發射器(70，170)，並且該光電橋生成和通過該光電橋的投射光的強度相對應的輸出信號，
7.依據權利要求6的高度控制系統，其中該光電橋包括多個隔開的光敏元件(98，100，198，200)。
8.依據權利要求7的高度控制系統，其中該光發射器可操作地和該尾臂耦合(42)，並且該尾臂的樞軸移動相應地移動該光發射器從而移動該投射光和光傳感器接觸的位置，以便改變每個光敏元件察覺到的光強度。
9.依據權利要求8的高度控制系統，還包括一個設置在該光發射器和該光電橋之間的光散射器片(94)。
10.依據權利要求8的高度控制系統，其中該光發射器包括一個光源(78，178)和一個具有設置在該光源和該光電橋之間的一個衍射逢(176)的壁，從而從該光源投射出的光在到達該光電橋之前穿過該衍射逢並且被衍射。
11.依據權利要求10的高度控制系統，還包括一個設置在該光源和該衍射逢之間的準直透鏡(180)。
12.依據權利要求6的高度控制系統，還包括一個設置在該光發射器和該光電橋之間的菲涅耳透鏡(180)，並且該菲涅耳透鏡可操作地和該尾臂連接，該尾臂的樞軸移動相應地移動該菲涅耳透鏡。
13.依據權利要求1的高度控制系統，其中該轉換器傳感器是可操作地和該尾臂耦合的可變電容器(344)，從而該尾臂的樞軸運動造成該可變電容器的電容的相應改變。
14.依據權利要求13的高度控制系統，其中該可變電容器包括一個生成輸出信號的電容器橋式電路(352，354)。
15.依據權利要求14的高度控制系統，其中該電容器橋式電路包括電容可變的第一和第二電容器(352，354)，並且輸出信號和第一、第二電容器之間的電容差相對應。
16.依據權利要求15的高度控制系統，其中該電容器電橋具有電氣上隔離的第一和第二片(348)，以及一個其一部分覆蓋電氣上隔離的該第一和第二片中每一片的可移動片(346)，該可移動片可操作地和該尾臂耦合，從而該尾臂的樞軸移動造成該可移動片的相應移動，以便改變該可移動片中覆蓋該第一和第二片中每一片的部分的大小並由此改變每個電容器的電容。
17.依據權利要求1的高度控制系統，其中該轉換器傳感器是可變電阻器(444)。
18.依據權利要求17的高度控制系統，其中該可變電阻器包括撓性條(444)，該條彎曲時其電阻改變。
19.依據權利要求18的高度控制系統，其中該撓性條設置在該氣墊內以可操作地把該撓性條的彎曲和該尾臂的樞軸移動耦合起來。
20.依據權利要求18的高度控制系統，其中該撓性條位於一個用於該尾臂懸架的並且在該尾臂和該車輛之間延伸的減震器(27)內。
21.依據權利要求18的高度控制系統，還包括一個在其上固定該撓性條的撓性支承(442)。
22.依據權利要求21的高度控制系統，其中該撓性支承是彈簧金屬。
23.依據權利要求22的高度控制系統，其中該撓性支承具有預先形成的形狀以便控制該撓性條的彎曲形狀。
24.依據權利要求23的高度控制系統，其中從輪廓看上去該預先形成的形狀是鐘形曲線。
25.依據權利要求23的高度控制系統，其中該預先形成的形狀是螺旋形。
26.依據權利要求1的高度控制系統，其中該控制器包括一個微處理器(374，530)，用於分析轉換器輸出信號和用於響應該經分析的信號控制該閥門的運行方式。
27.一種用於具有預定行駛高度的車輛(12)的尾臂懸架，包括一對用於安裝用來固定地嚙合車輪的軸(32)的尾臂組件，每個尾臂組件包括每個尾臂組件上的一個臂(14)，其一部分適於樞軸地固定到車輛；在每個臂的另一部分上的位於該車輛和該臂之間的一個氣墊(20)，用於阻礙該臂相對於該車輛的樞軸移動；一個空氣系統(112，116)，用於向每個氣墊提供壓縮空氣；一個用於每個氣墊的可選擇性致動的閥(114)，其適用於氣體地選擇性地把氣墊連接到該空氣系統或連接到大氣，以便有選擇地對該氣墊引入或排出空氣，從而產生尾臂和車輛間的相對運動並且由此改變車輛行駛高度；一個可操作地和尾臂之一耦合(42，442，542，642)的轉換器傳感器(40，140，240，340，440，540，640)，其感測該尾臂的樞軸運動並發送和該尾臂的樞軸運動量成比例的輸出信號；以及一個與該轉換器和該閥門相耦接的控制器(110)，其中該控制器接收轉換器輸出信號並且響應該輸出信號的值選擇性地致動該閥門以在關閉方式，充氣方式和排氣方式之間操作該高度控制系統，從而把該車輛保持在預定的行駛高度，其中，在該關閉方式下該氣墊氣體地和該空氣系統以及大氣斷開，在該充氣方式下該閥門氣體地把該氣墊連接到該空氣系統，而在該排氣方式下該閥門氣體地把該氣墊連接到大氣。
28.依據權利要求27的尾臂懸架，其中該輸出信號表示該尾臂相對於尾臂基準位置的樞軸移動。
29.依據權利要求28的尾臂懸架，其中當該尾臂處於尾臂基準位置時，該車輛位於預定的行駛高度。
30.依據權利要求27的尾臂懸架，其中該輸出信號表示和感測到的樞軸移動相對應的尾臂高度的變化。
31.依據權利要求27的尾臂懸架，其中該轉換器傳感器是光傳感器(40，140，240)。
32.依據權利要求31的尾臂懸架，其中該光感器是一個光電橋(90，190)，並且還包括一個把光投射到該光電橋上的光發射器(70，170)，並且該光電橋生成和通過該光電橋投射的光的強度相對應的輸出信號。
33.依據權利要求27的尾臂懸架，其中該轉換器傳感器是可操作地和該尾臂耦合的可變電容器(344)，從而該尾臂的樞軸運動造成該可變電容器的電容的相應改變。
34.依據權利要求33的尾臂懸架，其中該可變電容器包括一個生成輸出信號的電容器橋式電路(352，354)。
35.依據權利要求27的尾臂懸架，其中該轉換器傳感器是可變電阻器(444)。
36.依據權求要求35的尾臂懸架，其中該可變電阻器包括撓性條(444)，該條彎曲時其電阻改變。
37.依據權利要求36的尾臂懸架，還包括一個在其上固定該撓性條的撓性支承(442)。
38.依據權利要求27的尾臂懸架，其中該控制器包括一個微處理器(374，530)，用於分析轉換器輸出信號和用於響應該被分析的信號控制該閥門的運行方式。
39.一種用於具有預定行駛高度的車輛(12)的懸架，包括一個安裝用來固定地嚙合車輪的軸(32)的臂組件，該臂組件包括一個具有適於可移動地固定到車輛上的一部分的臂(14)；一個在該車輛和該臂之間延伸的用於相對於該臂移動該車輛以調整該車輛的行駛高度的致動器(20)；一個可操作地與該臂和該車輛之一耦合(42，442，542，642)的轉換器傳感器(40，140，240，340，440，540，640)，其感測該臂和車輛之間的相對運動並且發送和該相對運動的量成比例的輸出信號；以及一個與該轉換器和該致動器相耦接的控制器(110)，其中該控制器接收該轉換器輸出信號並且響應該輸出信號的值選擇性地致動該致動器以相對地移動該臂，從而把該車輛保持在預定的行駛高度。
40.依據權利要求39的懸架，其中該輸出信號表示該臂相對於尾臂基準位置的樞軸移動。
41.依據權利要求39的懸架，其中當該臂處於臂基準位置時，該車輛位於該預定的行駛高度。
42.依據權利要求39的懸架，其中該轉換器傳感器可操作地和該臂耦合，且該輸出信號代表和感測到的臂移動相對應的車輛高度的相對變化。
43.依據權利要求42的懸架，其中該轉換器傳感器是光傳感器(40，140，240)。
44.依據權利要求43的懸架，其中該光傳感器是一個光電橋(90，190)，並且還包括一個把光投散到該光電橋上的光發射器(70，170)，並且該光電橋生成和通過該光電橋的投射光的強度相對應的輸出信號。
45.依據權利要求39的懸架，其中該轉換器傳感器是可操作地和該臂耦合的可變電容器(344)，從而該臂的移動造成該可變電容器的電容的相應改變，並且該輸出信號和該電容改變相對應。
46.依據權利要求45的懸架，其中該可變電容器包括一個生成該輸出信號的電容器橋式電路(352，354)。
47.依據權利要求39的懸架，其中該轉換器傳感器是可變電阻器(444)。
48.依據權利要求47的懸架，其中該可變電阻器包括撓性條(444)，該條彎曲時其電阻改變。
49.依據權利要求48的懸架，還包括一個在其上固定該撓性條的撓性支承(442)。
50.依據權利要求49的懸架，其中該撓性支承固定在該致動器上。
51.依據權利要求50的懸架，其中該致動器是氣墊(20)。
52.依據權利要求39的懸架，其中該控制器包括一個微處理器(374，530)，用於分析轉換器傳感器輸出信號和用於響應該被分析的信號控制該致動器的操作。
53.依據權利要求39的懸架，其中該懸架是一個包括一個樞軸地固定到該車輛上的尾臂和一個位於該尾臂與該車輛之間的氣墊的尾臂懸架，用於通過對該氣墊的充氣或放氣相對該車輛移動該尾臂，其中該尾臂是臂而該氣墊是制動器。
54.依據權利要求54的懸架，還包括一個選擇性地把該氣墊耦接到一個壓縮空氣源或大氣的閥，並且該閥可操作地和該控制器耦合，從而該控制器選擇性地致動該閥以把該氣墊耦接到該壓縮空氣源或大氣，由此對該氣墊充氣或放氣來調整該車輛的高度。
55.一種用於感測第一可移動物體相對於第二可移動物體的位置的傳感器，其特徵在於一個其一部分適於可操作地和該第一和第二可移動物體之一耦合的轉換器(40，140，240，340，440，540，640)，從而感測該第一和第二可移動物體彼此之間的相對物理運動，並且其適於響應上述運動發送一信號。
56.依據權利要求55的傳感器，其中該轉換器輸出信號表示該可移動物體相對於該可移動物體的基準位置的轉動移動。
57.依據權利要求55的傳感器，其中該轉換傳感器是光傳感器(40，140，240)。
58.依據權利要求57的傳感器，其中該光傳感器包括一個光電橋(90，190)和一個把光投射到該光電橋上的光發射器(70，170)，並且該光電橋生成和通過該光電橋投射的光的強度相對應的輸出信號。
59.依據權利要求58的傳感器，其中該光電橋包括多個隔開的光敏元件(98，100，198，200)。
60.依據權利要求58的傳感器，其中該光發射器可操作地和該可移動物體耦合，並且其中該可移動物體的移動相應地移動該光發射器，從而移動該投射光和該光電橋接觸的位置，以便改變每個光敏元件察覺到的光強度。
61.依據權利要求58的傳感器，還包括一個設置在該發射器和該光電橋之間的光散射器片(94)。
62.依據權利要求58的傳感器，其中該光發射器包括一個光源(78，178)和一個設置在該光源和該光電橋之間的帶有一個衍射逢(176)的壁，從而從該光源投射出的光在到達該光電橋之前穿過該衍射逢並且被衍射。
63.依據權利要求62的傳感器，還包括一個設置在該光源和該衍射逢之間的準直透鏡(180)。
64.依據權利要求58的傳感器，還包括一個設置在該光發射器和該光電橋之間的菲涅耳透鏡(180)，並且該菲涅耳透鏡可操作地和該可移動物體耦接，該可移動物體的移動相應地移動該菲涅耳透鏡。
65.依據權利要求55的傳感器，其中該轉換器傳感器是可操作地和該可移動物體耦合的可變電容器(344)，從而該可移動物體的移動造成該可變電容器的電容的相應改變。
66.依據權利要求65的傳感器，其中該可變電容器包括一個生成輸出信號的電容器橋式電路(352，354)
67.依據權利要求66的傳感器，其中該電容器橋式電路包括電容可變的第一和第二電容器(352，354)，並且該輸出信號和第一、第二電容器之間的電容差相對應。
68.依據權利要求67的傳感器，其中該電容器電橋包括電氣上隔離的第一和第二片(348)以及一個其一部分覆蓋電氣上隔離的該第一和第二片中的每一個的可移動片(346)，該可移動片可操作地和該可移動物體耦合，從而該可移動物體的移動造成該可移動片的相應移動以改變該可移動片覆蓋該第一和第二片中每一個的所述部分的大小，並由此改變每個電容器的電容。
69.依據權利要求55的傳感器，其中該轉換器傳感器是可變電阻器(444)。
70.依據權利要求69的傳感器，其中該可變電阻器包括撓性條(444)，該條彎曲時其電阻改變。
71.依據權利要求70的傳感器，還包括一個在其上固定該撓性條的撓性支承(442)。
72.依據權利要求71的傳感器，其中該撓性支承是彈簧金屬。
73.依據權利要求72的傳感器，其中該撓性支承具有預先形成的形狀以便控制該撓性條的彎曲形狀。
74.依據權利要求73的傳感器，其中從輪廓看上去該預先形成的形狀是鐘形曲線。
75.依據權利要求73的傳感器，其中該預先形成的形狀是螺旋形。
全文摘要
一種用於尾臂懸架中的高度控制系統的傳感器，其利用一個轉換器檢測尾臂相對於車輛的位置改變並且向微處理器發送比例信號，該微處理器再致動一個可操作地連接到位於該尾臂和該車輛之間的氣墊的氣動閥。該轉換器包括光電橋、可變電容器或撓性可變電阻器。
文檔編號G01B11/26GK1444530SQ01813319
公開日2003年9月24日 申請日期2001年5月24日 優先權日2000年5月25日
發明者蘭迪·舒特, 戴維·伯爾特 申請人:霍蘭集團公司