用于测量转弯角度的测量设备和车辆组合的制作方法

本发明涉及一种用于测量牵引车与挂车之间的转弯角度的测量设备以及一种车辆组合，该车辆组合能依赖于所测得的转弯角度地受控制。

背景技术：

由de102011113191a1已知的是，在乘用车领域以及载重车领域中有帮助的是，确定牵引车与所属的挂车之间的转弯角度。在此，转弯角度通过整合在牵引车的挂车耦联器内的传感器来确定。

ep2332750a1公开了一种针对牵引车的、尤其是乘用车的挂车耦联器，用于将挂车挂到牵引车上。所示的耦联器装置包括具有耦联器球头的球头载体，耦联器球头可转动地支承在挂车的牵引球头式耦联器的耦联器容纳部中。此外设置有传感器系统，用于测量牵引球头式耦联器关于球头载体的转弯角度，牵引球头式耦联器具有随转装置。该随转装置包括至少一个在接触部位中从球头表面前面突出来的随转体，该随转体相对于球头表面可转动地支承，并且具有被设计成用于与球头容纳部的内表面摩擦锁合(reibschlüssig)和/或形状锁合(formschlüssig)和/或力锁合(kraftschlüssig)地随转接触的随转表面。

能够检测至少一个随转体相对于球头载体在测量平面内的转动角度的这种传感器系统的设计是复杂的并且包括大量的、必要时需要维护的易磨损的元件。此外，只能检测球头载体侧的进而仅牵引车侧的角度偏差。另外，随转体的接触引起了对挂车耦联器的铰接元件或设备部分的精确的制造。在此，存在当挂车耦联器振动时随转体不精确地执行跟随的危险。

此外应当注意的是，水可能会沿可转动的随转体侵入测量设备中并可能会对设备部分造成损坏。另外还应当注意的是，随转体以相应的高耗费在例如零下20℃至零上40℃的较宽的温度范围内无故障地工作并且使冻结的水或湿气不会对测量设备产生不利影响。

此外，翻转运动，也就是说例如在波浪形然而方向不变地延伸的道路上行驶时牵引车和挂车发生相对倾斜，或者轴向扭转，也就是说例如在有凹坑的道路上行驶时挂车和牵引车围绕共同的纵轴线相对扭转，可能会影响测量。因而，翻转运动或轴向的扭转可能会错误地被作为在弯道行驶时发生的角度变化而以信号告知。

de102010045519a1公开了一种针对牵引车的挂车耦联器，其包括抗相对转动地(drehfest)与牵引车相连的用于耦接挂车的球头容纳部的耦联器球头以及耦接环和传感器。耦接环以如下方式可转动地支承在耦联器球头的周向间隙内，即，其从耦联器球头中探伸出来，从而通过耦联器容纳部与耦联器球头，耦接环以如下方式与耦联器容纳部嵌接，即，耦接环相对于耦联器球头扭转了转动角度，该转动角度相应于挂车与牵引车之间的转弯角度的角度变化。传感器被配备成用于测量该转弯角度。

即使在该挂车耦联器的设计方案中也产生已述缺点。尤其地，可运动的设备部分是以相应耗费地被精确制造和仓储。在接触不良、污染或腐蚀的情况下并不确保耦接环的跟踪。假如有不同的转矩作用于其上或假如出现温度膨胀，则耦接环还可能被卡紧。假如在转动角度或转弯角度变化时同时出现倾斜角度或轴向扭转的变化，则耦接环也许会卡住，从而无法检测转弯角度的变化。此外，冻结的湿气或潮气以及渗入的污染物也会卡住耦接环。在此情况下也产生相对高的维护耗费。

技术实现要素：

因此，本发明的任务是说明一种改进的、用于测量牵引车与挂车之间的转弯角度的设备。此外还说明一种车辆组合，其可依赖于测得的转弯角度地受控制。

测量设备应当简单构建并且以较小的耗费且可无附加空间需求地整合到挂车耦联器内。在制造测量设备的设备部分时应当无需提高的精度。所获知的测量信号应当能以较小的耗费要么输送给牵引车要么输送给挂车。

牵引车与挂车之间的转弯角度或转动角度的测量应当可以与出现的翻转运动和围绕纵轴线的扭转无关地被精确测量。尤其是在发生对挂车耦联器的撞击或振动作用期间，也应当可以精确测量转弯角度。

在此，测量设备应当不受诸如机械作用、温度变化、腐蚀或湿气的外部影响。测量设备应当是坚固且免维护的。

此外，测量设备还应当无中断地发送可靠且无干扰的信号，这些信号可以有利地被处理，以便控制挂车。

通过控制车辆，尤其是挂车，应当有利地影响其行驶特性。尤其是应当提高在平坦道路上或复杂地形中的方向稳定性和行驶稳定性。

该任务利用具有权利要求1或13说明的特征的测量设备和车辆组合来解决。本发明有利实施方案在另外的权利要求中说明。

用于测量具有纵轴线的牵引车与具有纵轴线的挂车之间的转弯角度的测量设备包括挂车耦联器，挂车耦联器包括耦联器球头、用于容纳耦联器球头的球头容纳部以及至少一个磁传感器。

根据本发明，耦联器球头具有球头开口，其中，磁体支承在球头开口内。球头容纳部具有凹部，其中，至少一个磁传感器支承在凹部内，其中，由磁传感器检测由磁体所产生的磁场的变化。

磁体特别优选地可以是永磁体。

替选地，磁体可以是电磁体。

根据本发明的测量设备有利地可以完全整合到挂车耦联器内。测量设备无需挂车耦联器的设备部分与测量设备的设备部分之间发生接触，因而所述设备部分不经受机械负载和磨损。此外，测量设备的设备部分能够以密封方式关闭地布置在挂车耦联器的开口或凹部内，从而测量设备不受污物或是湿气渗入的影响。此外，温度膨胀不是绝对重要的。完全可以取消接触元件，因而对测量设备的外部影响是不重要的。根据本发明的测量设备或具有该测量设备的挂车耦联器因而在实践中是免维护的并且在不利的运行状况下免受运行干扰。

测量设备发送连续的或无级的测量信号，测量信号精确地相应于转弯角度的大小。测量信号因而可以用于控制和调整，其中，避免阶跃和不连续的特性。因而所需控制或调整可以在实践中无延迟地进行。

借助市售的磁传感器，尤其是霍尔传感器，可以在例如0v至5v的较大电压范围内获得可靠和无干扰的测量信号。

例如应用来自steamboatsprings,colorado,co80487的sensorsolutionscorporation公司的s12-ah-rgcd3型霍尔传感器。该霍尔传感器利用8v至30v范围内的工作电压运行并且具有由不锈钢制成的壳体，壳体设有外螺纹。因而，霍尔传感器可以拧入凹部或容纳开口中。霍尔传感器发送模拟的输出信号，其依赖于垂直于霍尔传感器的端侧的磁场强度地变化。输出电压优选与优选受调整的工作电压成比例。可测量-1000高斯至+1000高斯之间的磁场。假如未产生磁场，则霍尔传感器发送2.5v的输出电压。在场变化时则发生每高斯2.5mv的输出电压的变化。输出电压因而可以视存在的磁场的大小和极性在0v至5v之间变化。

代替模拟的磁传感器或霍尔传感器地，也可以使用如下磁传感器或霍尔传感器，它们输出数字的输出信号，其优选与存在的磁场成比例地变化。例如，磁传感器可以输出经脉宽调制的矩形信号，其占空比在极限值之间变化。此外，磁传感器可以是有线或无线地与控制单元通信。

用于容纳磁体的球头开口是孔，该孔完全或部分贯穿耦联器球头。孔因而可以完全或部分地穿过耦联器球头。如果孔仅在单侧引入到耦联器球头内，则磁体可以更简单地被装配。如果球头开口或球头孔完全穿过耦联器球头并且在两侧利用相同材料关闭，则在测量设备运行时可以获得完整的对称性，也就是说，磁传感器的输出信号与转动方向无关地变化。

孔尤其可以是圆柱形的。

磁体尤其可以是圆柱形的。

磁体优选具有外螺纹，从而其可旋入耦联器球头中直至预先规定的定位或直至止挡。球头开口在此情况下设有与其对应的内螺纹。

替选或附加地，可以在球头开口之内设置填充物，尤其是填料、树脂或粘合物，填充物保持住磁体并且/或者在单侧或两侧密封球头开口。此外，填充材料还可以具有铁磁性的元件。

磁体的尺寸及其在球头开口之内的定位尤其以如下方式选择，即，在磁体的极与耦联器球头的外表面之间留有空间。因而，磁体的端部与耦联器球头的外表面间隔开地布置。尤其地，磁体的尺寸及其在球头开口之内的定位以如下方式选择，即，使磁场在耦联器球头的外表面和球头容纳部的内表面之间的气隙的区域内延伸并且可以由具有高场强的至少一个磁传感器检测到。

在优选的设计方案中可以设置有两个磁传感器，它们均布置在球头容纳部的凹部内。

尤其地，两个磁传感器可以在磁体的相对侧上彼此正相对地对置。因而，两个磁传感器的输出信号可以相互比较，以便控制测量设备的按规定的状态。为此，其中一个磁传感器的输出信号可以反转，据此将两个磁传感器的输出信号的差与阈值进行比较。如果超过该阈值，则可以触发报警信号，其发信号告知不一致性，例如磁传感器故障。

两个磁传感器也可以夹成90°的角度，从而发送不同信号。

根据本发明的测量设备允许：在具有仅一个磁体和仅一个磁传感器的最简单的设计方案中实际上已经获得了关于当前的转弯角度的所有需要的信息。然而可以使用附加的磁体和附加的磁传感器，以便精确检测包括转弯角度在内的挂车耦联器的另外的运动。以下将示出，在适当布置磁体和磁传感器时能实现针对挂车耦联器的设备部分的不同运动获得磁传感器的输出信号，该输出信号在实践中仅与转弯角度的变化有关。

为此，在优选设计方案中，磁体以其在磁体的磁极之间延伸的纵轴线平行于车辆的、通常是牵引车的纵轴线地取向，耦联器球头尤其与该车辆牢固相连。

磁体优选以如下方式布置，即，磁体的中心点、优选是磁性的中心点，和挂车耦联器的限定旋转中心的铰接中心点至少近似具有同一定位。以此方式确保，磁传感器的输出电压的变化尽量与转弯角度的变化成比例。

为了使由磁体产生的磁场的场线基本上在耦联器球头之外延伸，该耦联器球头优选由抗磁性的或顺磁性的材料制成。优选应用其磁导率μγ小于10的，特别优选小于1的材料。

优选地，耦联器球头由不锈钢制成。例如，应用了也被用于制造磁传感器的壳体的材料。不锈钢尤其可以是铬镍合金。

球头容纳部可以由与耦联器球头一样的材料或者由常见的材料制成。因而也可以应用常见的球头容纳部。

为了最佳地获知转弯角度，球头容纳部优选具有凹部，其纵轴线进而磁传感器的纵轴线相对耦联器球头的中心点、相对磁体的磁性中心点或相对挂车耦联器的铰接中心点径向地并且垂直于磁体的纵轴线地取向。

凹部尤其可以是圆柱形的。

特别优选地，至少一个磁传感器以如下方式布置，即，在牵引车的和挂车的纵轴线同轴取向的情况下使磁传感器与磁体的两极至少近似等距地相间隔。磁传感器于是尤其可以平放地布置在磁体的赤道平面之内。在磁传感器的该布置和磁体与同其相连的挂车或牵引车的纵轴线同轴取向的情况下，磁传感器在没有转弯角度时精确地位于磁场的赤道上。当磁体旋转进而耦联器球头相应地扭转时，磁传感器因而沿磁场的赤道运行，而不探测其变化。而如果使磁体并且连同磁体地使耦联器球头在垂直于磁传感器的纵轴线或测量轴线延伸的平面内转动，则测量传感器保留在磁场的赤道的相同位置处，因此在此情况下也不探测场变化。在测量设备的或根据本发明设计的挂车耦联器的该优选设计方案中，耦联器球头和球头容纳部因而可以在两个不同的平面内相对彼此转动，而磁传感器的输出信号不改变。

在根据本发明的包括牵引车和挂车的装备有根据本发明的测量设备的车辆组合中设置有与至少一个磁传感器相连的控制单元，在控制单元内结合控制程序来处理磁传感器的输出信号，以便依赖于测得的转弯角度驱控至少一个促动器，促动器经由传递单元与牵引车的和/或挂车的车轮和/或与其相连的设备耦接。因而，可以依赖于测得的转弯角度来有利地影响车辆的行驶特性。

在尤其是挂车的优选的设计方案中，牵引车的和/或挂车的至少一对车轮可转向地悬挂并且能够借助至少一个促动器控制。

车轮的转动角度尤其能够借助于控制程序依赖于测得的转弯角度地相应于至少一个尤其是构造为比例因子或控制曲线的目标值地以如下方式受控制，即，挂车的车轮和牵引车的车轮在一个轨迹内延伸或者车辆保持在预先规定的轨迹内。

在另外的、优选的设计方案中，给挂车的至少一个车轮配属有可单独操作的制动设备，其中，制动设备能够借助至少一个促动器来控制。由此可以使挂车稳定化并且必要时减小转弯角度。

制动设备尤其可以借助控制程序依赖于测得的转弯角度地相应于至少一个尤其是构造为比例因子或控制曲线的目标值地以如下方式受控制，即，反作用于沿着受控车轮的方向的偏转。

因此，借助根据本发明的测量设备和所属的控制设备能够对车辆组合的行驶特性进行优化和稳定化。

附图说明

以下结合附图详细阐述本发明。其中：

图1a示出用于测量转弯角度的根据本发明的测量设备，该测量设备具有挂车耦联器9，该挂车耦联器包括耦联器球头21和球头容纳部11；

图1b从另一侧示出图1a的设备，其具有磁传感器4，借助该磁传感器可在耦联器球头21转动时测量由嵌入耦联器球头21中的磁体3(参见图3a)产生的磁场的变化；

图1c示出根据本发明的挂车1，其经由根据图1a的挂车耦联器9与示意性作为箭头示出的牵引车2相连；

图2以优选的设计方案示意性示出图1a的测量设备，其具有其内布置有圆柱形的磁体3的耦联器球头21和其内可选地布置有两个磁传感器4a、4b的球头容纳部11，磁体传感器的输出信号被传输至挂车1的控制设备12；

图3a示出沿图1b的剖线a--a观察倾斜平面en的穿过测量设备和挂车耦联器9的纵剖图，在该倾斜平面内，耦联器球头21可相对于球头容纳部11转动，而不会改变磁体3的极s、n与磁传感器4之间的间距；

图3b示出沿图1b的剖线b--b观察扭转平面et的穿过测量设备和挂车耦联器9的横截面，在该扭转平面内，耦联器球头21可相对于球头容纳部11转动，而不会改变磁体3的极s、n与磁传感器4之间的间距；

图3c示出沿图1a的剖线c--c观察转动平面ek的穿过测量设备和挂车耦联器9的横截面，在该转动平面内，耦联器球头21可相对于球头容纳部11转动，其中，磁体3的极s、n与磁传感器4之间的间距能够发生变化并且能够测量由转动所导致的转弯角度wk；并且

图4示出挂车1和图1c的作为箭头示意性示出的牵引车2，它们以其纵轴线xt和xz夹成转弯角度wk。

具体实施方式

图1a示出了根据本发明的测量设备，其用于测量转弯角度，该设备具有挂车耦联器9，该挂车耦联器包括由球头载体29保持的耦联器球头21和由容纳载体19保持的球头容纳部11。例如这种由scharmüllergmbh&cokg公司制造的类型at-4892fornach的挂车耦联器9，例如是挂车耦联器k80，其允许与任意的牵引车和挂车彼此铰接式地相连。

图1b从另一侧示出图1a的设备，其具有被置入到球头容纳部11中的磁传感器4，在耦联器球头21或球头容纳部11转动时借助该磁传感器可测量由示意性示出的磁体3产生的磁场的变化，该磁体嵌入耦联器球头21中。保持在球头容纳部11的凹部10内的磁传感器4(例如在图3b中示出)例如是上述s12-ah-rgcd3型霍尔传感器。

球头容纳部11与挂车1刚性相连，而耦联器球头21和球头载体29则与牵引车刚性相连，这方面例如如图1c和图4所示。绘出了牵引车2和挂车1的纵轴线xz和xt，它们在车辆组合沿平坦且笔直的道路行驶时至少近似彼此同轴取向。在沿平坦然而却弯曲延伸的道路上行驶时，转弯角度wk仅根据弯道半径变化，这方面如图4中所示。也就是说，挂车耦联器9的部分在水平的平面之内发生扭转。在沿笔直道路(其斜度变化)行驶时，倾斜角度变化，也就是说，挂车耦联器9的部分在竖直的平面内发生扭转。在无斜度变化的笔直延伸的道路(然而交替地不平坦，例如具有凹坑)上行驶时，根据具体情况挂车耦联器9的部分发生彼此轴向扭转。常常以组合形式出现挂车耦联器9的所述扭转。

在根据本发明的测量设备的所示的优选的设计方案中，仅当挂车耦联器的转弯角度出现变化时，磁场才产生变化。挂车耦联器发生围绕其纵轴线扭转或者在斜度变化时挂车耦联器的部分发生彼此倾斜则有利地不对磁传感器及其输出信号产生影响。然而，这些在测量时不被考虑的运动也能够以类似方式结合附加安装的磁体3和磁传感器4来检测，假如这是期望的的话。

所测得的转弯角度或者磁传感器4的输出信号能够以不同的方式在牵引车2或挂车1内有利地被评估和应用。在牵引车内例如可以显示转弯角度的非正常的变化，以便例如在显示屏上将不期望的行驶特性发信号告知驾驶员。在挂车1内可以应用磁传感器4的输出信号，以便根据测得的转弯角度wk来控制车轮16。这方面如图4中所示，挂车1的两个车轮转动了控制角度ws。在该控制中，挂车1精确跟随牵引车2的轨迹。尤其是在转弯角度wk过度变化时也可以有利地对制动器产生影响，所述制动器单独配属给各车轮16。

为此，在挂车1的情况下，在底盘18上设置有控制设备12，在该控制设备内如示例性地在图2中所示出的那样借助应用程序121来处理磁传感器4的输出信号并且将相应的控制信号输出给至少一个执行器或促动器13，其经由传输线路14、电的或液压的线路或导杆对机械的或电的设备产生作用，这些设备被设置成用于单独或成对制动或控制车轮。如所述那样，根据本发明的解决方案可以在不同车辆中使用，这些车辆具有不同技术系统，这些系统可优选依赖于测得的转弯角度被影响。

图2以示意图示出图1a的测量设备，其具有在其内布置有圆柱形的磁体3的耦联器球头21和在其内可选地布置有两个磁传感器4a、4b的球头容纳部11，所述磁传感器的输出信号经由测量线路40a、40b传输至挂车1的控制设备12。通过应用两个磁传感器4a、4b实现了对转弯角度wk的冗余测量。在磁传感器4a或4b失效的情况下可以应用另外的传感器4b或4a的输出信号。有利地，也可以执行两个磁传感器4a、4b的输出信号的比较，以便检查测量设备的状态。

示出的是：磁体3呈圆柱形地构成并且具有两个极s、n，它们被磁体3的纵轴线xml穿过。有意义地还绘出了磁场的赤道平面eme，其垂直于磁体3的纵轴线xml并且穿过磁体3的两极s、n之间的中心点3m延伸。

在当前的转弯角度中，磁体3的纵轴线xml与圆柱形的磁传感器4a、4b的纵轴线同轴延伸。在此，从第一磁传感器4a输出5v的电压，并且从第二磁传感器4b输出0v的电压。磁体3的该取向优选在耦联器球头21和球头容纳部11相对彼此转动90°之后存在。

在图3a、3b和3c中，耦联器球头21和球头容纳部11以剖面图示出，牵引车2的和挂车1的纵轴线xz和xt彼此同轴取向。

图3a沿图1b的剖线a--a观察倾斜平面en地示出了测量设备和挂车耦联器9的纵剖图，在该倾斜平面内，耦联器球头21可相对于球头容纳部11转动，而不会改变磁体3的极s、n与磁传感器4之间的间距。

图3a示出，耦联器球头21具有圆柱形的球头开口20，圆柱形的磁体3支承在其内。球头开口20是完全或部分贯穿耦联器球头21的孔。如果球头开口20是单侧封闭的，则磁体3可以被推入耦联器球头21直至止挡。如果球头开口20完全贯穿耦联器球头21，则磁体3优选一直推入直至磁体3的中心点位于耦联器球头21的中心点。如所述那样，磁体3和球头开口20可以设有螺纹元件，它们允许拧入磁体3直至期望的定位。替选或附加地，在磁体3的极s、n旁边的剩余空间填充填充物6，如灌注填料、树脂或粘合物，以便固定磁体3并且单侧或两侧以密封方式关闭球头开口20。

如这所示出的那样，优选选择如下磁体3，其沿纵轴线的方向不完全填满球头开口20。由此防止磁场的场线30较深地进入金属的球头容纳部11中并且防止磁场不期望变化。优选同样防止，磁场的场线30在耦联器球头21之内短路并且无法从耦联器球头21中出来。为此，耦联器球头21优选由抗磁性的或顺磁性的材料制成，所述材料具有较低的相对磁导率μr。

磁体3以如下方式嵌入耦联器球头21中，即，其纵轴线xml相对牵引车2的纵轴线xz同轴或轴线平行地延伸。磁传感器4以其纵轴线xs垂直于磁体3的纵轴线xml取向。磁传感器4的纵轴线xs或测量轴线优选位于磁体3的赤道平面eme内并且延伸穿过其磁性中心点3m，如示例性地在图2中所示出的那样。

在该中间位置中，所用的霍尔传感器4经由传感器线路40输出2.5v的中间电压。如果耦联器球头21在剖平面或倾斜平面en内相对于球头容纳部11转动，则磁传感器4保持在同一赤道点上地取向。磁传感器4的输出电压在该转动的情况下因而不发生变化。如果耦联器球头21连同磁体3围绕共同的纵轴线xml或xz转动，则磁传感器4沿磁场的赤道延伸，因而在此情况下磁传感器4的输出电压也不会出现变化。

图3b沿图1b的剖线b--b观察扭转平面et地示出了穿过测量设备和挂车耦联器9的横截面，在该扭转平面内，耦联器球头21可相对于球头容纳部11转动，而不会改变磁体3的极s、n与磁传感器4之间的间距。如果耦联器球头21连同磁体3围绕共同的纵轴线xml或xz转动或耦联器球头21相对于球头容纳部11在扭转平面et内转动，则磁传感器4沿磁场的赤道延伸，因而在此情况下也检测不到场变化并且磁传感器4的输出电压不发生变化。

图3c沿图1a的剖线c--c观察正常的水平取向的转动平面ek地示出穿过测量设备和挂车耦联器9的横截面，在该转动平面内，耦联器球头21可相对于球头容纳部11转动，其中，磁体3的极s、n与磁传感器4之间的间距发生变化并且能够测量到由转动导致的转弯角度wk。如果耦联器球头21发生+90°的转动，则北极n与磁传感器4对置，其输出0v的电压。如果耦联器球头21发生-90°的转动，则南极s与磁传感器4对置，其输出5v的电压。因而可以连续检测从+90°至-90°的转弯角度。

图4示出了挂车1和图1c中作为箭头示意性示出的牵引车2，所述挂车和牵引车以它们的纵轴线xt和xz夹成转弯角度wk，车轮16相应于该转弯角度地转动了控制角度ws。该控制角度ws以如下方式选择，即，使挂车1跟随牵引车2的轨迹。控制角度ws也可以设有偏移或偏差，其例如在倾斜的地区或速度较高情况下设置，以便补偿侧向的位移。在此，挂车1的车轮16设有用于能转向的车轮的车轮悬架15，如其在ep0193796a1中所述的那样。替选或附加地，也可以给各个车轮16配属制动设备17，所述制动设备可通过控制设备12以及促动器13和传输线路14来驱控。