电子轴里程计的制作方法

专利名称:电子轴里程计的制作方法
本发明普遍涉及安装在轴上用来记录车辆转速的里程计，尤其涉及一种含有记录与车辆工作有关信息的电子装置的里程计。
安装在车辆的转轴上用机械计数器记录车轮行驶距离的机械里程计是众所周知的。此种里程计可能装有一个悬挂在外屏蔽套内的摆芯与有关车轮一起转动。典型的轴里程计，象罗伯特.赫曼(Robert Hermann)的美国专利3，198，430;杰里·李·汉尼斯(Jerry L.Haynes)和小欧里文·阿·托马斯(Oliver R.Thomas，Jr.)的美国专利4，156，131中所描述的，使用一种与棘轮上的齿相啮合的棘爪来对机械计数器分度，机械计数器安装在摆芯上。一种阻尼装置阻碍摆芯的旋转。
本发明是一种电子里程计，它使用集成电路和电子元件自动地搜集、处理和记录大量的为机械轴里程计所不能提供的车辆工作数据和数据类型。电子里程计安装在车辆或拖车转轴上，因而安装相对容易一些，这种里程计产生的信息通常是机器可读型的，可直接输入给远程计算机。电子里程计提供一种相对廉价的方法，用于自动地记录车辆行驶的时间、日期和总里程以及行驶的平均速度、最大速度和行驶速度分布图。电子里程计自动地工作，不需要驾驶者在车辆的这一部分上施行手动操作或者启动，除车辆工作运行外，该里程计还可用来监测交通规则执行情况。该里程计还可用于装有此种里程计车辆的远程识别。里程计记录信息是机器可读型的，通常只能通过一种兼容的远程单元读出。
简单地说，较佳形式的本发明是带有屏蔽罩的电子轴里程计，这种屏蔽罩适合于安装后与车轮一起转动。一块永久磁铁安装在屏蔽罩的固定的位置上，并且可随之转动。车轮每转动一圈磁性簧片开关启动一次，产生一个指示车轮转动的离散的转数信号。使用时钟晶体产生时钟脉冲。可偏程的集成电路含有累计脉冲数和转数信号的寄存器并且处理累加数据以产生指示经过的时间、总距离和车轮行驶的速度的数据。这些数据存在存储器中。用红外发光管从存储器传输数据以实现远程读出。电磁开关、时钟、集成电路、存储器和发光二极管被良好地安装在悬置于屏蔽罩内的芯架上。
使用光敏传感器接收远程信号来对里程计编程并给里程计输入数据。远程程序编制器/询问机单元与里程计相配合，既从里程计接收信息又向里程计传输信息。里程计自动地确定有关车辆行驶的起点和终点。
图1是说明本发明的电子轴里程计的局部剖断面剖视图;
图2是沿图1中2-2线切开的局部横向剖视图;
图3是图1的电子里程计所用电路的部分示意形式、部分框图形式的简图;
图4是用来与图1的电子里程计通信的远程单元的电路简图，其中部分以示意形式、部分以框图形式表示。
参考图纸时图中相同的数码代表相同的部分，本发明对应的电子轴里程计都用数码10表示。电子轴里程计10具有一个圆柱形壳体12，壳体12适合于安装在转动车轴和车轮(图中未画出)上以实现与车轮同轴转动。使用可拧入车轴螺孔(图中未画出)的螺纹柱来把壳体安装在车轮轴上，因而不再需要另外的紧固件。杯形壳体12有一后壁16和一环形侧壁18。透明材料制成的窗口20用环形侧壁18密封，形成一个实质上是防泄漏的屏蔽罩。
支撑轴22被固定在形成的屏蔽罩内而不可转动并与壳体12同轴，因而当屏蔽罩安装在车轮轴上时它也与装有轴里程计的轴和轮同轴。芯架24被枢轴式地悬在支撑轴22上并用壳体12和前窗20形成的屏蔽罩封闭。芯架24用来安装将在下面进一步介绍的各种电子线路和元件。芯架24有一个偏心设置的重心(用点25表示)，这个重心径向偏离支撑轴22，结果使芯架以摆动方式相对于支撑轴22作枢轴式运动。在轴里程计正常工作期间，由于重心偏移的原因，摆式芯架相对于安装壳体12的车轮的转动被限制住。因此，壳体12和相应车轮一起转动，而其中封闭的摆式芯架24则保持通常悬吊枢轴方向(如图1所示)，并带有因车辆加速力和减速力的作用所产生的相对于支撑轴22的一些有限的摆动。
摆式芯架24与扇形开口26良好地形成在一起，扇形开口26被定在径向地相对(上方)芯架的重心25的位置。阻尼装置，例如美国专利4，156，131所披露的(这个专利被转让给本发明的受让人)，包括一球系统由数码28表示。球箱30与一对拱肋32和34一起制成，拱肋的作用是在径向形成一个摆式芯架重心的半径轨道。一对阻尼球36和38放在球箱30中。球轨道限制球作完全径向运动的同时，允许球在球箱30内作一定程度的弹跳以消耗摆体的动能。球装置的作用是防止摆式芯架由于装有轴里程计的车轮的垂直加速度、特别是完全向下的垂直加速(例如车轮遇到坑洼可能产生的结果)所引起的振荡或转动。球装置也起减小装有轴里程计的车轮在水平加速和减速期间在摆式芯架上产生的角动量的作用。
永久磁铁40安装在窗口20内径向偏离里程计屏蔽罩转动中心轴的一个固定位置上。因此，当里程计安装到车轮上时，永久磁铁便随车轮一起转动。
摆式芯架24和与之有固定关系的电路板42装在一起。磁性簧片开关44安装在电路板上并与永久磁铁40径向地成一直线，从而屏蔽罩相对芯架24的角转动导致永久磁铁40和磁性簧片开关44不断地对准，以产生对应里程计屏蔽罩也就是车轮每转动一周的磁感应。簧片开关44被定位和形成，从而使磁铁和开关的角对准产生瞬时、离散的开关闭合，并由此产生屏蔽罩每转动一周的可测信号。也可以使用根据车轮的每一周转动而打开电路的开关。还可以使用一种无磁性从动轮转数探测器。
一种常规集成电路，最好是要求小电流的CMOS型电路安装在电路板42上。集成电路46起电子控制器和中央处理器作用。簧片开关44与电路46联接用来传输表示被探测车轮转数的信号。电路46包含一个触点输入调节电路和一个用于累加和暂时存储簧片开关44闭合数的计数寄存器。时钟晶体48安装在电路板42上，与电路46联接。时钟晶体48产生用来测定时间、日期和用于里程计数据的处理和搜集方面的时间间隔的计时脉冲。集成电路46包括一个与时钟晶体48联接以大约32KHz振荡的振荡电路。集成电路46包括一个辅助输入电路用来累计振荡电路的振荡次数和一个辅助计数寄存器用于暂时存储振荡数。
集成电路46的中央处理器部分包括一个用来存储程序的只读存储器。根据该程序处理触点数据和时钟振荡数据。各种输入数据和指令信息可以输入给电路46。一块静态或动态CMOS随机存储器集成电路50，如Interl IM6504IDN，装在电路板42上并与集成电路46联接用来存储由集成电路46所产生和处理的数据。集成电路46与下面将要介绍的用于传输和接收信息的远程单元联接。
集成电路46也起保持存储在随机存储器集成电路50中数据的作用。红外发光二极管52，例如通用电子F5G1二极管，安装在电路板42上，用来光学传输数据给远程单元。集成电路46含有一个使发光二极管工作的驱动电路。光敏传感器54，例如通用电子型L14R传感器，与集成电路46联接以便通过红外脉冲接收来自远程单元的信息并把所接收的信息传输给集成电路46。集成电路46含有一个放大传感器54所接收的脉冲功率的放大电路以便使该信息能由电路46进行处理。传输频率一般为几千赫兹。以上电路由安装在电路板42上的锂电池供电。
根据本高级电子轴里程计，它的作用在于记录若干不连续行驶中每次的时间、日期和里数，记录行驶的平均速度和最大速度，记录超速行驶的时间和持续时间，记录行驶的速度分布图。一般来说，没有兼容的远程程序编制器/询问机或类似装置，信息就无法读出，例如里程计存储和处理的数据仅仅是机器可读型的。电子轴里程计自动地产生信息，不需要也不允许驾驶员对里程计施行启动或操作控制。
电子里程计数据的处理受存储在集成电路46的只读存储器(ROM)中的程序控制。根据本发明的高级里程计，装有里程计的车轮每转动一周引起簧片开关44闭合一次。里程计自动地、优越地通过电路里的程序而不是手动操作来控制行程的起点和终点的界限。在时间间隔大于预设的行程结束门限间隔期间无转动指示开关闭合已经发生的情况下，集成电路处于准备状态。当电路在准备状态时，无论何时只要触点闭合电路就对计时脉冲和开关触点闭合计数。触点闭合数与存在存储器或程序中的车轮周长相乘确定车辆行驶的距离。另一方面，行驶距离的实际计算可由后面介绍的远程计算机单元来承担。
行程起始门限时间间隔也存储在程序中。车辆在根据行程起始门限存储的时间内行驶的距离等于或者大于根据行程起始门限存储的距离时，最初触点闭合的时间和日期被存储在存储器中。典型的行驶起始门限值大约为5分钟0.5英里。行驶起始门限的目的在于确定行程的开始，以便使行程区别于短期起动和占行程大部时间的停止间隔，区别于因维修或行驶准备和/或者为装车目的或者由于交通拥挤、红绿灯、以及交通阻塞而造成的短期起动或停止间隔。
由于车辆的正常工作特性和有关车辆的用途不同，行程开始和行程结束可能是因车而异的。一般来说，专门的行程起始门限和行程结束门限值最好是预先设置的值，这些值被有选择地输入到电路46中。
当调整电路到行驶状态时，集成电路46的处理器开始累加车轮转数簧片开关44的触点闭合数达6秒时间间隔。当然也可以用其他时间间隔。每一种时间间隔的总数被顺序地存入存储器中，最多到150个时间间隔。当到达第150个时间间隔后，随后的时间间隔总数按先进先被写满存储区域溢出的原则被存入用来最先存储时间间隔的存储器单元中。
当10个六秒时间间隔总数全部存入存储器后，10个时间间隔(1分钟)行驶的距离就确定下来存入存储器中指向最大行驶速度的一个单元。同样，随后每10个时间间隔一组的总距离，例如每一分钟时间间隔，也被确定下来并与最大行驶距离相比较。如果一个随后总计的距离大于存储在最大行驶速度单元中的距离，则新的距离取代现存的距离而变为新的最大行驶速度距离。
每组10个六秒时间间隔的总距离也与存入存储器的超速门限相比较。如果10个时间间隔一组的总距离超过超速门限，产生相应的计算值并存入存储器中指示超速行驶的时间的单元内。当总距离超过门限速度时，计算值按每组10个时间间隔的距离陆续递增地增加。这样，提供了一个自动监视车辆超速行驶的时间的方法。当然，除定义的超速范围以外的速度范围也可以被选择用来以与所述超速范围类似的方法进行监视。
当集成电路46的处理器接到来自磁性开关44的车轮移动触点脉冲时，处理器也测定车辆行驶的总距离。例如，计算值每隔0.1英里被加到指示行驶距离的存储器单元和指示车辆里程计数的存储器单元。在与预设的行驶结束门限间隔相等的时间里无车轮转动触点闭合的情况下，最后一次触点闭合的时间和日期被存下来作为行驶终止的标志。典型的行驶结束门限时间间隔大约是10分钟。
集成电路46的处理器在行驶结束门限之后暂停，一直到另一次车轮转动触点闭合或者电子轴里程计被后面要介绍的远程序编制器/询问机单元询问为止。下一次触点闭合导致基本上与先前的处理顺序相重复的结果。随后每次行驶的数据存入逐个指定的存储器单元中，直到没有更多的存储单元可用为止。当每一个存储单元都被用过后，下次行驶的数据按先进先被写满存储区域溢出的原则取代最早记录的行驶数据而储存。里程计存储器被做成能防止擦除存储的信息而不是防止擦除消耗可用存储单元所得的结果。
数据存入RAM集成电路50中并通过电路46检索，以便经过红外发光二极管52远程读出。在本高级里程计中，数据光学传输给下面要介绍的远程程序编制器/询问机单元。对每次行驶来说，数据可能至少需要72比特的存储器。每次行驶的数据可能由如下信息组成
a.以分钟、小时和日记录的起始时间和日期(16比特)b.以0.1英里记录的行驶距离(16比特)c.以分钟、小时和日记录的行驶结束的时间和日期(16比特)d.在记录行驶期间所达到的最大速度(8比特)e.车辆以超过预设门限速度行驶的分钟数(16比特)此外还可以包括下列数据f.车辆标志号g.该车当前里程计读数h.由每一预设时间区间的速度组成的速度分布图作为最后预设分布图时间间隔。
速度分布图的目的是为了得到记录操作情况的数据供分析事故之用。
下面参考图4，远程程序编制器/询问机(PI)单元用数码60表示。PI单元60可以与前述的轴里程计10兼容，进行红外数据通讯。PI单元60是一个以电池供电的便携式装置，它包含一个键盘62和一个数字显示器64。PI单元还包含一个红外发光二极管(LED)66用来发送信息，而电子里程计的光敏传感器54接收信息，还包括一个光敏传感器68用于接收电子里程计的红外LED52发送的信息。PI单元60还包含一个微处理器和一个起存储从电子里程计10中所接收信息的作用的随机存储器。PI存储器最好具有能存储大约16到64个这样的里程计的数据的容量。
红外LED66和光敏传感器68与译码器和寄存器电路70联接，译码器和寄存器70又与键盘62和液晶数字显示器64联接。RS-232型电缆插头72通过RS-232接口电路74与电路70联接，以便提供一个与计算机终端(图中未画出)相连的电缆引线。微处理器76，如Intel 8085电路，控制PI单元的工作。微处理器76经过输入/输出(I/O)扩展集成电路78，例如Intel 8155电路，与电路70连接。操作PI单元的程序存储在只读存储器(ROM)80中。ROM 80可以是Intel 8355电路。数据存在随机存储器(RAMS)82，例如Intel 2164-25，电路中。用可充电镍镉电池84对这些电路供电。
要给一个或若干个电子里程计输入信息，可从计算机经过插头72和接口电路74通过PI输入或者通过终端人工输入，也可以用PI单元上的键盘输入这些信息。PI单元中的信息可以通过按动键盘62上相应的键扭而被传输给里程计，因而编码的红外脉冲从发光二极管66传输给里程计的光敏传感器54。
里程计10与PI单元60的通讯能力可以通过多种方式有效地利用。例如，如果里程计已被预先编程，则车辆标志码可以被传输回PI单元，PI单元根据所给的车辆标志码在其内存中查询要传输给该里程计的信息。然后这些信息通过传感器54被传输给里程计，里程计又通过LED 52传输信息给PI单元以示证实。为了保证电子里程计和PI单元之间的通讯，一般要求LED 52和传感器68之间LED 66和传感器54之间光学照准。照准通常是容易完成的，通过人工把PI单元及其接收/发射部位照准里程计方向就可以了。因为PI单元60是便携式的，所以实际上PI单元可以放置到直接与里程计10接触的位置。另一方面，便携式PI单元还可以与安装在路缘石上或公路边某一固定位置上的静止装置结合起来发挥作用。静止装置的红外发射器和接收器定位于与车轴同一水平线上。当装有里程计的车辆停止而里程计处于此静止PI单元的通讯范围时，数据可以在轴里程计和静止PI单元之间传输。静止PI单元可以与远程设置的计算机联线以实现数据收集、车辆进出控制或者用于车辆租赁公司计算用户费用。
在电子里程计预先未被编程并且不包含车辆标志号的情况下，则可以通过PI单元上的键盘将车辆标志号人工地输入。PI单元也可用来向电子里程计提出询问。例如，当键盘上对应“读”(READ)的键启动时，编码的信号就可以被发送给电子里程计，然后电子里程计把其RAM存储器中的全部存储信息包括车辆标志号发送回来。接收的信息可存入PI单元的RAM82中。若干电子里程计被一指定的PI单元询问完后，存储的数据能够从PI单元经过接口电路74和插头72传输给计算机或远程传输调制解调器。另一方面，启动键盘上相应的“显示”键(“DISPLAY”键)，能够在数字显示器64上逐字读出数据。
从PI单元传输到电子里程计的典型数据可以包括下列信息a.车辆标志号8位(32比特)b.以分、小时、月、日和年表示的时间和日期(24比特)c.以0.00001英里为增量的车轮周长(16比特)d.以每分钟0.02英里为增量的超速门限值(8比特)e.以几分钟0.1英里为增量的行驶门限值(16比特)f.以一分钟为增量的行驶结束门限(8比特)g.以0.1英里为增量的车辆里程计当前读数(32比特)虽然4，096比特(4K)的存储量是足够用的，但集成电路50最好拥有一个存储能力为16，384比特(16K)的存储器。考虑到基本布局，集成电路46产生的信息可以根据4K容量RAM集成电路50的存储量进行格式化，于是车辆标志号分配32比特，里程计读数分配32比特，时间和日期分配32比特和车轮直径分配16比特。剩下的RAM容量能容纳后来83个行驶记录，这些记录按先进先被写满溢出的原则保持在存储器内，每一这样的行驶记录能分配给48比特以便组成开始的日期和时间、行驶的总距离以及行驶结束的日期和时间。日期和时间将包含用于当月日期的5比特，用于当日小时数的5比特和分钟数的6比特。为了以大约80英尺为增量表示到1000英里，距离将分配16比特。更好地是通过车轮转动单元来存储距离。而以英里为单位的实际距离的计算由远程PI单元60来完成。除上述数据以外的数据也可以在电子轴里程计和PI单元之间传输。例如，作为一个询问的响应部分，传输的信息可能表示需要更换电池。作为传输给里程计的所有信息的一部分，密码用来预防未经许可的询问或数据变化。
值得提出的是，前述电子里程计也可以做成使得磁铁安装在相对转轮固定的位置并且使部分或全部的电子线路和部件与车轮一起转动。还有一点值得提出的是另外各种形式的数据可从所述里程计中获得，虽然在本申请中没有详细介绍。
尽管为了说明问题本发明的高级电子轴里程计已经被介绍过了，但是不应认为本发明就局限于前面的介绍。当然，在不违背本发明的精神和范围的情况下，一个技艺熟练的人可能做出各种改进、修正和替换。
权利要求
1.用于判断车辆使用情况的监视轮式车辆工作的方法，包括电子记录某些以车轮转动和时间为基础的车辆工作数据的方法，使用安装在车轮上并带有电子记录器装置来自动地电子记录和有选择地电子传输上述车辆工作数据的轴里程计记录数据；安装在车轮上的轴里程计中，有选择地把上述车辆工作数据传输给并存储在独立的电子记录器装置内；并且从存储在上述独立记录器装置中的上述车辆工作数据中产生使用情况的读出。
2.根据权利要求
1的监视轮式车辆工作的方法，其中有选择地电子传输上述车辆工作数据的方法包括，通过电磁波辐射从上述轴里程计的记录装置中有选择地把车辆工作数据传输给上述独立记录器装置。
3.根据权利要求
2的监视轮式车辆工作的方法，其中有选择地电子传输上述车辆工作数据的方法包括，通过电磁波辐射从上述独立记录器装置有选择地把起动信号传输给上述轴里程计的记录器装置，以控制上述车辆工作数据从轴里程计的上述记录器装置到上述独立记录器装置的传输。
4.根据权利要求
1的监视轮式车辆工作的方法，其中有选择地传输上述车辆工作数据的方法包括，当人工地保持独立记录器装置与安装轴里程计的车轮彼此隔开的关系时，通过电磁波辐射，从上述轴里程计的记录器装置中有选择地把车辆工作数据传输给上述独立的记录器装置。
5.根据权利要求
1的监视轮式车辆工作的方法，其中上述车辆工作数据包括多个连续的数据段，每个数据段包括一个在连续的预设持续时间增量期间装有轴里程计车轮的转动总数。
6.根据权利要求
1的监视轮式车辆工作的方法，其中上述车辆工作数据包括，在预设持续时间间隔期间通过预设最小车轮转动值确定的车辆行程开始和结束的时间和日期、由车轮转动总数确定的行程期间的行驶距离、在预设持续时间间隔内由车轮转动最大值决定的行驶期间的最大速度和车辆超过预设速度的总持续时间。
7.一种电子轴里程计包括一个屏蔽罩，安装后可随车轮转动;一个磁铁，安装在相对上述屏蔽罩固定位置上并可随之转动;电磁感应器装置，对上述磁铁响应，用来探测上述车轮的转动并产生转动指示信号;时钟装置，用来产生时钟信号;数据装置，对上述转动和时钟信号响应，用来产生指示上述车轮行驶的时间和距离的数据;存储器装置，用来存储上述的数据;发射装置，用来从上述存储器向远程读出传输上述数据;悬挂装置，枢轴式地悬挂在上述屏蔽罩内，以便安装上述的电磁传感器装置、时钟装置、数据装置、存储器装置以及光学发射装置。
8.权利要求
7的电子轴里程计包括一个光敏传感器装置，用来接收远程信号并且把这些信息转送给数据装置。
9.权利要求
7的电子轴里程计包括一个远离上述屏蔽罩的程序编制器/询问机装置用来接收和存储发射装置发射的数据。
10.权利要求
7的电子轴里程计中，数据包括对于预设速度范围的车轮行驶速度和车轮行驶速度的时间持续的指示数据。
11.权利要求
7的电子轴里程计中，数据装置产生上述车轮最大行驶速度的指示数据。
12.权利要求
7的电子轴里程计中，上述数据装置包括行程定义装置，用来自动地确定车轮行驶的起点和终点。
13.一种电子轴里程计包括转动探测装置，用来探测上述车轮转动并产生指示转动的信号;时钟装置，产生时钟信号;可编程序电路装置，对上述转动和时钟信号响应，来产生指示上述车轮行驶的时间、距离和速度;发射装置，用来向远程读出传输上述数据;屏蔽罩装置，适合于紧靠着转动车轮安装以便封装上述时钟装置、电路和发射装置。
14.一种适合于记录车辆相应车轮转动的电子轴里程计包括车轮转动传感器装置，用来探测车轮的转动并产生指示信号;时钟装置，用来产生时钟信号;行驶起点装置，用来自动确定车轮行驶的起点;数据装置，对上述车轮传感器、时钟和行驶起点装置响应，产生指示上述车辆行驶的时间和距离的数据;存储器装置，至少能存储上述数据的一部分;发射装置，用来从上述存储器装置传输存储的数据，以便远程读出存储的数据。
15.权利要求
14的电子轴里程计，包括自动确定车辆行程终点的行程终点装置。
16.权利要求
15的电子轴里程计中，数据装置在行程结束之前按照预设的时间间隔指令顺序快速地产生车轮行驶速度的指示数据。
专利摘要
电子轴里程计使用一个永久磁铁和一个磁性簧片开关来记录装配里程计车轮的转速。一个可编程的集成电路与时钟晶体和磁性簧片开关连接，自动地产生关于时间、距离和相应车轮行驶速度的数据，数据被存入随机存储器中。使用一个红外发光二极管来从里程计向远程单元传输数据。远程单元的信息也可以通过光敏传感器传输给里程计。
文档编号G01C22/02GK86101161SQ86101161
公开日1986年10月1日 申请日期1986年2月27日
发明者多纳德·W·弗利舍 申请人:维德工业公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan