УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЗАГРУЗКИ АВТОМОБИЛЯ

Техническое решение относится к весоизмерительным устройствам и предназначено для измерения и индикации состояния загрузки автомобиля. Может быть использовано в транспортной отрасли для оперативного контроля загрузки автомобилей.
Известно «Устройство для взвешивания груза в автосамосвале» по авторскому свидетельству СССР №584192 от 15.12.1977 года, МПК G01G 19/08 - [1], содержащее датчики давления с электрическими преобразователями, измеряющими давление в гидроцилиндре механизма подъема платформы автосамосвала, причем выходы электрических преобразователей подсоединены к сумматору (интегратору) и далее к внешнему электрическому блоку контроля загрузки автосамосвала.
Недостатком устройства [1] является возможность его использования практически только для автосамосвалов с гидравлическим подъемом грузовой платформы, использование же предложенного технического решения для других транспортных средств без гидравлического подъема грузовой платформы невозможно. Кроме того, устройство сложно по своей конструкции и требует существенного изменения гидравлической системы механизма подъема платформы автосамосвала при установке устройства [1].
Известно «Транспортное весовое устройство» по патенту РФ №2046300 от 20.10.1995 года, МПК G01G 19/12 - [2], содержащее тензометрические датчики, установленные в шинах транспортного средства, датчики давления, чувствительные элементы которых соединены с внутренними полостями шин, причем тензометрические датчики и датчики давления соединены с выходом генератора и входом многоканального усилителя, а многоканальный усилитель, преобразователь код аналог и внешний электрический блок контроля загрузки соединены между собою последовательно.
Недостатком устройства [2] является его сложность и низкая достоверность информации, зависящей от множества второстепенных случайных факторов получаемой от датчиков, установленных в шинах автомобиля.
Известно «Устройство для измерения и индикации состояния загрузки седельного тягача» по патенту РФ №2116207 от 27.07.1998 года, МПК В60Р 5/00, G01G 19/10 - [3], которое содержит измерительный орган в виде эластичного элемента, расположенный на седельно-сцепном устройстве колесного тягача для соединения с седельным прицепом между скользящей плитой и плитой седельно-сцепного устройства колесного тягача в зоне шкворня седельного прицепа, причем эластичный элемент может быть выполнен в виде датчика перемещения (пути), а на, по меньшей мере, одной оси тягача и/или седельного прицепа, имеющих систему пневматической подвески с правым и левым упругими элементами, расположен, по меньшей мере, один другой датчик давления или усилия, пневматически соединенный с нагнетательными полостями упругих элементов, при этом датчики давления соединены с электрическим индикаторным устройством.
Недостатком устройства [3] является то, что оно применимо только для седельных тягачей и его использование для другого типа автомобилей затруднительно. Дополнительно недостатками устройства [3] являются сложность и трудность анализа показаний из нескольких разрозненных датчиков (из-за низкой достоверности информации).
Прототипом заявляемого технического решения является «Устройство для контроля загрузки автосамосвала» по патенту РФ №1619059 от 07.01.1991 года, МПК G01G 19/08 - [4], содержащее весовоспринимающий узел в виде расположенного между рамой и задним мостом автомобиля датчика перемещения, соединенного с внешним электрическим устройством. Устройство дополнительно содержит датчик положения кузова, датчик начала движения, а внешнее электрическое устройство содержит шифратор, пороговый блок, регистр начальной и фактической загрузки, коммутатор, сумматор, выход которого соединен с входом блока индикации, причем выход датчика перемещений соединен с входом шифратора, первый выход которого соединен с входом порогового блока, выход которого соединен с управляющим входом коммутатора, входы коммутации которого соединены соответственно с выходами датчиков начала движения и положения кузова, первый и второй выходы коммутатора подсоединены соответственно к первым регистров фактической и начальной загрузки, вторые входы которых соединены со вторым выходом шифратора, а выходы регистров фактической и начальной загрузки соединены соответственно с первым и вторым входом сумматора.
Недостатками прототипа [4] следующие:
- относительная сложность устройства из-за дополнительных датчиков положения кузова и начала движения;
- необходимость обработки информации сразу от трех различных и разрозненных датчиков, что снижает достоверность получаемой информации и существенно увеличивает его стоимость;
- нахождение блока индикации загрузки автосамосвала на самом автомобиле не отвечает современным задачам дистанционного контроля загрузки автомобиля и местоположения.
Указанные недостатки ставят задачи создания простого, надежного и дешевого устройства контроля загрузки автомобиля, которое может быть установлено на любом грузовом автомобиле и позволять оперативно и дистанционно проводить его контроль.
Данные задачи решаются тем, что в устройстве для контроля загрузки автомобиля, содержащим весовоспринимающий узел в виде расположенного между рамой и задним мостом автомобиля датчика перемещения, соединенного с внешним электрическим устройством, датчик перемещения выполнен индуктивным с внутренним штоком и с первичной электрической схемой выдачи сигнала, датчик перемещения размещен в корпусе, в котором установлены разъемы питания для индуктивного датчика и для внешнего электрического устройства. Причем индуктивный датчик перемещения выполнен в цилиндрическом корпусе в виде высокочастотного трансформатора из намотанной на трубку из диэлектрического немагнитного материала по всей ее длине первичной обмотки, поверх которой на разных концах трубки намотаны две вторичные обмотки, шток выполнен из диэлектрического немагнитного материала с возможностью продольного перемещения в трубке и содержит металлический сердечник, первичная электрическая схема выполнена в виде задающего генератора, выход которого через усилитель соединен с первичной обмоткой высокочастотного трансформатора, выходы двух вторичных обмоток высокочастотного трансформатора соответственно раздельно через два детектора и два интегратора подсоединены к сумматору, выход которого через делитель напряжения подключен ко входу усилителя тока, а его выход подсоединен с разъему внешнего электрического устройства. Внешнее электрическое устройство выполнено в виде микропроцессора, выход которого соединен со входом GSM передатчика системы дистанционного контроля загрузки автомобиля.
Кроме того, известно расположение «Датчика смещения» по патенту Японии №3451683 В2 от 29.09.2003 года, МПК G01B 7/00 - [5] между корпусом и колесом автомобиля, для измерения величины их относительного смещения, в зависимости от загрузки автомобиля.
Однако известный датчик смещения [5], выполнен резистивным, содержащим подвижный контакт, скользящий по поверхности резистора, что очень сильно снижает его надежность, особенно в условиях бездорожья и плохих погодных условиях.
По второму пункту формулы заявляемого технического решения известно выполнение «Схемы с линейно регулируемым дифференциальным трансформатором LVDT качестве датчика перемещения или датчика силы и способ использования такой схемы» по патенту Германии №10313021 В3 от 02.09.2004 года, МПК G01B 7/02 - [6], с одной первичной обмоткой и двумя вторичными обмоткам, выходы которых через соответственно два интегратора подсоединены к сумматору, выход которого подключен к разъему внешнего электрического устройства.
Однако и известном аналоге [6] и заявляемом техническом решении имеются существенные отличия. Так, в аналоге [6] из задающего генератора на первичную обмотку подаются «треугольные» сигналы (импульсы) с регулируемыми передними и задними фронтами, а в заявляемом техническом решении из за дающего генератора на первичную обмотку подаются короткие «прямоугольные» сигналы (импульсы), которые в двух вторичных обмотках индуцируют затухающие сигналы ударного возбуждения на частотах собственного резонанса этих обмоток. Также в заявляемом техническом решении поступающие из двух вторичных обмоток сигналы дополнительно пред усилением детектируются, а это в совокупности позволяет существенно понизить или устранить влияние фазовых параметров, снизить требования к геометрическим характеристикам самих обмоток и повысить чувствительность устройства в целом. Кроме того, в заявляемом техническом решении упрощается первичная электрическая схема, так как используется два операционных усилителя вместо 4÷5 по известному аналогу [6].
Дополнительно также известны:
- «Датчик линейно изменяемого перемещения…» по патенту Великобритании №2405208 А1 от 23.02.2005 года, МПК G01B 7/00, G01D 5/20 - [7], с металлическим сердечником аксиально перемещаемым внутри корпуса с цилиндрической первичной обмоткой, поверх которой намотаны две вторичных обмотки.
- «Способ и устройство определения положения…» по патенту США №6541961 ВА от 01.04.2003 года, МПК G01B 7/00 - [8], по которому сигнал от индуктивного датчика линейного перемещения направляют на обработку в микропроцессорное устройство (компьютер).
- «Бесконтактный датчик» по Европейскому патенту №1580532 А1 от 28.09.2005 года, МПК G01D 5/12 - [9], корпус которого содержит штекерный разъем, электрически соединяющий датчик и внешнее электрическое устройство.
Однако вышеперечисленные способы и устройства [7], [8] и [9] совместно (в совокупности) не применяются в виде датчика перемещения (в весовоспринимающем узле) устройства для контроля загрузки автомобиля. Другими словами способы и устройства [7], [8] и [9] не решают задачи создания простого, надежного и дешевого устройства контроля загрузки автомобиля, которое может быть установлено на любом грузовом автомобиле и позволять оперативно и дистанционно проводить его контроль.
На фиг.1 представлено устройство для контроля загрузки автомобиля - в разрезе (вид с боку); на фиг.2 - устройство для контроля загрузки автомобиля - вид спереди; на фиг.3 - внешний вид устройства для контроля загрузки автомобиля; на фиг.4 - индуктивный датчик перемещения в разобранном виде; на фиг.5 - блок-схема устройства для контроля загрузки автомобиля (с первичной электрической схемой выдачи сигнала); на фиг.6 - первичная электрическая схема выдачи сигнала; на фиг.7 - устройство для контроля загрузки автомобиля с внешним электрическим устройством и GSM передатчиком системы дистанционного контроля загрузки автомобиля.
Устройство для контроля загрузки автомобиля, содержит весовоспринимающий узел в виде расположенного между рамой 1 и задним мостом 2 автомобиля индуктивного датчика перемещения 3 со штоком 4 из диэлектрического материала. Индуктивный датчик перемещения 3 состоит из полого цилиндрического корпуса, в котором установлены первичная электрическая схема выдачи сигнала 5, разъем 6 и расположенная аксиально по центральной оси цилиндрического корпуса 3 трубка 7 из диэлектрического немагнитного материала с намотанной по всей ее длине первичной обмотки 8, поверх которой на разных концах трубки 7 намотаны две вторичные обмотки 9 и 10. Внутри трубки 7 установлен с возможностью перемещения шток 4 с металлическим сердечником 11. Первичная электрическая схема выдачи сигнала 5 выполнена в виде задающего генератора 12, выход которого через усилитель 13 соединен с первичной обмоткой 8 высокочастотного трансформатора 14, выходы двух вторичных обмоток 9 и 10 высокочастотного трансформатора 14 соответственно раздельно через два детектора 15 и 16 и два интегратора 17 и 18 подсоединены к сумматору 19, выход которого через делитель напряжения 20 подключен ко входу усилителя тока 21, а его выход подсоединен с разъему внешнего электрического устройства 6. Индуктивный датчик перемещения 3 крепится к раме 1 и заднему мосту 2 автомобиля механическими связями с двумя степенями свободы. Внешнее электрическое устройство выполнено в виде микропроцессора, выход которого по результатам текущих дискретных вычислений соединен со входом GSM передатчика дистанционного контроля загрузки автомобиля и его местоположения.
Работает устройство для контроля загрузки автомобиля следующим образом: при загрузке - разгрузке автомобиля его рама 1 смещается относительно заднего моста 2, в свою очередь эти линейные перемещения датчик 3 преобразует в выходное напряжение. Измерение загрузки автомобиля производиться косвенным путем в соответствии с линейным перемещением штока 4 с металлическим сердечником 11 датчика 3. Первичная электрическая схема выдачи сигнала 5 питается от бортовой сети автомобиля, также через разъем 6. На выходе датчика (на разъеме 6) присутствует постоянное напряжение в зависимости от перемещения штока в пределах от 0 до 5 В. Первичная обмотка 8, вторичные обмотки 9 и 10, а также металлический сердечник 11 на штоке 4 образуют высокочастотный трансформатор 14. В первичной электрической схеме выдачи сигнала 5 задающий генератор 12 через усилитель 13 возбуждает импульсный ток в первичной обмотке 8 (намотанной на трубку 7 из диэлектрического немагнитного материала) и вызывает ударное возбуждение во вторичных обмотках 9 и 10 на частотах собственного резонанса. Переменное напряжение вторичных обмоток детектируется соответственно в детекторах 15 и 16 и через интеграторы 17 и 18 поступает на входы сумматора 19. С выхода сумматора 19, через делитель напряжения 20, сигнал, пропорциональный разности напряжений на его входе, поступает на вход усилителя тока 21. Далее сигнал из усилителя тока 21 через разъем 6 поступает на внешнее электрическое устройство - микропроцессор, соединенный со входом GSM передатчика системы дистанционного контроля загрузки автомобиля.
При разработке конструкции индуктивного датчика перемещений, представленного на фиг.3 и фиг.4, максимально использованы стандартные изделия. Габаритные размеры цилиндрического корпуса датчика 50×289 мм. Масса индуктивного датчика перемещений, с учетом узлов компонентов крепления: 1,2 кг.
Из достоинств предложенного устройства для контроля загрузки автомобиля в виде индуктивного датчика перемещения с первичной электрической схемой можно отметить его нечувствительность к загрязнениям - пыли, маслу и т.д., и вредным факторам окружающей среды - влажности, коррозии, то есть его некритичность к внешним воздействиям. Устройство является бесконтактным: в конструкции индуктивного датчика присутствует значительный физический зазор, отделяющий электрическую и механическую части друг от друга, что уменьшает износ и повышает надежность. Устройство имеет возможность широкой интеграции (по установке) на различных типах грузовых автомобилей, обладает простотой конструкции, и, следовательно, высокой ее надежностью, а также имеет высокую достоверность и точность выдаваемой информации. Дополнительно можно отметить низкую стоимость устройства и возможность с помощью него осуществлять дистанционный контроль загрузки автомобиля.
Полагаем, что предложенное устройство обладает всеми критериями изобретения, так как:
- Устройство для контроля загрузки автомобиля в совокупности с ограничительными и отличительными признаками формулы изобретения является новым для общеизвестных устройств и, следовательно, соответствует критерию "новизна";
- совокупность признаков формулы изобретения устройства не известна на данном уровне развития техники и не следует общеизвестным правилам конструирования устройств для контроля загрузки автомобилей, что доказывает соответствие критерию "изобретательский уровень";
- конструктивная реализация устройства для контроля загрузки автомобиля не представляет никаких конструктивно-технических и технологических трудностей, откуда следует соответствие критерию "промышленная применимость".
Литература:
1. Авторское свидетельство СССР №584192 от 15.12.1977 г., МПК G01G 19/08, «Устройство для взвешивания груза в автосамосвале».
2. Патент РФ №2046300 от 20.10.1995 г., МПК G01G 19/12, «Транспортное весовое устройство».
3. Патент РФ №2116207 от 27.07.1998 г., МПК В60Р 5/00, G01G 19/10, «Устройство для измерения и индикации состояния загрузки седельного тягача».
4. Патент РФ №1619059 от 07.01.1991 г., МПК G01G 19/08, «Устройство для контроля загрузки автосамосвала» - прототип.
5. Патент Японии №3451683 В2 от 29.09.2003 г., МПК G01B 7/00, «Датчика смещения».
6. Патент Германии №10313021 В3 от 02.09.2004 г., МПК G01B 7/02, «Схема с линейно регулируемым дифференциальным трансформатором LVDT качестве датчика перемещения или датчика силы и способ использования такой схемы».
7. Патент Великобритании №2405208 А1 от 23.02.2005 г., МПК G01B 7/00, G01D 5/20, «Датчик линейно изменяемого перемещения…»
8. Патент США №6541961 ВА от 01.04.2003 г., МПК G01B 7/00, «Способ и устройство определения положения…».
9. Европейский патент №1580532 А1 от 28.09.2005 г., МПК G01D 5/12, «Бесконтактный датчик».