"SISTEMA ELETRÔNICO PARA MONITORAR UM CONJUNTO DE ENGATE DE REBOQUE E SISTEMA DE ENGATE"
Este Pedido reivindica o benefício do Pedido Provisório US Número 60/654.283 depositado em 18 de fevereiro de 2005, intitulado FIFTH WHEEL SENSOR ASSEMBLY, (Conjunto Sensor de Quinta Roda), que é aqui com isto incorporado para referência em sua totalidade.
FUNDAMENTO DA INVENÇÃO
A presente invenção é orientada para um sistema eletrônico para monitorar o acoplamento de um reboque a um conjunto de engate de reboque que é montado em um chassi de caminhão, e em particular é orientado para um sistema eletrônico que indica se o reboque está acoplado de maneira adequada ao conjunto de engate de reboque discriminando entre componentes do reboque e componentes do conjunto de engate e matérias estranhas.
Sistemas de controle de acoplamento eletrônico para um conjunto de engate de reboque de veículos estão descritos em cada uma das Patente U.S. 5.861.802 intitulada "FIFTH WHEEL HITCH COUPLING CONTROL SYSTEM" (Sistema de Controle de Acoplamento de Engate de Quinta Roda) a Hungerink e outros, e Patentes U.S. 6.285.278 e 6.452.485, cada uma intitulada "ELECTRONIC SYSTEM FOR MONITORING A FIFTH WHEEL MTCH" (Sistema Eletrônico Para Monitorar Um Engate De Quinta Roda) a Schutt e outros, Patentes U.S. 5.861.802; 6.285.278 e 6.452.845 cada uma consignada ao consignatário da presente invenção, e são aqui com isto incorporadas para referência em sua totalidade. Cada uma destas Patentes divulga um sistema de controle de acoplamento eletrônico que inclui um sensor de reboque para sensorear quando um reboque está localizado próximo conjunto de engate, um sensor de pino mestre para sensorear a presença de um pino mestre de reboque em uma garganta de placa de engate, e um sensor de trava para sensorear quando o mecanismo de travamento esta travado em uma posição segura. Estas Patentes ainda divulgam um indicador localizado dentro do veículo para fornecer informação do estado do acoplamento do conjunto de engate de reboque para um condutor de um veículo. Um circuito de controle é acoplado ao sensor do reboque, ao sensor do pino mestre, ao sensor da trava e ao indicador. Os sensores são utilizados pelo circuito de controle para informar a um condutor quando um reboque está em proximidade junto ao conjunto de engate de reboque, quando o pino mestre do reboque está posicionado na garganta do engate, e quando o mecanismo de travamento está em uma posição travada. O sistema de controle de acoplamento eletrônico é também capaz de realizar diversas rotinas de auto-diagnóstico para assegurar a operação adequada do sistema quando a ignição do veículo é ligada.
Até agora, sistemas como aqueles descritos acima incorporam tipicamente sensores do tipo de contato suscetíveis a degradação a partir do ambiente severo em que estes sensores são utilizados, que incluem degradação de utilização normal e de utilização extrema, tal como experimentada durante algumas operações de acoplamento, e a inclusão de sólidos estranhos no ambiente, tais como graxa, água e gelo, cada um carregado de materiais ferro- magnéticos. Estes materiais ferromagnéticos quando carregados dentro de graxa e etc. podem ser a causa de leituras "falso- positivas" quando transportadas para o operador, ou leituras que indicam de maneira falsa alinhamento adequado do pino mestre em relação à garganta da placa de engate. Alinhamento inadequado do pino mestre com a garganta da placa de engate pode resultar potencialmente na queda de um reboque do veículo associado, seja em uma plataforma de embarque ou potencialmente em uma estrada pública, com dano significativo ao equipamento associado e à propriedade circundante e além disto dano pessoal ou pior.
Um sistema eletrônico para monitorar a acomodação de um pino mestre de um reboque dentro de uma garganta de uma placa de engate é desejado, o qual diferencie de maneira precisa e confiável entre o pino mestre de matérias estranhas, eliminando com isto leituras "falso-positivas" de alinhamento adequado para o operador de um veículo associado.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
Um aspecto da presente invenção é fornecer um sistema eletrônico para monitorar um conjunto de engate de reboque que tem uma placa de engate e uma garganta para acomodar um pino mestre de um reboque e um mecanismo de travamento para travar o pino mestre dentro da garganta, o sistema eletrônico determinando se o conjunto de engate do reboque está acoplado de maneira adequada ao reboque e que compreende um primeiro imã que cria um primeiro fluxo magnético em um primeiro sensor de efeito Hall para sensorear a posição do pino mestre do reboque em relação à garganta da placa de engate medindo o primeiro fluxo magnético. O sistema eletrônico ainda compreende um circuito de controle acoplado de maneira operacional ao primeiro sensor de efeito Hall e que determina se o primeiro fluxo magnético indica uma localização adequada do pino mestre do reboque em relação à garganta da placa de engate.
Um outro aspecto da presente invenção é fornecer um sistema de engate que compreende um conjunto de engate de reboque que tem uma placa de engate com uma garganta para acomodar um pino mestre de um reboque e um mecanismo de travamento para travar o pino mestre na garganta. O sistema de engate também inclui um primeiro ímã que cria um primeiro fluxo magnético em um primeiro sensor de efeito Hall para sensorear a posição do pino mestre do reboque em relação à garganta da placa de engate medindo o primeiro fluxo magnético. O sistema de engate ainda inclui um circuito de controle acoplado de maneira operacional ao primeiro sensor de efeito Hall e que determina se o primeiro fluxo magnético indica uma localização adequada do pino mestre do reboque em relação à garganta da placa de engate. Um outro aspecto da presente invenção é fornecer um sistema eletrônico para monitorar um conjunto de engate de reboque que tem uma placa de engate com uma garganta para acomodar um pino mestre de um reboque e um mecanismo de travamento para travar o pino mestre na garganta, em que o sistema eletrônico determina se o conjunto de engate de reboque está acoplado de maneira adequada ao reboque. O sistema eletrônico compreende um sensor de proximidade sem contato para sensorear a posição de um pino mestre de um reboque em relação a uma garganta de uma placa de engate, e um circuito de controle acoplado de maneira operacional com o sensor de proximidade, que determina se um pino mestre do reboque está localizado de maneira adequada em relação a uma garganta de uma placa de engata, e um dispositivo mostrador acoplado de maneira operacional ao circuito de controle e que apresenta estado de acoplamento para um operador de um veículo.
Ainda um outro aspecto da presente invenção é fornecer um sistema de engate que compreende um conjunto de engate de reboque que tem uma placa de engate com uma garganta para acomodar um pino mestre de um reboque e um mecanismo de travamento para travar o pino mestre dentro da garganta, um sensor de proximidade sem contato para sensorear a posição de um pino mestre de um reboque em relação à garganta da placa de engate. O sistema de engate ainda compreende um circuito de controle acoplado operacionalmente ao sensor de proximidade e que determina se um pino mestre de um reboque está localizado de maneira adequada dentro da garganta da placa de engate, e um dispositivo mostrador acoplado operacionalmente ao circuito de controle e que apresenta o estado de acoplamento para um operador de um veículo.
O presente sistema eletrônico inovador para monitorar o pino mestre de um reboque dentro de uma garganta de uma placa de engate faz diferença, de maneira precisa e confiável, entre o pino mestre e materiais estranhos, eliminando com isto leituras "falso-positivas" do alinhamento adequado para o operador de um veículo associado, e aumenta com isto a segurança associada. O sistema ainda reduz custos de fabricação, aumenta a confiabilidade do sistema, é mais durável e é capaz de uma vida útil longa, e é particularmente bem adaptado para a utilização proposta.
Estes e outros aspectos, vantagens e objetivos da presente invenção serão mais entendidos e apreciados por aqueles versados na técnica por meio de referência à especificação a seguir, reivindicações e desenhos anexos.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
A Figura 1 é uma vista lateral de um caminhão/trator que inclui um sistema eletrônico que configura a presente invenção para monitorar um conjunto de engate de reboque;
A Figura 2 é uma vista inferior do conjunto de engate de reboque;
A Figura 3 é uma vista lateral do conjunto de engate de reboque;
A Figura 4 é uma vista lateral em seção transversal parcial de um conjunto de engate de reboque;
A Figura 5 é uma vista em perspectiva de um dispositivo de saída;
A Figura 6A é uma vista esquemática de uma primeira configuração do conjunto sensor na qual o conjunto sensor está em um estado zero;
A Figura 6B é uma vista esquemática da primeira configuração do conjunto sensor na qual o conjunto sensor indica a localização de um pino mestre dentro da garganta de uma placa de engate associada;
A Figura 6C é uma vista esquemática da primeira configuração do conjunto sensor na qual um material ferro-magnético está posicionado dentro da garganta da placa de engate;
A Figura 7 é um esquema elétrico da primeira configuração do conjunto sensor;
A Figura 8 é uma plotagem teórica da saída do sensor contra intensidade de fluxo;
A Figura 9A é uma vista esquemática de uma segunda configuração do conjunto sensor na qual a segunda configuração do conjunto sensor está em um estado zero;
A Figura 9B é uma vista esquemática da segunda configuração do conjunto sensor na qual a segunda configuração do conjunto sensor indica a localização do pino mestre dentro da garganta da placa de engate;
A Figura 10 é um esquema elétrico do circuito elétrico da segunda configuração do conjunto sensor;
A Figura 11A é uma vista esquemática de uma terceira configuração do conjunto sensor na qual a terceira configuração do conjunto sensor está em um estado zero;
A Figura 11B é uma vista esquemática da terceira configuração do conjunto sensor na qual o conjunto sensor indica a localização de um componente diferente do pino mestre em proximidade junto ao conjunto sensor;
A Figura 11C é uma vista esquemática da terceira configuração do conjunto sensor na qual o conjunto sensor indica a localização de um pino mestre dentro da garganta da placa de engate;
A Figura 12 é um esquema elétrico do circuito elétrico da terceira configuração do conjunto sensor;
A Figura 13A é uma vista esquemática de uma quarta configuração do conjunto sensor na qual um sensor do tipo de efeito Hall e um ímã são posicionados através de uma porção da garganta da placa de engata deslocados um do outro; A Figura 13B é uma vista esquemática da quarta configuração do conjunto sensor na qual um pino mestre é posicionado dentro da garganta da placa de engate;
A Figura 14 é um esquema elétrico do circuito elétrico da quarta configuração do conjunto sensor;
A Figura 15A é uma vista esquemática de uma quinta configuração do conjunto sensor na qual o conjunto sensor está em um estado zero;
A Figura 15B é uma vista esquemática da quinta configuração do conjunto sensor na qual o conjunto sensor indica a localização de um componente diferente do pino mestre;
A Figura 15C é uma vista esquemática da quinta configuração do conjunto sensor na qual o conjunto sensor indica a localização do pino mestre dentro da garganta da placa de engate;
A Figura 16 é um esquema elétrico do circuito elétrico da quinta configuração do conjunto sensor; e
A Figura 17 é uma vista esquemática de um circuito elétrico de uma sexta configuração do conjunto sensor que inclui um sensor de proximidade indutivo.
DESCRIÇÃO DETALHADA DAS CONFIGURAÇÕES PREFERENCIAIS
Para finalidades de descrição, aqui os termos "superior", "inferior", "direita", "esquerda", "traseira", "frente", "vertical", "horizontal" e derivados deles devem se relacionar à invenção como orientada na Figura 1. Contudo, deve ser entendido que a invenção pode assumir diversas orientações alternativas e seqüências de etapas, exceto onde expressamente especificado o contrário. Deve também ser entendido que os dispositivos e processos específicos ilustrados nos desenhos anexos e descritos nas especificação a seguir, são configurações tomadas como exemplo dos conceitos inovadores definidos nas reivindicações anexas. Daí, dimensões específicas e outras características físicas relacionadas às configurações aqui divulgadas não devem ser consideradas como limitativas, a menos que as reivindicações descrevam expressamente de outra forma.
O numeral de referencia 10 (Figuras 1-3) designa genericamente um sistema de monitoramento e sensoriamento eletrônico incorporado em um caminhão/trator 12 que inclui um conjunto de engate de reboque que tem uma base 16 montada de forma segura a um chassi 18, uma placa de engate de reboque 20 montada de maneira pivotante na base 16 em um eixo transversal e um mecanismo de travamento 22 para travar no lugar um pino mestre de reboque convencional. O sistema eletrônico 10 inclui, preferivelmente, um conjunto sensor de pino guia sem contato 24 montado ao conjunto de engate 14, um conjunto sensor de inclinação 25, um sensor de trava 27 e um dispositivo de saída 26 montado na cabine do trator 12. O conjunto sensor de inclinação 25 e o conjunto sensor de trava 27 estão descritos nas Patentes U.S. 5.861.802; 6.285.278 e 6.452.845. Os conjuntos sensores 24, 25, 27 são acoplados ao dispositivo de saída 26 por meio de um cabo multi-condutor 28. Em uma configuração preferencial, o sensor de proximidade de pino mestre sem contato 24 inclui um sensor do tipo indutivo, contudo, outros sensores de proximidade podem ser utilizados, inclusive sensores do tipo de efeito Hall e similares, como discutido abaixo.
No exemplo ilustrado, o conjunto sensor 24 é montado à placa de engate 20 próximo à garganta 20 formada na placa de engate 20 para o interior da qual um pino mestre de reboque 32 é posicionado e travado. A Figura 4 fornece uma vista de cabeça para baixo e seção transversal parcial que ilustram a localização do pino mestre de reboque 32 quando colocado de maneira adequada dentro da garganta 30. Como construído, o conjunto sensor 24 dá saída a um sinal de detecção quando o pino mestre 32 está colocado dentro da garganta 34. A calibração do conjunto sensor 24 impede que ele indique que o pino mestre está presente quando um acoplamento desalinhado ocorre, o que impede que o mecanismo de travamento 22 prenda o pino mestre 32, isto é, o reboque ao conjunto placa de engate 14 ou ainda que forneça leituras "falso-positivas" ou não verdadeiras de um acoplamento adequado como discutido abaixo. O mecanismo de travamento 22 do conjunto placa de engate 14 é deslocado por uma mola de compressão para travar e prender de maneira automática o pino mestre de reboque 32 tão logo o pino mestre de reboque 32 penetra na garganta de engate 30. Aqueles de talento ordinário na técnica irão apreciar que a presente invenção pode ser utilizada em conexão com qualquer tipo de mecanismo de travamento. Deveria, além disto, ser observado que a presente invenção pode ser aplicada a conjuntos de engate de trator que tem outras construções, e não está limitada a localizações de montagem particulares como mostrado para as configurações do conjunto sensor 24 aqui descrito.
A Figura 5 ilustra um dispositivo de saída tomado como exemplo 26. Um cabo condutor múltiplo 28 acopla o conjunto sensor 24 ao dispositivo de saída 26. Os componentes internos, isto é, os circuitos de controle do dispositivo de saída 26 são ainda mostrados e descritos na Patente U.S. 6.285.278 que é aqui incorporada para referência em sua totalidade. O dispositivo de saída 26 inclui um painel mostrador 34 para fornecer informação de estado de acoplamento para o condutor/operador do trator 12. Em uma configuração preferencial o painel mostrador 34 inclui um ícone "destravado" 36, um ícone "travado" 38, um ícone "quinta roda" 40 e mostrador de sete segmentos 42. Na configuração, o mostrador 42 fornece um código de erro que indica fontes possíveis de um mal funcionamento de acoplamento, novamente como já descrito na Patente U.S. 6.285.278. Preferivelmente um diodo de luz vermelha (LED) é fornecido através do ícone "destravado" 36. Além disto, um LED amarelo, vermelho e verde são fornecidos atrás do ícone "quinta roda" 41 e um LED verde é fornecido atrás do ícone "travado" 38. Alguém de talento ordinário na técnica irá apreciar que os LEDs individuais poderiam ser substituídos por um sistema de LEDs capaz de fornecer diversas cores. Enquanto o dispositivo de saída 26, como mostrado indica somente indicadores virtuais, alguém de talento ordinário na técnica irá facilmente apreciar que uma saída de áudio pode ser fornecida. Por exemplo, adicionando um alto-falante e circuitos de processamento de voz apropriados o dispositivo de saída 26 pode fornecer saída de voz para instruir um condutor quanto a causas possíveis de um mau funcionamento de acoplamento. Adicionalmente, uma cigarra de aviso pode ser ativada em adição a, ou como uma alternativa, fornecendo um ícone "destravado" 36.
Em uma primeira configuração o conjunto sensor 24 (Figura 6A) inclui um sensor do tipo Hall analógico 44 com um circuito integrado, um imã de deslocamento 46 que tem um eixo magnético 47 que produz um fluxo magnético 48 e um circuito de ajustamento de limiar de comutação 50. O sensor de efeito Hall 44 é sensível a fluxo magnético em uma direção perpendicular à sua dimensão maior. Como melhor ilustrado na Figura 6A, o imã de deslocamento 46 fornece um fluxo base ou fluxo de nível zero 48 quando o pino mestre 32 não está localizado de maneira adequada dentro da garganta 30. A força do imã de deslocamento 46 e a faixa dinâmica do dispositivo Hall dentro do sensor 44 determinam a faixa efetiva do sensor 44. Como ilustrado na Figura 6B, com o pino mestre 32 movido em uma direção como ilustrado e representado pela seta de direção 52 e posicionado próximo ao conjunto sensor 24, o fluxo 48 do ímã 46 como lido pelo sensor Hall 44 é maior em resistência devido à proximidade do material ferro-magnético que constitui o pino mestre 32. Um sinal positivo é então gerado indicando localização adequada do pino mestre 32 dentro da garganta 30 da placa de engate 20. Como ilustrado na Figura 6C, um material estranho tal como graxa, água, gelo e similares, que contém aparas ou partículas de um material ferro- magnético, comumente referidos como limalha, não fornece uma quantidade adequada de fluxo 48 para calibração adequada do circuito de ajustamento e comutação 50, para indicar uma localização positiva e adequada do pino mestre 32 dentro da garganta 30.
Uma vista esquemática do conjunto sensor 24 está ilustrada na Figura 7 e inclui um suprimento de energia 54 e um terra 56, cada um acoplado ao sensor Hall 44, e o circuito de comutação 50. O circuito de comutação 50 inclui um circuito comparador 58, uma malha de realimentação de histerese 60, um potenciômetro analógico digital 62 para ajustar a sensibilidade limiar do conjunto sensor 24 e um condicionador de sinal 64 para condicionar o sinal de saída 66 da comutação desejada. Uma plotagem teórica da saída do sensor para otimizar a comutação está ilustrada na Figura 8, na qual a saída está plotada contra a intensidade de fluxo.
O numerai de referencia 24a (Figura 9A) indica genericamente uma outra configuração da presente invenção que tem um primeiro sensor de efeito Hall 68, um segundo sensor Hall 70, um terceiro sensor Hall 72, um primeiro ímã de deslocamento 78 que tem um eixo magnético 73 e que cria um primeiro fluxo magnético 75, um segundo ímã de deslocamento 76 que tem um eixo magnético 79 e que cria um segundo fluxo magnético 77 e um circuito de comutação 78. Cada sensor Hall 68, 70, 72 é sensível ao fluxo magnético em uma direção perpendicular à sua dimensão maior. No exemplo ilustrado o primeiro sensor Hall 68 é sensível ao fluxo que escoa entre os ímãs 74, 76 e ao longo de seus eixos magnéticos 73, 79, enquanto o segundo sensor Hall 70 e o terceiro sensor Hall 72 são sensíveis aos campos magnéticos que são perpendiculares aos eixos magnéticos 73, 79, dos ímãs 74, 76. Como ilustrado na Figura 9B, os fluxos 75, 77 criados pelos ímãs 74, 76 são retirados através do segundo sensor Hall 70 e terceiro sensor Hall 72 por um posicionamento adequado do pino mestre 32 dentro da garganta 30.
Um esquema do conjunto sensor 24a está mostrado na Figura 10 onde o conjunto sensor 24a inclui um suprimento de energia 80 acoplado operacionalmente a cada um dos sensores Hall 68, 70, 72 e linhas de terra 82 para o mesmo, e o circuito de comutação 78. No exemplo ilustrado, o circuito de comutação 78 inclui um circuito de ajustamento de limiar 84, um comparador de primeiro para segundo sensor Hall 86, um comparador de primeiro para terceiro sensor Hall 88, uma janela e comparador 90 para comparar as diferenças entre as saídas dos comparadores 86, 88 e um condicionador de sinal de saída 92 que fornece um sinal de saída 94.
O numerai de referencia 24b (Figura 11 A) representa uma outra configuração do conjunto sensor. No exemplo ilustrado, o conjunto sensor 24b inclui um primeiro sensor Hall 96, um segundo sensor hall 98 orientado de maneira perpendicular ao primeiro sensor Hall 96, um ímã de deslocamento 100 que tem um eixo magnético 101 e que cria um fluxo magnético 103 e um circuito de limiar e de comutação 102. Como ilustrado, os sensores Hall 96, 98 são orientados de tal modo que o primeiro sensor Hall 96 é sensível a fluxo ao longo do eixo magnético 101, enquanto o segundo sensor Hall 98 é sensível a fluxo perpendicular ao eixo do imã 101, pelo que, fazendo o conjunto sensor 24b mais sensível para monitorar objetos localizados ao longo do eixo magnético 101 do ímã, bem como perpendicular a ele. Por exemplo, como ilustrado na Figura 11B o conjunto sensor 24b pode ser calibrado para levar em consideração o fluxo magnético como provocado por componentes do conjunto de engata 14, tal como a placa de engate 20. Neste arranjo o segundo sensor Hall 98 é sensível a fluxo 104 que escoa em uma direção perpendicular ao eixo magnético 101, que é utilizado para ajustar de maneira precisa a sensibilidade do conjunto sensor global 24b. Como ilustrado na Figura 11C, a se colocação adequada do pino mestre 32 dentro da garganta 30 provoca aumento no fluxo 106 que escoa através do primeiro sensor Hall 96, que é comparado à leitura de estado constante desenvolvida a partir da orientação como ilustrado na Figura 11B.
A Figura 12 ilustra os circuitos do conjunto sensor 24b e inclui um suprimento de energia 105 e um terra 106 para cada um dos primeiro