带有角位置检测组件的耦合器、角位置检测系统和方法与流程

本发明涉及一种用于铁路车辆的耦合器，所述耦合器带有角位置检测组件，以用于检测耦合器的前部相对于耦合器的后部的枢转。本发明还涉及一种带有处理电路的角位置检测系统，所述处理电路用于确定耦合器的前部的角位置，并且涉及一种对应方法。

背景技术：

1、铁路车辆的耦合器用于将列车的一节车厢与另一节车厢连接。通常，耦合器包括安装在车厢上的后部以及旨在用于与安装在另一个车厢上的类似耦合器耦合的前部。前部至少包含机械耦合器，但通常也包含其他类型的耦合器(电动、气动)。

2、耦合器的前部和后部连接在可枢转接头中，所述接头允许前部相对于后部进行角度位移。这既是列车操作过程中的一大优势，因为它允许列车弯曲以适应沿着轨道的弯道，也是在耦合器未合适对准来彼此耦合的情况下将一个耦合器与另一个耦合器耦合过程中的益处，因为可以通过枢转耦合器的前端来调整它们的相应位置。将未适当对准的耦合器耦合在一起的任何尝试都可能会产生横向力，从而可能完全阻碍耦合，或者在极端情况下导致安装耦合器的车厢的脱轨。

3、在某些耦合器中，前部与后部之间的接头还允许将前部枢转到在不使用时可将其牢牢固定的收放位置。

4、在列车操作过程中，耦合器的前部会反复枢转，并且这最终导致接头的磨损。此外，还有其他一些结构必须与耦合器一起枢转，诸如允许乘客从一节车厢移动到另一节车厢的通道，并且与耦合器本身类似，反复的枢转移动本身会造成磨损并且有时会导致需要维修或更换。

5、无论是耦合器的耦合和收放还是包括用于将火车车厢彼此连接的耦合器的列车的操作，能够检测耦合器的前部的角位移或角位置都是有利的。有一些现有技术示出了这一领域的解决方案，但它们大多繁琐且不可靠。由cn209382010u示出现有技术解决方案的一个示例。

6、由于耦合器及其周围环境一般都比较脏，并且在列车的移动过程中会产生振动，因此与耦合器连接放置的任何部件都将受到严重磨损，并且使用寿命也会因此受到限制。由于耦合器为此通常需要不再使用，从而维修和更换成本很高，因此尤其需要避免必须放置在振动和灰尘可能导致故障的区域中的容易损坏的部件。

7、因此，需要在这一区域进行改进，其中以高效且可靠的方式确定耦合器的前部的角位置。

技术实现思路

1、本发明的目的是消除或至少减少上述问题。根据所附的独立权利要求，本发明通过带有角位置检测组件的耦合器、角位置检测系统、方法以及非暂时性计算机可读存储介质来实现。根据所附独立权利要求，本发明还通过一种定心装置来实现。本发明的其他优点在独立权利要求中阐述。

2、带有角位置检测组件的耦合器适用于确定耦合器的前部的角位移。耦合器包括用于耦合到另一耦合器的前部、用于安装在铁路车辆的车厢的一端的后部、以及可旋转接头，所述可旋转接头包括第一部分和第二部分，所述第一部分可旋转地附接到第二部分。接头的第一部分被附接到前部，并且接头的第二部分被附接到后部，使得耦合器的前部能够相对于后部旋转。角位置检测组件包括：

3、-第一传感器，所述第一传感器被布置成与第一部分和第二部分中的一者连接，并且被配置成检测或测量指示第一部分相对于第二部分的角位移的参数，以及

4、-发射器，所述发射器被配置成接收来自第一传感器的信号，并且进一步被配置成将所述信号发射到处理电路，以用于确定耦合器的前部相对于耦合器的后部的角位置。

5、本发明的一个主要益处是可以以非常方便和可靠的方式来测量或检测耦合器的前部的角位置，并且仅需要一个传感器。由于可旋转接头允许前部相对于后部旋转，因此检测或测量接头的旋转给于足够的信息来找出前部的取向。通过提供与第一传感器连接的发射器，可以将信号发射到处理电路。

6、在一些实施例中，接头是弹性体弹簧接头(efg)，并且第一传感器被配置为检测或测量指示垂直于第一轴线的旋转平面中的角位置的参数。由此，弹性体弹簧接头中通常在水平和竖直旋转平面两者中发生的枢转移动就可以被隔离，从而确定在一个旋转平面(最好是水平旋转平面)中的角位置。这在许多应用中都是有利的，下文的详细说明将对此进行详细描述。在决定是否可以与另一耦合器耦合时，以及在安装了耦合器的铁路车辆的操作期间的多种情况下，确定水平角位置都非常重要。

7、此外，当接头为弹性体弹簧接头efg时，第一传感器可以被配置为检测或测量指示垂直于第二轴线的旋转平面中的角位置的参数。这在许多应用中也是有利的，详细说明将对此进行描述。此类应用包括决定是否可以与另一耦合器耦合。

8、在另一实施例中，接头包括接头头部和由支架固定的枢轴销，所述接头头部被布置在枢轴销上以围绕第一轴线旋转，并且接头头部和枢轴销中的一者形成接头的第一部分，并且接头头部和枢轴销中的另一者形成接头的第二部分。第一传感器被布置成与接头头部和枢轴销中的一者连接，并且被配置成检测或测量接头头部相对于枢轴销围绕第一轴线的旋转。由此，可以确定在一个平面中的角位置，当耦合器在使用中安装在铁路车辆上时，所述平面通常为水平平面。

9、第一传感器可以被配置为检测标记表面上的至少一个标记，其中第一传感器被布置在第一部分和第二部分中的一者上，并且标记表面是第一部分和第二部分中的另一者上的表面，所述标记表面被布置成面向第一传感器。这是非常简单且方便但仍然可靠的检测或测量角位移的方法，因为它只需要在第一部分和第二部分中的一者上的标记表面，并且需要在另一者上的第一传感器。第一传感器可以优选地是光学传感器。

10、合适地，角位置检测组件可以包括安装在第一部分和第二部分中的一者上的弯曲表面，并且第一传感器可以安装在第一部分和第二部分中的另一者上。弯曲表面可以被布置成使得当第一部分相对于第二部分旋转时，第一传感器与弯曲表面上在径向方向上的最近点之间的距离发生变化，所述径向方向是垂直于接头的旋转轴线的方向，并且第一传感器可以进一步被配置为检测或测量从第一传感器到弯曲表面的距离。由此，实现了一种检测或测量角位置的方便且可靠的方法。

11、在一些实施例中，弯曲表面形成固定安装在枢轴销上的凸轮盘的边缘，并且第一传感器面向凸轮盘的边缘、安装在与接头头部连接的结构上。这是检测或测量角位置的非常稳健且有经济效益的方法。此外，可以存在至少两个传感器，即第一传感器和附加传感器，它们各自被安装在结构上、面向凸轮盘的边缘，并且至少两个传感器在围绕枢轴销的周向方向上彼此保持一距离。这进一步提高了可靠性并且也增加了两个或更多传感器可测量或检测的角位置的范围，例如能够在不同的角度范围内进行测量。

12、在一些实施例中，耦合器还包括至少一个定心装置，所述定心装置被布置成与接头的接头头部连接，所述至少一个定心装置包括接触元件，所述接触元件在枢轴销的径向方向上朝向接头的枢轴销偏置。取决于枢轴销相对于接头头部的角位置，接触元件与枢轴销中心的距离可变，并且角位置检测组件的第一传感器被配置为检测或测量指示接触元件的径向位置的参数。这尤为有利，因为角位置是通过找出接触元件的位置来确定或测量的。这是非常可靠和稳固的实施例，特别是因为第一传感器受到定心装置的保护，使得第一传感器的磨损或损坏被最小化。第一传感器在定心装置中的配置还使得能够长时间高精度地测量或检测角位置。

13、此外，在具有定心装置的实施例中，枢轴销的表面可以包括至少一个凹部，并且定心装置的接触元件可以能够旋转或能够滑动地布置成在枢轴销和接头头部中的一者相对于另一者旋转时与所述表面保持接触。这是将枢轴销定中心的有利方式，并且允许第一传感器在接触元件滑入或旋转入以及滑出或旋转出凹部时测量或检测接触元件的位置或位移。

14、在包括定心装置的实施例中，定心装置还可以包括至少一个活塞，所述至少一个活塞被配置为在径向方向上推靠接触元件，并且第一传感器可以被配置为通过检测或测量指示活塞的径向位置的参数来检测或测量接触元件的径向位置。因此，确定活塞的径向位置允许非常稳健且可靠的方式来找出接触元件的位置，从而找出接头头部相对于枢轴销的旋转位置。第一传感器可以被配置为检测或测量活塞的位置。这是简单且方便的方法。替代地，第一传感器被配置为检测或测量在活塞的腔室中或者在其中布置有活塞的壳体的腔室中的内部压力。这是可靠的方法并且具有的优点是通过将第一传感器布置在腔室或壳体的内部或与腔室或壳体连接来保护第一传感器。

15、在带有定心装置的一些实施例中，可以存在用于将接触元件朝向枢轴销偏置的至少一个偏置弹簧，并且第一传感器可以被配置为检测或测量至少一个偏置弹簧的至少一种特性。这是方便且可靠的方法，其高精度地给出接触元件的位置。

16、在一些实施例中，可以存在被布置成与接头头部连接的附加定心装置，所述至少一个附加定心装置包括接触元件，所述接触元件在枢轴销的径向方向上朝向枢轴销偏置，其中取决于枢轴销相对于接头头部的角位置，接触元件与枢轴销的中心的距离可变，并且其中角位置检测组件的第一传感器被配置为检测或测量指示附加定心装置的接触元件的径向位置的参数。因此，通过使用至少两个定心装置(每个定心装置包括用于测量或检测接触元件的位置的至少一个第一传感器)，可以在确定枢轴销的旋转时实现更高的精度。此外，接触元件可以具有不同的尺寸，和/或其中配合有接触元件的枢轴销中的凹部可以具有不同的宽度和/或倾斜度，从而增加了可以测量旋转的角度范围。此外，当接触元件和凹部的尺寸以这种方式发生变化时，定心装置可以适于使枢轴销相对于接头头部居中，以避免出现较大的角度偏差。

17、本发明还涉及一种角位置检测系统，所述角位置检测系统包括带有根据本发明的角位置检测组件的耦合器。所述系统还包括处理电路，所述处理电路操作性地连接到角位置检测组件的第一传感器的发射器，以用于接收指示经检测的参数或经测量的参数的至少一个信号，并且所述处理电路被进一步配置为：从第一传感器接收指示接头的第一部分相对于接头的第二部分的角位置的至少一个输入信号，并且基于所述至少一个输入信号来确定耦合器的前部相对于耦合器的后部的角位置。根据本发明的系统的一个特别优点在于，它将耦合器的特征与带有处理电路的角位置检测组件相结合，从而使系统能够基于第一传感器的测量结果来确定耦合器的取向。

18、本发明还包括一种用于确定耦合器的前部的角位置的方法，所述方法包括：

19、-提供耦合器，所述耦合器包括用于耦合到另一耦合器的前部、用于安装在铁路车辆的车厢的一端的后部，并且还包括可旋转接头，其中可旋转接头包括第一部分和第二部分，所述第一部分被可旋转地附接到第二部分，其中接头的第一部分被附接到前部，并且接头的第二部分被附接到后部，使得耦合器的前部能够相对于后部旋转，

20、-提供被布置成与第一部分和第二部分中的一者连接的第一传感器，

21、-通过第一传感器测量或检测指示接头的第一部分相对于接头的第二部分的角位置的参数。

22、由此，可以实现本发明的主要益处，即可以以非常方便和可靠的方式来测量或检测耦合器的前部的角位置，仅需要一个传感器。

23、在一些实施例中，所述方法还包括提供处理电路，所述处理电路操作性地连接到第一传感器以用于接收来自第一传感器的信号，并且所述方法还包括在处理电路中接收来自第一传感器的、指示接头的第一部分相对于接头的第二部分的角位置的至少一个输入信号，并且基于所述至少一个输入信号来确定耦合器的前部相对于耦合器的后部的角位置。由此，耦合器的前部的角位置可以以方便且可靠的方式来确定。

24、合适地，所述方法还包括：

25、-提供至少两个传感器，其包括至少一个第一传感器和至少一个第二传感器，

26、-通过所述至少一个第一传感器来测量或检测指示第一部分在垂直于第一轴线的旋转平面中的角位置的参数，

27、-通过所述至少一个第二传感器来测量或检测指示第一部分在垂直于第二轴线的旋转平面中的角位置的参数，所述第二轴线垂直于第一轴线，

28、-在处理电路中接收来自至少一个第一传感器的至少一个第一输入信号和来自至少一个第二传感器的至少一个第二输入信号，其中所述第一输入信号和第二输入信号指示来自第一传感器和第二传感器的经测量的参数或经检测的参数，

29、-在处理电路中基于所述至少一个第一输入信号和所述至少一个第二输入信号来确定相对于耦合器的前部与耦合器的后部相关的第一旋转轴线和第二旋转轴线的组合角位置。

30、这具有将两个维度的角位置组合成一个组合角位置的优点，从而可以确定耦合器的前部的取向。在耦合器包括弹性体弹簧接头的实施例中，由于在这种接头中，耦合器的前部的任何旋转被允许在水平方向、竖直方向或其任意组合的方向上进行，所以这种方法特别有利。

31、此外，在一些实施例中，所述方法可以进一步包括：

32、-在处理电路中接收来自至少一个传感器或至少一个第一传感器和至少一个第二传感器的输入信号，所述输入信号指示多个时间实例处的角位置，

33、-在处理电路中基于所述输入信号确定耦合器的前部随时间变化的角位置。

34、由此，不仅可以确定耦合器在任何给定时间的取向，还可以确定所述取向随时间的变化情况。这在许多应用中都特别有益，包括在进行角位置的校正时，因为可以对校正进行调整，从而能够避免或至少最大限度地减少旋转超过预定位置。由此，角位置的校正更加省力且省时。此外，在评估耦合器的性能时，能够确定随时间变化的角位置也是优势，因为这允许在较短的时间跨度内评估耦合器的当前操作以查看是否需要维修或更换，并且还在较长的时间段内评估磨损或损耗，并且甚至可以基于随时间变化的角位置来评估耦合器的使用寿命。

35、在一些实施例中，所述方法还可以包括在处理电路中基于经确定的角位置或经确定的组合角位置来确定耦合器的前部是否处于合适的耦合位置。这具有甚至在耦合已发生之前确定耦合是否将成功并且在某些情况下还能确定在位置不合适的情况下如果尝试耦合将会是什么后果的优点。这种后果可能很严重，诸如在某些情况下，由于尝试耦合产生的缓冲冲程，甚至会导致安装耦合器的车辆脱轨。

36、在一些实施例中，所述方法可以进一步包括：如果耦合器的前部不在合适的耦合位置，则在处理电路中确定耦合器的前部的角位置的校正，以及可选地，发送至少一个输出信号，从而使耦合器的枢转装置应用所述校正以将耦合器的前部带入合适的耦合位置中。因此，可以确定如何校正耦合器的前部的角位置，从而可以实现所需的耦合。在一些实施例中，处理电路还可以使用被设置成与耦合器连接的枢转装置来应用这种校正，并且在其他实施例中，信息可以替代地被显示或以其他方式呈现给操作者，操作者随后可以手动校正角位置，使得可以实现耦合。

37、在一些实施例中，所述方法还包括在处理电路中接收指示第二耦合器的前部的角位置的至少一个第二耦合器输入信号，并且在处理电路中基于所述第二耦合器输入信号来确定第二耦合器的前部是否处于合适的耦合位置。以这种方式，可以由本发明的处理电路接收呈来自第二耦合器上要耦合到耦合器的传感器的信号的形式或呈来自处理电路或来自任何其他信息源的信号的形式的信息。处理电路还可以确定耦合器和第二耦合器是否处于相对于彼此合适的耦合位置中。通过因此能够确定耦合器和第二耦合器两者的取向，可以甚至更准确地确定它们各自的位置是否适用于它们彼此耦合。

38、在一些实施例中，所述方法还可以包括在处理电路中确定耦合器的前部和/或第二耦合器的前部的角位置的校正，以及可选地发送至少一个输出信号，从而使耦合器的枢转装置和/或第二耦合器的枢转装置应用所述校正，以将耦合器的前部和/或第二耦合器的前部带入相对于彼此的合适的耦合位置中。因此，处理电路不仅可以确定耦合器的角位置及耦合器在给定时间内是否适用于耦合，而且还可以对耦合器的相对位置应用校正，从而使耦合能够以所需的方式进行。这对于最大限度地降低因不对准的耦合而产生的缓冲冲程可能导致损坏甚至脱轨的风险也是特别有利的，而且当希望在由于安全原因或其他原因而不适用于操作者手动校正耦合器位置的位置中将两个耦合器彼此耦合时也是有利的。

39、此外，所述方法还可以包括在处理电路中至少部分地基于耦合器的前部随时间变化的角位置来确定耦合器的至少一个磨损相关参数。由此，可以知道和/或监测耦合器随时间变化的磨损情况，并且还可以基于确定的磨损相关参数来安排未来的维修或更换。

40、在一些实施例中，所述方法还可以包括在处理电路中至少部分地基于角位置随时间的变化率来确定耦合器的至少一个磨损相关参数。这是尤其有利的，因为它能够考虑到耦合器的磨损不仅取决于角位置本身，还取决于发生位移的速度。例如，多次快速旋转移动会比多次慢速旋转移动造成更多磨损，并且通过确定角位置的变化率，这可以用于甚至更准确地确定磨损程度。

41、在一些实施例中，所述方法还可以包括在处理电路中至少部分地基于随时间变化的角位置或随时间变化的角位置的变化率来确定安装在耦合器上的可枢转部件的至少一个磨损相关参数，其中所述可枢转部件优选地是通道。这是尤其有利的，因为它允许评估这些可枢转部件的损坏情况，然后还可以使用磨损相关参数来安排这些部件的维修和/或更换。

42、在一些实施例中，所述方法还包括在处理电路中至少部分地根据确定的角位置来确定耦合器的前部是否处于收放位置。这对于折叠式耦合器尤其有利，其中在不使用时，耦合器的前部会折叠收放。通过确定前部的角位置与收放位置相对应，可以确定实现了正确的收放，从而避免了前部的不必要的旋转或不对准，并且这进而又降低了耦合器损坏的风险并增加了耦合器的使用寿命。

43、合适地，所述方法还包括提供多个相互连接的铁路车辆，这些车辆通过耦合器彼此连接以形成列车，并且在相互连接的铁路车辆的每个耦合器中提供第一传感器，所述第一传感器被布置成与将耦合器的前部可旋转地连接到耦合器的后部的接头连接。然后，所述方法包括通过相互连接的铁路车辆的每个耦合器中的所述第一传感器来测量或检测指示接头的第一部分相对于接头的第二部分的角位置的参数，并且在处理电路中接收来自每个耦合器的所述第一传感器的、指示接头的第一部分相对于接头的第二部分的角位置的至少一个输入信号。此外，所述方法包括在处理电路中基于所述至少一个输入信号针对每个耦合器来确定耦合器的前部相对于耦合器的后部的角位置，并且基于针对每个耦合器的经确定的角位置来确定由相互连接的铁路车辆形成的列车的总曲率。

44、这对于确定列车的总曲率尤为有利，使得可以将每个耦合器的角位置组合并且为整个列车提供准确的信息。

45、在一些实施例中，所述方法进一步包括在处理电路中接收来自每个耦合器的第一传感器的指示多个时间实例处的角位置的输入信号，并且在处理电路中基于所述输入信号、针对每个耦合器来确定耦合器的前部随时间变化的角位置，并且还在处理电路中基于针对每个耦合器的、随时间变化的经确定的角位置来确定由相互连接的铁路车辆形成的列车随时间变化的总曲率。

46、这对于能够追踪火车沿轨道的行驶情况并且能够准确描绘轨道本身使得可以建立铁路网的精确地图或者可以验证现有地图尤为有利。通过了解列车随时间变化的总曲率，还可以在了解轨道地图的情况下建立列车的准确位置。因此，随时间变化的总曲率可以与诸如gps的其他定位装置组合以获得更准确的结果，或者随时间变化的总曲率可以完全取代使用其他定位装置的需求。

47、本发明还涉及一种非暂时性计算机可读存储介质，其中存储有指令，当这些指令被根据本发明的角位置检测系统的处理电路执行时，使角位置检测系统：

48、-通过第一传感器测量或检测指示接头的第一部分相对于接头的第二部分的角位置的参数，

49、-在处理电路中接收来自第一传感器的指示所述参数的至少一个输入信号，

50、-基于所述至少一个输入信号来确定耦合器的前部相对于耦合器的后部的角位置。

51、此外，非暂时性计算机可读存储介质还可以进一步存储指令，这些指令在由处理电路执行时，使系统执行根据本发明的所述方法的方法步骤。

52、本发明还涉及一种用于将铁路车辆的耦合器的枢轴销定中心的定心装置。定心装置包括在第一侧中具有开口的壳体、布置在壳体中的接触元件、以及被配置为使接触元件在第一方向上偏置的偏置装置，所述第一方向是朝向第一侧中的开口而使得偏置装置将接触元件推向开口的方向。定心装置还包括角位置检测组件，所述角位置检测组件包括：第一传感器，所述第一传感器被配置为检测或测量指示接触元件的位置的参数。这具有提供了常规定心装置连同当定心装置被安装成与枢轴销本身连接时能够准确地确定枢轴销的旋转的第一传感器的优势。因此，与测量或检测耦合器的前部的角位移相关联的优点可以与用于将枢轴销相对于接头头部推回到中立位置的定心装置的优点组合。

53、在定心装置的一些实施例中，偏置装置包括活塞，所述活塞被配置为推靠接触元件，使得接触元件在第一方向上偏置，并且第一传感器被配置为测量或检测指示活塞的位置的参数。

54、第一传感器可以被配置为检测或测量在活塞的腔室中或在其中布置有活塞的壳体的腔室中的内部压力。

55、此外，偏置装置可以包括至少一个弹簧，以用于将接触元件推向开口，并且其中第一传感器被配置为检测或测量弹簧的至少一种特性。

56、鉴于下面的详细描述，本领域技术人员将容易理解本发明的许多附加益处和优点。