CN103443630A - 测量移动体速度变化的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明描述了用于测量移动体的加速度的装置和方法，所述装置包括：实心体，其包括内部空腔（12）；所述空腔（12），它的至少一个壁是轨道（121），轨道的一个表面允许活动部件（13）移动，所述活动部件能够在所述空腔（12）中的所述轨道（121）上的初始静止位置（131）和远离所述初始位置（131）的位置（133）之间自由地移动，所述位置（133）位于所述空腔（12）的另一端，当所述移动体的加速度不为0时，所述部件可到达所述位置（133）；所述部件（13），在所述移动体的加速度的作用下，所述部件（13）能够在所述空腔（12）中从所述初始位置（131）移动到所述远处位置（133）；以及至少一个检测器（14），其能够检测到所述远处位置（133）处的所述部件（13）的存在。

Description

测量移动体速度变化的方法和系统

本发明涉及根据权利要求1和14的前序部分所述的测量移动体速度随时间变化的方法和系统。

特别是，本发明涉及需要可靠地测量车辆的加速度的车辆领域，尤其是导引车辆领域，例如铁路领域的导引车辆。“导引车辆”是指像公共汽车、无轨电车、有轨电车、地铁、火车或动车组等一样的公共交通工具，对于这些交通工具而言，安全方面是非常重要的。一般而言，本发明可应用于任何移动体（即任何移动或被移动的物体，例如汽车），其必须遵守至少一个加速度安全标准。这个安全标准尤其能够在加速、例如紧急制动期间保护所述移动体。本发明的加速指的是移动体的正加速（速度随时间增加）和负加速或减速（速度随时间减小）。

对于许多移动体，特别是用于运送乘客的移动体，例如在轨道或轮子上行驶的手动或自动地铁，必须确定移动体经受的正加速度或负加速度是否超过预定阈值。例如，为了确保像地铁这样的导引车辆的安全性，紧急制动期间的加速度必须强制地同时遵守若干安全标准，尤其包括：

-最小的减速度值，其被用作计算安全制动距离的假设（通常是1.8m/s²）；-最大的减速度值，超过该值，车上站着的乘客有跌倒的风险（通常：根据标准ASCE21是3.2m/s²或者根据标准EN13452是3.5m/s²）。

不遵守第一个安全标准（最小的减速度值）是I类严重事件，从标准EN-50126的意义上说被认为是“灾难”。不遵守第二个安全标准（最大的减速度值）是II类或III类严重事件，从标准EN-50126的意义上说分别被认为是“严重”或“临界”。另一个安全标准是所述移动体紧急制动期间的减速度的快速变化。事实上，紧急制动期间必须遵守加加速度（Jerk）在约3到6m/s³，以便确保所述移动体的安全。这个加加速度意味着测量移动体速度变化的方法和装置的特征在于短的时间响应。

本技术领域的技术人员已知许多测量移动体的加速度的方法和装置。例如，一些减速计使用例如装有水银的管来测量移动体的减速度。因此，GB2211942A描述了根据流体移动的电测量或光测量来测量减速度的装置，所述流体尤其是水银，其装在密封的“U”型或“O”型管的内部。不幸的是，所述管容易碎，容易损坏，因此可能释放所述流体，尤其在流体是水银的情况下会发现是有害的。而且，这样的减速计一般只能针对所述移动体的单一移动方向来指示移动体速度随时间的变化。因此，移动体移动的每一个方向必须与各自的加速度测量装置相关联。特别是在导引车辆在两个方向移动的情况下（分别是向前移动和向后移动），必须要两个减速计，以便涵盖所述两个移动方向上加速度的测量。

在US4,849,655中描述了另一种测量加速度的装置。这种装置由两个元件组成，第一固定元件和相对于所述第一元件作相对运动的第二元件。这两个元件例如分别是磁场发射器和霍尔效应传感器。在加速期间，两个元件之间的相对运动产生磁场的变化，该变化被传感器检测到。传感器于是产生与移动体的速度变化相关联的信号。这个信号尤其用于监控所述移动体的制动。

其他装置尤其基于来自传感器的对加速度的检测和测量，所述传感器根据它的旋转方向来改变电压（US5,659,137），基于使用水银作为惯性质量的角度加速器（US3,147,391），基于浸入液体中的摆的一部分的移动的测量（US5,134,883）。不幸的是，它们的工作原理一般很复杂，例如需要信号分析，也意味着制造成本高。此外，这些装置在长期工作时不可靠，易受磨损，特别是它们的构成部件和参与加速度测量的部件的机械磨损。

本发明的目的是提出测量移动体速度随时间变化的方法和装置，所述方法和装置是简单的、经济上有利的、安全的、可靠的以及能够快速建立对所述变化的所述测量（即具有短的响应时间，尤其约为100到200ms）。

本发明的另一个目的尤其是与关联于所述加速度的测量或确定的信号的处理无关地，提供预定的极限加速度阈值何时被移动体超过的可靠确定。

基于这些目的，权利要求1和14的内容提出了一种方法和装置。一组从属权利要求也提出了本发明的优点。

本发明提出了测量移动体的加速度的装置，所述装置包括：

-实心体，其包括内部空腔，空腔尤其由属于所述实心体的一个或多个壁限定，所述空腔尤其是可封闭的或可密封的，并且能够允许活动部件自由移动；

-所述内部空腔，它的至少一个所述壁能够形成相对于水平方向倾斜的轨道，轨道的一个表面允许所述活动部件在所述内部空腔中的所述轨道上的初始静止位置和远离所述初始位置的位置之间自由移动，例如直线的或曲线的移动，所述远离初始位置的位置位于内部空腔的末端，并且尤其在加速度变化期间，例如，所述装置被结合到所述移动体之后，在所述移动体的加速度不为0且超过阈值时，所述部件可到达该位置。特别是，当所述移动体平地静止在水平平面上，根据本发明的所述装置被结合到所述移动体，以便在所述移动体移动期间测量加速度，当移动体的加速度的绝对值小于最小值时，所述初始位置能够被所述活动部件占据，而只有当所述移动体的加速度不为0，并且尤其是当加速度的符号与轨道的平均斜率的符号相反（即描述斜率平均值的正的或负的代数符号），并且加速度的绝对值超过加速度的最大阈值加速度值时，所述部件可到达位于所述空腔末端的远处位置。特别是，所述活动部件是圆形体，尤其是圆柱形或球形，例如，通过在所述轨道上滚动来移动的空心的或实心的圆柱体或球；

-所述活动部件，在所述移动体的加速度的作用下，其能够在所述实心体内部的空腔中尤其沿直线或曲线轨迹从所述初始位置移动到所述远处位置，当所述测量装置被结合到静止在水平平面上的移动体时，所述远处位置处的部件的势能尤其大于所述静止位置处的部件的势能；

-至少一个检测器，其能够检测所述远处位置处的所述部件的存在。本发明还提出了测量移动体的加速度的方法，其特征在于，包括：

-在所述移动体具有加速度期间，封闭空腔中的活动部件从初始静止位置移动到远处位置，所述活动部件尤其是圆柱形或球形的圆形体，例如空心的或实心的小球或圆柱体，所述活动部件能够尤其通过滚动从初始静止位置自由地移动到位于所述空腔末端的远离所述初始位置的位置，所述初始位置和远处位置通过连续轨道连接起来，特别是，轨道相对于水平方向倾斜，并且由所述空腔的壁形成，能够允许所述部件在所述轨道上的所述两个位置之间进行所述移动。特别是，所述部件能够在相对于水平方向成θ角倾斜的形成所述轨道（轨道以倾斜平面的形式）的平面上进行直线移动，或者在凸形轨道上进行曲线移动，特别是，从初始位置到远处位置，凸形轨道的斜率的绝对值下降。此外，所述远处位置处的所述部件的势能尤其大于静止位置处的所述部件的势能；

-通过检测器，检测所述远处位置处的所述部件的存在。

本发明中的轨道尤其是指从平面中的直线段的一端连续移动（例如，所述初始位置和所述远处位置之间）产生的表面，所述平面垂直于所述线段，轨道包括所述初始位置和所述远处位置。优选的是，所述轨道是由平的曲线段或平的闭合曲线（例如圆）限定的表面，轨道的一点通过可变点，所述可变点沿包括所述初始位置和所述远处位置的直线或曲线。换句话说，所述轨道优选地由沿着连接所述初始位置和所述远处位置的平的直线或曲线路径的所述平的曲线段或所述平的闭合曲线的移动产生。

例如，所述轨道是具有直线或凹形（碗状）横截面和曲线或直线纵截面的带，所述带封闭在所述空腔中，形成空腔的壁。优选的是，轨道的至少一个表面和所述部件的至少一个表面，它们能够互相形成接触，特征在于几何形状和材料确保所述轨道和所述部件之间摩擦小。例如，如果所述部件通过在所述轨道上滑动来移动，而所述部件的表面和所述轨道的表面分别包括第一和第二材料，当它们互相接触时，其特征在于低摩擦系数和高耐磨损。这涉及到例如碳化钨用于所述部件和钢用于所述轨道。其他低摩擦系数的材料配对对本技术领域的技术人员而言是清楚知道的。

根据本发明，所述实心体尤其包括中心部分，其包括开口，开口用于形成所述空腔的至少一部分。有利的是，所述中心部分的厚度尤其等于或大于所述部件的宽度，例如小球的直径或所述圆柱体的高度，并且能够尤其包括所述轨道。此外，所述中心部分能够被夹在两个侧面部分之间，尤其是以密封的方式。此外，通过用所述侧面部分隔离所述中心部分形成的所述空腔可以是真空的或填充特定气体。所述特定气体例如是氮气，其能够防止部件或空腔的任何氧化，并且确保所述空腔内干燥。显然，所述实心体的内部空腔可以根据本技术领域的技术人员已知的其他方法和布置来产生，例如通过加工、钻孔和/或尤其使用单独的侧面部分来密封所述空腔，或者通过在具有圆形截面的整块中钻轨道通道，所述通道随后可以在端处被堵上。

根据本发明，所述侧面部分能够被分别布置在中心部分的每一侧上，并且隔离所述开口，以便通过隔离所述开口来形成根据本发明的所述空腔。有利的是，所述隔离可以被密封。此外，至少一个侧面部分至少能够与所述检测器配合，以便例如作为支持和/或允许所述检测。特别是，所述检测器可以被放置成面对所述远处位置。例如，感应式传感器能够检测所述部件，在这种情况下，部件包括至少一个金属部分，或者光传感器能够检测所述部件，在这种情况下，部件是不透明的。在所有情况下，所述侧面部分的材料适于所述检测器进行检测的类型：对于所述部件存在的光检测，材料是透明的，或者当使用金属检测器和至少由部分金属组成的部件时，材料是非导电的。

特别是，根据本发明的所述装置的所述实心体还能够被结合到所述移动体，并且配合所述移动体的制动系统。事实上，根据本发明的检测器尤其能够例如用信号通知所述制动系统在所述远处位置处存在所述部件。有利的是，装置的实心体可以与移动体的水平部分结合成一体。有利的是，根据本发明的检测器因此能够将信号传送给制动系统，所述信号涉及远处位置处的所述部件的存在的检测。

根据本发明的第一实施方式，当所述实心体被结合到所述移动体，移动体静止在水平平面上时，所述轨道尤其是平的表面，用于形成相对于水平方向角度成θ角的倾斜平面。如果装置的实心体与所述移动体的水平部分结合成一体，那么所述轨道相对于所述移动体的水平部分（例如地面）成θ角。有利的是，所述空腔可以明显是平行六面体的形状，平行六面体的一个面因此形成了所述倾斜平面，即所述轨道。

根据第二特定实施方式，所述轨道是沿曲线轨迹的带。有利的是，所述轨道可以是凸形轨道，其斜率从初始位置向远处位置减小。

为了检测所述移动体的正加速度和负加速度，根据本发明的两个相同的装置，分别是第一和第二装置，可以被端到端地对称地结合成一体或边到边地结合成一体，以便第一装置能够测量正加速度，而第二装置测量负加速度。事实上，当所述移动体平地静止在水平平面上，并且所述装置被结合到所述移动体，以便在所述移动体在一个方向移动期间测量它的加速度时，一旦所述斜率的值不为0，第一装置的所述轨道的一点处的第一装置的轨道斜率的值和与第一装置的所述点对称的点处的第二装置的轨道斜率的值相反。随后，所述移动体的负加速度将能够被轨道斜率为正的装置测量，而正加速度将能够被轨道斜率为负的装置测量，轨道斜率的符号优选地要么是正，要么是负。特别是根据第三实施方式，所述移动体的正加速度和负加速度的检测也可以由所述装置执行。

根据第三特定实施方式，所述实心体尤其包括另一个空腔，其由自身的一个或多个壁限定，所述另一个空腔与所述空腔对称，两个空腔相通，以便允许所述部件从一个空腔自由地移动到另一个空腔。特别是，另一个空腔包括另一个轨道，其能够在所述空腔的末端处的所述远处位置和位于另一个空腔的末端处的另一个远处位置之间与所述空腔的所述轨道形成连续路径。由于对称，所述初始位置位于与所述远处位置和所述另一个远处位置距离相同的地方，即与每一个空腔的端的距离相同。特别是，当所述实心体被结合到静止在水平平面上的所述移动体时，所述另一个轨道是相对于水平方向成π-θ角（即角度等于θ且与θ相反）的另一个倾斜平面，以便所述倾斜平面和所述另一个倾斜平面明显地形成二面体，其二面角等于π-2θ，两个面的交点对应于所述初始位置，所述另一个空腔的端（尤其是封闭的）对应于所述另一个远处位置，当所述移动体的加速度不为0，加速度的符号与另一个轨道的平均斜率的符号相反，并且加速度的绝对值超过加速度的最大阈值时，所述部件可到达所述另一个远处位置，所述另一个远处位置也与所述远处位置对称，在所述移动体的加速度作用下，根据移动体加速度的正或负的符号，所述部件能够自由地尤其以直线方式从所述初始位置移动到所述远处位置中的一个或另一个。

无论是哪一种本发明的实施方式，沿着轨道可以放置一个或多个检测器，以便分别检测一个或多个加速度水平。此外，至少一个所述初始位置或远处位置尤其包括磁体，其能够配合所述部件的至少一个金属部分，以便通过所述部件的磁性将所述位置处的所述部件稳定在所述位置处。所述磁体可以有利地在所述位置的附近被插入到所述实心体中。此外，至少一个所述初始位置或远处位置尤其可以配备有例如由吸收性材料组成的缓冲器，其能够减弱所述部件和空腔和/或另一个空腔的端之间的碰撞作用。

根据本发明，当根据本发明的装置被安装或固定到静止在水平平面上的所述移动体时，所述活动部件在所述远处位置或在所述另一个远处位置时可能获得的势能优选地大于所述部件在所述初始位置时可能获得的势能。换句话说，在所述实心体中，所述初始位置和所述远处位置或所述另一个远处位置的定位，其特征优选地在于，当根据本发明的装置被安装或固定到静止在水平平面上的所述移动体时，所述远处位置或所述另一个远处位置处的所述活动部件的势能大于所述初始位置处的所述部件的势能。

使用下面附图给出的实施方式和应用的例子将有助于更好地理解本发明。一个附图中使用的附图标记相一致地使用于其他附图中。

图1是根据本发明的结合到车辆的用于测量加速度的装置的示例实施例。

图2是根据本发明的用于测量移动体加速度的装置的示例实施例。

图3是根据本发明的另一个实施方式的用于测量移动体加速度的装置的示例实施例。

图4是根据本发明的用于测量移动体加速度的包括整块实心体的装置的示例实施例。

作为例子，图1示出了根据本发明的测量移动体的加速度的装置1，所述移动体尤其是车辆2，装置1与车辆2结合。所述装置1尤其可以被固定到所述车辆2的水平地面21，并且被连接到所述车辆的制动系统22。有利的是，能够以快速、安全和可靠的方式来确定所述车辆（所述车辆无论是铁路车辆或铁轮或轮胎上行驶的地铁/电轨车辆）加速度的最大阈值被超过，以及通过传送信号来限制所述加速度，所述最大阈值尤其是预定的，所述信号能够将所述超过通知制动系统22。所述信号可以例如在车辆的气动、液压或电网络中被直接传送，或者被传送到中央制动控制单元，或者被传送到总的车辆控制单元，例如自动火车控制单元。

图1中所示的正交参考系统（O，x，y，z）将被用于下面的描述中，以便使读者理解本发明。这个正交参考系统是传统的参考系统，其能够相对于车辆对所述装置1进行定位。这个参考系统包括平行于车辆移动方向（例如，平行于给车辆提供导引的铁轨）的纵轴（Ox），垂直于纵轴（Ox）的横轴（Oy）以及垂直于由纵轴（Ox）和横轴（Oy）形成的平面的竖轴（Oz）。竖轴（Oz）尤其垂直于车辆2的地面。当地面是水平方向的平坦的无拱形表面时，竖轴（Oz）也垂直于车辆能够在其上移动的地面。

图2示出了根据本发明的用于测量移动体的加速度的装置1的示例实施例的横截面A和B，装置1可以如图1所示被配备到所述移动体，所述装置尤其能够用信号通知所述加速度已经超过加速度的预定阈值，所述装置包括：

-实心体，其包括内部空腔12；

-所述空腔12，它的至少一个壁能够形成轨道121，轨道121的表面允许尤其是球的活动部件13在所述空腔12中的所述轨道121上的初始静止位置131和远离所述初始位置的位置133之间自由移动，所述远处位置位于空腔的末端。有利的是，所述轨道121尤其是用于形成相对于水平方向成θ角的倾斜平面的平坦表面，这样使得轨道的特征在于恒定的正斜率。此外，当移动体的加速度的绝对值小于最小的正阈值时，所述初始位置131尤其能够被所述部件13占据，而当所述移动体的加速度不为0，加速度的符号与轨道斜率的符号相反，并且加速度的绝对值超过加速度的最大正阈值时，在所述移动体的加速度的作用下，所述部件13可到达位于所述空腔末端的远处位置133。对于包括在最小阈值和所述最大阈值之间的所述移动体的加速度，所述轨道的几何形状允许所述部件13位于初始位置131和远处位置133之间的中间位置132；

-所述球13，其能够在移动体加速度的作用下沿直线轨迹在所述空腔中的倾斜平面上自由地从所述初始位置131移动到所述远处位置133，反之亦然；

-至少一个检测器14，其能够检测所述远处位置133处的所述球13的存在，并且能够与所述移动体的制动系统22协作，例如，通过以电信号的形式提供关于所述存在的信息，所述电信号尤其能够被传送到能够控制和驱使所述移动体的制动的所述制动系统22。特别是，多种检测器可被设想来进行所述部件的存在的检测，无论是所述球13还是活动的圆柱体。这涉及例如通过感应式的金属邻近传感器进行的检测或光检测，其尤其包括横向地位于空腔的每一侧上的发射器和接收器，例如，面对所述初始位置131和/或远处位置133。

所述实心体尤其由至少一种容易机加工的硬质材料（金属、陶瓷或硬塑料）制成，并且可以包括固定工具，其能够将所述实心体牢牢地固定到移动体的底盘或壳体中，从而当移动体在水平平面上时，所述倾斜平面相对于水平方向倾斜成θ角。特别是，所述实心体包括倾斜工具（例如，具有螺钉或弹簧），当移动体在水平平面上时，所述倾斜工具能够使所述θ相对于水平方向变化，以便改变加速度的所述阈值。优选的是，所述部件3由金属（钢或不锈钢）制成。所述实心体尤其可以包括中心部分111和两个侧面部分15，所述中心部分111包括至少一部分所述空腔12，所述侧面部分15尤其可以位于所述中心部分111的每一侧上，从而形成密封到所述中心部分111的所述空腔12，从而横向地保持所述活动部件13（即确保沿y横向保持）。

根据本发明的检测器14优选的是感应式传感器或光传感器，感应式传感器能够对部件13的金属导电特性做出反应，光传感器能够对该部件的不透明特性做出反应。因此，至少一个所述侧面部分15，尤其是能够用于支持所述传感器的侧面部分，其包括对信号可透射的区域，所述信号被检测器14用于检测所述部件13。这可能涉及提供所述部件13的光检测的光学透明的区域，或者在通过感应检测的情况下，涉及由非导电材料形成的区域。

已知所述移动体在平坦且无拱形的路上移动期间，所述部件13沿竖轴（Oz）的加速度是重力加速度g，沿纵轴（Ox）的加速度a是所述移动体的移动x（t）的二阶导数，从而a=d²x/dt²。当所述移动体沿纵轴（Ox）是正加速度时，当所述移动体处于静止或匀速时，以及当移动体具有小于加速度的最小正阈值的中等负加速度（或减速度）时，例如g·tan（θ），θ在这种情况下包括在区间[0，π/2]内，所述移动部件13的初始静止位置131是被所述部件13占据的位置。当移动体具有负加速度或减速度，并且所述减速度超过加速度的最大阈值时，例如，当减速度大于g·tan（θ），并且θ在这种情况下在区间[0，π/2]内时，所述部件13的远处位置133是被所述部件13占据的位置。

如果移动体在特征为倾斜角度值是p的倾斜的路上移动，包括围绕轴（Oy）的转动角度p的参考的改变使得能够确定所述部件13沿轴（Oz）的加速度等于g·cos（p），对于较小的斜率p而言（小角度近似），g·cos（p）接近g，沿轴（Ox）的加速度等于a=d²x/dt²+g·sin（p）。由于后面这个加速度同时影响根据本发明的装置和所述移动体中的乘客，不需要倾斜校正来校正倾斜对所述根据本发明的装置的任何影响。因此，根据本发明的装置能够以相同的方式工作，无论所述移动体是在水平平面还是在倾斜道路上移动，例如在倾斜平面上。

此外，包括根据本发明的所述装置的所述移动体可能在其上移动的道路的拱形的影响可以被估计。事实上，在拱形角度值为d的具有拱形的道路上，包括围绕轴X的转动角度d的参考的变化，使得能够容易地计算所述部件13经历的加速度。事实上，在这种情况下，沿（Oz）经历的加速度等于g·cos（d），对于小的拱起角度d而言，它的值接近g。所述部件13沿轴（Ox）经历的加速度不变a=d²x/dt²。因此，根据本发明的装置能够以相同的方式工作，无论所述移动体是在具有拱起的道路还是无拱起的道路上加速。

图3示出了根据本发明的另一个实施方式的装置的横截面，该实施方式对应于上述第三实施方式。事实上，根据这个其他的实施方式，装置1的所述实心体尤其包括另一个空腔16，其与所述空腔12对称相同，空腔16与空腔12连通，并且包括另一个轨道，该轨道与所述空腔12的轨道在位于空腔12末端的远处位置133和位于另一个空腔16末端的另一个远处位置134之间形成连续路径，所述另一个远处位置134和所述远处位置133可以分别配备根据本发明的检测器。由于对称，所述初始位置131位于所述末端之间的中间。特别是，当所述实心体被结合到静止在水平平面上的所述移动体时，所述另一个轨道是相对于水平方向成π-θ（即角度等于θ且与θ相反）角的另一个平面，使得所述倾斜平面和所述另一个倾斜平面形成二面角为π-2θ的二面体。特别是，空腔16和12的每一个可以在装置1的实心体的中心部分111中被挖空或加工，侧面部分可以侧向地封闭或隔离所述空腔和所述另一个空腔，从而形成由两个空腔形成的封闭围绕，其能够包括所述活动部件13，并且允许部件从一个空腔移动到另一个空腔。所述活动部件13尤其可以是球或圆柱体（实心的或空心的）。

因此，图3中描述的根据本发明的装置能够测量到正加速度和减速度的最大阈值何时被超过。因此，这涉及到双向系统，其能够监控车辆的加速度，所述车辆尤其可以是可逆向的，例如铁路车辆、地铁和电轨。根据图3中描述的装置的这个优选实施方式，当所述移动体沿纵轴（Ox）以小于最小正阈值、例如等于g·tan（θ）的绝对值处于中等加速度（正的或负的）时，或者当所述移动体处于静止或匀速时，所述移动部件13的初始静止位置131是被所述部件13占据的位置。当移动体具有负加速度或减速度，并且所述减速度的绝对值超过正加速度的最大阈值（或加速度的最大绝对值）时，例如当减速度大于g·tan（θ）的绝对值时，所述部件13的远处位置133是被所述部件13占据的位置。所述部件13的另一个远处位置134相对于所述远处位置133对称地布置（通过初始位置131且垂直于水平方向的对称轴），并且当移动体具有正加速度，并且所述正加速度超过另一个正加速度的最大阈值时，例如当所述移动体的正加速度大于g·tan（θ）的绝对值时，所述另一个远处位置134是被部件13占据的位置。位置131、133、134中的每个，即不管是初始位置131、远处位置133还是另一个远处位置134可以有利地配备能够检测部件13存在的检测器。

有利的是，根据本发明的装置，无论何种实施方式，尤其能够在所述空腔12和/或所述另一个空腔16中的轨道上的至少一个位置处包括部件13的稳定工具。特别是当减速度接近最大阈值时，这些稳定工具使得能够避免部件13的不规则运动。优选的是，磁体能够嵌入到所述实心体中的初始位置131，和/或远处位置133，和/或另一个远处位置134的附近，通过在所述部件13上施加吸引力，能够将所述部件13稳定在所述初始位置131，和/或远处位置133，和/或另一个远处位置134处。在这种情况下，所述部件13离开初始位置131（或者类似的远处位置133、134）的移动相对于最大阈值g·tan（θ）需要额外的加速度da，以便克服由磁体施加的吸引力。

根据本发明的另一种优选的稳定工具在于使用具有凸起形状的轨道，当部件13从初始位置131行进到远处位置133时，所述轨道的斜率减小，在其中另一个空腔16与所述空腔12连通的图3的特定情况下，当部件13从初始位置131行进到另一个远处位置134时，斜率的绝对值减小。

因为所述部件13从初始位置131移动到远处位置133需要大于a+da的减速度，部件13从远处位置133移动到初始位置131需要减速度a-da，所以上述每一种稳定工具在根据本发明的装置的行为中引入了滞后作用。

优选的是，所述初始位置131或远处位置133或134的至少一个包括所述部件13的阻尼系统，以避免所述部件13和实心体的壁之间的碰撞，尤其是与一个或另一个空腔的末端碰撞。例如，由吸收性材料如橡胶组成的缓冲器可以被布置在所述空腔和/或所述另一个空腔的至少一端处。

通过结合装置（例如螺钉或闩锁系统），根据本发明的装置尤其可以与所述移动体结合成一体，所述结合装置能够将根据本发明的装置的实心体结合到移动体，例如结合到车辆的地面。所述结合装置优选地能够通过调节装置相对于移动体（例如相对于车辆的地面）的放置角度来精细调节加速度的最大和最小阈值。

优选的是，所述部件13是直径等于或小于距离D的钢球，所述距离D是轨道上初始位置和远处位置之间的距离，加速度的最大阈值被固定且选择为等于a₀=2.2m/s²，所述倾斜平面的斜率定义为tan（θ）=2.2/9.81=0.224。假设减速度最初较小，根据恒定的加加速度J随时间变化，在这种情况下，移动体的加速度a（即瞬时减速度）由a=a₀+J·t给出。一旦加速度a超过最大阈值a₀=2.2m/s²，对球应用的牛顿运动定律意味着：

F=M·[a·cos（θ）–g·sin（θ）]=（M+I）·d²s/dt²

其中，F是力；t是时间；M是球的质量；I是球转动惯量的等效质量，等于2/5·M；s是球沿轨道的横坐标；

球沿轨道的运动方程则为：

d²s/dt²=5/7·[a·cos（θ）–g·sin（θ）]

还考虑到，在t=0时刻，a₀=g·tan（θ），运动方程为：

d²s/dt²=5/7·J·cos（θ）·t

估计加加速度的值等于3m/s³和6m/s³，具有恒定斜率的第一平的轨道和斜率从tan（θ）=0.224到tan（θ）=0.184线性变化的第二凸形轨道引起±0.2m/s²的滞后，考虑距离D的两个值，分别为5mm和10mm，本发明可以得到如下结果：

从这张表格得出结论，对于小的距离D（例如5mm）和倾斜平面中的直线轨道（无滞后），超过减速度阈值时的测量最有效。

因此，当移动体的纵向加速度水平被超过时，本发明能够以简单的方式来识别和用信号通知，避免使用可能损坏的电子分析系统，从而增加了测量所述超过的可靠性。

最后，图4示出了根据本发明的装置的另一个特定实施方式，其使用了跟图2一样的参考和布置，示出了横截面A和横截面B，区别在于实心体18是整块的，例如整块有机玻璃体，其中的所述空腔12具有通过对所述实心体18钻孔得到的圆柱形形状，空腔12的每一个末端可以通过拧紧塞子17来被封闭，塞子17可以包括或不包括用于减弱球13对所述塞子17的任何撞击的缓冲器。特别是，所述实心体18中至少一个其他钻孔，特别是垂直于所述空圆柱体的生成线，使得能够在所述实心体18中放置至少一个检测器14，所述检测器14能够至少在所述远处位置133处和/或所述初始位置131处检测球13的存在。优选的是，每一个检测器14能够与所述移动体的制动系统22配合，并且优选的是，每一个检测器14以所述初始位置131和远处位置133处的球13的位置为中心。

有利的是，圆柱形空腔12的圆形截面使得能够确保球13在所述空腔12中的移动的稳定性。因此，由所述空腔12产生的轨道121是由封闭的圆形平面曲线限定的表面，即由所述圆形截面限定的圆，轨道的点通过沿着经过所述初始位置131和远处位置133的直线的可变点。因此，根据这个其他优选实施方式的所述轨道121是所述初始位置131和远处位置133之间以恒定的正斜率为特征的凹形表面。特别是，圆柱形空腔12的特征在于，其直径大于所述球13的直径，以便允许球13在所述空腔中自由移动。

如针对图2那样，当移动体的加速度的绝对值小于最小的正阈值时，所述初始位置131尤其能够被所述部件13占据，而当所述移动体的加速度不为0，加速度的符号与轨道斜率的符号相反，并且加速度的绝对值超过加速度的最大的正阈值时，位于所述空腔末端的远处位置133可以被所述部件13在所述移动部件的加速度的影响下到达。对于所述移动体在最小的阈值和最大的阈值之间的加速度，所述轨道的几何形状允许所述部件13位于初始位置131和远处位置133之间的中间位置132。

总而言之，相对于现有的用于测量加速度的装置和方法，根据本发明的装置和方法显示了一些优点：

-通过对所述部件13和轨道提供硬质材料的选择（例如，能够在钢或陶瓷轨道上滚动的钢球），避免了摩擦和磨损的有害影响；

-通过密封结构和选择材料，避免了腐蚀的有害影响。如有必要，为了避免任何内部的氧化，在装配期间可以引入惰性气体（例如氮气或氩气）来代替空气；

-可靠耐用，因为装置包括单一的活动元件（所述部件13），它非常简单，并且位于所述密封的空腔中而被保护免受外部侵害；

-它们还提供对检测所述部件13的存在的保证，特别是通过同质冗余（例如，两个传感器横向地位于部件13的远处位置的每一侧上），或者通过异构冗余（例如，一个传感器能够检测每一个初始位置或远处位置处的所述部件13的存在），或者通过监控与移动体的移动的一致性，或者在移动体的每一次不动的期间通过检验特别是所述部件在初始位置处被检测到（或分别地，在远处位置没有被检测到）；

-它们具有固有的安全性，因为它们基于加速度和惯性的现象；

-它们确保对何时所述移动体的加速度阈值被超过的准确和可重复测量：行为的准确性和可重复性由根据本发明的装置的几何形状（活动部件和轨道）确定，其在设想的温度范围内（-40℃到+70℃）是不变的；

-根据本发明的装置对由标准IEC-61373（表1）指定的沿轴（Ox），（Oy），（Oz）的振动不灵敏；

-当加速度的阈值被超过时，通过调节检测器相对于所述轨道的位置，能够控制测量所需的反应时间。事实上，反应的速度是由轨道上的两个极端位置（初始位置和远处位置）之间经过的距离所确定的。这个距离可以被减小，直到由检测所述部件存在的检测器的空间分辨率所允许的分辨率的极限为止。通常情况下，距离是作为部件13选择的球的直径的一倍，这足以提供有效的检测。

Claims (15)

1.一种测量移动体的加速度的装置，所述装置包括：

-实心体，其包括内部空腔（12），所述内部空腔能够允许活动部件（13）自由移动；

-所述空腔（12），它的至少一个壁能够形成倾斜轨道（121），所述倾斜轨道（121）的一个表面允许所述活动部件（13）在所述空腔（12）中的所述轨道（121）上的初始静止位置（131）和远离所述初始位置的位置（133）之间自由移动，所述位置（133）位于所述空腔（12）的末端，并且在所述加速度变化期间，所述部件（13）能够到达所述位置（133）；

-所述部件（13），在所述移动体的加速度的作用下，所述部件（13）能够在所述空腔（12）中从所述初始位置移动到所述远处位置；

-至少一个检测器（14），其能够检测到所述远处位置处的所述部件（13）的存在。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述实心体包括中心部分（111），该中心部分包括开口，所述开口用于形成所述空腔（12）的至少一部分，所述中心部分（111）被夹在两个侧面部分（15）之间。

3.如权利要求1或2中的一项所述的装置，其特征在于，所述中心部分（111）包括所述轨道（121）。

4.如权利要求1到3中的一项所述的装置，其特征在于，所述检测器（14）能够与所述远处位置（133）相对设置。

5.如权利要求1到4中的一项所述的装置，其特征在于，所述检测器（14）是感应式传感器，并且所述部件（13）包括至少一个金属部分。

6.如权利要求1到4中的一项所述的装置，其特征在于，所述检测器（14）是光传感器，并且所述部件（13）是不透明的。

7.如权利要求1到6中的一项所述的装置，其特征在于，所述实心体能够被结合到所述移动体，且所述检测器（14）能够与所述移动体的制动系统（22）协作。

8.如权利要求1到7的一项所述的装置，其特征在于，所述轨道（121）是平的表面，当所述实心体被结合到静止在水平平面上的所述移动体时，所述表面用于形成相对于水平方向成θ角的倾斜平面。

9.如权利要求1到8的一项所述的装置，其特征在于，所述空腔（12）明显是平行六面体的形状。

10.如权利要求1到7的一项所述的装置，其特征在于，所述轨道（121）是沿曲线轨迹的带。

11.如权利要求1到10的一项所述的装置，其特征在于，所述实心体包括与所述空腔（12）对称并且与所述空腔（12）连通的另一个空腔（16），并且包括另一个轨道，所述另一个轨道能够与所述空腔（12）的轨道（121）在所述远处位置（133）和另一个远处位置（134）之间形成连续路径，所述远处位置（133）位于空腔（12）的末端，所述另一个远处位置（134）位于另一个空腔（16）的末端。

12.如权利要求1到11的一项所述的装置，其特征在于，所述初始位置（131）或远处位置（133，134）的至少一个包括磁体，所述磁体能够与所述部件（13）的至少一个金属部分配合，从而将部件（13）稳定在其处。

13.如权利要求1到12的一项所述的装置，其特征在于，所述初始位置（131）或远处位置（133，134）的至少一个配备有缓冲器，其能够减弱所述部件（13）和实心体的壁之间的碰撞作用。

14.一种测量移动体的加速度的方法，其特征在于包括：

-在所述移动体加速期间，在封闭的空腔（12）中，能够从初始静止位置（131）自由地移动到远离所述初始位置（131）的位置（133）的活动部件（13）从初始静止位置（131）移动到远处位置（133），所述初始位置（131）和远处位置（133）由所述空腔（12）的壁形成的连续的倾斜轨道（121）连接，所述轨道（121）能够允许所述部件（13）在所述轨道（121）上的所述两个位置之间移动；

-通过检测器（14），检测所述远处位置（133）处的所述部件（13）的存在。

15.如权利要求10所述的测量移动体的加速度的方法，其特征在于，所述检测器（14）将关于所述远处位置（133）处对所述部件（13）的存在的检测的检测信号传送到制动系统（22）。

Images