DE10007246A1 - Elektrostatischer kapazitiver Neigungssensor - Google Patents

Abstract

Elektrostatischer kapazitiver Sensor, der ohne Reinigung, wie etwa Nullpunkt-Einstellung und Temperaturkompensation ect., auskommt. Hierbei ist ein Paar halbkreisförmiger Differenzial-Elektroden (21a, 21b) in der vertikalen Richtung nebeneinander angeordnet, wobei eine gemeinsame Elektrode (22) dann so angeordnet ist, dass sie, mit einem festen Spalt dazwischen, den Differenzial-Elektroden (21a, 21b) gegenübersteht. Das Paar der Differenzial-Elektroden (21a, 21b) und die gemeinsame Elektrode (22) sind in einem luftdichten Behälter aufgenommen. Ferner ist ein dielektrisches Fluid in dem luftdichten Behälter eingeschlossen. Die Differenzial-Elektrode (21a) an der Oberseite und die gemeinsame Elektrode (22) bilden einen oberen variablen Kondensator (C1), und die Differenzial-Elektrode (21b) an der Unterseite und die gemeinsame Elektrode (22) bilden einen unteren variablen Kondensator (C2).

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrostatischen kapazitiven Neigungssensor mit ei­ nem Paar von Differenzial-Elektroden und einer gemeinsamen Elektrode, die in­ nerhalb eines luftdichten Behälters einander gegenüberliegend angeordnet sind, um einem Neigungswinkel entsprechende Änderungen des Fluidoberflächenpegels eines in dem luftdichten Behälter eingeführten dielektrischen Fluids als Änderung der elektrostatischen Kapazität zu erfassen, und sie betrifft insbesondere einen elektrostatischen kapazitiven Neigungssensor, der keine Temperaturkompensation oder Nulleinstellung erfordert.

In den letzten Jahren wurde eine Technologie bekannt, bei der ein Neigungssensor oder Schräglagesensor an einem Fahrzeug, etwa einem Kraftrad, angebracht wird, die Neigung des Fahrzeugs erfasst wird und jedes der Teile gesteuert wird. Fig. 15 ist eine perspektivische Rückansicht eines solchen Kraftrads mit Neigungssensor, wobei ein Neigungssensor 90 beispielsweise an einer Strebe angebracht ist, die beispielsweise vom Lenkrohr am Vorderende eines Hauptrahmens (nicht gezeigt) nach vorne absteht. Der Neigungssensor 90 neigt sich integral mit dem Hauptrah­ men, d. h. dem Fahrzeugrumpf, unabhängig von der Stellung der Lenkstange 92, und dieser Winkel wird erfasst. Ein auf diese Weise erfasstes Winkelsignal wird einem ECM (Motorsteuermodul) zugeleitet, das beispielsweise am unteren Teil eines Sitzes 91 an der Rückseite des Fahrzeugs befestigt ist und für verschiedene Steuerungen benutzt wird.

Solche elektrostatischen kapazitiven Neigungssensoren sind beispielsweise in den japanischen Patent-Offenlegungsschriften Nr. Hei 4-53528 und Hei 5-14168 offen­ bart. Fig. 7 ist ein vertikaler Querschnitt eines solchen elektrostatischen kapaziti­ ven Neigungssensors, Fig. 8 ist ein seitlicher Querschnitt, und Fig. 9 ist eine Per­ spektivansicht eines variablen Kondensatorabschnitts.

In dem variablen Kondensatorabschnitt ist ein Paar von Differenzial-Elektroden 11a und 11b in horizontaler Richtung nebeneinander angeordnet, und eine gemein­ same Elektrodenplatte 12 ist parallel zu den Differenzial-Elektroden 11a und 11b angeordnet, wobei zwischen den Differenzial-Elektroden 11a und 11b und der gemeinsamen Elektrodenplatte 12 ein unveränderlicher Spalt verbleibt. Die Diffe­ renzial-Elektroden 11a und 11b und die gemeinsame Elektrodenplatte 12 sind in einem luftdichten Behälter 14 aufgenommen, und der luftdichte Behälter 14 ist angenähert bis zur Hälfte seiner effektiven Kapazität mit einem dielektrischen Fluid 13 aufgefüllt, wie etwa Silikonöl. Die jeweiligen Differenzial-Elektroden 11a und 11b und die gemeinsame Elektrodenplatte 12 bilden variable Kondensatoren Ca und Cb.

Fig. 10 zeigt ein Beispiel einer Schaltung zum Wandeln von Kapazitätsänderungen der variablen Kondensatoren Ca und Cb in Gleichspannungsänderungen für einen solchen elektrostatischen kapazitiven Neigungssensor, wobei ein Oszillator OSC mit der gemeinsamen Elektrodenplatte 12 verbunden ist. Die Differenzial-Elek­ troden 11a und 11b sind jeweils mit Kapazitäts/Spannungs-Wandlungsschaltungen CV1 und CV2 verbunden, um Kapazitätsänderungen in Gleichspannungsänderun­ gen zu wandeln. Ausgangssignale der Kapazitäts/Spannungs-Wandlungsschaltun­ gen CV1 und CV2 werden einem Differenzverstärker DA zugeführt, und das Aus­ gangssignal dieses Differenzverstärkers DA ist dann ein dem Neigungswinkel entsprechendes Gleichspannungssignal des Sensors.

Eine Nullpunkt-Einstellschaltung 81 steuert die Kapazitäts/Spannungs-Wandlungs­ schaltung CV2 derart, dass die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers DA 0 Volt wird, wenn der Sensor horizontal ist. Eine Temperaturwandlungsschaltung 82 steuert den Verstärkungsfaktor des Differenzverstärkers DA entsprechend der At­ mosphärentemperatur derart, dass unabhängig von der Temperatur ein dem Nei­ gungswinkel des Sensors entsprechendes Ausgangssignal erhalten wird.

Fig. 11 zeigt die Beziehung zwischen elektrostatischen Kapazitäten Ca und Cb der variablen Kondensatoren Ca und Cb (im Folgenden sind die elektrostatischen Ka­ pazitäten der variablen Kondensatoren mit den Bezeichnungen der variablen Kon­ densatoren bezeichnet) und dem Neigungswinkel des Sensors, wobei diese Bezie­ hung als Temperaturänderungen und individuelle Unterschiede innerhalb eines Bereichs gezeigt ist, der mit unterbrochenen Linien dargestellt ist.

Andererseits ist bei dieser Technik das Ausgangssignal des Differenzverstärkers DA, welches den Neigungswinkel des Sensors wiedergibt, eine Funktion der Dif­ ferenz der elektrostatischen Kapazitäten der variablen Kondensatoren Ca und Cb. Wenn die elektrostatischen Kapazitäten der variablen Kondensatoren C1 und C2 sich entsprechend der Temperatur und individueller Unterschiede ändern, ändert sich auch die Differenz zwischen den elektrostatischen Kapazitäten (Ca - Cb) in dem Bereich der unterbrochenen Linien, wie in Fig. 12 gezeigt.

Bei der obigen Technik muss zumindest eine der Kapazitäts/Spannungs-Wand­ lungsschaltungen CV1 und CV2 durch die Nullpunkt-Einstellschaltung 81 für je­ den Sensor nullpunktkorrigiert werden, so dass das Ausgangssignal des Differenz­ verstärkers DA "0" wird, wenn die Differenz "0" ist, und muß ferner eine Tempe­ raturkompensation für jeden Sensor an der Temperaturkompensationsschaltung 82 durchgeführt werden. Wenn jedoch der Sensor in einem Fahrzeug, wie etwa einem Kraftrad, angebracht ist, ist es darüber hinaus nicht einfach, die Nullpunkt-Ein­ stellung und die Temperaturkompensation durchzuführen, wenn sich das Fahrzeug bewegt, ferner erhöht dies Kosten und Gewicht.

Um zumindest eines der oben genannten Probleme zu lösen, ist es Aufgabe der Erfindung, einen preisgünstigen elektrostatischen kapazitiven Neigungssensor an­ zugeben, der ohne Regulatoren, wie etwa Nullpunkt-Einsteller und Temperatur­ kompensatoren etc., auskommt.

Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen:

• 1. Ein elektrostatischer kapazitiver Neigungssensor mit einem Paar von Diffe­ renzial-Elektroden und einer gemeinsamen Elektrode, die innerhalb eines luftdich­ ten Behälters gegenüberliegend angeordnet sind, um einem Neigungswinkel ent­ sprechende Änderungen des Fluidoberflächenpegels eines in dem luftdichten Be­ hälter befindlichen dielektrischen Fluids als Änderungen der elektrostatischen Ka­ pazität zu erfassen, wobei das Paar von Differenzial-Elektroden - in Bezug auf den Fluidoberflächenpegel, wenn der Fluidoberflächenpegel horizontal ist - in vertika­ ler Richtung nebeneinander angeordnet sind.
• 2. Ein elektrostatischer kapazitiver Neigungssensor mit einem Paar benachbar­ ter Differenzial-Elektroden und einer gemeinsamen Elektrode, die in einem luft­ dichten Behälter einander gegenüberliegend angeordnet sind, um einem Neigungs­ winkel entsprechende Änderungen des Fluidoberflächenpegels eines in dem luft­ dichten Behälter befindlichen dielektrischen Fluids als Änderungen der elektro­ statischen Kapazität zu erfassen, wobei der Sensor umfasst: ein variables Konden­ satormittel, das aus einem Paar variabler Kondensatoren gebildet ist, die durch das Paar von Differenzial-Elektroden und die gemeinsame Elektrode aufgebaut sind, die seriell mit einer Stromversorgung verbunden sind; ein Referenz-Kondensator­ mittel, das durch ein Paar von Referenz-Kondensatoren gebildet ist, die seriell mit einer Stromversorgung verbunden sind; und ein Differenzverstärkermittel, bei dem ein gemeinsamer Verbindungspunkt der variablen Kondensatoren des variablen Kondensatormittels als der eine Differenzeingang dient und ein gemeinsamer Ver­ bindungspunkt der Referenz-Kondensatoren des Referenz-Kondensatoremittels als der andere Differenzeingang dient.

Nach der Ausführung (1) zeigen die elektrostatischen Kapazitäten der jeweiligen variablen Kondensatoren, die über den Differenzial-Elektroden und der gemein­ samen Elektrode gebildet sind, beide Maximalwerte in einem horizontalen, nei­ gungslosen Zustand unabhängig von individuellen Differenzen. Daher ist keine Nullpunkt-Einstellung erforderlich, um den Winkel zu definieren, bei dem jeder Kondensator einen Maximalwert zeigt.

Nach der Ausführung (2) ist das Ausgangssignal des Differenzverstärkermittels proportional zu einer Änderung der elektrostatischen Kapazität ΔC des Paars va­ riabler Kondensatoren, die über dem Paar von Differenzial-Elektroden und der gemeinsamen Elektrode des elektrostatischen Kapazitätsabschnitts gebildet sind. Hier ist auch keine Temperaturkompensation erforderlich, weil der Temperaturko­ effizient auf null gesetzt wird und daher keine Temperaturabhängigkeit vorliegt.

Da die Nullpunkt-Einstellung und die Temperaturkompensation nicht erforderlich sind, ist die Erfindung besonders zur Montage an einem Fahrzeug, wie etwa einem Kraftrad, geeignet, weil sie billig und leicht ist.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Perspektivansicht eines elektrostatischen Kondensatorabschnitts eines elektrostatischen kapazitiven Neigungssensors einer ersten Ausführung;

Fig. 2 eine Blockansicht des elektrostatischen kapazitiven Sensors der ersten Aus­ führung;

Fig. 3 die Beziehung zwischen den jeweiligen Differenzial-Elektroden und dem Fluidoberflächenpegel der ersten Ausführung;

Fig. 4 die Beziehung zwischen der elektrostatischen Kapazität C1 und C2 jedes Kondensators und der Neigungswinkel;

Fig. 5 die Beziehung zwischen dem Sensorausgangssignal und dem Neigungswin­ kel;

Fig. 6 eine Blockansicht einer zweiten Ausführung;

Fig. 7 einen Vertikalschnitt eines herkömmlichen elektrostatischen kapazitiven Neigungssensors;

Fig. 8 einen weiteren Querschnitt eines herkömmlichen elektrostatischen kapaziti­ ven Neigungssensors;

Fig. 9 eine Perspektivansicht eines elektrostatischen Kondensatorabschnitts eines herkömmlichen elektrostatischen kapazitiven Neigungssensors;

Fig. 10 ein Blockdiagramm eines herkömmlichen elektrostatischen kapazitiven Neigungssensors;

Fig. 11 die Beziehung zwischen der elektrostatischen Kapazität variabler Konden­ satoren Ca und Cb eines herkömmlichen elektrostatischen kapazitiven Neigungs­ sensors und dem Neigungswinkel;

Fig. 12 die Beziehung zwischen dem Ausgangssignal eines herkömmlichen elek­ trostatischen kapazitiven Neigungssensors und dem Neigungswinkel;

Fig. 13 eine Draufsicht auf ein modifiziertes Beispiel von Differenzial-Elektroden des elektrostatischen Kondensatorabschnitts;

Fig. 14 die Beziehung zwischen dem Differenzausgangssignal des modifizierten Beispiels von Fig. 13 und dem Neigungswinkel;

Fig. 15 eine perspektivische Rückansicht eines herkömmlichen Kraftrads mit Nei­ gungssensor; und

Fig. 16 eine Strukturansicht eines Steuermoduls mit eingebautem Neigungssensor.

Fig. 1 zeigt perspektivisch einen elektrostatischen Kondensator 53 für einen elek­ trostatischen kapazitiven Neigungssensor einer ersten Ausführung, bei dem ein Paar halbkreisförmiger Differenzial-Elektroden 21a und 21b vertikal nebeneinander angeordnet ist und eine gemeinsame Elektrode 22 parallel mit einem festen Spalt dazwischen derart angeordnet ist, dass sie zu den Differenzial-Elektroden 21a und 21b weist.

Das Differenzial-Elektrodenpaar 21a und 21b und die gemeinsame Elektrode 22 sind in einem luftdichten Behälter (nicht gezeigt) aufgenommen, und ein dielektri­ sches Fluid (nicht gezeigt) ist in dem luftdichten Behälter eingeschlossen. Die Differenzial-Elektrode 21a an der Oberseite und die gemeinsame Elektrode 22 bilden einen oberen variablen Kondensator C1, und die Differenzial-Elektrode 21b an der Unterseite und die gemeinsame Elektrode 22 bilden einen unteren variablen Kondensator C2.

Fig. 2 ist ein Blockdiagramm eines elektrostatischen kapazitiven Neigungssensors, der einen elektrostatischen Kondensator 53 mit der obigen Elektrodenkonfiguration aufweist, um Änderungen des Fluidoberflächenpegels des dielektrischen Fluids als Neigungswinkel zu erfassen, wobei im Folgenden gleiche Zahlen gleiche oder äquivalente Teile bezeichnen.

Bei dem elektrostatischen Kondensator 53 sind die Differenzial-Elektroden 21a und 21b der variablen Kondensatoren C1 udn C2 - in Bezug auf den horizontalen Fluidoberflächenpegel - in der vertikalen Richtung nebeneinander angeordnet, wie in Fig. 1 gezeigt, und dann ist die gemeinsame Elektrode 22 so vorgesehen, dass sie über einen festen Spalt dazwischen zu den Differenzial-Elektroden 21a und 21b weist. Die gemeinsame Elektrode 22 für die jeweiligen variablen Kondensato­ ren C1 und C2 ist mit einem Oszillator 51 verbunden, um ein Wechselstromsignal vorbestimmter Frequenz zu erzeugen. Die Differenzial-Elektrode 21a des variablen Kondensators C1 ist mit einem Eingangsanschluss der ersten Kapazitäts/Spannungs-Wandlungsschaltung CV1 verbunden, und die Differenzial- Elektrode 21b des variablen Kondensators C2 ist mit einem Eingangsanschluss der zweiten Kapazitäts/Spannungs-Wandlungsschaltug CV2 verbunden.

Die Ausgangssignale der ersten und zweiten Kapazitäts/Spannungs-Wandlungs­ schaltungen CV1 und CV2 sind mit den Differenz-Eingangsanschlüssen des Diffe­ renzverstärkers DA verbunden. Ein Thermistor Rth zur Temperaturkompensation, um dem Differenzverstärker DA entsprechend der Atmosphärentemperatur einen geeigneten Verstärkungsfaktor zu geben, ist zwischen dem Ausgangsanschluss des Differenzverstärkers DA und einem der Differenzeingangsanschlüsse angeschlos­ sen. Eine Steuerschaltung (nicht gezeigt) ist mit dem Ausgangsanschluss des Dif­ ferenzverstärkers DA verbunden, so dass ein dem Neigungswinkel θ des Sensors entsprechendes Gleichspannungssignal als Funktion der Differenz (C1 - C2) zwi­ schen den elektrostatischen Kapazitäten der variablen Kondensatoren C1 und C2 ausgegeben wird.

Fig. 3 zeigt eine typische Beziehung zwischen dem Fluidoberflächenpegel des dielektrischen Fluids 24 in dem elektrostatischen Kondensator 53 und dem Nei­ gungswinkel θ. Es ist so viel dielektrisches Fluid 24 eingefüllt, dass der Fluid­ oberflächenpegel den einander benachbarten Bereich der Differenzial-Elektroden 21a und 21b erreicht, wenn er horizontal ist.

Fig. 4 zeigt die Beziehung zwischen den elektrostatischen Kapazitäten C1 und C2 der variablen Kondensatoren C1 und C2 und dem Neigungswinkel θ in dieser Ausführung. Wenn, wie in den Fig. 3(b) und 3(c) gezeigt, der Sensor zur linken oder rechten Seite geneigt wird, fällt die elektrostatische Kapazität gemäß dem Ausmaß der Neigung am unteren variablen Kondensator C2, und die elektrostati­ sche Kapazität steigt gemäß dem Ausmaß der Neigung am oberen variablen Kon­ densator C1.

Bei dieser Ausführung zeigen die oberen und unteren variablen Kondensatoren C1 und C2 gewöhnlich Extremwerte im horizontalen Zustand, unabhängig von indivi­ duellen Differenzen und der Differenz der variablen Kondensatoren C1 und C2. Das heißt, das Ausgangssignal des Differenzverstärkers DA zeigt ebenfalls Ex­ tremwerte im horizontalen Zustand, unabhängig von individuellen Differenzen zwischen den variablen Kondensatoren, wie in Fig. 5 gezeigt. Der elektrostatische kapazitive Neigungssensor kommt daher ohne Nullpunkt-Einstellung aus, wenn der elektrostatische, kapazitive Neigungssensor zusammengebaut wird, eine Steuervor­ richtung mit dem Ausgangsteil des Differenzverstärkers DA verbunden wird, das Ausgangssignal des Differenzverstärkers DA überwacht wird und der Neigungs­ winkel berechnet wird, wobei ein Wert V0 einen Extremwert als den horizontalen Zustand anzeigt.

Fig. 16 zeigt ein Beispiel einer Anwendung dieses elektrostatischen kapazitiven Neigungssensors an einem Kraftrad. In dieser Ausführung ist ein elektrostatischer kapazitiver Neigungssensor 200 der obigen Konfiguration innerhalb eines ECM 100 vorgesehen, welche die Kraftstoffeinspritzsteuerung und die Zündsteuerung ausführt.

Der elektrostatische, kapazitive Neigungssensor 200 dieser Ausführung ist auf einem Substrat 104 an dem ECM 100 zusammen mit einer Steuereinheit 101 zur Kraftstoffeinspritz-Zündsteuerung sowie verschiedenen diskreten Teilen 102 und einem Verbinder 103 angeordnet. Das ECM 100 kann an dem Fahrzeugrahmen am Unterteil des Sitzes befestigt sein, vorausgesetzt, dass sich das ECM 100 gemein­ sam mit dem Fahrzeug neigt.

Wenn der elektrostatische, kapazitive Neigungssensor in dem ECM vorgesehen ist, kann die Anzahl der Montageprozesse im Vergleich zu dem Fall reduziert werden, dass der Neigungssensor und das ECM separat an dem Fahrzeug angebracht wer­ den. Der Einfluss von Rauschen und Nebenkapazitäten kann ebenfalls minimal gehalten werden, weil die Verdrahtung für die Verbindung der ECM mit dem Neigungssensor kurz ausgeführt werden kann und die Verbindung daher elektrisch stabil sein kann.

Es folgt nun eine Beschreibung einer weiteren Ausführung. Fig. 6 ist eine Block­ ansicht eines elektrostatischen kapazitiven Neigungssensors der zweiten Ausfüh­ rung, wobei gleiche Bezugszeichen wie in der vorigen Ausführung gleiche oder äquivalente Teile bezeichnen.

Bei einem elektrostatischen Kondensatorabschnitt 53B dieser Ausführung ist ein Paar von Differenzial-Elektroden in horizontaler Richtung nebeneinander angeord­ net, wie in Fig. 9 gezeigt. Ein Referenz-Kondensatorabschnitt 52 umfasst zwei seriell geschlossene Referenz-Kondensatoren C0, wobei ein Ende mit dem Oszilla­ tor 51 verbunden ist und das andere Ende mit Masse verbunden ist. An dem elek­ trostatischen Kondensatorabschnitt 53B ist die Differenzial-Elektrode 11a, die einen der variablen Kondensatoren C3 bildet, mit dem Oszillator 51 verbunden, und die Differenzial-Elektrode 11b, die den anderen variablen Kondensator C4 bildet, ist mit Masse verbunden.

Die gemeinsame Elektrode des elektrostatischen Kondensatorabschnitts 53B ist mit dem Eingangsanschluss der ersten Kapazitäts/Spannungs-Wandlungsschaltung CV1 verbunden, und der Eingangsanschluss der zweiten Kapazitäts/Spannungs-Wand­ lungsschaltung CV2 ist mit einem Verbindungsteil der beiden Referenz-Kondensa­ toren C0 in dem Referenz-Kondensatorabschnitt 52 verbunden. Ausgangssignale der ersten und zweiten Kapazitäts/Spannungs-Wandlungsschaltungen CV1 und CV2 werden den jeweiligen Differenzeingangsanschlüssen des Differenzverstärkers DA zugeführt. Wie später beschrieben, werden Gleichspannungssignale, die dem Neigungswinkel θ des Sensors entsprechen, am Ausgangsanschluss des Differenz­ verstärkers DA als Funktion der Kapazitätsänderung ΔC der variablen Kondensa­ toren C3 und C4 ausgegeben.

In Fig. 6 ist die Beziehung zwischen den Spannungen Vc1 und Vc2 über den An­ schlüssen der variablen Kondensatoren C3 und C4 und einer Ausgangsspannung V des Oszillators 51 durch die folgende Gleichung (1) angegeben.

V = Vc1 + Vc2 (1)

Die folgende Gleichung (2) ist dann erfüllt, weil die Ladungsmenge Q, die sich in den seriell geschlossenen, variablen Kondensatoren C3 und C4 angesammelt hat, gleich ist.

Q = C3 . Vc1 = C4 . Vc2 (2)

Dann erhält man aus den obigen Gleichungen (1) und (2):

Vc2 = (C3/C4) . Vc1 = (C3/C4) . (V - Vc2) (3)

und durch Umordnen von Gleichung (3) erhält man:

Vc2 = (C3/(C3 + C4)) . V (4)

Wenn der Sensor dann geneigt wird, ändert sich die variable Kapazität des varia­ blen Kondensators C3 in C + ΔC, und die Kapazität des variablen Kondensators C4 ändert sich in C - ΔC, und die Gleichung (4) wird wie folgt:

Vc2 = ((C + ΔC)/((C + ΔC) + (C + ΔC))) . V = ((C + ΔC)/2C) . V = V/2 + (ΔC/2C) . V (5)

Andererseits kann eine Differenzeingangsspannung Vref für den Verbindungspunkt an dem Referenz-Kondensatorabschnitt 52 wie folgt ausgedrückt werden:

Vref = V/2 (6)

Aus den obigen Gleichungen (5) und (6) erhält man ein Differenzausgangssignal Vout des Differenzverstärkers DA durch Gleichung (7), welches proportional zur Kapazitätsänderung ΔC ist.

Vout = Vc2 - Vref = (V/2C) . ΔC (7)

Wenn man die Temperaturkoeffizienten für die Referenz-Kondensatoren C0 des Referenz-Kondensatorabschnitts 52 und für die variablen Kondensatoren C3 und C4 des elektrostatischen Kondensatorabschnitts 53B als k bezeichnet, wird die Differenzeingangsspannung Vref des Referenz-Kondensatorabschnitts 52 durch die folgende Gleichung (8) ausgedrückt:

Vref = (k . C/(k . C + k . C)) . V = V/2 (8)

Im Hinblick hierauf kann die Differenzeingangsspannung Vc2 eines Verbindungs­ punkts zum elektrostatischen Kondensatorabschnitt 53B durch die folgende Glei­ chung (9) ausgedrückt werden:

VC2 = (k(C + ΔC)/(k(C + ΔC) + k(C - ΔC))) . V = V/2 + (ΔC/2C) . V (9)

Das Differenzausgangssignal Vout des Differenzverstärkers DA erhält man durch die folgende Gleichung:

Vout = Vc2 - Vref = (V/2C) . ΔC (10)

In dieser Ausführung wird daher der Temperaturkoeffizient k durch entweder die Differenzeingangsspannung Vref des Referenz-Kondensatorabschnitts 52 oder die Differenzeingangsspannung Vc2 des elektrostatischen Kondensatorabschnitts 53B auf null gesetzt. Das Ausgangssignal Vout des Differenzverstärkers DA ist nicht temperaturabhängig, und daher ist eine Temperaturkompensation möglich, ohne eine separate Temperatur-Kompensierschaltung vorzusehen.

In der zweiten Ausführung ist die Elektrodenstruktur des elektrostatischen Kon­ densatorabschnitts 53B als herkömmliche Struktur beschrieben, bei der ein Paar von Differenzial-Elektroden nebeneinander in der horizontalen Richtung angeord­ net ist. Wenn man jedoch eine Struktur verwendet, bei der ein Paar von Differen­ zial-Elektroden in der vertikalen Richtung nebeneinander angeordnet ist, wie in der in Fig. 1 beschriebenen ersten Ausführung, kommt man nicht nur ohne Tem­ peraturkompensationsschaltung aus, sondern auch ohne Nullpunkt-Einstellschal­ tung.

Wenn man eine Form verwendet, wie sie etwa in Fig. 13 gezeigt ist, bei der die Formen der in vertikaler Richtung nebeneinander angeordneten Differenzial-Elek­ troden 21a und 21b zugeschnitten sind, wird die Beziehung zwischen dem Aus­ gangssignal Vout des Differenzverstärkers DA und dem Neigungswinkel θ eine quadratische Funktion innerhalb des praktischen Erfassungsbereichs (innerhalb ±θ2). Die Änderungsrate des Ausgangssignals Vout in Bezug auf den Neigungs­ winkel θ kann daher größer gemacht werden als für andere Bereiche in dem Be­ reich, in dem der Neigungswinkel groß ist.

Allgemein, wenn der Neigungs- oder Schräglagebereich bei Normalfahrt eines Kraftrads in einem Neigungswinkelbereich von ±θ1 liegt, führen kleine Differen­ zen mit diesem Neigungswinkel zu keinem Problem. Ein relativ großer Neigungs­ winkelbereich, der ±θ2 überschreitet, liegt vor, wenn das Fahrzeug in einer nicht normalen Weise fährt, wie etwa in Fällen, in denen eine strikte Steuerung auf der Basis des Neigungswinkels θ erforderlich ist und daher kleine Differenzen der Neigungswinkel wichtig werden.

In dieser Ausführung ist die Änderungsrate des Ausgangssignals Vout in Bezug auf den Neigungswinkel θ im Bereich für einen relativ großen Neigungswinkel (±θ2~), der eine Steuerung auf der Basis des Neigungswinkels erfordert, groß, und daher können kleine Neigungswinkelunterschiede erfasst werden.

Wenn bei den obigen Ausführungen der Neigungssensor in das Steuermodul mit eingebaut ist, ist die Anzahl der Montageschritte geringer als dann, wenn der Nei­ gungssensor und das Steuermodul individuell montiert werden. Ferner kann die elektrische Verbindung zwischen dem Neigungssensor und dem Steuermodul stabi­ ler erfolgen.

Die erfindungsgemäße elektrostatische kapazitive Sensor kommt ohne Regulie­ rung, wie etwa Nullpunkt-Einstellung und Temperaturkompensation etc., aus. Hier­ zu ist ein Paar halbkreisförmiger Differenzial-Elektroden 21a, 21b in der vertika­ len Richtung nebeneinander angeordnet, wobei eine gemeinsame Elektrode 22 dann so angeordnet ist, dass sie, mit einem festen Spalt dazwischen, den Differen­ zial-Elektroden 21a, 21b gegenübersteht. Das Paar der Differenzial-Elektroden 21a, 21b und die gemeinsame Elektrode 22 sind in einem luftdichten Behälter aufge­ nommen. Ferner ist ein dielektrisches Fluid in dem luftdichten Behälter einge­ schlossen. Die Differenzial-Elektrode 21a an der Oberseite und die gemeinsame Elektrode 22 bilden einen oberen variablen Kondensator C1, und die Differenzial- Elektrode 21b an der Unterseite und die gemeinsame Elektrode 22 bilden einen unteren variablen Kondensator C2.

Claims (4)

1. Elektrostatischer kapazitiver Neigungssensor (53) mit einem Paar von Dif­ ferenzial-Elektroden (21a, 21b) und einer gemeinsamen Elektrode (22), die innerhalb eines luftdichten Behälters einander gegenüberliegend angeordnet sind, um einem Neigungswinkel entsprechende Änderungen des Fluidober­ flächenpegels eines in dem luftdichten Behälter befindlichen dielektrischen Fluids (24) als Änderungen der elektrostatischen Kapazität zu erfassen, wobei das Paar von Differenzial-Elektroden (21a, 21b) - in Bezug auf den Fluidoberflächenpegel, wenn der Fluidoberflächenpegel horizontal ist - in vertikaler Richtung nebeneinander angeordnet sind.

2. Elektrostatischer kapazitiver Neigungssensor (53) mit einem Paar benach­ barter Differenzial-Elektroden (11a, 11b; 21a, 21b) und einer gemeinsamen Elektrode (12; 22), die in einem luftdichten Behälter einander gegenüber­ liegend angeordnet sind, um einem Neigungswinkel entsprechende Ände­ rungen des Fluidoberflächenpegels eines in dem luftdichten Behälter be­ findlichen dielektrischen Fluids (24) als Änderungen der elektrostatischen Kapazität zu erfassen, wobei der Sensor umfasst:
ein variables Kondensatormittel (53B), das aus einem Paar variabler Kondensatoren (C3, C4) gebildet ist, die durch das Paar von Differenzial- Elektroden (11a, 11b; 21a, 21b) und die gemeinsame Elektrode (12; 22) aufgebaut sind, die seriell mit einer Stromversorgung (51) verbunden sind;
ein Referenz-Kondensatormittel (52), das durch ein Paar von Refe­ renz-Kondensatoren (C0, C0) gebildet ist, die seriell mit einer Stromversor­ gung (51) verbunden sind; und
ein Differenzverstärkermittel (DA), bei dem ein gemeinsamer Ver­ bindungspunkt der variablen Kondensatoren (C3, C4) des variablen Kon­ densatormittels (53B) als der eine Differenzeingang dient und ein gemein­ samer Verbindungspunkt (Vref) der Referenz-Kondensatoren (C0, C0) des Referenz-Kondensatormittels (52) als der andere Differenzeingang dient.

3. Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Paar der Diffe­ renzial-Elektroden (11a, 11b) - in Bezug auf den Fluidoberflächenpegel, wenn der Fluidoberflächenpegel horizontal ist - in horizontaler Richtung nebeneinander angeordnet ist.

4. Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Paar von Diffe­ renzial-Elektroden (21a, 21b) - in Bezug auf den Fluidoberflächenpegel, wenn der Fluidoberflächenpegel horizontal ist - in vertikaler Richtung ne­ beneinander angeordnet ist.