DE3781472T2

DE3781472T2 - Beschleunigungsmesser.

Info

Publication number: DE3781472T2
Application number: DE8787108798T
Authority: DE
Inventors: Shinichi Io
Original assignee: Atsugi Unisia Corp
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1986-06-20
Filing date: 1987-06-19
Publication date: 1993-02-04
Anticipated expiration: 2007-06-20
Also published as: DE3781472D1; EP0251069B1; US4870864A; EP0251069A1; JPS631975A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Beschleunigungsmesser, insbesondere einen Beschleunigungsmesser zur Anwendung bei einem selbstfahrenden Fahrzeug oder dergleichen, mit einem Aufbau, bei welchem eine Temperatur-Kompensation ohne das Erfordernis eines Temperatursensors in Verbindung mit einer komplexen Schaltung bewirkt werden kann.

Beschreibung des Standes der Technik

Zur Steuerung moderner Aufhängungen und eines ähnlichen Typs eines selbst fahrenden Geräts derart, daß ein sicherer, stabiler Betrieb gewährleistet ist, ist es notwendig, den Pegel der Beschleunigung abzutasten, welcher das Fahrzeug in vertikaler (Aufwärts und Abwärts-) und lateraler (Links- und Rechts-) Richtung sowie in der Richtung (nach vorne und hinten), in welcher sich das Fahrzeug bewegt, unterworfen ist. Um dies auszuführen, ist es bekannt, einen oder mehrere Beschleunigungsmesser des aus der vorläufigen japanischen Patentveröffentlichung Nr. 52-49871 hervorgehenden Typs zu verwenden. Die aus diesem Dokument hervorgehende Einrichtung umfaßt einen Permanentmagneten, welcher derart aufgehängt ist, daß er in einer der oben erwähnten Richtungen des Fahrzeugs, der vertikalen oder lateralen Richtung oder der Richtung nach vorne und hinten, verschoben werden kann, und einen Halleffekt-Hall-IC, der in der Nähe des Magneten derart angeordnet ist, daß er auf dessen Bewegung anspricht.
Jedoch leidet der Aufbau, obgleich er einfach ist, unter dem
Nachteil, daß der Hall-IC derart gegen Temperaturveränderungen empfindlich ist, daß der Pegel seines Ausgangssignals unerwünscht variiert. Zur Kompensation dieses ist vorgeschlagen worden, einen Temperatursensoraufbau in den IC aufzunehmen, der den Ausgangssignalpegel korrigiert. Dies kompliziert jedoch nicht nur die Schaltung sondern vergrößert die Größe, das Gewicht und die Kosten der Einrichtung.
Weiterer relevanter Stand der Technik geht aus der FR-A-2366683 hervor. Die bekannte Einrichtung umfaßt einen ersten und zweiten berührungslosen Sensor. Sie enthält auch einen durch ein flexibles Teil gehaltenen und in einer ersten und zweiten Richtung, die entgegengesetzt sind, bewegbaren Magneten. Ein Merkmal dieser bekannten Einrichtung ist eine Temperaturkompensation durch komplementär sich verändernde Sensorausgangssignale plus einer Messung der Differenz dieser Ausgangssignale.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Beschleunigungsmesser der obengenannten Art bereitzustellen, bei welchem das Gehäuse in einen ersten und zweiten Abschnitt unterteilt ist und der Beschleunigungsmesser so angeordnet oder ausgebildet ist, daß er eine Temperaturkompensation zeigt.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Beschleunigungssensoraufbaus, der so ausgebildet ist, daß er eine Temperaturkompensation zeigt, ohne daß die Maßnahme des Temperatursensors und der assoziierten komplexen Schaltung zu Hilfe genommen werden muß.
Zur Lösung der obengenannten Aufgabe sind ein erster und zweiter berührungsloser Sensor vom Halleffekttyp oder einem ähnlichen Typ in Kombination mit einem Magneten derart angeordnet, daß bei einer Bewegung des Magneten unter dem Einfluß einer Beschleunigungskraft oder dergleichen das Ausgangssignal eines Sensors zunimmt, während das andere abnimmt. Die Größe der Differenz zwischen den zwei Ausgangssignalen zeigt die Kraft an, während die Effekte der Temperatur bei den einzelnen Signalen sich gegenseitig aufheben und eine Temperaturkompensation bereitstellen. Der Magnet ist in einem pendelartigen Aufbau befestigt, wobei der Magnet in einem einzelnen flexiblen Teil ausbalanciert gehalten ist, der Magnet veranlaßt wird, sich in der ersten und zweiten Richtung auf einem leicht gebogenen Weg zu bewegen und die Zu- und Abnahme des Ausgangssignals des ersten und zweiten Sensors im wesentlichen proportional zu deren Abstand von dem Magneten ist.
Insbesondere nimmt die vorliegende Erfindung die Form eines Beschleunigungsmessers ein, der einen in einem Gehäuse angeordneten ersten berührungslosen Sensor, einen in einem Gehäuse nahe bei dem ersten angeordneten zweiten berührungslosen Sensor und einen in dem Gehäuse durch ein flexibles Teil derart bewegbar gehaltenen Magneten aufweist, daß er in einer ersten und zweiten Richtung, die entgegengesetzt sind, aus einer neutralen Stellung bewegbar ist, wobei der erste und zweite berührungslose Sensor so angeordnet sind, daß bei einer Bewegung des Magneten in der ersten Richtung das Ausgangssignal des ersten Sensors zunimmt und das des zweiten Sensors abnimmt und bei einer Bewegung des Magneten in der zweiten Richtung das Ausgangssignal des zweiten Sensors zunimmt und das Ausgangssignal des ersten abnimmt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Figur 1 ist eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Beschleunigungsmessers;
Figur 2 ist die Ansicht eines längs der Schnittlinie II-II in Figur 1 genommenen vertikalen Schnitts;
Figur 3 ist die Ansicht eines längs der Schnittlinie III-III in Figur 1 genommenen horizontalen Schnitts;
Figur 4 ist eine Ansicht eines längs der Schnittlinie IV-IV in Figur 2 genommenen vertikalen Schnitts;
Figur 5 ist eine schematische Darstellung, welche den fundamentalen Aufbau der vorliegenden Erfindung zeigt;
Figur 6 ist ein Graph (a) in Form des Ausgangssignals des bei der vorliegenden Erfindung benutzten Halleffekt- Sensoraufbaus und (b) in Form der Verschiebung des Permanentmagneten aus der neutralen oder Ruhestellung, die eingenommen wird, wenn er keiner Beschleunigung unterworfen wird, wobei der Effekt der gegenseitigen Aufhebung, der die vorliegende Erfindung charakterisiert, gezeigt ist; und
Figur 7 ist ein Schaltbild, die einen Schaltungsaufbau zeigt, der bei dem offenbarten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung benutzt ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Die Figuren 1 bis 7 zeigen ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei diesem Aufbau ist das innere eines länglichen, nichtmagnetischen Gehäuses 1 mit rechtwinkligem Querschnitt durch eine Trennwand 4 in einen ersten und zweiten Abschnitt, 2, 3 unterteilt. In dem ersten der zwei Abschnitte ist ein Permanentmagnet 5 angeordnet und auf einem flexiblen, nichtmagnetischen Halteteil 6 gehalten, welches in diesem Fall aus einer Phosphorbronze oder einem ähnlichen Material gefertigt ist. Das Teil 6 dieses Ausführungsbeispiels nimmt die Form einer im wesentlichen rechtwinkligen dünnen Platte ein, in welcher ein großer ovaler Ausschnitt 6a ausgebildet ist (siehe Figur 4). Die Platte ist so ausgebildet, daß sie in einer Richtung (nämlich in der ersten und zweiten Richtung x und y, die entgegengesetzt sind - so wie es in der Figur 5 schematisch gezeigt ist) flexibel ist. Die Pole (NS) des Magneten 5 sind in der Richtung ausgerichtet, in welcher das Teil 6 flexibel ist. An jeder Endfläche des Magneten 5 sind Gewichte 7 und 8 in der in Figur 2 gezeigten Weise angebracht. Die Gewichte sind aus einem nichtmagnetischen Material gebildet und so ausgewählt, daß die kombinierte Masse der Gewichte und des Magneten einen im Hinblick auf die beabsichtigte Anwendung der Einrichtung vorbestimmte Wert hat.
Zur Förderung einer leichten Herstellung und eines leichten Zusammenbaus der Einrichtung ist das untere Ende (nämlich das von dem Magneten 5 ferne Ende) des flexiblen Teils 6 in einer nichtmagnetischen Halterung 9 eingebettet, die durch eine in der unteren Endfläche des Gehäuses 1 ausgebildeten Öffnung dichtend eingesetzt werden kann und in den ersten Abschnitt 2 des Gehäuses 1 ragt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Halterung 9 aus zwei fingerartigen Ansätzen 10, 11 mit rechtwinkligem Querschnitt gebildet, welche die Vorder- und Hinterfläche des Halteteils 6 flankieren. Der erste Abschnitt 2 enthält ein Dämpfungsöl 12. Dieses Fluid weist eine geeignete Viskosität und andere physikalische Eigenschaften auf, die zur Dämpfung einer übermäßig schnellen Bewegung des durch den Magneten 6, die Gewichte 7, 8 und das flexible Halteteil 6 definierten pendelartigen Aufbaus geeignet ist und infolgedessen einen stabilen Betrieb der Einrichtung sicherstellen.
Ein erster und zweiter berührungsloser Sensor 13, 14, welche bei diesen Ausführungsbeispiel die Form von Halleffekt-IC-Einheiten eines linearen Typs einnehmen, sind auf der Trennwand 4 in dem zweiten Abschnitt 3 in einer in den Figuren 2 und 4 gezeigten Weise angeordnet. Jede dieser Einheiten weist jeweils ein Halleffektelement 16, 17 auf, die in der Nachbarschaft zum Magneten im wesentlichen Seite an Seite angeordnet sind. Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Elemente 16 und 17 derart angeordnet, daß, wenn sich der Magnet beispielsweise in der x- Richtung bewegt, das Ausgangssignal eines Elements zunimmt, während das andere abnimmt und umgekehrt.
Eine Differenzverstärkerschaltung 15 ist an der Innenwand des Gehäuses 1 derart angebracht, daß es im räumlichen Abstand von der Trennwand 4 angeordnet ist. Diese Schaltung stellt eine operative Verbindung zwischen den berührungslosen Sensoren und einer nicht dargestellten Steuerschaltung bereit, beispielsweise jener, die zum Steuern eines Antiblockier-Steuersystems, einer Aufhängung oder dergleichen benutzt ist.
Die Figur 6 zeigt in graphischer Form die Ausgangscharakteristiken der zwei berührungslosen Sensoren 13, 14 und die Wirkung der Temperatur an diesen. Bei der vorliegenden Erfindung sind die Sensoren 13, 14 so angeordnet, daß die Ausgangssignale der zwei Sensoren gleich sind, wenn der Magnet 5 eine neutrale Stellung einnimmt. In Figur 6 ist diese Situation durch den Schnittpunkt der Kurve a1 (Sensor 13) und der Kurve a2 (Sensor 14) bei einer mit "0" bezeichneten magnetischen Flußdichte gegeben. Wenn jedoch der Magnet 5 unter dem Einfluß von Beschleunigungskräften bewegt wird, nimmt das Ausgangssignal eines Sensors zu, während das Ausgangssignal des anderen abnimmt. Bei einer Verschiebung des Magneten 5 um mehr als einen vorbestimmten Wert tendiert das Ausgangssignal der Sensoren dazu, konstant zu werden. Demgemäß ist die vorliegende Einrichtung so aufgebaut, daß die mögliche maximale Verschiebung des Magneten in einer Art und Weise begrenzt ist, die, wie es in der Figur 5 gezeigt ist, derart ist, daß sich das durch den Magneten 5 erzeugte effektive magnetische Feld (phi) nicht bis zu dem Punkt bewegt, bei dem das Ausgangssignal jedes Sensors konstant wird. Dies stellt eine genaue Messung auch dann sicher, wenn das flexible Teil 6 einer maximalen Ablenkung unterworfen ist.
Wie bei der vorliegenden Erfindung zu erwarten, ist, wenn der Magnet 5 verschoben wird, die Differenz zwischen den zwei Ausgangssignalen für jede beliebige Anderung der magnetischen Feldintensität unbeachtet der Drift des durch Änderungen der Temperatur während der Größe der die Beschleunigung, welcher die Masse (Magnet und Gewichte) unterworfen ist, anzeigenden Differenz konstant. Beispielsweise sind bei Bedingungen relativ hoher Temperatur für eine Ablenkung, welche das magnetische Feld zum Punkt B1 ändert, die Ausgangssignale der Sensoren 13 und 14 gleich E1 bzw. E3, während bei Bedingungen relativ niedriger Temperatur die entsprechenden Ausgangssignale E2 und E4 sind. Es sei darauf hingewiesen, daß die Größe E1 - E3 und die Größe E2 - E4 gleich sind.
Figur 7 zeigt ein Beispiel eines Schaltungsaufbaus, der zum Detektieren der Differenz zwischen den Ausgangssignalen der zwei Halleffekteinheiten 13, 14 und Erzeugen eines die auf den Magneten 5 wirkende Beschleunigung anzeigenden Signals benutzt werden kann. Diese Schaltung weist zwei Differenzverstärker 18, 19 auf. Die erste dieser Einheiten ist operativ mit dem Halleffekt-IC 13 und einer Energiequelle 20 verbunden. Ein variabler Widerstand 21 ist zwischen der Stromquelle 20 angeordnet und mit dem invertierenden Eingang (-) des Differenzverstärkers 18 durch einen Aufnehmer 21a verbunden. Der nichtinvertierende Eingang (+) dieser Einrichtung ist durch einen ersten Herabsetzwiderstand R1 mit Erde verbunden. Der Ausgang des Differenzverstärkers 18 ist über einen Widerstand R2 mit seinem eigenen invertierenden Eingang (-) und mit dem nichtinvertierenden Eingang (+) des zweiten Verstärkers 19 verbunden. Der invertierende Eingang (-) des zweiten Verstärkers 19 ist mit dem zweiten Sensor 14 und durch einen Herabsetzwiderstand R3 mit Erde verbunden. Der Ausgang des zweiten Verstärkers 19 ist über einen Widerstand R4 mit seinem eigenen nichtinvertierenden Eingang (+) verbunden.
Eine Lampe 28 ist in einer oberen Ecke der Fläche 1b des Gehäuses 1 angeordnet. Diese Lampe 28 ist operativ derart mit der Differenzverstärkerschaltung 15 verbunden, daß sie erleuchtet wird, wenn ein Ausgleich zwischen den Ausgangssignalen der zwei berührungslosen Sensoren 13, 14 erreicht ist.
Dies erleichtert natürlich die Einstellung des variablen Widerstandes 21, da es möglich ist, die Situation, bei welcher ein Ausgleich zwischen den Ausgangssignalen der zwei berührungslosen Sensoren erreicht worden ist und am Anschluß 15a ein Nullausgangssignal erscheint, visuell zu detektieren.
Da der erste Abschnitt 2 des Gehäuses 1 Dämpfungsöl 12 enthält, ist es notwendig, dessen thermische Ausdehnung zu ermöglichen, indem darin ein Luftraum kontrollierten Volumens (eine Luftblase) vorgesehen wird. Zu diesem Zweck ist das Gehäuse 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels mit einem Inspektionsfenster 22 auf der Seite versehen, das in der Figur 1 mit 1b bezeichnet ist. Dieses Fenster ist durch eine transparente oder semitransparente Platte 23 geschlossen. An der Peripherie des Fensters 22 sind zwei Pegelmarken 24 und 25 ausgebildet. Durch Benutzung dieser Marken ist es möglich, durch visuelle Prüfung zu bestimmen, ob die geeignete Luftmenge vorhanden ist. Es sei ferner darauf hingewiesen, daß die Luftblase 26 und die Marke 24 als ein "Spiritpegel" oder Pegeleichmaß wirkt, welches zum Setzen des Beschleunigungsmessers an Ort und Stelle benutzt wird, wenn er zur Lateralrichtungs- und/oder Vorwärtsrichtungsabtastung zu benutzen ist, während die Marke 25 und die Luftblase benutzt werden, wenn die Einrichtung zur Abtastung der Vertikalbeschleunigung horizontal anzuordnen ist.
Alternativ ist es, wenn gewünscht, möglich, eine separate Pegeleichmaß-Anordnung vorzusehen, so wie sie durch die Bezugszeichen 29 bis 31 in Figur 1 angedeutet ist.
Es sei darauf hingewiesen, daß, obgleich die Offenbarung unter Bezugnahme auf Sensoren vom Halleffekt-Typ gemacht worden ist, andere Typen von Sensoren, beispielsweise vom magnetischen Widerstandseffekt-Typ benutzt werden können, ohne daß der Schutzumfang der vorliegenden, in den beigefügten Ansprüchen definierten Erfindung verlassen wird.

Claims

1. Beschleunigungsmesser, wobei ein erster berührungsloser Sensor (13) in einem Gehäuse (1) und ein zweiter berührungsloser Sensor (14) in der Nähe des ersten berührungslosen Sensors (13) angeordnet ist und der Beschleunigungsmesser einen so in dem Gehäuse (1) bewegbar gehaltenen Magneten (5) aufweist, daß dieser in einer ersten (x) und entgegengesetzten zweiten Richtung (y) aus einer neutralen Stellung bewegbar ist, wobei das Ausgangssignal des ersten Sensors (13) zu- und das des zweiten Sensors (14) abnimmt, wenn sich der Magnet (5) in der ersten Richtung (x) bewegt, und das Ausgangssignal des zweiten Sensors (14) zu- und das des ersten Sensors (13) abnimmt, wenn sich der Magnet (5) in der zweiten Richtung (y) bewegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu- und Abnahme des Ausgangssignals des ersten und zweiten Sensors (13, 14) im wesentlichen proportional zur Verschiebung des Magneten (5) aus der neutralen Position ist, und das Gehäuse einen das Innere des Gehäuses in einen ersten und zweiten Abschnitt (2, 3) hermetisch unterteilenden Wandabschnitt (4) aufweist, wobei der Magnet (5) und ein flexibles Teil (6), auf welchem der Magnet (5) gehalten ist, im ersten Abschnitt (2) und der erste und zweite Sensor (13, 14) im zweiten Abschnitt (3) angeordnet sind.

2. Beschleunigungsmesser nach Anspruch 1, mit einer auf die Ausgangssignale des ersten und zweiten Sensors (13, 14) derart ansprechenden Schaltung (15), daß die Differenz zwischen den Ausgangssignalen bestimmt und als ein Maß der auf den Magneten (5) wirkenden Beschleunigungskraft benutzt ist.

3. Beschleunigungsmesser nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kammer des ersten Abschnitts (2) ein Dämpfungsfluid enthält, welches auf die Bewegung des Magneten (5) eine dämpfende Wirkung ausübt.

14. Beschleunigungsmesser nach Anspruch 1, wobei das flexible Teil (6) auf einem von dem Gehäuse (1) getrennten Teil (9) befestigt ist, wobei das getrennte Teil (9) dichtend in einer in dem Gehäuse (1) ausgebildeten Öffnung angeordnet ist.

5. Beschleunigungsmesser nach Anspruch 2, mit einer in dem Gehäuse (1) angeordneten Beleuchtungseinrichtung (28), wobei die Beleuchtungseinrichtung (28) operativ mit der Schaltung (15) derart verbunden ist, daß sie erleuchtet wird, wenn die Signale aus dem ersten und zweiten berührungslosen Sensor (13, 14) so abgeglichen sind, daß die Differenz zwischen ihnen null ist.

6. Beschleunigungsmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste und zweite Sensor (13, 14) parallel geschaltet sind.

7. Beschleunigungsmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensoren (13, 14) ein Paar Halleffekt- Wandler (16, 17) aufweisen.

8. Beschleunigungsmesser nach Anspruch 7, mit einer Dämpfungseinrichtung (21) zum Dämpfen des Ausgangssignals eines (13) der Halleffekt-Wandler derart, daß die Ausgangssignale des Paares Halleffekt-Wandler (16, 17) zueinander gleich sind.

9. Beschleunigungsmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Magnet (5) in dem ersten Abschnitt (2) angeordnet und ein den Magneten umgebendes Dämpungsfluid (12) vorgesehen ist, und wobei in dem flüssigen Dämpfungsfluid (12) eine Blase (26) zum Ermöglichen einer temperaturabhängigen fluktuation des Volumens des flüssigen Dämpfungsfluids vorgesehen ist.

10. Beschleunigungsmesser nach Anspruch 9, wobei an einem Teil des ersten Abschnitts (21) ein nichtleitendes Teil (22, 24, 26) ausgebildet ist, durch welches die Position und Größe der Blase zum Bestimmen der Orientierung des ersten Abschnitts und des Pegels des Dämpfungsfluids erkennbar ist.

11. Beschleunigungsmesser nach Anspruch 9, wobei das flexible Teil (6) auf einem von dem ersten Abschnitt (2) getrennten Dichtungsteil (9) vorgesehen ist, welches in einer Öffnung der Kammer zur Bildung einer Flüssigkeitsdichtung aufgenommen ist.