DE3804220A1

DE3804220A1 - Beschleunigungsaufnehmer

Info

Publication number: DE3804220A1
Application number: DE3804220A
Authority: DE
Inventors: Gunter Reinhardt; Kasimir Dipl Ing Stromski
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1988-02-11
Filing date: 1988-02-11
Publication date: 1989-08-24
Also published as: DE3804220C2; JPH0228564A; US4901571A

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Beschleunigungsaufnehmer nach der Gattung des Anspruchs 1. Bei derartigen, bekannten zweidimensional wirkenden Beschleunigungsaufnehmern wird ein Feder-Masse-System ver wendet. Aufgrund der Auslenkung der Masse unter dem Einfluß der Be schleunigungskraft gegen die Kraft der Feder kann die momentane Be schleunigung in zwei Richtungen bestimmt werden. Dabei wird meist mit Hilfe eines Dauermagneten ein Hall-Sensor ausgelöst, bei dem aber eine präzise mechanische Justierung der Nullstellung gewähr leistet sein muß. Ferner ist bei nur in einer Richtung wirkenden Be schleunigungsaufnehmern eine Fixierung der Masse mit Hilfe eines Ma gneten bekannt.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Beschleunigungsaufnehmer mit den kennzeichnen den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß er einfach und preisgünstig baut. Auf einfache Weise wird mit Hilfe des Magneten die mechanische Nullstellung des zweidimensional wirkenden Aufnehmers, d.h. die Ausgangsposition der seismischen Masse (z.B. eine Kugel) justiert. Die Anzugskraft auf die Kugel in der Ausgangs position ist richtungsunabhängig. Da die Kugel frei in der Ebene beweglich ist, kann der Beschleunigungsaufnehmer die Beschleunigung in allen Richtungen der Ebene aufnehmen. Weiter ist die Reibung der Kugel auf der Platte gegenüber der Reibung in einem Rohr wesentlich geringer. Gegen vertikale Stöße, wie sie z.B. bei Fahrten durch Schlaglöcher oder sonstigen Unebenheiten der Fahrbahn auftreten kön nen, ist der Aufnehmer nahezu unempfindlich. Wird zur Justierung und Fixierung der Kugel ein Elektromagnet verwendet, so ist die An zugskraft beliebig einstellbar und leicht zu überwachen. Da die Sensoren in einer Wheatstone′schen oder einer Differential-Schaltung verschaltet sind, so ist der Aufnehmer gegenüber alterungs-, temperatur- und betriebsspannungsbedingten Störungen nahezu unabhängig.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor teilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Beschleuni gungsaufnehmers möglich.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen die

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Beschleunigungs aufnehmer in Grundstellung,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Beschleunigungsaufnehmer in Auslösestellung und

Fig. 3 eine Drauf sicht mit einer Schaltungsanordnung der Sensoren.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist mit 10 das topfförmige Gehäuse eines Beschleunigungs aufnehmers 11 bezeichnet, das mit einer Platte 12 abgeschlossen ist. Das Gehäuse 10 und die Platte 12 bestehen aus einem dia- oder para magnetischen Material. Zentrisch in der Mitte des Bodens 13 des Ge häuses 10 befindet sich eine als seismische Masse dienende ferroma gnetische Kugel 14, die von einem unter dem Boden 13 angeordneten Permanentmagneten 15 in der Grundstellung fixiert wird. Das Magnet feld 16 des Permanentmagneten 15 polarisiert die Kugel 14 und hält somit diese in der Grundstellung fest. Der Durchmesser der Kugel 14 ist geringfügig kleiner als die Höhe des Gehäuses 10. An der Außen wand des Gehäuses 10 befinden sich vier im Abstand von 90° zueinan der angeordnete induktionsempfindliche Sensoren 17, 18, 19, 20. Je weils zwei diametral gegenüberliegende Sensoren 17, 18 bzw. 19, 20 sind in einer Differentialschaltung verschaltet, d.h. ihre Signale werden je einem Subtrahierer 23 bzw. 24 zugeführt. Die Sensoren 17 bis 20 können aber auch in einer sogenannten Wheatstone′schen Schal tung verschaltet sein.

Wirkt auf die Kugel 14 eine Beschleunigung a in Richtung des Pfeils 24 ein, d.h. ist in der Ebene des Bodens 13 oder parallel dazu eine Kraft wirksam, so wird die Kugel 14 aufgrund der Trägheitskraft in die entgegengesetzte Richtung zur Wand des Gehäuses 10 hin bewegt. Dabei wird das Magnetfeld 16, wie aus Fig. 2 ersichtlich, in Rich tung der Bewegung der Kugel 14 verformt. Dies bewirkt eine Änderung der Verteilung des Magnetfelds 16 in der Ebene, die von den Sensoren 17, 18, 19, 20 aufgenommen wird. Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß jede beliebige Beschleunigungsrichtung detektiert werden kann, weil sie sich in die jeweiligen Koordinaten a _x und a _y aufspaltet. Da bei ist die x-Achse die Verbindungslinie der Sensoren 19, 20 und die y-Achse die Verbindungslinie der Sensoren 17, 18. Die Koordinaten a _x und a _y können über Spannung oder Frequenz der an den Sensoren abgegriffenen Signale definiert werden. Da die Sensoren 17, 18 bzw. 19, 20 jeweils in eine Differentialschaltung verschaltet sind, kann auch zugleich die Richtung der momentanen Beschleunigung a bestimmt werden. Wird dabei, wie aus Fig. 2 ersichtlich, die Kugel 14 zum Sensor 20 hin bewegt, so wird das Signal S ₂ im Sensor 20 vergrö ßert, während das Signal S ₁ im Sensor 19 gleichzeitig um denselben Betrag verkleinert wird. Werden die Signale S ₁ und S ₂ der beiden Sensoren 19, 20 im Subtrahierer 24 subtrahiert, so erhält man die Komponente a _x der Beschleunigung in Richtung der x-Achse und über dessen Verhältnis zur a _y-Komponente auch Rückschlüsse auf die Richtung der Beschleunigung. Durch diese Differentialschaltung der Sensoren lassen sich auch alters-, temperatur- und betriebsspan nungsbedingte Störungen eliminieren. Mit Hilfe des Beschleunigungs aufnehmers ist sowohl eine analoge als auch eine digitale Signalauf nahme bei höherer Integrationsstufe des Aufbaus möglich. Dadurch kann die Mikrocomputertechnik verwendet werden. Ist das Gehäuse aus Keramik oder aus einem monolithischen Kristall hergestellt, so kön nen sowohl die mechanischen als auch die elektronischen Komponenten in einen integrierten Baustein eingebaut werden.

Wird statt des Permanentmagneten 15 ein Elektromagnet verwendet, so ist das Magnetfeld 16 leicht der gewünschten Signalaufnahme anpaß bar. Mit Hilfe des Elektromagneten kann die Stärke des Magnetfeldes 16 jederzeit veränderbar eingestellt werden, so daß der vorgegebene Meßbereich des Beschleunigungsaufnehmers leicht einstellbar ist. Auch kann der Meßbereich des Aufnehmers durch eine Veränderung der Masse oder des Materials, d.h. der Permeabilitätszahl der Kugel, verändert werden.

Als Sensoren 17 bis 20 können alle aus dem Stand der Technik be kannten induktiv arbeitenden Sensoren verwendet werden. Besonders vorteilhaft eignen sich hierzu aber Hall-Sensoren.

Bekanntlich weist die Kugel 14 bedingt durch die Rüttelbewegungen während des Fahrens oder durch das Ausschwingen nach der Auslenkung sogenannte Eigenschwingungen auf, die die Messung stören könnten. Um das zu dämpfen, ist das Gehäuse 10 mit einer Flüssigkeit 25 mit ho her Viskosität gefüllt, die die Eigenschwingungen der Kugel 14 dämpft. Auch können die Eigenschwingungen der Kugel 14 durch Wirbel ströme gedämpft werden. Hierzu ist im Boden 13 des Gehäuses 10 im Bereich der Grundstellung der Kugel 14 eine Spule angeordnet, die von einem hochfrequenten Wechselstrom durchflossen wird.

Der hier beschriebene Beschleunigungsaufnehmer läßt sich insbeson dere bei Antiblockiersystemen oder Antischlupfsystemen verwenden. Bei diesen beiden Systemen ist eine Erfassung der momentanen Be schleunigung in zwei Richtungen und eine Unempfindlichkeit gegen die vertikalen Stöße notwendig.

Claims

1. Beschleunigungsaufnehmer (11), insbesondere für Antiblockier systeme oder Antischlupfregelungen in Kraftfahrzeugen, mit einem Ge häuse (10), in dem ein ferromagnetischer Körper (14) beweglich ange ordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (14) von einem Magnetfeld (16) in seiner Ruhelage gehalten wird und als Folge sei nes Trägheitswiderstandes gegen die Richtung der waagrecht an den Aufnehmer angreifenden Beschleunigung (a) in einer Ebene frei beweg lich ist und daß dadurch der Körper (14) das Magnetfeld (16) so verlagert, daß induktionsempfindliche Sensoren (17 bis 20) zur Be stimmung des momentanen Werts und der Richtung der Beschleunigung (a) die Magnetfeldänderung erfassen.

2. Aufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper eine Kugel (14) ist.

3. Aufnehmer nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Permeabilitätszahl des Körpers (14) zur Bestimmung des Meßbe reichs des Beschleunigungsaufnehmers (11) benutzt wird.

4. Aufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich net, daß das Magnetfeld (16) von einem Permanentmagneten (15) er zeugt wird.

5. Aufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich net, daß das Magnetfeld (16) von einem Elektromagneten erzeugt wird.

6. Aufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich net, daß die Sensoren (17 bis 20) in einer Wheatstone′schen Brücken schaltung verschaltet sind.

7. Aufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich net, daß jeweils zwei diametral gegenüberliegende Sensoren (17, 18 bzw. 19, 20) in einer Differentialschaltung verschaltet sind und die Meßwerte zweier Sensoren je einem Subtrahierer (23, 24) zugeführt werden.

8. Aufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeich net, daß der Körper (14) aus Ferrit-Werkstoff besteht.

9. Aufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeich net, daß das Gehäuse (10) mit einer Flüssigkeit mit hoher Viskosität ausgefüllt ist und dadurch die Eigenschwingungen des Körpers (14) gedämpft werden.

10. Aufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeich net, daß die Eigenschwingungen des Körpers (14) durch Wirbelströme gedämpft werden.

11. Aufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn zeichnet, daß alle mechanischen und elektronischen Komponenten sich in einem integrierten Baustein befinden.