DE3809886C2 - Sensor für Kraftfahrzeuge - Google Patents
Sensor für KraftfahrzeugeInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Sensor für Kraftfahrzeuge
mit elektronischer Regelung oder Beeinflussung des
Fahrzeugverhaltens, insbesondere Fahr- und Bremsverhaltens
und/oder der Schwingungsdämpfung, in Abhängigkeit von der
Radgeschwindigkeit und von der Vertikalbeschleunigung des Rades
oder der Radaufhängung und/oder der Fahrzeugaufbaube
schleunigung.
Ein Verfahren zur Überwachung eines Kraftfahrzeug-
Regelungssystem mit einem derartigen Sensor ist in der älteren,
nicht vorveröffentlichten DE 36 44 139 C2 beschrieben. Es werden
das Verhalten der Räder und die Fahrzeuglängsbeschleunigung
gemessen. Außerdem wird die Vertikalbeschleunigung der
Fahrzeugkarosserie als Eingangsgröße einer automatischen Feder-
Dämpfer-Regelung ermittelt und ebenfalls zur Überwachung von
Funktionen des Kfz-Regelungssystems ausgewertet.
Elektronische Regler für unterschiedliche fahrzeugdynamische
Größen haben bereits Einzug in die Kraftfahrzeugtechnik
genommen. Durch elektronische Regelung des negativen Radschlupfs
wird das Blockieren der Fahrzeugräder infolge eines zu hohen
Bremsdruckes verhindert und dadurch das Verhalten beim
Bremsvorgang entscheidend verbessert. Mit Hilfe solcher
Antiblockiersysteme wird auch auf sehr glatter Fahrbahn oder in
Gefahrensituationen, die zu Panikbremsungen verleiten, die
Fahrstabilität und Lenkfähigkeit des Fahrzeuges
aufrechterhalten.
Durch Begrenzung des positiven Radschlupfes mit Hilfe
elektronischer Antriebsschlupfregelungssysteme wird das Anfahren
des Fahrzeugs auf glatter Fahrbahn erleichtert und die
Fahrstabilität bei Beschleunigungsvorgängen verbessert.
Schwingungsdämpfer mit verstellbarer Charakteristik sind
ebenfalls bekannt. Es wurde auch bereits vorgeschlagen, die
Dämpferhärte mit Hilfe von elektrisch steuerbaren Ventilen, die
in den Verbindungsleitungen zwischen den Arbeitskammern
hydraulischer, regelbarer Schwingungsdämpfer eingefügt sind,
selbsttätig in Abhängigkeit von Bewegungsgrößen, nämlich
Fahrzeuggeschwindigkeit, Vertikalbeschleunigung bzw.
Fahrzeugaufbaubeschleunigung, zu variieren. Eine Verbesserung
des Bremsverhaltes durch Steuerung oder Regelung der
Dämpferhärte wäre denkbar. Eine Unterstützung eines mit einem
Antiblockiersystem geregelten Bremsvorganges durch Veränderung
der Dämpferhärte müßte ebenfalls zu einer effektiveren
Abbremsung und Erhöhung des Bremskomforts führen.
Eine derartige Weiterentwicklung elektronischer Regelungssysteme
und deren Anwendung auf breiter Front setzt jedoch voraus, daß
leistungsfähige und preiswerte Sensoren zur Messung der
Regelgrößen bzw. Umwandlung der Bewegungsgrößen in ein
elektrisches Signal, das in der Logik des Reglers
weiterverarbeitet werden kann, zur Verfügung stehen. Bei
Systemen der beschriebenen Art interessieren insbesondere die
Radgeschwindigkeit und die Fahrzeugaufbau- oder
Vertikalbeschleunigung im Bereich des Schwingungsdämpfers.
Zur Messung der Radgeschwindigkeit und des Raddrehverhaltens
sind magnetische und magnetoresistive Meßwertaufnehmer bekannt,
in denen eine mit dem Rad rotierende Zahnscheibe ein
Wechselsignal induziert bzw. durch Widerstandsänderung
hervorruft. Die Vertikalbeschleunigung läßt sich mit Hilfe einer
trägen Masse bestimmen, deren Relativverschiebung zu einem mit
dem Fahrzeugaufbau gekoppelten Bauteil oder Meßelement ermittelt
wird. Es sind also an jedem Rad mehrere Sensoren erforderlich.
Dadurch werden die Herstellungskosten sowie der Montage- und
Justierungsaufwand, einschließlich der Verlegung der
Anschlußkabel usw., recht hoch. Nachteilig ist auch der für
mehrere Sensoren benötigte Raum, zumal in der Praxis nur wenige
Stellen an der Radaufhängung für die Sensoranbringung in Frage
kommen oder günstig sind.
Aus der DE 26 06 012 A1 ist eine Sensor-Anordnung für ein ABS
bekannt, bei der ein Impulsgeber, der zu Drehzahlmessung dient,
mit einer Bremsbelag-Verschleiß-Anzeigeeinrichtung elektrisch
verbunden ist; es werden die verschiedenen Signale dieser beiden
Meßeinrichtungen über eine gemeinsame Signalleitung übertragen.
Der Erfindung liegt nun die allgemeine Aufgabe zugrunde, die
beschriebenen Nachteile bekannter Meß- und Sensoreinrichtungen
zu überwinden und den erforderlichen Herstellungsaufwand
erheblich zu reduzieren. Die Zuverlässigkeit der Sensoren sollte
erhöht werden oder zumindest erhalten bleiben.
Es hat sich nun gezeigt, daß diese Aufgabe durch Weiterbildung
eines Sensors der eingangs genannten Art gelöst werden kann, die
darin besteht, daß der Sensor durch Kombination und bauliche
Vereinigung zweier oder mehrerer Wandlersysteme, zumindest mit
einem induktiven oder magnetoresistiven Meßwertaufnehmer, der an
dem Fahrzeugaufbau nahe der Peripherie einer mit dem Rad
rotierenden Zahnscheibe angeordnet ist und ein der Drehbewegung
des Rades proportionales elektrisches Signal liefert sowie mit
einem Vertikalbeschleunigungssensor, zu einem Doppel- oder
Mehrfachfunktionssensor ausgestaltet ist.
Durch die Kombination und bauliche Vereinigung der Wand
lersysteme wird zum einen eine erhebliche Verringerung des
Herstellungs- und Montageaufwandes erreicht und zum anderen eine
Anbringung der vereinigten Wandlersysteme genau an der Stelle
der Radaufhängung, die für die Messung optimal ist, ermöglicht.
Der Platzbedarf für die Sensorik wird gering.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsart der Erfindung sind die
Wandlersysteme in einem gemeinsamen Sensorgehäuse angeordnet und
über eine gemeinsame Signalleitung, d. h. eine mehradrige Leitung
oder eine Koaxialleitung, anschließbar. Die Verbindung zum
Regler läßt sich zweckmäßigerweise über einen gemeinsamen
Stecker herstellen.
Zusätzlich können in dem Sensorgehäuse elektronische
Schaltkreise zur Aufbereitung, Verstärkung und/oder Verarbeitung
der Signale eines einzigen oder mehrerer der Wandlersysteme
angeordnet sein.
Erfindungsgemäß ist es auch vorgesehen, Bauteile der Wand
lersysteme derart auszubilden und anzuordnen, daß sie eine Dop
pel- oder Mehrfachfunktion in dem Signalwandlungs- und/oder
Signalverarbeitungsprozeß erfüllen.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsart der Erfindung
besitzt der Vertikalbeschleunigungssensor des erfindungsgemäßen
Sensors eine träge Masse, deren Lageänderung relativ zu einem
mit dem Sensorgehäuse gekoppelten Bauteil oder Meßelement mit
Hilfe einer piezoelektrischen, induktiven, resistiven oder
magnetoresistiven Meßeinrichtung, mit Hilfe eines verstellbaren
Schwingkreises oder durch Modulation einer
Hochfrequenz-Schwingung ermittelbar ist.
Eine weitere Ausführungsart der Erfindung besteht darin, daß der
induktive Meßwertaufnehmer aus einer (im montierten Zustand)
aufrecht- oder nahezu aufrechtstehenden Spule mit einem Kern
besteht, der gleichzeitig als Widerlager für eine Platte aus
piezoelektrischem Material dient, auf der die träge Masse des
Vertikalbeschleunigungssensors aufliegt und elastisch andrückbar
ist, beispielsweise durch Einbetten der trägen Masse in einen
Gummiblock im Inneren des Sensorgehäuses.
Bei einem besonders einfachen Ausführungsbeispiel besteht der
Sensor im wesentlichen aus einer Spule, die auf der der
Zahnscheibe zugewandten Seite einen Permanentmagnet-Kern und
eine Drehzahl-Meßwicklung sowie oberhalb des Kernes eine in
vertikaler Richtung elastisch eingebettete träge Masse mit einer
Beschleunigungs-Meßwicklung besitzt.
Zur Verwirklichung eines resistiven Meßsystems ist die träge
Masse des Beschleunigungssensors in einer Halterung oder in
Formschalen aus leitfähigem Gummi eingebettet, dessen innerer
Widerstand von der Druck- und/oder Krafteinwirkung durch die
träge Masse abhängig und zur Ermittlung der
Vertikalbeschleunigung auswertbar ist.
Ferner besteht ein Sensor nach der Erfindung noch darin, daß der
Beschleunigungssensor eine aufrecht- oder schrägstehende Spule
aufweist, deren Kern sich aus einem oder mehreren im
Sensorgehäuse ortsfest angeordneten Permanentmagneten und
mindestens einem Permanentmagneten, der durch Magnetkraft über
dem ortsfesten oder zwischen zwei ortsfesten Permanentmagneten
in der Schwebe gehalten wird und als träge Masse zur Bestimmung
der Vertikalbeschleunigung dient, zusammensetzt, und die
mindestens eine Meßwicklung trägt.
Schließlich ist es erfindungsgemäß noch vorgesehen, den Sensor
als Doppelfunktionssensor auszubilden, der im wesentlichen aus
einer aufrecht- oder schrägstehenden Spule besteht, deren Kern
sich aus mehreren auf einer Achse angeordneten Permanentmagneten
zusammensetzt, von denen mindestens einer durch Magnetkraft
zwischen ortsfesten Permanentmagneten oder auf einem ortsfesten
Permanentmagneten in der Schwebe gehalten wird, wobei die Spule
sowohl Wicklungen zur Ermittlung der Radgeschwindigkeit als auch
zur Bestimmung der Vertikalbeschleunigung besitzt.
Anstelle der Meßwicklungen können auch Körper aus magneto
resistivem Material verwendet werden.
Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der
Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung von Ausfüh
rungsbeispielen anhand der beigefügten Abbildungen hervor.
Es zeigen in schematisch vereinfachter Darstellung, im Schnitt
Fig. 1 einen Sensor mit piezoelektrischer Beschleuni
gungs-Meßeinrichtung,
Fig. 2 einen Sensor mit resistiver Beschleunigungs-Meß
einrichtung,
Fig. 3 einen im wesentlichen aus einer Spule bestehenden
Sensor,
Fig. 4 einen Sensor mit durch Magnetkraft in der Schwebe
gehaltenen Permanentmagneten,
Fig. 5 einen Sensor mit senkrecht zueinander angeordne
ten Geschwindigkeits- und Beschleunigungs-Meß
spulen,
Fig. 6 einen Sensor mit magnetoresistivem Meßwertauf
nehmer,
Fig. 7 als weiteres Ausführungsbeispiel einen Sensor
mit magnetoresistivem Meßwertaufnehmer und mit
einer elastisch eingebetteten Masse, deren Bewe
gung auf einen Permanentmagneten übertragbar
ist, und
Fig. 8 einen ähnlichen Sensoraufbau wie Fig. 4, jedoch
mit magnetoresistiven Meßeinrichtungen.
In der Ausführungsart nach Fig. 1 setzt sich ein Doppel
funktionssensor nach der Erfindung aus einem induktiven
Meßwertaufnehmer 1 zur Drehzahlmessung und aus einem Sen
sorsystem 2 zur Messung einer Vertikalbeschleunigung zu
sammen. Beide Wandlersysteme sind kombiniert und in einem
Sensorgehäuse 3 baulich vereinigt.
Der induktive Meßwertaufnehmer 1 des Doppelfunktionssen
sors 1 besteht aus einer Spule mit einem Spulenkern 4,
die, wenn der Sensor 1 montiert ist, aufrecht steht oder
gering geneigt ist, und aus einer Meßwicklung 5. Der Sen
sor nach Fig. 1 wird unmittelbar an der Peripherie einer
Zahnscheibe 6 montiert, die mit dem Rad, dessen Drehver
halten bestimmt werden soll, fest verbunden ist und daher
mit diesem Rad rotiert. Als Kern 4 dient ein Dauermagnet.
Sobald die aus magnetischleitendem Material bestehende
Zahnscheibe 6 rotiert, wird in der Meßwicklung 5 eine
Wechselspannung induziert, deren Frequenz und Frequenzän
derungen das Drehverhalten des mit der Zahnscheibe 6 ver
bundenen Rades, z. B. eines Kraftfahrzeugrades, wiedergibt.
Der Kern 4 der Spule dient gleichzeitig als Widerlager für
eine träge Masse 7 des Beschleunigungssensorsystems. Diese
träge Masse 7 wird durch die Elastizität des Gummiblockes
8 im Inneren des Sensorgehäuses 3 auf eine Platte 9 aus
piezoelektrischem Material gedrückt, die sich über eine
doppelseitig beschichtete Platine 10 auf dem Kern 4 ab
stützt. Als träge Masse 7 dient hier ein Messingklotz, der
zusammen mit der Piezo-Platte 9 und der Platine 10 mit ei
ner sehr dünnen Messingfolie 11 umhüllt ist. Diese Folie
11 umläuft den Messingklotz 7 und die untere leitende
Schicht der Platine 10, hat jedoch keinen Kontakt zu den
seitlichen Kanten der Piezo-Platte 9 und der leitenden
Oberseite dieser Platine. Dies wurde durch eine Schutzgum
mierung erreicht. Durch diesen Aufbau entsteht gewisser
maßen ein Koaxialsystem, das infolge der Schirmwirkung der
Folie 11 weitgehend gegen elektrische Störeinflüsse ge
schützt ist. Das Meßsignal wird zwischen der Oberseite der
Platine 10 und der Folie 11 ausgeleitet. Die träge Masse 7
wird also über die Piezo-Platte 9 auf dem Magnetkern 4 ab
gestützt.
Der Sensor 1 wird vertikal, d. h. in der in Fig. 1 darge
stellten Lage, z. B. an der Radaufhängung bzw. in der Nähe
des Rades an den Aufbau eines Kraftfahrzeuges montiert.
Hierzu wird das Sensorgehäuse 3 starr mit dem Bauteil ver
bunden, dessen Vertikalbeschleunigung gemessen werden
soll. Durch die Erschütterungen oder Vertikalbeschleuni
gung des Fahrzeugaufbaues wird die träge Masse 7 relativ
zu dem Gehäuse 3 und dem Fahrzeugaufbau vertikal verscho
ben und in Schwingungen versetzt, da die Masse 7 in dem
Gummiblock 8 elastisch eingebettet ist und federnd über
die Piezo-Platte 9 und die Platine 10 auf das durch den
Kern 4 gebildete Widerlager gedrückt wird. An der
Piezo-Platte 9 läßt sich daher ein elektrisches Signal ab
greifen, das der Vertikalbeschleunigung bzw. Vertikal
schwingung entspricht.
Der Übersichtlichkeit halber sind die elektrischen An
schlußleitungen für beide Wandlersysteme 1, 2 in Fig. 1
nicht dargestellt. Die Meßsignale können über ein gemein
sames Koaxialkabel oder über eine mehradrige, d. h. zwei-,
drei- oder vieradrige, Leitung aus dem Sensor herausge
führt und über einen gemeinsamen Stecker an die zugehörige
Elektronik angeschlossen werden.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 unterscheidet sich von
demjenigen nach Fig. 1 vor allem durch die Art und Weise,
in der die Vertikalbeschleunigung und Schwingung der trä
gen Masse in ein elektrisches Signal umgesetzt wird. Nach
Fig. 2 ist als träge Masse eine Glaskugel 12 vorgesehen,
die in Formschalen 13, 14 aus leitfähigem Gummi eingebettet
ist. Der innere Widerstand eines solchen Gummis ist abhän
gig von dem auf das Material ausgeübten Druck. Es wurden
daher für die Einbettung der Kugel 12 zwei Halbschalen,
nämlich - bezogen auf die Richtung der zu messenden Verti
kalbeschleunigung - eine obere und eine untere Halbschale
14 bzw. 13 verwendet, deren innere Widerstände sich bei
dem Auftreten einer Vertikalbeschleunigung gegenläufig än
dern, weil bei Druckbelastung der einen Schale die andere
entlastet wird und umgekehrt. Die Anordnung der Form- bzw.
Halbschalen 13, 14 ist abhängig von der Einbauweise oder
von dem Einbauwinkel des Doppelfunktionssensors. Der hier
dargestellte Sensor ist zur Montage am Fahrzeugaufbau in
einem Winkel von etwa 45° vorgesehen.
Die Formschalen sind wiederum auf dem Kern 15 des indukti
ven Meßwertaufnehmers des Sensors abgestützt.
In Fig. 2 ist außerdem in dem Sensorgehäuse 17 noch eine
elektronische Schaltung 16 untergebracht, die zur Aufbe
reitung, Verstärkung, und/oder Verarbeitung der Signale
des Beschleunigungssensorsystems oder beider Sensorsysteme
dient. Die nach außen führenden Signalleitungen sind auch
in Fig. 2 nicht eingezeichnet.
Das Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Fig. 3 besitzt
zur Messung der Vertikalbeschleunigung eine Meßwicklung
18, in der ein Signal induziert wird, sobald sich eine
zwischen Gummifedern 19, 20 vertikal verschiebbar gelagerte
träge Masse 21, z. B. Stahlmasse, relativ zu dem Sensorge
häuse 22 bewegt. Das Wandlersystem 1′ zur Bestimmung der
Radgeschwindigkeit gleicht dem Wandlersystem 1 nach Fig. 1.
Der Sensor nach Fig. 3 ist also besonders einfach aufge
baut. Er besteht im wesentlichen nur aus einer aufrecht
stehenden Spule oder einem Spulenkörper 23 mit einer Ge
schwindigkeits- und einer Beschleunigungsmeßwicklung 24
bzw. 18, einem Permanentmagnetkern 4′ und der ebenfalls im
Kern der Spule angeordneten Stahlmasse 21, die zwischen
dem ortsfesten, in der Spule 23 eingeklebten Permanentma
gneten 4′ und dem Sensorgehäuse 22 durch die Gummifedern
19, 20 eingespannt ist.
Bei einer Schwingung der trägen Masse 21 infolge einer
Aufbaubeschleunigung wird zwar in beiden Meßspulen 18, 24
ein Signal induziert. Dieses Signal läßt sich jedoch elek
tronisch von dem vorwiegend nur in der Drehzahlmeßwicklung
24 hervorgerufenen Drehzahlsignal trennen.
Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsart eines erfindungs
gemäßen Doppelfunktionssensors, der wiederum im wesentli
chen nur aus einer aufrechtstehenden Spule mit mehreren
Wicklungen 26, 27, 28 und mit einem mehrteiligen Kern
29, 30, 31 im Innenrohr des Spulenkörpers besteht. Der Kern
setzt sich aus drei auf einer Achse übereinander angeord
neten Permanentmagneten 29, 30, 31 zusammen, von denen die
beiden äußeren 29, 31 im Sensorgehäuse 32 bzw. im Spulen
rohr ortsfest angeordnet sind, z. B. durch Einkleben, wäh
rend der mittlere Permanentmagnet 30 zwischen den beiden
Magneten 29, 31 "schwebt". In dieser Position wird der
mittlere Permanentmagnet 30 durch Magnetkraft, nämlich
durch die Abstoßungskräfte gleichnamiger Magnetpole gehal
ten.
Die äußeren Wicklungen 26, 28 der Spule 25 sind in Serie
geschaltet, die Wicklung 27 ist separat. Die mechanischen
Schwingungseigenschaften des Beschleunigungssensorsystems
werden durch die Masse des mittleren Magneten 30, die ma
gnetischen Abstoßungskräfte der gleichnamigen Magnetpole
und die Reibung im Spulenkörper 25 eingestellt. Durch Ver
ringern des Abstandes zwischen den Magneten 29 und 31 wird
die Federwirkung erhöht. Die Masse des mittleren Magneten
30 bzw. die Schwerkraft beeinflußt ebenfalls das Beschleu
nigungsmeßsystem.
Die Anordnung der Spule und Permanentmagneten nach Fig. 4
hat mehrere Vorteile. Bei einer Vertikalschwingung des
Fahrzeugaufbaus und damit des Sensorgehäuses 32 gerät der
schwebend positionierte Dauermagnet 30 in Schwingung. Der
dadurch sich ändernde Fluß wird zwischen den Magneten
29/30 und 30/31 phasengegensinnig verstärkt oder ge
schwächt. Die in den Wicklungen 26 und 28 induzierten
Spannungen infolge der Aufbauschwingungen heben sich daher
wegen der Reihenschaltung diese beiden Wicklungen nahezu
auf, wogegen in der mittleren Wicklung 20 gerade in diesem
Fall ein Meßsignal induziert wird.
Eine Drehbewegung der Zahnscheibe 6 führt dagegen zu un
symmetrischen Spannungen in den Wicklungen 28 und 26. Die
Drehbewegung führt vorwiegend zu einem Signal in der nahe
der Peripherie der Scheibe 6 angeordneten Wicklung 28. Das
Geschwindigkeitsmeßsignal läßt sich daher sauber von dem
Beschleunigungsmeßsignal trennen.
Es ist auch möglich, die Wicklung 27 als Hochfrequenz-Spu
le eines Schwingkreises auszulegen. In diesem Fall rea
giert die Spule dann nicht auf die Veränderung des stati
schen Magnetfeldes, sondern auf die Änderung der Indukti
vität, die mit einer Verschiebung des magnetisch positio
nierten Permanentmagneten 30 einhergeht. Zweckmäßigerweise
wird in diesem Fall die Spule 27 relativ zu dem Permanent
magneten 30 derart angeordnet, daß der schwingende Körper
30 mehr oder weniger in die Spule eintaucht. Die Frequenz
änderung des Schwingungskreises ist in diesem Fall ein Maß
für die zu messende Vertikalbeschleunigung.
Die Ausführungsbeispiele nach den Fig. 5 und 6 unter
scheiden sich von den beschriebenen Sensoren vor allem
durch die um 90° gedrehte Anordnung der Drehzahl-Meßsyste
me 33, 39. In der neutralen Zone des Permanentmagneten 34
ist aufrechtstehend ein Vertikalbeschleunigungssensorsy
stem 35 angeordnet, das im wesentlichen aus einem ortsfe
sten Permanentmagneten 36, einem über diesem durch magne
tische Abstoßungsreaktion der gleichnamigen Magnetpole in
Schwebe gehaltenen Permanentmagneten 37 und aus einer Meß
wicklung 38 besteht. Der Sensor nach Fig. 5 muß aufrecht
oder höchstens schräg geneigt am Fahrzeugaufbau befestigt
werden, weil der Magnet 37 durch Magnetkraft und durch
Schwerkraft in seiner Position gehalten ist.
Zur Änderung der Schwingungscharakteristik könnte, ver
gleichbar mit dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4, ein
weiterer ortsfester Permanentmagnet oberhalb des Magneten
37 angeordnet werden.
Fig. 6 veranschaulicht einen Sensor der erfindungsgemäßen
Art, bei dem sowohl das Drehzahlsignal als auch das Verti
kalbeschleunigungssignal mit Hilfe eines magnetoresistiven
Sensors oder Körpers 40 bzw. 41 gewonnen wird.
Der Arbeitspunkt der magnetoresistiven Körper 40, 41 wird
durch die Permanentmagnete 42 bzw. 43, 44 festgelegt. Eine
Drehbewegung der Zahnscheibe 6 führt zur Änderung des Ma
gnetfeldes und damit des inneren Widerstandes des Körpers
41. Bei einer Vertikalbeschleunigung oder Schwingung des
Fahrzeugaufbaus wird die Lageveränderung des schwebend po
sitionierten Permanentmagneten 44 das Magnetfeld im Be
reich des Körpers 41 verändern, den Innenwiderstand dieses
Körpers modulieren und dadurch ein Meßsignal hervorrufen.
Die elektrischen Anschlußdrähte und Schaltungsanordnungen
zur Aufbereitung und Verarbeitung der von den Körpern 40
und 41 abgegriffenen Meßsignale sind der Übersichtlich
keit wegen in Fig. 6 nicht dargestellt.
In Fig. 7 ist eine Ausführungsart des erfindungsgemäßen
Doppelfunktionssensors dargestellt, bei dem ein magnetore
sistiver Meßwertaufnehmer 51 zur Drehzahlbestimmung vorge
sehen ist. Der magnetoresistive Körper 51 ist durch einen
Permanentmagneten 45 auf seinen Arbeitspunkt vorgespannt.
Eine Drehung der Zahnscheibe 6 relativ zu dem dargestell
ten Sensor führt zur Änderung des Magnetfeldes und damit
zur Änderung des Innenwiderstandes des magnetoresistiven
Körpers 51.
Der Permanentmagnet 45 befindet sich im Kernbereich einer
Spule 46 mit einer Wicklung 47. Der Magnet 45 und die
Wicklung 47 bilden in Verbindung mit der Wirkung einer
trägen Masse oder Stahlkugel 48, die in Gummiformteile 49
im Inneren des Sensorgehäuses 50 angeordnet ist, das Sen
sorsystem zur Messung der Vertikal- oder Aufbaubeschleuni
gung. Durch Wahl des Gummis, der Einspannkräfte usw. las
sen sich die Dämpfung- und Federwirkung auf die Masse und
damit die Charakteristik des Vertikalbeschleunigungssy
stems einstellen und den Erfordernissen des vorgesehenen
Anwendungsfalles anpassen.
Schließlich ist in Fig. 8 noch ein Sensor dargestellt, der
in seinem Ausbau weitgehend dem Sensor nach Fig. 4 ähnelt.
Anstelle der im Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 verwende
ten Meßwicklungen werden nach Fig. 8 magnetoresistive Kör
per 52 und 53 zur Messung der Magnetfeldänderungen bzw.
zur Geschwindigkeitsmessung (Körper 52) und Aufbaube
schleunigung (Körper 53) verwendet. Im Inneren eines Glas
rohres 54 sind wiederum zwei ortsfeste Permanentmagnete
55, 56 und zwischen diesen ein magnetisch positionierter
Permanentmagnet 57 eingefügt.
Ein elektronischer Schaltkreis 58 ist ebenfalls in dem
Sensorgehäuse 59 integriert. Über nicht dargestellte Lei
tungen werden die Meßsignale der magnetoresistiven Körper
52 und 53 dem Schaltkreis 58 zugeführt, dort aufbereitet
und verstärkt. Die Versorgungsspannung für die Meßkörper
52, 53 wird ebenfalls über diesen Schaltkreis 58 zugeführt
und dort stabilisiert. Die Signalleitung, über die die
Meßsignale gemeinsam nach außen geführt werden, ist der
Übersichtlichkeit wegen in Fig. 8 nicht dargestellt.
Alle beschriebenen Ausführungsbeispiele zeichnen sich
durch einen einfachen Aufbau und durch weitgehende Varia
tionsmöglichkeiten aus. Es lassen sich sowohl empfindliche
Wandlersysteme als auch solche realisieren, die erst beim
Überschreiten relativ hoher Schwellwerte ein Meßsignal ab
geben.
Claims (12)
1. Sensor für Kraftfahrzeuge mit elektronischer Regelung
oder Beeinflussung des Fahrzeugverhaltens, insbesondere
Fahr- und Bremsverhaltens und/oder der Schwingungs
dämpfung, in Abhängigkeit von der Radgeschwindigkeit
und von der Vertikalbeschleunigung des Rades oder der
Radaufhängung und/oder der Fahrzeugaufbaubeschleunigung,
dadurch gekennzeichnet, daß dieser durch
Kombination und bauliche Vereinigung zweier oder meh
rerer Wandlersysteme, zumindest mit einem induktiven
oder magnetoresistiven Meßwertaufnehmer (1, 1′), der
an dem Fahrzeugaufbau nahe der Peripherie einer mit
dem Rad rotierenden Zahnscheibe (6) angeordnet ist und
ein der Drehbewegung des Rades proportionales elektri
sches Signal liefert sowie mit einem Vertikalbeschleuni
gungssensor (2), zu einem Doppel- oder Mehrfach
funktionssensor ausgestaltet ist.
2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Wandlersysteme in einem ge
meinsamen Sensorgehäuse (3; 17; 22; 32; 50; 59) angeordnet
sind und über eine gemeinsame Signalleitung, d. h. eine
mehradrige Leitung oder eine Koaxialleitung,
anschließbar sind.
3. Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß in dem Sensorgehäuse (17; 59)
elektronische Schaltkreise (16; 58) zur Aufbereitung,
Verstärkung und/oder Verarbeitung der Signale eines
einzigen oder mehrerer der Wandlersysteme angeordnet
sind.
4. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß Bauteile der Wandler
systeme eine Doppel- oder Mehrfachfunktion in dem Signal
wandlungs- und/oder Signalverarbeitungsprozeß erfüllen.
5. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der Vertikalbeschleu
nigungssensor (2) eine träge Masse
(7; 12; 21; 30; 37; 44; 48; 57) besitzt, deren Lageänderung
relativ zu einem mit dem Sensorgehäuse
(3; 17; 22; 32; 50; 59) gekoppelten Bauteil oder Meßelement
mit Hilfe einer piezoelektrischen (9), induktiven
(27; 38), resistiven oder magnetoresistiven Meßeinrich
tung (41; 53), mit Hilfe eines verstimmbaren Schwing
kreises oder durch Modulation einer Hochfrequenz-Schwin
gung ermittelbar ist.
6. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß der induktive Meß
wertaufnehmer (1) aus einer (im mon
tierten Zustand) aufrecht- oder schrägstehenden Spule
mit einem Kern (4) besteht, der gleichzeitig als Wi
derlager für eine Platte (9) aus piezoelektrischem Ma
terial dient, auf der die träge Masse (7) des Verti
kalbeschleunigungssensors (2) aufliegt und ela
stisch andrückbar ist.
7. Sensor nach Anspruch 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß die träge Masse (7) des Vertikal
beschleunigungssensors (2) durch Einbetten in
einen Gummiblock (8) im Inneren des Sensorgehäuses (3)
auf der piezoelektrischen Platte (9) elastisch gehal
tert ist.
8. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß dieser
aus einer Spule besteht, die auf der der Zahn
scheibe (6) zugewandten Seite einen Permanentma
gnet-Kern (4′) und eine Drehzahl-Meßwicklung (24) und
oberhalb des Kerns (4′) eine in vertikaler Richtung
elastisch eingebettete träge Masse (21) mit einer Be
schleunigungs-Meßwicklung (18) besitzt.
9. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die träge Masse (12)
des Vertikalbeschleunigungssensors in einer Hal
terung oder in Formschalen (13, 14) aus leitfähigem
Gummi eingebettet ist, dessen innerer Widerstand von
der Druck- oder Krafteinwirkung durch die träge Masse
(12) abhängig und zur Ermittlung der Vertikalbeschleu
nigung auswertbar ist.
10. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß der Vertikalbeschleu
nigungssensor (35) aus einer aufrecht- oder
schrägstehenden Spule besteht, deren Kern sich aus ei
nem oder mehreren im Sensorgehäuse ortsfest angeordne
ten Permanentmagneten (36) und mindestens einem Perma
nentmagneten (37), der durch Magnetkraft über dem
ortsfesten oder zwischen zwei ortsfesten Permanentma
gneten in der Schwebe gehalten wird und als träge Masse
(37) zur Bestimmung der Vertikalbeschleunigung dient,
zusammensetzt, und die mindestens eine Meßwicklung
(38) trägt.
11. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß dieser
aus einer aufrecht- oder schrägstehenden Spule (25)
besteht, deren Kern sich aus mehreren auf einer Achse
nebeneinander oder übereinander angeordneten Perma
nentmagneten (29; 30; 31) zusammensetzt, von denen min
destens ein Permanentmagnet (30) durch Magnetkraft
zwischen ortsfesten Permanentmagneten (29; 31) oder
über einem ortsfesten Permanentmagneten in der Schwebe
gehalten wird, und daß die Spule sowohl Wicklungen
(26; 27; 28; 38) zur Ermittlung der Radgeschwindigkeit als
auch zur Bestimmung der Vertikalbeschleunigung besitzt.
12. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß dieser
aus einem aufrecht- oder schrägstehenden Rohr (54) be
steht, in dem mehrere Permanentmagnete (55; 56; 57)
übereinander angeordnet sind, von denen mindestens ein
Permanentmagnet (57) durch Magnetkraft zwischen orts
festen Permanentmagneten (55; 56) oder über einem orts
festen Permanentmagneten in der Schwebe gehalten ist,
und daß außen an dem Rohr (54) zur Ermittlung der Rad
geschwindigkeit als auch zur Bestimmung der Vertikal
beschleunigung Körper (52; 53) aus magnetoresistivem
Material angefügt sind.
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