DE4408607C1

DE4408607C1 - Dynamometer-Sensor

Info

Publication number: DE4408607C1
Application number: DE19944408607
Authority: DE
Original assignee: GLOAU HANS JOACHIM DR
Current assignee: GLOAU HANS JOACHIM DR
Priority date: 1994-03-08
Filing date: 1994-03-08
Publication date: 1995-06-01
Anticipated expiration: 2014-03-09

Description

Die Erfindung betrifft einen Dynamometer-Sensor zur Messung des zweidimensionalen Beschleunigungsvektors von flächengestützten Fahrzeugen.

Das physikalische Grundgesetz der Mechnik F = m gilt allgemein. Damit ist bei konstanter Masse m die Beschleunigung der wirksamen Kraft F proportional. Außerdem gilt das Gegenwirkungsprinzip: zu jeder Kraft (Aktivkraft F_a) gehört eine gleichgroße Gegenkraft (Reaktionskraft F_r) F_a = - F_r.

Beschleunigungen werden allgemein nach der dynamischen Methode indirekt aus ihren Wirkungen auf seismische Massen erfaßt. Daher sind alle bekannten Beschleunigungsmeßgeräte so konstruiert, daß eine Masse im Ergebnis einer einwirkenden Kraft ihre Schwerpunktlage verändert und dabei eine rücktreibende Gegenkraft erzeugt, die auf mannigfaltige Art gemessen werden kann. Aus DE-OS 19 53 060 ist z. B. bekannt, eine inhomogene Masse 3, 6 zum Anzeigen einer eindimensionalen Beschleunigung zu verwenden (vgl. Fig. 2 mit Beschreibung). Die DE 36 06 875 C2 beschreibt die optoelektronische Erfassung der Bewegung einer Kugel.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Beschleunigungsmessung anzugeben, welche bereits bekannte Verfahren in solcher Weise nutzt, daß kostengünstiger Aufbau, hohe Funktionssicherheit und größte Meßgenauigkeit für die Erzeugung eines vielseitig verwendbaren Signals gegeben sind. Diese Aufgabe wird durch die in Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung nutzt die Inhomogenität einer Kugelmasse, um unter dem Einfluß von einwirkenden Beschleunigungen in der Fahrzeugstützebene eine Drehbewegung der Kugel zu erzeugen, deren Auslenkung und Richtung ein Maß für den wirksamen Beschleunigungsvektor sind. Die Rückstellung der ausgelenkten Kugel erfolgt durch das eigene Gewicht. Die Meßwerte werden analog dem Verfahren der Meßwertgewinnung zur Cursorbewegung auf einem Monitor durch die Bewegung eines Trackballs erfaßt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend erläutert.

Fig. 1 Darstellung der Trägheitskräfte bei Kurvenfahrt mit gleichzeitiger Abbremsung.

Fig. 2 Ausgelenkte Sensor-Kugel unter dem Einfluß der in Fig. 1 dargestellten Trägheitskraft.

Fig. 3 Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels der Sensor-Kugel.

Fig. 4 Draufsicht eines Ausführungsbeispiels der Sensor-Kugel.

Ein willkührlich ausgewählter Fahrzustand (abgebremste Kurvenfahrt) und die dabei auftretenden Trägheitskräfte (Bremskraft F_B, Zentrifugalkraft F_Z) sowie deren Resultierende (Trägheitskraft F_T) sind in Fig. 1 dargestellt. Außerdem bedeuten r - Kurvenradius, v - momentane Tangentialgeschwindigkeit und µ - Haftreibungskoeffizient.

Bei der Darstellung in Fig. 2 wird davon ausgegangen, daß die Trägheitskraft F_T an dem Schwerpunkt der inhomogenen Kugel angreift und diese um den Winkel ϕ bzw. um die Länge l aus der Ruhelage auslenkt.

Die Gesamtkraft F, die aus der vektortiellen Addition von Trägheitskraft F_T und Gewicht G entsteht, hat den Betrag

Im Ergebnis der Wirkung dieser Kraft, erfährt die Sensor-Kugel die Auslenkung

die von der Geschwindigkeit v, vom Kurvenradius r und vom Reibungskoeffizienten µ abhängig ist (g - Erdbeschleunigung).

Diese physikalischen Grundbeziehungen sind Ausgangspunkt der Erfindung.

In Fig. 3 und 4 ist die inhomogene Sensor-Kugel (1) in Seiten- und Draufsicht veranschaulicht. Die Kugelinhomogenität (2) verlagert den Schwerpunkt (3) an einen Ort außerhalb des Kugelmittelpunktes. Unter dem Einfluß der momentanen Trägheitskraft F_T wird die Kugel um die Strecke l ausgelenkt. Diese Auslenkung wird durch die beiden Reibräder (4; 5) als Drehwinkel abgenommen und optoelektronisch in dreifacher Hinsicht ausgewertet. Erstens als Betrag der Beschleunigung, gemessen als Weite der Auslenkung; zweitens als Beschleunigungsrichtungen, gemessen als Summe der Drehrichtungen beider Reibräder im gegenseitigen Vergleich; drittens als Geschwindigkeit der Beschleunigungsänderung, gemessen als Drehgeschwindigkeit der Reibräder.

Diese dreifache Meßwertqualität ist im Fahrzeug als Steuer- bzw. Regelsignal zu beliebiger Verwendung verfügbar.

Die Rotationsebenen (durch den Reibradberührungskreis aufgespannt) der Reibräder stehen senkrecht aufeinander und schneiden sich in der Geraden, die durch den Mittelpunkt der Sensor-Kugel verläuft und auf der Fahrzeugstützebene senkrecht steht.

Die Sensor-Kugel ist auf drei Stützrädern (6) drehbar gelagert. Im Ausführungsbeispiel sind die Stützräder so angeordnet, daß die Verbindungsgerade, die vom Kugelmittelpunkt über den Stützradberührungspunkt zur Stützradachse verläuft, mit dem Lot vom Kugelmittelpunkt auf die Fahrzeugstützebene einen Winkel von 60° (7) bildet.

Die Stützradanordnung ist in bezug auf die Sensor-Kugel so gewählt, daß die Rotationsebenen der Stützräder sich in einer Geraden, die auf der Fahrzeugstützebene senkrecht steht und durch den Kugelmittelpunkt verläuft, schneiden und miteinander Winkel von 120° bilden.

Die Kugelaufhängung in den Stützrädern bedingt eine seitliche Gleitreibungskomponente an den Berührungspunkten. Dadurch entsteht eine Dämpfung der Kugelbewegung. Diese Dämpfung kann durch Wahl der Kugeloberflächenbeschaffenheit so dimensioniert werden, daß jede Kugelbewegung mit der Qualität des aperiodischen Grenzfallverhaltens verläuft.

Claims

1. Dynamometer-Sensor zur Messung des zweidimensionalen Beschleunigungsvektors von flächengestützten Fahrzeugen, gekennzeichnet durch eine in dem fest mit dem Fahrzeug verbundenen Gerät drehbar gelagerte, inhomogene, kugelförmige Masse, deren Schwerpunkt außerhalb des Kugelmittelpunktes liegt und sich unter dem Einfluß der am Fahrzeug angreifenden Gesamtkraft dreht, zwei Reibrädern, deren Rotationsebenen zueinander und zur Fahrzeugstützebene orthogonal sind, zum Abgreifen der Kugelbewegung, und einer Verarbeitungseinrichtung, die die Bewegung der Reibräder zu einem Signal für den zweidimensionalen Beschleunigungsvektor verarbeitet und verfügbar macht.

2. Dynamometer-Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibräder die Kugelbewegung optoelektronisch erfassen.

3. Dynamometer-Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungseinrichtung die Änderungsgeschwindigkeit da/dt des zweidimensionalen Beschleunigungsvektors ermittelt.

4. Dynamometer-Sensor nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale der Verarbeitungseinrichtung zur Anzeige als Sicherheitsinformation des Fahrzeugführers und zur Steuerung und Regelung von Fahrzeugfunktionen (Airbag, Gurtstrammer, Fahrwerkregelung, ABS, ARS) bereitgestellt und genutzt werden.

5. Dynamometer-Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungseinrichtung den aktuellen Gleitreibungskoeffizienten µ_a = a_ag ermittelt, wenn durch einen Brems- oder Beschleunigungsvorgang in der Startphase die Räder des Fahrzeugs kurzfristig zur Gleitreibung gebracht werden.