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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Neigungssensor zum Erfassen
eines Neigungszustands eines fahrenden Fahrzeugkörpers sowie ein Verfahren zum
Anbringen des Neigungssensors an dem Fahrzeugkörper. Im Allgemeinen wird ein
Neigungssensor für
ein Sicherheitssystem eines Fahrzeugs verwendet, das ein Umkippen
des Fahrzeugs erfasst und beispielsweise die Zufuhr von Öl/Kraftstoff
unterbricht und/oder das Zündungsstromzufuhrsystem
abschaltet.
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Es
wurde ein Neigungssensor entwickelt, welcher ein Gehäuse (Umhüllung),
das an einem Fahrzeugkörper
angebracht ist, ein Bewegungselement vom Pendeltyp, das in der Lage
ist, sich in dem Gehäuse
nach Maßgabe
einer Neigung des Fahrzeugkörpers
frei zu drehen, sowie einen Detektor, welcher in der Lage ist, den
magnetisierten Teil des Bewegungselements elektromagnetisch zu messen, wenn
ein Umkippen des Fahrzeugs auftritt, umfasst (
JP 2001-256871 ).
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Der
Neigungssensor ist an dem Fahrzeugkörper in einem solchen Zustand
angebracht, dass er eine Neigung des Fahrzeugkörpers in seinen lateralen Richtungen
(seitwärts)
erfassen kann, indem das Pendelbewegungselement so bereitgestellt
ist, dass es in der gleichen Richtung schwingt, wie der Fahrzeugkörper sich
lateral neigt.
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Der
oben erwähnte,
herkömmliche
Neigungssensor weist noch immer ein Problem dahingehend auf, dass
sein Pendelbewegungselement, welches so vorgesehen ist, dass es
in der lateralen Richtung des Fahrzeugkörpers dreht, kein Umkippen
des Fahrzeugkörpers
in der Längsrichtung
erfassen kann. Um ein Umkippen des Fahrzeugs in der Längsrichtung
(nach vorn oder nach hinten) zu erfassen, ist es notwendig, einen
zusätzlichen
Neigungssensor zu verwenden, der separat an dem Körper angebracht ist,
um das Umkippen des Fahrzeugkörpers
in der Längsrichtung
desselben zu erfassen.
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Überblick über die Erfindung
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Neigungssensor
zum Erfassen eines Neigungszustands eines fahrenden Fahrzeugkörpers durch
Messen eines Bewegungselements vom Pendeltyp, das sich in einem
an dem Fahrzeugkörper
angebrachten Gehäuse
frei drehen kann, bereitzustellen, bei welchem eine Drehwelle des
Bewegungselements vom Pendeltyp in dem Gehäuse geneigt ist, so dass das
Pendel in einer Ebene schwingt, die mit einer an dem Fahrzeugkörper angebrachten
Gehäuseanbringungsplattenoberfläche einen
bestimmten Winkel bildet.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist auf ein Verfahren
zum Anbringen eines Neigungssensors an einem Fahrzeugkörper gerichtet, welches
ein Bewegungselement vom Pendeltyp aufweist, das in der Lage ist,
sich in einer parallel zu einer Gehäuseanbringungsplattenoberfläche parallelen
Ebene frei zu drehen, wobei das Sensorgehäuse an dem Fahrzeugkörper so
angebracht werden kann, dass die Drehwelle des Pendels in einen
Zustand gebracht ist, in welchem sie zur Längsrichtung (nach vorn und
nach hinten) des Fahrzeugkörpers
um einen bestimmten Winkel geneigt ist.
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Neigungen
eines fahrenden Fahrzeugs sowohl in lateraler Richtung als auch
in Längsrichtung seines
Körpers
können
durch nur einen Neigungssensor erfasst werden, der nach Maßgabe der
vorliegenden Erfindung konstruiert und an diesem angebracht ist.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
eine vordere Basis-Konstruktionsansicht eines Neigungssensors gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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2 ist
eine seitliche Schnittansicht des Neigungssensors von 1.
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3 ist
eine Vorderansicht, welche ein Bewegungselement vom Pendeltyp des
Neigungssensors der Ausführungsform
von 1 zeigt.
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4 ist
eine Seitenansicht des Bewegungselements des in 3 gezeigten
Neigungssensors.
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5 ist
eine Entwicklungsansicht, welche ein Magnetisierungsmuster des Bewegungselements zeigt.
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6 ist
eine Seitenansicht eines beispielhaften Abstandshalters, welches
in dem Neigungssensor gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wird.
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7 ist
eine Seitenansicht eines anderen beispielhaften Abstandshalters,
welches in dem Neigungssensor gemäß der vorliegenden Erfindung
verwendet wird.
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8 ist
ein elektrisches Schaltdiagramm einer Sensorschaltung eines Neigungssensors,
welche zum Erfassen eines Neigungszustands eines Fahrzeugs gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wird.
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9 ist
eine perspektivische äußere Ansicht
eines Neigungssensors gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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10 ist
eine Schnittansicht eines Neigungssensors gemäß der vorliegenden Erfindung.
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11 ist
eine Schnittansicht eines Neigungssensors, um neigungsempfindliche
und unempfindliche Bereiche des Neigungssensors zu zeigen, welcher
ein Pendelbewegungselement aufweist, das in der Lage ist, sich in
einer Ebene zu drehen, die parallel zu der an einem Fahrzeugkörper angebrachten
Gehäuseanbringungsplattenoberfläche verläuft.
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12 ist
eine Schnittansicht eines Neigungssensors, welcher ein Pendelbewegungselement
aufweist, das in der Lage ist, sich in einer Ebene zu drehen, die
parallel zu einer an einem Fahrzeugkörper angebrachten Gehäuseanbringungsplattenoberfläche ist,
wobei gezeigt ist, dass die Drehwelle des Pendelbewegungselements
in einem bestimmten Winkel zu einer Längsrichtung (Vorwärts-Rückwärts-Richtung) des Fahrzeugkörpers geneigt
ist.
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BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN
DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
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1 und 2 illustrieren
eine Basisstruktur eines Neigungssensors gemäß der vorliegenden Erfindung.
In dem Neigungssensor ist ein Bewegungselement 2 vom Pendeltyp
drehbar durch eine Welle 3 in einem Gehäuse 1 gelagert. Das
Gehäuse 1 umfasst
ein unteres Gehäuse 11 und
ein oberes Gehäuse 12.
Das untere Gehäuse 11 ist
mit einem Dichtungsring 4 an dem oberen Gehäuse 12 angebracht
und beide sind miteinander verhakt, um eine wasserdichte Struktur
des Gehäuses
zu bilden. Das Obergehäuse 12 ist
mit einer Anbringungsplatte 9 zur Befestigung an dem Fahrzeugkörper versehen.
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In
den oberen Gehäuse 12 ist
eine Schaltplatine 6 angebracht, auf der eine Messschaltung
vorgesehen ist, welche ein Signal ausgeben kann, wenn ein Hall-IC 5 einen
geneigten Zustand des Bewegungselements 2 über einen
vorbestimmten Drehwinkel erfasst, und sich selbst einschaltet. Das
Obergehäuse
ist mit einem Aufnahmeabschnitt 8 ausgebildet, der integral
mit diesem ausgebildet ist, um einen Kontakt einer Stromversorgungsquelle
Vcc, einen Anschluss eines Erdleiters GND sowie einen Ausgangsanschluss
OUT der Schaltplatine 6 bereitzustellen.
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Wie
in 3 und 4 gezeigt ist, weist das Bewegungselement 2 ein
Wellenloch 23 auf, um in dieses eine Welle 3 mit
einem Zwischenraum einzuführen,
und ist mit einem oberen ausgesparten Abschnitt 21 versehen,
welcher einen Öffnungswinkel α (zum Beispiel
62 Grad) beiderseits eines Referenzpunktes (Drehmittelpunkt) O sowie
einen unteren Ausgleichsabschnitt 22 zum Positionieren
des Referenzpunkts O in vertikaler Richtung, aufweist.
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Ein
Hall-IC 5, der an der Schaltplatine 6 angebracht
ist, ist vom unipolar empfindlichen Typ, welcher an dem Referenzpunkt
(Drehmittelpunkt) O des Bewegungselements 2 angeordnet
ist. Der Hall-IC wird eingeschaltet, wenn er einen S-polaren Teil
des magnetisierten Bewegungselements 2 erfasst, welcher
Teil zu diesem Zeitpunkt diesem gegenüberlag.
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In
dem so konstruierten Sensor gemäß der vorliegenden
Erfindung ist die Welle 3, welche mit einem Zwischenraum
in einem Wellenloch 23 des Bewegungselements 2 eingesetzt
ist, mit Abstandshaltern 7 versehen, welche lose an beiden
Enden derselben angebracht sind und dann in dem Gehäuse 1 montiert
sind, wodurch die Welle 3 des Bewegungselements 2 freie
Enden ohne Begrenzung durch das Gehäuse 1 aufweist. Die
Abstandshaltern 7 können die
Verlagerung des Bewegungselements 2 in der axialen Richtung
in dem Gehäuse 1 verhindern.
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Dementsprechend
weist die Drehwelle 3 des Bewegungselements 2 freie
Enden ohne Begrenzung von dem Gehäuse 1 auf und überträgt nicht
direkt die Schwingungen des fahrenden Fahrzeugs auf das Bewegungselement 2,
wodurch die Drehbewegung des Bewegungselements 2 verbessert
wird.
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Wie
in 6 gezeigt ist, weist der Abstandshalter 7 eine „Bläschen/Wulst"-Form („bead"-shape) auf, so dass
er eine minimale Oberfläche
zur Anlage an dem Bewegungselement 2 an der Welle aufweist. Dies
kann wirkungsvoll das Auftreten eines so genannten „Anhaften" („sticking") des Bewegungselements 2 an
dem Abstandhalter 7 selbst in einem Fall verhindern, dass
das Bewegungselement 2 zu dem Abstandshalter gedrückt wird,
wenn das Gehäuse 1 in
der Richtung entgegengesetzt zu der der Drehung des Bewegungselements 2 zu
diesem Zeitpunkt gekippt wird.
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Es
ist selbstverständlich
möglich,
einen Abstandshalter 7 von kegelstumpfförmiger Gestalt (wie in 7 gezeigt)
oder von jeder anderer geeigneter Form mit reduzierter, an dem Bewegungselement 2 anliegender
Oberfläche
zu verwenden.
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Das
obere Gehäuse 12 weist
ein Kappenteil 121 auf, welches an seiner unteren Kante
so ausgebildet ist, dass es die obere Hälfte beider Enden des Wellenkörpers 3 mit
einem Zwischenraum S umschließt,
um zu verhindern, dass das Bewegungselement 2 aus der gegebenen
Position in dem unteren Gehäuse 11 herausfällt. Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist das Gewichtsverhältnis
des oberen Abschnitts zum unteren Abschnitt des Bewegungselements 2 in
Bezug auf dessen Wellenloch 23 auf einen geeigneten Wert
in einem Bereich von 1:9 bis 3:7 voreingestellt, um zu verhindern,
dass das Bewegungselement 2 mit der Vibration des fahrenden
Fahrzeugs instabil schwingt. Die Ergebnisse von Experimenten, welche
an einer Vielzahl von Proben (Bewegungselemente 2) durchgeführt wurden,
die unterschiedliche Gewichtsverhältnisse ihres oberen Abschnitts
zum unteren Abschnitt aufweisen, durch Anlegen einer bestimmten
Vibration an diese, zeigen, dass die Proben, die Gewichtsverhältnisse
ihres oberen Abschnitts zum unteren Abschnitt in einem Bereich von 1:9
bis 3:7 aufweisen, ausreichend stabil gegen Vibration sein können. die
Probe mit dem Gewichtsverhältnis
von 2:8 erzielte die beste Vibrationsfrequenzcharakteristik. Wenn
nämlich
das Gewicht des oberen Abschnitts relativ zum unteren Abschnitt
des Bewegungselements 2 das obige Verhältnis überschreitet, so wird die Schwingungsbewegung
des Bewegungselements 2 mit der Vibration instabil, da
der Schwerpunkt des Bewegungselements 2 nach oben verlagert
wird.
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Das
Gewichtsverhältnis
des oberen Abschnitts zum unteren Abschnitt des Bewegungselements 2 kann
eingestellt werden, indem Löcher 10 in dem
oberen Abschnitt ausgebildet werden oder/und ein Gewicht 13 in
den unteren Abschnitt eingebettet wird.
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Da
gemäß der vorliegenden
Erfindung das Bewegungselement 2 das am besten geeignete
Gewichtsverhältnis
seines oberen Abschnitts zum unteren Abschnitt um die Drehwelle 3 herum
aufweist, kann es mit einem korrekten Moment nach Maßgabe der
Neigung des an dem fahrenden Fahrzeug angebrachten Gehäuses 1 drehen,
ohne durch die Vibration des Fahrzeugkörpers beeinflusst zu werden.
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Das
Bewegungselement 2 weist einen oberen ausgesparten Abschnitt 21 auf,
welcher bei einem relativ großen Öffnungswinkel α ausgeführt ist, um
seinen Drehreferenzpunkt O in einen Mittelpunkt der Öffnung des
ausgesparten Abschnitts zu bringen. Daher reagiert der Hall-IC nicht
auf eine Schwingung des Bewegungselements 2 innerhalb des Öffnungswinkels α. Dementsprechend
kann der Sensor gemäß der vorliegenden
Erfindung ohne fehlerhafte Aktivierung von der Vibration des fahrenden
Fahrzeugs normal arbeiten und kann seinen Hall-IC nur dann einschalten,
wenn das Fahrzeug um einen Winkel gekippt wird, der einen vorbestimmten
Wert überschreitet.
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Das
Bewegungselement 2 weist eine Mehrzahl von magnetisierten
(polarisierten) Teilen auf, welche symmetrisch auf beiden Seiten
von dem Referenzdrehmittelpunkt angeordnet sind, wie in 3 und 5 gezeigt
ist. Das Bewegungselement 2 weist nämlich kleine N-Polteile N1
und N2 auf (mit einem Öffnungswinkel β von beispielsweise
27 Grad), welche jeweils an beiden Seiten des ausgesparten Abschnitts 21 angeordnet
sind, sowie einen S-Pol-Abschnitt S1 (mit einem angegebenen Öffnungswinkel γ von zum
Beispiel 244 Grad), der zwischen den beiden N-Pol-Abschnitten angeordnet
ist.
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Das
Bewegungselement, welches die mehreren polarisierten Abschnitte
aufweist, kann eine scharfe Änderung
der magnetischen Flussdichte an der Grenze zwischen einem N-Pol-Abschnitt
und einem S-Pol-Abschnitt bereitstellen. Dies ermöglicht es dem
Sensor, genau eine Position des Bewegungselements vorzugeben, wenn
das Bewegungselement 2 um einen Winkel gedreht wird, der
den spezifizierten Winkel überschreitet,
wobei der S-Pol-Abschnitt dem
Hall-IC 5 gegenüberliegt,
welcher zu diesem Zeitpunkt eingeschaltet wird.
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8 zeigt
eine beispielhafte Sensorschaltung zum Erfassen eines Neigungszustands
(Umkippzustand) eines fahrenden Fahrzeugs durch Einschalten eines
Hall-IC 5. Die Sensorschaltung erfasst eine Drehung des
Bewegungselements 2, die einen spezifizierten Winkel überschreitet,
durch Einschalten des Hall-IC zum Ausgeben eines Hochpegel-Erfassungssignals.
In dem Schaltplan bilden ein Widerstand R1 und ein Kondensator C2
einen Tiefpassfilter zum Schützen
des Hall-IC 5. Ein Kondensator C1 ist vorgesehen, um das
Auftreten von Rauschen und Vibrationen zu verhindern.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist das Bewegungselement 2 in dem in 3 und 5 gezeigten
Muster magnetisiert, um durch den Hall-IC den Umkippzustand oder
den auf dem Ende stehenden (oder auf der Seite stehenden) Zustand
des Fahrzeugkörpers
auf einer Neigung mit einem spezifizierten Neigungswinkel zu erfassen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist das Gehäuse 1 des
so konstruierten Neigungssensors mit einer Anbringungsplatte versehen,
welche mit seiner Oberfläche
A an einem Fahrzeugkörper
anzubringen ist. In diesem Fall ist die Welle 3 des Bewegungselements 2 in
dem Gehäuse
so geneigt, dass sie einen spezifizierten Winkel θ (im Bereich
von 10 bis 45 Grad) zwischen einer Drehebene B des Bewegungselements 2 und
der Anbringungsplattenoberfläche
A des Gehäuses
bildet, wie in 9 und 10 gezeigt
ist.
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Das
Gehäuse 1 des
Neigungssensors, in welchem die Drehwelle 3 des Bewegungselements 2 in
der oben beschriebenen Weise schräg angebracht ist, ist an dem
Fahrzeugkörper
in solcher Weise angebracht, dass die Anbringungsplattenoberfläche A des
Gehäuses 1 mit
der lateralen Richtung X des Fahrzeugkörpers ausgerichtet ist. Der
so an dem Fahrzeugkörper
angebrachte Neigungssensor kann Neigungen des fahrenden Fahrzeugs
nicht nur in der lateralen Richtung X, sondern auch in der Längsrichtung
Y erfassen, indem das Bewegungselement 2 nach Maßgabe der
Neigung des fahrenden Fahrzeugs sich dreht.
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Wenn
der Fahrzeugkörper
in einer von der Richtung der Drehebene B des Bewegungselements 2 abweichenden
Richtung gekippt wird, so wird das letztere in diesem Fall zu dem
Abstandshalter 7 gedrückt,
wobei jedoch die Welle 3 in dem Abstandshalter 7,
ohne an dem Gehäuse 1 anzuhaften/festzuhängen, frei
drehen kann, wodurch ein problemloses Schwingen des Pendels in Reaktion
auf die Neigung des fahrenden Fahrzeugs erzielt wird.
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10 zeigt
einen empfindlichen Bereich W1 und einen nicht empfindlichen Bereich
W2 des Neigungssensors gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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11 zeigt
einen empfindlichen Bereich W1 und einen nicht empfindlichen Bereich
W2 des an einem Fahrzeugkörper
angebrachten Neigungssensors, wobei eine Drehwelle 3 eines
Bewegungselements 2 in einem Gehäuse 1 nicht schräg ist, um
das Bewegungselement in einer Drehebene B, die parallel zur Anbringungsplattenoberfläche A des
Gehäuses 1 ist,
frei zu drehen.
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Die
Experimente wurden mit dem Neigungssensor ausgeführt, welcher an dem Fahrzeugkörper bei
einem Winkel ϕ angebracht ist, der in einen Bereich von
10 bis 45 Grad zwischen der Anbringungsplattenoberfläche A des
Gehäuses 1 und
der Drehebene B des Bewegungselements 2 festgelegt ist.
Die experimentellen Ergebnisse zeigten, dass der Sensor in der Lage
ist, Neigungen des fahrenden Fahrzeugkörpers sowohl in der lateralen
Richtung X als auch in der Längsrichtung
Y desselben zuverlässig zu
erkennen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist der Neigungssensor 14, welcher ein Bewegungselement 2 aufweist,
das in der Lage ist, in einer zu einer Anbringungsplattenoberfläche A des
Sensorgehäuses parallelen
Ebene frei zu drehen, an einem Fahrzeugkörper 15 in einer solchen
Weise angebracht, dass eine Welle 3 des Bewegungselements 2 unter
einem spezifizierten Winkel ϕ (innerhalb eines Bereichs
von 10 bis 45 Grad) zur Längsrichtung
Y des Fahrzeugkörpers
geneigt ist, wie in 12 gezeigt ist. In diesem Fall
kann der Neigungssensor, welcher den gleichen empfindlichen Bereich
W1, wie in 10 gezeigt, aufweist, durch
Drehung seines Bewegungselements 2 nach Maßgabe von
Neigungen des Fahrzeugkörpers
sowohl in der lateralen als auch in der Längsrichtung, X bzw. Y, eine
Erfassung durchführen.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist es möglich,
einen Neigungssensor zum Erfassen eines Neigungszustands eines fahrenden
Fahrzeugkörpers
durch ein Bewegungselement vom Pendeltyp zu erfassen, welches in
einem an dem Fahrzeugkörper angebrachten
Gehäuse
frei drehen kann, wobei eine Welle des Pendels in dem Gehäuse in einem
geneigten Zustand angeordnet ist, so dass das Pendel in einer Drehebene
schwingt, die einen spezifizierten Winkel mit der an dem Fahrzeugkörper angebrachten
Gehäuseanbringungsplattenoberfläche bildet. Dank
der vorstehenden Konstruktion kann der Neigungssensor Neigungen
des fahrenden Fahrzeugkörpers
sowohl in der lateralen als auch in der Längsrichtung zuverlässig erfassen.
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Gemäß dem Verfahren
des Anbringens eines Neigungssensors an einem Fahrzeugkörper, wobei
der Neigungssensor ein Bewegungselement vom Pendeltyp aufweist,
das in der Lage ist, sich in einer Drehebene frei zu drehen, die
parallel zu einer an dem Fahrzeugkörper angebrachten Gehäuseanbringungsplattenoberfläche ist,
kann das Sensorgehäuse
an dem Fahrzeugkörper
so angebracht werden, dass die Drehwelle des Pendels in einem Zustand angeordnet
wird, in welchem sie bei einem spezifizierten Winkel zur Längsrichtung
(vorwärts
und rückwärts) des
Fahrzeugkörpers
gekippt ist. Der auf diese Weise an dem Fahrzeugkörper angebrachte
Neigungssensor kann Neigungen des fahrenden Fahrzeugkörpers sowohl
in der lateralen als auch in der Längsrichtung des Fahrzeugkörpers zuverlässig erfassen.
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Neigungen
eines fahrenden Fahrzeugs sowohl in lateraler als auch in Längsrichtung
seines Körpers
können
durch nur einen Neigungssensor erfasst werden, der gemäß der vorliegenden
Erfindung konstruiert und montiert ist.
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Ein
Neigungssensor zum Erfassen einer Neigung eines Fahrzeugkörpers sowohl
in lateraler als auch in Längsrichtung
durch ein Bewegungselement vom Pendeltyp, welches drehbar an einer
in dem Gehäuse
angebrachten Drehwelle gelagert ist, wird offenbart, wobei die Drehwelle
des Bewegungselements in dem Gehäuse
schräg
verläuft,
um einen spezifizierten Winkel zwischen einer Drehwelle des Bewegungselements
und der an dem Fahrzeugkörper
angebrachten Gehäuseanbringungsplattenoberfläche zu bilden.