WO2003012372A1 - Anordnung zur erfassung von drehbewegungen mehrerer achsen - Google Patents

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WO2003012372A1
WO2003012372A1 PCT/EP2002/007973 EP0207973W WO03012372A1 WO 2003012372 A1 WO2003012372 A1 WO 2003012372A1 EP 0207973 W EP0207973 W EP 0207973W WO 03012372 A1 WO03012372 A1 WO 03012372A1
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sensors
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rotation rate
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Peter Lohberg
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Continental Teves Ag & Co. Ohg
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    • G01C21/10—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration
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    • G—PHYSICS
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    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/18—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration in two or more dimensions

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for detecting yaw rates and accelerations from three orthogonal spatial directions, preferably for use in electronic braking systems for motor vehicles, in particular driving stability regulations.
  • Fahrstabilitatsregelungen Electronic Stability Program
  • ESP Electronic Stability Program
  • the driver measures (changeable quantities and calculates a target yaw rate in a vehicle model. These are essentially the steering angle, the lateral acceleration as well as the vehicle reference speed determined from the turning behavior of the individual vehicle wheels.
  • the actual value of the If the actual value of the yaw movement deviates from the calculated target value by a predetermined amount that jeopardizes driving stability, the yaw movement is increased by targeted braking and / or engine intervention permissible values limited.
  • German patent application P 19921692.4 (P 9535, Continental Teves) proposes an arrangement for protecting electronic functional units and / or functional groups against disturbances.
  • modules with Different sensitivity to disturbances assigned different shields against the disturbances, with two or more shields complementing each other to form a shield with higher efficiency.
  • the international application WO 00/50090 AI describes one.
  • Sensor module that has at least two sensors that detect the movement of a vehicle and at least one temperature sensor.
  • German patent application P 10040511.8 (P 9818, Continental Teves) describes an arrangement for recording yaw rates and / or acceleration data in motor vehicles, in which a plurality of mutually independent, mutually controllable measuring channels are operated with identical but not exactly the same rotation rate sensors.
  • the invention has for its object to reduce the space requirement when arranging a plurality of motor vehicle sensors.
  • the present invention now proposes an improved arrangement of the sensors, which consists in designing the arrangement in such a way that it does the same for a plurality of rotation rate sensors. includes basic physical effect, but the training forms of the rotation rate sensors differ by at least two mutually different transducer-mechanical operating principles.
  • the occurrence of Coriolis forces and / or precession moments on oscillating masses are preferably used as physical basic effects for measuring rotation rates.
  • a different converter principle according to the invention exists if the bodies of the rotation rate converters are made from different materials, preferably quartz and silicon.
  • transducer principle is understood when there are transducer principles in which different electromechanical design principles result in axially directions having different sensor effects compared to an otherwise identical chip level.
  • the latter applies analogously to the acceleration sensors used according to the invention.
  • a reduction in the space requirement is advantageously achieved in that the rotation rate sensors urid / or acceleration sensors differ. have sensorially effective axis directions with respect to an otherwise identical chip or wafer level.
  • the bodies of the rotation rate converters are made of different materials, preferably quartz or silicon.
  • 1 is a schematic representation of spatial coordinates on a vehicle
  • Fig. 3 is a schematic representation of sensors with different mechanisms of action
  • FIG. 4 is a schematic representation of a sensor arrangement tion according to the invention.
  • a rotation rate around Z F is called a yaw rate
  • a rotation rate around X F is called a roll rate
  • a rotation rate around Y F is called a pitch rate.
  • FIG. 2 shows the representation of circuit boards in a room whose coordinates X, Y, Z are aligned parallel to the vehicle coordinates X F , Y F , Z F , so that planes XY, ZY, ZX are formed, into which circuit boards 2, 3, 4 can be aligned within sensory devices for detecting yaw rates and accelerations. It is often technically necessary to close the board to a given level! accept.
  • the invention proposes to select and combine rotation rate sensors and acceleration sensors with different effective axes with respect to the same chip or wafer level so that all of these sensor components on the board with their chip or wafer level 2 ', 3', 4 'are aligned parallel to the carrier board 2, 3, 4.
  • six sensor components are shown in this parallel orientation. They symbolize the yaw rate sensors for yaw,
  • Roll and pitch rate characterized by (dotted) ⁇ , ⁇ , ⁇ and the accelerations in the three axis directions a x , a y ,
  • 3 shows different working mechanisms that can be used according to the invention using the example of rotation rate sensors.
  • This description can also be reinterpreted in the sense of Invention of differently usable mechanisms of action of acceleration sensors, because a rotation rate sensor according to physical principles preferred according to the invention contains a mechanism of oscillating masses, to which acceleration sensors that are internally aligned to the chip level are coupled. The description is therefore limited to the mechanisms of the rotation rate sensors that can be used according to the invention.
  • 3a, 3b, 3c, 3d use relative coordinates X ', Y', Z ', which are aligned parallel to the coordinates X, Y, Z according to FIG. 2.
  • 3a shows masses 5, 6 produced by micromechanics, suspended in the chip or wafer plane 7, which oscillate in the X ′ direction by means of a micromechanical drive via electrical or magnetic force effects F D.
  • plane 7 rotates about axis Z '
  • Coriolis forces or precession moments F c arise which are measured by internal micromechanical acceleration sensors.
  • the mechanics of these internal acceleration sensors must be aligned so that deflections in the Y 'direction can be measured. It is then possible to measure a rotation rate with the axis direction perpendicular to the chip or wafer plane.
  • Fig. 3b shows a micromechanical vibratory structure as in Fig. 3a ⁇ with the difference that the plane 7 rotates about the Y 'axis.
  • the forces F c or the associated accelerations now have an effective direction in the Z 'axis and the mechanics of the internal acceleration sensors must be aligned accordingly to measure accelerations in the Z' direction. Then it is possible to measure a rotation rate horizontally to the chip or wafer level.
  • the use of these effects is not tied to the material of the sensors, however With the material silicon, different types of micromechanical sensor elements can be produced under the aspect of the various available micromachining techniques known per se.
  • 3c and 3d show oscillating tuning fork arrangements in the chip or wafer plane X'Y '. Such arrangements are known per se, in particular from the material quartz, but can be combined very well with embodiments of the variant FIG. 3a as a preferred arrangement according to the invention.
  • FIG. 3d shows a so-called double fork.
  • the principle of operation corresponds to that of FIG. 3c with the difference that oscillatory excitation F D and sensory effect F c occur on different tines.
  • Fig. 4 shows a sensor arrangement according to the invention in a schematic representation as a structurally complete measuring unit (sensor cluster).
  • the measuring unit consists of an all-encapsulating housing 11 with two connector units B1, B2 and bus connections 12, 13 supplied by internal bus drivers to associated peripheral elements 14, not shown separately, on the same board level 10 in the inventive sensors for yaw rate 15, Pitch rate 16, roll rate 18 and sensors for acceleration in the axial directions Z with reference symbol 18, Y with reference symbol 19 and X with reference symbol 20.
  • the sensor signals are an integrated circuit 21 which interacts with a specific software 22 in order to appropriately calculate, correct, filter and weight the sensor signals according to intrinsic safety criteria.
  • bus 13 being, for example, a bus with a relatively slow data rate (eg CAN) .
  • Bus 12 represents a very fast direct data connection to a peripheral actuator unit, which requires the sensory information for the immediate, short-term triggering of a safety function (eg airbag).
  • Roll rate sensor 17 realized by the sensor according to FIG. 3c
  • Roll rate sensor 17 implemented by the sensor according to FIG. 3b
  • Pitch rate sensor 16 realized by sensor according to FIG. 3c
  • Roll rate sensor 17 implemented by sensor according to FIG. 3c
  • Roll rate sensor 17 realized by sensor according to FIG. 3d
  • two rotation rate sensors for two orthogonal spatial directions are integrated in the same chip or wafer level as a combination to form a component. This can be done, for example, by using the silicon micromaching method and MEMS (Micro Electronic Mechanical Systems) technologies.
  • three rotation rate sensors for three orthogonal spatial directions integrated as a combination to a packaged component on the same substrate, the same chip or wafer or on the same chip level.
  • two or more acceleration sensors for two or more orthogonal spatial directions are integrated in combination with a packaged component, the same substrate, the same chip or wafer or on the same chip level.
  • two or more acceleration sensors and two or more rotation rate sensors for two or more orthogonal spatial directions are integrated as a combination to form a packaged component on the same substrate, the same chip or wafer or on the same chip level.
  • housings of the housed components are designed as electrical shielding housings or shielding cages.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erfassung von Drehraten und Beschleunigungen aus drei orthogonalen Raumrichtungen, vorzugsweise zur Verwendung in elektronischen Bremssystemen für Kraftfahrzeuge, insbesondere Fahrstabilitätsregelungen. Um den Raumbedarf bei der Anordnung von mehreren Kraftfahrzeugsensoren zu reduzieren, sind gemäss der Erfindung mehrere Drehratensensoren und/oder Beschleunigungssensoren so ausgebildet, dass sie zwar nach dem gleichem physikalischen Grundeffekt arbeiten, jedoch sich die Drehratensensoren und/oder Beschleunigungssensoren durch mindestens zwei voneinander unterschiedliche wandlermechanische Wirkprinzipien voneinander unterscheiden.

Description

Anordnung zur Erfassung von Drehbewegungen mehrerer Achsen
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erfassung von Drehraten und Beschleunigungen aus drei orthogonalen Raumrichtungen, vorzugsweise zur Verwendung in elektronischen Bremssystemen für Kraftfahrzeuge, insbesondere Fahrstabilitatsregelungen.
Fahrstabilitatsregelungen (ESP= Elektronisches Stabilitäts Programm) zur Kontrolle und Begrenzung von unerwünschten Dreh- bzw. Gierbewegungen um die Hochachse' eines Fahrzeugs sind bekannt. Hierbei werden mit Hilfe von Sensoren durch den Fahrer (veränderbare Größen gemessen und daraus in einem Fahrzeugmodell eine Soll-Gierrate errechnet. Es sind dies im wesentlichen der Lenkwinkel, die Querbeschleunigung sowie die aus dem Drehverhalten der einzelnen Fahrzeugräder ermittelte Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit. Gleichzeitig wird der Istwert der Dreh- bzw. Gierrate, der sich als Reaktion auf das Fahrmanöver einstellt, mit einem Drehratensensor gemessen. Weicht der Istwert der Gierbewegung vom berechneten Sollwert über ein vorgegebenes, die Fahrstabilität gefährdendes Maß ab, wird durch gezielten Bremsen- und/oder Motoreingriff die Gierbewegung auf zulässige Werte begrenzt.
In der deutschen Patentanmeldung P 19921692.4 (P 9535, Continental Teves) wird eine Anordnung zum Schutz von elektronischen Funktionseinheiten und / oder Funktionsgruppen vor Störgrößen vorgeschlagen. Hierbei werden Baugruppen mit un- terschiedlicher Empfindlichkeit gegenüber Störgrößen unterschiedliche Abschirmungen gegen die Störgrößen zugeordnet, wobei sich zwei oder mehrere Abschirmungen zu einer Abschirmung mit höherem Wirkungsgrad ergänzen.
In der internationalen Anmeldung WO $9/47889 (P 9350, Continental Teves) wird eine Sensorbaueinheit mit einer Signalverarbeitungseinheit beschrieben, die als Gierratensensor oder Beschleunigungssensor ausgebildet ist.
Die internationale Anmeldung WO 00/50090 AI beschreibt einen. Sensor- Modul, der mindestens zwei die Bewegung eines Fahrzeugs erfassende Sensoren und mindestens einen Temperatursensor aufweist.
In der deutschen Patentanmeldung P 10040511.8 (P 9818, Continental Teves) wird eine Anordnung zur Erfassung von Gierraten und/oder Beschleunigungsdaten in Kraftfahrzeugen beschrieben, bei der mehrere voneinander unabhängige, gegeneinander kontrollierbare Messkanäle mit gleichartigen aber nicht genau gleichen Drehratensensoren betrieben werden.
In diesen Schriften sind Anordnungen beschrieben deren gerätetechnischen Ausführungsformen elektronische Schaltplatinen enthalten,; auf denen einer oder mehrere Drehratensensoren zueinander bzw. bezüglich des Fahrzeugkoordinatensystems ausgerichtet montiert sind. Zur Erfassung von Drehraten und Beschleunigungen aus drei Raumrichtungen werden üblicherweise drei gleichartige Drehratensensoren und drei Beschleunigungssensoren zu einem räumlich dreidimensionalen würfelähnlichen Gebilde zusammengesetzt oder es werden Schaltplatinen mit Drehraten- und Beschleunigungssensoren orthogonal zuein- ander montiert . Der damit verbundene Raumbedarf und mechanische Aufwand ist unerwünscht hoch. Außerdem ist bei bestimmten, als maximal vorgegebenen Gehäuseabmessungen, die Anzahl der integrierbaren Drehratensensoren begrenzt. Dies ist ebenfalls unerwünscht, wenn z.B. aus Gründen der Redundanz Bestandteile der Sensoranordnung mehrfach ausgeführt sein müssen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Raumbedarf bei der Anordnung von mehreren Kraftfahrzeugsensoren zu reduzieren.
Die vorliegende Erfindung schlägt nun eine verbesserte Anordnung der Sensoren vor, die darin besteht, die Anordnung in der Weise auszubilden, dass diese mehrere Drehratensensoren nach gleichem. physikalischen Grundeffekt umfasst, wobei sich jedoch die Ausbildungsformen der Drehratensensoren durch mindestens zwei voneinander unterschiedliche wandlermechanische Wirkprinzipien unterscheiden.
Vorzugsweise werden als physikalische Grundeffekte das Auftreten von Corioliskräften und/oder Präzessionsmomenten an oszillierenden Massen zur Messung von Drehraten genutzt.
Ein unterschiedliches Wandlerprinzip nach der Erfindung liegt dann vor, wenn die Körper der Drehratenwandler aus unterschiedlichen Materialien, vorzugsweise Quarz und Silizium hergestellt sind.
Weiterhin wird unter einem unterschiedlichen Wandlerprinzip verstanden, wenn Wandlerprinzipien vorliegen, bei denen unterschiedlichen elektromechanischen Konstruktionsprinzipien zufolge unterschiedlich sensorisch wirksame Achsrichtungen gegenüber einer sonst gleichen Chipebene vorliegen. Letzteres gilt sinngemäß für die erfindungsgemäß eingesetzten Beschleunigungssensoren.
Vorteilhaft wird eine Reduktion des Raumbedarfs dadurch erreicht, dass die Drehratensensoren urid/oder Beschleunigungssensoren unterschiedliche. sensorisch wirksame Achsrichtungen gegenüber einer sonst gleichen Chip- oder Waferebene aufweisen.
Vorteilhaft ist, dass die Körper der Drehratenwandler aus unterschiedlichen Materialien vorzugsweise Quarz oder Silizium hergestellt sind.
Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
(
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung.
Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung von Raumkoordinaten an einem Fahrzeug,
Fig. 2 eine schematische Darstellung von Platinenebenen im Raum,
Fig. 3 eine schematische Darstellung von Sensoren mit unterschiedlichen Wirkmechanismen und
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Sensoranord- nung nach der Erfindung.
Fig. 1 zeigt die zur Erläuterung verwendeten Raumachsenrichtungen X, Y, Z. Sie sind in Bezug auf das Fahrzeug 1 mit dem Index F gekennzeichnet. Eine Drehrate um ZF wird als Gierrate (Yaw rate) , eine Drehrate um XF wird 'als Wankrate (Roll rate) und eine Drehrate um YF wird als Nickrate (Pitch rate) bezeichnet.
Fig. 2 zeigt die Darstellung von Schaltungsplatinen in einem Raum, dessen Koordinaten X, Y, Z parallel zu den Fahrzeugkoordinaten XF, YF, ZF ausgerichtet sind, so dass Ebenen XY, ZY, ZX entstehen, in die wiederum Schaltplatinen 2, 3, 4 innerhalb von sensorischen Geräten zur Erfassung von Drehraten und-Beschleunigungen ausgerichtet sein können. Es ist technisch häufig erforderlich, eine vorgegebene Ebene der Platine zu ! akzeptieren. Die Erfindung schlägt vor, Drehra- tensensoreή und Beschleunigungssensoren mit unterschiedlichen Wirkachsen in Bezug auf eine gleiche Chip- oder Waferebene so auszuwählen und miteinander zu kombinieren, dass alle diese sensorischen Bauteile auf der Platine mit ihrer Chip- oder Waferebene 2', 3', 4' parallel zur Trägerplatine 2, 3, 4 ausgerichtet sind. In Fig. 2 sind jeweils sechs sensorische Bauteile in dieser parallelen Ausrichtung dargestellt. Sie symbolisieren die Drehratensensoren für Gier-,
Wank-, und Nickrate, gekennzeichnet durch ( punktiert ) Ψ, δ, φ und die Beschleunigungen in die drei Achsrichtungen ax, ay,
Fig. 3 zeigt erfindungsgemäß einsetzbare unterschiedliche Wirkmechanismen am Beispiel von Drehratensensoren. Diese Beschreibung lässt sich zugleich umdeuten auf die im Sinn der Erfindung unterschiedlich nutzbaren Wirkmechanismen von Beschleunigungssensoren, denn ein Drehratensensor nach erfinderisch bevorzugten physikalischen Prinzipien enthält eine Mechanik oszillierender Massen, an die intern entsprechend zur Chipebene ausgerichtete Beschleunigungssensoren gekoppelt sind. Die Beschreibung beschränkt sich daher auf die erfinderisch nutzbaren Mechanismen der Drehratensensoren. Fig. 3a, 3b, 3c, 3d verwenden relative Koordinaten X', Y' , Z' , die zu den Koordinaten X, Y, Z gemäß Fig. 2 parallel ausgerichtet sind.
Fig. 3a zeigt mikromechanisch erzeugte Massen 5, 6, aufgehängt in der Chip- oder Waferebene 7, die durch einen mikromechanischen Antrieb über elektrische oder magnetische Kraftwirkungen FD in X' -Richtung oszillieren. Bei Rotation der Ebene 7 um die Achse Z' entstehen Corioliskräfte bzw. Präzession$momente Fc, die durch interne mikromechanische Beschleunigungssensoren gemessen werden. Die Mechanik dieser internen Beschleunigungssensoren muß so ausgerichtet sein, dass Auslenkungen in Y' -Richtung gemessen werden können. Dann ist es möglich, eine Drehrate mit Achsrichtung senkrecht zur Chip- oder Waferebene zu messen.
Fig. 3b zeigt ein mikromechanisches Schwingungsgebilde wie in Fig. 3a^ mit dem Unterschied, daß die Ebene 7 um die Y'- Achse rotiert. Die Kräfte Fc bzw. die zugehörigen Beschleunigungen haben nun eine Wirkrichtung in die Z' -Achse und die Mechanik der internen Beschleunigungssensoren muß entsprechend ausgerichtet sein, Beschleunigungen in Z' -Richtung zu messen. Dann ist es möglich, eine Drehrate waagerecht zur Chip- oder Waferebene zu messen. Die Nutzung dieser Effekte ist nicht an das Material der Sensoren gebunden, jedoch sind bei dem Material Silizium unter dem Aspekt der verschiedenartigen verfügbaren an sich bekannten Micromachining- Techniken, unterschiedlichste Bauformen mikromechanischer Sensorelemente herstellbar.
Fig. 3c und Fig. 3d zeigen oszillierende Stimmgabelanordnungen in der Chip- oder Waferebene X'Y' . Derartige Anordnungen sind insbesondere aus dem Material Quarz an sich bekannt, können jedoch sehr gut mit Ausführungsformen der Variante Fig. 3a als eine bevorzugte erfindungsgemäße Anordnung kombiniert werden.
Die Zinken der Gabel nach Fig. 3c oszillieren in Richtung FD. Bei Drehung der Gabelebene X'Y' um die Y' -Achse entstehen Kräfte Fc in Richtung der Z' -Achse, die zur Verformung der Zinken aus Quarz führen. Am Quarz entstehen elektrische Spannungen, die gemessen werden.
Fig. 3d zeigt eine sogenannte Doppelgabel. Die prinzipielle Wirkungsweise entspricht der von Fig. 3c mit dem Unterschied, dass oszillatorische Anregung FD und sensorische Wirkung Fc an unterschiedlichen Zinken geschieht.
Fig. 4 zeigt eine Sensoranordnung nach der Erfindung in schematischer Darstellung als baulich abgeschlossene Messeinheit (Sensorcluster) . Die Messeinheit besteht aus einem alles umhüllenden Gehäuse 11 mit zwei von internen Bustreibern versorgten Steckereinheiten Bl, B2 und Busverbindungen 12, 13 an zugehörige, nicht gesondert dargestellte, Peripherie-Elemente 14. Auf einer gleichen Platinenebene 10 befinden sich im erfindungsgemäße Sensoren für Gierrate 15, Nickrate 16, Wankrate 18 sowie Sensoren für Beschleunigung in die Achsrichtungen Z mit Bezugszeichen 18, Y mit Bezugszeichen 19 und X mit Bezugszeichen 20. Die Sensorsignale werden einem Integrierten Schaltkreis 21 zugeführt, der mit einer spezifischen Software 22 zusammenwirkt, um die Sensorsignale geeignet zu verrechnen, zu korrigieren, zu filtern und nach eigensicherheitstechnischen Kriterien zu gewichten. Als Ausgänge entstehen in diesem Beispiel zwei Bussignale 23, 24, wobei Bus 13 z.B. ein Bus mit relativ langsamer Datenrate (z.B. CAN ) sein kann und. Bus 12 eine sehr schnelle direkte Datenverbindung zu einer peripheren Aktuatoreinheit darstellt, die die sensorische Information zur unverzögerten kurzfristigen Auslösung einer Sicherheitsfunktion (z.B. Air- bag) benötigt.
Nachfolgend werden mehrere vorteilhafte Ausführungsformen für erfindungsgemäße Sensoranordnungen beschrieben:
Gruppe A
Ausrichtung der Platinenebene 10 in einer Ausrichtung in der Ebene XZ gemäß Fig. 2.
Beispiel AI
Gierratensensor 15 realisiert durch Sensor gemäß Fig. #3d
Nickratensensor 16 realisiert durch Sensor gemäß Fig. #3a
Wankratensensor 17 realisiert durch Sensor gemäß Fig. #3d
Beispiel A2
Gierratensensor 15 realisiert durch Sensor .gemäß Fig. #3d
Nickratensensor 16 realisiert durch Sensor gemäß Fig. #3a
Wankratensensor 17 realisiert durch Sensor gemäß Fig. #3c
Beispiel A3
Gierratensensor 15 realisiert durch Sensor gemäß Fig. 3b Nickratensensor 16 realisiert durch Sensor gemäß Fig. 3a Wankratensensor 17 realisiert durch Sensor gemäß Fig. 3d
Gruppe B
Ausrichtung der Platinenebene 10 in einer Ausrichtung in der
Ebene XY gemäß Fig. 2.
Beispiel Bl
Gierratensensor 15 realisiert durch Sensor gemäß Fig. 3a
Nickratensensor 16 realisiert durch Sensor gemäß Fig. 3b
Wankratensensor 17 realisiert durch Sensor gemäß Fig. 3b
Beispiel B2
Gierratensensor 15 realisiert durch Sensor gemäß Fig. 3a
Nickratensensor 16 realisiert durch Sensor gemäß Fig. 3c
Wankratensensor 17 realisiert durch Sensor gemäß Fig. 3c
Beispiel B3
Gierratensensor 15 realisiert durch Sensor gemäß Fig. 3a
Nickratensensor 16 realisiert durch Sensor, gemäß Fig. 3d
Wankratensensor 17 realisiert durch Sensor gemäß Fig. 3d
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind zwei Drehratensensoren für zwei orthogonale Raumrichtungen als Kombination zu einer Komponente in die gleiche Chip- oder Waferebene integriert. Dies kann zum Beispiel durch Anwendung des Verfahrens des Siliconmicromaching und der MEMS-Technologien ( Micro Electronic Mechanical Systems) erfolgen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind drei Drehratensensoren für drei orthogonale Raum- richtungen als Kombination zu einer gehäusten Komponente auf das gleiche Substrat, den gleichen Chip- oder Wafer oder auf die gleiche Chip-Ebene integriert.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind zwei oder mehr Beschleunigungssensoren für zwei oder mehr orthogonale Raumrichtungen als Kombination zu einer gehäusten Komponente das gleiche Substrat, den gleichen Chip- oder Wafer oder auf die gleiche Chip-Ebene integriert.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind zwei oder mehr Beschleunigungssensoren sowie zwei oder mehr Drehratensensoren für zwei oder mehr orthogonale Raumrichtungen als Kombination zu einer gehäusten Komponente auf das- gleiche Substrat, den gleichen Chip oder Wafer oder auf die gleiche Chip-Ebene integriert.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind Gehäuse der gehäusten Komponenten als elektrische Abschirmgehäuse oder Abschirmkäfige ausgebildet.

Claims

Patentansprüche
1. Sensoranordnung zur Erfassung von Drehraten und Beschleunigungen aus drei orthogonalen Raumrichtungen umfassend mikromechanische Drehraten- und/oder Beschleunigungssensoren, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Drehratensensoren und/oder Beschleunigungssensoren so ausgebildet sind, dass sie zwar nach dem gleichem physikalischen Grundeffekt arbeiten, jedoch sich die Drehratensensoren und/oder Beschleunigungssensoren durch mindestens zwei voneinander unterschiedliche wandlermecha-,-, nische Wirkprinzipien voneinander unterscheiden.
2. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehratensensoren und/oder Beschleunigungssensoren unterschiedliche sensorisch wirksame Achsrichtungen gegenüber einer sonst gleichen Chip- oder Waferebene aufweisen.
3. Sensoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als gemeinsamer physikalischer Grundeffekt das Auftreten von Corioliskräften und/oder Präzessionsmomenten an oszillierenden Massen zur Messung von Drehraten genutzt wird.
4. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Körper der Drehratenwandler aus unterschiedlichen Materialien vorzugsweise Quarz oder Silizium hergestellt sind.
5. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr Beschleunigungssensoren und/oder zwei oder mehr Drehratensensoren für zwei oder mehr orthogonale Raumrichtungen, insbesondere als Kombination zu einer genausten Komponente, in oder auf das gleiche Substrat, den gleichen Chip oder Wafer oder auf die gleiche Chip-Ebene, insbesondere mittels mikromechanischer Chipstrukturierung, wie beispielsweise Siliconmicromaching und der MEMS- Technologien, integriert werden.
6. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuse der gehäusten Komponenten als elektrische Abschirmgehäuse oder Abschirmkäfige ausgebildet sind.
(
7. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Drehratensensor aus Silizium hergestellt ist, wobei der Sensor eine Drehrate mit Achsrichtung senkrecht zur Chip- oder Waferebene misst.
8. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Drehratensensor aus Silizium hergestellt ist, wobei der Sensor eine Drehrate waagerecht zur Chip- oder Waferebene misst.
9. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Drehratensensor aus Silizium hergestellt ist, wobei dieser in Kombination mit mindestens einem Drehratensensor aus Quarz eingesetzt wird.
10. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Messeinheit bildet, bestehend aus einem alles umhüllenden Gehäuse (11) mit zwei von internen. Bustreibern versorgten Steckereinheiten (Bl) , (B2) und Busverbindungen (12), (13) zugehörige Peripherie und dass eine Platinenebene (10) vorhanden ist, auf der sich Sensoren für Gierrate, Nickrate, Wankrate sowie Sensoren für Beschleunigung in die Achs-., richtungen (X, Y, Z ) befinden, deren Signale einem Integrierten Schaltkreis (21) zugeführt werden, der mit einer spezifischen Software (22) zusammenwirkt, um die Sensorsignale geeignet zu verrechnen, zu korrigieren, zu filtern und nach eigensicherheitstechnischen Kriterien zu gewichten und daraus mindestens zwei separate Bussigήale generiert, wobei mindestens ein Bus eine so schnelle direkte Datenverbindung zu einer peripheren Ak- tuatoreinheit ermöglicht, dass die sensorische Information zur unverzögerten kurzfristigen Auslösung einer Sicherheitsfunktion verfügbar wird.
11. Bremsvorrichtung mit Gierratenregelung, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Sensoranordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10 umfasst.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4891984A (en) * 1985-10-08 1990-01-09 Nippondenso Co., Ltd. Acceleration detecting apparatus formed by semiconductor
US5313835A (en) * 1991-12-19 1994-05-24 Motorola, Inc. Integrated monolithic gyroscopes/accelerometers with logic circuits

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4891984A (en) * 1985-10-08 1990-01-09 Nippondenso Co., Ltd. Acceleration detecting apparatus formed by semiconductor
US5313835A (en) * 1991-12-19 1994-05-24 Motorola, Inc. Integrated monolithic gyroscopes/accelerometers with logic circuits

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JOST K: "YAW SENSING", AUTOMOTIVE ENGINEERING, SOCIETY OF AUTOMOTIVE ENGINEERS. WARRENDALE, US, vol. 103, no. 9, 1 September 1995 (1995-09-01), pages 61 - 63, XP000526647, ISSN: 0098-2571 *

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