DE102007039842B4

DE102007039842B4 - tilt sensor

Info

Publication number: DE102007039842B4
Application number: DE102007039842A
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. Sondergeld
Original assignee: SCHMIDT FEINMECH; Gebrueder Schmidt Fabrik fuer Feinmechanik GmbH and Co KG
Current assignee: SCHMIDT FEINMECH; Gebrueder Schmidt Fabrik fuer Feinmechanik GmbH and Co KG
Priority date: 2007-07-25
Filing date: 2007-08-16
Publication date: 2011-02-24
Anticipated expiration: 2027-08-17
Also published as: DE102007039842A1

Abstract

Neigungssensor mit einem um eine Achse (12) in einem Gehäuse (11) drehbaren Messpendel (20), mit einer Winkelmesseinrichtung (24) zum Erfassen der Drehbewegung des Messpendels (20) um die Achse (12) und mit einem um die Achse (12) drehbaren, massebehafteten Element, dessen Drehbewegung mit der Drehbewegung des Messpendels (20) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Element ein Ausgleichspendel (22) ist, und dass das Ausgleichspendel (22) mit dem Messpendel (20) über ein Getriebe (32, 70, 74) verbunden ist.Inclination sensor with a measuring pendulum (20) rotatable about an axis (12) in a housing (11), with an angle measuring device (24) for detecting the rotational movement of the measuring pendulum (20) about the axis (12) and with a pivot about the axis (12 ), which is coupled to the rotational movement of the measuring pendulum (20), characterized in that the element is a compensating pendulum (22), and in that the compensating pendulum (22) is connected to the measuring pendulum (20) via a transmission (32 , 70, 74).

Description

Die Erfindung betrifft einen Neigungssensor mit einem um eine Achse drehbaren Messpendel, mit einer Winkelmesseinrichtung zum Erfassen der Drehbewegung des Messpendels um die Achse und mit einem um die Achse drehbaren, massebehafteten Element, dessen Drehbewegung mit der Drehbewegung des Messpendels gekoppelt ist.The The invention relates to a tilt sensor having an axis about an axis rotatable measuring pendulum, with an angle measuring device for detecting the rotational movement of the pendulum around the axis and with one around the axis Axis rotatable, mass-loaded element whose rotational movement with the rotational movement of the measuring pendulum is coupled.

Ein Neigungssensor der vorstehend genannten Art ist aus der US 4 667 413 A bekannt.A tilt sensor of the aforementioned type is known from US 4,667,413 A known.

Die Erfindung wird bevorzugt zum Erfassen von Neigungswinkeln in Kraftfahrzeugen eingesetzt. Die Erfassung des Neigungswinkels des Kraftfahrzeugs als ganzes oder einer Baugruppe des Kraftfahrzeugs kann unterschiedlichen Anwendungen dienen. Bei einer ersten Anwendung kann ein Überschlag des Kraftfahrzeugs während eines Unfallgeschehens erkannt werden, um dann entsprechende Insassen-Sicherheitseinrichtungen auszulösen, beispielsweise Überrollbügel, Gurtstraffer, Airbags, Notrufe und dergleichen. Bei einer zweiten Anwendung kann der momentane Neigungswinkel von Bauteilen eines motorisch betätigbaren Klappdachs zum Steuern des Öffnungs- oder Schließvorganges erfasst werden. Bei einer dritten Anwendung kann die Fahrzeugneigung für eine Leuchtweitenregelung erfasst werden. Bei einer vierten Anwendung kann der Wankwinkel und/oder der Nickwinkel des Fahrzeugs für eine Fahrwerksstabilisierungseinrichtung erfasst werden. Diese und weitere Anwendungen im Kraftfahrzeugbereich sind für die Erfindung bevorzugt, die jedoch selbstverständlich auch in anderen Anwendungsbereichen einsetzbar ist.The Invention is preferred for detecting tilt angles in motor vehicles used. The detection of the inclination angle of the motor vehicle as a whole or an assembly of the motor vehicle can be different Applications serve. In a first application can cause a rollover of the motor vehicle during of an accident can be detected, then to appropriate occupant safety devices trigger, For example, roll bar, belt tensioners, Airbags, emergency calls and the like. In a second application can the instantaneous angle of inclination of components of a motor-operated Folding roof for controlling the opening or closing process be recorded. In a third application, the vehicle inclination for one Headlamp leveling system. In a fourth application can be the roll angle and / or the pitch angle of the vehicle for a chassis stabilization device be recorded. These and other applications in the automotive sector are for the invention is preferred, but of course in other applications can be used.

Zur Erfassung eines Neigungswinkels sind zahlreiche Sensortypen bekannt geworden. Diese Sensortypen unterscheiden sich erheblich, je nachdem, ob statische oder quasi-statische Messbedingungen herrschen oder ob Neigungswinkel bei erheblichen Beschleunigungen und Drehraten ermittelt werden sollen.to Detecting a tilt angle are known numerous sensor types become. These sensor types differ significantly depending on whether static or quasi-static Measuring conditions prevail or whether inclination angle at considerable Accelerations and rotation rates are to be determined.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind Sensoren der zweiten Art von Interesse, die ferner auf dem Prinzip eines durch die Schwerkraft ausgelenkten Pendels beruhen, wobei die Pendelauslenkung relativ zu einem mit dem Messobjekt verschwenkten Sensorgehäuse ein Maß für den Neigungswinkel ist.in the Frame of the present invention are sensors of the second kind of interest, further based on the principle of gravity deflected pendulum based, the pendulum deflection relative to a sensor housing pivoted to the measurement object Measure of the angle of inclination is.

Aus der DE 36 11 360 ist in diesem Zusammenhang beispielsweise ein Sensor zur selbsttätigen Auslösung von Insassenschutzvorrichtungen bekannt. Der Sensor weist zwei Pendel auf, die um zueinander senkrecht stehende Achsen verschwenkbar sind, um den Kippwinkel eines Kraftfahrzeugs in zwei Richtungen bestimmen zu können.From the DE 36 11 360 In this context, for example, a sensor for the automatic release of occupant protection devices is known. The sensor has two pendulums, which are pivotable about mutually perpendicular axes in order to determine the tilt angle of a motor vehicle in two directions.

Bei Neigungssensoren nach dem Pendelprinzip besteht das generelle Problem, dass Messwertverfälschungen auftreten, wenn das Messobjekt zusätzlich zu der Neigung beschleunigt wird. Dann überlagert sich die Neigungsbewegung mit der durch die von außen einwirkende Beschleunigung verursachten Bewegung.at Inclination sensors according to the pendulum principle, there is the general problem that measured value distortions occur when the measurement object accelerates in addition to the inclination becomes. Then superimposed The inclination movement with that by the externally acting Acceleration caused movement.

Es sind daher bereits zahlreiche Neigungssensoren dieser Bauart vorgeschlagen worden, bei denen dieser Störfaktor dadurch gemindert wird, dass das Pendel in seiner Bewegung gedämpft wird.It are therefore already proposed numerous inclination sensors of this type where this disturbing factor is reduced by the fact that the pendulum is dampened in its movement.

Aus der DE 40 19 144 ist ein Neigungssensor bekannt, bei dem ein Pendel durch eine auf einer Welle drehbare Scheibe gebildet wird, die einerseits eine exzentrisch angeordnete Masse und andererseits Dämpfungsflügel trägt. Das Pendel ist in einem abgedichteten Raum eines Gehäuses angeordnet, der mit einer Dämpfungsflüssigkeit befüllt ist. Die Drehbewegung des Pendels wird über eine permanentmagnetische Kopplung in den Außenraum übertragen, wo sich ein Winkelsensor befindet. Bei abruptem Verschwenken wird das Pendel in seiner Drehbewegung damit fluidisch bedampft.From the DE 40 19 144 a tilt sensor is known in which a pendulum is formed by a rotatable disc on a shaft, on the one hand carries an eccentrically arranged mass and on the other hand damping wing. The pendulum is arranged in a sealed space of a housing which is filled with a damping fluid. The rotary motion of the pendulum is transmitted via a permanent magnetic coupling in the outer space, where there is an angle sensor. In case of abrupt pivoting, the pendulum is fluidly vaporized in its rotary motion.

Aus der DD 239 861 A1 ist ein Neigungssensor für Fahrzeuge bekannt, bei dem das Problem der Beschleunigung auf andere Weise angegangen wird. Der Sensor enthält drei miteinander fluchtende Wellenstücke, an denen jeweils ein exzentrisches Gewicht befestigt ist. Die Wellenstücke sind über schaltbare Kupplungen miteinander verbindbar. An dem ersten Wellenstück befindet sich ein Messpendel, das mit einer Anzeigevorrichtung verbunden ist. An dem mittleren Wellenstück befindet sich eine Gegenmasse. An dem dritten Wellenstück befindet sich ein Justierpendel, dessen Trägheitsmoment größer ist als das des Messpendels und das der Gegenmasse. Wenn die erste Kupplung zwischen dem ersten und dem zweiten Wellenstück geschlossen ist, bilden das Messpendel und die Gegenmasse ein System, dessen Schwerpunkt in der Achse der Wellenstücke liegt. Bewegt sich das Fahrzeug mit konstanter Geschwindigkeit, ist die erste Kupplung geöffnet, so dass alleine das Messpendel auf die Anzeigevorrichtung wirkt. Die zweite Kupplung zwischen dem zweiten und dem dritten Wellenstück ist dann geschlossen, so dass das Justierpendel die Gegenmasse nach oben gerichtet hält. Erfährt das Fahrzeug eine Beschleunigung, wird die erste Kupplung geschlossen und die zweite Kupplung geöffnet. Dadurch wird die Stellung des Messpendels verrastet, weil das System aus Messpendel und Gegenmasse bei einer Beschleunigung keine Drehung ausführt.From the DD 239 861 A1 For example, a tilt sensor for vehicles is known in which the problem of acceleration is addressed in another way. The sensor contains three aligned shaft pieces to each of which an eccentric weight is attached. The shaft pieces can be connected with each other via switchable couplings. On the first shaft piece is a measuring pendulum, which is connected to a display device. At the middle shaft piece is a counterweight. On the third shaft piece is an adjusting pendulum whose moment of inertia is greater than that of the measuring pendulum and that of the counterweight. When the first coupling between the first and second shaft pieces is closed, the measuring pendulum and counterweight form a system whose center of gravity is in the axis of the shaft pieces. If the vehicle is moving at a constant speed, the first clutch is open so that only the measuring pendulum acts on the display device. The second coupling between the second and the third shaft piece is then closed, so that the adjustment pendulum keeps the counterweight upwards. If the vehicle experiences an acceleration, the first clutch is closed and the second clutch is opened. As a result, the position of the measuring pendulum is locked, because the system of measuring pendulum and counterweight performs no rotation during acceleration.

Die DD 30 902 A1 beschreibt einen Steigungs- und Gefällemesser mit einem Pendelgewicht, an dem unmittelbar ein Bremspendel gelagert ist. Pendelgewicht und Bremspendel drehen sich daher um unterschiedliche Achsen, wobei die Brems- bzw. Dämpfungswirkung dissipativ eintritt.The DD 30 902 A1 describes a pitch and incline knife with a pendulum weight on which a brake pendulum is mounted directly. Pendulum weight and brake pendulum therefore turn about different axes, wherein the braking or damping effect occurs dissipatively.

Die DE 29 25 839 A beschreibt zusammen mit der DE 29 16 044 A eine Vorrichtung zur Stellweg- bzw. Positionieranzeige des Vorderrades eines Fahrzeuges. Die Vorrichtung umfasst ein Pendel, an dem eine Achse gelagert ist, auf der ein Zahnrad mit einem ferromagnetischen Einsatz gelagert ist.The DE 29 25 839 A describes together with the DE 29 16 044 A a device for Stellweg- or positioning indicator of the front wheel of a vehicle. The device comprises a pendulum on which an axle is mounted, on which a gear is mounted with a ferromagnetic insert.

Bei einer weiteren Gruppe bekannter Neigungssensoren der hier interessierenden Art wird zur Bedämpfung des Messpendels ein koaxial zu dem Messpendel angeordnetes, massebehaftetes und um die Achse drehbares Element verwendet.at another group of known inclination sensors of interest here Art becomes a cushioning of the measuring pendulum is a coaxial with the measuring pendulum arranged mass and used around the axis rotatable element.

Aus der eingangs genannten US 4 667 413 A ist ein derartiger Neigungssensor bekannt, bei dem ein Pendel durch eine exzentrische Masse gebildet wird, die über eine Blattfeder mit einer Nabe verbunden ist. Die Nabe ist in einem Gehäuse auf einer Welle drehbar. Die Nabe trägt ihrerseits eine Geberscheibe eines gehäusefesten Sensors. Ferner ist ein zum Pendel koaxial angeordnetes Masserad vorgesehen, das entweder über ein Reiblager auf der Welle drehbar oder über einen Permanentmagneten mit dem Pendel gekoppelt ist. Das Masserad dampft damit das Pendel, wenn der Neigungssensor abrupt verschwenkt wird.From the above US 4,667,413 A Such a tilt sensor is known in which a pendulum is formed by an eccentric mass which is connected via a leaf spring to a hub. The hub is rotatable in a housing on a shaft. The hub in turn carries a donor disc of a housing-fixed sensor. Further, a mass arranged coaxially to the pendulum mass is provided, which is rotatable either via a friction bearing on the shaft or coupled via a permanent magnet with the pendulum. The mass wheel thus steams the pendulum when the inclination sensor is pivoted abruptly.

Dieser bekannte Neigungssensor hat den Nachteil, dass das Dämpfungsverhalten nicht optimal ist. Dies drückt sich darin aus, dass der Frequenzgang der Messempfindlichkeit nicht gleichförmig ist, so dass der Sensor je nach der Frequenz des auf ihn einwirkenden Ereignisses ein besseres oder ein schlechteres Messverhalten zeigt.This Known inclination sensor has the disadvantage that the damping behavior is not optimal. This expresses This is because the frequency response of the measurement sensitivity is not uniform is, so the sensor depending on the frequency of acting on it Event shows a better or a worse measurement behavior.

Aus der DE 26 01 177 A1 ist ein ganz ähnlicher Neigungssensor bekannt, bei dem ein Pendel durch einen topfförmigen Drehkörper gebildet wird, der auf einer Welle eines Winkelsensors drehbar und mit einer exzentrischen Masse versehen ist. Koaxial zu dem Pendel ist ein Masserad mit etwa 40 mal größerer Masse drehbar gelagert. Das Pendel und das Masserad befinden sich gemeinsam in einem Hohlraum eines Gehäuses, der mit Silikonöl befüllt ist. Bei abruptem Verschwenken des Sensors nimmt das Pendel daher das Masserad über die fluidische Kopplung mit und wird auf diese Weise bedämpft.From the DE 26 01 177 A1 For example, a similar inclination sensor is known in which a pendulum is formed by a cup-shaped rotary body which is rotatable on a shaft of an angle sensor and provided with an eccentric mass. Coaxial with the pendulum, a mass wheel with about 40 times larger mass is rotatably mounted. The pendulum and the mass wheel are located together in a cavity of a housing which is filled with silicone oil. With abrupt pivoting of the sensor, the pendulum therefore takes along the mass wheel via the fluidic coupling and is damped in this way.

Infolge der ähnlichen Bauart hat auch dieser Sensor die Nachteile des vorgenannten Sensors, insbesondere hinsichtlich des Frequenzganges der Messempfindlichkeit.As a result the like This type of sensor also has the disadvantages of the aforementioned sensor, in particular with regard to the frequency response of the measuring sensitivity.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, einen Neigungssensor der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass die vorgenannten Nachteile vermieden werden. Insbesondere soll ein Neigungssensor zur Verfügung gestellt werden, der auch bei hohen einwirkenden Beschleunigungen und bei hohen Drehraten ein zuverlässiges Messergebnis über einen großen Winkelbereich bei hinreichend guter Messgenauigkeit gewährleistet.Of the Invention is in contrast The task is based on a tilt sensor of the aforementioned Further develop a type such that the aforementioned disadvantages be avoided. In particular, a tilt sensor is provided which is also at high acting accelerations and at high rotation rates a reliable Measurement result over a big Angular range with sufficiently good accuracy guaranteed.

Bei einem Neigungssensor der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Element ein Ausgleichspendel ist, und dass das Ausgleichspendel mit dem Messpendel über ein Getriebe verbunden ist.at a tilt sensor of the type mentioned is this task according to the invention thereby solved, that the element is a compensation pendulum, and that the compensation pendulum with the measuring pendulum over a gear is connected.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst.The The object underlying the invention is complete in this way solved.

Die Verwendung eines Ausgleichspendels anstelle einer nur trägen Drehmasse bewirkt nämlich eine weit effektivere dispersive Dämpfung des Messpendels und damit eine exaktere Messung. Das erfindungsgemäße Doppelpendel wirkt nämlich nahezu ideal als „Pendel der Ruhe”, das unabhängig vom jeweiligen Zeitpunkt und unabhängig vom jeweiligen Bewegungszustand in Richtung des Lots, d. h. der natürlichen Schwerkraft zeigt.The Using a compensating pendulum instead of a sluggish rotating mass namely causes a far more effective dispersive damping of the measuring pendulum and thus a more exact measurement. The double pendulum according to the invention it works almost ideal as a "pendulum the silence", that independently from the respective time and regardless of the respective state of motion in the direction of the lot, d. H. showing natural gravity.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Getriebe ein Planetengetriebe.at In a preferred embodiment of the invention, the transmission is a Planetary gear.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass ein exakt berechenbares Getriebe Verwendung findet, das mit wenigen Bauteilen auskommt, niedrige Reibungsverluste hat und kompakt baut.These measure has the advantage that a precisely calculable gear use finds, which manages with few components, low friction losses has and builds compact.

Im letztgenannten Fall ist bei einem praktischen Ausführungsbeispiel bevorzugt, wenn das Messpendel mit einem Hohlrad versehen ist, ferner das Ausgleichspendel ein Planetenrad aufweist, und das Planetenrad auf einem um die Achse drehbaren Steg drehbar gelagert ist und einerseits mit dem Hohlrad und andererseits mit einem um die Achse drehbaren Masserad kämmt. Insbesondere weist vorzugsweise der Steg einen um die Achse drehbaren Schleppanker mit exzentrisch angeordneter Masse auf.in the the latter case is in a practical embodiment Preferably, when the measuring pendulum is provided with a ring gear, also the Balancing pendulum has a planetary gear, and the planet gear on a web rotatable about the axis is rotatably mounted and on the one hand with the ring gear and on the other hand with a rotatable about the axis Masserad combs. In particular, preferably, the web has a rotatable about the axis Towing anchor with eccentrically arranged mass.

Diese Maßnahmen haben den Vorteil, dass das Getriebe mit einem Minimum an Bauteilen auf geringst möglichem Raum realisiert wird.These activities have the advantage of having the transmission with a minimum of components on the lowest possible Space is realized.

In an sich bekannter Weise kann erfindungsgemäß die Winkelmesseinrichtung ein mit dem Messpendel verbundenes Geberelement sowie ein mit dem Gehäuse verbundenes Sensorelement aufweisen. Vorzugsweise ist dann das Geberelement ein magnetisches Element und das Sensorelement ein magnetfeldempfindliches Sensorelement.In known per se, the angle measuring device according to the invention one connected to the measuring pendulum encoder element and one with the casing having connected sensor element. Preferably then is the donor element a magnetic element and the sensor element a magnetic field sensitive Sensor element.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass auf bekannte Konzepte derartiger Winkelmesseinrichtungen zurückgegriffen werden kann.This measure has the advantage that known concepts of such Winkelmesseinrich can be used.

Eine gute Wirkung wird in diesem Zusammenhang dann erzielt, wenn das Geberelement einen Fluxring als äußere, ringförmige, weichmagnetische Abschirmung und einen inneren, ringförmigen Permanentmagneten aufweist.A Good effect is achieved in this context, if the Donor element a Fluxring as outer, ring-shaped, soft magnetic Shield and having an inner, annular permanent magnet.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die Winkelmessung ungestört von externen Magnetfeldern, einschließlich des Erdmagnetfeldes, stattfinden kann.These measure has the advantage that the angle measurement is undisturbed by external magnetic fields, including of the earth's magnetic field, can take place.

Bei einer besonders bevorzugten Gruppe von Ausführungsbeispielen ist zwischen dem Messpendel und dem Ausgleichspendel eine dämpfende Lagerung vorgesehen.at A particularly preferred group of embodiments is between provided a dampening storage the measuring pendulum and the balance pendulum.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die dispersive Dämpfung, d. h. der idealer weise verlustfreie Energieaustausch zwischen Messpendel und Ausgleichspendel durch einen dissipativen, d. h. Bewegungsenergie in Wärme umsetzenden Energieübergang ergänzt wird. Diese Ergänzung bewirkt eine weitere Verbesserung des Frequenzganges des Neigungssensors.These measure has the advantage that the dispersive damping, i. H. the ideal way lossless energy exchange between measuring pendulum and compensating pendulum a dissipative, d. H. Kinetic energy into heat transferring energy transition added becomes. This supplement causes a further improvement of the frequency response of the tilt sensor.

Die dämpfende Lagerung kann als Reiblagerung, insbesondere als fluidische Lagerung ausgebildet sein.The absorbing Storage can be used as a friction bearing, in particular as a fluidic bearing be educated.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass das Ausmaß der dissipativen Dämpfung genau und mit einfachen, platzsparenden Mitteln einstellbar ist. Dadurch kann das Dämpfungsverhalten beispielsweise gezielt aperiodisch oder überkritisch eingestellt werden.These measure has the advantage that the extent of dissipative damping exactly and with simple, space-saving means is adjustable. This allows the damping behavior For example, be set targeted aperiodic or supercritical.

In der Praxis ist dann bevorzugt, wenn die fluidische Lagerung als mit einem viskosen Fluid befüllter Ringspalt zwischen zwei rotierenden Körpern ausgebildet ist.In practice is preferred when the fluidic storage as filled with a viscous fluid Annular gap is formed between two rotating bodies.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die genannte Einstellung der Dämpfungscharakteristik in einfacher Weise durch die Abmessungen des Ringspalts und die Viskosität des in dem Ringspalt befindlichen Fluids bewirkt werden kann. Weiterhin hat die schwimmende Lagerung des Pendels bzw. der Pendel in dem Fluid den Vorteil, dass durch den Auftrieb in dem Fluid die Lagerbelastung der Pendelwelle vermindert wird.These measure has the advantage that said adjustment of the damping characteristic in a simple way by the dimensions of the annular gap and the viscosity of the fluid in the annular gap can be effected. Farther has the floating bearing of the pendulum or pendulum in the Fluid the advantage that by the buoyancy in the fluid bearing load the pendulum shaft is reduced.

Erfindungsgemäß ist besonders bevorzugt, wenn ein Massenschwerpunkt des Messpendels näher an der Achse liegt als ein Massenschwerpunkt des Ausgleichspendels, und wenn vorzugsweise ein Schleppwinkel des Schleppankers kleiner ist als ein Lagerreibungswinkel des Messpendels, wobei insbesondere das Verhältnis der gekoppelten Eigenfrequenz von Ausgleichspendel und Messpendel im Bereich zwischen 3 und 5 liegt.According to the invention is particular preferred when a center of mass of the measuring pendulum closer to the Axis lies as a center of gravity of the compensatory donation, and if preferably a drag angle of the drag anchor is smaller as a bearing friction angle of the measuring pendulum, in particular The relationship the coupled natural frequency of balance pendulum and measuring pendulum in the range between 3 and 5 lies.

Diese Maßnahmen haben den Vorteil, dass sich infolge der dispersiven Dämpfung ein im Idealfalle verlustfreier Energieaustausch zwischen Messpendel und Ausgleichspendel ergibt.These activities have the advantage that due to the dispersive damping a Ideally, lossless energy exchange between measuring pendulum and compensating pendulum results.

Schließlich ist bevorzugt, wenn das Getriebe zwischen Messpendel und Masserad ein Übersetzungsverhältnis zwischen 2 und 4 aufweist.Finally is preferred when the transmission between the measuring pendulum and Masserad a gear ratio between 2 and 4 has.

Die letztgenannten Maßnahmen haben den Vorteil, dass ein tiefgestimmtes, asynchrones Doppelpendel entsteht.The latter measures have the advantage that a tuned, asynchronous double pendulum arises.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.Further Advantages will be apparent from the description and the accompanying drawings.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It it is understood that the above and the following yet to be explained features not only in the specified combination, but also in other combinations or alone, without to leave the scope of the present invention.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:embodiments The invention are illustrated in the drawings and in the following description explained. Show it:

1: eine Explosionsdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Neigungssensors; 1 an exploded view of an embodiment of a tilt sensor according to the invention;

2: eine radiale Schnittdarstellung eines gegenüber 1 abgewandelten Ausführungsbeispiels mit einem fluidisch bedämpften Doppelpendel; 2 : a radial sectional view of one opposite 1 modified embodiment with a fluidically damped double pendulum;

3: eine stark schematisierte radiale Schnittdarstellung des Ausführungsbeispiels von 1 als Schemazeichnung zur Erläuterung des physikalischen Wirkprinzips; 3 : a highly schematic radial sectional view of the embodiment of 1 as a schematic drawing to explain the physical principle of action;

4: ein Messdiagramm für die Neigungswinkel-Messempfindlichkeit in Abhängigkeit von der Drehfrequenz beim Ausführungsbeispiels der 1 im Vergleich zum Stand der Technik; 4 FIG. 2: a measurement diagram for the inclination angle measurement sensitivity as a function of the rotational frequency in the exemplary embodiment of FIG 1 in comparison to the prior art;

5: ein Messdiagramm, ähnlich 4, jedoch für den Hysteresewinkel in Abhängigkeit von der Drehfrequenz beim Ausführungsbeispiel der 2; 5 : a measurement diagram, similar 4 , but for the hysteresis angle as a function of the rotational frequency in the embodiment of 2 ;

6: ein Messdiagramm, ähnlich 5, jedoch für die Winkelsignalamplitude in Abhängigkeit von der Schwingfrequenz bei vorbestimmter lateraler Beschleunigungsamplitude; 6 : a measurement diagram, similar 5 but for the angular signal amplitude as a function of the oscillation frequency at a predetermined lateral acceleration amplitude;

7: ein Messdiagramm des Ausführungsbeispiels der 2 für die Messempfindlichkeit, in Abhängigkeit von der Drehfrequenz; 7 FIG. 2: a measurement diagram of the exemplary embodiment of FIG 2 for measuring sensitivity, in Dependence on the rotational frequency;

8: ein Messdiagramm ähnliche 7 für den Hysteresewinkel, in Abhängigkeit von der Drehfrequenz; 8th : a measurement diagram similar 7 for the hysteresis angle, as a function of the rotational frequency;

9: ein Messdiagramm ähnliche 7 für die Winkelsignalamplitude, in Abhängigkeit von der Schwingfrequenz; und 9 : a measurement diagram similar 7 for the angular signal amplitude, as a function of the oscillation frequency; and

10: ein Messdiagramm ähnliche 7 für das Winkelsignal bei Impuls- und Drehbelastung, in Abhängigkeit von der Zeit. 10 : a measurement diagram similar 7 for the angle signal at impulse and rotation load, as a function of time.

In 1 bezeichnet 10 als ganzes ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Neigungssensors, wie er bevorzugt für Anwendungen der eingangs genannten Art im Kraftfahrzeug verwendet wird. Der Neigungssensor 10 hat bei einem praktischen Ausführungsbeispiel für die Anwendung als Überschlagsensor, das nachstehend noch näher beschrieben wird, einen Durchmesser von etwa 18 mm und eine Länge von etwa 20 mm.In 1 designated 10 as an entire embodiment of a tilt sensor according to the invention, as it is preferably used for applications of the type mentioned in the motor vehicle. The tilt sensor 10 has in a practical embodiment for the application as a rollover sensor, which will be described in more detail below, a diameter of about 18 mm and a length of about 20 mm.

Der Neigungssensor 10 weist ein hier nur schematisch angedeutetes Gehäuse 11 auf, dass fest mit demjenigen Bauteil bzw. der Baugruppe verbunden ist, deren Neigung um eine bestimmte Achse 12 gemessen werden soll. Das Gehäuse 11 ist mit Lagerbuchsen 14a, und 14b versehen, die Lagerzapfen 16 einer sich entlang der Achse 12 erstreckenden Lagerwelle 18 aufnehmen.The tilt sensor 10 has a here only schematically indicated housing 11 on, that is firmly connected to that component or the assembly whose inclination about a certain axis 12 to be measured. The housing 11 is with bushings 14a , and 14b provided, the journals 16 one along the axis 12 extending bearing shaft 18 take up.

Auf der Lagerwelle 18 sind nebeneinander drei Baugruppen gelagert, nämlich in der Mitte ein Messpendel 20, daneben auf der in 1 vorderen Seite ein Ausgleichspendel 22 sowie auf der in 1 hinteren Seite ein rotorseitiger Teil einer Winkelmesseinrichtung 24, dessen Masse allerdings zur Masse des Messpendels 20 gehört, wie noch erläutert werden wird.On the bearing shaft 18 three assemblies are stored next to each other, namely a measuring pendulum in the middle 20 , next to the in 1 front side a compensation pendulum 22 as well as on the in 1 rear side of a rotor-side part of an angle measuring device 24 However, its mass to the mass of the measuring pendulum 20 heard, as will be explained.

Das Messpendel 20 enthält einen Pendelkörper 30, der als Hohlrad 32 mit einer Innenverzahnung 34 ausgebildet ist. Ferner ist der Pendelkörper 30 mit einer ersten, relativ zur Längsachse 12 exzentrischen Masse 36 versehen. Eine radiale Wand 38 des Pendelkörpers 30 ist mit einem Ringflansch 40 versehen, mit dem der Pendelkörper 30 fest mit der Lagerwelle 18 verbunden ist, so dass er sich frei um die Achse 12 drehen kann.The measuring pendulum 20 contains a pendulum body 30 that as a ring gear 32 with an internal toothing 34 is trained. Further, the pendulum body 30 with a first, relative to the longitudinal axis 12 eccentric mass 36 Mistake. A radial wall 38 of the pendulum body 30 is with a ring flange 40 provided with the pendulum body 30 firmly with the bearing shaft 18 is connected so that he is free around the axis 12 can turn.

Wie bereits erwähnt, beinhaltet das Messpendel 20 auch die Masse der weiter unten beschriebenen Masse des rotorseitigen Teils der Winkelmesseinrichtung 24. Im Ausführungsbeispiel beträgt das gekoppelte Massenträgheitsmoment J₁ des Messpendels 20 insgesamt etwa 80 g mm². Der Abstand des Schwerpunktes des Messpendels 20 von der Achse 12 ist in 1 mit s₁ bezeichnet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Abstand s₁ sehr klein. Er liegt beispielsweise bei 0,2 mm und damit in der Größenordnung des Radius der Lagerwelle 18.As already mentioned, the measuring pendulum contains 20 also the mass of the mass of the rotor-side part of the angle measuring device described below 24 , In the exemplary embodiment, the coupled mass moment of inertia J _{1 of} the measuring pendulum 20 a total of about 80 g mm ² . The distance of the center of gravity of the measuring pendulum 20 from the axis 12 is in 1 denoted by s ₁ . In the illustrated embodiment, the distance s _{1 is} very small. It is for example 0.2 mm and thus in the order of magnitude of the radius of the bearing shaft 18 ,

Auf der in 1 hinteren Seite der Wand 38 des Pendelkörpers 30 ist der rotorseitige Teil der Winkelmesseinrichtung 24, nämlich ein permanentmagnetisches Drehgeberelement 44 befestigt, beispielsweise in eine entsprechende Ausnehmung im Pendelkörper 30 eingepresst oder geklebt. Das permanentmagnetische Drehgeberelement 44 dreht sich also mit dem Pendelkörper 30 um die Achse 12. Es besteht im wesentlichen aus einem äußeren, ringförmigen, weichmagnetischen Fluxring 46, der als magnetische Flussführung und als Abschirmung wirkt, und einem inneren, ringförmigen Permanentmagneten 48, dessen eine Ringhälfte den Nordpol und dessen andere Ringhälfte den Südpol bildet, derart, dass eine diametrale Magnetisierungsrichtung entsteht. Die Masse des permanentmagnetischen Drehgeberelements 44 gehört durch die feste Verbindung mit dem Pendelkörper 30, wie erwähnt, zur Masse des Messpendels 20.On the in 1 rear side of the wall 38 of the pendulum body 30 is the rotor-side part of the angle measuring device 24 namely a permanent magnetic encoder element 44 attached, for example, in a corresponding recess in the pendulum body 30 pressed or glued. The permanent magnetic encoder element 44 So it turns with the pendulum body 30 around the axis 12 , It consists essentially of an outer, annular, soft magnetic Fluxring 46 which acts as a magnetic flux guide and as a shield, and an inner annular permanent magnet 48 of which one half of the ring forms the north pole and the other half of the ring forms the south pole, such that a diametral magnetization direction arises. The mass of the permanent magnetic encoder element 44 belongs to the firm connection with the pendulum body 30 , as mentioned, to the mass of the measuring pendulum 20 ,

An dem Gehäuse 11 ist der statorseitige Teil der Winkelmesseinrichtung 24 befestigt. Er weist einen Sensor 54 auf, der mit einer Leiterplatte 56 versehen ist, auf der sich die erforderliche Elektronik befindet. Diese umfasst ein magnetfeldempfindliches Sensorelement 58, bei dem in 1 mit 59 die Feldlinien des von dem permanentmagnetischen Drehgeberelement 44 erzeugten Magnetfeldes angedeutet sind, die den Innenraum des ringförmigen Permanentmagneten 48 parallel zu einem Durchmesser durchsetzen und die sich bei einer Relativdrehung zwischen dem permanentmagnetischen Drehgeberelement 44 und dem Sensor 54 in Richtung eines Pfeils 60 drehen. Die Leiterplatte 56 trägt ferner die notwendigen elektrischen Anschlüsse 62.On the case 11 is the stator-side part of the angle measuring device 24 attached. He has a sensor 54 on that with a circuit board 56 is provided on which the required electronics is located. This comprises a magnetic field-sensitive sensor element 58 in which in 1 With 59 the field lines of the permanent magnetic encoder element 44 generated magnetic field, which are the interior of the annular permanent magnet 48 penetrate parallel to a diameter and in a relative rotation between the permanent magnetic encoder element 44 and the sensor 54 in the direction of an arrow 60 rotate. The circuit board 56 also carries the necessary electrical connections 62 ,

Das Sensorelement 58 ist vorzugsweise ein Hall-Element oder ein magnetostriktives Element. Es steht im eingebauten Zustand dem Permanentmagneten 48 gegenüber und erfasst in der beschriebenen Weise über 360° berührungslos und rückwirkungsfrei das magnetische Drehfeld 59, das von dem Permanentmagneten 48 erzeugt wird, wenn sich das Messpendel 20 um die Achse 12 dreht. Infolge der Abschirmung ist die Winkelmesseinrichtung 24 von äußeren magnetischen Einflüssen, beispielsweise des Erdmagnetfeldes, abgeschirmt. Das Ausgangssignal der Winkelmesseinrichtung 24 kann in an sich bekannter Weise analog, digital, pulsweitenmoduliert oder entsprechend bekannter Datenbusprotokolle aufbereitet sein.The sensor element 58 is preferably a Hall element or a magnetostrictive element. It is in the installed state of the permanent magnet 48 opposite and recorded in the manner described over 360 ° contactless and non-reactive the magnetic rotating field 59 that of the permanent magnet 48 is generated when the measuring pendulum 20 around the axis 12 rotates. As a result of the shield is the angle measuring device 24 from external magnetic influences, such as the earth's magnetic field, shielded. The output signal of the angle measuring device 24 can be processed in a conventional manner analog, digital, pulse width modulated or according to known data bus protocols.

Das Signal des Sensorelements kann, beispielsweise bereits in der Elektronik auf der Leiterplatte 56, einer Tiefpass-Filterung unterzogen werden, wobei die Tiefpass-Grenzfrequenz bevorzugt unterhalb von 5 Hz liegt. Damit wird insbesondere bei hohen Beschleunigungen das Sensorsignal ohne merkliche Signalverfälschung geglättet.The signal of the sensor element can, for example, already in the electronics on the circuit board 56 be subjected to a low-pass filtering, with the low-pass cutoff frequency preferred is below 5 Hz. Thus, especially at high accelerations, the sensor signal is smoothed without noticeable signal corruption.

Das Ausgleichspendel 22 weist einen Schleppanker 64 auf, der mittels einer Nabe 66 auf der Lagerwelle 18 drehbar ist. Der Schleppanker 64 ist mit einer zweiten exzentrischen Masse 68 versehen. Sein Schwerpunkt hat einen Abstand s₂ von der Achse 12. Im Ausführungsbeispiel beträgt beispielsweise s₂ = 2,5 mm. Es ist wichtig, dass der Abstand s₂ größer ist als der Abstand s₁, so wie dies auch deutlich in 1 zu erkennen ist.The compensation pendulum 22 has a tow anchor 64 on, by means of a hub 66 on the bearing shaft 18 is rotatable. The tow anchor 64 is with a second eccentric mass 68 Mistake. Its center of gravity is at a distance s ₂ from the axis 12 , In the exemplary embodiment, for example, s ₂ = 2.5 mm. It is important that the distance s _{2 is} greater than the distance s ₁ , as well as clearly in 1 can be seen.

An dem Schleppanker 64, der insoweit als Steg eines Planetengetriebes wirkt, ist ein Planetenrad 70 um eine Achse 72 drehbar gelagert, die vorzugsweise parallel zur Achse 12 verläuft.At the tow anchor 64 , which acts in this respect as a bridge of a planetary gear, is a planetary gear 70 around an axis 72 rotatably mounted, preferably parallel to the axis 12 runs.

Das Planetenrad 70 kämmt im eingebauten Zustand mit der Innenverzahnung 34 des Hohlrades 32. Es kämmt weiter mit einem Sonnenrad 74, das ebenfalls drehbar auf der Lagerwelle 18 sitzt und fest mit einem Masserad 76 verbunden ist, das folglich ebenfalls um die Achse 12 drehbar ist.The planet wheel 70 meshes with the internal teeth when installed 34 of the ring gear 32 , It continues to mesh with a sun wheel 74 also rotatable on the bearing shaft 18 sits and firmly with a Masserad 76 is therefore also around the axis 12 is rotatable.

Im Ausführungsbeispiel beträgt das gekoppelte Massenträgheitsmoment J₂ des Ausgleichspendels 22 etwa 22 g mm².In the exemplary embodiment, the coupled mass moment of inertia J _{2 of} the compensating pendulum 22 about 22g mm ² .

Es versteht sich dabei, dass das dargestellte Planetengetriebe mit Hohlrad 32, Steg 64, Planetenrad 70 und Sonnenrad 74 nur beispielhaft für die Kopplung zwischen Messpendel 20 und Ausgleichspendel 22 zu verstehen ist. Denkbar sind auch andere bidirektionale Kopplungen, beispielsweise durch Reibschluss, Fluidschluss oder anderen Formschluss.It is understood that the illustrated planetary gear with ring gear 32 , Footbridge 64 , Planetary gear 70 and sun gear 74 only as an example for the coupling between measuring pendulum 20 and compensation pendulum 22 to understand. Also conceivable are other bidirectional couplings, for example by frictional engagement, fluid connection or other positive connection.

Beim Ausführungsbeispiel der 1 sind die drehbaren Elemente frei drehbar, also bei kontinuierlicher Drehung ungedämpft. Die Dämpfung des Messpendels 20 durch das Ausgleichspendel 24 wird weiter unten noch erläutert.In the embodiment of 1 The rotatable elements are freely rotatable, that is unattenuated with continuous rotation. The damping of the measuring pendulum 20 through the compensation pendulum 24 will be explained below.

Die Laufeigenschaften der Pendel 20, 22 wird durch eine reibungsarme Lagerung der Lagerzapfen 16 in den beiden Lagerbuchsen 14a, 14b bzw. der Lagerwelle 18 in der Nabe 66 bestimmt. Eine möglichst kleine Lagerreibung wird durch eine optimierte Werkstoffpaarung Welle 18/Buchse 14a, 14b bzw. /Nabe 66 und einen möglichst kleinen Wellenzapfendurchmesser d₁ bzw. Lagerwellendurchmesser d₂ erreicht. Bei dem eingangs genannten Ausführungsbeispiel beträgt beispielsweise d₁ = 0,25 mm und d₂ = 0,4 mm.The running characteristics of the pendulum 20 . 22 is due to a low-friction bearing of the journals 16 in the two bushings 14a . 14b or the bearing shaft 18 in the hub 66 certainly. The smallest possible bearing friction is achieved by an optimized material pairing shaft 18 /Rifle 14a . 14b or / hub 66 and reaches the smallest possible shaft journal diameter d ₁ or bearing shaft diameter d ₂ . In the embodiment mentioned above, for example, d ₁ = 0.25 mm and d ₂ = 0.4 mm.

Für die Lagerung der Lagerzapfen 16 in den Lagerbuchsen 14a, 14b lässt sich der Lagerreibungswinkel α₁ für einen Reibbeiwert μ zwischen Lagerzapfen 16 und Lagerbuchsen 14a, 14b wie folgt angeben: α₁ = arctanμd₁/2s₁ For the storage of the bearing journals 16 in the bushings 14a . 14b can the bearing friction angle α ₁ for a coefficient of friction μ between journals 16 and bushings 14a . 14b specify as follows: α ₁ = arctanμd ₁ / 2s ₁

Für die Lagerung der Lagerwelle 18 in der Nabe 66 mit dem selben Reibbeiwert μ gilt für den Schleppwinkel α₂ in entsprechender Weise: α₂ = arctanμd₂/2s₂ For the storage of the bearing shaft 18 in the hub 66 with the same friction coefficient μ, the following applies to the drag angle α ₂ : α ₂ = arctanμd ₂ / 2s ₂

Im Ausführungsbeispiel ist μ = 0,06 und mit d₁ = 0,25 mm, s₁ = 0,2 mm, d₂ = 0,4 mm und s₂ = 2,5 mm ergeben sich ein Lagerreibungswinkel α₁ = 2,15° und ein Schleppwinkel α₂ = 0,28°.In the exemplary embodiment, μ = 0.06 and with d ₁ = 0.25 mm, s ₁ = 0.2 mm, d ₂ = 0.4 mm and s ₂ = 2.5 mm results in a bearing friction angle α ₁ = 2, 15 ° and a drag angle α ₂ = 0.28 °.

Dadurch, dass der Durchmesser d₂ größer als der Durchmesser d₁ ist, wird also erreicht, dass der Schleppwinkel α₂ kleiner ist als der Lagerreibwinkel α₁. Damit ist eine effektive dispersive Dämpfung des Messpendels 20 durch das Ausgleichspendel 22 infolge eines im Idealfall verlustfreien Energieaustauschs zwischen Messpendel 20 und Ausgleichspendel 22 möglich.Because the diameter d _{2 is} greater than the diameter d ₁ , it is thus achieved that the drag angle α _{2 is} smaller than the bearing friction angle α ₁ . This is an effective dispersive damping of the measuring pendulum 20 through the compensation pendulum 22 due to an ideally lossless energy exchange between the measuring pendulum 20 and compensation pendulum 22 possible.

Bei dem praktischen Ausführungsbeispiel mit den bereits genannten Abständen der Massenschwerpunkte von der Lagerachse 12, nämlich s₁ = 0,2 mm und s₂ = 2,5 mm liegt die so genannte gekoppelte Eigenfrequenz f₁ des Messpendels 20 bei weniger als 2 Hz, typischerweise bei 1 Hz und die gekoppelte Eigenfrequenz f₂ des Ausgleichspendels 22 bei mehr als 2 Hz, typischerweise bei 3 Hz. Das Frequenzverhältnis f₂/f₁ liegt vorzugsweise im Bereich von 3 bis 5.In the practical embodiment with the already mentioned distances of the centers of mass of the bearing axis 12 , namely s ₁ = 0.2 mm and s ₂ = 2.5 mm is the so-called coupled natural frequency f _{1 of} the measuring pendulum 20 at less than 2 Hz, typically at 1 Hz and the coupled natural frequency f _{2 of} the compensating pendulum 22 at more than 2 Hz, typically at 3 Hz. The frequency ratio f ₂ / f ₁ is preferably in the range of 3 to 5.

Das Messpendel 20 und das damit über das Planetengetriebe 32, 70, 74 schwerkraftgekoppelte Ausgleichspendel 22 bilden ein so genanntes tiefgestimmtes, asynchrones Doppelpendel.The measuring pendulum 20 and that's about the planetary gear 32 . 70 . 74 Gravity-coupled compensation pendulum 22 form a so-called deep-tuned, asynchronous double pendulum.

Zwischen dem Messpendel 20 und dem Ausgleichspendel 22 wirkt eine innere Pendeldämpfung, die sich dadurch auszeichnet, dass keine direkte Wirkverbindung zum Stator, also dem Gehäuse 11, vorhanden ist. Wie bereits erwähnt, ist diese Dämpfung rein dispersiv, d. h. die Schwingungsenergie wird im Messpendel 20 bzw. im Ausgleichspendel 22, dort insbesondere im Masserad 76 gespeichert. Dies ermöglicht extrem hohe Drehraten, die im Ausführungsbeispiel bei bis zu 1.000°/s liegen können, ohne dass eine merkliche Winkelverschleppung auftritt. Die Dämpfung des Messpendels 20 wird durch den Kraftschluss zum Ausgleichspendel 22 bewirkt und wird wesentlich durch das Trägheitsmoment des Masserades 76 und dessen Rotationsgeschwindigkeit bestimmt. Beide Größen können durch das Übersetzungsverhältnis zwischen Messpendel 20 und Masserad 76 beeinflusst werden. Dieses Übersetzungsverhältnis liegt beim Ausführungsbeispiel zwischen 2 und 4.Between the measuring pendulum 20 and the compensation pendulum 22 acts an internal pendulum damping, which is characterized by the fact that no direct operative connection to the stator, so the housing 11 , is available. As already mentioned, this damping is purely dispersive, ie the vibration energy is in the measuring pendulum 20 or in the compensation pendulum 22 , especially in the Masserad 76 saved. This allows extremely high rotation rates, which can be up to 1,000 ° / s in the embodiment, without a noticeable Winkelverschleppung occurs. The damping of the measuring pendulum 20 becomes a balancing pendulum due to the frictional connection 22 causes and is essentially due to the moment of inertia of the Masserades 76 and determines its rotational speed. Both sizes can be determined by the gear ratio between measuring pendulum 20 and Masserad 76 to be influenced. This ratio is in the embodiment between 2 and 4.

Demgegenüber zeigt 2 eine modifizierte, nämlich zusätzlich dissipativ gedämpfte Ausführungsform 10' des Neigungssensors 10 gemäß 1. Hier findet also nicht nur ein im Idealfall verlustfreier Energieaustausch zwischen den Pendeln 20 und 22 statt, sondern zusätzlich eine Umwandlung kinetischer und potentieller Energie vom Messpendel 20 und vom Ausgleichspendel 24 in Reibungswärme. In 2 sind entsprechende Elemente mit den Bezugszeichen der 1, jedoch unter Hinzufügung eines Apostrophs bezeichnet. Übersichtshalber sind nur die zur Erklärung notwendigen Elemente des Doppelpendels abgebildet.In contrast, shows 2 a modified, namely additionally dissipative attenuated embodiment 10 ' of the tilt sensor 10 according to 1 , So here is not just an ideally lossless energy exchange between the pendulums 20 and 22 Instead, a conversion of kinetic and potential energy from the measuring pendulum 20 and the compensation donation 24 in frictional heat. In 2 are corresponding elements with the reference numerals of 1 , but with the addition of an apostrophe. For the sake of clarity, only the elements of the double pendulum necessary for explanation are shown.

Wie man deutlich aus 2 entnehmen kann, befindet sich ein kreisförmiger Innenumfang 80 des Pendelkörpers 30' in geringem radialem Abstand von einem ebenfalls kreisförmigen Außenumfang 82 des Masserades 76', so dass ein Ringspalt 84 entsteht. In dem Ringspalt 84 befindet sich ein viskoses Öl, beispielsweise ein Silikonöl. Dieses bewirkt über den fluidischen Formschluss zwischen dem Pendelkörper 30' und dem Masserad 76' mittels des Ringspaltes 84 eine fluidische innere Dämpfung des Messpendels 20 gegenüber dem Ausgleichspendel 22.How to clear 2 can be found, there is a circular inner circumference 80 of the pendulum body 30 ' at a small radial distance from a likewise circular outer periphery 82 of the Masserade 76 ' so that an annular gap 84 arises. In the annular gap 84 There is a viscous oil, such as a silicone oil. This causes via the fluidic fit between the pendulum body 30 ' and the masseuse 76 ' by means of the annular gap 84 a fluidic internal damping of the measuring pendulum 20 opposite the compensation pendulum 22 ,

Im Ausführungsbeispiel kann zur Befüllung des Ringspalts 84 ein niederviskoses Fluid mit einer Viskosität von beispielsweise 0,5 bis 5 mm²/s verwendet werden, wenn der Ringspalt 84 beispielsweise 0,4 mm breit ist.In the embodiment, for filling the annular gap 84 a low viscosity fluid having a viscosity of, for example, 0.5 to 5 mm ² / s may be used when the annular gap 84 for example, 0.4 mm wide.

In praktischen Ausführungsbeispielen können alternativ alle beweglichen Elemente des Neigungssensors 10 innerhalb des Gehäuses 11 in einem Ölbad laufen.In practical embodiments, alternatively, all movable elements of the inclination sensor 10 inside the case 11 run in an oil bath.

Um eine möglichste geringe äußere Dämpfung des Messpendels 20 zum Gehäuse 11' zu erhalten, befindet sich die erste exzentrische Masse 36' vorzugsweise innerhalb des kreisförmigen Außenumfanges des Hohlrades 32'.To a possible low external damping of the measuring pendulum 20 to the housing 11 ' To obtain, there is the first eccentric mass 36 ' preferably within the circular outer periphery of the ring gear 32 ' ,

Anstelle oder zusätzlich zu einer fluidischen Dämpfung kann auch eine Reibungsdämpfung, eine Wirbelstromdämpfung oder dergleichen vorgesehen werden.Instead of or additionally to a fluidic damping can also be a friction damping, an eddy current damping or the like may be provided.

Bei Rotation des Masserades 76' entsteht in dem im Ringspalt 84 enthaltenen Fluid eine Ringströmung, die auch als Couette-Strömung bezeichnet wird. In der Regel verhält sich das Fluid wie eine Newton'sche Flüssigkeit mit geschwindigkeitsproportionaler Scherspannung. Bei geringer Geschwindigkeit der Ringströmung erfährt das Masserad 76' und damit der Pendelkörper 30' ein Dämpfungsmoment M_d nach der Beziehung: M_d = η(A/d)r₁ ²[(R + r)/r]d(φ₂ – φ₁)/dt wobei η die dynamische Viskosität des Fluids, A die fluidbenetzte wirksame Umfangsfläche des Masserades 76', also die wirksame Dämpfungsfläche, d die Breite des Ringspalts 84, r₁ der mittlere Radius des Ringspalts 84 und der Ausdruck (φ₂ – φ₁) die relative Winkelfunktion des Doppelpendels ist. Der Term in den eckigen Klammern beschreibt das Übersetzungsverhältnis des Masserades 76' relativ zum Hohlrad 32', um das die relative Winkelgeschwindigkeit des Masserades 76' gegenüber der Relativgeschwindigkeit des Ausgleichspendels 22 zum Messpendel 20 erhöht ist.With rotation of the Masserades 76 ' arises in the annulus 84 fluid contained a ring flow, which is also referred to as Couette flow. As a rule, the fluid behaves like a Newtonian fluid with velocity-proportional shear stress. At low speed of the ring flow experiences the Masserad 76 ' and thus the pendulum body 30 ' a damping moment M _d according to the relationship: M _d = η (A / d) r ₁ ² [(R + r) / r] d (φ ₂ -φ ₁ ) / dt where η is the dynamic viscosity of the fluid, A is the fluid wetted effective circumferential surface of the mass wheel 76 ' , ie the effective damping surface, d the width of the annular gap 84 , r _{1 is} the mean radius of the annular gap 84 and the term (φ ₂ -φ ₁ ) is the relative angular function of the double pendulum. The term in the square brackets describes the gear ratio of the mass wheel 76 ' relative to the ring gear 32 ' This is the relative angular velocity of the mass wheel 76 ' relative to the relative speed of the compensating pendulum 22 to the measuring pendulum 20 is increased.

Die fluidische Dämpfung des Pendelkörpers 30' gegenüber dem Masserad 76' kann individuell eingestellt werden, beispielsweise aperiodisch oder überkritisch, indem die Größe der wirksamen Dämpfungsfläche und die Breite des Ringspalts entsprechend dimensioniert werden. Auf diese Weise können Resonanzrestüberhöhungen bis auf das Scheinlot bei statischer Beschleunigung reduziert werden, ohne dass eine Erhöhung der Viskosität η erforderlich wäre. Aufgrund des in M_d wirkenden Übersetzungsverhältnisses sind niedrige Viskositäten ausreichend, und die Dämpfung des Messpendels 20 zum Gehäuse 11 ist gering. Die Winkeltreue bleibt daher auch bei hohen Drehraten erhalten.The fluidic damping of the pendulum body 30 ' opposite the masseuse 76 ' can be adjusted individually, for example, aperiodic or supercritical, by the size of the effective damping surface and the width of the annular gap are dimensioned accordingly. In this way, resonant residual overshoots can be reduced to the apparent solder with static acceleration, without an increase in the viscosity η would be required. Due to the transmission ratio acting in M _d , low viscosities are sufficient, and the damping of the measuring pendulum 20 to the housing 11 is low. The angular accuracy is therefore maintained even at high rotation rates.

Die vorgesehene Fluiddämpfung bringt es mit sich, dass das Messpendel 20' und das Ausgleichspendel 22' einen Auftrieb in dem Fluid erfahren. Es ist daher darauf zu achten, dass das verdrängte Fluidvolumen einen solchen Volumenschwerpunkt aufweist, dass der Gesamtschwerpunkt des jeweiligen Pendelkörpers des Neigungssensors 10' unterhalb der Achse 12' verbleibt und das jeweilige Pendel somit nicht aufschwimmt, wenn sich der Neigungssensor 10' in der Gleichgewichtslage befindet. Der Auftrieb bewirkt dabei, dass die Lastkräfte in den Lagern der Pendel durch die Auftriebkräfte reduziert werden, wodurch die Lagerflächen entlastet werden.The intended fluid damping entails that the measuring pendulum 20 ' and the compensation pendulum 22 ' experience a buoyancy in the fluid. It is therefore important to ensure that the displaced fluid volume has such a center of gravity that the total center of gravity of the respective pendulum body of the tilt sensor 10 ' below the axis 12 ' remains and the respective pendulum thus does not float when the inclination sensor 10 ' located in the equilibrium position. The buoyancy causes the load forces in the bearings of the pendulum are reduced by the buoyancy forces, whereby the bearing surfaces are relieved.

Die Wirkungsweise des Neigungssensors 10 bzw. 10' ist wie folgt:
Die Anordnung von Messpendel 20 und Ausgleichspendel 22 soll bewirken, dass dieses Doppelpendel im Idealfall ein „Pendel in Ruhe” darstellt, das sich zu jedem Zeitpunkt und in allen Bewegungszuständen des mit dem Gehäuse 11 verbundenen Objekts im Lot, also parallel zum Vektor der natürlichen Schwerkraft befindet. Aus dieser Ruhestellung soll die jeweilige Neigung des Gehäuses 11 relativ zum Lot und um die Achse 12 erfasst werden. Dieser Idealfall ist natürlich in der Praxis nicht gewährleistet, weil sich das Messpendel 20 und das Ausgleichspendel 22 infolge dynamischer Bewegungsvorgänge zumindest kurzzeitig aus dem Lot herausbewegen. Die Bewegung des Messpendels 20 stellt dann einen Fehler dar, den es im Rahmen der vorliegenden Erfindung zu minimieren gilt.The operation of the tilt sensor 10 respectively. 10 ' is as follows:
The arrangement of measuring pendulum 20 and compensation pendulum 22 The aim of this double pendulum is ideally to be a "pendulum at rest", which is at any time and in all states of motion of the housing 11 connected object in the Lot, that is parallel to the vector of natural gravity. From this rest position, the respective inclination of the housing 11 relative to the perpendicular and about the axis 12 be recorded. This ideal case is of course not guaranteed in practice, because the measuring pendulum 20 and the compensation pendulum 22 move out of the lot at least for a short time as a result of dynamic movement processes. The proofs movement of the measuring pendulum 20 is then an error that should be minimized in the context of the present invention.

Die Winkelübertragungsfunktion α des Neigungssensors 10 ist charakterisiert durch die Beziehung: α = Φ – φ₁ [1] wobei Φ der zu erfassende Neigungswinkel des mit dem Gehäuse 11 verbundenen Objektes relativ zum Lot und um die Achse 12 und φ₁ der momentane, vom Idealfall abweichende Ausschlag des Messpendels 20 ist. Wenn φ₁ = 0 ist, dann liegt der Idealfall vor, und die Winkelübertragungsfunktion α liefert direkt den Neigungswinkel Φ. Da der momentane Ausschlag φ₁, wie erwähnt, in der Praxis von Null verschieden und nicht bekannt ist, wird durch die bereits beschriebenen Dämpfungsmaßnahmen bewirkt, dass diese Größe zumindest so klein wie möglich gehalten wird, also das Messpendel 20 einen möglichst geringen Ausschlag φ₁ aufweist.The angular transmission function α of the inclination sensor 10 is characterized by the relationship: α = Φ - φ ₁ [1] where Φ is the inclination angle to be detected with the housing 11 connected object relative to the Lot and about the axis 12 and φ _{1 is} the instantaneous, deviating from the ideal case deflection of the measuring pendulum 20 is. If φ ₁ = 0, then the ideal case exists, and the angle transfer function α directly gives the tilt angle φ. Since the instantaneous rash φ ₁ , as mentioned, is in practice different from zero and not known, the damping measures already described cause this size to be kept at least as small as possible, that is to say the measuring pendulum 20 has the smallest possible deflection φ ₁ .

Die Wirkung des erfindungsgemäßen Doppelpendels 20, 22 wird nachstehend anhand einer Simulationsberechnung für die momentane Neigung φ₁ dargestellt:
Die Berechnung geht von einer Lagrange-Funktion L = T – V aus, wobei T die kinetische Energie und V die potentielle Energie des Gesamtsystems sind. Unter Anwendung der Lagrange'schen Bewegungsgleichungen 2. Art erhält man ein System gekoppelter Differentialgleichungen, mit denen die Winkelbewegungen des Doppelpendels beschrieben werden: J₁d²φ₁/dt² = Q₁ + J₁₂d²φ₂/dt² [2] J₂d²φ₂/dt² = Q₂ + J₁₂d²φ₁/dt² [3] The effect of the double pendulum according to the invention 20 . 22 is shown below on the basis of a simulation calculation for the instantaneous inclination φ ₁ :
The calculation starts from a Lagrange function L = T - V, where T is the kinetic energy and V is the potential energy of the whole system. Using the Lagrangian equations of motion 2 , One obtains a system of coupled differential equations describing the angular movements of the double pendulum: J ₁ d ² φ ₁ / dt ² = Q ₁ + J ₁₂ d ² φ ₂ / dt ² [2] J ₂ d ² φ ₂ / dt ² = Q ₂ + J ₁₂ d ² φ ₁ / dt ² [3]

Dabei sind J₁ das gekoppelte Massenträgheitsmoment des Messpendels 20, J₂ das gekoppelte Massenträgheitsmoment des Ausgleichspendels 22, J₁₂ das Austauschmassenträgheitsmoment des Doppelpendels 20, 22, das die gegenseitige Kopplung und Wechselwirkung der Bewegungen der beiden Pendel 20 und 22 beschreibt und das im Ausführungsbeispiel 10 g mm² beträgt. φ₂ ist die momentane Neigung des Ausgleichspendels 22, Q₁ das Antriebsmoment des Messpendels 20, und Q₂ das Antriebsmoment des Ausgleichspendels 22.In this case, J _{1 are} the coupled mass moment of inertia of the measuring pendulum 20 , J _{2 is} the coupled mass moment of inertia of the compensating pendulum 22 , J _{12 is} the mass moment of inertia of the double pendulum 20 . 22 that the mutual coupling and interaction of the movements of the two pendulums 20 and 22 describes and in the exemplary embodiment 10 g mm ² . φ ₂ is the instantaneous inclination of the compensating pendulum 22 , Q _{1 is} the drive torque of the measuring pendulum 20 , and Q _2, the drive torque of the compensation pendulum 22 ,

Gleichung [2] beschreibt die Pendelschwingung φ₁ des Messpendels 20 und Gleichung [3] die Schwingung φ₂ des Ausgleichspendels 22.Equation [2] describes the pendulum oscillation φ _{1 of} the measuring pendulum 20 and Equation [3] the vibration φ _{2 of} the compensatory pendulum 22 ,

Die Reibungs- und fluidischen Dämpfungsterme werden zwar auf der Basis eines Modells explizit berücksichtigt, sind jedoch aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen. Die Antriebsmomente Q₁ und Q₂ sind gegeben durch: Q₁ = m₁s₁(a_zcosΦsinφ₁ – a_ycosφ₁) [4] Q₂ = [m₃s₃ + m'(R – r')](a_zcosΦsinφ₂ – a_ycosφ₂) [5] Although the frictional and fluidic damping terms are explicitly taken into account on the basis of a model, they have been omitted for reasons of clarity. The drive torques Q ₁ and Q ₂ are given by: Q ₁ = m ₁ s ₁ (a _z cosφsinφ ₁ - a _y cosφ ₁ ) [4] Q ₂ = [m ₃ s ₃ + m '(R - r')] (a _z cosφsinφ ₂ - a _y cosφ ₂ ) [5]

Dabei sind a_y und a_z die von außen einwirkenden Beschleunigungskomponenten einschließlich der Erdbeschleunigung (g = 9,81 m/s²) in einem horizontierten Koordinatensystem, m₁ die Masse des Pendelkörpers 30, m₂ die Masse des Schleppankers 64, und m' die Masse des Planetenrades 70.Here a _y and a _{z are} the externally acting acceleration components including the gravitational acceleration (g = 9.81 m / s ² ) in a horizontal coordinate system, m _{1 is} the mass of the pendulum body 30 , m _{2 is} the mass of the towed anchor 64 , and m 'is the mass of the planetary gear 70 ,

Die Trägheitsmomente sind gegeben durch J₁ = Θ₁ + Θ₃(R/r)² + Θ'(R/r')² [6] J₂ = Θ₂ + m'(R – r')² + Θ₃[(R + r)/r]² + Θ'[(R – r')/r']² [7] J₁₂ = Θ₃R(R + r)/r² + Θ'R(R – r')/r'² [8] The moments of inertia are given by J ₁ = Θ ₁ + Θ ₃ (R / r) ² + Θ '(R / r') ² [6] J ₂ = Θ ₂ + m '(R - r') ² + Θ ₃ [(R + r) / r] ² + Θ '[(R - r') / r '] ² [7] J ₁₂ = Θ ₃ R (R + r) / r ² + Θ'R (R -r ') / r' ² [8]

Das Getriebe des Doppelpendels 20, 22 und die dazu gehörigen Parameter sind in 3 schematisch dargestellt. Die Schwingungsresonanzfrequenzen sind allgemein definiert für kleine Pendelausschläge bzw. Neigungen φ₁ und φ₂ von Messpendel 20 bzw. Ausgleichspendel 22. In diesem Sinne ergeben sich die gekoppelten Eigenfrequenzen von Messpendel 20 und Ausgleichspendel 22 aus den Gleichungen [2] und [3] unter Verwendung der Gleichungen [4] und [5] zu f₁ = (1/2π)(m₁s₁g/J₁)^1/2 [9] f₂ = (1/2π)([m₂s₂ + m'(R – r')]g/J₂)^1/2 [10] The transmission of the double pendulum 20 . 22 and the associated parameters are in 3 shown schematically. The vibration resonance frequencies are generally defined for small pendulum deflections φ ₁ and φ ₂ of the measuring pendulum 20 or compensatory pendulum 22 , In this sense, the coupled natural frequencies of Meßpendel arise 20 and compensation pendulum 22 from equations [2] and [3] using equations [4] and [5] f ₁ = (1 / 2π) (m ₁ s ₁ g / J ₁ ) ^1/2 [9] f ₂ = (1 / 2π) ([m ₂ s ₂ + m '(R - r')] g / J ₂ ) ^1/2 [10]

Die Dimensionierung des Doppelpendels 20, 22 kann gemäß den Gleichungen [2] bis [10] unter Berücksichtigung der oben in der Beschreibung angegebenen Regeln vorgenommen werden. Zur Überprüfung der Messfunktion α gemäß Gleichung [1] und des Pendelausschlags bzw. der Neigung φ₁ aus der mathematischen Lösung des gekoppelten Differentialgleichungssystems [2] und [3] werden die folgenden Messvorschriften eingeführt, die mit entsprechenden Labormessungen verifiziert werden können:

– Drehfrequenzgang: Das Gehäuse 11 des Neigungssensors 10 wird in sinusförmige Drehschwingungen um die Achse 12 versetzt. Bei einer fest vorgegebenen Neigungswinkelamplitude wird der Messwinkel α in Abhängigkeit von der Drehfrequenz gemessen.
– Hysteresefrequenzgang: Das Gehäuse 11 des Neigungssensors 10 wird wiederum in sinusförmige Drehschwingungen um die Achse 12 versetzt. Bei einer fest vorgegebenen Neigungswinkelamplitude wird die über eine Drehschwingungsperiode gemittelte Abweichung des Neigungssignals α vom tatsächlichen momentanen Neigungswinkel Φ als Hysteresewinkel in Abhängigkeit von der Drehfrequenz gemessen.
– Schwingfrequenzgang: Das Gehäuse 11 des Neigungssensors 10 wird nunmehr in sinusförmige Linearschwingungen quer zur Achse 12 versetzt. Bei einer fest vorgegebenen Beschleunigungsamplitude wird der Pendelausschlag bzw. der Neigungswinkel φ₁ direkt mittels des Messwinkels α (wegen Φ = 0) in Abhängigkeit von der Schwingfrequenz gemessen.
– Drehstoßreaktion: Das Gehäuse 11 des Neigungssensors 10 wird nunmehr kurzzeitigen halbsinusförmigen Stoßimpulsen quer zur Achse 12 gefolgt von einer 90°-Drehbewegung mittels eines Klappscharniers um die Achse 12 ausgesetzt. Dabei wird der Messwinkels α in Abhängigkeit von der Zeit gemessen.

The dimensioning of the double pendulum 20 . 22 can be made according to the equations [2] to [10] in consideration of the rules given above in the description. In order to check the measurement function α according to equation [1] and the pendulum deflection or inclination φ ₁ from the mathematical solution of the coupled differential equation system [2] and [3], the following measurement instructions are introduced, which can be verified with corresponding laboratory measurements:

- Drehfrequenzgang: The housing 11 of the tilt sensor 10 becomes sinusoidal torsional vibrations about the axis 12 added. At a fixed angle of inclination angle, the measuring angle α is measured as a function of the rotational frequency.
- Hysteresis frequency response: The case 11 of the tilt sensor 10 becomes in turn sinusoidal torsional vibrations about the axis 12 added. At a fixed tilt angle amplitude, the deviation of the tilt signal α, averaged over a torsional vibration period, from the actual instantaneous tilt angle Φ becomes a hysteresis angle measured as a function of the rotational frequency.
- Oscillation frequency response: The housing 11 of the tilt sensor 10 is now in sinusoidal linear vibrations transverse to the axis 12 added. At a fixed acceleration amplitude of the pendulum deflection or the inclination angle φ _{1 is} measured directly by means of the measuring angle α (because of Φ = 0) as a function of the oscillation frequency.
- Turning reaction: The case 11 of the tilt sensor 10 now becomes momentary semi-sinusoidal shock pulses transverse to the axis 12 followed by a 90 ° rotation by means of a hinged hinge around the axis 12 exposed. The measuring angle α is measured as a function of time.

4 zeigt den Drehfrequenzgang für zwei Neigungssensoren, die im Frequenzbereich um 1 Hz tief abgestimmt sind. Der Verlauf a) zeigt den Drehfrequenzgang für einen Neigungssensor mit herkömmlichem Einfachpendel und der Verlauf b) den Drehfrequenzgang für einen Neigungssensor 10 mit erfindungsgemäßem Doppelpendel 20, 22. Wegen der nicht zu vermeidenden Lagerreibung erleidet das Einfachpendel gemäß a) bei einer Drehfrequenz von etwa 1 Hz einen völligen Empfindlichkeitsverlust, während das erfindungsgemäße Doppelpendel 20, 22 nur eine geringfügige Abnahme von maximal 10% zeigt. 4 shows the rotation frequency response for two tilt sensors, which are tuned in the frequency range by 1 Hz deep. The course a) shows the rotational frequency response for a tilt sensor with conventional single pendulum and the course b) the rotational frequency response for a tilt sensor 10 with inventive double pendulum 20 . 22 , Because of the unavoidable bearing friction suffers the simple pendulum according to a) at a rotational frequency of about 1 Hz, a complete loss of sensitivity, while the double pendulum invention 20 . 22 shows only a slight decrease of a maximum of 10%.

5 zeigt in entsprechender Weise mit Verläufen a) und b) den Hysteresefrequenzgang für einen herkömmlichen und einen erfindungsgemäßen Neigungssensor. Hier ist der Hysteresewinkel im Bereich der Resonanzfrequenz für den erfindungsgemäßen Neigungssensor signifikant kleiner. 5 shows in a corresponding manner with gradients a) and b) the Hysteresefrequenzgang for a conventional and a tilt sensor according to the invention. Here, the hysteresis angle in the region of the resonance frequency for the tilt sensor according to the invention is significantly smaller.

6 zeigt den Schwingfrequenzgang, ebenfalls mit Verläufen a) und b) für einen herkömmlichen und einen erfindungsgemäßen Neigungssensor. Hier zeigt sich für den erfindungsgemäßen Neigungssensor im Vergleich zum herkömmlichen Neigungssensor ein ausgeprägtes Dämpfungsverhalten im Bereich der Resonanzfrequenz. 6 shows the oscillation frequency response, also with curves a) and b) for a conventional and a tilt sensor according to the invention. Here, a pronounced damping behavior in the region of the resonance frequency is shown for the tilt sensor according to the invention in comparison to the conventional tilt sensor.

Die 7 bis 9 zeigen analog zu den 4 bis 6 die entsprechenden Frequenzgänge des erfindungsgemäßen Neigungssensors 10 mit Doppelpendel 20, 22, jedoch mit fluidischer Dämpfung gemäß 2 und aperiodisch eingestelltem Dämpfungsverhalten. Die Abnahme der Messempfindlichkeit im Drehfrequenzgang der 7 reduziert sich auf unter 7% und der Hysteresewinkel in 8 kann unter 1° gehalten werden. Der Schwingfrequenzgang in 9 verläuft quasi resonanzfrei unterhalb des Scheinlotwinkels von 26,6°, der sich als Folge der im Versuch eingestellten Lateralbeschleunigung von 0,5 g ergibt.The 7 to 9 show analogous to the 4 to 6 the corresponding frequency responses of the tilt sensor according to the invention 10 with double pendulum 20 . 22 , but with fluidic damping according to 2 and aperiodically adjusted damping behavior. The decrease of the measuring sensitivity in the rotational frequency response of 7 reduces to below 7% and the hysteresis angle in 8th can be kept below 1 °. The oscillation frequency response in 9 runs virtually without resonance below the apparent sound angle of 26.6 °, which results from the lateral acceleration of 0.5 g set in the experiment.

10 zeigt die Drehstoßreaktion des erfindungsgemäßen Neigungssensors 10. Der Zeitverlauf des Winkelsignals α ist wegen des vorgelagerten halbsinusförmigen Stoßimpulses sogar steiler als die Kippfunktion des Klappscharniers Φ. Dies ist ein durchaus willkommener Effekt, um einen Überschlag eines Kraftfahrzeugs zu detektieren, damit die Gefahrensituation sicher zu erkennen und entsprechende Insassen-Sicherheitseinrichtungen rechtzeitig auszulösen. 10 shows the rotational shock reaction of the tilt sensor according to the invention 10 , The time course of the angle signal α is even steeper than the tilting function of the hinged hinge Φ because of the upstream semi-sinusoidal shock pulse. This is a very welcome effect to detect a rollover of a motor vehicle, so that the dangerous situation can be reliably detected and trigger appropriate occupant safety devices in a timely manner.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: Neigungssensortilt sensor
11, 11'11 11 ': Gehäusecasing
1212: Achseaxis
14a, b14a, b: Lagerbuchsenbushings
1616: Lagerzapfenpivot
1818: Lagerwellebearing shaft
2020: Messpendelmeasuring pendulum
2222: Ausgleichspendelbalance shuttle
2424: WinkelmesseinrichtungAngle measuring device
30, 30'30 30 ': Pendelkörperpendulum bob
32, 32'32 32 ': Hohlradring gear
3434: Innenverzahnunginternal gearing
36, 26'36 26 ': erste exzentrische Massefirst eccentric mass
3838: radiale Wandradial wall
4040: Ringflanschannular flange
4444: permanentmagnetisches Drehgeberelementpermanent magnet Encoder element
4646: Fluxringflux ring
4848: ringförmiger Permanentmagnetannular permanent magnet
5454: gehäusefester Sensorfixed to the housing sensor
5656: Leiterplatte, ElektronikPCB, electronics
5858: magnetfeldempfindliches Sensorelementsensitive to magnetic fields sensor element
5959: magnetische Feldlinienmagnetic field lines
6060: Pfeilarrow
6262: Anschlüsseconnections
6464: Schleppankerdrag anchor
6666: Nabehub
6868: zweite exzentrische Massesecond eccentric mass
7070: Planetenradplanet
7272: Achseaxis
7474: Sonnenradsun
76, 76'76 76 ': MasseradMasserad
8080: Innenumfang von 30'inner circumference from 30 '
8282: Außenumfang von 76'outer periphery from 76 '
8484: Ringspaltannular gap
AA: Umfangsfläche des Pendelkörpers 30Peripheral surface of the Pendulum body 30
ay, azay, az: von außen einwirkende Beschleunigungskomponentefrom Outside acting acceleration component
dd: Breite des Ringspalts 84 width of the annular gap 84
d1d1: Durchmesser der Lagerzapfen 16diameter the bearing pin 16
d2d2: Durchmesser der Lagerwelle 18diameter the bearing shaft 18
f1f1: Eigenfrequenz des Messpendels 20natural frequency of the measuring pendulum 20
f2f2: Eigenfrequenz des Ausgleichspendels 22natural frequency the compensating shuttle 22
J1J1: gekoppeltes Massenträgheitsmoment des Messpendels 20coupled Moment of inertia of the measuring pendulum 20
J2J2: gekoppeltes Massenträgheitsmoment des Ausgleichspendels 22coupled Moment of inertia the compensating shuttle 22
J12J12: Austauschmassenträgheitsmoment des DoppelpendelsExchange mass moment of inertia of the double pendulum
m1m1: Masse des Pendelkörpers 30 + 44Dimensions of the pendulum body 30 + 44
m2m2: Masse des Schleppankers 64 + 70 + 72Dimensions of the towing anchor 64 + 70 + 72
m3m3: Masse des Masserades 74 + 76Dimensions of the Masserade 74 + 76
m'm ': Masse des Planetenrades 70Dimensions of the planetary gear 70
MdMd: Dämpfungsmomentdamping torque
Q1Q1: Antriebsmoment des Messpendels 20drive torque of the measuring pendulum 20
Q2Q2: Antriebsmoment des Ausgleichspendels 22drive torque the compensating shuttle 22
RR: Wälzkreisradius des Hohlrades 32pitch radius the ring gear 32nd
rr: Wälzkreisradius des Sonnenrades 74pitch radius of the sun wheel 74
r'r ': Wälzkreisradius des Planetenrades 70pitch radius of the planetary gear 70
r1r1: mittlerer Radius des Ringspalts 84middle Radius of the annular gap 84
s1s1: Abstand des Massenschwerpunkts des Pendelkörpers 30 von der Achse 12distance the center of mass of the pendulum body 30 from the axis 12th
s2s2: Abstand des Massenschwerpunkts des Schleppankers 64 von der Achse 12distance of the center of gravity of the towing anchor 64 from the axle 12
tt: ZeitTime
TT: kinetische Energiekinetic energy
VV: potentielle Energiepotential energy
αα: Messwinkelmeasuring angle
α1α1: LagerreibungswinkelBearing friction angle
α2α2: Schleppwinkeldrag angle
ηη: dynamische Viskositätdynamic viscosity
ΦΦ: Momentaner Neigungswinkel eines mit dem Gehäuse 11 verbundenen Objektsinstantaneous Tilt angle of one connected to the housing 11 object
φ1φ1: momentane Neigung des Messpendels 20current Inclination of the measuring pendulum 20
φ2φ2: momentane Neigung des Ausgleichspendels 22current Inclination of compensating shuttle 22
Θ1Θ1: Massenträgheitsmoment des Pendelkörpers 30 + 44Moment of inertia of the pendulum body 30 + 44
Θ2Θ2: Massenträgheitsmoment des Schleppankers 64Moment of inertia of the towed anchor 64
Θ3Θ3: Massenträgheitsmoment des Masserades 74 + 76Moment of inertia of the Masserade 74 + 76
Θ'Θ ': Massenträgheitsmoment des Planetenrades 70Moment of inertia of the planetary gear 70

Claims

Tilt sensor with one around an axis ( 12 ) in a housing ( 11 ) rotatable measuring pendulum ( 20 ), with an angle measuring device ( 24 ) for detecting the rotational movement of the measuring pendulum ( 20 ) around the axis ( 12 ) and with one around the axis ( 12 ) rotatable, mass-afflicted element whose rotational movement with the rotational movement of the measuring pendulum ( 20 ), characterized in that the element is a compensating pendulum ( 22 ), and that the compensation pendulum ( 22 ) with the measuring pendulum ( 20 ) via a transmission ( 32 . 70 . 74 ) connected is.

Inclination sensor according to claim 1, characterized in that the transmission is a planetary gear ( 32 . 70 . 74 ).

Inclination sensor according to claim 2, characterized in that the measuring pendulum ( 20 ) with a ring gear ( 32 ), that the compensating pendulum ( 22 ) a planetary gear ( 70 ), and that the planetary gear ( 70 ) on one around the axis ( 12 ) rotatable web is rotatably mounted and on the one hand with the ring gear ( 32 ) and on the other hand with one around the axis ( 12 ) rotatable mass wheel ( 76 ) combs.

Inclination sensor according to claim 3, characterized in that the web one around the axis ( 12 ) rotatable towbars ( 64 ) with eccentrically arranged mass ( 68 ) having.

Inclination sensor according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the angle measuring device ( 24 ) with the measuring pendulum ( 20 ) connected encoder element ( 44 ) as well as with the housing ( 11 ) connected sensor element ( 54 ) having.

Tilt sensor according to claim 5, characterized in that the transmitter element ( 44 ) a magnetic element and the sensor element ( 54 ) is a magnetic field sensitive sensor element.

Inclination sensor according to claim 6, characterized in that the transmitter element ( 44 ) a flux ring ( 46 ) as an outer, annular, soft magnetic shield and an inner, annular permanent magnet ( 48 ) having.

Tilt sensor according to one or more of claims 1 to 7, characterized in that between the measuring pendulum ( 20 ) and the compensation pendulum ( 22 ) is provided a damping storage.

Inclination sensor according to claim 3 and 8, characterized in that the damping bearing substantially over the rotating Masserad ( 76 ) is accomplished.

Tilt sensor according to claim 1, characterized that the steaming storage is designed as a friction bearing.

Tilt sensor according to claim 10, characterized in that the steam-storing as fluidic storage ( 80 - 84 ) is trained.

Tilt sensor according to claim 11, characterized in that the fluidic bearing ( 80 - 84 ) as filled with a viscous fluid annular gap ( 84 ) is formed between two rotating bodies.

Inclination sensor according to one or more of claims 1 to 12, characterized in that a center of gravity (s ₁ ) of the measuring pendulum ( 20 ) closer to the axis ( 12 ) lies as a center of gravity (s ₂ ) of the compensatory donation ( 22 ),

Inclination sensor according to one or more of claims 4 to 13, characterized in that a drag angle (α ₂ ) of the towing anchor ( 64 ) is smaller than a bearing friction angle (α ₁ ) of the measuring pendulum ( 20 ),

Tilt sensor according to one or more of Claims 1 to 14, characterized in that the ratio of the coupled natural frequencies (f ₂ / f ₁ ) of compensation pendulum ( 22 ) and measuring pendulum ( 20 ) is in the range between 3 and 5.

Inclination sensor according to one or more of claims 3 to 15, characterized in that the transmission between measuring pendulum ( 20 ) and Masserad ( 76 ) has a gear ratio between 2 and 4.