DE69529793T2

DE69529793T2 - Servo-Beschleunigungsmessaufnehmer

Info

Publication number: DE69529793T2
Application number: DE69529793T
Authority: DE
Inventors: Kenji Furuichi; Moritaka Goto; Ryota Ikeda; Takayuki Imai
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1994-10-11
Filing date: 1995-10-10
Publication date: 2003-10-23
Anticipated expiration: 2015-10-11
Also published as: EP0707213A2; EP0707213A3; US5721378A; EP0707213B1; CA2160171A1; CA2160171C; DE69529793D1

Description

Die Erfindung betrifft einen Servobeschleunigungssensor, der in einem Autobeschleunigungsmesser oder dergleichen verwendet wird.
Verschiedene Beschleunigungssensoren, die die auf einen sich bewegenden Körper, etwa ein Auto, wirkende Beschleunigung ertasten, wurden bereits vorgeschlagen. Dabei handelt es sich zum Beispiel um solche Servobeschleunigungssensoren, die in der japanischen veröffentlichten Patentanmeldung (KOKAI) Nr. 4-363669 und in der japanischen veröffentlichten Gebrauchsmusteranmeldung (KOKAI) Nr. 6-2244 offenbart sind.
Fig. 1 ist eine Explosionsansicht eines in der japanischen Patentanmeldung KOKAI 4-363669 offenbarten Beschleunigungssensors. Wie in Fig. 1 gezeigt, ist ein optischer Sensor 129, der aus einem ersten optischen Sensor 129a und einem zweit en optischen Sensor 129b zusammengesetzt ist und von einer senkrechten Mittellinie CL3 zweigeteilt wird, auf dem Innenboden eines U-förmigen Trägers 120 aus Harz bereitgestellt. Beide Seiten des Trägers 120 sind in Richtung der Tiefe mit Plattenjochen 121a und 121b aus magnetischem Material versehen. Ein Pendelgehäuseraum 52 wird in einer Weise gebildet, daß der Träger 120 und die Joche 121a und 121b den Raum 52 einschließen. Die Innenseitenwand des Jochs 121a ist mit einem Paar Dauermagnete 128a und 128b versehen, die einen magnetischen Kreis bilden, während im anderen Joch 121b eine Bohrung für eine Lichtquelle vorhanden ist, in der eine Lichtquelle 199, etwa eine LED, bereitgestellt ist.
Der durch den Träger 120 und die Joche 121a und 121b gebildete Pendelgehäuseraum 52 ist mit einem Pendel 125 versehen, das wie nachstehend beschrieben aufgebaut ist. Das Pendel 125 umfaßt eine Aluminiumplatte 126, die mit einem unteren Schlitz 126a versehen ist, eine Drehspule 127a mit einer geeigneten Zahl von um einen Spulenkern 127 gewickelten Wicklungen, die auf einer Seite der Aluminiumplatte 126 bereitgestellt ist, und eine Verbindungsplatte 124, die sich in Richtung senkrecht zur Fläche der Aluminiumplatte oberhalb der Aluminiumplatte 126 und des Spulenkerns 127 erstreckt. Das Pendel 125 wird von einem Paar Blattfedern 122a und 122b gehalten, so daß es von einem Trägerrahmen 123 hängen kann. Ein Ende des Trägerrahmens 123 ist am oberen Teil des Jochs 121 befestigt.
Wirkt eine Beschleunigung auf den so aufgebauten Beschleunigungssensor, so schwingt das Pendel 125 in Richtung der Beschleunigung. Durch die Schwingung wird das Pendel 125 veranlaßt, sich um eine bestimmte Strecke zu bewegen, so daß das von der Lichtquelle 199 durch den Schlitz 126 auf den Mittelteil des optischen Sensors 129 geworfene Licht versetzt wird. Der optische Sensor 129 gibt ein elektrisches Signal aus, das der Versetzung der beleuchteten Stelle, das heißt, der Verschiebung des Pendels 125 entspricht. Das elektrische Signal wird verstärkt, und der Strom wird zu der um den Spulenkern 127 gewickelten Drehspule 127 geleitet. Weil dies einen Stromfluß wie beim Überqueren einer durch die Dauermagnete 128a und 128b gebildeten magnetischen Schleife ermöglicht, wirkt eine magnetische Kraft auf die stromführende Drehspule 127a, wodurch das Pendel 125 wieder in die Ausgangsstellung zurückgestellt wird, das heißt, in die Stellung, an der sich das Pendel befand, ehe die Beschleunigung wirkte. Gleichzeitig ermöglicht eine Spannung, die an einem mit der Drehspule 127a in Reihe geschalteten Widerstand erzeugt wird, das Messen der Größe der Beschleunigung.
Fig. 2 ist eine schematische Vorderansicht einer in der japanischen veröffentlichten Gebrauchsmusteranmeldung (KOKAI) Nr. 6-2244 offenbarten Pendelbaugruppe mit einem Pendel im Querschnitt. Bei der Pendelbaugruppe 81 von Fig. 2 sind die oberen Endteile eines Paars Blattfedern 82a und 82b mit den Bolzen 71a und 71b bzw. den Bolzen 72a und 72b an einer Halteplatte 83 befestigt. Die Halteplatte 83 ist auf einem Trägerrahmen 89 für die Pendelbaugruppe bereitgestellt. Die unteren Endteile der Blattfedern 82a und 82b sind mit den Bolzen 73a und 73b an den Blattfederverbindungsbereichen 87a und 87b eines Spulenkerns 87 befestigt. Eine Seite des Spulenkerns 87 ist mit einer Aluminiumplatte 86 versehen. Eine Drehspule 80 ist um den Spulenkern 87 gewickelt.
Bei der so aufgebauten Pendelbaugruppe 81 bestehen der Trägerrahmen 87 für die Pendelbaugruppe und der Spulenkern 87 mit den Verbindungsbereichen 87a und 87b für den Spulenkern aus Materialien, die denselben Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Dies behebt den Nachteil, daß die Blattfedern aufgrund des Unterschieds der Wärmeausdehnungskoeffizienten von Trägerrahmen für die Pendelbaugruppe und Spulenkern verdreht werden, und verhindert das Auftreten von Fehlern beim Ertasten der Pendelverschiebung.
Zum Ertasten der Beschleunigung mit einer hohen Genauigkeit muß die Pendelbaugruppe bei den vorstehend genannten herkömmlichen Beschleunigungssensoren so bereitgestellt werden, daß der durch die Joche 121a und 121b und die Dauermagnete 128a und 128b aufgebaute magnetische Kreis und das Pendel 125 sich in einer bestimmten örtlichen Beziehung im Pendelgehäuseraum 52 befinden können, der vom Träger 120 und den Jochen 121a und 121b umschlossen ist, die in Fig. 1 gezeigt sind. Die einzelnen Komponenten müssen so zusammengebaut werden, daß - wenn keine Beschleunigung einwirkt - der Schlitz 126a in der Aluminiumplatte des Pendels 125 sich auf der geraden Linie befinden kann, die die Lichtquelle 199 und die Mittellinie CL3 des optischen Sensors 129 verbindet.
Beim Zusammenbau des in der japanischen veröffentlichten Patentanmeldung (KOKAI) Nr. 4-363669 offenbarten Beschleunigungssensors ist es erforderlich, mehrere Komponenten in einer Weise zusammenzubauen, daß die Joche 121a und 121b an den Träger 120 angesetzt sind, das Pendel 125 am Trägerrahmen 123 oder der Trägerrahmen 123 am Joch 121a befestigt ist wie in Fig. 1 gezeigt. Deshalb müssen die einzelnen Bauteile bei den Montageverfahren für Beschleunigungssensoren genau zusammengebaut werden, was die Montagearbeit kompliziert macht. Weiterhin ist es schwierig, alle Montageschritte exakt durchzuführen. Selbst wenn die Fehler bei jedem Montageschritt klein sind, können sich die Fehler ackumulieren, und folglich kann sich die Genauigkeit des Beschleunigungssensors selbst verschlechtern.
Zwar kann bei der in Fig. 2 gezeigten Pendelbaugruppe des in der japanischen veröffentlichten Patentanmeldung (KOKAI) Nr. 4-363669 offenbarten Beschleunigungssensors das Auftreten einer durch den Unterschied der Wärmeausdehnungskoeffizienten verursachten Verdrehung der Blattfedern verhindert werden, doch sind des weiteren viele Bauteile erforderlich und die Zahl der Montagevorgänge ist groß, so daß es unmöglich ist, die Herstellungskosten zu senken.
Bei einem Navigationssystem, das die aktuelle Position eines Fahrzeugs ermittelt und die Position des Fahrzeugs auf einer Karte auf dem Bildschirm anzeigt, gibt es zwei Verfahren zur Ermittlung der aktuellen Position eines Fahrzeugs: ein GPS-Verfahren, bei dem elektromagnetische Wellen eines GPS-Satelliten verwendet werden, und ein eigenständiges Navigationsverfahren, das die von einem Fahrzeug zurückgelegten Strecken ausgehend von der Startposition aufsummiert und die aktuelle Position auf einer Karte anzeigt. Beim eigenständigen Navigationsverfahren wird die von einem Fahrzeug zurückgelegte Strecke im allgemeinen durch Verwenden von entsprechend den Umdrehungen eines Rades erzeugten Geschwindigkeitsimpulsen des Fahrzeugs berechnet.
Bei einem Navigationssystem zeigt die Karte am Bildschirm das an, was direkt von oben zu sehen ist, doch die Straßen, die auf dem Monitor erscheinen, umfassen tatsächlich nicht nur ebene Straßen, sondern auch Gefällstrecken. Diese Gefällstrecken werden auf die gleiche Weise wie ebene Straßen angezeigt. Bei der Entfernung auf dem Monitor wird allerdings die tatsächliche Neigung nicht berücksichtigt, obwohl die tatsächliche Entfernung einer Gefällstrecke länger ist als die Entfernung auf dem Monitor.
Befährt ein Fahrzeug eine Gefällstrecke und wird die zurückgelegte Entfernung, die aus Geschwindigkeitsimpulsen des Fahrzeugs wie vorstehend beschrieben erhalten wird, direkt zur Berechnung der aktuellen Position des Fahrzeugs verwendet, so ergibt sich das Problem, daß sich die Position des Fahrzeugs auf dem Bildschirm von der tatsächlichen Position des Fahrzeugs unterscheidet.
Zur Lösung dieses Problems wird zum Beispiel in der japanischen veröffentlichten Patentanmeldung (KOKAI) Nr. 5-1920 ein Beschleunigungssensor und ein Neigungswinkelsensor verwendet, um die Horizontalbeschleunigung eines Fahrzeug aus den Ausgaben beider Sensoren zu berechnen und die horizontal zurückgelegte Strecke durch das doppelte Integral der Horizontalbeschleunigung zu bestimmen. Dieses Beispiel offenbart auch, daß ein Beschleunigungssensor verwendet werden kann, der aufgrund mechanischer Schwierigkeiten nur die Horizontalbeschleunigung eines Fahrzeugs ertasten kann.
Mit dieser Offenbarung ist ein Beschleunigungssensor, mit dem nur die Horizontalbeschleunigung getastet werden kann, noch nicht verfügbar. Neigungswinkelsensoren sind verfügbar bei denjenigen mit Kreisel und bei denjenigen, die den Neigungswinkel optisch tasten. Ein Kreisel kann den Neigungswinkel nicht ertasten, es sei denn, das Fährzeug bewegt sich. Selbst wenn ein Fahrzeug bei Stillstand auf einem Gefälle steht, der Neigungswinkel 9 und die Schwerkraft g beträgt, wird der Beschleunigungssensor von der Schwerkraft beeinflußt und erzeugt eine Ausgabe für g sin θ. Ein Kreisel kann den Neigungswinkel θ nicht tasten und liefert das doppelte Integral von g sin θ, was einen Fehler von (g sin θ)t&sub2;/2 verursacht.
Überdies führt das optische Tasten eines Neigungswinkels θ wegen des mechanischen Aufwands zu höheren Kosten, so daß es schwierig ist, optisches Tasten bei Fahrzeugen anzuwenden, bei denen die Kosten als wichtig erachtet werden.
Wie vorstehend beschrieben, besteht bei dem als Neigungswinkelsensor verwendeten Kreisel das Problem, daß er bei einem an einem Gefälle stillstehenden Fahrzeug keinen Neigungswinkel ertasten kann, während das Verfahren des optischen Tastens des Neigungswinkels θ wegen des mechanischen Aufwands zu höheren Kosten führt, so daß es schwierig ist, dieses Verfahren bei Fahrzeugen anzuwenden, bei denen Kosten als bedeutend erachtet werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Servobeschleunigungssensors, der leicht und mit hoher Genauigkeit zusammengebaut werden kann und eine Senkung der Herstellungskosten durch Verringerung der Zahl der verwendeten Bauteile ermöglicht.
Bei einer Vorrichtung zur Berechnung des Neigungswinkels wird ein Beschleunigungssensor der vorliegenden Erfindung verwendet, mit dem ein Neigungswinkel mit einem relativ einfachen Aufbau auch dann genau getastet werden kann, wenn ein sich bewegender Körper stillsteht.
Die vorstehenden Aufgaben werden gelöst durch Bereitstellen eines Servobeschleunigungssensors, umfassend: eine Pendelbaugruppe, bestehend aus einer auf einer Seite einer Metallplatte bereitgestellten Drehspule, einem Bereich des freien Endes, an dem das Pendel aufgehängt ist, einem Bereich des Sockelendes und einem Paar Blattfedern, die die Bereiche des freien und des Sockelendes verbinden; einen von der Metallplatte entfernt befindlichen Dauermagnet; einen Trägerrahmen für die Pendelbaugruppe, der die Pendelbaugruppe trägt, wobei der Bereich des Sockelendes befestigt ist; einen Verschiebungssensor, der die Verschiebung des Pendels ertastet und sie in Form eines elektrischen Signals ausgibt; und einen Sensorkreis, der die Drehspule mit Strom auf der Grundlage des elektrischen Signals versorgt und dadurch eine Magnetkraft zur Rückstellung des Pendels in die Ausgangsposition erzeugt und auch die Beschleunigung tastet, wobei der Bereich des freien Endes und der Bereich des Sockelendes aus Kunstharz bestehen, und der Bereich des freien Endes, der Bereich des Sockelendes, die Blattfedern und die Metallplatte zu einem Ganzen integriert sind.
Die Erfindung läßt sich besser verstehen anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen, worin:
Fig. 1 eine Explosionsansicht eines herkömmlichen Servobeschleunigungssensors ist;
Fig. 2 eine schematische Vorderansicht, zum Teil im Querschnitt, einer Pendelbaugruppe in einem herkömmlichen Servobeschleunigungssensor ist;
Fig. 3 eine Vorderansicht einer Pendelbaugruppe in einem Servobeschleunigungssensor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 4 eine Seitenansicht der Pendelbaugruppe ist;
Fig. 5 eine Seitenansicht eines Trägerrahmens für die Pendelbaugruppe im Servobeschleunigungssensor gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung ist;
Fig. 6 eine Vorderansicht des Servobeschleunigungssensors gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung ist;
Fig. 7 eine Seitenansicht des Servobeschleunigungssensors ist;
Fig. 8 eine Draufsicht des Servobeschleunigungssensors ist;
Fig. 9 eine Draufsicht des Servobeschleunigungssensors in Richtung des Pfeils A in Fig. 7 ist;
Fig. 14 eine Perspektivansicht eines Servobeschleunigungssensors gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, wobei Teile davon entfernt sind;
Fig. 11 eine Vorderansicht eines Pendels im Servobeschleunigungssensor gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung ist;
Fig. 12 eine entlang der Linie C-C der Fig. 10 genommene Querschnittansicht ist, die den Servobeschleunigungssensor zeigt;
Fig. 13 eine Vorderansicht des Servobeschleunigungssensors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 14 eine Draufsicht des Servobeschleunigungssensors ist;
Fig. 15 ein Aufriß des Servobeschleunigungssensors von hinten ist;
Fig. 16 eine Seitenansicht des Servobeschleunigungssensors von rechts ist;
Fig. 17 eine Seitenansicht des Servobeschleunigungssensors von links ist;
Fig. 18 eine Vorderansicht eines am Joch befestigten Trägers im Servobeschleunigungssensor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist;
Fig. 19 eine Draufsicht auf den am Joch befestigten Träger ist;
Fig. 20 ein Aufriß des am Joch befestigten Trägers von hinten ist;
Fig. 21 eine Seitenansicht des am Joch befestigten Trägers von rechts ist;
Fig. 22 eine Seitenansicht des am Joch befestigten Trägers von links ist;
Fig. 23 ein Grundriß eines PD-LED-Substrats im Servobeschleunigungssensor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist;
Fig. 24 eine Vorderansicht des Servobeschleunigungssensors mit einem am Joch befestigten Träger ist;
Fig. 25 eine Seitenansicht des Servobeschleunigungssensors ist;
Fig. 26 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Berechnung des Neigungswinkels gemäß der vorliegenden Erfindung ist, das die Systemkonfiguration zeigt;
Fig. 27 ein Flußdiagramm ist, das zur Erklärung der Funktionsweise der Vorrichtung zur Berechnung des Neigungswinkels hilfreich ist;
Fig. 28 einen Fall zeigt, bei dem ein Fahrzeug mit zwei Beschleunigungssensoren ausgerüstet ist, die bei der Vorrichtung zur Berechnung des Neigungswinkels verwendet werden;
Fig. 29 ein Gefälle zeigt, um den Vergleich der zurückgelegten Strecke LS mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Berechnung des Neigungswinkels erklären zu helfen, wobei eine Schwerkraftkorrektur mit der zurückgelegten Strecke LS' ohne Schwerkraftkorrektur durchgeführt wird; und
Fig. 30 einen Weg mit Gefällstrecken und ebenen Straßen zeigt, um den Vergleich der zurückgelegten Strecke LS mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Berechnung des Neigungswinkels erklären zu helfen, wobei eine Schwerkraftkorrektur mit der zurückgelegten Strecke LS ohne Schwerkraftkorrektur durchgeführt wird.
Im folgenden soll eine erste Ausführungsform der Erfindung anhand der begleitenden Zeichnungen erläutert werden.
Ein Servobeschleunigungssensor gemäß der ersten Ausführungsform soll nun anhand der Fig. 3 bis 9 erläutert werden. Bei dem Servobeschleunigungssensor wird eine Pendelbaugruppe, die so aufgebaut ist, daß ein Bereich des freien Endes und ein Bereich des Sockelendes aus. Kunstharz, ein Paar Blattfedern und eine ein Pendel bildende Metallplatte zu einem Ganzen integriert werden, von einem eigenständigen Trägerrahmen für die Pendelbaugruppe getragen wird.
Fig. 3 ist eine Vorderansicht der Pendelbaugruppe im Servobeschleunigungssensor gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Fig. 4 ist eine Seitenansicht der Pendelbaugruppe. Fig. 5 ist eine Seitenansicht des Trägerrahmens für die Pendelbaugruppe im Servobeschleunigungssensor gemäß der Ausführungsform. Die Fig. 6, 7, 8 und 9 sind Vorderansicht, Seitenansicht und Draufsicht des Servobeschleunigungssensors gemäß der Ausführungsform bzw. eine Draufsicht in Richtung des Pfeils A in Fig. 7. Die Fig. 6 bis 9 sind Ansichten, bei denen die Abdeckung 49 auf dem Träger 34 als durchsichtig angenommen wird.
Wie in Fig. 4 gezeigt, umfaßt die Pendelbaugruppe 1 eine das Pendel 5 bildende Metallplatte (eine Aluminiumplatte) 6, einen Bereich des freien Endes 4 vom Mittelteil, an dem die Metallplatte 6 aufgehängt ist, einen an einem Trägerrahmen befestigten Bereich des Sockelendes 3, und ein Paar Blattfedern 2a und 2b, die den Bereich des freien Endes 4 und den Bereich des Sockelendes 3 verbinden.
Die Anschlußklemmen 9a und 9b gehen von den Blattfedern 2a und 2b aus und ragen über die beiden Endteile des Oberteils des Bereichs des. Sockelendes 3 hinaus. Von den Anschlußklemmen 9a und 9b verlaufen die Anschlußdrähte 19a und 19b nach hinten und sind an eine mit der Rückseite des Trägerahmens für die Pendelbaugruppe verbundenen Leiterplatte 42 angeschlossen. Des weiteren gehen die Direktanschlüsse 8a und 8b von den Blattfedern 2a beziehungsweise 2b aus und ragen über die beiden Endteile 4a und 4b des Bereichs des freien Endes 4 hinaus.
Das Pendel 5 in der Pendelbaugruppe 1 wird nun beschrieben. Wie in Fig. 6 gezeigt, umfaßt das Pendel 5 die Metallplatte 6, einen Spulenkern 7, der mit Bolzen und Muttern an einer Seite der Metallplatte 6 befestigt ist, und eine Drehspule mit einer geeigneten Zahl von Wicklungen, die um den Spulenkern 7 gewickelt sind. Wie in Fig. 4 gezeigt, wird ein Schlitz 6a im Mittelteil der Metallplatte erzeugt, zudem befinden sich Bohrungen für Balzen an Stellen mit einem bestimmten Abstand von beiden Enden. Wie in Fig. 6 gezeigt, sind die vorderen Enden der Drehspule 47 an die Anschlußklemmen 8a und 8b der Pendelbaugruppe 1 und an den (nicht gezeigten) elektrischen Schaltkreis der Leiterplatte 42 über die Blattfedern 2a und 2b und an die Anschlußdrähte 19a und 19b angeschlossen, die von den Anschlußklemmen 9a und 9b ausgehen wie in Fig. 7 gezeigt. Der Spulenkern 7 kann so beschaffen sein, daß zum Beispiel anstelle von Bolzen Vorsprünge auf einer Seite des Spulenkerns vorhanden sind, die Metallplatte 6 mit Bohrungen versehen ist, die auf die Vorsprünge passen, und der Spulenkern 7 an die Metallplatte 6 angesetzt und an ihr befestigt ist.
Als nächstes wird ein Fall beschrieben, bei dem die Pendelbaugruppe 1 am Trägerrahmen für die Pendelbaugruppe befestigt ist. Wie in den Fig. 5 und 6 gezeigt, weist der Trägerrahmen für die Pendelbaugruppe 33 ein Paar Auflagebereiche 35a und 35b auf, die den Bereich des Sockelendes 3 dar Pendelbaugruppe 1 von unten abstützen. Diese Auflagebereiche sind als rechtwinkliges U ausgeformt. In der Mitte des oberen Endes des Trägerrahmens für die Pendelbaugruppe 33 ist eine Schraubenbohrung 30 vorhanden. Wie in Fig. 3 gezeigt, ist ein Durchlaß 10 für einen durchgehenden Bolzen im Mittelteil der Längsseite des Bereichs des Sockelendes 3 der Pendelbaugruppe 1 vorgesehen.
Zur Montage der Pendelbaugruppe 1 an den so gebildeten Trägerrahmen 33 werden beide Enden des Bereichs des Sockelendes 3 in der Pendelbaugruppe 1 auf die Innenböden der Auflagebereiche 35a beziehungsweise 35b des Pendelträgerrahmens 33 gesetzt. Gleichzeitig wird, wie in Fig. 6 gezeigt, der Bereich des Sockelendes 3 mit einem Bolzen 41 gesichert, so daß die Pendelbaugruppe 1 am Trägerrahmen 33 befestigt ist.
Durch die Montage der Pendelbaugruppe 1 am Trägerrahmen 33 auf diese Weise wird verhindert, daß - selbst wenn die Montage bei Drehung des Bolzens 41 erfolgt - die Baugruppe so montiert ist, daß der Bereich des Sockelendes 3 in Drehrichtung des Bolzens 41 geneigt ist, wodurch es möglich ist, die Pendelbaugruppe 1 genau am Trägerrahmen 33 zu montieren.
Als nächstes wird der magnetische Kreis beschrieben, der von den Dauermagneten und den mit den Dauermagneten in magnetischer Verbindung stehenden Jochen gebildet wird. Wie in Fig. 9 gezeigt, werden die Dauermagnete 62, 63, 64 und 65 um das aus Metallplatte 6, Spulenkern 7 und Drehspule 47 gebildete Pendel 5 in einem bestimmten Abstand von Pendel 5 angeordnet. Zwei aus magnetischem Material bestehende Joche 43 und 44 werden kombiniert und auf einem Träger 34 so bereitgestellt, daß sie in magnetischer Verbindung mit den Dauermagneten stehen, die das Pendel 5 umgeben.
Durch Anordnen der Joche 43 und 44, so daß sie auf diese Weise die einzelnen, um das Pendel herum befindlichen Dauermagnete umgeben, wird ein magnetischer Kreis um das Pendel 5 gebildet. Bilden zum Beispiel die innersten Teile der Dauermagnete 62 und 65 den N-Pol und die jochseitigen Teile derselben den S-Pol und die innersten Teile der Dauermagnete 63 und 64 den S-Pol und die jochseitigen Teile derselben den N-Pol, wird ein magnetischer Kreis gegen den Uhrzeigersinn um das in Fig. 9 gezeigte Pendel 5 aufgebaut. Deshalb fließt in einem vom magnetischen Kreis verursachten Magnetfeld ein Strom durch die Drehspule 47, und eine durch die Lorentz-Kraft bedingte magnetische Kraft wirkt auf die Drehspule 47 in Richtung senkrecht zum Stromfluß.
Als nächstes sollen eine Lichtquelle und ein optischer Sensor beschrieben werden, die auf dem Joch bereitgestellt sind. Wie in Fig. 9 gezeigt, ist eine Leiterplatte für die Lichtquelle 77 außerhalb des Jochs 43 bereitgestellt. Auf der Leiterplatte ist eine LED 78, die als Lichtquelle dient, so angeordnet, daß deren Spitze in das Joch 43 eingeführt werden kann. Die LED 78 wird in einer Position bereitgestellt, bei der der Schlitz in der das Pendel 5 bildenden Metallplatte 6 von der LED beleuchtet werden kann, wenn sich das Pendel 5 im ruhenden Zustand befindet.
Wie in Fig. 9 gezeigt, ist das Joch 44 innen mit einer Leiterplatte 79 für den optischen Sensor versehen. Auf der Leiterplatte ist ein optischer Sensor 76 in einer Position gegenüberliegend der LED 78 bereitgestellt.
Die Lichtquelle und der optische Sensor, angeordnet auf diese Weise, tasten die Verschiebung des Pendels wie folgt: Wirkt eine Beschleunigung auf den Beschleunigungssensor, schwingt das Pendel 5 in die Richtung der Beschleunigungswirkung, so daß sich die beleuchtete Stelle verändert, an der das Licht von der LED 78 am optischen Sensor 76 durch den Schlitz in der Metallplatte 6 ankommt. Diese Änderung wird vom optischen Sensor getastet, der ein elektrisches Signal entsprechend der Verschiebung des Pendels 5 ausgibt. Das elektrische Signal wird an den Schaltkreis auf der Leiterplatte 42 von Fig. 7 weitergeleitet, der die Verschiebung des Pendels 5 abtastet.
Der so aufgebaute Servobeschleunigungssensor ertastet die Beschleunigung wie folgt: Wirkt eine Beschleunigung auf den Servobeschleunigungssensor 31 von Fig. 7, so schwingt das Pendel 5 in die Richtung, in der die Beschleunigung wirkt, das heißt, in der mit B in Fig. 7 gekennzeichneten Richtung. Dadurch verschiebt sich die beleuchtete Stelle, wo das Licht, das von der Lichtquelle emittiert wird und durch den Schlitz 6 in der Metallplatte 6 durchgeht, am optischen Sensor ankommt. Dann ertastet der optische Sensor die Abweichung der beleuchteten Stelle, d. h., die Verschiebung des Pendels 5, und gibt ein elektrisches Signal entsprechend der Verschiebung aus. Das elektrische Signal wird an den Schaltkreis der Leiterplatte 42 weitergeleitet, wo das Signal von verschiedenen Widerständen, einem Servoverstärker usw. verstärkt wird. Das verstärkte Signal wird an die Drehspule 47 von Fig. 9 geleitet.
Fließt ein Strom durch die Drehspule 47, wirkt eine magnetische Kraft auf die Drehspule 47 im vorstehend beschriebenen magnetischen Kreis auf solche Art, daß das Pendel 5 durch die magnetische Kraft in die Ausgangsstellung zurückkehrt. Gleichzeitig wird mit der Erzeugung der magnetischen Kraft eine an dem mit der Drehspule 47 in Reihe geschalteten Widerstand erzeugte Spannung mit einem Sensorkreis abgetastet, wodurch die Größe der Beschleunigung gemessen wird.
Der Servobeschleunigungssensor gemäß dieser Ausführungsform ergibt daher die folgenden Wirkungen: Die Zahl der Bauteile bei der Herstellung von Beschleunigungssensoren kann erheblich verringert werden, da die das Pendel 5 bildende Metallplatte 6, der Bereich des freien Endes 4, an dem die Metallplatte 6 aufgehängt ist, der am Trägerrahmen 33 befestigte Bereich des Sockelendes 3 und das Paar Blattfedern, die die Bereiche des freien Endes 4 und des Sockelendes 3 verbinden, zur Herstellung der Pendelbaugruppe 1 zu einer Einheit integriert werden. Die Montagearbeit von Beschleunigungssensoren kann vereinfacht werden, da die Pendelbaugruppe 1 auf dem Trägerrahmen für die Pendelbaugruppe durch Befestigen des Bereichs des Sockelendes 3 mit nur einem Bolzen 41 montiert werden kann, wodurch die Produktivität gesteigert wird.
Des weiteren ist die Pendelbaugruppe 1 nur mit dem Bolzen 41 am Trägerrahmen 33 befestigt, so daß eine an den Blattfedern 2a und 2b aufgrund des Unterschiedsader Wärmeausdehnung von Trägerrahmen 33 und dem Bereich des Sockelendes 3 auftretende Spannung verhindert werden kann. Da zudem der Spulenkern 7 an der Metallplatte 6 entfernt vom Bereich des freien Endes 4 befestigt ist, kann die an den Blattfedern 2a und 2b aufgrund des Unterschieds der Wärmeausdehnung von Spulenkern 7 und dem Bereich des freien Endes 4 auftretende Spannung abgebaut werden.
Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung soll nun anhand der Fig. 10 bis 12 beschrieben werden. Die zweite Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß die Joche und die Trägerrahmen für die Pendelbaugruppe zu einer Einheit integriert sind.
Fig. 10 ist eine perspektivische Ansicht eines Servobeschleunigungssensors gemäß der zweiten Ausführungsform, wobei Teile entfernt wurden. Fig. 11 ist eine Vorderansicht eines Pendels im Beschleunigungssensors. Fig. 12 ist eine Querschnittansicht entlang der Linie C-C von Fig. 10, die den Beschleunigungssensor zeigt.
Wie in Fig. 10 gezeigt, umfaßt der Beschleunigungssensor 100 eine waagrechte Trägerplatte 90, am Trägerrahmen für die Pendelbaugruppe montierte Joche 91a und 91b, die aufrecht auf dem Träger bereitgestellt sind, eine durch die Trägerrahmen 92, 93a und 93b abgestützte Pendelbaugruppe 101, die Dauermagnete 162, 163, 164 und 165, die jeweils um einen bestimmten Abstand vom Pendel der Pendelbaugruppe 101 getrennt sind, eine LED 98, die als Lichtquelle dient, und einen optischen Sensor 110, der das von det LED 98 ausgesandte Licht ertastet.
Auf dem Träger 90 ist, wie in Fig. 10 gezeigt, ein Paar nach oben ragender Montagebereiche 90a und 90b (nicht gezeigt) für ein Joch ausgebildet. Die Joche 91a und 91b sind mit den Bolzen 95a und 95b (nicht gezeigt) so an den Jochmontagebereichen befestigt, daß sie zusammen einen Pendelgehäuseraum 51 bilden, der das Pendel umschließt.
An den oberen Teilen dieser Joche 91a und 91b sind die Trägerrahmen 93a und 92 und 93b für die Pendelbaugruppe ausgebildet. An den Enden der Trägerrahmen 9 3a und 9 3b befinden sich rechtwinklige, U-förmige Auflagebereiche 94a beziehungsweise 94b, die sich nach oben öffnen. Der Endteil 92a des Trägerrahmens 92 ist in Form des Buchstabens J ausgebildet, so daß der Endteil nach unten oberhalb Pendelgehäuseraum 51 zeigt. Die Pendelbaugruppe 101 ist auf den so gebildeten Jochen 91a und 91b montiert, die am Trägerrahmen für die Pendelbaugruppe befestigt sind.
Die Pendelbaugruppe 101 ist auf dieselbe Weise wie bei der ersten Ausführungsform aufgebaut. Wie in Fig. 8 gezeigt, umfaßt die Pendelbaugruppe 101 eine das Pendel bildende Metallplatte (eine Aluminiumplatte) 106, einen Bereich des freien Endes 104 vom Mittelteil, an dem die Metallplatte 106 aufgehängt ist, einen Bereich des Sockelendes 103, der an einem Trägerrahmen befestigt ist, und ein Paar Blattfedern 102a und 102b, die die Bereiche des freien Endes 104 und des Sockelendes 103 verbinden. Das Pendel in der Pendelbaugruppe 101 umfaßt die Metallplatte 106 im mit einem Schlitz 106a versehenen Mittelteil, einen an einer Seite der Metallplatte 106 befestigten Spulenkern 107, der eine Öffnung 107a aufweist, die größer ist als der Schlitz 106a in der Mitte, und eine Drehspule, die, wie in Fig. 9 gezeigt, auf dieselbe Art wie in der ersten Ausführungsform um den Spulenkern 107 gewickelt ist.
Die so aufgebaute Pendelbaugruppe 101 ist an den am Trägerrahmen für die Pendelbaugruppe befestigten Jochen 91a und 91b wie folgt befestigt: Wie in Fig. 8 gezeigt, befinden sich die Teile zwischen dem Mittelteil der Längsseite des Bereichs des Sockelendes 103 in der Pendelbaugruppe 101 und die befestigten Teile der Blattfedern 102a und 102b auf dem Auflagebereich 94a des Trägerrahmens 93a bzw. auf dem Auflagebereich 94b des Trägerrahmens 93b. Danach wird der Bereich des Sockelendes 103 mit einem Bolzen 118 gesichert, so daß die Pendelbaugruppe am Trägerrahmen 92 befestigt ist.
Als nächstes soll nun der aus den um das Pendel herum angeordneten Dauermagneten aufgebaute magnetische Kreis beschrieben werden. Um das aus der Metallplatte 106, dem Spulenkern 107 und der Drehspule 147 zusammengesetzte Pendel 105 werden die Dauermagnete 162, 163 und 164, 165 jeweils in einem bestimmten Abstand vom Pendel 105 angeordnet. Die Joche 91a und 91b werden so auf dem Träger kombiniert, daß sie magnetisch mit den Dauermagneten koppeln, die das Pendel 105 umgeben.
Durch Anordnen der Joche 91a und 91b in dieser Weise um die einzelnen Dauermagnete wird ein magnetischer Kreis um das Pendel 105 herum aufgebaut. Sind zum Beispiel die innersten Teile der Dauermagnete 162 und 165 der N-Pol und die jochseitigen Teile derselben der S-Pol und die innersten Teile der Dauermagnete 163 und 164 der S-Pol und die jochseitigen Teile derselben der N-Pol, wird ein magnetischer Kreis gegen den Uhrzeigersinn um das in Fig. 12 gezeigte Pendel 105 herum aufgebaut. In einem vom magnetischen Kreis verursachten Magnetfeld fließt daher ein Strom durch die Drehspule 147, und eine durch die Lorentz-Kraft bedingte magnetische Kraft wirkt auf die Drehspule 147 in Richtung senkrecht zum Stromfluß.
Als nächstes wird eine im Joch bereitgestellte Lichtquelle beschrieben. Wie in Fig. 10 gezeigt, ist im auf dem Trägerrahmen für die Pendelbaugruppe montierten Joch 91b eine Bohrung für das Anbringen einer Lichtquelle vorgesehen. Wurde die Bohrung für die Montage der Lichtquelle schon vorher im Joch gefertigt, ist es nicht mehr erforderlich, die Position der Lichtquelle durch Bewegen der Lichtquelle einzustellen, nachdem die Joche 91a und 91b am Träger 90 befestigt wurden. Außerdem kann das Joch ohne weiteres mit einer als Lichtquelle dienenden LED 98 versehen werden. Die Einstellung der Position zwischen der Lichtquelle und dem optischen Sensor, der so angeordnet ist, daß er der Lichtquelle gegenüberliegt, kann daher leicht vorgenommen werden.
Als nächstes soll nun der am Joch befestigte optische Sensor beschrieben werden. Wie in Fig. 10 gezeigt, wird der optische Sensor 110 entlang der Mittellinie CL1 zweigeteilt und besteht aus einem ersten optischen Sensor 112 und einem zweiten optischer Sensor 112b, die auf einer Leiterplatte 111 für den optischen Sensor bereitgestellt sind. An beiden Enden der Leiterplatte 111 für den optischen Sensor sind rechteckige Montagebohrungen 113a und 113b vorgesehen.
Die Leiterplatte 111 für den optischen Sensor, auf der der optische Sensor bereitgestellt ist, ist wie folgt am Joch 91a befestigt: Nachdem die Joche 91a und 91b kombiniert wurden, wird eine Montageplatte 116 für den optischen Sensor im Mittelteil, in dem eine Bohrung 116a für die Montage des optischen Sensors vorgesehen ist, an eine Seite des Jochs 91a angeklebt, in dem eine Bohrung 117b für die Montage des optischen Sensors vorgesehen ist wie in Fig. 12 gezeigt. Dann wird die Leiterplatte 111 für den optischen Sensor an der Montageplatte 116 für den optischen Sensor mit Schrauben 114a und 114b befestigt.
Zur Herstellung von Präzisionsbeschleunigungssensoren ist es erforderlich, den Schlitz 106a in der das Pendel bildenden Metallplatte 106, die Lichtquelle 98 und den optischen Sensor 110 mit einer hohen Genauigkeit auf der Mittellinie CL2 in Fig. 10 anzuordnen (die Justierung des Pendels, der Lichtquelle und des optischen Sensors in dieser Weise wird im folgenden als Nullstellung bezeichnet). Da die Lichtquelle bei der vorliegenden Ausführungsform in einer bestimmten Position befestigt ist, wird die Pendelbaugruppe 101 am Trägerrahmen 92 montiert und anschließend die Position des optischen Sensors 110 wie folgt eingestellt.
Da insbesondere die Bohrungen 113a und 113b zur Montage der Leiterplatte an beiden Enden der Leiterplatte 111 für den optischen Sensor rechteckig sind, läßt sich die Leiterplatte 111 für den optischen Sensor durch Lockern der Schrauben 114a und 114b leicht entlang den Bohrungen 113a und 113b zur Montage der Leiterplatte in die Richtung verschieben, in die das Pendel 105 schwingt (in Richtung des Pfeils AB in der Abbildung). Durch Anziehen der Schrauben 114a und 114b kann die Leiterplatte 111 für den optischen Sensor an der Position befestigt werden, wo die Schrauben angezogen werden. Daher kann der optische Sensor 110 in die Richtung, in die das Pendel 105 schwingt, bewegt und wie gewünscht dort angeordnet werden.
Mit dem so aufgebauten Servobeschleunigungssensor kann auch die Größe der Beschleunigung auf dieselbe Art wie bei der ersten Ausführungsform gemessen werden.
Beim Servobeschleunigungssensor gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wie in Fig. 10 gezeigt, bilden die Trägerrahmen für die Pendelbaugruppe 92a, 93a und 93b eine integrale Einheit mit den Jochen 91a und 91b, so daß die Zahl der Montageschritte im Vergleich zu herkömmlichen Äquivalenten verringert werden kann. Weiterhin sind die beiden Joche 91a und 91b zu einer Einheit kombiniert, die dann am Träger 90 befestigt wird, so daß die Joche leicht zu montieren sind. Da es nicht nötig ist, die Joche 91a und 91b und die Trägerrahmen für die Pendelbaugruppe 92 jeweils für sich am Träger 90 zu befestigen, können Montagefehler verhindert werden. Jedes Bauteil kann exakt montiert werden, und daher können hochpräzise Beschleunigungssensoren hergestellt werden.
Anhand Fig. 13 bis 25 soll nun eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Die dritte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß der Träger, die Joche und die Trägerrahmen für die Pendelbaugruppe zu einer Einheit integriert sind. Fig. 18 ist eine Vorderansicht eines ein Joch befestigten Trägers im Servobeschleunigungssensor gemäß dieser Ausführungsform. Die Fig. 19, 20, 21 und 22 sind Draufsicht, Aufrißansicht von hinten, Seitenansicht von rechts und Seitenansicht von links des am Joch befestigten Trägers.
Beim Servobeschleunigungssensor gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist, wie in den Fig. 18 bis 22 gezeigt, ein Träger 180 aus einem Trägerbereich 180a, den Jochbereichen 183 und 184 und einem Trägerrahmenbereich für die Pendelbaugruppen 182 zusammengesetzt. Zwei Einheiten eines solchen Trägers werden zur Herstellung eines Trägers kombiniert, der nicht nur als Joch sondern auch als Trägerrahmen für die Pendelbaugruppe fungiert.
Wie in Fig. 19 gezeigt, ist der Trägerbereich 180a als L-förmige Platte ausgebildet. An den beiden Endbereichen der L-Form sind Trägerverbindungsbereiche 185 und 186 zum Zusammenfügen und Aneinanderbefestigen der Träger ausgebildet.
Der Jochbereich 193 ist als rechtwinklige U-Form ausgestaltet, die sich nach unten öffnet, wie in Fig. 21 gezeigt. Am rechten und linken Schenkel des U-förmigen Jochbereichs sind Schraubenbohrungen 187a und 187b vorgesehen, die zum Befestigen einer Lichtquelle oder einer Leiterplatte mit optischem Sensor verwendet werden. Außerdem sind am rechten und linken Schenkel Paßstifte (Vorsprünge) 190a und 190b zum Positionieren der Dauermagnete nach deren Verschiebung in der Senkrechten ausgebildet.
Wie in Fig. 22 gezeigt, sind auf der Rückseite des Jochbereichs Paßstifte 188a, 188b, 189a und 189b ausgebildet, die als Führung beim Montieren der Leiterplatte dienen.
Des weiteren ist ein Trägerrahmenbereich 182 für die Pendelbaugruppe so ausgebildet, daß dieser sich von der Oberseite des Jochbereichs 183 nach oben erstreckt, wie in Fig. 21 gezeigt. An der Spitze des Trägerrahmenbereichs ist ein sich nach oben öffnender, rechtwinkliger U-förmiger Auflagebereich 200 ausgebildet. Auf einer Seite des Auflagebereichs 200 ist ein Montagebereich 181 für eine Pendelbaugruppe ausgebildet. Der Träger 180 wird durch Formpressen oder durch Schneiden eines magnetischen Materials gebildet.
Zwei so hergestellte Träger werden in einer Weise zusammengefügt, daß der mit Bohrungen für Schrauben versehene Trägerverbindungsbereich 186 mit einem Trägerverbindungsbereich 185 in Kontakt gebracht wird, der mit einem U-förmigen Ausschnitt versehen ist, wie in Fig. 21 gezeigt, und beide mit Bolzen aneinander befestigt werden.
Durch Integrieren der Träger, der Joche und der Trägerrahmen für die Pendelbaugruppe zu einer Einheit können die folgenden Probleme gelöst werden. Die Fig. 24 und 25 sind Vorderansicht und Seitenansicht des Servobeschleunigungssensors mit dem am Joch befestigten Träger. Wie in den Fig. 24 und 25 gezeigt kann - wenn Träger 240 und Joch 242 getrennt vorliegen - der Fall eintreten, daß das Joch 242 auf den Montagebereichen 246a und 246b des Trägers 240 in einer geneigten Position befestigt wird. Sobald das Joch 242 in einer geneigten Position befestigt wird, verändert sich die Empfindlichkeit des Beschleunigungsensors oder die Nullpunktsabweichung. Die Korrektur dieser Veränderungen ist zeitaufwendig.
Zur Lösung dieses Problems, d. h., durch Integrieren der Träger, Joche und Trägerrahmen für die Pendelbaugruppe zu einer Einheit wie bei der vorliegenden Ausführungsform, können montagebedingte Fehler bei der Genauigkeit des Beschleunigungssensors beseitigt und damit hochpräzise Beschleunigungssensoren hergestellt werden.
Als nächstes wird ein Servobeschleunigungssensor mit einem Träger beschrieben, der wie vorstehend beschrieben gestaltet ist. Fig. 13 ist eine Vorderansicht eines Servobeschleunigungssensors gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Die Fig. 14 bis 17 sind Draufsicht, Aufrißansicht von hinten, Seitenansicht von rechts und Seitenansicht von links des Servobeschleunigungssensors. Zur Klärung der Lage der jeweiligen Bauteile ist die Leiterplatte in Fig. 13 als Punkt-Strich-Linie gekennzeichnet.
Nachdem, wie in Fig. 14 gezeigt, die zwei Träger 130a und 130b zusammengefügt wurden, hängt die Pendelbaugruppe 131 vom Trägerrahmen 143 der Träger in einen im Mittelteil gebildeten Raum. Die Pendelbaugruppe I31 ist auf dieselbe Art wie bei der ersten Ausführungsform aufgebaut. Insbesondere umfaßt die Pendelbaugruppe, wie in Fig. 13 gezeigt, eine das Pendel bildende Metallplatte, einen Bereich des freien Endes 134, ausgehend vom Mittelteil, an dem die Metallplatte aufgehängt ist, einen von den Trägerrahmenbereichen 133a und 130b getragenen Bereich des Sockelendes 133 und ein Paar Blattfedern 132a und 132b, die den Bereich des freien Endes 134 und den Bereich des Sockelendes 133 verbinden. Diese Bauteile sind zu einer Einheit zusammengefügt. Die Metallplatte ist mit einem Spulenkern versehen, um den eine Drehspule gewickelt ist, wodurch ein Pendel gebildet wird.
Wie in Fig. 14 gezeigt, sind die Dauermagnete 151, 152, 153 und 154 jeweils um das Pendel in einer bestimmten Entfernung von demselben angeordnet. Diese Dauermagnete stehen in magnetischer Verbindung mit den Jochbereichen 130a und 130b der Träger, wodurch ein magnetischer Kreis aufgebaut wird. Wie in der ersten Ausführungsform fließt im magnetischen Kreis ein Strom durch die Drehspule, und es wirkt eine durch die Lorentz-Kraft bedingte magnetische Kraft auf die Drehspule in Richtung senkrecht zum Stromfluß.
Als nächstes wird eine Leiterplatte beschrieben, auf der eine Lichtquelle und ein optischer Sensor befestigt sind. Fig. 23 ist ein Grundriß einer Lichtquelle und einer Leiterplatte für einen optischen Sensor im Servobeschleunigungssensor gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Wie in Fig. 23 gezeigt, sind in beiden Enden der Lichtquelle und der Leiterplatte 230 für den optischen Sensor ein Paar Montagebohrungen 231a und 231b vorhanden. Zudem sind Bohrungen 232a, 233a bzw. 232b, 233b zum Einsetzen der Paßstifte an beiden Enden so ausgebildet, daß die Montagebohrungen in einem bestimmten Abstand zwischen diesen eingefaßt sind.
Im Mittelteil der Leiterplatte 230 zum Beispiel sind die Verdrahtungsmuster 236a, 236b und 236c ausgebildet, wie in Fig. 23 gezeigt. An den Enden jedes Verdrahtungsmusters sind die Bohrungen 234a und 234b für die Anschlüsse der Lichtquelle und die Bohrungen 234c, 234d und 234e für die Anschlußdrähte vorhanden, die zur elektrischen Verbindung der Leiterplatte verwendet werden. Die Anschlüsse des optischen Sensors sind über die Drähte der einzelnen Verdrahtungsmuster oder an den Enden der Drähte mit den Anschlußbereichen 235a, 235b und 235c des optischen Sensors verbunden.
Da die Bohrungen 234a und 234b für die Anschlüsse der Lichtquelle in der Leiterplatte 230 bereits vorhanden sind und die Verdrahtungsmuster 236a bis 236c ebenfalls bereits zuvor auf der Leiterplatte gebildet wurden, kann die Leiterplatte sowohl als Leiterplatte für eine Lichtquelle als auch als Leiterplatte für einen optischen Sensor verwendet werden.
Insbesondere bei Verwendung der Leiterplatte 230 als Leiterplatte für eine Lichtquelle sind die Anschlüsse für die Lichtquelle in die Bohrungen 234a und 234e für die Anschlüsse der Lichtquelle eingepaßt, und diese Leiterplatte wird am Jochbereich 183 des in Fig. 22 gezeigten Trägers 180 befestigt. In diesem Fall werden die in Fig. 22 gezeigten Paßstifte 188a, 188b, 189a und 189b nicht in die Bohrungen 232a, 232b, 233a und 233b zum Einsetzen der Paßstifte in der Leiterplatte 230 eingeführt, und der Jochbereich 183 ist so an der Leiterplatte befestigt, daß ersterer sich in einem Abstand von der letzteren befindet, der so groß sein kann wie die Höhe der Paßstifte. Ist die mit der Leiterplatte 230 zu verwendende LED eine handelsübliche Infrarot-LED, so kann durch Freilegen des Flanschteils verhindert werden, daß die LED mit dem Pendel in Berührung kommt.
Wird die Leiterplatte 230 als optischer Sensor verwendet, so wird ein einzelner optischer Sensor auf der Leiterplatte in der Position befestigt, die der eingepaßten Lichtquelle entspricht, und diese Leiterplatte wird am Jochbereich des anderen Trägers als dem anmontiert, an dem die Lichtquellen-Leiterplatte befestigt ist, In diesem Fall werden im Gegensatz zur Lichtquellen-Leiterplatte die in Fig. 22 gezeigten Paßstifte 188a, 188b, 189a, und 186b in die Bohrungen 232a, 232b, 233a und 233b zur Aufnahme der Paßstifte eingeführt, und die Leiterplatte 230 wird festanliegend am Jochbereich 183 befestigt. Jetzt dient jeder Paßstift als Führung zum Anbringen der Leiterplatte für den optischen Sensor. Da der untere Teil der Leiterplatte 230 so ausgeformt ist, daß er den Sockelbereich 180a berührt, und die Bohrungen 232a, 232b, 233a und 233b zur Aufnahme der Paßstifte in der Leiterplatte 230 eine Hauptachse in Richtung der Pendelschwingung aufweisen, fungiert die Leiterplatte 230 auch als Führung zum Bestimmen der Position nach einer Bewegung.
Wirkt eine Beschleunigung auf den Beschleunigungssensor der obigen Konfiguration, so schwingt das Pendel in der in Fig. 13 gezeigten Pendelbaugruppe 131 in Richtung der Beschleunigungswirkung, und der optische Sensor tastet die Verschiebung des Pendels. Das elektrische Signal vom optischen Sensor wird über den Draht und einen Eingang/Ausgang- Anschluß 140, gezeigt in Fig. 13, zum Schaltkreis auf der Leiterplatte 141 geleitet. Auf diese Weise kann die Größe der Beschleunigung anhand des der Leiterplatte 141 zugeführten elektrischen Stroms wie bei der ersten Ausführungsform gemessen werden.
Da die Träger, die Joche und die Trägerrahmen für die Pendelbaugruppe zu einer Einheit integriert sind, wie in Fig. 21 gezeigt, kann mit dem Servobeschleunigungssensor nach der vorliegenden Ausführungsform ein Fluchtungsfehler im Aufbau verhindert werden. Des weiteren kann dieselbe Leiterplatte sowohl als Leiterplatte für eine Lichtquelle als auch als Leiterplatte für einen optischen Sensor Verwendung finden, und je nach zu verwendenden Bauteilen können verschiedene Verdrahtungsmuster ausgewählt werden, so daß die Herstellungskosten der Leiterplatten verringert werden können.
Nachstehend soll anhand der Fig. 26 bis 30 eine Vorrichtung zur Berechnung des Neigungswinkels beschrieben werden, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Neigungswinkel mit Hilfe zweier Einheiten des bei der ersten bis dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendeten Sensors berechnet wird.
Fig. 26 ist ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Berechnung des Neigungswinkels, das die Konfiguration zeigt. In Fig. 26 bezeichnet Ziffer 300 eine CPU (Zentraleinheit), die den Gesamtbetrieb der Vorrichtung zur Berechnung des Neigungswinkels steuert. Ein ROM (Nurlesespeicher) 301, der Programme zum Ausführen der im Ablaufdiagramm in Fig. 27 gezeigten Prozesse speichert, und ein RAM 302 sind mit einem Systembus 300a von der CPU 300 verbunden. Die von einem später beschriebenen ersten Beschleunigungssensor 303 getastete Beschleunigung a&sub1; ist auch über den A/D(Analog/- Digital)-Wandler 304 mit dem Systembus verbunden. Die von einem später beschriebenen zweiten Beschleunigungssensor 303b getastete Beschleunigung a&sub2; ist ebenfalls über einen A/D(Analog/Digital)-Wandler 304b an den Systembus angeschlossen.
Beim ersten Beschleunigungssensor 303a und beim zweiten Beschleunigungssensor 303b werden zwei Einheiten des bei der ersten bis dritten Ausführungsform verwendeten Beschleunigungssensors eingesetzt.
Der A/D-Wandler 304 wandelt das vom ersten Beschleunigungssensor 303a ausgegebene Beschleunigungssignal a&sub1; in ein digitales Signal um. Der A/D-Wandler 304b wandelt das vom zweiten Beschleunigungssensor 303b ausgegebene Beschleunigungssignal a&sub2; in ein digitales Signal um.
Fig. 28 zeigt den Fall, bei dem ein Fahrzeug mit zwei Beschleunigungssensoren ausgerüstet ist, die bei der Vorrichtung zur Berechnung des Neigungswinkels verwendet werden.
Die Vorrichtung zur Berechnung des Neigungswinkels, bei der der in der Abbildung gezeigte Beschleunigungssensor verwendet wird, ist in ein Fahrzeug 311 eingebaut und berechnet den Neigungswinkel θ&sub1; eines Gefälles 313, während sich das Fahrzeug 311 auf dem Gefälle 313 weiterbewegt. Bewegt sich das Fahrzeug auf dem Gefälle 313 weiter, so wird die zurückgelegte Strecke LS auf der Grundlage des Neigungswinkels θ&sub1; durch die Vorrichtung bestimmt. Die Vorrichtung wird zum Beispiel bei einem Navigationssystem angewandt.
Die in Fig. 28 gezeigte Vorrichtung zur Berechnung des Neigungswinkels weist einen ersten Beschleunigungssensor 315 auf, der parallel zur Fortbewegungsrichtung des Fahrzeugs 311 befestigt ist, und einen zweiten Beschleunigungssensor 317, der in einem bestimmten Winkel θ&sub2; zur Fortbewegungsrichtung des Fahrzeugs befestigt ist.
Als nächstes wird ein Verfahren zur Berechnung des Neigungswinkels θ&sub1; des Gefälles 313 beschrieben, wenn sich das Fahrzeug 311 die Steigung 313 hinauf bewegt, wobei erster und zweiter Beschleunigungssensor 315, 317 verwendet werden, die wie vorstehend beschrieben befestigt sind.
Ist die vom Motor des Fahrzeugs 311 erzeugte Beschleunigung des Fahrzeugs 311 aE und die Schwerkraft g, so kann im Fall einer Aufwärtsbewegung des Fahrzeugs 311 entlang der Steigung 313 die vom ersten Beschleunigungssensor 315 ausgegebene erste Beschleunigung a&sub1; ausgedrückt werden als:
a&sub1; = aE + gsinθ&sub1; ...(1),
In diesem Fall wird die vom zweiten Beschleunigungssensor 317 ausgegebene zweite Beschleunigung a&sub2; ausgedrückt als:
a&sub2; = aEcosθ&sub2; + gsin(θ&sub1; + θ&sub2;) ...(2)
Die mit cosθ&sub2; multiplizierte Gleichung (1) wird von Gleichung (2) subtrahiert und das Ergebnis vereinfacht, was die Gleichung ergibt:
a&sub2;-a&sub1;cosθ&sub2; = g{sin(θ&sub1; + θ&sub2;) - sinθ&sub1;·gcosθ&sub2;} = gcosθ&sub1;·sinθ&sub2;
Auflösen nach cosθ&sub1; ergibt die Gleichung:
cosθ&sub1; = (a&sub2;-a&sub1;cosθ&sub2;)/gsinθ&sub2;
Der Neigungswinkel θ&sub1; des Gefälles 313 wird daher ausgedrückt als:
θ&sub1; = cos&supmin;¹{(a&sub2;-a&sub1;cosθ&sub2;)/gsinθ&sub2;} ... (3)
Da die erste Beschleunigung a&sub1;, die zweite Beschleunigung a&sub2; und der Montage-Neigungswinkel θ&sub2; des zweiten Beschleunigungssensors 317 bekannt sind, kann in der Gleichung des Neigungswinkels θ der Neigungswinkel θ&sub1; des Gefälles 313 mit Hilfe der Gleichung (3) bestimmt werden. Der Neigungswinkel θ&sub1; kann durch Eingeben der ersten und zweiten Beschleunigung a&sub1; und a&sub2; von erstem und zweitem Beschleunigungssensor 315 und 317 in den im Fahrzeug 311 bereitgestellten Rechner (nicht gezeigt) berechnet werden. Zwar wurde der Fall der Aufwärtsbewegung des Fahrzeugs 311 am Gefälle 313 beschrieben, doch gilt dieselbe Erklärung auch für den Fall, bei dem sich das Fahrzeug 311 am Gefälle 313 abwärts bewegt, so daß diese Beschreibung weggelassen werden kann. Hält des weiteren das Fahrzeug 311 auf dem Gefälle 313 an, so kann der Neigungswinkel auf dieselbe Weise durch Einsetzen von 0 für die Beschleunigung aE in die obigen Berechnungen erhalten werden.
Als nächstes wird ein Verfahren zur Bestimmung der zurückgelegten Strecke des Fahrzeugs 311 aus dem so erhaltenen Neigungswinkel θ&sub1; des Gefälles 313 beschrieben.
Aus Gleichung (1) wird die tatsächliche Beschleunigung aE des Fahrzeugs 311 am Gefälle ausgedrückt als:
aE = a&sub1; - gsinθ&sub1; ...(4)
Da die zurückgelegte Strecke LS in dem Fall, bei dem das Fahrzeug 311 auf dem Gefälle 313 mit einem Neigungswinkel von θ&sub1; fährt, in Form einer Beschleunigungskomponente und einer Fahrtkomponente konstanter Geschwindigkeit durch das doppelte Integral der Beschleunigung aE in Gleichung (4) bestimmt wird, kann die zurückgelegte Strecke ausgedrückt werden als:
LS = aEt&sub1;²/2 + aEt&sub1;t&sub2; = (a&sub1;-gsinθ&sub1;)t&sub1;²/2 + (a&sub1;-gsinθ&sub1;)t&sub1;t&sub2; ...(5)
wobei t&sub1; die Beschleunigungszeit und t&sub2; die Fahrzeit bei konstanter Geschwindigkeit ist.
In der Gleichung kann der Neigungswinkel θ&sub1; des Gefälles 313 aus Gleichung (3) bestimmt werden, und die Beschleunigung a&sub1; ist die Ausgabe des ersten Beschleunigungssensors 315, so daß die zurückgelegte Strecke LS in dem Fall, bei dem das Fahrzeug 311 auf dem Gefälle 313 fährt, aus der obigen Gleichung bestimmt werden kann.
Die zurückgelegte Strecke kann in dem Fall, bei dem das Fahrzeug 311 auf einer ebenen Straße fährt, bestimmt werden durch Lösen für den Fall, daß der Neigungswinkel θ&sub1; 0 ist θ&sub1; = 0), so daß aus Gleichung (4) die Beschleunigung aE des Fahrzeugs 311 ausgedrückt wird als:
aE = a&sub1;
Deshalb kann die zurückgelegte Strecke LF in diesem Fall in Form einer Beschleunigungskomponente und einer Fahrtkomponente konstanter Geschwindigkeit durch das doppelte Integral der Beschleunigung aE des Fahrzeugs 311 bestimmt werden, so daß die zurückgelegte Strecke LF ausgedrückt wird als:
LF = a&sub1;t&sub1;²/2 + a&sub1;t&sub1;t&sub2; ...(6)
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur - Berechnung des Neigungswinkels wird eine Schwerkraft-Korrektur durchgeführt und die tatsächlich zurückgelegte Strecke ohne Fehler berechnet. Als nächstes wird ein Fall beschrieben, bei dem eine Schwerkraft-Korrektur nicht durchgeführt wird. Danach wird der Unterschied zwischen diesen beiden Fällen betrachtet.
Zunächst kann die zurückgelegte Strecke LS' ohne Schwerkraft-Korrektur in dem Fall, bei dem das Fahrzeug ein Gefälle mit einem Neigungswinkel von θ&sub1; befährt, in Form einer Beschleunigungskomponente und einer Fahrtkomponente konstanter Geschwindigkeit durch das doppelte Integral der Beschleunigung a&sub1; in Gleichung (1) bestimmt werden, so daß die zurückgelegte Strecke LS' ausgedrückt wird als:
LS' = (aE + gsinθ&sub1;)t&sub1;²/2 + (aE + gsinθ&sub1;)t&sub1;t&sub2; = a&sub1;t&sub1;²/2 + a&sub1;t&sub1;t&sub2; ...(7)
Die zurückgelegte Strecke LF' des Fahrzeugs ohne Schwerkraft-Korrektur im Falle einer ebenen Straße erfordert keinen Neigungswinkelfaktor, so daß die zurückgelegte Strecke LF' identisch ist mit dem, was mit Gleichung (6) ausgedrückt wird.
Wie vorstehend beschrieben wird beim Vergleich der zurückgelegten Strecke LS' in Gleichung (7) ohne Schwerkraft- Korrektur auf einem Gefälle mit der zurückgelegten Strecke LS in Gleichung (5) mit Hilfe der Vorrichtung zur Berechnung des Neigungswinkels der vorliegenden Erfindung mit Schwerkraft-Korrektur die Differenz ausgedrückt als:
LS'-LS = gsinθ&sub1;·t&sub1;²/2 + gsinθ&sub1;·t&sub1;t&sub2; ...(8)
Durch Anwenden der Schwerkraft-Korrektur beim Berechnen der zurückgelegten Strecke auf dem Gefälle 313, wie es bei der Vorrichtung zur Berechnung des Neigungswinkels der Erfindung geschieht, kann der durch Gleichung. (8) ausgedrückte Fehler korrigiert werden.
Anhand eines praktischen Beispiels wird eine Beschreibung für einen Fall gegeben, bei dem die auf einem Gefälle zurückgelegte Strecke LS' in Gleichung (7) ohne Schwerkraft- Korrektur mit der zurückgelegten Strecke LS in Gleichung (5) mit der Vorrichtung zur Berechnung des Neigungswinkels der vorliegenden Erfindung mit Schwerkraft-Korrektur verglichen wird.
Bei einem Fall, bei dem wie in Fig. 29 gezeigt ein Fahrzeug auf einem Gefälle mit einem Neigungswinkel θ&sub1; = 5º mit einer Beschleunigung aE = 2 m/s² mit einer Anfangsgeschwindigkeit v = 0 über die Zeit t&sub1; = 5 (s) und danach mit einer Beschleunigung aE = 0 über die Zeit t&sub2; = 10 (s) fährt, wird die zurückgelegte Strecke LS, in Gleichung (7) ohne Schwerkraft-Korrektur mit der zurückgelegten Strecke LS in Gleichung (5) mit Hilfe der Vorrichtung zur Berechnung des Neigungswinkels der Erfindung verglichen, wobei eine Schwerkraft-Korrektur mit Hilfe des zweiten Beschleunigungssensors 317 mit einem Neigungswinkel von θ&sub2; = 30º vorgenommen wird.
Die zurückgelegte Strecke LS' in Gleichung (7) ohne Schwerkraft-Korrektur wird ausgedrückt als:
LS' = (aE + gsinθ&sub1;)t&sub1;²/2 + (aE + gsinθ&sub1;)t&sub1;t&sub2; = (2 + 9,8sin5º)·25/2 + (2 + 9,8sin5º)5·10 = 35,7 + 142,7 = 178,4 (m)
Im Gegensatz dazu wird die zurückgelegte Strecke LS in Gleichung (5) mit der Vorrichtung zur Berechnung des Neigungswinkels der Erfindung mit Schwerkraft-Korrektur ausgedrückt als:
LS = aEt&sub1;²/2 + aEt&sub1;t&sub2; = 2·5²/2 + 2·5·10 = 25 + 100 = 125 (m)
Im einzelnen wird die Differenz zwischen der zurückgelegten Strecke LS' in Gleichung (7) ohne Schwerkraft-Korrektur auf einem Gefälle und der zurückgelegten Strecke LS in Gleichung (5) mit der Vorrichtung zur Berechnung des Neigungswinkels der Erfindung mit Schwerkraft-Korrektur ausgedrückt als:
LS'-LS = 178,4 - 125 = 53,4 (m)
Des weiteren wird für den Fall, bei dem ein Fahrzeug auf einer Straße mit Gefälle fährt, wie in Fig. 30 gezeigt, die auf einem Gefälle zurückgelegte Strecke LS' in Gleichung (7) ohne Schwerkraft-Korrektur mit der zurückgelegten Strecke LS in Gleichung (5) mit Hilfe der Vorrichtung zur Berechnung des Neigungswinkels der vorliegenden Erfindung mit Schwerkraft-Korrektur verglichen. Bei Fig. 30 wird angenommen, daß das Fahrzeug mit einer Beschleunigung aE&sub1; 2 (m/s²) für eine Zeit t&sub1; = 5 (s) mit einer Anfangsgeschwindigkeit von v = 0, mit einer konstanten Geschwindigkeit für die Zeit t&sub2; = 10 (s) auf einem Gefälle mit einem Neigungswinkel von θ&sub1; = 5º, mit einer konstanten Geschwindigkeit für die Zeit t&sub3; = 10 (s), mit einer konstanten Geschwindigkeit für die Zeit t&sub4; = 10 (s), auf einem Gefälle mit einem Neigungswinkel von θ&sub3; = 3º für die Zeit t&sub5; = 10 (s), mit einer konstanten Geschwindigkeit für die Zeit t&sub6; = 10 (s), und mit einer Beschleunigung von aE&sub2; = -2 (m/s2) für die Zeit t&sub7; = 5 (s) fährt.
Die zurückgelegte Strecke LS' in Gleichung (7) ohne Schwerkraft-Korrektur wird wie folgt ausgedrückt (wobei die Indizes 1 bis 7 die einzelnen Abschnitte für LS' für die Zeiten t&sub1; bis t&sub7; bedeuten):
LS'&sub1; = a&sub1;t&sub1;²/2 a&sub1; = aE&sub1; = 2
LS'&sub2; = a&sub2;t&sub2;²/2 + a&sub1;t&sub1;t&sub2; a&sub2; = 0
LS'&sub3; = a&sub3;t&sub3;²/2 + a&sub1;t&sub3;t&sub3; a&sub3; = gsinθ&sub1;
LS'&sub4; = a&sub4;t&sub4;²/2 + a&sub1;t&sub1;t&sub4; a&sub4; = 0
LS'&sub5; = a&sub5;t&sub5;²/2 + a&sub1;t&sub1;t&sub5; a&sub5; = gsinθ&sub3;
LS'&sub6; = a&sub6;t&sub6;²/2 + a&sub1;t&sub1;t&sub6; a&sub6; = 0
LS'&sub7; = a&sub7;t&sub7;²/2 + a&sub1;t&sub1;t&sub7; a&sub7; = aE&sub2; = -2
Die Länge LS'gesamt des gesamten Wegs wird daher ausgedrückt als:
LS'gesamt = LS'&sub1; + LS'&sub2; + LS'&sub3; + LS'&sub4; + LS'&sub5; + LS'&sub6; + LS'&sub7; = 25 + 100 + 142,7 + 100 + 74,4 + 100 + 25 = 567,1 (m)
Im Gegensatz dazu wird die zurückgelegte Strecke LS in Gleichung (5) mit der Vorrichtung zur Berechnung des Neigungswinkels der vorliegenden Erfindung mit Schwerkraft- Korrektur ausgedrückt als:
LS&sub1; = a&sub1;t&sub1;²/2 a&sub1; = aE&sub1; = 2
LS&sub2; = a&sub2;t&sub2;²/2 + a&sub1;t&sub1;t&sub2; a&sub2; = 0
LS&sub3; = a&sub3;t&sub3;²/2 + a&sub1;t&sub1;t&sub3; a&sub3; = 0
LS&sub4; = a&sub4;t&sub4;²/2 + a&sub1;t&sub1;t&sub4; a&sub4; = 0
LS&sub5; = a&sub5;t&sub5;²/2 + a&sub1;t&sub1;t&sub5; a&sub5; = 0
LS&sub6; = a&sub6;t&sub6;²/2 + a&sub1;t&sub1;t&sub6; a&sub6; = 0
LS&sub7; = a&sub7;t&sub7;²/2 + a&sub1;t&sub1;t&sub7; a&sub7; = aE&sub2; = -2
Die Länge LS'gesamt des gesamten Wegs wird daher ausgedrückt als:
LS'gesamt = LS&sub1; + LS&sub2; + LS&sub3; + LS&sub4; + LS&sub5; + LS&sub6; + LS&sub7; = 25 + 100 + 100 + 100 + 100 + 100 + 25 = 550 (m)
Demnach wird die Differenz zwischen der zurückgelegten Strecke LS' ohne Schwerkraft-Korrektur auf der Straße mit den in Fig. 30 gezeigten Gefällen und der zurückgelegten Strecke LS entsprechend der Erfindung mit Schwerkraft- Korrektur ausgedrückt als:
LS'-LS = 567,1 - 550 = 17,1 (m)
Fig. 27 ist ein Flußdiagramm für das Verfahren zur Bestimmung des Neigungswinkels θ&sub1; des Gefälles 313 unter Verwendung von Gleichung (3) und erster und zweiter Beschleunigung a&sub1; und a&sub2;, die durch den ersten und zweiten Beschleunigungssensor 315 und 317 wie vorstehend beschrieben getastet wurden, zur Berechnung der Beschleunigung aE des Fahrzeugs 311 auf der Grundlage des Neigungswinkels 91 unter Verwendung von Gleichung (4), und zur Bestimmung der Geschwindigkeit v und der zurückgelegten Strecke LS des Fahrzeugs 311 auf der Grundlage der Beschleunigung.
Nachstehend wird das Verfahren zur Bestimmung der Geschwindigkeit v und der zurückgelegten Strecke LS des Fahrzeugs 311 anhand des Flußdiagramms beschrieben.
Nach Ablauf einer infinitesimalen Zeit nach Setzen der Geschwindigkeit v(t) und der zurückgelegten Strecke LS auf 0, wie in Fig. 27 gezeigt, wandeln die A/D-Wandler 304a, 304b die erste und zweite Beschleunigung a&sub1; (t), a&sub2; (t), die vom ersten und zweiten Beschleunigungssensor 303a (315), 303b (317) getastet wurden, in digitale Daten um, die dann in die CPU 1 eingegeben werden (Schritte S11 bis S13). Auf der Grundlage von Eingabebeschleunigung und -neignngswinkel θ&sub2; des zweiten Beschleunigungssensors 303b (317) wird dann der Neigungswinkel θ&sub1; (t) des Gefälles 313 mit Hilfe der Gleichung (3) (Schritt S14) bestimmt. Nachdem der Neigungswinkel 91 (t) bestimmt worden ist, wird die Beschleunigung aE (t) des Fahrzeugs 311 mit Hilfe der Gleichung (4) (Schritt S15) berechnet.
Ist die Beschleunigung aE des Fahrzeugs 311 einmal bestimmt, ergibt die Multiplikation dieser Beschleunigung mit der Zeit die Geschwindigkeit v des Fahrzeugs 311 (Schritt S16). Die Multiplikation der Geschwindigkeit v (t) mit der Zeit ergibt die zurückgelegte Strecke LS des Fahrzeugs 311 (Schritt S17).
Anstelle des Verfahrens zur Berechnung der zurückgelegten Strecke aus den Impulsen der Fahrzeuggeschwindigkeit kann nun die so bestimmte zurückgelegte Strecke des Fahrzeugs 311 auf das Navigationssystem angewandt werden. Wird jedoch die auf einem Gefälle zurückgelegte Strecke berechnet, eine Schwerkraft-Rorrektur beim Berechnen des Neigungswinkels des Gefälles durchgeführt, so läßt sich die zurückgelegte Strecke auf der Grundlage des Neigungswinkels mit der Vorrichtung zur Berechnung des Neigungswinkels unter Verwendung eines Beschleunigungssensors der Erfindung bestimmen. Durch Berechnen des jeweiligen Produkts aus der zurückgelegten Strecke LS und cosθ&sub1;(t), LS·cosθ&sub1;(t), kann die zurückgelegte Strecke ohne die bei einem herkömmlichen Äquivalent anzutreffenden Fehler exakt bestimmt werden und ermöglicht daher die Anzeige der Position des Fahrzeugs auf dem Monitor im Navigationssystem in Übereinstimmung mit der tatsächlichen Position des Fahrzeugs.
Zwar wurde der Fall beschrieben, bei dem die Vorrichtung zur Berechnung des Neigungswinkels unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Beschleunigungssensors bei einem Fahrzeug angewandt wird, doch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern kann auch bei einem Roboterarm, dessen Lagewinkel bekannt sein muß, bei der Lagesteuerung eines Fahrzeugs und bei einem Flugzeug-Navigationssystem angewandt werden. Erster Beschleunigungssensor 303a und zweiter Beschleunigungssensor 303b können dabei unterschiedlich sein. Diese zwei Sensoren können getrennt voneinander bereitgestellt oder zu einer Einheit kombiniert sein.
Bei einer Vorwärtsbewegung eines sich bewegenden Körpers auf einem Gefälle läßt sich der Neigungswinkel wie vorstehend beschrieben auf der Grundlage einer ersten Beschleunigung, die durch den parallel zur Fortbewegungsrichtung des sich bewegenden Körpers befestigten ersten Beschleunigungssensor getastet wird, und einer zweiten Beschleunigung, die durch einen in einem bestimmten Winkel zur Fortbewegungsrichtung des sich bewegenden Körpers befestigten zweiten Beschleunigungssensor getastet wird, sehr genau ohne Verwendung eines Neigungswinkelsensors bestimmen. Selbst bei Stillstand des Fahrzeugs kann der Neigungswinkel getastet werden. Da Geschwindigkeitsimpulse des Fahrzeugs nicht erforderlich sind, läßt sich die Vorrichtung der Erfindung bei Verwendung in einem Navigationssystem problemlos installieren und beseitigt den Unterschied zwischen der Position des sich bewegenden Körpers auf dem Monitor und der tatsächlichen Position. Selbst im Falle von Autos, bei denen ein herkömmliches Äquivalent mangels Übereinstimmung mit der Spezifikation für Geschwindigkeitsimpulse des Autos oder wegen Fehlens von Geschwindigkeitsimpulsen des Autos nicht eingebaut werden kann, läßt sich die Vorrichtung der Erfindung problemlos einbauen.

Claims

1. Servobeschleunigungssensor, umfassend:

einen Pendelaufbau (1), bestehend aus einem Pendel, das aufgebaut ist aus einer Drehspule, die auf einer Seite einer Metallplatte bereitgestellt ist, einem Bereich des freien Endes, an dem das Pendel aufgehängt ist, einem Bereich des Sockelendes und einem Paar Blattfedern, die den Bereich des freien Endes und den Bereich des Sockelendes verbinden;

Dauermagnete (62 bis 65), die von der Metallplatte entfernt angeordnet sind;

einen Trägerrahmen (33) für die Pendelbaugruppe, der die Pendelbaugruppe trägt, wobei der Bereich des Sockelendes befestigt ist;

einen Verschiebungssensor (76), der die Verschiebung des Pendels ertastet und sie in Form eines elektrischen Signals ausgibt; und

einen Abtastkreis (42), der die Drehspule in Abhängigkeit vom elektrischen Signal mit Strom versorgt und dadurch eine magnetische Kraft erzeugt, die das Pendel in die Ausgangsposition zurücksetzt, und der auch die Beschleunigung tastet, wobei

der Bereich des freien Endes (4) und der Bereich des Sockelendes (3) aus Kunstharz bestehen und der Bereich des freien Endes (4), der Bereich des Sockelendes (3), die Blattfedern (2a, 2b) und die Metallplatte (6) zu einer Einheit integriert sind.

2. Servobeschleunigungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelteil der Längsseite des Bereichs des Sockelendes (3) mit nur einem Bolzen am Trägerrahmen für die Pendelbaugruppe befestigt ist, wodurch die Pendelbaugruppe vom Trägerrahmen getragen wird.

3. Servobeschleunigungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Trägerrahmen (33) für die Pendelbaugruppe wenigstens ein Paar rechtwinklige, U-förmige Auflagebereiche ausgebildet sind, die sich nach oben öffnen und den Bereich des Sockelendes von unten tragen.

4. Servobeschleunigungssensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Trägerrahmen (33) für die Pendelbaugruppe wenigstens ein Paar rechtwinklige, U-förmige Auflagebereiche ausgebildet sind, die sich nach oben öffnen und den Bereich des Sockelendes von unten tragen.

5. Servobeschleunigungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er des weiteren ein Joch (43, 44) umfaßt, das magnetisch mit dem Dauermagnet gekoppelt und in den Trägerrahmen für die Pendelbaugruppe integriert ist.

6. Servobeschleunigungssensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß er des weiteren ein Joch (43, 44) umfaßt, das magnetisch mit dem Dauermagnet gekoppelt und in den Trägerrahmen für die Pendelbaugruppe integriert ist.

7. Servobeschleunigungssensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß er des weiteren ein Joch (43, 44) umfaßt, das magnetisch mit dem Dauermagnet gekoppelt und in den Trägerrahmen für die Pendelbaugruppe integriert ist.

8. Servobeschleunigungssensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß er des weiteren ein Joch (43, 44) umfaßt, das magnetisch mit dem Dauermagnet gekoppelt und in den Trägerrahmen für die Pendelbaugruppe integriert ist.

9. Servobeschleunigungssensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Metallplatte (6) ein Schlitz vorgesehen ist und der Verschiebungssensor ein optischer Sensor ist, der das Licht von einer Lichtquelle, die in eine im Joch vorgesehene Bohrung eingepaßt ist, auf den Schlitz wirft und die Verschiebung des Pendels in Abhängigkeit des durch den Schlitz gehenden Lichts tastet.

10. Servobeschleunigungssensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Metallplatte (6) ein Schlitz vorgesehen ist und der Verschiebungssensor ein optischer Sensor ist, der das Licht von einer Lichtquelle, die in eine im Joch vorgesehene Bohrung eingepaßt ist, auf den Schlitz wirft und die Verschiebung des Pendels in Abhängigkeit des durch den Schlitz gehenden Lichts tastet.

11. Servobeschleunigungssensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Metallplatte (6) ein Schlitz vorgesehen ist und der Verschiebungssensor ein optischer Sensor ist, der das Licht von einer Lichtquelle, die in eine im Joch vorgesehene Bohrung eingepaßt ist, auf den Schlitz wirft und die Verschiebung des Pendels in Abhängigkeit des durch den Schlitz gehenden Lichts tastet.

12. Servobeschleunigungssensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Metallplatte (6) ein Schlitz vorgesehen ist und der Verschiebungssensor ein optischer Sensor ist, der das Licht von einer Lichtquelle, die in eine im Joch vorgesehene Bohrung eingepaßt ist, auf den Schlitz wirft und die Verschiebung des Pendels in Abhängigkeit des durch den Schlitz gehenden Lichts tastet.

13. Servobeschleunigungssensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Leiterplatte (79) für einen optischen Sensor, auf der der optische Sensor befestigt ist, mit Schrauben durch Durchführungen am Joch befestigt ist, wobei die Hauptachse der Durchführungen in Richtung der Pendelschwingung liegt.

14. Servobeschleunigungssensor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Leiterplatte -(79) für einen optischen Sensor, auf der der optische Sensor befestigt ist, mit Schrauben durch Durchführungen am Joch befestigt ist, wobei die Hauptachse der Durchführungen in Richtung der Pendelschwingung liegt.

15. Servobeschleunigungssensor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Leiterplatte (79) für einen optischen Sensor, auf der der optische Sensor befestigt ist, mit Schrauben durch Durchführungen am Joch befestigt ist, wobei die Hauptachse der Durchführungen in Richtung der Pendelschwingung liegt.

16. Servobeschleunigungssensor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Leiterplatte (79) für einen optischen Sensor, auf der der optische Sensor befestigt ist, mit Schrauben durch Durchführungen am Joch befestigt ist, wobei die Hauptachse der Durchführungen in Richtung der Pendelschwingung liegt.

17. Servobeschleunigungssensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß er des weiteren einen Träger (90) umfaßt, der das Joch trägt, und zusammen mit dem Joch und dem Trägerrahmen für die Pendelbaugruppe zu einer Einheit integriert ist.

18. Servobeschleunigungssensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß er des weiteren einen Träger (90) umfaßt, der das Joch trägt, und zusammen mit dem Joch und dem Trägerrahmen für die Pendelbaugruppe zu einer Einheit integriert ist.

19. Servobeschleunigungssensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß er des weiteren einen Träger (90) umfaßt, der das Joch trägt, und zusammen mit dem Joch und dem Trägerrahmen für die Pendelbaugruppe zu einer Einheit integriert ist.

20. Servobeschleunigungssensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß er des weiteren einen Träger (90) umfaßt, der das Joch trägt, und zusammen mit dem Joch und dem Trägerrahmen für die Pendelbaugruppe zu einer Einheit integriert ist.

21. Servobeschleunigungssensor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Einpaßbohrungen für die Lichtquelle in einer Leiterplatte für die Lichtquelle vorgesehen sind, an der die Lichtquelle befestigt ist sowie die Leiterplatte (79) für den optischen Sensor, auf deren einer Seite Verdrahtungsmuster ausgebildet sind, die ein elektrisches Signal vom befestigten optischen Sensor zur anderen Seite durch die Einpaßbohrungen für die Anschlüsse der Lichtquelle übertragen.

22. Servobeschleunigungssensor nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Einpaßbohrungen (235a bis 235c) für die Lichtquelle in einer Leiterplatte für die Lichtquelle vorgesehen sind, an der die Lichtquelle befestigt ist sowie die Leiterplatte (79) für den optischen Sensor, auf deren einer Seite Verdrahtungsmuster ausgebildet sind, die ein elektrisches Signal vom befestigten optischen Sensor zur anderen Seite durch die Einpaßbohrungen für die Anschlüsse der Lichtquelle übertragen.

23. Servobeschleunigungssensor nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Einpaßbohrungen (235a bis 235c) für die Lichtquelle in einer Leiterplatte für die Lichtquelle vorgesehen sind, an der die Lichtquelle befestigt ist sowie die Leiterplatte für den optischen Sensor, auf deren einer Seite Verdrahtungsmuster ausgebildet sind, die ein elektrisches Signal vom befestigten optischen Sensor zur anderen Seite durch die Einpaßbohrungen für die Anschlüsse der Lichtquelle übertragen.

24. Servobeschleunigungssensor nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Einpaßbohrungen (235a bis 235c) für die Lichtquelle in einer Leiterplatte für die Lichtquelle vorgesehen sind, an der die Lichtquelle befestigt ist sowie die Leiterplatte für den optischen Sensor, auf deren einer Seite Verdrahtungsmuster ausgebildet sind, die ein elektrisches Signal vom befestigten optischen Sensor zur anderen Seite durch die Einpaßbohrungen für die Anschlüsse der Lichtquelle übertragen.