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Dokumentenidentifikation DE69517766T2 01.03.2001
EP-Veröffentlichungsnummer 0706030
Titel Richtungs-Sensor und Richtungs-Entfernungs-Sensor
Anmelder Murata Mfg. Co., Ltd., Nagaokakyo, Kyoto, JP
Erfinder Nakamura, Takeshi, Nagaokakyo-shi, Kyoto-fu, JP
Vertreter Schoppe, Zimmermann, Stöckeler & Zinkler, 81479 München
DE-Aktenzeichen 69517766
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 04.10.1995
EP-Aktenzeichen 951156520
EP-Offenlegungsdatum 10.04.1996
EP date of grant 05.07.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 01.03.2001
IPC-Hauptklasse G01C 21/16
IPC-Nebenklasse G01C 21/20   G01C 21/10   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf einen Richtungssensor und einen Richtungs-Entfernungs-Sensor und insbesondere auf einen Richtungssensor und einen Richtungs- Entfernungs-Sensor, die beispielsweise für ein Fahrzeugnavigationssystem verwendet werden und in der Lage sind, die Fahrtrichtung eines Fahrzeuges zu erfassen bzw. die Fahrtrichtung und die Fahrstrecke des Fahrzeuges zu erfassen.

Bisher existiert ein Fahrzeugnavigationssystem, das einen Richtungssensor zum Erfassen der Fahrtrichtung und einen Entfernungssensor zum Erfassen der Fahrstrecke verwendet. Es gibt ferner zwei Typen von Richtungssensoren; einer, der ein Vibrationsgyroskop verwendet, und einen weiteren, bei dem zwei Beschleunigungssensoren horizontal mit einem breiten Zwischenraum zwischen denselben angeordnet sind. Der Richtungssensor, der das Vibrationsgyroskop verwendet, erfaßt eine Drehwinkelgeschwindigkeit durch das Vibrationsgyroskop und findet aus der Drehwinkelgeschwindigkeit die Fahrtrichtung heraus. Der Richtungssensor, bei dem zwei Beschleunigungssensoren horizontal angeordnet sind, erfaßt die Beschleunigungen von zwei Teilen durch diese zwei Beschleunigungssensoren und findet aus einer Differenz dieser Beschleunigungen die Fahrtrichtung heraus.

Da jedoch das Vibrationsgyroskop aufwendig ist, ist ferner das gesamte System des Navigationssystemes mit dem Beschleunigungssensor, der das Vibrationsgyroskop verwendet, aufwendig.

Andererseits wird die Größe des Navigationssystemes mit dem Beschleunigungssensor, bei dem zwei Beschleunigungssensoren horizontal angeordnet sind, groß, da diese zwei Beschleunigungssensoren horizontal mit einem angemessenen Zwischenraum in dem System angeordnet sein müssen.

Die US-A-4,393,709 bezieht sich auf eine Richtungserfassungsvorrichtung mit einer Geschwindigkeitserfassungseinrichtung zum Bestimmen der Geschwindigkeit eines Objektes, einer Zentrifugalkrafterfassungseinrichtung zum Erfassen der Zentrifugalkraft, die auf ein Fahrzeug wirkt, einer Pulserzeugungseinrichtung zum Definieren bestimmter Zeitperioden und einem Erfassungsgerät, das eine arithmetische Berechnung der Fahrtrichtung oder des Fahrtwinkels auf der Basis der gemessenen Geschwindigkeit, der Zeitperiode und der Beschleunigung durchführt.

Die GB-2020019A bezieht sich auf ein Navigationsinstrument, das ein Zwei-Zugriff-Gyroskop und einen Drehbeschleunigungsmesser, die sich auf eine Drehbewegung eines Fahrzeuges beziehen, und Beschleunigungsmesser aufweist, die auf lineare Beschleunigungen ansprechen. Es sind ferner Geschwindigkeitssensoren zum Erfassen der Geschwindigkeit des Fahrzeuges über Boden vorgesehen, wobei auf der Basis der Signale, die von den Sensoren ausgegeben werden, Vektorkomponenten von dem fahrzeugfesten Koordinatensystem in ein Koordinatensystem transformiert werden, das zu der Erde eine feste Relativlage aufweist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen kleinen und unaufwendigen Richtungssensor zu schaffen, der eine Fahrtrichtung eines Fahrzeuges erfassen kann.

Diese Aufgabe wird durch einen Erfassungssensor gemäß Anspruch 1 und Anspruch 2 gelöst.

Ein Richtungssensor der vorliegenden Erfindung umfaßt einen ersten Beschleunigungssensor zum Erfassen einer Beschleunigung in einer Richtung, um ein Signal zu erhalten, das auf die Beschleunigung in der einen Richtung bezogen ist, und einen zweiten Beschleunigungssensor zum Erfassen einer Kraft, die in eine Richtung senkrecht zu der einen Richtung anliegt, um ein Signal zu erhalten, das auf die Kraft bezogen ist, die in der Richtung senkrecht zu der einen Richtung anliegt, und ermittelt eine Fahrtrichtung eines Fahrzeuges aus den Ausgangssignalen des ersten und zweiten Beschleunigungssensors.

Bei dem Richtungssensor der vorliegenden Erfindung wird die Fahrtrichtung des Fahrzeuges aus den Ausgangssignalen des ersten und zweiten Beschleunigungssensors ermittelt, indem die folgenden Merkmale verwendet werden: eine erste Integrierschaltung zum Integrieren des Ausgangssignals des ersten Beschleunigungssensors über die Zeit, um ein Signal zu erhalten, das auf eine Geschwindigkeit in der einen Richtung bezogen ist; eine erste arithmetische Schaltung zum Erhalten eines Signales, das auf einen Krümmungsradius bezogen ist, aus dem Ausgangssignal des zweiten Beschleunigungssensors und dem Ausgangssignal der ersten Integrierschaltung; eine zweite arithmetische Schaltung zum Erhalten eines Signales, das auf eine Winkelgeschwindigkeit bezogen ist, aus dem Ausgangssignal der ersten arithmetischen Schaltung und dem Ausgangssignal der ersten Integrierschaltung; und einer weiteren Integrierschaltung zum Integrieren des Ausgangssignals der zweiten arithmetischen Schaltung über die Zeit, um ein Signal zu erhalten, das auf die Fahrtrichtung des Fahrzeuges bezogen ist.

Oder dieselbe wird ermittelt, indem folgende Merkmale verwendet werden: die erste Integrierschaltung zum Integrieren des Ausgangssignals des ersten Beschleunigungssensors über die Zeit, um das Signal zu erhalten, das auf die Geschwindigkeit in der einen Richtung bezogen ist; eine arithmetische Schaltung zum Erhalten eines Signales, das auf eine Winkelgeschwindigkeit bezogen ist, aus dem Ausgangssignal des zweiten Beschleunigungssensors und dem Ausgangssignal der ersten Integrierschaltung; und eine weitere Integrierschaltung zum Integrieren des Ausgangssignals der arithmetischen Schaltung über die Zeit, um ein Signal zu erhalten, das auf die Fahrtrichtung des Fahrzeuges bezogen ist.

Ein Richtungs-Entfernungs-Sensor der vorliegenden Erfindung umfaßt einen ersten Beschleunigungssensor zum Erfassen einer Beschleunigung in einer Richtung, um ein Signal zu erhalten, das auf die Beschleunigung in der einen Richtung bezogen ist, und einen zweiten Beschleunigungssensor zum Erfassen einer Kraft, die in einer Richtung senkrecht zu der einen Richtung anliegt, um ein Signal zu erhalten, das auf die Kraft bezogen ist, die in der Richtung senkrecht zu der einen Richtung anliegt. Der Sensor ermittelt eine Fahrstrecke eines Fahrzeuges aus dem Ausgangssignal des ersten Beschleunigungssensors, und ermittelt eine Fahrtrichtung des Fahrzeuges aus den Ausgangssignalen des ersten und zweiten Beschleunigungssensors.

Bei dem Richtungs-Entfernungs-Sensor der vorliegenden Erfindung wird die Fahrstrecke des Fahrzeuges aus dem Ausgangssignal des ersten Beschleunigungssensors ermittelt, indem folgende Merkmale verwendet werden: eine erste Integrierschaltung zum Integrieren des Ausgangssignals des ersten Beschleunigungssensors über die Zeit, um ein Signal zu erhalten, das auf eine Geschwindigkeit in einer Richtung bezogen ist, und eine zweite Integrierschaltung zum Integrieren des Ausgangssignals der ersten Integrierschaltung über die Zeit, um ein Signal zu erhalten, das auf die Fahrstrecke des Fahrzeuges bezogen ist.

Bei dem Richtungs-Entfernungs-Sensor der vorliegenden Erfindung wird ferner die Fahrtrichtung des Fahrzeuges aus den Ausgangssignalen des ersten und zweiten Beschleunigungssensors ermittelt, indem folgende Merkmale verwendet werden: die erste Integrierschaltung zum Integrieren des Ausgangssignals des ersten Beschleunigungssensors über die Zeit, um das Signal zu erhalten, das auf die Geschwindigkeit in einer Richtung bezogen ist; eine erste arithmetische Schaltung zum Erhalten eines Signales, das auf einen Krümmungsradius bezogen ist, aus dem Ausgangssignal des zweiten Beschleunigungssensors und dem Ausgangssignal der ersten Integrierschaltung; einer zweiten arithmetischen Schaltung zum Erhalten eines Signales, das auf eine Winkelgeschwindigkeit bezogen ist, aus dem Ausgangssignal der ersten arithmetischen Schaltung und dem Ausgangssignal der ersten Integrierschaltung; und einer dritten Integrierschaltung zum Integrieren des Ausgangssignals der zweiten arithmetischen Schaltung über die Zeit, um ein Signal zu erhalten, das auf die Fahrtrichtung des Fahrzeuges bezogen ist.

Oder dieselbe wird ermittelt, indem folgende Merkmale verwendet werden: die erste Integrierschaltung zum Integrieren des Ausgangssignals des ersten Beschleunigungssensors über die Zeit, um das Signal zu erhalten, das auf die Geschwindigkeit in einer Richtung bezogen ist; die arithmetische Schaltung zum Erhalten des Signales, das auf die Winkelgeschwindigkeit bezogen ist, aus dem Ausgangssignal des zweiten Beschleunigungssensors und dem Ausgangssignal der ersten Integrierschaltung; und der dritten Integrierschaltung zum Integrieren des Ausgangssignals der arithmetischen Schaltung über die Zeit, um das Signal zu erhalten, das auf die Fahrtrichtung des Fahrzeuges bezogen ist.

Bei dem Richtungssensor und dem Richtungs-Entfernungs-Sensor der vorliegenden Erfindung wird eine Beschleunigung in einer Richtung erfaßt, wobei ein Signal, das auf die Beschleunigung in der einen Richtung bezogen ist, durch den ersten Beschleunigungssensor erhalten wird. Eine Kraft, die in einer Richtung senkrecht zu der einen Richtung anliegt, wird erfaßt, wobei ein Signal, das auf die Kraft, die in der Richtung senkrecht zu der einen Richtung anliegt, durch den zweiten Beschleunigungssensor erhalten wird.

Bei dem Richtungssensor der vorliegenden Erfindung wird eine Fahrtrichtung des Fahrzeuges aus den Ausgangssignalen des ersten und zweiten Beschleunigungssensors ermittelt.

Bei dem Richtungs-Entfernungs-Sensor der vorliegenden Erfindung wird eine Fahrstrecke des Fahrzeuges aus dem Ausgangssignal des ersten Beschleunigungssensors ermittelt, wobei eine Fahrtrichtung des Fahrzeuges aus den Ausgangssignalen des ersten und zweiten Beschleunigungssensors ermittelt wird.

Dementsprechend kann die vorliegende Erfindung einen kleinen und unaufwendigen Richtungssensor realisieren, der dazu in der Lage ist, die Fahrtrichtung des Fahrzeuges zu ermitteln, da kein aufwendiges Vibrationsgyroskop verwendet werden muß, und keine zwei Beschleunigungssensoren mit einem breiten Zwischenraum zwischen denselben angeordnet sein müssen, um die Fahrtrichtung des Fahrzeuges zu erfassen.

Ferner kann die vorliegende Erfindung einen kleinen und unaufwendigen Richtungs-Entfernungs-Sensor realisieren, der dazu in der Lage ist, die Fahrtrichtung und Fahrstrecke des Fahrzeuges zu erfassen, da kein aufwendiges Vibrationsgyroskop verwendet werden muß, und keine zwei Beschleunigungssensoren mit einem breiten Zwischenraum zwischen denselben angeordnet sein müssen, um die Fahrtrichtung und die Fahrstrecke des Fahrzeuges zu erfassen.

Folglich ermöglicht die vorliegende Erfindung eine Miniaturisierung und Reduzierung der Kosten eines Systems, wie z. B. eines Navigationssystemes, das den Richtungssensor und den Entfernungssensor erfordert.

Die obigen und weitere verwandte Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus dem Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele ersichtlich werden, die bezugnehmend auf die begleitenden Zeichnungen durchgeführt wird.

Fig. 1 ist eine diagrammartige Draufsicht, die ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;

Fig. 2 ist ein Blockdiagramm des Ausführungsbeispieles, das in Fig. 1 gezeigt ist;

Fig. 3 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die einen Beschleunigungssensor darstellt, der bei dem Ausführungsbeispiel verwendet wird, das in Fig. 1 gezeigt ist;

Fig. 4 ist eine Seitenansicht des Beschleunigungssensors, der bei dem Ausführungsbeispiel verwendet wird, das in Fig. 1 gezeigt ist;

Fig. 5 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einer Geschwindigkeit V an einem sich bewegenden Teil einer Masse m, einem Krümmungsradius r, einer Winkelgeschwindigkeit ca. einer Zentrifugalkraft F und einer Fahrtrichtung A zeigt; und

Fig. 6 ist ein Blockdiagramm, das ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im folgenden bezugnehmend auf die Zeichnungen erklärt werden.

Fig. 1 ist eine diagrammartige Draufsicht, die ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt, wobei Fig. 2 ein Blockdiagramm des Ausführungsbeispieles ist, das in Fig. 1 gezeigt ist. Ein Richtungs-Entfernungs-Sensor bzw. eine Richtungs-Entfernungs-Erfassungseinrichtung 1 weist beispielsweise ein rechteckiges Parallelepiped-förmiges Gehäuse 2 auf.

Bei der Figur sind ein erster Beschleunigungssensor 10a und ein zweiter Beschleunigungssensor 10b in dem Gehäuse 2 angebracht. Der erste Beschleunigungssensor 10a erfaßt eine Beschleunigung in einer Richtung, wie z. B. einer longitudinalen Richtung des Gehäuses 2, um ein Signal zu erhalten, das auf diese Beschleunigung bezogen ist. Der zweite Beschleunigungssensor 10b erfaßt eine Kraft, die in einer Breiterichtung des Gehäuses 2 anliegt, die senkrecht zu der einen Richtung steht, um ein Signal zu erhalten, das auf diese Kraft bezogen ist.

Obwohl der erste Beschleunigungssensor 10a und der zweite Beschleunigungssensor 10b dieselbe Struktur aufweisen, weisen dieselben eine spezielle Struktur auf. Der erste Beschleunigungssensor 10a wird dann detailliert unter Bezugnahme auf Fig. 3 und 4 erklärt werden.

Der erste Beschleunigungssensor 10a weist ein Schwingungselement 12 auf, das in der longitudinalen Richtung schwingt, und das ein Streifenschwingungsbauglied 14 aufweist, das durch ein elastisches unveränderliches Metall, wie z. B. Nickel, Eisen, Chrom und Titan oder eine Legierung aus denselben, wie z. B. eine Elinvar- und eine Eisen-Nickel-Legierung, erzeugt wird. Es wird darauf hingewiesen, daß das Schwingungsbauglied 14 neben Metallen, die allgemein mechanische Schwingungen erzeugen, durch ein Material, wie z. B. Silika, Glas, Quarz und Keramik, gebildet sein kann.

Zwei piezoelektrische Elemente 16a und 16b sind gebildet, um sich auf beiden Hauptoberflächen eines Teils auf der Seite eines Endes von der Mitte aus in der longitudinalen Richtung des Schwingungsbaugliedes 14 einander gegenüber zu liegen. Das eine piezoelektrische Element 16a weist eine piezoelektrische Schicht 18a auf, die beispielsweise aus einer Keramik gebildet sind, wobei Elektroden 20a bzw. 22a auf beiden Hauptoberflächen der piezoelektrischen Schicht 18a gebildet sind. Die Elektrode 20a ist auf einer Hauptoberfläche des Schwingungsbaugliedes 14 beispielsweise durch ein Haftmittel haftmäßig angebracht. Dementsprechend weist das andere piezoelektrische Element 16b eine piezoelektrische Schicht 18b auf, die beispielsweise aus einer Keramik gebildet sind, wobei Elektroden 20b bzw. 22b auf beiden Hauptoberflächen der piezoelektrischen Schicht 18b gebildet sind. Die Elektrode 20b ist auf der anderen Hauptoberfläche des Schwingungsbaugliedes 14 beispielsweise durch ein Haftmittel haftmäßig angebracht. Die piezoelektrischen Schichten 18a und 18b dieser piezoelektrischen Elemente 16a und 16b sind von den Elektroden 22a und 22b zu den Elektroden 20a und 20b polarisiert, d. h. in einer Dickerichtung von außen zu dem Schwingungsbauglied 14.

Es sind ferner zwei piezoelektrische Elemente 16c und 16d gebildet, um sich auf beiden Hauptoberflächen eines Teils auf der Seite des anderen Endes von der Mitte aus in der longitudinalen Richtung des Schwingungsbaugliedes 14 einander gegenüberzuliegen. Das eine piezoelektrische Element 16c weist eine piezoelektrische Schicht 18c auf, die beispielsweise aus einer Keramik gebildet ist, wobei Elektroden 20c bzw. 22c auf beiden Hauptoberflächen der piezoelektrischen Schicht 18c gebildet sind. Die Elektrode 20c ist auf einer Hauptoberfläche des Schwingungsbaugliedes 14 beispielsweise durch ein Haftmittel haftmäßig angebracht. Dementsprechend weist das andere piezoelektrische Element 16d eine piezoelektrische Schicht 18d auf, die beispielsweise aus einer Keramik gebildet ist, wobei Elektroden 20d bzw. 22d auf beiden Hauptoberflächen der piezoelektrischen Schicht 18d gebildet sind. Die Elektrode 20d ist auf der anderen Hauptoberfläche des Schwingungsbaugliedes 14 beispielsweise durch ein Haftmittel haftmäßig angebracht. Die piezoelektrischen Schichten 18c und 18d dieser piezoelektrischen Elemente 16c und 16d sind von den Elektroden 20c und 20d zu den Elektroden 22c und 22d polarisiert, d. h. in einer Dickerichtung von dem Schwingungsbauglied 14 nach außen.

Das Schwingungselement 12 schwingt in der longitudinalen Richtung desselben, wenn Treibersignale mit gleicher Phase an die piezoelektrischen Elemente 16a bis 16d angelegt sind. Da die piezoelektrischen Elemente 16a und 16b und die piezoelektrischen Elemente 16c und 16d in der entgegengesetzten Richtung zueinander polarisiert sind, werden dieselben in diesem Fall in der entgegengesetzten Richtung zueinander versetzt. Wenn sich ein Teil auf der Seite eines Endes von der Mitte des Schwingungsbaugliedes 14 aus in der longitudinalen Richtung ausdehnt, zieht sich folglich ein Teil auf der Seite des anderen Endes von der Mitte des Schwingungsbaugliedes 14 aus in der longitudinalen Richtung zusammen, wie es durch Pfeile mit durchgezogener Linie in Fig. 4 gezeigt ist. Im Gegensatz dazu dehnt sich, wenn sich der Teil auf der Seite des einen Endes von der Mitte des Schwingungsbaugliedes 14 aus in der longitudinalen Richtung zusammenzieht, der Teil auf der Seite des anderen Endes von der Mitte des Schwingungsbaugliedes 14 aus in der longitudinalen Richtung aus, wie es durch Pfeile mit gestrichelter Linie in Fig. 4 gezeigt ist. Ein Abstand zwischen den beiden Enden des Schwingungsbaugliedes 14 in der longitudinalen Richtung ändert sich in diesem Fall kaum, da das Maß von Ausdehnung/Kontraktion des Teils auf der Seite des einen Endes von der Mitte des Schwingungsbaugliedes 14 aus in der longitudinalen Richtung durch das Maß von Ausdehnung/Kontraktion des Teils an dem anderen Ende von der Mitte des Schwingungsbaugliedes 14 aus in der longitudinalen Richtung ausgeglichen wird. Das Schwingungsbauglied 14 schwingt mit dem Mittelabschnitt der piezoelektrischen Elemente 16a und 16b und der Mittelabschnitt der piezoelektrischen Elemente 16c und 16d als seine Knotenabschnitte. Das Schwingungsbauglied 14 schwingt ferner mit den beiden Enden in der longitudinalen Richtung als seine Schwingungsbäuche.

Zwei kreisförmige Löcher 14a sind beispielsweise an den zwei Knotenabschnitten des Schwingungsbaugliedes 14 des Schwingungselementes 12 erzeugt. Diese zwei Löcher 14a erhöhen eine Durchbiegung des Schwingungsbaugliedes 14, die durch eine Beschleunigung bewirkt wird, und stabilisieren die Schwingung des Schwingungsbaugliedes 14 in der longitudinalen Richtung.

Zwei Tragebauglieder 24 sind auf der Seite des einen Endes in der longitudinalen Richtung des Schwingungselementes 12 gebildet. In diesem Fall sind diese zwei Tragebauglieder 24 einstückig mit dem Schwingungsbauglied 14 gebildet, und erstrecken sich in der Breiterichtung von dem Außenrand des Knotenabschnittes auf der Seite des einen Endes des Schwin gungsbaugliedes 14 in der longitudinalen Richtung und erstrecken sich von dem Endabschnitt desselben. Diese Tragebauglieder 24 tragen den Abschnitt des Schwingungselementes 12 auf der Seite des einen Endes desselben.

Ferner sind zwei Anbringungsbauglieder 26 gebildet, die von einer distalen Hälfte des Schwingungsbaugliedes 14 vorstehen. In diesem Fall erstrecken sich die Anbringungsbauglieder 26 in der Breiterichtung von dem Außenrand des Knotenabschnittes auf der Seite des anderen Endes des Schwingungsbaugliedes 14, wobei dieselben einstückig mit dem Schwingungsbauglied 14 gebildet sind. Gewichte 28 sind an den beiden Hauptoberflächen dieser Anbringungsbauglieder 26 durch Schweißen oder Löten angebracht. Diese Gewichte 28 erhöhen eine Durchbiegung des Schwingungsbaugliedes 14, die durch eine Beschleunigung bewirkt wird.

Bei dem ersten Beschleunigungssensor 10a schwingt das Schwingungselement 12 in der longitudinalen Richtung, wie es durch die Pfeile mit durchgezogener Linie und die Pfeile mit gestrichelter Linie in Fig. 4 gezeigt ist, wenn die Seite des einen Endes des Schwingungselementes 12 getragen ist, indem die zwei Tragebauglieder 24 befestigt sind, und wenn Treibersignale mit gleicher Phase an die vier piezoelektrischen Elemente 16a bis 16d angelegt sind.

Wenn eine Beschleunigung an das Schwingungsbauglied 14 des Schwingungselementes 12 in der Richtung senkrecht zu der Hauptoberfläche desselben angelegt ist, biegt sich das Schwingungsbauglied 14 daraufhin zusammen mit den piezoelektrischen Elementen 16a bis 16d entsprechend der Beschleunigung durch, wobei in den piezoelektrischen Elementen 16a bis 16d Spannungen erzeugt werden, die der Durchbiegung entsprechen. Aufgrund dessen kann die Beschleunigung erfaßt werden, indem jede Spannung, die in den piezoelektrischen Elementen 16a bis 16d erzeugt wird, gemessen wird.

Da bei dem ersten Beschleunigungssensor 10a an den zwei Kno tenabschnitten des Schwingungsbaugliedes 14 jeweils die Löcher 14a erzeugt sind, wird ferner die Durchbiegung des Schwingungsbaugliedes 14, die durch die Beschleunigung bewirkt wird, erhöht, wobei die Schwingung des Schwingungsbaugliedes 14 in der longitudinalen Richtung stabilisiert wird, indem das Gleichgewicht der Schwingung des Schwingungsbaugliedes 14 in der longitudinalen Richtung beibehalten wird. Dadurch wird eine Beschleunigungserfassungsempfindlichkeit des ersten Beschleunigungssensors 10a verbessert.

Da außerdem bei dem ersten Beschleunigungssensor 10a die Gewichte 28 an den Anbringungsbaugliedern 26 in der Nähe des Knotenabschnitts des Schwingungselementes 12 angebracht sind, wird die Durchbiegung des Schwingungsbaugliedes 14 erhöht und die Beschleunigungserfassungsempfindlichkeit erhöht, wobei die Schwingung des Schwingungselementes 12 durch die Gewichte 28 nicht gestört wird, da kaum eine Schwingung des Schwingungselementes 12 auf die Gewichte 28 übertragen wird.

Es wird darauf hingewiesen, daß, obwohl bei dem ersten Beschleunigungssensor 10a jedes der kreisförmigen Löcher 14a jeweils an diesen zwei Knotenabschnitten des Schwingungsbaugliedes 14 erzeugt ist, die Löcher, die an den Knotenabschnitten erzeugt sind, eine andere Form wie z. B. eine rechteckige Form, anstatt der kreisförmigen Form aufweisen können, und daß die Anzahl der Löcher, die an einem Knotenabschnitt erzeugt sind, nicht auf lediglich Eins beschränkt ist, und mehr als Zwei betragen kann.

Der erste Beschleunigungssensor 10a kann die Beschleunigung ferner erfassen, indem eine Differenz von Spannungen, die durch die piezoelektrischen Elemente 16a und 16b erzeugt werden, und eine Differenz von Spannungen, die durch die piezoelektrischen Elemente 16c und 16d erzeugt wird, erfaßt wird.

Ferner kann bei dem ersten Beschleunigungssensor 10a die Polarisationsrichtung der piezoelektrischen Schicht von mehr als einem piezoelektrischen Element umgekehrt sein, und die Phase des Treibersignals, das an dem piezoelektrischen Element anliegt, dessen Polarisationsrichtung umgekehrt ist, kann umgekehrt sein.

Der Grund dafür, wieso bei dem ersten Beschleunigungssensor 10a das Schwingungselement in der longitudinalen Richtung in Schwingung versetzt ist, liegt darin, daß sich das Schwingungselement erheblich durchbiegt, wenn eine Beschleunigung an das Schwingungselement angelegt wird, wenn das Schwingungselement in der longitudinalen Richtung schwingt, wodurch folglich die Beschleunigungserfassungsempfindlichkeit verbessert wird.

Das Tragebauglied 24 dieses ersten Beschleunigungssensors 10a ist in dem Gehäuse 2 so befestigt, daß die Hauptoberfläche des Schwingungsbaugliedes 14 die longitudinale Richtung des Gehäuses 2 unter einem rechten Winkel schneidet. Dementsprechend wird eine Beschleunigung in der longitudinalen Richtung des Gehäuses 2 erfaßt, wobei ein Signal, das auf die Beschleunigung bezogen ist, durch den ersten Beschleunigungssensor 10a erhalten wird.

Das Tragebauglied 24 des zweiten Beschleunigungssensors 10b mit derselben Struktur wie der erste Beschleunigungssensor 10a ist ebenfalls in dem Gehäuse 2 befestigt, derart, daß die Hauptoberfläche des Schwingungsbaugliedes 14 desselben die Breiterichtung des Gehäuses 2 unter einem rechten Winkel schneidet. Dementsprechend wird eine Kraft F, die in der Breiterichtung des Gehäuses 2 anliegt, erfaßt, wobei ein Signal, das auf die Kraft F bezogen ist, durch den zweiten Beschleunigungssensor 10b erhalten wird.

Ein Ausgangsanschluß des ersten Beschleunigungssensors 10a ist mit einem Eingangsanschluß einer ersten Integrierschaltung 30a verbunden, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Die erste Integrierschaltung 30a integriert das Ausgangssignal des ersten Beschleunigungssensors 10a, das auf die Beschleunigung in der longitudinalen Richtung des Gehäuses 2 bezogen ist, über die Zeit, um ein Signal zu erhalten, das auf eine Geschwindigkeit V in der longitudinalen Richtung des Gehäuses 2 bezogen ist.

Ein Ausgangsanschluß der ersten Integrierschaltung 30a ist mit einem Eingangsanschluß einer zweiten Integrierschaltung 30b verbunden. Die zweite Integrierschaltung 30b integriert das Ausgangssignal der ersten Integrierschaltung 30a, das auf die Geschwindigkeit V in der longitudinalen Richtung des Gehäuses 2 bezogen ist, über die Zeit, um ein Signal zu erhalten, das auf eine Fahrstrecke L des Fahrzeuges bezogen ist.

Ein Ausgangsanschluß des zweiten Beschleunigungssensors 10b bzw. der Ausgangsanschluß der ersten Integrierschaltung 30a sind mit zwei Eingangsanschlüssen einer ersten arithmetischen Schaltung 32a verbunden. Die erste arithmetische Schaltung 32a erhält ein Signal, das auf einen Krümmungsradius r bezogen ist, aus dem Ausgangssignal des zweiten Beschleunigungssensors 10b, das auf eine Zentrifugalkraft F bezogen ist, die in der Breiterichtung des Gehäuses 2 anliegt, und dem Ausgangssignal der ersten Integrierschaltung 30a, das auf die Geschwindigkeit V in der longitudinalen Richtung des Gehäuses 2 bezogen ist. Es wird darauf hingewiesen, daß die erste arithmetische Schaltung 32a durch eine Beziehung von r = mV²/F realisiert werden kann, wobei m eine Masse eines sich bewegenden Teiles ist.

Ein Ausgangsanschluß der ersten arithmetischen Schaltung 32a bzw. der Ausgangsanschluß der ersten Integrierschaltung 30a sind mit zwei Eingangsanschlüssen einer zweiten arithmetischen Schaltung 32b verbunden. Die zweite arithmetische Schaltung 32b erhält ein Signal, das auf eine Winkelgeschwindigkeit ω bezogen ist, aus dem Ausgangssignal der ersten arithmetischen Schaltung 32a, das auf den Krümmungs radius r bezogen ist, und aus dem Ausgangssignal der ersten Integrierschaltung 30a, das auf die Geschwindigkeit V in der longitudinalen Richtung des Gehäuses 2 bezogen ist. Es wird darauf hingewiesen, daß diese zweite arithmetische Schaltung 32b durch eine Beziehung von ω = V/r realisiert werden kann.

Ein Ausgangsanschluß der zweiten arithmetischen Schaltung 32b ist mit einem Eingangsanschluß einer dritten Integrierschaltung 30c verbunden. Die dritte Integrierschaltung 30c integriert das Ausgangssignal der zweiten arithmetischen Schaltung 32b, das auf die Winkelgeschwindigkeit ω bezogen ist, über die Zeit, um ein Signal zu erhalten, das auf eine Fahrtrichtung Θ des Fahrzeuges bezogen ist.

Fig. 5 zeigt eine Beziehung zwischen der Geschwindigkeit V an dem sich bewegenden Teil der Masse m, dem Krümmungsradius r, der Winkelgeschwindigkeit ω, der Zentrifugalkraft F und der Fahrtrichtung Θ.

Der Richtungs-Entfernungs-Sensor 1 ist in einem Kraftfahrzeug 40 so angebracht, daß die longitudinale Richtung und die Breiterichtung des Gehäuses 2 parallel zu der longitudinalen Richtung bzw. der Breiterichtung des Kraftfahrzeuges 40 verlaufen, wie es in Fig. 1 gezeigt ist. Dementsprechend wird die Beschleunigung α in der longitudinalen Richtung des Kraftfahrzeuges 40 erfaßt, wobei das Signal, das auf die Beschleunigung α bezogen ist, durch den ersten Beschleunigungssensor 10a erhalten wird. Die Zentrifugalkraft F, die in der Breiterichtung des Kraftfahrzeuges 40 anliegt, wird erfaßt, wobei das Signal, das auf die Zentrifugalkraft F bezogen ist, durch den zweiten Beschleunigungssensor 10b erhalten wird.

Ferner wird das Ausgangssignal des ersten Beschleunigungssensors 10a, das auf die Beschleunigung a in der longitudinalen Richtung des Kraftfahrzeuges 40 bezogen ist, über die Zeit integriert, wobei das Signal, das auf die Geschwindig keit V in der longitudinalen Richtung des Kraftfahrzeuges 40 bezogen ist, durch die erste Integrierschaltung 30a erhalten wird.

Das Ausgangssignal der ersten Integrierschaltung 30a, das auf die Geschwindigkeit V in der longitudinalen Richtung des Kraftfahrzeuges 40 bezogen ist, wird über die Zeit integriert, wobei das Signal, das auf die Fahrstrecke L in der longitudinalen Richtung des Kraftfahrzeuges 40 bezogen ist, durch die zweite Integrierschaltung 30b erhalten wird. Das Signal, das auf den Krümmumgsradius r bezogen ist, wird aus dem Ausgangssignal des zweiten Beschleunigungssensors 10b, das auf die Zentrifugalkraft F bezogen ist, die in der Breiterichtung des Kraftfahrzeuges 40 anliegt, und dem Ausgangssignal der ersten Integrierschaltung 30a erhalten, das auf die Geschwindigkeit V in der longitudinalen Richtung des Kraftfahrzeuges 40 bezogen ist.

Das Signal, das auf die Winkelgeschwindigkeit ω bezogen ist, wird aus dem Ausgangssignal der ersten arithmetischen Schaltung 32a, das auf den Krümmungsradius r bezogen ist, und dem Ausgangssignal der ersten Integrierschaltung 30a erhalten, das auf die Geschwindigkeit V in der longitudinalen Richtung des Kraftfahrzeuges 40 bezogen ist.

Dann wird das Ausgangssignal der zweiten arithmetischen Schaltung 32b, das auf die Winkelgeschwindigkeit ω bezogen ist, über die Zeit integriert, wobei das Signal, das auf die Fahrtrichtung Θ des Kraftfahrzeuges 40 bezogen ist, durch die dritte Integrierschaltung 30c erhalten wird.

Dementsprechend kann dieser Richtungs-Entfernungs-Sensor 1 die Fahrtrichtung Θ und die Fahrstrecke L des Kraftfahrzeuges 40 erfassen.

Da bei dem Richtungs-Entfernungs-Sensor 1 kein aufwendiges Vibrationsgyroskop verwendet wird, und keine zwei Beschleu nigungssensoren mit einem breiten Zwischenraum zwischen denselben angeordnet sein müssen, kann derselbe ferner klein und unaufwendig sein.

Fig. 6 ist ein Blockdiagramm, das ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Bei dem Ausführungsbeispiel, das in Fig. 6 gezeigt ist, ist anstatt der ersten arithmetischen Schaltung 32a und der zweiten arithmetischen Schaltung 32b, die bei dem Ausführungsbeispiel, das in Fig. 1 und 2 gezeigt ist, vorgesehen sind, eine arithmetische Schaltung 32 vorgesehen. Die Ausgangsanschlüsse des zweiten Beschleunigungssensors 10b bzw. der ersten Integrierschaltung 30a sind mit zwei Eingangsanschlüssen der arithmetischen Schaltung 32 verbunden. Ein Ausgangsanschluß der arithmetischen Schaltung 32 ist mit dem Eingangsanschluß der dritten Integrierschaltung 30c als eine weitere Integrierschaltung verbunden. Die arithmetische Schaltung 32 erhält ein Signal, das auf die Winkelgeschwindigkeit ω bezogen ist, aus dem Ausgangssignal des zweiten Beschleunigungssensors 10b, das auf die Zentrifugalkraft F bezogen ist, die in der Breiterichtung des Gehäuses 2 anliegt, und dem Ausgangssignal der ersten Integrierschaltung 30a, das auf die Geschwindigkeit V in der longitudinalen Richtung des Gehäuses 2 bezogen ist. Diese arithmetische Schaltung 32 ist durch eine Beziehung von ω = F/(mV) realisiert, wobei m eine Masse des sich bewegenden Teiles ist.

Das Ausführungsbeispiel, das in Fig. 6 gezeigt ist, kann eine Fahrtrichtung und eine Fahrstrecke eines Fahrzeuges, wie z. B. eines Kraftfahrzeuges, erfassen, und kann klein und unaufwendig sein, entsprechend dem Ausführungsbeispiel, das in Fig. 1 und 2 gezeigt ist. Es wird darauf hingewiesen, daß die Schaltungsstruktur des Ausführungsbeispieles, das in Fig. 6 gezeigt wird, verglichen zu dem Ausführungsbeispiel, das in Fig. 1 und 2 gezeigt ist, vereinfacht sein kann, da eine arithmetische Schaltung eingespart ist.

Ein Richtungssensor, der lediglich die Fahrtrichtung Θ des Fahrzeuges erfassen kann, ist aufgebaut, indem bei jedem Ausführungsbeispiel, das in Fig. 2 und 6 gezeigt ist, die zweite Integrierschaltung 30b entfernt wird. Dieser Richtungssensor kann klein und unaufwendig sein, da kein aufwendiges Vibrationsgyroskop verwendet wird, und da keine zwei Beschleunigungssensoren mit einem breiten Zwischenraum zwischen denselben angeordnet sein müssen.


Anspruch[de]

1. Eine Richtungserfassungseinrichtung zum Erfassen einer Fahrtrichtung (Θ) eines Fahrzeuges (40), wobei die Erfassungseinrichtung (1) folgende Merkmale aufweist:

eine erste Beschleunigungserfassungseinrichtung (10a) zum Erfassen einer Beschleunigung (α) in einer Richtung, um ein Signal zu erhalten, das auf die Beschleunigung (α) in der einen Richtung bezogen ist;

eine zweite Beschleunigungserfassungseinrichtung (10b) zum Erfassen einer Kraft (F), die in einer Richtung senkrecht zu der einen Richtung anliegt, um ein Signal zu erhalten, das auf die Kraft (F) bezogen ist, die in der Richtung senkrecht zu der einen Richtung anliegt;

eine erste Integrierschaltung (30a) zum Integrieren des Ausgangssignales des zweiten Beschleunigungssensors (10a) über die Zeit, um ein Signal zu erhalten, das auf eine Geschwindigkeit (V) in der einen Richtung bezogen ist; eine erste arithmetische Schaltung (32a) zum Erhalten eines Signales, das auf einen Krümmungsradius (r) bezogen ist, aus dem Ausgangssignal der ersten Beschleunigungserfassungseinrichtung (10b) und dem Ausgangssignal der ersten Integrierschaltung (30a);

eine zweite arithmetische Schaltung (32b) zum Erhalten eines Signals, das auf eine Winkelgeschwindigkeit (ω) bezogen ist, aus dem Ausgangssignal der ersten arithmetischen Schaltung (32a) und dem Ausgangssignal der ersten Integrierschaltung (30a); und

eine weitere Integrierschaltung (30c) zum Integrieren des Ausgangssignals der zweiten arithmetischen Schaltung (32b) über die Zeit, um ein Signal zu erhalten, das auf die Fahrtrichtung (Θ) des Fahrzeuges (40) bezogen ist.

2. Eine Richtungserfassungseinrichtung (1) zum Erfassen einer Fahrtrichtung (Θ) eines Fahrzeuges (40), wobei die Erfassungseinrichtung (1) folgende Merkmale aufweist:

eine erste Beschleunigungserfassungseinrichtung (10a) zum Erfassen einer Beschleunigung (α) in einer Richtung, um ein Signal zu erhalten, das auf die Beschleunigung (α) in der einen Richtung bezogen ist;

eine zweite Beschleunigungserfassungseinrichtung (10b) zum Erfassen einer Kraft (F), die in einer Richtung senkrecht zu der einen Richtung anliegt, um ein Signal zu erhalten, das auf die Kraft (F) bezogen ist, die in der Richtung senkrecht zu der einen Richtung anliegt;

eine erste Integrierschaltung (30a) zum Integrieren des Ausgangssignals der zweiten Beschleunigungserfassungseinrichtung (10a) über die Zeit, um ein Signal zu erhalten, das auf eine Geschwindigkeit (V) in der einen Richtung bezogen ist;

eine arithmetische Schaltung (32) zum Erhalten eines Signals, das auf eine Winkelgeschwindigkeit (ω) bezogen ist, aus dem Ausgangssignal der ersten Beschleunigungserfassungseinrichtung (10b) und dem Ausgangssignal der ersten Integrierschaltung (30a); und

eine weitere Integrierschaltung (30c) zum Integrieren des Ausgangssignals der arithmetischen Schaltung (32) über die Zeit, um ein Signal zu erhalten, das auf die Fahrtrichtung (Θ) des Fahrzeuges (40) bezogen ist.

3. Die Richtungserfassungseinrichtung (1) gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, die ferner folgendes Merkmal aufweist:

eine zweite Integrierschaltung (30b) zum Integrieren des Ausgangssignals der zweiten Integrierschaltung (30a), um ein Signal zu erhalten, das auf eine Fahrstrecke (L) des Fahrzeuges (40) bezogen ist.







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