DE3103354A1

DE3103354A1 - Acceleration and angle-of-inclination sensor

Info

Publication number: DE3103354A1
Application number: DE19813103354
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Ing.(FH) 6720 Speyer Kappner
Original assignee: KAPPNER HELMUT DIPL ING FH
Current assignee: KAPPNER HELMUT DIPL ING FH
Priority date: 1981-01-31
Filing date: 1981-01-31
Publication date: 1982-11-04

Abstract

An acceleration and angle-of-inclination sensor with selectable proportionality between input and electrically analysable output variable. The sensor according to the invention is used for measuring horizontal acceleration and measuring angle of inclination, particularly in vehicles. It offers a solution for the transition from the mechanical/physical quantities of acceleration or inclination to an electrical reference variable which can then be applied to visual or acoustic indicators. As an intermediate measurement quantity, the distance of a guided mass is evaluated which is travelled by the latter under the influence of the abovementioned physical quantities. An excellent means of the sensor is the simple mechanical structure which allows low-cost applications and mass production.

Description

Beschreibung description

Beschleunigungs- und Neigungswinkelsensor Die Erfindung betrifft einen Horizontalbeschleunigungs- und Neigungswinkelsensor der im Oberbegriff des Anspruchs l definierten Art, der besonders zur Verwendung in Fahrzeugen geeignet ist. Acceleration and Tilt Angle Sensor The invention relates to a horizontal acceleration and inclination angle sensor in the preamble of Claim l defined type, which is particularly suitable for use in vehicles is.

1. Beschleunigungssensor Es sind Beschleunigungssensoren bekannt, die lediglich einen Beschleunigungswert in einer oder mehreren Richtungen registrieren können und wie z.B. die bekannten Quecksilberschalter als Endanschlagschalter funktionieren.1. Accelerometer Accelerometers are known which only register an acceleration value in one or more directions can and, like the well-known mercury switches, function as limit switches.

Der erfindgungsgemäße Sensor kann demgegenüber in allen seinen Varianten pro Richtung mehrere Beschleunigungswerte in diskreter oder kontinuierlicher Charakteristik detektieren. In contrast, the sensor according to the invention can be used in all of its variants Several acceleration values per direction in discrete or continuous characteristics detect.

Bei den proportional arbeitenden Beschleunigungssensoren sind Ausführungen bekannt, die entweder auf dem Feder-Masse-Prinzip oder dem Pendelprinzip beruhen. Es sind Feder-Masse-Systeme mit nur geringfügiger Auslenkung der Masse bekannt, die z.B. mit piezoelektrischen Drucksensoren oder mit Dehnungsmeßstreifen als Aufnehmer ausgestattet sind. Diese Aufnehmer erfordern eine komplizierte und störanfällige Auswertelektronik (z.B. Ladungsverstärker bei Piezo-Aufnehmern und zusätzliche Speicherelektronik). Bei Masse-Feder-Systemen mit signifikanter Masse-Auslenkung kann man zwar prinzipiell eine lineare Auslenkung der Masse im Verhältnis zur Beschleunigung erreichen, es besteht jedoch die Schwierigkeit, die Abtastung der Masseposition ohne zusätzliche mechanische Reibung, wie sie z.B. durch mechanische Kontakte entsteht zu gewährleisten und die Systemreibung generell gering zu halten. There are versions of the proportional acceleration sensors known, which are based either on the spring-mass principle or the pendulum principle. Spring-mass systems with only a slight displacement of the mass are known, e.g. with piezoelectric pressure sensors or with strain gauges as sensors are equipped. These sensors require a complicated and failure-prone Evaluation electronics (e.g. charge amplifiers for piezo sensors and additional storage electronics). In the case of mass-spring systems with significant mass displacement, one can in principle achieve a linear displacement of the mass in relation to the acceleration, it However, there is the difficulty of scanning the mass position without additional ensure mechanical friction, such as that caused by mechanical contacts and to keep system friction generally low.

Eine Lösung dieses Problems ist für eine digitale Abtastung in den Ansprüchen 1,3,5,6,7,8,9,10, 11 und 16 angegeben. One solution to this problem is for digital scanning in the Claims 1,3,5,6,7,8,9,10, 11 and 16 indicated.

Pendelsysteme leiden darunter, daß die Meßwertaufnehmer, wenn sie analog arbeiten sollen und keine zusätzliche Systemreibung bewirken sollen, recht aufwendig sind. So ist z.B. ein analoges System dergestalt realisierbar, daß ein als Pendel um eine Achse bewegliches Metallblättchen sich nach Maßgabe der auf es einwirkenden Beschleunigungskraft um die Pendelachse relativ zu einem anderen Metallplättchen in eine definierte Postion dreht und der dieser Position entsprechende Kapazitätswert des aus den beiden Metallplättchen gebildeten Kondensators als Meßwert dient, oder ein als Pendel ausgeführtes Plättchen mit hoher Dielektrizitätszahl in einen Plattenkondensator nach Maßgabe der Beschleunigungskraft eintaucht oder umgekehrt der Plattenkondensator als Pendel ein feststehendes Dielektrikum umschließt.Pendulum systems suffer from the fact that the transducers when they should work analogously and shouldn't cause additional system friction, that's right are expensive. For example, an analog system can be implemented in such a way that a as a pendulum movable metal sheet around an axis according to the amount on it acting acceleration force around the pendulum axis relative to another metal plate rotates into a defined position and the capacity value corresponding to this position of the capacitor formed from the two metal plates serves as a measured value, or a plate designed as a pendulum with a high dielectric constant in a plate capacitor Depending on the acceleration force, the plate capacitor is immersed or vice versa encloses a stationary dielectric as a pendulum.

Eine andere Variante besteht in der Anwendung der in der Betriebsmeßtechnik bekannten Tauchanker- oder Querankeraufnehmer auf das Pendel, indem z.B. ein als Pendel aufgehängtes magnetisches Eisenstück nach Maßgabe der auf es einwirkenden Horizontalbeschleunigungskraft in eine Spulenanordnung eintaucht und deren Induktivitätswert verändert.Another variant is the use of industrial measurement technology known plunger or transverse anchor transducer on the pendulum, e.g. by placing a A magnetic piece of iron suspended from a pendulum according to the forces acting on it Horizontal acceleration force is immersed in a coil arrangement and its inductance value changes.

Für die Auswertung ergeben sich dann jedoch bei allen genannten Varianten die bekannten Nichtlinearitäten bei der Umsetzung in eine beschleunigungsproportionale Anzeige, die eine aufwendige Linearisierungsschaltung erforderlich machen. Dazu kommt eine prinzipielle Nichtlinearität, die sich aus der Verwendung des Pendels als Horizontalbeschleunigungsmesser ergibt, indem der Pendelausschlagswinkel bzw. die Bogenlänge des Pendelausschlags einer Arkustangensfunktion folgt, wie weiter unter erläutert ist.For the evaluation, however, there are then all of the variants mentioned the known non-linearities when converting to acceleration proportional Displays that require a complex linearization circuit. In addition comes a principle non-linearity that results from the use of the pendulum as a horizontal accelerometer by calculating the pendulum deflection angle or the arc length of the pendulum swing follows an arctangent function, as further is explained below.

Die genannen Nichtlinearitäten können bei digitaler Abtastung nach Ansprüchen 6, 7, 8 und 9 in Verbindung mit der weiter unten beschriebenen Anordnung vermieden werden. Bei einer Abtastung gemäß Anspruch 10 ist ebenfalls innerhalb gewisser Grenzen eine Linearisierung durch Dehnung des Balkenrasters möglich.The mentioned non-linearities can be found in digital scanning Claims 6, 7, 8 and 9 in connection with the arrangement described below be avoided. When scanning according to claim 10 is also within A linearization by stretching the bar grid is possible within certain limits.

Es bleiben jedoch auch dann noch weitere Nachteile bestehen, wie z.B.However, there still remain other disadvantages such as

die Erfordernis einer sorgfältigen Lagerung der Pend~lachse, wenn auf lange Lebensdauer und Robustheit Wert gelegt wird, und die Schwierigkeit, eine wirksame mechanische Dämpfung zu verwirklichen.the requirement of careful storage of the pendulum axles, if emphasis is placed on a long service life and robustness, and the difficulty of a to realize effective mechanical damping.

Diese Nachteile können durch die in Ansprüchen 1 und 4 niedergelegte Anordnung vermieden werden.These disadvantages can be overcome by what is set out in claims 1 and 4 Arrangement can be avoided.

Besonders die mit den Ansprüchen 1 und 4 definierten Varianten bieten die signifikanten Vorteile des erfindungsgemäßen Sensors: - Linearität zwischen einwirkender Beschleunigung und dem Ausgangssignal sowie beliebige Abhangigkeitsfunktionen erzielbar - Entweder analog-proportionale oder digital-proportionale Charakteristik zu verwirklichen - Für erschütterungsbehafteten Betrieb z.B. in Fahrzeugen geeignet - Lebensdauer praktisch unbegrenzt - Der Sensor ist absolut wartungsfrei - Mittels einer wahlweise im Gehäuse befindlichen Dämpfungsflüssigkeit kann die Dämpfung je nach Viskonität beliebig eingestellt werden - Die Herstellung ist äußerst kostengünstig Die erfindungsgemäßen Vorzüge gestatten endlich die Massenfabrikation preisgünstiger, robuster Beschleunigungsmesser für Fahrzeuge.In particular, the variants defined with claims 1 and 4 offer the significant advantages of the sensor according to the invention: - Linearity between acting acceleration and the output signal as well as any dependency functions achievable - Either analog-proportional or digital-proportional characteristic to be realized - Suitable for operation subject to vibration, e.g. in vehicles - Service life practically unlimited - The sensor is absolutely maintenance-free - By means of a damping fluid optionally located in the housing, the damping can depending can be adjusted according to viscosity - the production is extremely cost-effective The advantages according to the invention finally allow mass production more cheaply, robust accelerometer for vehicles.

1.2 Prinzip der erfindungsgemäßen Beschleunigungssensoren Im folgenden soll das physikalische Prinzip des erfindungsgemäßen Sensors nach Ansprüchen 1 bis 17, exkl. 3 und ll, erläutert werden, wobei davon ausgegangen wird, daß die Variante nach Anspruch 3 und 11 keiner speziellen Erläuterung bedarf.1.2 Principle of the acceleration sensors according to the invention In the following is the physical principle of the sensor according to the invention according to claims 1 to 17, excluding 3 and II, are explained, it being assumed that the variant according to claim 3 and 11 does not require any special explanation.

Der erfindungsgemäße Beschleunigungssensor nach Ansprüchen 1 bis 17 exkl. 3 und ll, stellt eine Modifikation des physischen Pendels als Horizontalbeschleunigungsmesser dar. Die Funktionsweise soll anhand der Fig. 8 verdeutlicht werden. Auf die mittels z.B. eines Stabs 5 oder eines Seils oder eines ähnlichen Führungsmediums der Länge r an den Drehpunkt D gefesselte Masse m wirken die Erdbeschleunigung g = 9,81 m/s2 in vertikaler Richtung und die zu messende Horizontalbeschleunigung a in horizontaler Richtung. Es stellt sich ein Auslenkwinkele; des Pendelszur Vertikalen V ein, die der Beziehung α =arctus g gehorcht. Die gleiche Beziehung gilt - unter Einbeg ziehung eines konstanten Faktors - für die Länge b des Kreisbogens, der von O; eingeschlossen wird.The acceleration sensor according to the invention according to claims 1 to 17 excl. 3 and ll, represents a modification of the physical pendulum as a horizontal accelerometer The mode of operation is to be clarified with the aid of FIG. 8. On the means e.g. a rod 5 or a rope or similar guide medium of length r mass m tied to the pivot point D, the acceleration due to gravity g = 9.81 m / s2 in the vertical direction and the horizontal acceleration a to be measured in the horizontal direction Direction. There is an angle of deflection; of the pendulum to the vertical V a, the obeys the relation α = arctus g. The same relationship applies - under one-way drawing of a constant factor - for the length b of the circular arc, that of O; locked in will.

Die Nichtlinearität wird vor allem für Horizontalbeschleunigungen a > g kritisch. Mit zunehmendem Beschleunigungswert a wird die differentielle Auslenkung der Masse immer geringer und die für die Meßwertbildung verfügbare Weglänge b zunehmend komprimiert.The non-linearity is mainly used for horizontal accelerations a> g critical. As the acceleration value a increases, the differential The displacement of the mass is always smaller and the path length available for the formation of the measured value b increasingly compressed.

Wird der Neigungswinkel Ot des Pendels als Ausgangswert zur Bestimmung der Horizontalbeschleunigung verwendet, dann sind zur Linearisierung zusätzliche Maßnahmen erforderlich: - Bei analoger Abtastung muß entweder der Meßwertumsetzer eine inverse, nichtlineare Charakteristik vorzugsweise der Funktion y = tan x aufweisen oder der analoge Meßwert in einer Rechenschaltung linearisiert werden.The inclination angle Ot of the pendulum is used as the starting value for the determination the horizontal acceleration is used, additional linearization are required Measures required: - In the case of analog sampling, either the transducer must be used have an inverse, non-linear characteristic, preferably of the function y = tan x or the analog measured value can be linearized in a computing circuit.

- Bei digitaler Abtastung Cz.B. mittels einer Reihe von Lichtschranken entlang der Kreisbahn, die die Masse m beschreibt) bietet sich eine kontinuierliche Verringerung der Abstände d der einzelnen Meßpunkte entlang der Kreisbahn der Masse, z.B.- With digital scanning Cz.B. by means of a series of light barriers along the circular path that describes the mass m) there is a continuous one Reduction of the distances d between the individual measuring points along the circular path of the mass, e.g.

gemäß der Funktion d = k . tanCk (k = konstanter Faktor) an. according to the function d = k. tanCk (k = constant factor).

Dann muß aber für jedes Abtastelement an seinem Ausgang ein Zwischenspeicher vorgesehen werden. But then there must be a buffer for each scanning element at its output are provided.

In beiden genannten Fällen ist trotz Linearisierung die Genauigkeit bei höheren Beschleunigungswerten a >g denkbar gering.In both cases mentioned, the accuracy is in spite of linearization very low at higher acceleration values a> g.

Einen Ausweg-bietet die Lösung nach Fig. 9, die Meßpunkte P entlang einer horizontalen Geraden g zu setzen und z.B. bei optischer Abtestung durch Lichtschranken das Führungsmedium als breiten Stab S auszubilden, der z.B. stets mindestens zwei der Lichtschranken zum Ansprechen bringt, die mit gleichen Abständen längs der Geraden g angebracht sind.The solution according to FIG. 9, along the measuring points P, offers a way out a horizontal straight line g and e.g. for optical scanning by light barriers to form the guide medium as a wide bar S, which e.g. always has at least two the light barriers to respond, those with equal distances along the straight line g are attached.

Wegen der nun linearen Abhängigkeit zwischen a und 1 ergibt sich dann eine Linearität des durch die Abtastelemente angezeigten digitalen Ausgangswertes. Ersetzt man die Gerade g durch eine gekrümmte Kurve, so sind auch andere Funktionen zwischen Eingangs- und Ausgangsgröße erzielbar.Because of the now linear dependency between a and 1, the result is a linearity of the digital output value indicated by the sampling elements. If the straight line g is replaced by a curved curve, then there are also other functions achievable between input and output size.

Signifikante Vorteile gegenüber den bisher beschriebenen Varianten zeigt die erfindungsgemäße Variante nach Ansprüchen 1 und 4.Significant advantages over the variants described so far shows the variant according to the invention according to claims 1 and 4.

Die Masse m wird bei dieser Variante nicht mittels eines Führungsmediums an einen Drehpunkt gefesselt, sondern läuft - als Kugel oder Perle oder Zylinder ausgebildet - in einer beiderseits geschlossenen Röhre, die in einer Dimension gekrümmt ist.In this variant, the mass m is not determined by means of a guide medium tied to a fulcrum, but runs - as a ball or pearl or cylinder formed - in a tube that is closed on both sides and curved in one dimension is.

Die Art der Krümmung der Röhre bestimmt das Verhältnis von einwirkender Horizontalbeschleunigungskraft und der ihr entsprechenden Position der beweglichen Masse.The type of curvature of the tube determines the ratio of acting Horizontal acceleration force and its corresponding position of the movable Dimensions.

Je nach gewähltem Krummerungsverlauf der Röhre sind nun beliebige Abhängigkeitsfunktionen zwischen der Beschleunigung a und der Auslenkung b der Masse aus ihrer Ruhelage erzielbar.Depending on the chosen curve of the tube, there are now any Dependency functions between the acceleration a and the displacement b of the mass achievable from their rest position.

Will man exakte Linearität zwischem dem Bogenstück der Länge b, an dessen Endpunkt die Masse bei einer bestimmten anhaltenden Horizontalbeschleunigung zu stehen kommt, und dem Wert der Horizontalbeschleunigung erhalten, so gilt für den Verlauf der Röhrenkurve die Forderung: (dh: differentieller Kurvenanstieg in vertikaler Richtung dx: differentieller Kurvenanstieg in horizontaler Richtung k: Proportionalitatsfaktor ,Ik\ = d.h. die Steigung der Röhrenkurve muß in jedem Punkt proportional der bis zu diesem Punkt gemessenen Bogenlänge sein.If one wants to obtain exact linearity between the curved section of length b, at the end point of which the mass comes to a standstill with a certain sustained horizontal acceleration, and the value of the horizontal acceleration, the following requirement applies to the course of the tube curve: (ie: differential curve increase in vertical direction dx: differential curve increase in horizontal direction k: proportionality factor, Ik \ = ie the slope of the tube curve must be proportional to the arc length measured up to this point at each point.

Die Lösung der Gleichung führt zu der als "Kettenlinie bekannten Funktion: (Scheitel im Nullpunkt) In Fig. 10 sind zum Vergleich die Kurven für einen kreisförmigen Röhrenverlauf 11 (Radius r) und einem Verlauf gemaß der Kettenlinie 12 abgebildet. Für die Beschleunigungswerte a = 1,2 und 3 sind die entsprechenden Kurvenpunkte, die eine frei in einer Röhre des entsprechenden Verlaufs bewegliche Masse einnimmt, eingezeichnet.Solving the equation leads to the function known as the "catenary": (Vertex at zero point) In Fig. 10, the curves for a circular tube course 11 (radius r) and a course according to the chain line 12 are shown for comparison. For the acceleration values a = 1, 2 and 3, the corresponding curve points, which are taken up by a mass that can move freely in a tube of the corresponding course, are shown.

2. Neigungswinkelsensor 2.1 Stand der Technik Es sind Neigungswinkelsensoren bekannt, die als Sensorelement eine Libelle enthalten, die als Endanschlagsschalter funktioniert, indem z.B. eine Quecksilberperle, die sich im Innern der Libelle bewegt, zwei elektrisch leitfähige Stifte an einem Ende der Libelle kurzschließt, wenn die Libelle nicht exakt waagrecht steht.2. Inclination angle sensor 2.1 State of the art These are inclination angle sensors known, which contain a spirit level as a sensor element, which is used as an end stop switch works by, for example, a mercury bead moving inside the dragonfly, two electrically conductive pins on one end of the dragonfly short-circuits when the Dragonfly is not exactly horizontal.

Diese Art von Sensoren können jeweils nur einen definierten Neigungswinkel anzeigen und müssen für jeden anzuzeigenden Neigungswert in einem Gehäuse gedreht werden. Der erfindungsgemäße Sensor ist dagegen dadurch gekennzeichnet, daß er für jeden Neigungswinkel des Gerätes, in das er eingebaut ist, eine wertdiskrete oder wertkontinuierliche Ausgangsgröße erzeugt, die dem Neigungswinkel proportional ist. This type of sensor can only have a defined angle of inclination and must be rotated in a housing for each inclination value to be displayed will. The sensor according to the invention, however, is characterized in that it is for every angle of inclination of the device in which it is installed is a value-discrete or Continuous value output variable is generated which is proportional to the angle of inclination.

Es sind ferner Neigungswinkelsensoren bekannt, bei denen in einer U-förmig gebogenen Röhre eine leitfähige Flüssigkeit je nach Neigung der Röhre an den Schenkeln der Flüssigkeitsstand steigt oder fällt und je nach Flüssigkeitsstand eine definierte Zahl von Kontakten an den Schenkeln der Röhre kurzgeschlossen werden. There are also inclination angle sensors are known in which in a U-shaped bent tube adapts a conductive liquid depending on the inclination of the tube the thighs the liquid level rises or falls and depending on the liquid level a defined number of contacts on the legs of the tube are short-circuited.

Diese Geräte haben den Nachteil, daß der Messumfang (Größe des detektorbaren Winkels) äußerst gering ist, daß die U-förmige Röhre oben offen sein muß, um einem Druckausgleich zu erhalten und'daß sich das Ausgangssignal stark nichtlinear zur Meßgröße verhält. These devices have the disadvantage that the measurement range (size of the detectable Angle) is extremely small that the U-shaped tube must be open at the top to allow a To obtain pressure equalization and that the output signal is strongly non-linear Measured variable behaves.

Die erfindungsgemäßen Varianten des Neigungswinkelsensors besitzen demgegenüber den Vorteil, daß der Meßumfang bei Neigungsmessung in einer Ebene bis 360" betragen kann oder bei der Variante nach Anspruch 15 sogar zusätzlich die Neigungsrichtung detektiert werden kann. Have the variants of the inclination angle sensor according to the invention on the other hand, the advantage that the measurement range for inclination measurement in a plane up to 360 "or in the variant according to claim 15 even additionally the direction of inclination can be detected.

Ferner kann die interessierende Winkellage wahlweise digital oder analog - je nach der gewählten Variante des erfindungsgemäßen Sensors -ausgegeben werden. Furthermore, the angular position of interest can optionally be digital or analog - depending on the selected variant of the sensor according to the invention - output will.

Die Abhängigkeit zwischen Ausgangsgröße und Neigungswinkel kann einer beliebigen Funktion folgen. Vorzugsweise wird man jedoch eine lineare Abhängigkeit einstellen. The dependency between output size and angle of inclination can be a follow any function. Preferably, however, one becomes a linear dependency to adjust.

2.2 Prinzip der erfindungsgemäßen Neigungswinkel-Sensoren Die erfindungsgemäßen Neigungswinkel-Sensoren beruhen auf dem Prinzip, daß die in den Ansprüchen genannte bewegliche Masse durch Einwirken der Erdbeschleunigung sich stets auf die in vertikaler Richtung tiefstmögliche Position einstellt, während das Gehäuse des Sensors bzw.2.2 Principle of the inclination angle sensors according to the invention Inclination angle sensors are based on the principle that mentioned in the claims Movable mass due to the action of gravitational acceleration is always on the vertical Direction of the lowest possible position while the housing of the sensor resp.

die Abtastelemente fest an dem Gegenstand, dessen Neigung zur Horizontalen oder Vertikalen gemessen werden soll, angebracht sind und sich mit diesen neigen. Das Gehäuse nach Anspruch 4 wird dazu vorzugsweise kreisförmig oder als Kreisbogen, das Gehäuse nach Anspruch 14 als Halbkugelkalotte oder Kugelkalotte ausgeführt, um eine lineare Charakteristik bei äquidistanter Abtastung zu erhalten. the sensing elements firmly on the object, its inclination to the horizontal or verticals to be measured, are attached and incline with them. The housing according to claim 4 is preferably circular or as a circular arc, the housing according to claim 14 designed as a hemispherical cap or spherical cap, in order to obtain a linear characteristic with equidistant scanning.

3. Meßwertbildung Bei der Abtastung gemäß Ansprüchen 12 und 13 wird die Perle z.B. aus flüssigem Metall je nach ihrer Lage auf dem Widerstandsdraht ein definiertes Stück des Widerstandsdrahtes kurzschließen und damit einen lageproportionalen Innenwiderstand des Sensors erzeugen.3. Measurement value formation When scanning according to claims 12 and 13 is the bead, e.g. made of liquid metal, depending on its position on the resistance wire Short-circuit a defined piece of the resistance wire and thus a position proportional Generate internal resistance of the sensor.

Die Auswertung kann mit einer üblichen Operationsverstärkerschaltung nach Fig. 11 erfolgen, wobei der variable Schleifwiderstand R5 im Rückkopplungszweig liegt. Die Ausgangsspannung UA des Operationsverstärkers ist dann mit der Funktion gegeben und kann entweder direkt analog (z.B. über ein Drehspulwerk) oder mittels z.B. eines preiswerten Ramp-Staircase-Analog-Digital-Umsetzers, der zusätzlich als Peak Detektor wirken kann) in einen digitalen Wert übertragen werden und digital wie weiter unten angegeben angezeigt werden.The evaluation can take place with a conventional operational amplifier circuit according to FIG. 11, the variable loop resistance R5 being in the feedback branch. The output voltage UA of the operational amplifier is then with the function and can either be transferred directly to a digital value (e.g. via a moving coil mechanism) or by means of e.g. an inexpensive ramp-staircase analog-digital converter, which can also act as a peak detector) and be displayed digitally as indicated below.

Bei der Variante nach Anspruch 12 kann ähnlich verfahren werden, es ist aber auch eine Auswertung ohne Verstärkung möglich (Fig. 12).In the variant according to claim 12, a similar procedure can be followed however, an evaluation without amplification is also possible (FIG. 12).

Die bewegliche Quecksilberperle greift in jeder Position einen bestimmten Teil der Referenzspannung URef ab, die an dem Widerstandsdraht RW angelegt ist und gibt ihn über den leitfähigen Draht und den Eingangswidertstand RE direkt oder über einen Umformer an eine Anzeigeeinheit weiter.The movable mercury bead grips a certain one in every position Part of the reference voltage URef that is applied to the resistance wire RW and gives it directly or via the conductive wire and the input resistance RE a converter to a display unit.

RE sollte möglichst hochohmig sein, um eine lineare Ausgangskennlinie zu erhalten.RE should be as high-resistance as possible in order to have a linear output characteristic to obtain.

Bei den Varianten-nach Ansprüchen 5,6,7,8,9,14 und 15 werden die diskreten Abtastelemente (Drahtringe, Lichtschranken usw.) z.B. in solchem Abstand voneinander angebracht bzw. die bewegliche Masse so dimensioniert, daß sie stets zwei Abtastelemente ansprechen läßt. Die Ausgänge der diskreten Abtastelemente werden dann über eine einfache Prioritätsschaltung geführt, die den höheren Wert anwählt, so daß stets ein Wert angezeigt wird.In the case of the variants - according to claims 5,6,7,8,9,14 and 15 - the discrete Scanning elements (wire rings, light barriers, etc.) e.g. at such a distance from one another attached or the movable mass dimensioned so that it always has two scanning elements can address. The outputs of the discrete sensing elements are then via a simple priority circuit, which selects the higher value, so that always a value is displayed.

Können- die Abtastelemente nicht äquidistant angebracht werden (z.B. wenn eine nichtlineare Funktion vorliegt oder angestrebt wird) oder ist eine Skalierung mit nur wenigen Abtastelementen erwünscht, so kann die Masse so dimensioniert werden, daß sie nur jeweils ein Abtastelement zum Ansprechen bringt. Dann ist allerdings ein elektronischer Zwischenspeicher erforderlich.If the scanning elements cannot be attached equidistantly (e.g. if a non-linear function exists or is aimed for) or is a scaling desired with only a few scanning elements, the mass can be dimensioned so that it brings only one sensing element to respond at a time. Then however an electronic buffer is required.

Die Anzeige des Wertes kann direkt z.B. mittels einer LED oder LCD-Kette oder über eine Codierschaltung durch ein LED- oder LCD-Display mit Dezimalziffern oder Symbolen erfolgen.The value can be displayed directly, e.g. by means of an LED or LCD chain or via a coding circuit using an LED or LCD display with decimal digits or symbols.

4. Systemdämpfungsmaßnahmen Neben der in Anspruch 16 beschriebenen mechanischen Systemdämpfung sind auch elektronische Dämpfungsmaßnahmen anwendbar.4. System damping measures In addition to that described in claim 16 mechanical system damping, electronic damping measures can also be used.

Das empfiehlt sich u.a. für den Einsatz der Sensoren in Kraftfahrzeugen, wo sie Fahrwerkstößen infolge von Fahrbahnunebenheiten ausgesetzt sind.This is recommended, among other things, for the use of the sensors in vehicles, where they are exposed to chassis bumps as a result of uneven road surfaces.

Für die analoge Meßwertbildung ist dies mit einem Tiefpaß z.B. am Eingang des Meßverstärkers zu realisieren.For the formation of analog measured values, this is done with a low-pass filter, e.g. am To realize input of the measuring amplifier.

Für die digitale Abtastung empfiehlt sich eine Schaltung, wie sie ausschnittsweise für drei Abtastelemente in Fig. 13 dargestellt ist. Wird beim Einschalten z.B. das mittlere Abtastelement A von der beweglichen Masse angesprochen, dann startet die Abtastschaltung AS ein Monoflop M und setzt zugleich das zugehörige Latch L. Bewegt sich die bewegliche Masse z.B. infolge von Erschütterungen innerhalb der Blockzeit des Monoflop zum nächsten Abtastelement und läßt es ansprechen, dann wird dessen Signal nicht vom dazugehörigen Latch ubernommen. Eine langsame Bewegung der Masse wird dagegen registriert, das zugehörige Latch gesetzt und die anderen Latches rückgesetzt. Die Anzeige übernimmt dann den neuen Wert.A circuit like this is recommended for digital sampling is shown in detail for three scanning elements in FIG. Will be used when switching on E.g. the middle scanning element A is addressed by the movable mass, then starts the sampling circuit AS a monoflop M and at the same time sets the associated latch L. Does the movable mass move e.g. as a result of vibrations within the Block time of the monoflop to the next sampling element and let it respond, then becomes whose signal is not taken over by the associated latch. A slow movement of the On the other hand, mass is registered, the associated latch is set and the other latches reset. The display then adopts the new value.

(Latch-Steuerung und Anzeigesteuerung sind der Übersichtlichkeit halber nicht eingezeichnet) Mit der beschriebenen Schaltung lassen sich auch Schwingungen der beweglichen Masse, die von Fahrbahnstößen hervorgerufen werden elektronisch ausblenden, wenn die Haltezeit der Monoflops auf die Eigenfrequenz der beweglichen Masse abgestimmt wird.(Latch control and display control are for the sake of clarity not shown) With the circuit described, vibrations can also be avoided the moving mass caused by road bumps electronically fade out when the hold time of the monoflops on the natural frequency of the moving Mass is matched.

5. Anwendungen Die im folgenden genannten Anwendungsbeispiele sind Bestandteil der Ansprüche.5. Applications The following application examples are Part of the claims.

5.1 Beschleunigungs-Sensor Im folgenden werden fünf Beispiele für den Einsatz des erfindungsgemäßen Beschleunigungs-Sensors beschrieben.5.1 Accelerometer The following are five examples for the use of the acceleration sensor according to the invention is described.

5.1.1 Quer- und Längsbeschleunigungs-Meßgerät für allgemeine Fahrzeuganwendungen, insbesondere aber für gummibereifte Kraftfahrzeuge Das Gerät soll simultan die Querbeschleunigung bei Kurvenfahrt sowie die Längsbeschleunigung (Bremsbeschleunigung sowie Antriebsbeschleunigung) anzeigen.5.1.1 Lateral and longitudinal acceleration measuring device for general vehicle applications, but especially for motor vehicles with rubber tires. The device should simultaneously control the lateral acceleration when cornering as well as the longitudinal acceleration (braking acceleration and drive acceleration) Show.

Hierzu sind in einer einfachsten Anordnung z.B. eine Sensor-Röhre nach Anspruch 4 in Fahrtrichtung, eine andere quer zur Fahrtrichtung in einem Gerät untergebracht. The simplest arrangement for this is a sensor tube, for example according to claim 4 in the direction of travel, another transverse to the direction of travel in one device housed.

Ein Sensor zeigt die Querbeschleunigung, ein anderer die Längsbeschleunigung (Bremsen und Antrieb) an. Die Anzeige kann wie bereits beschrieben erfolgen. One sensor shows the lateral acceleration, another the longitudinal acceleration (Brakes and drive). The display can take place as already described.

Nach Untersuchungen werden bei gummibereiften Kfz auf trockener Fahrbahn max. Brems- und Querbeschleunigungen von 7 ... 10 m/s2 erreicht. Die Neigungswinkel des Fahrzeugaufbaus erreichen bei diesem Maximalwert dabei Werte um 100 (mit Ausnahme einiger spezieller französischer Pkw). Es empfiehlt sich daher, die Röhrenkurve als idealen Kreisbogen auszubilden, da der auftretende Linearitätsfehler gerade die durchschnittliche Aufbauneigung kompensiert. Der Kreisbogen-Segmentwinkel muß bei a P5 g, wie hier vorliegend, etwa 900 betragen. According to investigations, rubber-tyred vehicles are on dry roads max.braking and lateral accelerations of 7 ... 10 m / s2 achieved. The angles of inclination of the vehicle body reach values of around 100 at this maximum value (with the exception of some special French cars). It is therefore advisable to use the tube curve to be designed as an ideal circular arc, since the linearity error that occurs is straight compensates for the average tendency to build up. The arc segment angle must at a P5 g, as here, be about 900.

5.1.2 Bremsbeschleunigungsmesser und Fahrbahnzustandsmelder Das Gerät soll die erreichbare Bremsbeschleunigung insbesondere bei gummibereiften Kfz detektieren und damit eine Beurteilung der Bremsanlage, insbesondere aber des Fahrbahnzustandes ermöglichen.5.1.2 Brake accelerometer and road condition indicator The device is intended to detect the braking acceleration that can be achieved, especially in vehicles with rubber tires and thus an assessment of the brake system, but especially the condition of the road enable.

Hierzu muß der Fahrer die Betriebsbremse ganz kurz bis zum Blockierpunkt betätigen, wie es erfahrene Fahrer praktizieren, um den Fahrbahnzustand zu testen.To do this, the driver has to apply the service brake very briefly to the blocking point operate as experienced drivers do to test the condition of the road.

Der während des kurzzeitigen Bremsens erreichte max. Beschleunigungswert wird durch das Gerät detektiert und z.B. in digitaler Weise mittels einer LED- oder LCD-Kette oder mittels Ziffernanzeige angezeigt. Bei Unterschreiten eines kritischen Grenzwertes kann auch eine akustische Warnvorrichtung (z.B. ein Summer) zum Ansprechen gebracht werden. Hierzu muß allerdings der Meßvorgang mit einem Tastendruck initiiert werden.The maximum acceleration value reached during brief braking is detected by the device and e.g. digitally by means of an LED or LCD chain or displayed by means of a numeric display. When falling below a critical Limit value can also be an acoustic warning device (e.g. a buzzer) to respond to be brought. To do this, however, the measuring process must be initiated by pressing a key will.

Als Detektor wird z.B. ein Sensor nach Anspruch 4 verwendet. Die Röhre muß hier nur einen 450 Kreissegmentwinkel umfassen (Fig. 14). Vorteilhafterweise wird in das untere Röhrenende ein elastisch verformbares Plättchen P als dämpfendes Pufferelement eingesetzt, um ein starkes Ruckprallen der Masse vom unteren Röhrenende zu vermeiden. Zur Auswertung des Signals wird vorteilhafterweise eine elektronische Speicherschaltung verwendet, die z.B. den während eines Zeitintervalls von 2 Sekunden auftretenden Maximalwert speichert und anschließend für 2 Sek. anzeigt, während die Abtastung z.B. mit einer Frequenz von 1 kHz vor sich geht.A sensor according to claim 4, for example, is used as the detector. The tube only has to encompass a 450 circle segment angle (Fig. 14). Advantageously an elastically deformable plate P is used as a cushioning element in the lower end of the tube Buffer element used to prevent the mass from bouncing off the lower end of the tube to avoid. An electronic one is advantageously used to evaluate the signal Memory circuit used, e.g. the during a time interval of 2 seconds saves the occurring maximum value and then displays it for 2 seconds while the sampling takes place e.g. at a frequency of 1 kHz.

Die dazu erforderliche elektronische Schaltung ist wenig aufwendig und preisgünstig aufzubauen.The electronic circuit required for this is not very complex and inexpensive to build.

Im folgenden sind vom Verfasser gemessene Erfahrungswerte für Bremsbeschleunigungswerte für Pkw bei verschiedenen Fahrbahnzuständen wiedergegeben: Werte in m/s2 Glatteis 1,0 bis 1,5 Schnee 1,5 bis 2,5 Kopfsteinpflaster naß 4,0 bis 5,5 Kopfsteinpflaster trocken 5,5 bis 6,5 Asphalt oder Beton naß 5,0 bis 6,5 Asphalt oder Beton trocken 6,5 bis 7.5 Alle Werte mit Sommergürtelreifen, Profiltiefe ca. 5 mm.The following are empirical values for braking acceleration values measured by the author for cars with different road surface conditions: values in m / s2 black ice 1.0 to 1.5 snow 1.5 to 2.5 cobblestones wet 4.0 to 5.5 Cobblestones dry 5.5 to 6.5 asphalt or concrete wet 5.0 to 6.5 asphalt or concrete dry 6.5 to 7.5 All values with summer belt tires, tread depth approx. 5 mm.

Die Anzeige kann auch so komzipiert sein, daß die verschiedenen Fahrbahnzustände z.B. mit verschiedenfarbigen LEDs oder auch in Symbolen angezeigt werden. The display can also be designed so that the various road conditions E.g. with different colored LEDs or symbols.

5.1.3. Fahrtdaten-Recorder zur Unfallrekonstruktion Ein häufig geäußerter Wunsch der Unfallforschung und Verkehrsrechtsprechung ist die Einführung von Geräten zum Einbau in Kfz, die eine Rekonstruktion des Unfallhergangs ermöglichen.5.1.3. Trip data recorder for accident reconstruction A frequently mentioned one The wish of accident research and traffic law is the introduction of devices for installation in vehicles, which enable the course of the accident to be reconstructed.

Die Einführung scheiterte bisher, was die technisch-merkantile Seite des Projekts betrifft, an den Preisen für digitale Speicher, die aus Gründen der Robustheit und Langlebigkeit monolithische Halbleiter-Festspeicher sein müssen, vor allem aber wegen des Fehlens preiswerter, langlebiger und wartungsfreier Beschleunigungs-Sensoren. Der erfindungsgemäße Sensor füllt diese Lücke aus. The introduction has failed so far, what the technical-mercantile side of the project concerns, at the prices of digital storage, which for the sake of The robustness and longevity of monolithic semiconductor read-only memories must be, But above all because of the lack of inexpensive, durable and maintenance-free acceleration sensors. The sensor according to the invention fills this gap.

Der Preissturz bei Halbleiterspeichern löst auch das Kostenproblem bei der Speicherung. The drop in prices for semiconductor memories also solves the cost problem when storing.

Bei dem erfindungsgemäßen Fahrtdaten-Recorder kann neben den aus dem Tachometergenerator abgeleiteten Geschwindigkeitswert die in Anwendung 5.1 bezeichneten Beschleunigungswerte gespeichert werden.In the trip data recorder according to the invention, in addition to the The speed value derived from the tachometer generator are those described in application 5.1 Acceleration values can be saved.

Die Bremsbeschleunigungswerte während oder vor einem Unfallhergang sind besonders beim Blockieren der Räder von Bedeutung, da dann keine Geschwindigkeitsdaten mehr zur Verfügung stehen. Die Querbeschleunigungswerte zeigen z.B. Lenkbewegungen des Fahrers während der Fahrt an oder Aufprallvorgänge quer zur Fahrtrichtung. Sie Sensoren können auch unterschiedliche Endwerte für die Längs- und Querrichtung und eine nichtlineare Charakteristik besitzen.The braking acceleration values during or before an accident are particularly important when the wheels are locked, since then there is no speed data more are available. The lateral acceleration values show e.g. steering movements of the driver while driving or collisions across the direction of travel. she Sensors can also have different final values for the longitudinal and transverse direction and have a non-linear characteristic.

Die Konzeption des Gerätes geht davon aus, daß z.B. mit dem Einschalten der Kfz-Zundanlage ein Halbleiterspeicher ständig mit den bezeichneten digitalen Fahrtdaten geladen wird. Die neu eingelesenen Werte schieben ständig die zeitlich am weitesten entfernten (ältesten) Daten aus dem Speicher. Der zeitliche Speicherumfang kann z.B. 10 sec betragen.The conception of the device is based on the assumption that e.g. with switching on the automotive ignition system a semiconductor memory constantly with the designated digital Trip data is loaded. The newly read in values constantly shift the time the most distant (oldest) data from memory. The amount of time storage can be e.g. 10 sec.

Signalisiert ein Beschleunigungssensor das Überschreiten einer Grenzbeschleunigung durch einen Aufprall (bei z.B. 3 g), dann wird entweder der Speichervorgang sofort unterbrochen (sog. Pre-Triggering) und es stehen dann die Beschleunigungswerte z.B. der letzten 10 sec im Speicher.If an acceleration sensor signals that a limit acceleration has been exceeded due to an impact (e.g. at 3 g), then either the storage process is immediate interrupted (so-called pre-triggering) and the acceleration values are then available, e.g. the last 10 sec in memory.

Oder es wird Pre-Triggering mit (z.B. 5 sec) Verzoger.ung vorgenommen.Or pre-triggering with (e.g. 5 sec) delay is carried out.

Dann stehen die Werte sowohl für eine gewissen Zeit (z.B. 5 sec) vor als auch nach dem Aufprall im Speicher.Then the values are available for a certain time (e.g. 5 sec) as well as after the impact in the memory.

Letztere Variante empfiehlt sich, um komplexere Unfallhergänge mit mehreren Aufprallern usw. aufzuzeichnen.The latter variant is recommended to deal with more complex accident scenarios record multiple impacts, etc.

5.1.4. Triggerelement für Kfz-Insassen-Sicherungsvorrichtungen Der erfindungsgemäße Sensor kann auch als Auslöseelement für diverse Sicherungsmechanismen im Kfz, wie Sicherheitsgurte, Prallsack oder Warnblinker eingesetzt werden, deren Auslösung von einem bestimmten Beschleunigungsgrenzwert abhängig sein soll. Er besitzt gegenüber den bekannten Einpunkt-Auslöseelementen den Vorteil, daß der Auslösepunkt variabel und leicht einstellbar sein kann. Die sonstigen Vorteile wie Robustheit und lange Lebensdauer wurden schon erwähnt.5.1.4. Trigger element for vehicle occupant safety devices The The sensor according to the invention can also be used as a trigger element for various safety mechanisms in motor vehicles, such as seat belts, impact bags or hazard lights, their Triggering should be dependent on a certain acceleration limit value. He owns compared to the known single-point release elements the advantage that the release point can be variable and easily adjustable. The other advantages such as robustness and long service life have already been mentioned.

5.1.5. Diebstahlswarnanlage für Kfz Der erfindungsgemäße Sensor bietet sich auch -als auslösendes Detektorelement für eine Diebstahlswarnanlage an. Er spricht bei eingeschalteter Anlage dann an, wenn ein wählbarer Beschleunigungswert z.B. beim Anfahren in Fahrtrichtung oder quer zur Fahrtrichtung überschritten wird.5.1.5. Anti-theft alarm system for motor vehicles The sensor according to the invention offers also -as a triggering detector element for an anti-theft alarm system. He responds when the system is switched on if a selectable acceleration value e.g. when starting in the direction of travel or at right angles to the direction of travel is exceeded.

Das Gerät kann auch als Kombination mit der Anwendung 5.1.1 ausgeführt sein. The device can also be implemented as a combination with application 5.1.1 be.

5.2. Neigungswinkelsensor Die Anwendung des erfindungsgemäßen Neigungswinkelsensors in Neigungswinkelmessern kann überall dort erfolgen, wo bisher andere Verfahren zur Neigungswinkelmessung mittels mechanisch-elektrischer Umsetzung verwendet wurden, die die erfindungsgemäßen Vorteile nicht besitzen, besonders aber als Meßwertgeber für elektronische Regelungen, die die Neigung eines Gegenstandes zur Vertikalen bzw.5.2. Inclination angle sensor The application of the inclination angle sensor according to the invention inclinometers can be used wherever other methods have been used up to now were used to measure the angle of inclination by means of mechanical-electrical conversion, which do not have the advantages of the invention, but especially as a transducer for electronic controls that adjust the inclination of an object to the vertical respectively.

Horizontalen als Regelgroße beinhalten. Include horizontals as a rule variable.

Im folgenden werden zwei Einsatzbeispiele für den erfindungsgemäßen Neigungswinkelsensor beschrieben: 5.2.1. Miniatur-Spielzeugfahr- oder Motorrad mit einer Puppe als Fahrer und naturgetreuer Balancierung Es sind zweirãdrige Miniatur-Spielzeugfahrräder bekannt, die mit einer Puppe als Fahrer versehen sind und die verschiedene passive mechanische Stabilisierungselemente besitzen, die das manuell angeschobene Fahrrad für eine gewisse Zeit in aufrechter Position halten sollen. The following are two examples of use for the inventive Inclination angle sensor described: 5.2.1. Miniature toy driving or motorcycle with a doll as a driver and lifelike balancing There are two-wheeled miniature toy bicycles known with a doll as a driver are provided and which have various passive mechanical stabilization elements, the manually pushed bike in an upright position for a certain period of time should hold.

Das erfindungsgemäße Spielgerät ahmt dagegen die Balancierung nach, die ein Mensch als Radfahrer reflexartig ausführt, indem er z.B.The play device according to the invention, on the other hand, imitates the balancing, which a person as a cyclist does reflexively by e.g.

bei Geradeausfahrt geringfügige Neigungen zur Horizontalen durch Lenkbewegungen ausgleicht.when driving straight ahead, slight inclinations to the horizontal due to steering movements compensates.

Die Hauptbestandteile des erfindungsgemäßen Spielgeräts sind ein möglichst naturgetreues zweirädriges Miniaturfahr- oder Motorrad mit einer Puppe als Fahrer, ein Motor fur-den Vortrieb des Fahrrades, eine Batterie als Stromversorgung, ein Motor mit Reduktionsgetriebe zur Lenkung des Fahrrades, ein erfindungsgemäßer Neigungswinkelsensor und eine digitale oder analoge Regeleinheit zur Lenkung und damit Balancierung des Fahrrades.The main components of the game device according to the invention are as possible lifelike two-wheeled miniature motorbike or motorcycle with a doll as the driver, a motor for propelling the bicycle, a battery as power supply Motor with reduction gear for steering the bicycle, an inclination angle sensor according to the invention and a digital or analog control unit for steering and thus balancing the Bicycle.

Die elektrischen Systeme sind vorzugsweise im Körper der Puppe untergebracht. Der Vortrieb des Fahrrades kann entweder vom Antriebsmotor auf dem Sattel über eine unauffällige Antriebsrolle z.B. unterhalb des Sattels auf das Hinterrad erfolgen, die von der Kleidung der Puppe verdeckt wird oder mittels einer Welle, die auf das vordere Kettenrad oder die Hinterradnabe wirkt und die in den Rahmenrohren verborgen ist oder durch einen Kurbelmechanismus, der das Fahrrad über die Beine der Puppe antreibt.The electrical systems are preferably housed in the doll's body. The propulsion of the bike can either from the drive motor on the saddle via a inconspicuous drive roller e.g. below the saddle on the rear wheel, which is covered by the doll's clothes or by means of a wave that is directed to the front sprocket or the rear hub acts and which is hidden in the frame tubes is or by a crank mechanism that moves the bike over the doll's legs drives.

Eine naheliegende Variante besteht darin, den Antriebsmotor auf einen Gepäckträger über einem Hinterrad zu montieren und ihn in einem Miniaturkorb oder ähnlichem Behälter zu verbergen. Der Antrieb kann dann wieder über eine kleine unauffällige Rolle unterhalb des Behälters direkt auf das Hinterrad geschehen.An obvious variant is to have the drive motor on a Mount the luggage rack over a rear wheel and place it in a miniature basket or to hide a similar container. The drive can then return via a small inconspicuous Roll done underneath the container directly on the rear wheel.

Die Steuerung erfolgt über die Arme der Puppe, wie in der Draufsicht in Fig. 18 schematisch dargestellt.The control takes place via the arms of the doll, as in the top view shown schematically in FIG.

Auf der Achse eines auf dem Sattel 13 installierten Getriebsmotors 14 ist eine Querstange 15 mittig verschraubt. An den Enden der Querstange, die die Schulterknochen der Fahrers nachahmt, sind als Arme zwei Längsstangen beweglich gelagert, die mit ihrem anderen Ende ebenfalls beweglich am Fahrradlenker 17 befestigt sind.On the axis of a geared motor installed on the saddle 13 14 a cross rod 15 is screwed in the middle. At the ends of the crossbar that the Imitating the driver's shoulder bones, two longitudinal rods are movable as arms stored, which is also movably attached to the bicycle handlebar 17 at its other end are.

Die Lenkung bzw. Balancierung des Fahrrades geschieht sodaß mittels eines Neigungswinkelsensors die Neigung des sich vorwärts bewegenden Spielgerätes zur Vertikalen festgestellt wird und bei Abweichen von einem einstellbaren Referenzwert z.B. ein als Regler beschalteter preiswerter-Operationsverstãrker dem Steuermotor über einen Verstärker einen neigungsproportionalen Spannungswert zuerteilt, der wiederum über das beschriebene Gestänge das Vorderrad zu einer definierten Korrektur-Auslenkung nach links oder rechts veranlaßt.The steering or balancing of the bike is done by means of an inclination angle sensor the inclination of the game device moving forward to the vertical and if it deviates from an adjustable reference value E.g. an inexpensive operational amplifier wired as a controller to the control motor A voltage value proportional to the slope is assigned via an amplifier, the turn the front wheel to a defined correction deflection via the linkage described caused to the left or right.

Der Referenzwert des Neigungswinkelsensors ist einstellbar, so daß man das Fahrrad auch permanent in einem Kreis mit wählbarem Radius fahren lassen kann. Ferner ist mittels einer zusätzlich eingebauten Programmsteuerung das Abfahren von Figuren, z.B. einer Acht, möglich.The reference value of the inclination angle sensor is adjustable so that you can also let the bike ride permanently in a circle with a selectable radius can. Furthermore, the shutdown is possible by means of an additionally built-in program control of figures, e.g. an eight, possible.

Mit geringem Aufwand ist auch eine Fernsteuerung über Funk oder Infrarot oder Ultraschall möglich. Hierbei wirkt die Fernsteuerung entweder auf die einstellbare Referenzneigung oder direkt auf den Steuermotorverstärker.Remote control via radio or infrared is also possible with little effort or ultrasound possible. The remote control either acts on the adjustable one Reference slope or directly to the control motor amplifier.

5.2.2. Neigungswinkel- und Querbeschleunigungs-Messgerät für einspurige Fahrzeuge Bei einspurigen Fahrzeugen, z.B. bei einem Motorrad, wird die in der Kurvenfahrt auftretende Querbeschleunigung mittels einer Neigung des Fahrzeuges kompensiert. Die Verhältnisse zeigt Fig. 16.5.2.2. Inclination angle and lateral acceleration measuring device for single-track Vehicles In single-track vehicles, e.g. a motorcycle, the cornering Occurring lateral acceleration compensated by means of an inclination of the vehicle. The relationships are shown in FIG. 16.

Das Fahrzeug sei mit seiner Mittellinie M um einen WinkeleW zur Vertikalen geneigt. In seinem Schwerpunkt S greifen die von der Erdbeschleunigung g und der Horizontalbeschleunigung a herrührenden Kräfte an. Die Beschleunigungsvektoren lassen sich in die Normalkomponenten zur Mittellinie a bzw. g zerlegen, die in jedem n n Fahrtzustand betragsmäßig gleich sein müssen, um eine quasistabile Lage des Fahrzeugs zu ermöglichen, sowie die in Richtung der Mittellinie zum Fußpunkt F hin verlaufenden Komponenten af und Eine einfache trigonometrische Betrachtung führt zu den Bestimmungsgleichungen af =a.tan α und gf= gn.cot WeGenn = gn undgn= g . sinq α erhält man sf = af + gf = tanα + gn cotα = gn (tanα + cotα ) = g/cosα und schließlich α = arccosg/sf; sf Wegen tanα = a und α = arccos gwird a = g . tanα = g . tan arccos g sf sf Die beiden genannten Funktionen = =arccos t und a =g tan arccos sf beschreiben die Abhängigkeit des anzuzeigenden Neigungswinkels bzw.Let the vehicle be with its center line M at an angle eW to the vertical inclined. In its center of gravity S, those of the gravitational acceleration g and the take hold Forces resulting from horizontal acceleration a. Let the acceleration vectors decompose into the normal components to the center line a or g, which in each n n Driving state must be the same in terms of amount in order to have a quasi-stable position of the vehicle as well as those running in the direction of the center line towards the base point F. Components af and A simple trigonometric view leads to the determining equations af = a.tan α and gf = gn.cot WeGenn = gn andgn = g. sinq α is obtained sf = af + gf = tanα + gn cotα = gn (tanα + cotα) = g / cosα and finally α = arccosg / sf; sf Because of tanα = a and α = arccos g becomes a = g. tanα = g. tan arccos g sf sf The two functions mentioned = = arccos t and a = g tan arccos sf describe the dependency of what is to be displayed Angle of inclination or

der anzuzeigenden Querbeschleunigung von dem (festen) Erdbeschleunigungswert und der (variablen) Summe der Fußpunktvektoren sf.the lateral acceleration to be displayed from the (fixed) gravitational acceleration value and the (variable) sum of the base point vectors sf.

Der variable Wert sf dient bei dem erfindungsgemäßen Gerät als Hilfsmeßgröße, der Wert g als Vergleichgröße. Zur Meßwertaufnahme wird ein Beschleunigungssensor gemäß Anspruch 3 verwendet. Das röhrenförmige Gehäuse wird so in das Fahrzeug eingebaut, daß seine Längsachse bei aufrecht stehendem Fahrzeug vertikal verläuft.The variable value sf serves as an auxiliary measured variable in the device according to the invention, the value g as a comparison variable. An acceleration sensor is used to record the measured values according to claim 3 used. The tubular housing is installed in the vehicle in such a way that that its longitudinal axis is vertical when the vehicle is upright.

Die im Gehäuse befindliche Masse bewegt sich bei Einwirken der beschriebenen Fußpunktvektorkräfte im Gehäuse zwischen den Schraubenfedern auf und ab. Eine der beiden Federn kann bei dieser Anwendung des Sensors nach Anspruch 3 auch entfallen, so daß z.B.The mass in the housing moves when the described Base point vector forces up and down in the housing between the coil springs. One of the both springs can also be omitted in this application of the sensor according to claim 3, so that e.g.

die bewegliche Masse nur von unten von einer Feder getragen wird.the moving mass is only supported from below by a spring.

Bei ruhendem und aufrechtstehendem Fahrzeug wirkt nur die Erdbeschleunigung g auf die bewegliche Masse und läßt sie nach Maßgabe der entgegenwirkenden Federkraft eine definierte Ruhelage einnehmen. Bei Kurvenfahrt wird die bewegliche Masse gegen die Feder zusätzlich nach unten gedrückt und nimmt je nach Querbeschleunigungswert eine dementsprechend definierte Position ein.When the vehicle is stationary and upright, only the acceleration due to gravity is effective g on the movable mass and leaves it according to the counteracting spring force take a defined rest position. When cornering, the movable mass is against the spring is also pressed down and increases depending on the lateral acceleration value a correspondingly defined position.

Bei Kurvenfahrt von gummibereiften Einspurfahrzeugen werden erfahrungsgemäß Querbeschleunigungswerte von 1 g selten überschritten.Experience has shown that when cornering rubber-tyred single-track vehicles Lateral acceleration values of 1 g are rarely exceeded.

Bei ideal linearer Federcharakteristik erreicht hierbei der Anschlag der Masse nach unten den \1 2-fachen Wert der Ruhelage, von dem Endpunkt der entspannten Feder aus gemessen.With ideal linear spring characteristics, the stop is reached here the mass down \ 1 2 times the value of the rest position, from the end point of the relaxed Spring measured off.

Für die Abtastung der Masseposition können z.B. die in Ansprüchen 6, 7, 8, 9 und 11 dargelegten Abtastverfahren angewandt werden, vorzugsweise jedoch das Lichtschrankenprinzip nach Anspruch 7.For the scanning of the mass position, for example, the in claims 6, 7, 8, 9 and 11 can be used, but preferably the light barrier principle according to claim 7.

Die Abstände zwischen den diskreten Abtastelementen sollen den oben beschriebenen Funktionen entsprechen, so daß die Distanz zweier Abtastelemente einem linearen Teilungswert der anzuzeigenden Größe (Neigungswinkel oder Beschleunigungswert) entspricht.The distances between the discrete sensing elements should be the same as above functions described correspond, so that the distance between two scanning elements one linear division value of the size to be displayed (angle of inclination or acceleration value) is equivalent to.

Es empfiehlt sich, die oben erwähnte digitale Dämpfungsschaltung zu verwenden, zumal eine Zwischenspeicherung in jedem Falle erforderlich ist.It is recommended to use the digital attenuation circuit mentioned above use, especially since intermediate storage is required in any case.

Es kann zusätzlich ein Spitzenwer detektor mit Langzeitspeicher eingebaut werden, der den in einer Kurve erreichter, Maximalwert registriert und speichert.A peak value detector with long-term memory can also be installed which registers and stores the maximum value reached in a curve.

Claims

Acceleration and inclination angle sensor with selectable proportionality between input and electrically evaluable output variable.

Protection claims 1. Acceleration and inclination angle sensor with selectable, but especially linear proportionality between the one to be determined Acceleration value or angle of inclination and an electrically evaluable output variable, by the fact that a movable mass is in a housing a defined position according to the acceleration forces acting on them and a value-discrete or value-continuous corresponding to the position taken Output variable by means of the sampling method described below.

2. Acceleration and inclination angle sensor according to claim 1, characterized G e k e n n n n z e i c h n e t that the mass is designed as a rod in his upper part is movably mounted on an axis, so that the rod around the axis undergoes a deflection according to the acceleration forces acting on it and This steering from a proportional by means of the sampling method given below electrical output.

3. Acceleration and inclination angle sensor according to claims 1 and 2, characterized in that in a housing in the form of a straight, tube closed on both sides with circular or rectangular or other Cross section of a mass in the form of a sphere or a cuboid or a cylinder between two helical springs with any, but preferably linear, spring characteristic is movably mounted and in accordance with the acceleration forces acting on the mass on the one hand and the restoring force of the coil springs on the other hand the mass assumes a defined position along the tube, which continues after the The conversion principles laid down below are electrically proportional to the acceleration evokes evaluable output variable.

4. Acceleration and inclination angle sensor according to claim 1, characterized it is noted that the housing consists of a curved, bilateral closed pipe consists of circular or rectangular or other Cross-section, with a curvature, as the desired proportionality corresponds between input and electrical output variable and a movable one Mass in the form of e.g. a sphere or pearl or a cylinder, its axis of rotation is arranged in the pipe so that it can roll along the pipe.

5. Acceleration and inclination angle sensor according to claims 1 to 4, characterized in that along the lines referred to in claims 3 and 4 tubular housing or in claim 2 along an imaginary curve leading to the in claim 2 mentioned axis has a defined course, a series of individual scanning elements of the type described below equidistant or with unequal distances that correspond to a defined function are arranged, which detect the position of the mass.

6. Acceleration and inclination angle sensor according to claims 1 to 5, characterized in that what is mentioned in claims 3 and 4 Housing made of a low dielectric dielectric material, the movable Mass made of a material with a high dielectric constant and the sensing elements as metallic Plate pairs are executed, each forming a plate capacitor, wherein the plates in claims 3 and 4 are preferably mounted directly on the housing and completely enclose the housing.

7. Acceleration and inclination angle sensor according to claims 1 to 5, by noting that what is mentioned in Proverbs 3 and 4 Housing made of light or infrared radiation permeable material, the movable Mass consists of light or infrared impermeable material and the sensing elements are designed as light or infrared radiation barriers.

8. Acceleration and inclination angle sensor according to claims 1 to 5, characterized in that what is mentioned in claims 3 and 4 Housing made of non-magnetic and low permeability, the moving mass made of magnetic Material consists and the sensing elements as Hall generators, field plates or others Magnetic field sensors are carried out.

9. Acceleration and inclination angle sensor according to claims 1 to 5, characterized in that what is mentioned in claims 3 and 4 Housing made of non-magnetic and low-permeability material, the moving mass consists of highly permeable material and the sensing elements as induction loops are executed.

10. Acceleration and inclination angle sensor according to claims 1 and 2, in that the moving mass is a flat circular disk or circular sector disk according to FIG. 1 with a defined zero point of the circumference optionally attached weight is executed in the imaginary circle center is rotatably suspended and on the several circular or circular segment-shaped Tracks are attached parallel to the imaginary circumference of the disk, which the angular position information of the zero point relative to the vertical is dual or BCD-coded or contained in another code in the form of bar grids and those after the in the claims 6 to 9 set out scanning principles scanned with scanning elements in an imaginary vertical line through the pivot point of the disc are arranged one above the other so that each scanning element scans a track or the scanning elements are arranged twice in a V-shape as shown in FIG. 1.

11. Acceleration sensor according to claim 1 and 3, characterized g e k e n n -z e i c h n e t that the mass mentioned in claim 3 as an elongated cylinder or cuboid and running on it in the direction of movement, straight parallel tracks are applied analogously to claim 10, and as in claim 10 specified are scanned, but preferably the tracks from successive Piercing of the mass or a e.g. black and white bar grid on the mass exist, which are scanned by means of light barriers.

12. Acceleration and inclination angle sensor according to claims 1 and 4, in that the tube 1 is made of electrically non-conductive Material consists and inside the tube in the longitudinal direction one or more loops 2 made of bare resistance wire or other electrically resistive material are attached directly to the tube wall (Fig. 2) or only to the front or rear End of the tube are attached so that they are free inside the wall without touching the wall Tube are held (Fig. 3) or in the form of a loop coil 3 on the inside of the tube are attached (Fig. 4), and in all three indicated variations the free ends of the loops 4 ensuring a hermetic seal of the housing at one or both ends.

13. Acceleration and inclination angle sensor according to claims 1 and 4, in that it is a combination of a resistance wire 5 and a conductive wire 6 is used, the wires as in claim 12 described can be laid, but preferably the resistance wire as Helical is executed and the conductive wire is mounted axially in the tube (Fig. 5).

14. Acceleration and inclination angle sensor according to claims 1 and 4, by noting that there are several Rings of fine conductive wire 7 attached radially at a defined distance from one another are (Fig. 5) and each ring with a connecting wire 8 through the housing electrically is guided to the outside or that the designated rings by rows of pins according to Fig. 6 are replaced, e.g. four rows of pins evenly around the circumference of the tube are distributed and the electrically conductive pins are guided through the housing are that they protrude slightly into the housing and in both variations (after 5 and 6) optionally an axial conductive wire according to claims 12 and 13 installed can be.

15. Inclination angle and acceleration sensor according to claim 1, characterized it is noted that the housing consists of one radially symmetrical, in two Dimensions curved container 9 made of electrically non-conductive material e.g. in the form of a spherical cap or a hemispherical cap (Fig. 7) of a hyperboloid or paraboloids, on the inner surface of which concentric rings 10 made of conductive wire are attached, which have connecting wires 11 led through the housing to the outside, and the rings can also be divided into individual angular sectors that are led separately to the outside.

16. Inclination angle and acceleration sensor according to claims 1, 4, 12, 13, 14 and 15, characterized in that one inside the Housing located ball or bead made of conductive liquid, preferably of mercury, and according to the acceleration forces acting on it (Acceleration due to gravity and / or system acceleration) inside the housing a defined Position and in this position two or more of the claims 12, -13, 14 and 15 designated wires or pins electrically short-circuits and thereby the acceleration acting on it, corresponding to its momentary position either in continuous-value characteristics by using the electrical effective length of the resistance wires according to claim 12 and 13 and so that their electrical resistance changes continuously, or in a more discrete manner Characteristic in which they have two or more of those referred to in claims 14 and 15 shorts conductive wires or pins.

17. Acceleration and inclination angle sensor according to claims 1, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 12, 13, 14, 15 and 16, thereby indicating that in the tube or in the housing there is a viscous liquid in which the moving mass moves and the damping proportional to its viscosity the ball motion causes or a liquid that has the static friction and sliding Is intended to reduce friction of the mass designated in claim 3.