一种坡度角和加速度传感器制造技术

一种坡度角和加速度传感器（１０）包括一个重块（２６，６６），一个第一传感器（４６，８０）用以测量重块的第一参数而产生第一信号，一个第二传感器（５０，８８）用以测量重块的第二参数而产生第二信号，一个坡度角生成器（４８，８４）用来根据第一和第二信号产生坡度角θ，以及一个加速度生成器（５２，９６）用来根据第一和第二信号产生数值对应于车辆加速度的信号。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种测量车辆所经过路面的坡度角的车用坡度角传感器，特别地，涉及一种可同时测量路面坡度角和车辆加速度的单个传感器。众所周知，随着防抱死制动器系统、自动变速器、半自动变速器以及电子助力刹车系统和电子燃油控制系统的出现，如果能了解有关车辆实际加速度的信息以及车辆是否正在上坡或下坡，那么将提高上述系统的运行效果。在美国专利No.3，752，251中，Gaehe揭示了一种用在车轮制动系统中的坡度角传感器。Gaehe所揭示的坡度角传感器对车辆的加速度和减速度不敏感。Shattock在美国专利No.3，588，188中揭示了一种钟摆式加速度传感器，用于检测车辆的制动系统的加速和减速，而Klatt则讲述了如何利用有关车辆是否正在上坡或下坡的信息来控制自动变速器。Klatt讲述了如何利用发动机扭矩的变化来进行这项判断。本文所述的是一种坡度角和加速度传感器，可向防抱刹车系统、自动变速器和电控刹车系统同时提供车辆所经过的路面坡度角和车辆行驶时的实际加速度或减速度。本专利技术为一种坡度角和加速度传感器，可提供车辆所经过路面的坡度角和车辆的实际加速度或减速度。传感器包括一预定质量为m的重块，一个第一传感器用以产生第一信号，该信号表示出第一参数，此参数是重块对于至少是重力的响应而产生的，还包括一个第二传感器用以产生可表示第二参数的信号，此参数是重块对重力和车辆作用在重块上的加速惯性力的合力的响应而产生的，坡度角逻辑装置可根据第一和第二信号产生坡度角信号θ，它的值对应于车辆所经过路面的坡度角，而加速度逻辑装置则根据第一和第二信号产生出对应于车辆加速度的加速度信号。在第一个实施例中，传感器为一钟摆，第一信号是摆锤受力和重力作用所产生偏转的角度，第二信号是摆锤受重力和车辆加速度的影响而产生的力。坡度角θ由下面方程计算θ＝90°-arcsin(Fsinα/mg)式中α为摆锤相对于传感器预定轴线所偏移的角度，F为摆锤受重力和加速度影响而产生的力。加速度由下面方程计算a＝/sinα式中β角等于arcsin(Fsinα)/mg。在另一个实施例中，传感器包括一重块，一个第一力传感器用来测量重块在与车辆纵轴正交的方向上所产生的力，以及一个第二力传感器用来测量重块在平行于车辆纵轴方向上所产生的力。坡度角逻辑装置是通过解下述方程来计算坡度角θθ＝arc cos(F1/F0)式中F1是当车在坡上时，第一力传感器所测得的力，F0是当车辆纵轴水平时，第一力传感器所测得的力。加速度逻辑装置通过解下述方程来计算加速度a＝F2/m式中F3等于第二力传感器所测得的力F1减去力F3，F3是当车辆纵轴不水平时，重力使重块在第二传感器上所产生的力。F3＝mgsinθ式中θ为坡度角。坡度角和加速度传感器的一个优点是单一的传感器可同时提供车辆所经过路面的坡度角和车辆加速度。坡度角和加速度传感器的另一个优点是所测得的加速度和减速度不受车轮速度和路面打滑的影响。另一实施例的另一优点是不需要运动部件。通过结合附图阅读详细说明，坡度角和加速度传感器的上述和其它优点更可一目了然。附图说明图1显示了一车辆正在爬坡以及作用在传感器上的力。图2是坡度角和加速度传感器的第一实施例的侧视图。图3是图2所示坡度角和加速度传感器的前视图。图4是电路框图，表示了第一实施例的电气元件。图5是第一实施例中电气元件的另一电路框图。图6是坡度角和加速度传感器的另一实施例的侧视图。图7是方框图显示了相关的电气元件。图8是电路框图，显示了X和Y轴传感器的细节。图9是电路框图，显示的是另一实施例中的X和Y轴传感器。如图1所示，第一实施例的坡度角和加速度传感器10被装在一个车上，例如是一牵引车12牵引一加载的挂车14，正在爬坡16。坡16相对于水平面18的角度是θ。在图1中，牵引车12正以加速度a向坡16上爬。坡度角和加速度传感器10的第一实施例的形式是摆锤20，如图2和3所示。由于重力“g”和车辆加速度“a”的作用，钟摆锤20相对于牵引车的纵轴22偏离角度α。这里定义车辆纵轴在本质上平等于车辆经过的路面。如图2和3所示，坡度角和加速度传感器10有一有重量的摆锤26，通过刚性臂30铰接到转轴28上。转轴28安装在支承架32上，后者可由一对螺纹紧固件(未示出)通过安装孔34和36固定在车上。一个可旋转的光学编码器38与转轴28同心地连接到臂30上，并可随钟摆20角位移同步绕转轴28旋转。旋转的光学编码器38的一侧放置一个光源40，如发光二极管，可旋转光学编码器38的另一侧则放置一个光检测器42。可旋转光学编码器38可以是此领域中任意一种已知的用于测量转角的器件。臂30上贴有应变计44，它产生一个输出信号，该信号具有对应于作用在钟摆20的摆锤26上的合力“F”的值。如图2所示，有两个单独的力作用在摆锤26上，使之以α角偏离车的纵轴22。第一个力是mg，其中m是摆锤26的质量，“g”是重力加速度。力mg是由重力引起的，它垂直于水平面18，且相对于平行于车辆纵轴的直线24。成90°-θ。作用在摆锤26上的第二个力是ma，其中m仍是摆锤26的质量，a如前所述为车辆加速度。坡度传感器10在垂直于路面方向的运动会在该方向上产生周期性的加速度。但它们是周期性的，所以在一个相对短的时间内，均值为零。如力的分解图所示，作用在钟摆20的摆锤26上两个力合在一起产生了一个合力F，此力可由应变计44测得。由正弦定律，有(mg)/(Sinα) ＝ (F)/(Sinβ)式中β等于角90°-θ，θ是图1中的坡度角。因此β＝90°-θ＝arc sin( (Fsinα)/(mg) )并且θ＝90°-arc sin( (Fsinα)/(mg) )(1)因为F和α都是可测出的值，所以坡度角θ可以利用测得的力F和角α的值，由方程1计算出来，方程1有两个角，α和180°-α，它们表明了坡度是向上还是向下的。上坡和下坡一般可通过α的符号来区分。另外，先前坡度角的记忆值可提供有用的信息，以确定哪一个角是正确的。类似地，加速度也可通过几种方法来确定。仍由正弦定律(ma)/(SinΨ) ＝ (mg)/(Sinα)式中角Ψ等于(180°-β-α)，SinΨ＝ (a sinα)/(g)于是a＝ (g sin(180°-β-α))/(Sinα) (2)式中角β是钟摆水平轴和平行于重力的竖直方向间的夹角。β等于arcsin(Fsinα/mg)。加速度a有两个解。正确的解可根据前次所得的角α和力F而得出。另外，也可能存在车辆加速或减速的其它线索，可用来确定两个解中的一个。例如，可通过车辆驱动轴，或车辆的其它任何转动部件，如驱动转速表的转速表传动索等的角速度变化量的时间的函数( (dw)/(dt) )直接测量加速度。图4的框图用于说明通过摆角α和力F来产生坡度角信号θ的电路。在图4中，力传感器46可以是图2和3所示的应变计44，角度传感器50可以包括光学角度编码器38，发光二极管40和光检测器42。应当说明的是，在该领域中已知的其它形式的力传感器和角度传感器可以代替上述传感器。因为钟摆要安装在运动的车辆上，所以它要受到路面噪声和通常的车辆振动的影响。为了去除这些路面噪声和车辆振动的影响，由力传感器46产生的输出信号(F)将被第一路面噪声滤波器47所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种坡度角和加速度传感器（１０），用于测量车辆（１２，１４）所经过的路面坡度角和车辆加速度，上述坡度角和加速度传感器包括：一个有预定质量为ｍ的重块（２６）；一个第一传感器（４６）用于产生第一信号，此信号表示第一参数，第一参数是由至少是重力作用在重块（２６）上而引起的；一个第二传感器（５０）用于产生第二信号，此信号表示第二参数，第二参数是重块（２６）受到重力和车辆（１２，１４）作用在重块（２６）上的加速度的合力的作用而引起的；坡度角逻辑装置（４８，４９）对应于第一和第二信号产生一坡度角信号，其值对应于车辆（１２，１４）所经过路面坡度的坡度角θ；以及加速度逻辑装置（５２，５８）对应于上述第一和第二信号产生一个加速度信号，其值对应于车辆加速度“ａ”。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：TA吉，
申请(专利权)人：丹拿公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]