專利名稱：一種坡度角和加速度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)量車輛所經(jīng)過路面的坡度角的車用坡度角傳感器，特別地，涉及一種可同時(shí)測(cè)量路面坡度角和車輛加速度的單個(gè)傳感器。
眾所周知，隨著防抱死制動(dòng)器系統(tǒng)、自動(dòng)變速器、半自動(dòng)變速器以及電子助力剎車系統(tǒng)和電子燃油控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，如果能了解有關(guān)車輛實(shí)際加速度的信息以及車輛是否正在上坡或下坡，那么將提高上述系統(tǒng)的運(yùn)行效果。
在美國專利No.3，752，251中，Gaehe揭示了一種用在車輪制動(dòng)系統(tǒng)中的坡度角傳感器。Gaehe所揭示的坡度角傳感器對(duì)車輛的加速度和減速度不敏感。Shattock在美國專利No.3，588，188中揭示了一種鐘擺式加速度傳感器，用于檢測(cè)車輛的制動(dòng)系統(tǒng)的加速和減速，而Klatt則講述了如何利用有關(guān)車輛是否正在上坡或下坡的信息來控制自動(dòng)變速器。Klatt講述了如何利用發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩的變化來進(jìn)行這項(xiàng)判斷。
本文所述的是一種坡度角和加速度傳感器，可向防抱剎車系統(tǒng)、自動(dòng)變速器和電控剎車系統(tǒng)同時(shí)提供車輛所經(jīng)過的路面坡度角和車輛行駛時(shí)的實(shí)際加速度或減速度。
本發(fā)明為一種坡度角和加速度傳感器，可提供車輛所經(jīng)過路面的坡度角和車輛的實(shí)際加速度或減速度。傳感器包括一預(yù)定質(zhì)量為m的重塊，一個(gè)第一傳感器用以產(chǎn)生第一信號(hào)，該信號(hào)表示出第一參數(shù)，此參數(shù)是重塊對(duì)于至少是重力的響應(yīng)而產(chǎn)生的，還包括一個(gè)第二傳感器用以產(chǎn)生可表示第二參數(shù)的信號(hào)，此參數(shù)是重塊對(duì)重力和車輛作用在重塊上的加速慣性力的合力的響應(yīng)而產(chǎn)生的，坡度角邏輯裝置可根據(jù)第一和第二信號(hào)產(chǎn)生坡度角信號(hào)θ，它的值對(duì)應(yīng)于車輛所經(jīng)過路面的坡度角，而加速度邏輯裝置則根據(jù)第一和第二信號(hào)產(chǎn)生出對(duì)應(yīng)于車輛加速度的加速度信號(hào)。
在第一個(gè)實(shí)施例中，傳感器為一鐘擺，第一信號(hào)是擺錘受力和重力作用所產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的角度，第二信號(hào)是擺錘受重力和車輛加速度的影響而產(chǎn)生的力。坡度角θ由下面方程計(jì)算θ＝90°-arcsin(Fsinα/mg)式中α為擺錘相對(duì)于傳感器預(yù)定軸線所偏移的角度，F(xiàn)為擺錘受重力和加速度影響而產(chǎn)生的力。加速度由下面方程計(jì)算a＝[gsin(180°-β-α)]/sinα式中β角等于arcsin(Fsinα)/mg。
在另一個(gè)實(shí)施例中，傳感器包括一重塊，一個(gè)第一力傳感器用來測(cè)量重塊在與車輛縱軸正交的方向上所產(chǎn)生的力，以及一個(gè)第二力傳感器用來測(cè)量重塊在平行于車輛縱軸方向上所產(chǎn)生的力。坡度角邏輯裝置是通過解下述方程來計(jì)算坡度角θθ＝arc cos(F1/F0)式中F1是當(dāng)車在坡上時(shí)，第一力傳感器所測(cè)得的力，F(xiàn)0是當(dāng)車輛縱軸水平時(shí)，第一力傳感器所測(cè)得的力。加速度邏輯裝置通過解下述方程來計(jì)算加速度a＝F2/m
式中F3等于第二力傳感器所測(cè)得的力F1減去力F3，F(xiàn)3是當(dāng)車輛縱軸不水平時(shí)，重力使重塊在第二傳感器上所產(chǎn)生的力。
F3＝mgsinθ式中θ為坡度角。
坡度角和加速度傳感器的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是單一的傳感器可同時(shí)提供車輛所經(jīng)過路面的坡度角和車輛加速度。
坡度角和加速度傳感器的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是所測(cè)得的加速度和減速度不受車輪速度和路面打滑的影響。
另一實(shí)施例的另一優(yōu)點(diǎn)是不需要運(yùn)動(dòng)部件。
通過結(jié)合附圖閱讀詳細(xì)說明，坡度角和加速度傳感器的上述和其它優(yōu)點(diǎn)更可一目了然。


圖1顯示了一車輛正在爬坡以及作用在傳感器上的力。
圖2是坡度角和加速度傳感器的第一實(shí)施例的側(cè)視圖。
圖3是圖2所示坡度角和加速度傳感器的前視圖。
圖4是電路框圖，表示了第一實(shí)施例的電氣元件。
圖5是第一實(shí)施例中電氣元件的另一電路框圖。
圖6是坡度角和加速度傳感器的另一實(shí)施例的側(cè)視圖。
圖7是方框圖顯示了相關(guān)的電氣元件。
圖8是電路框圖，顯示了X和Y軸傳感器的細(xì)節(jié)。
圖9是電路框圖，顯示的是另一實(shí)施例中的X和Y軸傳感器。
如圖1所示，第一實(shí)施例的坡度角和加速度傳感器10被裝在一個(gè)車上，例如是一牽引車12牽引一加載的掛車14，正在爬坡16。坡16相對(duì)于水平面18的角度是θ。在圖1中，牽引車12正以加速度a向坡16上爬。
坡度角和加速度傳感器10的第一實(shí)施例的形式是擺錘20，如圖2和3所示。由于重力“g”和車輛加速度“a”的作用，鐘擺錘20相對(duì)于牽引車的縱軸22偏離角度α。這里定義車輛縱軸在本質(zhì)上平等于車輛經(jīng)過的路面。
如圖2和3所示，坡度角和加速度傳感器10有一有重量的擺錘26，通過剛性臂30鉸接到轉(zhuǎn)軸28上。轉(zhuǎn)軸28安裝在支承架32上，后者可由一對(duì)螺紋緊固件(未示出)通過安裝孔34和36固定在車上。
一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的光學(xué)編碼器38與轉(zhuǎn)軸28同心地連接到臂30上，并可隨鐘擺20角位移同步繞轉(zhuǎn)軸28旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)的光學(xué)編碼器38的一側(cè)放置一個(gè)光源40，如發(fā)光二極管，可旋轉(zhuǎn)光學(xué)編碼器38的另一側(cè)則放置一個(gè)光檢測(cè)器42?？尚D(zhuǎn)光學(xué)編碼器38可以是此領(lǐng)域中任意一種已知的用于測(cè)量轉(zhuǎn)角的器件。臂30上貼有應(yīng)變計(jì)44，它產(chǎn)生一個(gè)輸出信號(hào)，該信號(hào)具有對(duì)應(yīng)于作用在鐘擺20的擺錘26上的合力“F”的值。
如圖2所示，有兩個(gè)單獨(dú)的力作用在擺錘26上，使之以α角偏離車的縱軸22。第一個(gè)力是mg，其中m是擺錘26的質(zhì)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，且相對(duì)于平行于車輛縱軸的直線24。成90°-θ。作用在擺錘26上的第二個(gè)力是ma，其中m仍是擺錘26的質(zhì)量，a如前所述為車輛加速度。坡度傳感器10在垂直于路面方向的運(yùn)動(dòng)會(huì)在該方向上產(chǎn)生周期性的加速度。但它們是周期性的，所以在一個(gè)相對(duì)短的時(shí)間內(nèi)，均值為零。
如力的分解圖所示，作用在鐘擺20的擺錘26上兩個(gè)力合在一起產(chǎn)生了一個(gè)合力F，此力可由應(yīng)變計(jì)44測(cè)得。
由正弦定律，有(mg)/(Sinα) ＝ (F)/(Sinβ)式中β等于角90°-θ，θ是圖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?yàn)镕和α都是可測(cè)出的值，所以坡度角θ可以利用測(cè)得的力F和角α的值，由方程1計(jì)算出來，方程1有兩個(gè)角，α和180°-α，它們表明了坡度是向上還是向下的。上坡和下坡一般可通過α的符號(hào)來區(qū)分。另外，先前坡度角的記憶值可提供有用的信息，以確定哪一個(gè)角是正確的。
類似地，加速度也可通過幾種方法來確定。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是鐘擺水平軸和平行于重力的豎直方向間的夾角。β等于arcsin(Fsinα/mg)。
加速度a有兩個(gè)解。正確的解可根據(jù)前次所得的角α和力F而得出。另外，也可能存在車輛加速或減速的其它線索，可用來確定兩個(gè)解中的一個(gè)。例如，可通過車輛驅(qū)動(dòng)軸，或車輛的其它任何轉(zhuǎn)動(dòng)部件，如驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速表的轉(zhuǎn)速表傳動(dòng)索等的角速度變化量的時(shí)間的函數(shù)( (dw)/(dt) )直接測(cè)量加速度。
圖4的框圖用于說明通過擺角α和力F來產(chǎn)生坡度角信號(hào)θ的電路。在圖4中，力傳感器46可以是圖2和3所示的應(yīng)變計(jì)44，角度傳感器50可以包括光學(xué)角度編碼器38，發(fā)光二極管40和光檢測(cè)器42。應(yīng)當(dāng)說明的是，在該領(lǐng)域中已知的其它形式的力傳感器和角度傳感器可以代替上述傳感器。
因?yàn)殓姅[要安裝在運(yùn)動(dòng)的車輛上，所以它要受到路面噪聲和通常的車輛振動(dòng)的影響。為了去除這些路面噪聲和車輛振動(dòng)的影響，由力傳感器46產(chǎn)生的輸出信號(hào)(F)將被第一路面噪聲濾波器47所濾波，而角度傳感器50所產(chǎn)生的輸出信號(hào)(α)也將被一個(gè)類似的路面噪聲濾波器51所濾波。第一和第二路面噪聲濾波器47和51可以是低通濾波器或已知的均衡電路。
坡度角生成器48將利用方程(1)計(jì)算坡度角θ，坡度角邏輯電路49則通過方程(1)所解出的加速度值以及先前的F和a值來確定正確的解。于是坡度角θ就可被諸如防抱死剎車系統(tǒng)或自動(dòng)、半自動(dòng)變速器等應(yīng)用裝置60所利用。
加速度值生成器52將利用方程(2)來產(chǎn)生加速度值“a”，加速/減速邏輯58將通過先前的坡度角θ的值和加速度a的值，來確定方程(2)的正確解，加速度a的值也可被應(yīng)用裝置60所接收。
圖5表示了另一種坡度角傳感器系統(tǒng)，它包括加速度方向傳感器54，它產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)或傳動(dòng)系轉(zhuǎn)速變化量的第一加速度信號(hào)。力傳感器46，角度傳感器50、第一和第二路面噪聲濾波器47和51、坡度角生成器48和加速度值生成器52基本上與圖4所示的相同。坡度角邏輯56和加速/減速邏輯58則通過從加速度傳感器54所接收的信號(hào)來確定坡度角θ和加速度“a”的正確值。
圖6示出了坡度傳感器62的另一實(shí)施例。坡度角傳感器62有一盒狀外殼結(jié)構(gòu)64，可安裝在車輛12的車架上。坡度角傳感器62有一重塊66，質(zhì)量為m，安裝在盒狀結(jié)構(gòu)64中。重塊66可如圖所示為正方形，也可以是圓形、八角形或其它所需要的任何形狀。重塊被兩個(gè)正交放置的板簧68和70所偏置，這兩個(gè)板簧壓到兩個(gè)正交放置的壓電晶體72和74上。如圖所示板簧和壓電晶體的位置要使得板簧70和壓電晶體74能決定坡度角傳感器62的X軸，而使板簧68和壓電晶體72能決定Y軸。當(dāng)把傳感器安裝在車輛上時(shí)，最好使X軸平行于車輛縱軸22，Y軸與車輛縱軸正交。
壓電晶體72連接在一振蕩器電路76上，后者可產(chǎn)生為f1的輸出信號(hào)，該頻率是重塊66和板簧68施加在壓電晶體72上的力的函數(shù)，并隨力的大小而變化。同樣，壓電晶體74連接到一振蕩器電路上，后者產(chǎn)生頻率為f2的輸出信號(hào)，該頻率是重塊66和板簧70施加在壓電晶體74上的力的函數(shù)，并隨力的大小而變化。如先有技術(shù)所知，頻率f1和f2對(duì)應(yīng)于作用在壓電晶體72和74上的正交分力。當(dāng)車輛上坡或下坡形成θ角時(shí)，由于傳感器相對(duì)于重力Fg轉(zhuǎn)動(dòng)，振蕩電路76的輸出信號(hào)頻率f1將會(huì)改變。壓電晶體72對(duì)車輛沿其縱軸22方向的加速度基本上不敏感。因此，車輛加減速時(shí)，振蕩器76的頻率不變。與此相反，壓電晶體74對(duì)車輛沿其縱軸方向的加減速和上坡下坡時(shí)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)都敏感，設(shè)坡度相對(duì)于水平面的角度為θ。
θ角可由下述方程得出θ＝arc cos(F1/F0)(3)式中F0是當(dāng)傳感器的X軸水平時(shí)，重塊66作用在壓電晶體72上的力，F(xiàn)1是當(dāng)傳感器的X軸相對(duì)于水平面為θ角時(shí)，重塊66作用在壓電晶體72上的力。
車輛加速度可根據(jù)施加在壓電晶體74上由于車輛加速度而產(chǎn)生的力F2和由于重塊66的重力作用而產(chǎn)生的力F3導(dǎo)出，它們是F2＝maF3＝mgSinθ作用在壓電晶體74上的合力是F″＝F2±F3于是F2＝(F″＋F3)＝ma并且a＝(F″＋F3)/m由于頻率f1正比于作用在壓電晶體72上的合力F′，因此f1正比于重塊66由于重力而施加的力F1和板簧68施加的力FS1。
F1＝F′-Fs1＝f1k-Fs1式中K為f1與力F′間的轉(zhuǎn)換常數(shù)。
同樣，頻率f2正比與作用在壓電晶體74上的合力F″，f2正比于重塊由于加速度所產(chǎn)生的力F2，力F3是當(dāng)傳感器相對(duì)于水平面旋轉(zhuǎn)時(shí)重塊66由于重力所施加的力，而力FS2是由板簧70所施加的力。力F2和F3的值可由下述方程得到F2±F3＝F″-FS2＝f2k-FS2同樣應(yīng)當(dāng)指出的是，與針對(duì)圖1-3所示的坡度角傳感器的討論相似，此處計(jì)算出的坡度角θ和加速度a都會(huì)有兩個(gè)值，選擇正確的值可利用坡度角θ和加速度a的先前值。
圖7是用于產(chǎn)生坡度角θ和加速度a的電路框圖，Y軸傳感器80產(chǎn)生的信號(hào)值F1對(duì)應(yīng)于F′。如圖8所示，Y軸傳感器80包括壓電晶體72。振蕩器電路76，頻率-模擬量(F/A)轉(zhuǎn)換器102，后者要將頻率f1轉(zhuǎn)換為一模擬信號(hào)量，其大小正比于作用在壓電晶體72上的合力F′。求和放大器104從模擬信號(hào)減去一參考信號(hào)FS1，后者對(duì)應(yīng)于合力F′中由于板簧68所產(chǎn)生的那部分力。求和放大器104的輸出信號(hào)F1只對(duì)應(yīng)于重塊66產(chǎn)生的力。
Y軸傳感器80的輸出通過路面噪聲濾波器82濾波后輸出濾波信號(hào)F1。坡度角生成器84產(chǎn)生出兩個(gè)坡度角信號(hào)，θ和180°-θ，它們被坡度角邏輯電路86和F3生成器92所接收。坡度角邏輯電路86根據(jù)先前的坡度角θ和加速度“a”值來確定正確的坡度角值。
X軸傳感器88產(chǎn)生模擬信號(hào)FT，它對(duì)應(yīng)于重塊66由于加速度和重力而作用在壓電晶體74上的力F2和F3的合力。X軸傳感器88的結(jié)構(gòu)與圖8所示的Y軸傳感器80的結(jié)構(gòu)基本相同，因此不再詳述。信號(hào)FT將被路面噪聲濾波器90濾波，以從信號(hào)FT中去除路面噪聲。濾波后的信號(hào)FT被加至求和放大器94的同相輸出端，從F3生成器92產(chǎn)生的信號(hào)被加至反相輸出端。F3生成器92利用方程(4)產(chǎn)生出力F3的值，式中F3＝mgsinθ，m是重塊66的質(zhì)量，g為重力加速度。求和放大器的輸出是力F2，這里F2＝FT-F3為重塊66由于車輛沿X軸方向的加速度而作用在壓電晶體74上的力。加速度值生成器96將力F2轉(zhuǎn)換為兩個(gè)可能的加速度值加速時(shí)為+a和減速時(shí)為-a。
加速/減速邏輯電路98根據(jù)先前的坡度角θ和加速度值來選擇是加速度值“+a”還是減速度值“-a”。
圖7的電路也包括一虛框中所示的加速/減速傳感器100，它針對(duì)車輛傳動(dòng)系上運(yùn)動(dòng)部件對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)產(chǎn)生一信號(hào)，該信號(hào)的第一個(gè)值表示加速狀態(tài)，第二個(gè)值表示減速狀態(tài)。這個(gè)信號(hào)被坡度角邏輯電路86和加速/減速邏輯98所接收，以簡(jiǎn)化選擇正確值的邏輯步驟。
圖9所示為另一用以產(chǎn)生信號(hào)F1和FT的電路。因?yàn)楫a(chǎn)生F1和FT的電路基本相同，所以這里只詳述產(chǎn)生F1的電路。
如圖9中所示，振蕩器76壓電晶體72對(duì)應(yīng)于作用在晶體72上的力F′而發(fā)出頻率f1。路面噪聲濾波器106對(duì)f1進(jìn)行濾波產(chǎn)生出濾波后的頻率信號(hào)f1。濾波后的頻率f1經(jīng)混頻電路108與一參考頻率fS混頻。頻率fS對(duì)應(yīng)于板簧68作用在壓電晶體72上的力。差頻(f1-fS)對(duì)應(yīng)于重力單獨(dú)作用在重塊66上的力fW，一頻率-模擬量轉(zhuǎn)換器110把此差頻轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)F1，F(xiàn)1對(duì)應(yīng)于熏力作用在重塊66上的力的大小。
應(yīng)當(dāng)指出，其它類型的力傳感器，如應(yīng)變計(jì)，也可用于代替壓電晶體72和74用來檢測(cè)重塊66由于加速度和重力而產(chǎn)生的力。還應(yīng)進(jìn)一步指出的是，對(duì)此領(lǐng)域熟悉的人員可以想象出，在不脫離本發(fā)明的前述內(nèi)容及后面的權(quán)利要求的情況下，坡度角傳感器可以有其它實(shí)施例及相關(guān)電路。
權(quán)利要求
1.一種坡度角和加速度傳感器(10)，用于測(cè)量車輛(12，14)所經(jīng)過的路面坡度角和車輛加速度，上述坡度角和加速度傳感器包括一個(gè)有預(yù)定質(zhì)量為m的重塊(26)；一個(gè)第一傳感器(46)用于產(chǎn)生第一信號(hào)，此信號(hào)表示第一參數(shù)，第一參數(shù)是由至少是重力作用在重塊(26)上而引起的；一個(gè)第二傳感器(50)用于產(chǎn)生第二信號(hào)，此信號(hào)表示第二參數(shù)，第二參數(shù)是重塊(26)受到重力和車輛(12，14)作用在重塊(26)上的加速度的合力的作用而引起的；坡度角邏輯裝置(48，49)對(duì)應(yīng)于第一和第二信號(hào)產(chǎn)生一坡度角信號(hào)，其值對(duì)應(yīng)于車輛(12，14)所經(jīng)過路面坡度的坡度角θ；以及加速度邏輯裝置(52，58)對(duì)應(yīng)于上述第一和第二信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)加速度信號(hào)，其值對(duì)應(yīng)于車輛加速度“a”。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的傳感器，其特征在于上述重塊是一鐘擺(20)的擺錘(26)，它通過臂(30)鉸接到一支承結(jié)構(gòu)(32，34，36)上，其特征在于上述第一傳感器是力傳感器(46)，它測(cè)量擺錘(26)由于重力和車輛加速度而作用于上述臂(30)上的力，以產(chǎn)生上述第一信號(hào);并且上述第二傳感器是角度傳感器(50)，它對(duì)應(yīng)于臂(30)從上述支承結(jié)構(gòu)上的預(yù)定位置偏轉(zhuǎn)的角度，以產(chǎn)生上述第二信號(hào)，第二信號(hào)的值對(duì)應(yīng)于上述偏轉(zhuǎn)的角度α。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的傳感器，其特征在于上述力傳感器(46)是一貼在上述臂(30)上的應(yīng)變計(jì)(44)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的傳感器，其特征在于上述角度傳感器(50)包括一個(gè)附著在支承結(jié)構(gòu)上的光源(40)，上述光源(40)所產(chǎn)生的光束與臂(30)的角偏移方向正交;一個(gè)附著在支承結(jié)構(gòu)上的光檢測(cè)器(42)，光檢測(cè)器產(chǎn)生第二信號(hào);以及一個(gè)附著在臂(30)上并隨之鉸接的可旋轉(zhuǎn)光學(xué)編碼器(38)，此光學(xué)編碼器(38)位于光源(40)和光檢測(cè)器(42)之間，光學(xué)編碼器(38)根據(jù)臂(30)的偏轉(zhuǎn)角度對(duì)光束進(jìn)行調(diào)制，光檢測(cè)器(42)根據(jù)被調(diào)制的光束產(chǎn)生第二信號(hào)，第二信號(hào)的值為α，對(duì)上述臂是角偏移的。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的傳感器，其特征在于上述的坡度角和加速度傳感器(10)有一與車輛縱軸基本上平行的水平軸，還有一與該水平軸正交的垂直軸，角度α是鐘擺(20)的臂(30)與水平軸間的夾角。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的傳感器，其特征在于，坡度角α和力F值以及下述方程計(jì)算出坡度角θθ＝90°-arc sin(Fsinα/mg)式中m是擺錘的質(zhì)量，g是重力加速度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的傳感器，其特征在于，加速度邏輯裝置包括第二計(jì)算裝置(52)，用以根據(jù)角α和力F的值以及下述方程計(jì)算出加速度a＝ (g sin(180°-β-α))/(Sinα) 式中β＝arc sin( (Fsinα)/(mg) )它是重力方向和傳感器水平軸之間的夾角，g為重力加速度，m為擺錘質(zhì)量。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的傳感器，其特征在于，由坡度角邏輯裝置產(chǎn)生的θ角有兩個(gè)解，坡度角邏輯裝置進(jìn)一步包括存貯角θ和加速度a的先前值的裝置(49);根據(jù)先前產(chǎn)生的角θ和加速度a的值，用以在角θ的兩個(gè)可能解中選一的第一邏輯裝置(49);并且由加速度邏輯裝置所產(chǎn)生的加速度“a”有兩個(gè)解，加速度邏輯裝置包括存貯角θ和加速度“a”的先前值的裝置(58);和根據(jù)先前產(chǎn)生的角θ和加速度“a”的值，用以在加速度“a”的兩個(gè)可能解中選一的第二邏輯裝置(58)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6的傳感器，其特征在于，由坡度角邏輯裝置產(chǎn)生的角θ有兩個(gè)不同的值，并且加速度“a”也有兩個(gè)不同的值，傳感器進(jìn)一步包括加速度傳感器裝置(54)，它根據(jù)車輛的轉(zhuǎn)動(dòng)部件，在車加速時(shí)產(chǎn)生第一信號(hào)，在車減速時(shí)產(chǎn)生第二信號(hào)，并且坡度角邏輯裝置包括第一選擇邏輯(49)，它根據(jù)加速度傳感器(54)產(chǎn)生的第一和第二信號(hào)，從角θ的兩個(gè)不同值中選擇一個(gè);另外上述加速度邏輯裝置包括第二選擇邏輯(58)，它根據(jù)加速度傳感器(54)產(chǎn)生的第一和第二信號(hào)，從加速度“a”的兩個(gè)不同值中選擇一個(gè)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的傳感器，其特征在于第一傳感器是第一力傳感器(80)，它與重塊(66)沿第一軸方向連接，它產(chǎn)生第一信號(hào)，對(duì)應(yīng)于作用在重塊上的重力;第二傳感器是第二力傳感器(88)，它沿與第一軸垂直的第二軸方向與重塊連接，它產(chǎn)生第二信號(hào)，對(duì)應(yīng)于作用在重塊上的重力和加速度;一個(gè)坡度角生成器，根據(jù)第一信號(hào)產(chǎn)生坡度角θ;以及加速度值生成器(98)根據(jù)第二信號(hào)和坡度角θ產(chǎn)生加速度a的值。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的傳感器，其特征在于，坡度角生成器包含根據(jù)下述方程產(chǎn)生坡度角的計(jì)算裝置θ = arc cos ［F ′F0］]]>式中F′是當(dāng)上述第一軸與水平位置呈一角度時(shí)，第一力傳感器所產(chǎn)生的力，F(xiàn)0是當(dāng)上述第一軸與水平位置正交時(shí)，第一力傳感器所產(chǎn)生的力;并且加速度值生成器裝置包括一個(gè)F3生成器(92)，它所產(chǎn)生的F3信號(hào)的值對(duì)應(yīng)于第二傳感器所產(chǎn)生的第二信號(hào)中的一部分，該部分是重力受角θ的影響而產(chǎn)生的，角θ由坡度角生成器給出;一個(gè)求和放大器(94)用以從第二信號(hào)中減去F3，因而產(chǎn)生信號(hào)F2，其值對(duì)應(yīng)于重塊由于加速度而作用在第二傳感器上的力;以及一個(gè)加速度信號(hào)生成器(96)，用以根據(jù)信號(hào)F2產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于上述加速度a的值。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的傳感器，其特征在于，加速度值生成器包括產(chǎn)生加速度值的計(jì)算裝置，其計(jì)算根據(jù)a＝F2/m式中m是重塊質(zhì)量;并且F3生成器根據(jù)下式產(chǎn)生信號(hào)F3F3＝mgsinθ式中m是重塊質(zhì)量，g是重力加速度。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的傳感器，其特征在于，它進(jìn)一步包括第一偏置裝置(70)，用以沿第一軸把重塊偏向第一傳感器;第二偏置裝置(68)，用以沿第二軸把重塊偏向第二傳感器;從第一信號(hào)中減去一個(gè)力的裝置(94)，被減去的力對(duì)應(yīng)于第一偏置裝置所產(chǎn)生的力;以及從第二信號(hào)中減去一個(gè)力的裝置(104)，被減去的力對(duì)應(yīng)于第二偏置裝置所產(chǎn)生的力。
14.根據(jù)權(quán)利要求10的傳感器，其特征在于，第一和第二力傳感器各包含一個(gè)連接在重塊(66)上的壓電晶體(72，74)，壓電晶體的電特性是隨重塊施加在其上的力的大小而改變的函數(shù);一個(gè)由上述壓電晶體控制的振蕩器電路(76，78)，振蕩器的頻率是隨重塊施加在壓電晶體上的力的大小而變化的函數(shù);以及頻率-模擬量轉(zhuǎn)換器裝置(102，110)，用以把振蕩電路產(chǎn)生的頻率轉(zhuǎn)換為一模擬信號(hào)，該量的值對(duì)應(yīng)于重塊施加在壓電晶體上的力，坡度角生成器產(chǎn)生兩個(gè)不同的坡度角值θ，傳感器還包括一坡度角邏輯裝置(86)，用來根據(jù)先前產(chǎn)生的坡度角θ和加速度a的值在兩個(gè)不同的坡度角值中選擇一個(gè)。
15.根據(jù)權(quán)利要求11的傳感器，其特征在于，加速度值生成器產(chǎn)生兩個(gè)不同的加速度a的值，該傳感器還包括加速/減速邏輯裝置(98)，用以根據(jù)先前產(chǎn)生的坡度角θ值和先前產(chǎn)生的加速度值在兩個(gè)不同的加速度值中選擇一個(gè)。
16.根據(jù)權(quán)利要求11的傳感器，其特征在于，坡度角生成器可生產(chǎn)兩個(gè)不同的值，θ和180°-θ，加速度值生成器可產(chǎn)生兩個(gè)不同的值，+a和-a，該傳感器還包括一個(gè)加速度方向傳感器(100)，它在車輛加速時(shí)產(chǎn)生第一信號(hào)，在車輛減速時(shí)產(chǎn)生第二信號(hào);坡度角邏輯裝置(86)，它根據(jù)坡度角生成器產(chǎn)生的坡度角，第一信號(hào)和第二信號(hào)而在兩個(gè)不同的值中選擇一個(gè);以及加速/減速邏輯(98)，它根據(jù)加速度值生成器產(chǎn)生的加速度值，上述第一信號(hào)和第二信號(hào)而在兩個(gè)不同的加速度值當(dāng)中選擇一個(gè)。
17.一種為得到車輛(12，14)產(chǎn)生坡度角θ和加速度值的方法，包括檢測(cè)第一參數(shù)而產(chǎn)生第一信號(hào)，該第一參數(shù)由重塊(26)響應(yīng)于至少作用在其上的重力而產(chǎn)生的;檢測(cè)第二參數(shù)而產(chǎn)生第二信號(hào)，該第二參數(shù)是由重塊響應(yīng)于作用在其上的重力和加速度的合力而產(chǎn)生的;根據(jù)第一和第二信號(hào)產(chǎn)生坡度角信號(hào)θ，此信號(hào)對(duì)應(yīng)于車輛所正在經(jīng)過路面的坡度角;以及根據(jù)第一和第二信號(hào)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于車輛加速度的加速度信號(hào)“a”，其中上述重塊是一鐘擺(20)的擺錘(26)，它由臂(30)鉸接到一支承結(jié)構(gòu)上，上述檢測(cè)第一參數(shù)的步驟包括，檢測(cè)臂從預(yù)定位置的偏轉(zhuǎn)角α，和測(cè)量由于重力和鐘擺加速度而作用在臂上的力F。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其特征在于，產(chǎn)生坡度角θ的步驟包括解方程θ＝90°-arc sin(Fsinα/mg)(1)式中m是擺錘質(zhì)量，g是重力加速度，另外產(chǎn)生加速度信號(hào)α的步驟包括解方程a＝ (g sin(180°-β-α))/(Sinα) (2)式中β＝arc sin( (Fsinα)/(mg) )
19.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其特征在于，檢測(cè)第一參數(shù)的步驟包括檢測(cè)重塊(26)由于重力而沿第一軸方向所產(chǎn)生的力F′，檢測(cè)第二參數(shù)的步驟包括檢測(cè)重塊由于重力和加速度而在沿與第一軸正交的第二軸方向上所施加的力F″。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其特征在于，產(chǎn)生坡度角θ的步驟包括解方程θ=arccos[F′F0](3)]]>式中的0是當(dāng)?shù)谝涣εc重力平行時(shí)F′的值，產(chǎn)生加速度值的步驟包括解方程a＝F2/m(4)式中F2＝F″-mgsinθ，m是重塊質(zhì)量，θ為坡度角。
21.一種用來確定已知大小力場(chǎng)的方向和已知方向力場(chǎng)的大小的裝置包括根據(jù)至少是已知大小力場(chǎng)而展示第一參數(shù)并根據(jù)已知大小力和已知方向力場(chǎng)而展示第二參數(shù)的元件(46，50);以及根據(jù)第一和第二參數(shù)確定已知大小力場(chǎng)的方向和確定已知方向力場(chǎng)的大小的裝置(48，49，52，58)。
全文摘要
一種坡度角和加速度傳感器(10)包括一個(gè)重塊(26，66)，一個(gè)第一傳感器(46，80)用以測(cè)量重塊的第一參數(shù)而產(chǎn)生第一信號(hào)，一個(gè)第二傳感器(50，88)用以測(cè)量重塊的第二參數(shù)而產(chǎn)生第二信號(hào)，一個(gè)坡度角生成器(48，84)用來根據(jù)第一和第二信號(hào)產(chǎn)生坡度角θ，以及一個(gè)加速度生成器(52，96)用來根據(jù)第一和第二信號(hào)產(chǎn)生數(shù)值對(duì)應(yīng)于車輛加速度的信號(hào)。
文檔編號(hào)G01P15/08GK1085656SQ93118450
公開日1994年4月20日 申請(qǐng)日期1993年9月30日 優(yōu)先權(quán)日1992年9月30日
發(fā)明者T·A·吉 申請(qǐng)人:易通公司