DE10039978A1 - Inclination angle and acceleration measuring device for e.g. road vehicle includes sensor arrangement in which acceleration sensors are arranged at predefined inclination angles in planes which are perpendicular to axis of device - Google Patents

Inclination angle and acceleration measuring device for e.g. road vehicle includes sensor arrangement in which acceleration sensors are arranged at predefined inclination angles in planes which are perpendicular to axis of device

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DE10039978A1 DE2000139978 DE10039978A DE10039978A1 DE 10039978 A1 DE10039978 A1 DE 10039978A1 DE 2000139978 DE2000139978 DE 2000139978 DE 10039978 A DE10039978 A DE 10039978A DE 10039978 A1 DE10039978 A1 DE 10039978A1
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Abstract

The measuring device has sensor arrangement. In the sensor arrangement, acceleration sensors are arranged, at predefined inclination angles in planes (Vy,Vz) which are perpendicular to the axis (Vx) of the measuring device. Based on the output of the sensors, an evaluation unit (8) determines the accelerations (ay,az).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gerät und eine Vorrichtung zum Messen des Neigungswinkels unabhängig von einer Quer- oder Vertikalbeschleunigung und, oder zum Messen dieser Beschleunigungen. Sie ist anwendbar in Meßgeräten, handgeführten Befehlsgeräten, Fahrzeugen, Flugzeugen, Schiffen und Zweirädern, wie etwa Motorrädern.The present invention relates to an apparatus and a device for measuring the Inclination angle independent of lateral or vertical acceleration and, or to measure these accelerations. It is applicable in measuring devices, handheld command devices, vehicles, aircraft, ships and Two-wheelers, such as motorcycles.

In bekannten Geräten zur Messung der Kurvenneigung werden mechanische Präzisionskreisel, Laserkreisel und andere Systeme der Trägheitsnavigation eingesetzt, die an das Fahrzeug montiert, Meßwerte für die Kurvenneigung mit hinreichender Genauigkeit abgeben.In known devices for measuring the slope of the curve, mechanical Precision gyroscope, laser gyroscope and other inertial navigation systems used, which are mounted on the vehicle, measured values for the curve inclination with give sufficient accuracy.

Der offensichtliche Nachteil der meisten Lösungen besteht darin, daß die mit diesen Systemen verbundenen Kosten den Einbau in der Großserie nicht zulassen.The obvious disadvantage of most solutions is that the the costs associated with these systems do not require installation in large series allow.

Einfache Lösungen, wie die Libelle einer Wasserwaage oder der Auslenkungs­ winkel eines Pendels, sind kostengünstig. Der offensichtliche Nachteil dieser Ansätze besteht nun darin, daß Neigungswinkel und Beschleunigung gemeinsam registriert werden und so die Meßergebnisse nicht unterscheidbar sind.Simple solutions, such as the spirit level of a spirit level or the deflection angles of a pendulum are inexpensive. The obvious disadvantage of this Approaches now consist in that the angle of inclination and acceleration are common registered and so the measurement results are indistinguishable.

Ein interessanter Ansatz zum Erfassen einer Fahrzeugneigung und -beschleu­ nigung ist in dem Patent DE 195 38 616 A1 beschrieben. Der offensichtliche Nachteil dieses Vorschlages besteht nun darin, daß die angegebene Gleichung nur für Querbeschleunigungen größer 1 G lösbar ist.An interesting approach to register vehicle inclination and acceleration Cleaning is described in the patent DE 195 38 616 A1. The obvious disadvantage of this proposal is that the specified equation can only be solved for lateral accelerations greater than 1 G.

Ein weiterer Ansatz zur Lösung dieser Problematik bei Zweirädern zielt nun darauf, mit einem Beschleunigungssensor die resultierende Beschleunigung aus Gravitation und Radialbeschleunigung in der Kurve zu messen. Another approach to solving this problem with two-wheelers is now aimed then, with an acceleration sensor, the resulting acceleration Measure gravity and radial acceleration in the curve.  

Der offensichtliche Nachteil dieser Lösung besteht darin, daß mit dieser Messung lediglich der Betrag, nicht aber das Vorzeichen des Neigungswinkels bestimmt werden kann. Durch das Hinzunehmen von Gyrosensoren wird auch die Richtung der Kurvenneigung bestimmbar. Motorvibration, Bodenwellen, Schlaglöcher und andere Fahrbahneinflüsse können die Messung völlig unbrauchbar machen, wie dies bei dem Patent DE 28 40 714 A1 der Fall ist, weil bei Geradeausfahrt und geringer Kurvenneigung die Änderung der Meßgröße viel zu gering ist, um die durch Integration der Drehrate bestimmte Neigung hinreichend genau zu korrigieren und etwa die Drehlage des Fahrscheinwerfers auf etwa +/-3° genau zu regeln. Damit ist dieser Ansatz lediglich geeignet das Überschreiten von Grenzwerten bei Kurvenneigung größer +/-30° anzuzeigen.The obvious disadvantage of this solution is that with this measurement only the amount, but not the sign of the angle of inclination is determined can be. Adding gyro sensors also changes direction the curve inclination can be determined. Engine vibration, bumps, potholes and other road influences can make the measurement completely useless, such as this is the case with the patent DE 28 40 714 A1, because when driving straight ahead and low curve inclination the change in the measured variable is much too small to inclination determined by integrating the rotation rate with sufficient accuracy correct and, for example, the rotational position of the headlights to within +/- 3 ° to regulate. This approach is therefore only suitable for exceeding Show limit values for curve inclination greater than +/- 30 °.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Sensoranordnung vorteilhaft auszubilden, mit welcher in einer Ebene der Neigungswinkel bezüglich der Richtung der Auflagekraft, unabhängig von weiteren Beschleunigungen bestimmt wird und die Genauigkeit der Winkelmessung etwa +/-0,1° erreicht. Im Falle von Zweirädern ist die Richtung der Auflagekraft die Resultierende aus Gravitation und Zentrifugalbeschleunigung. Durch Messen des Rollwinkels über der Reifenbreite wird der Neigungswinkel zu der Richtung der Gravitation über einen Proportionalitätsfaktor direkt bestimmt. Damit wird es möglich, etwa die Drehlage des Fahrscheinwerfers eines Zweirades unabhängig von der Kurvenneigung stets horizontal zu regeln und die Fahrsicherheit aktiv zu erhöhen. Oder bei vierrädrigen Fahrzeugen können Steigung und Gefälle als Regelgröße für ein Getriebemanagement bestimmt werden oder Querneigungen der Straße und des Geländes zugunsten des Fahrkomforts oder einer Kippsicherung ausgeglichen werden.The object of the present invention is therefore a sensor arrangement to train advantageously with which in one plane the angle of inclination with respect the direction of the contact force, regardless of further accelerations is determined and the accuracy of the angle measurement reaches about +/- 0.1 °. In the case of two-wheelers, the direction of the bearing force is the resultant Gravitation and centrifugal acceleration. By measuring the roll angle over The tire width becomes the angle of inclination to the direction of gravity directly determines a proportionality factor. This makes it possible, for example the Rotational position of the headlight of a two-wheeler regardless of the Always regulate curve inclination horizontally and actively increase driving safety. Or with four-wheel vehicles, incline and descent can be used as a controlled variable be determined for a gearbox management or cross slopes of the road and the terrain in favor of driving comfort or anti-tipping be balanced.

Oder bei Flugzeugen wird etwa die Längsneigung des Rumpfes direkt bestimmt und auf einen wählbaren Wert geregelt und so der Flug gegen dynamische Störeinflüsse stabilisiert. Or in the case of aircraft, the longitudinal inclination of the fuselage is determined directly and regulated to a selectable value and thus the flight against dynamic Interference stabilized.  

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Teilen durch den Patentanspruch (1) gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gerätes ergeben sich aus den Maßnahmen in den abhängigen Ansprüchen.This object is achieved with the characterizing parts by the claim (1) solved. Advantageous embodiments of the device according to the invention result from the measures in the dependent claims.

Die erfindungsgemäße Anordnung von zwei oder mehreren Beschleunigungs­ sensoren in einer Ebene senkrecht zu einer Längs- oder Querachse eines Gerätes oder Fahrzeugs hat im Vergleich zu bislang bekannten Lösungen den Vorteil, daß der Neigungswinkel zur Richtung der Auflagekraft, in den meisten Fällen der Gravitation, unabhängig von anderen Beschleunigungen bestimmt, und daß zusätzlich die Querbeschleunigung bestimmt werden kann.The arrangement according to the invention of two or more acceleration sensors in a plane perpendicular to a longitudinal or transverse axis of a Device or vehicle has the compared to previously known solutions Advantage that the angle of inclination to the direction of the contact force, in most Cases of gravity, regardless of other accelerations, and that the lateral acceleration can also be determined.

Weiterhin ist es von Vorteil, daß die zusätzliche Karosserieneigung (Rollwinkel) von Zweirädern zur Richtung der Resultierenden aus Gravitation und Radial­ beschleunigung, die aus dem Abrollen des Aufsetzpunktes über der Breite der Reifen resultiert, wenn das Zweirad in eine Kurve geneigt wird, direkt und unabhängig von Bodenwellen und anderen dynamischen Fahrbahneinflüssen gemessen werden kann. Weil dieser Rollwinkel proportional zur Kurvenneigung des Zweirades ist, wird damit die Kurvenneigung eines Motorrades oder ähnlichen Zweirades nach Betrag und Richtung bestimmt.It is also advantageous that the additional body inclination (roll angle) from two-wheelers to the direction of the resultant from gravitation and radial acceleration resulting from the rolling of the touchdown point across the width of the Tire results directly and when the two-wheeler is inclined into a curve independent of bumps and other dynamic road influences can be measured. Because this roll angle is proportional to the curve inclination of the two-wheeler is the curve inclination of a motorcycle or Similar two-wheeler determined by amount and direction.

Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, mittels eines oder mehrerer Gyro­ sensoren, angeordnet senkrecht zu dieser Ebene, den Proportionalitätsfaktor zwischen Kurvenneigung und zusätzlicher Karosserieneigung dynamisch zu messen, weil dieser Faktor von der Breite der Reifen und der Höhe des Schwerpunktes abhängt und in gewissen Grenzen varaibel ist.It also proves to be advantageous using one or more gyro sensors, arranged perpendicular to this plane, the proportionality factor between curve inclination and additional body inclination dynamically measure because this factor depends on the width of the tires and the height of the Focus depends and is variable within certain limits.

Dieser Rollwinkel kann mit breiten Reifen bis zu 10° erreichen und der Neigungs­ winkel ist dann etwa um den Faktor 4 bis 7 größer.This roll angle can reach up to 10 ° with wide tires and the slope angle is then about a factor of 4 to 7 larger.

Weitere Vorteile sowie Einzelheiten des erfindungsgemäßen Gerätes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Figuren.Further advantages and details of the device according to the invention result from the following description of several exemplary embodiments based on the attached figures.

Dabei zeigtIt shows

Fig. 1 das Koordinatensystem der erfindungsgemäßen Sensoranordnung; FIG. 1 shows the coordinate system of the sensor arrangement according to the invention;

Fig. 2 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoranordnung; Fig. 2 shows an embodiment of the sensor arrangement according to the invention;

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensor­ anordnung; Fig. 3 arrangement, a further embodiment of the sensor according to the invention;

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensor­ anordnung; Fig. 4 shows a further embodiment of the sensor arrangement according to the invention;

Fig. 5 die Geometrie des Abrollens über einem Motorradreifen; Figure 5 shows the geometry of rolling over a motorcycle tire.

Fig. 6 eine weitere, dreidimensionale Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Sensoranordnung; Fig. 6 shows another three-dimensional embodiment of the sensor according to the arrangement Invention;

Fig. 7 einen elektrischen Stromlaufplan der erfindungsgemäßen Sensor­ anordnung; Fig. 7 arrangement is an electrical circuit diagram of the sensor according to the invention;

Fig. 8 eine weiter Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensor­ anordnung; Fig. 8 arrangement, a further embodiment of the sensor according to the invention;

In Fig. 1 ist das dreidimensionale Koordinatensystem der erfindungsgemäßen Sensoranordnung dargestellt. Dabei bezeichnet y die Richtung der Gravitation g, ay die entsprechende vertikale Beschleunigung, z eine horizontale Achse orthogonal zu y, etwa die Querachse eines Fahrzeuges, az die Beschleunigung in Richtung der Achse z, x die Achse, orthogonal zu y und z, etwa die Längsachse eines Fahrzeuges, und ax die Beschleunigung in Richtung dieser Achse. Vy ist die Achse der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die der Achse y entspricht, aber um einen Winkel ϕ in der Ebene y, z gegen y gedreht ist. Vz ist die entsprechende Achse, die mit der Achse z korrespondiert und Vx ist die Achse der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die der Achse x entspricht und in der Ebene y, x um den Winkel δ gedreht ist.In Fig. 1, the three-dimensional coordinate system of the sensor arrangement according to the invention. Here y denotes the direction of gravity g, ay the corresponding vertical acceleration, z a horizontal axis orthogonal to y, for example the transverse axis of a vehicle, az the acceleration in the direction of the axis z, x the axis, orthogonal to y and z, for example the Longitudinal axis of a vehicle, and ax the acceleration in the direction of this axis. Vy is the axis of the device according to the invention, which corresponds to the axis y, but is rotated by an angle ϕ in the plane y, z against y. Vz is the corresponding axis which corresponds to the axis z and Vx is the axis of the device according to the invention which corresponds to the axis x and is rotated in the plane y, x by the angle δ.

Fig. 2 ist eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoranordnung dreidimensional dargestellt. In ein Gehäuse 1 sind zwei zueinander orthogonale Beschleunigungssensoren A und B integriert. Dabei nimmt der Beschleunigungs­ aufnehmer A zu der Geräteachse Vy einen Winkel α und der Sensor B den Winkel β ein. Die Geräteachse Vy ist um den Winkel ϕ gegen die Richtung der Gravitation g gedreht. Fig. 2 shows a first embodiment of the sensor arrangement according to the invention three-dimensionally. Two acceleration sensors A and B orthogonal to one another are integrated in a housing 1 . The accelerometer A takes an angle α to the device axis Vy and the sensor B the angle β. The device axis Vy is rotated by the angle ϕ against the direction of gravity g.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensor­ anordung. Zwei diskrete Beschleunigungssensoren 2, 3 sind in der Ebene Vy-Vz angeordnet und um den Winkel α, bzw. β gegen Vy gedreht, während die gesamte Anordnung um den Winkel ϕ gegen die Richtung der Gravitation g gedreht ist. Der Gyrosensor 4 registriert Veränderungen des Winkels ϕ um die Achse x. Fig. 3 shows a further embodiment of the sensor arrangement according to the invention. Two discrete acceleration sensors 2 , 3 are arranged in the plane Vy-Vz and rotated by the angle α or β against Vy, while the entire arrangement is rotated by the angle ϕ against the direction of gravity g. The gyro sensor 4 registers changes in the angle ϕ about the axis x.

In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoranordnung dreidimensional dargestellt. Dabei sind die Beschleunigungs­ sensoren 2, 3 jeweils auf zwei zueinander parallelen Ebenen angeordnet, wie dies der Vorder- und Rückseite einer Leiterplatte entspricht.In FIG. 4 a further embodiment of the sensor arrangement according to the invention three-dimensionally. The acceleration sensors 2 , 3 are each arranged on two mutually parallel planes, as corresponds to the front and back of a circuit board.

Fig. 5 zeigt zweidimensional die Geometrie beim Abrollen über den Fahrzeugreifen 7 eines Zweirades. Bei einer Kurvenneigung mit dem Winkel γ wandert der Auflagepunkt der senkrechten Fahrt P1 über dem Radius r des Reifens 7 in den neuen Auflagepunkt P2. Mit einer horizontalen Verschiebung m und einer vertikalen Verschiebung n entspricht dies dem Rollwinkel ϕ bei gegebener Höhe h des Schwerpunktes S. Die Gerade P1-S entspricht hierbei der Geräteachse Vy. Fig. 5 shows a two-dimensional geometry when rolling over the vehicle tire 7 of a bicycle. In the case of a curve inclination with the angle γ, the contact point of the vertical travel P1 moves over the radius r of the tire 7 into the new contact point P2. With a horizontal displacement m and a vertical displacement n, this corresponds to the roll angle ϕ for a given height h of the center of gravity S. The straight line P1-S corresponds to the device axis Vy.

In Fig. 6 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensor­ anordnung dreidimensional dargestellt. Zweidimensional messende Beschleunigunssensoren 1, 5, 6 sind auf den zueinander orthogonalen Ebenen Vz-Vy, Vy-Vx und Vx-Vz angeordnet und in der Ebene Vz-Vy um den Winkel ϕ gegen g und in der Ebene Vy-Vx um den Winkel δ gegen g gedreht.In Fig. 6 a further embodiment of the sensor arrangement according to the invention illustrated in three dimensions. Two-dimensional measuring acceleration sensors 1 , 5 , 6 are arranged on the mutually orthogonal planes Vz-Vy, Vy-Vx and Vx-Vz and in the plane Vz-Vy by the angle ϕ against g and in the plane Vy-Vx by the angle δ rotated against g.

Fig. 7 zeigt einen Stromlaufplan der erfindungsgemäßen Sensoranordnung. Ein Mikrokontroller 8 mißt die pulsweitenmodulierten oder analogen Signale des Beschleunigungssensors 2 und wandelt die analogen oder pulsweitenmodulierten Signale des Beschleunigunssensors 3 und Gyrosensors 4 mit dem integrierten Analog/Digitalwandler. Nach der Umrechnung werden die Ergebnisse, der Neigungswinkel ϕ, die Querbeschleunigung az und die Vertikalbeschleunigung ay analog oder digital, pulsweitenmoduliert oder seriell codiert an dem Steckverbinder 9 elektrisch zur Weiterverarbeitung ausgegeben. Fig. 7 shows a circuit diagram of the sensor arrangement according to the invention. A microcontroller 8 measures the pulse width modulated or analog signals of the acceleration sensor 2 and converts the analog or pulse width modulated signals of the acceleration sensor 3 and gyro sensor 4 with the integrated analog / digital converter. After the conversion, the results, the angle of inclination ϕ, the lateral acceleration az and the vertical acceleration ay are output in analog or digital, pulse width modulated or serially coded form at the plug connector 9 for further processing.

Fig. 8 Zeit in zweidimensionaler Darstellung eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoranordnung. Der zweidimensional messende Beschleunigungssensor 1 ist in der Ebene Vy-Vz angeordnet und um den Winkel α1 gegen die Achse Vy gedreht. Ein oder mehrere weitere Bschleuniguns­ sensoren 10 sind ebenfalls in dieser Ebene angeordnet und um den von α1 verschiedenen Winkel α2 gegen die Achse Vy gedreht. Fig. 8 time in two-dimensional representation a further embodiment of the sensor arrangement according to the invention. The two-dimensional measuring acceleration sensor 1 is arranged in the plane Vy-Vz and rotated by the angle α1 against the axis Vy. One or more further acceleration sensors 10 are also arranged in this plane and rotated by the angle α2 different from α1 against the axis Vy.

In Fig. 2 besteht ein Neigungswinkel ϕ, ungleich 0°, und der Neigungswinkel δ beträgt 0°, so daß sich folgende Gleichungen für die Meßwerte A, B des Beschleunigungsaufnehmers 1 ergeben:
In FIG. 2, a tilt angle φ, equal to 0 °, and the inclination angle δ is 0 °, so that the following equations for the measured values A, B result in the accelerometer 1:

A = (g + ay) . cos (α - ϕ) + az . sin (α - ϕ) (1)
A = (g + ay). cos (α - ϕ) + az. sin (α - ϕ) (1)

B = (g + ay) . cos (β - ϕ) + az . sin (β - ϕ) (2)B = (g + ay). cos (β - ϕ) + az. sin (β - ϕ) (2)

In vielen Anwendungen, etwa einem Motorrad, kann angenommen werden, daß bei gleichförmiger Fahrt die Querbeschleunigung az
In many applications, such as a motorcycle, it can be assumed that the lateral acceleration az

az = 0; (3)
az = 0; (3)

dγ/dt = 0; (4)
dγ / dt = 0; (4)

gilt und der Neigungswinkel ϕ unabhängig von ay bestimmt werden kann. Dies erfolgt indem (3) in die Gleichungen (1), (2) eingesetzt, der Quotient von (2) und (3) gebildet und der Term (g + ay) gekürzt wird:

A/B = cos (α - ϕ)/cos (β - α); (5)applies and the angle of inclination ϕ can be determined independently of ay. This is done by inserting ( 3 ) into equations (1), (2), forming the quotient of ( 2 ) and ( 3 ) and shortening the term (g + ay):

A / B = cos (α - ϕ) / cos (β - α); (5)

Die Unabhängigkeit der Messung von der Vertikalbeschleunigung ay wird deutlich jedoch kann der Neigungswinkel ϕ nur mittelbar bestimmt werden. Für den ganzen zulässigen Winkelbereich von ϕ werden alle möglichen Lösungen mit einer Schrittweite von 0,1° mit den konstruktiv festgelegten Winkeln α, β im voraus berechnet und in einer Tabelle des Mikrokontrollers 8 abgelegt. Für einen zulässigen Bereich von +10° bis -10° reichen damit 200 Werte für die geforderte Genauigkeit aus.The independence of the measurement from the vertical acceleration ay becomes clear, however, the angle of inclination ϕ can only be determined indirectly. For the entire permissible angular range of ϕ, all possible solutions with a step size of 0.1 ° with the constructively defined angles α, β are calculated in advance and stored in a table of the microcontroller 8 . For a permissible range of + 10 ° to -10 °, 200 values are sufficient for the required accuracy.

Nach der Messung wird nun der Quotient aus A und B mit den Einträgen der Tabelle verglichen und so der Neigungswinkel ϕ unabhängig von ay bestimmt.After the measurement, the quotient of A and B with the entries of the Table compared and thus the angle of inclination ϕ determined independently of ay.

Dabei können die Beschleunigungssensoren A, B in einer integrierten Sensor­ anordnung 1 ausgeführt sein, aber auch getrennt auf zueinander parallelen Ebenen E1, E2 gemäß Fig. 4 angeordnet sein.The acceleration sensors A, B can be implemented in an integrated sensor arrangement 1 , but can also be arranged separately on mutually parallel planes E1, E2 according to FIG. 4.

Darüber hinaus erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Winkel α, β unterschied­ lich groß, also nicht symmetrisch sind, etwa um den Wertebereich der Lösungen ein wenig von dem Wert 1 für ϕ = 0° zu verschieben.In addition, it proves to be advantageous if the angles α, β differ are large, i.e. not symmetrical, for example around the value range of the solutions to shift a little from the value 1 for ϕ = 0 °.

Im Falle des Motorrades entspricht der so bestimmte Neigungswinkel ϕ dem Rollwinkel ϕ gemäß Fig. 5. Die wahre Kurvenneigung γ des Zweirades, die dem Winkel zwischen Fahrzeughochachse y und der Richtung der Gravitation G entspricht, ergibt sich aus der Beziehung:
In the case of the motorcycle, the inclination angle ϕ determined in this way corresponds to the roll angle ϕ according to FIG. 5. The true curve inclination γ of the two-wheeler, which corresponds to the angle between the vehicle vertical axis y and the direction of gravity G, results from the relationship:

γ = k . ϕ; (6)γ = k. ϕ; (6)

Der Proportionalitätsfaktor k ist konstruktiv bedingt und wird wesentlich von der Lage des Schwerpunktes und der Reifenbreite bestimmt. The proportionality factor k is due to the design and is essentially determined by the Location of the center of gravity and the tire width determined.  

Des weiteren wird der Gyrosensor 4 gezeigt, der parallel zur Fahrzeuglängsachse x angeordnet ist und dynamisch die Kurvenneigung γ registriert. Durch Integration über die Meßwerte wird die Winkeländerung der Kurvenneigung γ zwischen zwei Zeitpunkten t1 und t2 bestimmt:
Furthermore, the gyro sensor 4 is shown, which is arranged parallel to the vehicle longitudinal axis x and dynamically registers the curve inclination γ. The angle change of the curve inclination γ between two times t1 and t2 is determined by integration via the measured values:

Δγ = Σdγ von t1 bis t2; (7)Δγ = Σdγ from t1 to t2; (7)

Wird t1 so gewählt, daß zu diesem Zeitpunkt γ (t1) = 0° ist, so entspricht Δy der Kurvenneigung γ und der Proportionalitätsfaktor k wird durch einsetzen in Gleichung (6) wie folgt bestimmt:
If t1 is chosen such that γ (t1) = 0 ° at this time, Δy corresponds to the curve inclination γ and the proportionality factor k is determined by inserting it into equation (6) as follows:

K = γ/ϕ (t2); (8)K = γ / ϕ (t2); (8th)

Weil der Proportionalitätsfaktor nur durch die Zuladung wesentlich verändert wird, genügt es, diesen gelegentlich zu bestimmen.Because the proportionality factor is only changed significantly by the payload, it is sufficient to determine this occasionally.

Zusätzlich wird mit dem Gyrosensor entsprechend Gleichung (4), die Gleich­ förmigkeit der Drehrate während des Neigens in die Kurve mit d2γ/dt2 = 0 registriert und so bewertet, wann die Querbeschleunigung az tatsächlich gleich Null ist.In addition, with the gyro sensor according to equation (4), the uniformity of the rotation rate during the inclination into the curve is registered with d 2 γ / dt 2 = 0 and is thus evaluated when the lateral acceleration az is actually zero.

Somit gelingt es die Kurvenneigung γ eines Motorrades durch die direkte Messung des Rollwinkels ϕ unabhängig von Quer- oder Vertikalbeschleunigung zu bestimmen und gemäß Gleichung (8) bei Bedarf zu kalibrieren.Thus the curve inclination γ of a motorcycle is achieved through the direct one Measurement of the roll angle ϕ regardless of lateral or vertical acceleration to be determined and calibrated according to equation (8) if necessary.

Ein weiterer Ansatz zur Nutzung der erfindungsgemäßen Sensoranordnung zur Bestimmung der Querbeschleunigung az beruht darauf, daß die momentane Vertikalbeschleunigung ay verschieden von Null ist, im zeitlichen Mittel jedoch gleich Null ist, weil keine oder eine nur sehr geringe Höhenänderung y erfolgt, wie dies etwa bei Schiffen und Automobilen zutrifft.Another approach to using the sensor arrangement according to the invention for Determination of the lateral acceleration az is based on the fact that the momentary Vertical acceleration ay is different from zero, but on average over time is zero because there is no or only a very slight change in height y, such as this applies to ships and automobiles, for example.

Durch Umformen der Gleichungen (1), (2) erhält man

ay = (B - az . sin(β - ϕ))/cos(β - ϕ) - g; (9)
By transforming equations (1), (2) one obtains

a y = (B - a z . sin (β - ϕ)) / cos (β - ϕ) - g; (9)

az = (A . cos(β - ϕ) - B . cos(α - ϕ))/(sin(β - ϕ) . cos(α - ϕ) - sin(α - ϕ) . cos(β - ϕ)); (10)
a z = (A. cos (β - ϕ) - B. cos (α - ϕ)) / (sin (β - ϕ). cos (α - ϕ) - sin (α - ϕ). cos (β - ϕ )); (10)

mit den Unbekannten ϕ, az und ay und löst dieses Gleichungssystem für alle Winkel ϕn im zulässigen Lösungsbereich, z. B. von -20° bis +20° mit einer Schrittweite von 0,1° für ϕn, und erhält so eine Lösungsmenge von 400 Lösungen im Beispiel. Wurde vorher bereits eine Lösung bestimmt, so kann der Suchbereich eingeschränkt werden.with the unknowns ϕ, az and ay and solves this system of equations for all angles ϕ n in the permissible solution range, e.g. B. from -20 ° to + 20 ° with a step size of 0.1 ° for ϕ n , and thus receives a solution amount of 400 solutions in the example. If a solution has already been determined, the search area can be restricted.

Mit der Feststellung, daß die Vertikalbeschleunigung
Noting that vertical acceleration

Σay(t) = 0 (11)
Σa y (t) = 0 (11)

für ein Fahrzeug im zeitlichen Mittel gleich Null ist, wird aus der Lösungsmenge die eindeutige Lösung bestimmt, auf welche ay = 0 zutrifft, und man erhält damit einen Wert für den Neigungswinkel ϕ und die Querbeschleunigung az zu einem Zeitpunkt t.for a vehicle on average over time, the unambiguous solution to which a y = 0 applies is determined from the set of solutions, and a value is obtained for the angle of inclination ϕ and the lateral acceleration a z at a time t.

Durch das Mitteln über mehrere, aufeinanderfolgende Lösungen für den Neigungswinkel ϕ(t) und die Querbeschleunigung az(t) wird der momentane Störeinfluß von ay (t) eliminiert und die Werte ϕ und az bestimmt.By averaging multiple, sequential solutions for the Tilt angle ϕ (t) and the lateral acceleration az (t) becomes the current one Interference from ay (t) eliminated and the values ϕ and az determined.

Das Anbringen eines oder mehrerer zusätzlicher Beschleunigungssensoren 10 in der Ebene Vy-Vz gemäß Fig. 8 mit von α, β verschiedenen Winkeln, ermöglicht entsprechend dem Gleichungssystem (1), (2) das Aufstellen weiterer Gleichungs­ systeme und das Berechnen von entsprechenden Lösungen.The attachment of one or more additional acceleration sensors 10 in the plane Vy-Vz according to FIG. 8 with angles different from α, β enables, according to the equation system (1), (2), the establishment of further equation systems and the calculation of corresponding solutions.

Dies ist vorteilhaft, um Polstellen der ursprünglichen Sensoranordnung 1 zu vermeiden und darüber hinaus temperaturbedingte Driften der Beschleunigungs­ sensoren zu bestimmen.This is advantageous in order to avoid pole locations of the original sensor arrangement 1 and also to determine temperature-related drifts in the acceleration sensors.

Wird mit einem Gyrosensoren 4 senkrecht zur Ebene Vy-Vz die Winkeländerung

Δϕ = ϕ(t = n) - ϕ(t = n - 1) (13)
Use a gyro sensor 4 to change the angle perpendicular to the plane Vy-Vz

Δϕ = ϕ (t = n) - ϕ (t = n - 1) (13)

zwischen zwei aufeinanderfolgenden Messungen bestimmt, so kann die Plausibilität der Lösungsmenge der Gleichungen (9), (10) zusätzlich bewertet werden, indem gilt, daß die Winkeländerung zwischen früherer (t = n - 1) und neuer Lösung (t = n) gleich der Winkeländerung (13) sein muß.determined between two successive measurements, the plausibility of the solution set of equations (9), (10) can be additionally assessed by the fact that the change in angle between previous (t = n - 1) and new solution (t = n) is equal to Angle change ( 13 ) must be.

Hierbei ist vorteilhaft, daß über die Drehrate nur für kurze Zeit integriert wird und systemimmanente Driften einen sehr geringen Einfluß haben.It is advantageous here that the rotation rate is only integrated for a short time and system-inherent drifts have very little influence.

In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoranordnung gemäß Fig. 6 sind die Paare von Beschleunigungssensoren 1, 5, 6 auf drei zueinander orthogonalen Ebenen Vz-Vy, Vy-Vx und Vx-Vy angeordnet. Analog zu den Gleichungen (9), (10) kann für jedes Paar der Beschleunigungssensoren 1, 5, 6 ein Gleichungssystem unter Einbeziehen der Neigungswinkel ϕ und δ und den unbekannten Beschleunigungen ay, az, ax aufgestellt werden.In a further embodiment of the sensor arrangement according to the invention according to FIG. 6, the pairs of acceleration sensors 1 , 5 , 6 are arranged on three mutually orthogonal planes Vz-Vy, Vy-Vx and Vx-Vy. Analogous to equations (9), (10), an equation system can be set up for each pair of acceleration sensors 1 , 5 , 6 , including inclination angles ϕ and δ and the unknown accelerations ay, az, ax.

Diese Gleichungssysteme sind überbestimmt und linear abhängig. Doch kann dies benutzt werden, um ausgehend von der Lösung ϕ(x), az(ϕ(x)) mit ay = 0 für die Gleichungen (9) (10) in der Ebene Vy-Vz, die Beschleunigung ax in der Ebene Vy-Vx zu bestimmen, wobei die Lösung sich dadurch auszeichnet, daß der in beiden Ebenen ermittelte Wert für die Beschleunigung az übereinstimmen muß.These systems of equations are overdetermined and linearly dependent. However, this can be used, starting from the solution ϕ (x), az (ϕ (x)) with ay = 0 for the equations (9) ( 10 ) in the plane Vy-Vz, the acceleration ax in the plane Vy -Vx to be determined, the solution being characterized in that the value for the acceleration az determined in both planes must match.

Gibt es dann in der Ebene Vz-Vx ebenfalls eine Lösung für ax und az, die mit den Lösungen der anderen Ebenen übereinstimmt, kann dies als Kontrolle für die Korrektur z. B. thermischer Fehlereinflüsse genutzt werden.Is there then also a solution for ax and az in the Vz-Vx level, that with the Solutions of the other levels matches, this can be used as a control for the Correction z. B. thermal error influences can be used.

Claims (10)

1. Vorichtung oder Gerät zur Messung des Neigungswinkels ϕ gegen die Richtung der Gravitation oder der Richtung der resultierende Aufstandskraft und unabhängig davon der Bestimmung einer dazu orthogonalen Beschleu­ nigung az, enthaltend eine Sensoranordnung 2, 3 und elektrisch leitend verbunden eine Auswerteeinheit 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoranordnung zwei Beschleunigungssensoren 2, 3 aufweist, die beide parallel zu einer bestimmten Vertikalebene Vy-Vz senkrecht zur Geräteachse Vx angeordnet sind und beide bezogen auf die Hochachse Vz von 0° verschiedene Winkel α, β einnehmen, wobei die Auswerteeinheit 8 anhand der gemessenen unterschiedlichen Beschleunigungen A, B den Neigungswinkel ϕ und die Beschleunigung az berechnet.1. Device or device for measuring the angle of inclination ϕ against the direction of gravitation or the direction of the resulting contact force and regardless of the determination of an orthogonal acceleration az containing a sensor arrangement 2 , 3 and electrically connected to an evaluation unit 8 , characterized in that that the sensor arrangement has two acceleration sensors 2 , 3 , both of which are arranged parallel to a specific vertical plane Vy-Vz perpendicular to the device axis Vx and both assume angles α, β different from 0 ° with respect to the vertical axis Vz, the evaluation unit 8 being based on the measured different accelerations A, B calculated the angle of inclination ϕ and the acceleration az. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beträge der Befestigungswinkel α, β der Beschleunigungssensoren 2, 3 nicht gleich groß sind.2. Device according to claim 1, characterized in that the amounts of the mounting angle α, β of the acceleration sensors 2 , 3 are not the same size. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungssensoren 2, 3 auf zwei zueinander parallelen Ebenen Vy1-Vz1 und Vy2-Vz2 angeordnet sein können.3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the acceleration sensors 2 , 3 can be arranged on two mutually parallel planes Vy1-Vz1 and Vy2-Vz2. 4. Vorrichtung nach wenigstem einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungssensoren 2, 3 auch in einem Bauteil 1 integriert sein können.4. The device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the acceleration sensors 2 , 3 can also be integrated in a component 1 . 5. Vorrichtung nach wenigstem einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dieser bestimmten Ebene Vy-Vz weitere Beschleunigungssensoren 10 angebracht sein können und dabei von α und β verschiedene Winkel einnehmen.5. The device according to at least one of the preceding claims, characterized in that further acceleration sensors 10 can be attached in this particular plane Vy-Vz and thereby assume angles different from α and β. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Gyrosensor 4 derart angebracht wird, daß seine Ausrichtung senkrecht zu der bestimmten Vertikalebene Vy-Vz und parallel zu der Achse Vx ist.6. The device according to claim 1, 2, 3, 4 or 5, characterized in that at least one gyro sensor 4 is mounted such that its orientation is perpendicular to the determined vertical plane Vy-Vz and parallel to the axis Vx. 7. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese bestimmte Vertikalebene Vy-Vz sich in Quer­ richtung eines Meßgerätes, Befehlsgerätes oder Fahrzeuges erstreckt, wie etwa einem Automobil, Lastkraftwagen, Zweirad, Flugzeug, Hubschrauber oder Schiff.7. The device according to at least one of the preceding claims, characterized characterized in that this particular vertical plane Vy-Vz is transverse direction of a measuring device, command device or vehicle extends, such as such as an automobile, truck, two-wheeler, airplane, helicopter or ship. 8. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese bestimmte Vertikalebene Vy-Vz sich in Längs­ richtung eines Meßgerätes, Befehlsgerätes oder Fahrzeuges erstreckt, wie etwa einem Automobil, Lastkraftwagen, Zweirad, Flugzeug, Hubschrauber oder Schiff.8. The device according to at least one of the preceding claims, characterized characterized in that this particular vertical plane Vy-Vz is longitudinal direction of a measuring device, command device or vehicle extends, such as such as an automobile, truck, two-wheeler, airplane, helicopter or ship. 9. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese bestimmte Vertikalebene Vy-Vz sich in der Horizontalrichtung eines Meßgerätes, Befehlsgerätes oder Fahrzeuges erstreckt, wie etwa einem Automobil, Lastkraftwagen, Zweirad, Flugzeug, Hubschrauber oder Schiff.9. The device according to at least one of the preceding claims, characterized characterized in that this particular vertical plane Vy-Vz is in the Horizontal direction of a measuring device, control device or vehicle stretches, such as an automobile, truck, two-wheeler, airplane, Helicopter or ship. 10. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungssensoren 1, 5, 6 auf zueinander orthogonalen Ebenen angebracht sind.10. The device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the acceleration sensors 1 , 5 , 6 are mounted on mutually orthogonal planes.
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