DE3411252A1

DE3411252A1 - Neigungssensor

Info

Publication number: DE3411252A1
Application number: DE19843411252
Authority: DE
Inventors: Thomas 8044 Lohhof Hill
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1984-03-27
Filing date: 1984-03-27
Publication date: 1985-10-10
Also published as: DE3411252C2

Description

Neigungssensor

Die Erfindung bezieht sich auf einen Neigungssensor für Kraftfahrzeuge, mit einem Behälter, der teilweise mit einer Elektrolytflüssigkeit gefüllt ist, mit mehreren Sensor- Elektroden, die im Behälter angeordnet und von der Elektrolytflüssigkeit benetzt sind, und mit einer den Elektroden nachgeordneten Schaltanordnung für die zwischen den Elektroden und einer ebenfalls von der Elektrolytflüssigkeit benetzten Bezugs- Elektrode anliegenden Spannung.

Ein derartiger Neigungssensor ist aus der DE-OS 29 28 im Zusammenhang mit einer Diebstahlsicherung für Fahrzeuge bekannt. Dabei sind die Sensor- Elektroden ring förmig auf unterschiedlicher Höhe auf der Innenwand des Behälters angeordnet. Die Bezugs- Elektrode wiederum liegt am Boden des Behälters. Die Elektroden sind einzeln mit einer Schaltanordnung verbunden. In der Normallage sind sämtliche Sensor- Elektroden aus der Elektrolytflüssigkeit ausgetaucht. Wird nun das Kraftfahrzeug und damit der Behälter geneigt, so tauchen die Sensor-Elektroden der Reihe nach in die Elektrolytflüssigkeit ein. Die Schaltanordnung registriert bei jedem Eintauchen einer Sensor- Elektrode eine endliche Spannung zwischen dieser Elektrode und der Bezugs- Elektrode und liefert damit ein digitales Signal für die Neigung.

Nachteil des bekannten Neigungssensor ist, daß er bauaufwendig und trotzdem relativ ungenau ist, da er Neigungen nur in definierten Stufen anzeigt. Für viele Anwendungsfälle ist ein derartiger Neigungssensor praktisch nicht zu gebrauchen. Hierzu zählt die Verwendung eines derartigen Sensors zum Bestimmen einer variablen Beschleunigung, bei der sich eine nur vorübergehende und sich allmählich auf- und abbauende Neigung des Flüssigkeitsspiegels ergibt. Sogar für den Anwendungsfall einer Diebstahl- Warnanlage ergeben sich insoweit Nachteile, als der Flüssigkeitsspiegel in Normallage zum Vermeiden einer Fehlauslösung relativ weit unter der untersten Sensor- Elektrode liegen muß. Damit aber können geringfügige Neigungsänderungen gegenüber der Normallage nicht erkannt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Neigungssensor der eingangs genannten Art zu schaffen, der sich durch einen geringen Bauaufwand und eine hohe Ansprechen empfindlichkeit auszeichnet.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß zwei Sensor- Elektroden und die Bezugs- Elektroden nach Art eines Potentiometers geschaltet sind und senkrecht in die og Elektrolytflüssigkeit über eine Länge eintauchen, die mindestens gleich der maximalen Höhendifferenz des Flüssigkeitsniveaus am Ort der jeweiligen Elektroden ist.

Die Wirkungsweise der Erfindung sei an Hand der Figur 1 erläutert. In einem Flüssigkeitsbehälter 1, der teilweise mit Elektrolytflüssigkeit 2 gefüllt ist, sitzen zwei Sensor- Elektroden 3 und 4 sowie eine Bezugs- Elektrode 5. Zwischen den Elektroden 3 und 5 liegt eine Bezugsspannung U ο an (vgl. das zugehörige Ersatzschaltbild).Die zwischen den Elektroden 4 und 5 sich ergebende Spannung U ist lediglich vom Verhältnis der Übergangswiderstände

R. und Ro zwischen den Elektroden 3 und 4 bzw. 4 und 5 abhängig. Der Leitwert der Elektrolytflüssigkeit 2 und seine Änderung mit der Temperatur sind ohne Einfluß auf das Verhältnis U/U_Q . Da das Verhältnis der Widerstände R1/R2 lediglich von der Neigung der Elektrolytflüssigkeit gegenüber der eingezeichneten Normallage abhängt, ergibt sich somit aus dem gemessenen Verhältnis unmittelbar und kontinuierlich der Wert dieser Neigung.

Weiterbildungen der Erfindung beziehen sich sowohl auf die konstruktive Ausgestaltung als auch auf die schaltungsmäßige Auswertung der an den Elektroden anliegenden Spannungswerte.

- p. Zu Ersteren gehört beispielsweise die Anordnung sämtlicher Elektroden symmetrisch bezüglich des Gehäusemittelpunkts. Damit kann in Verbindung mit einem Vertauschen der Polung der beiden Sensor- Elektroden neben dem Maß auch die Richtung der Neigung bestimmt werden.

Mit Hilfe einer vierten Elektrode kann eine Information über die Neigungsrichtung auch ohne Umpolen gewonnen werden. Dabei ist zwischen zwei der Elektroden die Bezugsspannung angelegt, während mit den beiden anderen Elektroden abwechselnd die sich im Bezug auf eine dieser Elektroden ergebende Spannung bestimmt wird. Der Vergleich der beiden auf diese Weise bestimmten Spannungswerte liefert unmittelbar die Angabe über die Neigungsrichtung.

2Q Drei oder vier Elektroden können auf konstruktiv einfache und stabile Weise so innerhalb des Gehäuses angeordnet sein, daß sie im Querschnitt abgewinkelt und unter einem

Jk

Winkel auf den Mittelpunkt des Behälters ausgerichtet sind, der etwa gleich 1/3 (bei insgesamt drei Elektroden) bzw. 1/4 (bei insgesamt 4 Elektroden) des Kreis- Umfangwinkels ist. Befindet sich die Elektrolytflüssigkeit dann lediglich zwischen den Elektroden, so kommt man mit relativ wenig Flüssigkeit aus, ohne dabei Abstriche an der Ansprechempfindlichkeit in Kauf nehmen zu müssen.

Das Ändern der Polung, wie oben an sich bereits genannt, IQ bietet darüber hinaus den Vorteil, daß der Gleichstromanteil für das zu bestimmende Spannungs- Verhältnis eliminiert wird. Als weitere schaltungstechnische Maßnahme kann ferner die Funktion der Elektroden zyklisch vertauscht werden. Mit Hilfe des Vergleichs der zu be-Jg stimmenden Spannungs- Verhältnisse lassen sich Änderungen der Neigungsrichtung bzw. des Neigungsfaktors schnell und eindeutig feststellen.

In den Figuren 2 und 3 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.

In einem im Schnitt (Fig. 2) und in der Draufsicht (Fig. 3) gezeigten Behälter 10 sind vier Elektroden 11 bis 13 in der Weise angeordnet, daß sie zum Mittelpunkt 15 des Behälters 10 ausgerichtet sind und einen Winkel von jeweils 90° in ihren beiden Winkelteilen umfassen. Zwischen den Elektroden 11 bis 14 befindet sich eine Elektrolytflüssigkeit 16.

Zwischen den Elektroden 11 und 13 ist eine Bezugsspannung angelegt. Damit ergibt sich zwischen der Elektrode 14 und der Elektrode 13 bzw. zwischen der Elektrode 12 und der Elektrode 13 eine Spannung, die im Verhältnis zur Bezugsspannung lediglich von dem zwischen jeweils zwei dieser Elektroden bestehenden Widerständen R₁ und Rp

bzw. R_1b und R_2b abhängt. Bei völlig symmetrischen Verhältnissen besitzt dieses Spannungs- Verhältnis dann jeweils den Wert von 0,5, wie sich unschwer herleiten läßt.

An Hand des Schnitts III/III von Figur 2, der in Figur 3 dargestellt ist, soll nun die Wirkungsweise des Neigungssensors weiter erläutert werden. Es sei zunächst angenommen, daß sich in der Normallage ein waagreehtes Flüs-

,Q sigkeitsniveau einstellt. Bei einer Neigung des Flüssigkeitsniveaus besitzt dieses z. B. den strichliert eingezeichneten Verlauf. Der Übergangswiderstand R_2a zwischen den Elektroden 12 und 13 ändert sich aufgrund der geringfügig unterschiedlichen Benetzung der einander zugewandten

,g Winkelteile lediglich geringfügig.

Vergleicht man demgegenüber die Auswirkungen dieser Neigung des Flüssigkeitsniveaus in Bezug auf die Elektroden 11 und 12, so ergibt sich dabei eine wesentlich größere

on Änderung des Übergangswiderstands zwischen diesen beiden Elektroden. Beide Elektroden werden an den einander zugewandten Winkelteilen auf einer Fläche zusätzlich von Elektrolytflüssigkeit benetzt, die in Figur 3 schraffiert für die Elektrode 12 eingezeichnet ist. Damit verbunden

ok ist eine erhebliche Änderung des Übergangswiderstands R₁ zwischen diesen beiden Elektroden. Das Widerstandsverhältnis R-|_a /R2a ändert sich damit aufgrund der Neigung des Flüssigkeitsniveaus und ermöglicht eine präzise Aussage über das Ausmaß der Neigung.

Betrachtet man nun die Auswirkungen dieser Neigung auf die

Übergangswiderstände R^, und R~_b , so ergibt sich bei symmetrischen Verhältnissen, daß R₁. nahezu konstant bleibt, während sich R25 komplementär zum Widerstand R₁ g₅ ändert. Aus der entsprechenden Änderung der an den Elektroden 12 und 14 sich einstellende Spannungen ergibt sich

zwangsläufig, daß die Neigung die dargestellte Richtung besitzt. Für beliebige Richtungen der Neigung ergeben sich entsprechend geänderte, jedoch jeweils eindeutige Verhältnisse.

Schließlich kann durch Änderung der Funktion der Elektroden 11 bis 14, beispielsweise durch zyklisches Vertauschen dieser Funktion, sowohl der Gleichstromanteil eliminiert als auch eine Selbstjustage herbeigeführt Q werden.

Claims

Patentansprüche:

(J?

λ.) Neigungssensor für Kraftfahrzeuge, mit einem Behälter, der teilweise mit einer Elektrolytflüssigkeit gefüllt ist, mit mehreren Sensor- Elektroden, die im Behälter angeordnet und von der Elektrolytflüssigkeit benetzt sind, und mit einer den Elektroden nachgeordneten Schaltanordnung für die zwischen den Elektroden und einer ebenfalls von der Elektrolytflüssigkeit benetzten Bezugs- Elektrode anliegenden Spannung, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Sensor- Elektroden (11 und 12 bzw. 11 und 14) und die Bezugs- Elektroden (13) nach Art eines Potentiometers geschaltet sind und senkrecht in die Elektrolytflüssigkeit über eine Länge eintauchen, die mindestens gleich der maximalen Höhendifferenz des Flüssigkeitsniveaus am Ort der jeweiligen Elektroden (11 bis 14) ist.
2. Neigungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (11 bis 14) symmetrisch bezüglieh des Gehäusemittelpunkts (15) angeordnet sind.
3. Neigungssensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß insgesamt vier Elektroden (11 bis 14) innerhalb des Gehäuses angeordnet sind, von denen die an zwei der Elektroden (12 und 14) anliegende Spannung

abwechselnd auf die an den beiden übrigen Elektroden (11 und 13) anliegende Spannung bezogen ist.
4. Neigungssensor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (11 bis 14) die Elektrolytflüssigkeit zwischen sich aufnehmen.
5. Neigungssensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (11 bis 14) im Querschnitt einen nahezu viertelkreisförrnigen Sektor bilden.
6. Schaltanordnung für einen Neigungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (11 bis 14) in ihrer Funktion zyklisch vertauschbar sind.