悬摆加速度计的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种测量活动物体的加速度的装置（1），所述装置（1）包括：-能够围绕瞬时转动中心（O）振荡的悬摆（11）；-能够检测可能由所述加速度导致的所述悬摆（11）振荡的检测系统；其特征在于：悬摆（11）具有可以使其与所述检测系统协作的几何构造，所述几何构造使得检测系统只能够指示所述悬摆（11）的超过振荡阈值的振荡。
【专利说明】悬摆加速度计
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种根据权利要求1前序部分的测量活动物体速度随时间而变化的方法和系统。
[0002]特别是，本发明涉及车辆领域，尤其是需要安全地测量它们的加速度的被引导的车辆，例如铁路领域的被引导的车辆。“被引导的车辆”指的是公共运输工具，如公共汽车、无轨电车、有轨电车、地铁、火车或动车组等，对这些车辆而言，安全方面非常重要。总体来说，本发明用于必须遵守至少一个加速度安全标准的任何活动物体(即移动或被移动的任何物体，例如汽车)。尤其是该安全标准能够在加速时——例如紧急制动时——保证所述活动物体的安全。对加速度，本发明是指活动物体的正加速度(速度随时间增加)和负加速度或减速度(速度随时间减少)。
【背景技术】
[0003]对许多活动物体，特别是可以输送乘客的车辆，例如以铁的或充气的轮子运行的手动或自动地铁，需要确定活动物体承受的正的或负的加速度是否大于预先确定的加速度阈值。例如，为了保证被引导的车辆如地铁的安全，该车辆紧急制动时的加速度应必须同时强制性遵守多个安全指标，其中尤其包括:
[0004]-作为用于计算安全停车距离的假设的最低减速度值(一般为1.8m/s2);
[0005]-最大减速值，超过该值，车上的站立的乘客有跌倒的危险(一般为:-0.32g，即根据ASCE21标准为3.2m/s2的减速度，或根据ENl3452标准为3.5m/s2)。
[0006]按照一般规则，当发出紧急制动指令时，紧急制动电磁阀打开，所述打开可以减小液压或气动压力，导致紧急制动启动，并增加活动物体的减速度(所述活动物体的速度随时间降低)。然后，当减速度达到或超过预定阈值时，另一电磁阀即紧急制动限制电磁阀关闭，所述关闭导致所述压力保持恒定，因此减速度基本保持恒定。最后，当车辆停止时，减速度消除，紧急制动限制电磁阀打开，并且压力降低到零(完全释放)。
[0007]不遵守第一安全指标(最低减速度值)是I级严重事件，按照EN-50126标准被认为是“灾难”，并且需要控制软件SIL4。不遵守第二安全指标(最大减速值)是II级严重事件，或者按照EN-50126标准被看作是III级“不重要”事件，则需要SIL2控制软件。另一安全指标是紧急制动时所述活动物体的减速度迅速变化。实际上，为保证所述活动物体的安全，紧急制动时应遵守约3-6m/s3的加加速度。该加加速度涉及一种以短的响应时间为特征的测量活动物体的速度随时间变化的方法和装置。因此，应在活动物体的减速度达到该阈值前检测减速水平超出，以给制动系统反作用的时间。
[0008]本领域普通技术人员已知许多测量活动物体加速度的方法和装置。例如某些减速计使用填满汞的管子，以测量活动物体的减速度。如GB2211942A描述了一种能够基于容纳在U形或O形密封管内的流体特别是汞的移动的电学或光学测量而测量加速度的装置。可惜的是，所述管子很脆，容易损坏，因此可能释放所述流体，当涉及汞时，该流体可能是有害的。另外，该减速计一般只能指出所述移动物体沿所述物体的单一移动方向的速度随时间的变化。而移动物体的每个移动方向与它自己的加速度测量装置相关联。特别是在特征为二个移动方向的被引导车辆的情况下，所述二个方向分别为向前移动和向后移动，为了覆盖所述二个移动方向的加速度测量，需要二个减速计。
[0009]US4，849，655中描述了另一测量加速度的装置。这是由二个零件组成的装置，即第一固定零件和相对所述第一零件运动的第二零件。例如这二个零件分别为磁场发射器和霍尔效应传感器。当有加速度时，二个零件之间的相对运动产生磁场变化，该磁场变化被传感器检测。则传感器产生与活动物体速度变化相关的信号。然后该信号经过电子处理，以便特别用于控制所述活动物体的制动。
[0010]另一装置的特别的基础是，由根据其转动方向改变电压的传感器检测和测量加速度(US5，659，137)，及使用汞作为惰性物质的角度加速度计(US3，147，391 )，测量悬摆浸在液体中部分的移动(US5，134，883)。不幸的是，它们的运行原理一般比较复杂，例如需要信号分析，并且还导致高的制造成本。另一方面，这些装置在长的运行时间后不可靠，会导致它们的组成零件以及与加速度测量协作的零件的特别是机械方面的磨损。
【发明内容】
[0011]本发明的目的是提出一种测量活动物体速度随时间变化的装置，该装置简单、经济上有利(尤其是可以通过简单更换所述装置在日常检查之外进行维修)、安全、可靠，并且能够迅速建立所述速度随时间变化的所述测量(即响应时间短，尤其是大约100-200ms)。
[0012]特别是，本发明的另一目的是提供车辆承受的加速度超过预定的加速度阈值(可容许的极限值)的可靠的判定，而与处理用于判定所述超过的信号无关。
[0013]为此，权利要求1的内容提出一种装置。一组从属权利要求也体现了本发明的优点。
[0014]本发明涉及一种测量活动物体的加速度的装置，所述测量装置用于装在所述车辆上，并且包括:
[0015]-能够围绕瞬时转动中心O(即使所述悬摆或质心能够在给定时刻相对参照物例如所述车辆，或所述悬摆的保护壳而围绕其振荡的点)振荡的悬摆；
[0016]-能够检测可能由所述加速度导致的悬摆振荡的检测系统；
[0017]根据本发明的所述测量装置的特征在于:
[0018]-悬摆具有可以使其与所述检测系统协作的几何构造，所述几何构造使得，它只可使所述检测系统指出所述悬摆超过或特别是突破振荡阈值，或换句话说，所述几何构造可以使检测系统产生只能指出所述悬摆承受超过加速度阈值的加速度的检测信号。
[0019]特别是，本发明的检测系统可以包括与所述悬摆的振荡平面垂直并优选还与通过悬摆静止时的质心和瞬时转动中心O的轴线(例如所述轴线对齐在重力场上)垂直的检测器。振荡平面特别是指当所述悬摆围绕所述转动中心O振荡时所述悬摆的质心在其中移动的平面。本发明的所述检测系统还可包括用于与所述检测器互相协作的发射器，所述发射器和所述检测器用于相互协作以便产生检测信号，该检测信号不需要任何处理，以便被制动系统解释，因为它能够直接指出所述悬摆的振荡是否超过所述振荡阈值。例如，所述发射器是产生光束的装置，因此检测器是光电检测装置，或者所述检测系统是电容式或感应式靠近检测器，包括能够发射能够与包括在所述悬摆主体中的物体特别是金属或磁性物体相互作用的磁场或电场的发射器，并且检测器能够检测所述磁场或电场的变化，尤其是当所述物体与所述磁场或电场相互作用时是这样。在该文件的下面将更详细地介绍其它的发射器-检测器对。
[0020]特别是，可以根据悬摆的质量、其质心相对瞬时转动中心的位置、它的振荡平面、检测系统相对所述悬摆的位置确定所述根据本发明的几何构造，以保证只有超过它们的振荡阈值的振荡能被所述检测系统检测。所述几何构造优选为使得所述悬摆在当所述振荡等于所述振荡阈值时所述悬摆的用于与所述检测系统相对的位置处包括二个介质之间的界面，所述两个介质分别为第一介质和第二介质，二个介质中只有其中一个能够与所述检测系统协作，以便发出所述超过或超越振荡阈值的信号。因此所述检测系统能够指出从所述第一介质向所述第二介质的过渡，或者相反，因此指出任何超过或超越与所述振荡阈值对应的加速度阈值。
[0021]界面是指分开二个介质的表面，介质可以是固态、液态或气态。介质是指能够构成可以与检测系统相互作用或不相互作用的物体(固体、液体、气体)的一组物理单元。例如，第一介质和第二介质可以每一个都是固体，或者第一介质可以是固体，而第二介质是气体。
[0022]根据一特殊实施例，优选第一介质由所述悬摆的非金属部分构成，第二介质由能够起发射器作用的金属部分构成。或者，根据另一特殊实施例，第一介质可以是用于形成所述悬摆的主体的固体材料，第二介质可以是包括在或(例如临时)占据在所述悬摆中的空心部——例如嵌在所述悬摆主体中的孔口或窗口——中的气体。另外特别的是，所述检测器能够检测出所述振荡大于或等于所述阈值时从所述第一介质向第二介质的过渡，因此所述过渡能够直接或间接导致通过所述检测器指出超过振荡阈值。特别是，所述能够通过检测器产生的检测信号的特征通过二个状态表示，第一状态以第一检测信号值为特征，并且与未超过所述振荡阈值有关，第二状态以第二检测信号值为特征，并且与超过所述振荡阈值有关。在这种情况下，根据检测器产生的检测信号的状态(或者换句话说所述检测信号的值)直接启动制动系统，而没有对所述检测信号的任何处理。这样，所述发信号简单对应于所述检测信号的状态改变，这特别是可以启动或关闭制动系统，或者例如启动或关闭紧急制动限制电磁阀。
[0023]本发明的所述几何构造优选为使得所述悬摆在用于在所述振荡等于另一阈值时所述悬摆的与所述检测系统相对的另一位置包括所述二个介质之间的所述界面。有利的是，所述位置和所述另一位置使得能够限定二个振荡阈值，每个阈值可以通过所述检测器触发超过所述阈值或所述另一振荡阈值的信号，例如分别针对车辆的一个移动方向和所述车辆的另一移动方向的信号。
[0024]特别是，所述悬摆的形状对称于通过它的质心和瞬时转动中心O的对称面，所述对称面与所述悬摆的振荡平面垂直，所述位置和所述另一位置与所述对称面等距，并且同一介质从所述第一位置延伸到所述第二位置。例如所述悬摆可以是扁平悬摆或三维悬摆。特别是，所述悬摆是扁平体，并且所述从所述第一位置延伸到所述第二位置的同一介质在扁平体中形成一窗口。
[0025]所述检测系统优选包括单个检测器和单个发射器。所述几何构造有利地可以使所述检测系统指出所述振荡阈值(例如用于确定正加速度特征)和所述另一振荡阈值(例如用于确定负加速度特征)被超过。[0026]另外，本发明的测量装置的特征特别在于包括用于在振荡超过所述阈值时减缓所述悬摆的制动器。例如所述制动器包括用于与所述悬摆表面协作的摩擦轨，或至少一个永磁体。
[0027]—些借助以下附图提供的实施例和应用将帮助更好了解本发明，一个图中使用的附图标记与其它图中一致。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1:可以与车辆联接的本发明的加速度测量装置的实施例(IA为正面图；1B为俯视图)。
[0029]图2:本发明的悬摆的第一几何构造的实施例。
[0030]图3:本发明的装置的制动器的根据本发明的实施例。
[0031]图4:示出本发明的检测系统的运行。
[0032]图5:本发明的悬摆的另一几何构造的实施例。
[0033]图6:表示检测本发明的悬摆的所述另一几何构造超过振荡阈值。
[0034]图7:包括永磁体的制动器的本发明实施例和所述制动器与静止悬摆的相互作用。
[0035]图8:包括永磁体的制动器的本发明实施例和所述制动器与运动的悬摆的相互作用。
[0036]图9:可以调节用于通过本发明的装置检测的加速度阈值的本发明的装置的实施例。
[0037]图10:包括冗余检测系统的加速度测量装置的本发明的实施例。
【具体实施方式】
[0038]例如，图1示出测量加速度的装置1，所述装置I用于装在活动物体上，以确定所述活动物体的加速度是否超过至少一个加速度阈值。图1A示出所述装置I的正面图，而图1B示出所述装置I沿剖面P的俯视图。根据本发明的所述测量装置I包括:
[0039]-能够围绕瞬时转动中心O振荡的悬摆11，特别是所述悬摆11可以围绕能够包括所述瞬时转动中心O的球窝接头12转动；
[0040]-特别包括发射器131和检测器132的检测系统，所述检测系统能够检测可能由加速度导致的所述悬摆11的振荡；
[0041]并且其特征在于:
[0042]-悬摆11的几何构造可以使其与所述检测系统协作，所述几何构造使其可以使所述检测系统，特别是检测器132产生能够只指出所述悬摆11的超过或超越阈值的振荡，或者换句话说，所述悬摆11承受超过加速度阈值的加速度。
[0043]特别是，装置I可以与一车辆联接，例如固定在所述车辆的水平地板上，并且与所述车辆的制动系统2连接。检测系统的检测器132优选可以与所述制动系统2直接连接。有利地，根据本发明的装置I可以迅速、安全和可靠地识别超过所述车辆加速度的阈值，特别是预先确定的阈值，该车辆或者是铁道车辆、铁的或充气轮子的地铁/有轨电车，并且可以通过将所述检测信号传输给所述制动系统2限制所述加速度。例如所述检测信号可以或者直接传输到车辆的气动、液压或电力网中，或者传输到中央制动控制装置中，或者传输到车辆控制的总体控制装置中，例如能够管理所述制动系统的自动火车控制装置。
[0044]所述悬摆11的所述几何构造优选为使得所述悬摆11在当所述振荡等于所述振荡阈值时用于与所述检测器132相对的位置111包括二个介质之间的界面，所述两个介质分别为第一介质和第二介质，二个介质中只有一个能够与所述检测系统协作，以便使所述检测信号只指出越过振荡阈值，或换句话说越过加速度阈值。特别是，所述悬摆在当所述振荡等于另一阈值时用于与所述检测器132相对的另一位置112包括所述二个介质之间的所述界面。例如，所述第一介质由构成悬摆2的主体的不透明体形成，并围绕所述悬摆11的所述主体中形成的窗口 13，并且第二介质2是可以占据所述窗口 13并围绕所述悬摆11的主体的气体，例如充填所述悬摆的密封保护外壳3的氮气。特别是，所述窗口 13从所述第一位置111延伸到所述另一位置112。在这种情况下，所述发射器131优选是能够发射光束14的装置，只要所述悬摆的振荡小于所述振荡阈值，光束14就能够穿过所述窗口，以被所述检测器132检测，一旦所述悬摆的所述振荡大于或等于所述振荡阈值，所述不透明体就能够阻止所述光束14。因此，只有当所述悬摆的振荡超过至少一个振荡阈值时才能够通过所述检测器132检测到从所述第二介质过渡到所述第一介质。
[0045]所述悬摆的振荡特别是指所述悬摆离开静止平衡位置Ptl时的摇杆运动，所述运动在任何时刻的特征可以用所述悬摆的倾斜角表示，该倾斜角用度或弧度表达，并且在通过所述悬摆静止时的质心和瞬时转动中心的直线与所述悬摆运动时的所述同一直线之间形成(考虑一个自由度的运动)。因此所述倾斜角表征所述悬摆离开它的静止平衡位置的偏差值。对每个应通过所述装置I检测的加速度阈值，根据悬摆的物理特征计算用度或弧度表达的振荡阈值:因此所述振荡阈值是倾斜的极限角度，例如确定所述悬摆从它的平衡位置离开的特殊的角度β。超过振荡阈值是指所述悬摆分别从以小于或大于所述极限角度的倾斜角度为特征的振荡过渡到以倾斜角的值分别大于或小于所述极限角度的振荡。因此超过振荡阈值是指悬摆超越极限倾斜角度。
[0046]根据本发明的几何构造特别是指所述悬摆的特殊几何形状，并且或者是所述悬摆的零件在所述位置或所述另一位置的设置，所述形状和/或所述零件可以使所述检测系统只检测超过所述振荡阈值的振荡。特殊几何形状或所述零件例如可以是在所述悬摆的主体中形成的所述窗口，并且该窗口的尺寸和根据所述位置和/或所述另一位置，因此可以只检测超过所述振荡阈值和/或所述另一振荡阈值的振荡。
[0047]本发明的所述装置I优选包括摩擦轨15和固定位于所述悬摆主体11中的磁体16，所述摩擦轨道15和所述磁体16用于与围绕球窝接头17的活动的制动器18协作，制动器18的所述球窝接头和悬摆11的球窝接头12固定在同一基部上，并且所述制动器18能够位于支撑件10上，并且包括面对所述悬摆11的摩擦轨15的摩擦轨19。特别是，所述制动器18由金属材料构成，并且所述磁体16能够在所述制动器18上施加能够使所述制动器18特别是它的摩擦轨19与所述悬摆11的摩擦轨15接触的磁力。
[0048]根据优选的实施例，例如所述悬摆11是不透明材料制成的圆的扇区形的扁平悬摆，并且可以封闭在可以固定在运动物体上的所述外壳3中，并且可以使所述悬摆围绕位于所述圆的扇区形顶部并且包括瞬时转动中心O的球窝接头12振荡，所述悬摆11还包括位于所述圆的扇区形端部并沿它的曲线弧与制动器18相对的摩擦轨15，和位于通过所述圆的扇区形的质心和瞬时转动中心O的直线的延长线中并在所述摩擦轨附近的磁体16，一旦所述悬摆从它的平衡位置PO离开的角度α，所述磁体16就能够与所述制动器18相互磁性作用。特别是，一旦所述悬摆从所述平衡位置PO离开的至少所述角度α，所述制动器18与所述磁体16的相互磁性作用可以使所述制动器18的摩擦轨19与所述悬摆11的摩擦轨15接触。所述悬摆11优选还包括窗口 13，即在所述悬摆11的主体中形成的开口，所述窗口被包括在所述外壳3中的气体占据(例如空气或中性气体)，所述窗口还相对于通过所述质心和所述瞬时转动中心O的直线对称，并呈圆弧形从第一位置111延伸到另一位置112，每个所述位置距所述瞬时转动中心O相等的距离r，窗口的长度，即连接所述位置和所述另一位置的曲线长度则基本等于2rβ，β用弧度表示，并且所述窗口的径向宽度等于dr，dr特别大于或等于光束14在所述窗口处的尺寸，例如dr等于2mm。
[0049]根据装有本发明的装置的活动物体可以在上面移动的轨道的最大斜率计算所述角度α，使得当活动物体以恒定速度移动或在所述轨道的具有所述最大斜率的部分上的静止位置时，所述磁体16不与所述制动器18相互作用。这样，有利地避免了出发滞后:实际上，当所述活动物体的速度恒定或为零时，角度α保证通过所述悬摆11的质心和瞬时转动中心O的直线与重力场对齐，因此在悬摆11的摩擦轨15与制动器18的摩擦轨19接触导致的摩擦力的作用下没有相对重力场的轻微倾斜。
[0050]图2-8示出对移动的活动物体中使用根据本发明的装置。所述根据本发明的装置用于装在所述活动物体上，并且可以以迅速、安全、可靠的方式识别并指示所述活动物体的加速度水平的超过，并通过以下方式限制所述加速度，即通过直接操控气动、液压或电力网中的制动系统，或者向活动物体的制动控制装置(致动控制部件)或活动物体控制装置，例如在所述活动物体是火车的情况下项“自动列车控制器”传输检测信号。特别是，本发明提出的装置能够使加速 度保持低于或等于约为_2m/s2的加速度阈值，尤其是可以调节所述阈值，这例如通过调节能够使所述光束通过的窗口开口(更多细节参见图9)而实现。当达到所述阈值时，接触关闭(或打开，这取决于根据本发明的装置的软件)，并且将(模拟或数字)信号传送给负责活动物体的制动调节的所述制动系统。图2-8描述在所述活动物体中使用的根据本发明的装置，其中对每个与图1相同物体或每个与之等效物体使用相同的附图标记。
[0051]假设如图1所示的本发明的装置固定在活动物体中，使通过悬摆的瞬时转动中心O和质心的直线与所述活动物体所在的水平平面垂直，同时该直线与重力场对齐，不论所述活动物体在所述水平平面上静止或以恒速移动都是这样。
[0052]只要装有所述本发明的装置的所述活动物体在所述水平平面上恒速移动，所述直线保持与重力场对齐，即与所述水平平面垂直。在所述活动物体减速的情况下(见图2)，由于减速产生的力施加在所述悬摆的质心上，通过围绕其瞬时转动中心O的转动而使悬摆离开它的平衡位置。从所述离开值等于所述角度α时起，磁体16的磁场可以牵引例如由金属材料制成的制动器18。从这时起，悬摆的摩擦轨15和制动器的摩擦轨19互相接触。悬摆11的摩擦轨15与制动器18的摩擦轨19的摩擦产生与所述悬摆11的移动方向相反的切向力F。摩擦轨的物理和几何特征选择成使得力F不足以停止悬摆的转动运动(对更多细节，参照图3)。因此悬摆继续转动，直到它的窗口 13的在位置111处位于所述悬摆11上的边缘遮挡光束14为止。有利的是，任何从能够传输所述光束并占据所述窗口的气体介质向构成所述悬摆的主体并能阻止所述光束14的不透明固体介质的过渡，以及从所述固体介质向所述气体介质的过渡都可通过根据本发明的检测系统的检测器132检测。因此，根据本发明的装置能够使光束14被所述悬摆的实心主体遮挡与所述检测信号的变化直接相关，所述变化不需要任何电子处理，以便向制动系统2指出超过了所述振荡阈值或加速度阈值。例如，所述检测信号可以直接关闭制动限制电磁阀，当该阀关闭时能够停止所述制动的增加。只要所述活动物体的减速度大于预先建立的加速度阈值，所述光束14将被所述悬摆11的主体遮挡，并且检测器132将传输与该超过加速度阈值相关的检测信号。从减速度降低时起，所述减速产生的并施加在所述悬摆11质心的力成比例减小，可以使悬摆具有使其恢复到它的平衡位置趋势的运动。一旦加速度达到小于所述加速度阈值的值，所述悬摆的窗口 13与光束14相对，这可以通过检测器132检测出，例如检测器132可以直接操纵制动限制电磁阀关闭。优选可以使与所述制动器18相同的第二制动器与所述制动器18相对于通过所述悬摆静止时的质心和瞬时转动中心O的直线对称，以便可以在所述车辆的二个行进方向检测所述超过振荡阈值。
[0053]图3更详细地示出悬摆11的摩擦轨15和制动器18的摩擦轨19。二个摩擦轨接触产生的切向力F主要用于减缓所述悬摆的摆动运动，当遮挡光束4时，摆动运动可能触发一系列的振荡。所述切向力F等于悬摆11的摩擦轨15对制动器18的摩擦轨19的摩擦系数乘以所述摩擦轨15、19的接触力。该接触力可以根据磁体16和制动器18的物理特征进行计算，即磁体16的体积、它的暴露面积161、它的磁场；制动器18的金属部分的体积和暴露面积181 ;最后是磁体16的暴露面积161和制动器18的暴露面积181之间的距离。有利地，悬摆11和制动器18的摩擦轨15、19由非铁磁材料构成，如不锈钢或陶瓷，以避免它们的磁化。
[0054]磁体16的暴露表面161与制动器18金属(铁磁)部分的暴露面积181之间的距离DE优选是变化的，特别是随表征所述悬摆从它的平衡位置离开值的角度增加而减小。为此，例如所述制动器18的形状为可以与悬摆的圆的扇区形的曲线的曲率互相吻合的弯曲杆形，所述制动器18最远离所述悬摆11的质心的端部192被球窝接头17保持，球窝接头17可以使所述制动器18自由转动，并且所述制动器18的另一端191是自由的，并且可以被支撑件10支撑，支撑件10保证制动器18的金属(铁磁)部分的暴露表面181与磁体16的暴露表面161之间的微小距离。特别是，所述制动器18由至少二种材料构成:形成用于形成所述摩擦轨19的可变厚度层的非铁磁材料，并且覆盖用于与所述磁体16相互作用的金属材料。所述层的厚度，或者换句话说制动器18的摩擦轨19的厚度优选从所述另一端191到所述端部192连续减小，以便在悬摆11离开它的平衡位置时，磁体16与所述制动器18的金属部分之间的相互作用力增加。特别是，悬摆11的摩擦轨15的表面151和制动器18的摩擦轨19的表面193的曲率半径相同，以保证均匀接触，并减小局部摩擦，因此减小所述摩擦轨的磨损。最后，所述制动器18的靠近球窝接头17的部分形成倒角，以保证在静止位置(即制动器停留在支撑件10上)，所述二个摩擦轨15、19之间保持分离。因此，本发明特别提出通过制动器18的摩擦轨19的厚度变化控制切向力F。有利地，所述制动器18的所述摩擦轨19的厚度变化剖面可以由活动物体的真实加速度的测量导致，以便尽可能过滤接近所述加速度阈值的加速度。
[0055]当然，本发明不局限于上面描述的优选实施例，本领域普通技术人员将使该优选的实施例适用于悬摆11的不同形状和制动器18的不同设置或形状。特别是可以根据所述悬摆的几何构造设想不同的悬摆-检测系统的协作。
[0056]特别是，根据本发明的装置的第一特殊实施例，根据本发明的检测系统包括能够发射用于通过所述检测器检测的光束的发射器，所述发射器与所述检测器相对，并相对于该检测器固定，所述悬摆11可以在将所述检测器与所述发射器分开的空间中振荡。在该第一实施例中，所述悬摆的几何构造可以:
[0057]-根据第一变型，只有在所述悬摆从它的平衡位置离开所述角度β时遮挡所述光束14，因此所述光束14在命中检测系统的检测器132前被所述悬摆11的主体阻止(见图1和图4:悬摆包括在它的主体中形成窗口的情况)；
[0058]-根据第二变型，只有在所述悬摆从它的平衡位置离开角度β时所述光束14从发射器131自由过渡到检测器132，只要表征所述悬摆11从它的平衡位置分离值的角小于所述角度β，所述光束就被所述悬摆11的主体阻止(见图5)。例如所述悬摆11的主体是如图5所示的扁平体，其几何形状是顶部为S，半径为Ra，并且顶角为a a的第一圆的扇区形，和半径为Ra+Dra,Dra>0,并且顶角为ab，角度a b=2 β的同一顶部S的第二圆的扇区形的数学意义的集合的结果，并且确定尺寸以便遮挡光束14，并且其中，顶角aa，并且角度ab=2P,顶角为a a的圆的扇区形的质心和顶角为a b的圆的扇区形的质心位于从所述顶部S出发的同一直线段上(假设圆的扇区形的质量是均匀的)。
[0059]根据该第一特殊实施例，例如所述发射器131是LED (发光二极管)，并且检测器132可以是能够反应接收的光量变化的光电靠近检测器。对第一变型，是所述悬摆11从它的平衡位置离开值等于角度β时从能够传输所述光束14的介质过渡到能够阻止所述光束14的介质可以检测超过加速度阈值，而所述第二变型则相反。有利的是，根据所述第一特殊实施例的第一变型的本发明的实施方式可以增加检测系统的安全性。实际上，在这种情况下，发射器131的故障可能被检测系统解释为超过加速度阈值，则活动物体的制动系统将不被启动。则该故障可以很容易检测和修理。
[0060]图4详细表示本发明的装置在所述第一特殊实施例第一变型情况下的运行。如下面将要看到的，不论是光束14或者感应/电容传感器(见图5、6 )，本发明都有利地考虑了当在所述检测器132前的窗口 13的一边缘(所述边缘位于位置111)通过时，或者从导电介质过渡到所述检测器132前的非导电介质(所述介质之间的界面位于所述位置111处)时特别产生的检测信号状态变化的确切时刻，以避免检测信号状态变化之间(例如0-1和1-0)的任何滞后效应。例如，图4Α示出本发明在光束14没有被悬摆11的主体遮挡并因此自由穿过所述悬摆11的所述主体中的开放窗口 13的情况。图4Β示出光束14被部分遮挡的情况，使得直径以及因此强度小于所述光束14的部分光束34能够到达所述检测器132。在这种情况下，部分光束34照亮检测器132的光检测器的面积35小于光束14未被遮挡时能够照亮的面积。本发明优选包括检测阈值的调节，即能够被检测器132检测的光强阈值，使所述检测信号的状态变化在光束14开始部分遮挡与如图4所示的完全遮挡之间发生。当光束14完全遮挡时，光束14照亮悬摆11的主体的表面36。
[0061]根据可以通过图5表示的本发明的装置的第二特殊实施例，所述检测系统是感应附近检测器，其包括能够产生并发射磁场的发射器131，该磁场能够与导电物体相互作用，或者能够与磁场相互作用，还包括能够检测所述磁场变化，尤其是所述磁场与所述物体相互作用产生的所述磁场变化的检测器132。根据该第二特殊实施例，所述检测器132能够产生这样的检测信号，该信号的值或优选为状态取决于存在所述物体和它与所述发射器131的所述磁场的相互作用。所述悬摆主体优选包括所述物体，并且所述物体在所述悬摆的主体中的位置可以使检测器132相关地检测所述悬摆超过阈值的振荡。因此，在该第二特殊实施例中，悬摆的几何构造可以从导电介质，或广义地能够与磁场相互作用的介质(构成所述物体的一个或多个物理单元形成所述导电或更广义地能够与磁场作用的介质)过渡到非导电介质，或更广义地不能与所述磁场相互作用的介质，只有当所述悬摆的振荡超过所述振荡阈值时，自动产生所述检测信号值的变化，或优选为状态变化。
[0062] 对该第二特别实施例，并根据第一变型，所述悬摆的主体特别具有图5所示的几何形状，所述物体5占据所述第二圆的扇区形的表面134，所述表面134由所述第二圆的扇区形位于所述顶部S距离Rx ^ Ra的所有点构成。因此所述表面134的形状为圆形环冠的扇形，因此长度基本等于(Ra+Dra).β。只要装有根据上面所示第二特别实施例实现的装置的所述活动物体以恒定速度移动，检测器132检测表面134的存在，并且产生以第一值为特征的检测信号。当装有本发明的所述装置的活动物体被制动时，悬摆11围绕它的球窝接头12枢转，如图6所示。如果所述活动物体的减速度超过阈值，表面134从检测器132的检测场离开，并导致产生以第二值为特征的检测信号，所述第二值能够触发所述车辆制动的减小。根据第二变型，所述悬摆的主体可以具有图1所示的几何形状，所述物体处于所述悬摆的主体中，在所述窗口的二侧，并在所述窗口长度的延长线中，与所述窗口保持相同曲率和相同径向宽度dr。
[0063] 根据本发明的装置的第三特别实施例，检测系统是电容靠近检测器，其包括能够发出交变电场的发射器131和能够检测所述检测系统的电容器的电容变化的检测器132，所述变化可以由所述交变电场与所述悬摆11的主体的至少一个部分的相互作用而产生。为此，特别地并根据第一变型，所述悬摆的主体具有图1所示的几何形状，并且根据第二变型具有图5所示的几何形状。根据该第三特别实施例的本发明的装置的运行原理优选与根据第二特别实施例的装置的运行原理相似，甚至相同，所述检测器132能够检测与所述发射器131发射的所述交变电场相互作用的任何物体，所述相互作用导致所述电容靠近检测系统的所述电容器的电容变化。
[0064]图7、8示出本发明的装置的第四特别实施例，其中所述悬摆11的主体包括至少一个能够与围绕球窝接头17活动的制动器18相互作用的磁体16 (或者特别是二个磁体16、161)，所述制动器18的构造为在所述悬摆静止时被所述磁体16的磁场排斥(图7)，并且只有在所述悬摆的振荡超过振荡阈值时被所述磁体16的磁场吸引(见图8)。所述制动器18被所述磁体16的磁场吸引能够触发所述制动器18的摩擦轨19与所述悬摆11的摩擦轨15之间的电接触(见图2或图3，所述摩擦轨15、19在该第四特别的实施例中是导电的)，或者根据优选的变型，所述制动器与特别位于所述制动器18与所述悬摆11的主体之间的弯曲金属杆3电接触(见图7和8)，所述电接触可以使与制动系统连接的电路闭合，例如启动制动限制电磁阀。根据该第四特别实施例，因此所述制动器18是磁性触发开关，该磁性触发开关能够检测悬摆振荡(因此作用为检测器)并控制制动系统启动或失去作用，例如可以根据超过加速度阈值控制制动限制电磁阀。有利地，所述制动器18可以与所述悬摆相互磁性作用，尤其是减缓悬摆的运动。根据该第四实施例，悬摆的所述几何构造为使得所述悬摆在所述悬摆的用于在所述振荡等于所述振荡阈值时与所述检测系统相对即与所述制动器相对的位置包括二个介质的界面，二个介质分别为非磁化第一介质和能够作用在磁场发射器上的磁化第二介质，二个介质中只有一个(即磁化介质)能够与所述检测系统协作，以便产生能够只指出超过所述振荡阈值的检测信号。
[0065]所述悬摆11的主体的形状优选为围绕位于所述圆的扇区形顶部的球窝接头12活动的圆的扇区形。特别是所述磁体16可以埋在所述悬摆11的所述主体中，并且位于所述悬摆的曲线弧的中部。制动器18特别包括二个磁化部分，分别为第一部分181和第二部分182，所述部分设置为使得第一部分的磁场方向与所述第二部分的磁场方向相反。根据所述优选的变型，所述金属杆3是位于所述悬摆11的曲线弧形下的弯曲的细长杆，其形状能够与所述悬摆的曲线弧形的形状吻合，并保证所述悬摆11的运动与所述金属杆3没有接触。金属杆3的二端31、32优选通过可以导电的固定件保持固定。所述制动器18在所述金属杆3下，与所述悬摆11的曲线弧相对，并通过所述球窝接头17被可活动地保持，其长度和曲率与所述金属杆3的长度和曲率基本相同。
[0066]当所述悬摆11静止时，所述磁体16优选与所述第二部分182相对，所述磁体16和所述第二部分182的磁场方向互相相反，以便使所述磁体16和所述第二部分182互相排斥。因此所述制动器18被推靠于它的支撑件10，使摩擦轨15和19没有接触(或者根据该第四特别实施例的所述优选变型，所述金属杆3和所述制动器18没有接触(见图7))，因此停止所述制动器18和所述悬摆11之间(或根据所述优选实施例，在所述制动器18与所述金属杆3之间)的任何导电。则电路断开。另外，所述磁体16定位位于所述悬摆11的主体中，使得一旦振荡超过所述振荡阈值，磁体16就与所述第一部分181相对。在这种情况下，当所述磁体16面对所述第一部分181时,它们各自的磁场具有相同方向，所述磁体16和所述第一部分181互相吸引，导致所述制动器18围绕它的球窝接头17转动，以及摩擦轨
15和19之间的接触(或根据优选变型，所述制动器18与所述金属杆3接触(见图8))，可以使所述制动器18与所述悬摆11之间(或根据优选变型在所述制动器18与所述金属杆3之间)导电。然后电路闭合。所述制动器18与所述悬摆11之间(或根据优选变型，所述制动器18与所述金属杆3之间)的所述导电例如可以传输能够启动所述制动限制电磁阀的检测信号，而所述制动器18与所述悬摆11之间(或根据优选变型，在所述制动器18与所述金属杆3之间)没有接触将停止所述检测信号的传输，并使所述制动限制电磁阀失去作用。当然也可使用另一磁体161，以便增加悬摆11的振荡超过振荡阈值时所述制动器18与所述悬摆
11之间的吸引力。例如，所述另一磁体161的磁场极化方向可以与所述第二部分的极化方向相同，并位于所述悬摆的主体中，使得只有在所述悬摆11的振荡超过所述振荡阈值时面对所述第二部分182，当所述悬摆11静止时，所述另一磁体161与所述第二部分161之间的吸引力可忽略不计。
[0067]根据第四特别实施例的优选变型的第一实施例，如果使用多个磁体，磁体16和磁体161的极性反向，使得当悬摆静止时，所述磁体16产生的极化方向吸引所述制动器18，并且当所述悬摆的振荡超过振荡阈值时排斥所述制动器18。根据第四特别实施例的另一第二变型，金属触点3与所述悬摆11的曲线弧牢固地连在一起，并覆盖所述曲线弧的整个长度。
[0068]图9A和图9B表示本发明的装置的二个可调节加速度阈值的非限定性实施例。整体上说，根据本发明的活动物体的加速度测量装置优选包括可被所述检测系统检测的振荡阈值的调节系统。第一示例(图9A)具有包括窗口 13的悬摆11，窗口 13的长度(即位置111与另一位置112之间的距离)可通过所述调节系统变化，在这种情况下，例如该调节系统是包括至少一个滑动窗的滑动窗系统，优选是用于改变位置111相对悬摆主体的位置的第一滑动窗1111，和用于改变所述另一位置112相对悬摆主体的位置的第二滑动窗1121。通过所述滑动窗1111和1121改变所述位置111和/或112的位置可以使角度β变化，从而可以改变可被检测系统检测的加速度阈值。
[0069]图9Β示出可以调节可通过本发明的装置检测的加速度阈值的所述调节系统的第二实施例。在这种情况下，可通过所述调节系统改变所述检测器的位置，例如通过用于在与悬摆11的振荡平面平行的平面中移动所述检测器的微米螺钉系统，以便改变通过检测器检测的当所述振荡大于或等于所述阈值时从所述第一介质过渡到所述第二介质的位置。所述调节系统优选能够使所述发射器和所述检测器共同移动。例如，所述微米螺钉系统包括二个基部，每个基部能够用于分别支撑所述发射器和所述检测器，所述基部可以一起移动，以便使所述检测器和所述发射器一起移动。特别是，例如所述悬摆11的主体基本为三角形，例如为等腰三角形的窗口，所述窗口的顶部位于通过静止的悬摆的质心和瞬时转动中心O的轴线上，并且它的二个从所述顶部出发的直线边与所述轴线分别形成角度θ>β和
φ >β，特别是在所述等腰三角形的情况下θ=φ,窗口的第三边是曲线，特别是当悬摆形
状为圆的扇区形时与悬摆的圆弧平行。光束14的发射器和检测器可以通过所述调节装置竖直移动，以便改变可被检测系统检测的加速度阈值，并且所述轴线与经过瞬时转动中心O的直线交点形成的角度β ’的值和所述位置111的位置(或者为所述另一位置112的位置)根据光束在所述基本为三角形的窗口内的竖直移动在0°与β之间连续变化，有利地可以使可被所述检测系统检测的加速度阈值连续变化。
[0070]图10示出包括安全检测系统的本发明的所述加速度测量装置的实施例，该装置包括多个检测器，每个检测器用于检测超越不同的振荡阈值或同一振荡阈值。例如该装置包括用于检测超越所述振荡阈值的冗余检测器或不同类型的检测器(光电、电容、感应、电接触)，每个检测器用于检测超越不同的振荡阈值，或单个振荡阈值。所述悬摆优选包括一个或多个可以具有上述窗口 13特征的窗口 13 (例如基本为三角形的窗口，或曲线细长窗口)，每个窗口用于与发射器发射并用于被检测器检测的光束14相互作用。因此窗口 13的数量、光束14的数量、检测器的数量和发射器的数量相等，以使每个窗口能够与它自己的光束和它自己的检测器相互作用。特别是每个窗口能够确定根据本发明的所述第一位置
111、113、115、117和所述另一位置112、114、116、118，每个所述位置或另一位置111-118能够检测同一振荡阈值和/或不同振荡阈值。特别是可以通过至少一个围绕球窝接头活动的制动器18减缓所述悬摆的每个圆的扇区形，每个制动器18用于在振荡超过至少一个振荡阈值时减缓悬摆11。特别是每个圆的扇区形可以包括一个或多个磁体16，每个磁体用于与至少一个制动器18互相作用。优选地至少一个制动器18被构造为使得当所述悬摆静止时，制动器18被所述磁体的至少一个的磁场排斥(参见图7描述的机构)，并且只有在所述悬摆的振荡超过振荡阈值时被所述磁体16的磁场吸引(见图8描述的机构)，所述制动器18被所述磁体16的磁场吸引能够在所述制动器18与特别位于所述制动器18和所述悬摆11主体之间的弯曲金属杆3之间产生电接触，所述电接触能够使与制动系统连接的电路闭合，例如启动制动限制电磁阀。[0071]所述悬摆11优选是包括四个臂的十字形扁平悬摆，所述十字的每个臂与相邻臂形成90°角，并且每个臂为圆的扇区形，所述圆的扇区形的圆形端可以包括如上所述的摩擦轨，并用于与制动器18的能够与其互相作用的摩擦轨协作。三个圆的扇区形优选由相同半径Rl和单个顶角ω形成，并且尺寸基本相等，并且第四个圆的扇区形由半径R2>R1确定。因此所述圆的扇区形在它们的顶部互相连接，以便形成所述十字，瞬时转动中心O位于所述圆的扇区形的所述顶部的交点处。有利的是，如图10所示的悬摆11可以通过不同检测器检测超越不同振荡阈值，并且也可以通过多个检测器检测超越同一振荡阈值，使得一个检测器和/或一个发射器的故障不会导致超越振荡阈值的错误检测。
[0072]最后，本发明不限于本文中描述的几何构造，本领域普通技术人员根据它们的物理特性采用所述悬摆和所述制动器的形状和所述检测系统的位置，使根据本发明的测量装置能够指示装有所述装置的活动物体超越加速度值。有利地，根据本发明的装置至少可以指示任何以与所述悬摆的振荡平面基本平行并与通过瞬时转动中心O和悬摆静止时的质心的直线基本垂直的矢量加速度为特征的加速度。因此，本发明可以以简单方式识别并指出超过活动物体的纵向加速度水平(即与活动物体遵循的道路平行)，避免使用容易陷入故障的电子分析系统，因此增加指示所述超过的可靠性。
[0073]总之，与现有加速度测量装置相比，本发明的装置有多个优点:
[0074]-本发明的装置的检测系统产生的检测信号可以直接被制动电磁阀所用，没有任何数字或模拟的转换或电子处理；
[0075]-考虑装有所述本发明的装置的活动物体能够在上面移动的斜面作用；
[0076]-通过干摩擦或磁场减缓所述悬摆不受系统温度的影响；
[0077]-还可以通过使用冗余检测系统(光学、感应、电容、接触)使超过加速度值的检测安全化，从此增加装置的可靠性；
[0078]-因为是以加速度和惯性现象为基础，因此它们是内在安全的；
[0079]-保证准确并可重复地对所述活动物体测量超过加速度阈值:通过本发明的装置的几何形状确定性能的准确性和可重复性，其几何形状在考虑的温度范围内(_40°C到+70°C)是不变的；
[0080]-可以选择容易循环使用并且对环境无污染的材料；
[0081]-可以调节应被检测的加速度阈值，例如2m/s2，保证大的可操作范围；
[0082]-设计简单、便宜、使用很少的组件，所述组件长时间地保持它们的物理性质；
[0083]-所述装置的故障不会必然导致装有该装置的活动物体的紧急制动；
[0084]-振动对所述本发明的装置的作用可忽略不计。
【权利要求】
1.一种测量活动物体的加速度的装置(I)，所述测量装置包括: -能够围绕瞬时转动中心(O)振荡的悬摆(11); -能够检测可能由所述加速度导致的所述悬摆(11)的振荡的检测系统； 其特征在于: -所述悬摆(11)具有可以使其与所述检测系统协作的几何构造，所述几何构造使得检测系统只能够指示所述悬摆(11)的振荡超过振荡阈值。
2.根据权利要求1所述的测量装置(1)，其特征在于，所述检测系统包括设置成与所述悬摆(11)的振荡平面垂直的检测器(132)。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的测量装置(I)，其特征在于，所述检测系统包括发射器(131)。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的测量装置(1)，其特征在于，所述几何构造为使得所述悬摆(11)在当所述振荡等于所述振荡阈值时所述悬摆(11)的将与所述检测系统(132)相对的位置(111)处包括二个介质之间的界面，所述二个介质分别为第一介质和第二介质，所述二个介质中只有一个能够与所述检测系统(132)协作，以便指示超过了所述振荡阈值。
5.根据上述权利要求中任一项所述的测量装置(I)，其特征在于，所述测量装置包括调节可被所述检测系统检测的振荡阈值的系统。
6.根据权利要求2-5中任一项所述的测量装置(I)，其特征在于，所述检测系统是安全的，由于所述检测系统包括多个检测器，每个检测器用于检测已经越过振荡阈值。
7.根据权利要求4-6中任一项所述的测量装置(I)，其特征在于，所述几何构造为使得所述悬摆(11)在当所述振荡等于另一阈值时所述悬摆(11)的将与所述检测系统(132)相对的另一位置(112)处包括所述二个介质之间的所述界面。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的测量装置(I)，其特征在于，所述悬摆(11)具有相对于通过它的质心和瞬时转动中心(O)的对称平面对称的形状，所述对称平面与所述悬摆(11)的振荡平面垂直，所述位置(111)和所述另一位置(112)距所述对称平面等距，并且同一介质从所述第一位置(111)延伸到所述第二位置(112)。
9.根据权利要求5-6中任一项所述的测量装置(I)，其特征在于，所述检测系统包括单个检测器(132)和单个发射器(131 )，并且所述几何构造可以使所述检测系统指示超过所述振荡阈值和所述另一振荡阈值。
10.根据权利要求7-9中任一项所述的测量装置(1)，其特征在于，所述悬摆(11)是扁平体，并且从所述第一位置(111)延伸到所述第二位置(112)的所述同一介质形成所述扁平体中的窗口。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的测量装置(I)，其特征在于，所述测量装置包括制动器(18)，所述制动器(18)用于在振荡超过所述阈值时减缓所述悬摆(11)。
12.根据权利要求11所述的测量装置 (I)，其特征在于，所述制动器(18)能够围绕球窝接头(17)移动。
13.根据权利要求11-12中任一项所述的测量装置(1)，其特征在于，所述制动器(18)包括摩擦轨(19)。
14.根据权利要求11-12中任一项所述的测量装置(1)，其特征在于，所述制动器(18)包括永磁体。
15.根据权利要求14所述的测量装置(I )，其特征在于，所述制动器(18)是能够检测所述悬摆(11)的振荡的磁性触发开关。
【文档编号】B60R21/0132GK103620417SQ201280030974
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2012年6月19日 优先权日:2011年6月21日
【发明者】卢西亚诺·孔索利 申请人:西门子有限公司