JP2696427B2 - Measuring device for tilt angle of moving object - Google Patents

Measuring device for tilt angle of moving object

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JP2696427B2
JP2696427B2 JP2294248A JP29424890A JP2696427B2 JP 2696427 B2 JP2696427 B2 JP 2696427B2 JP 2294248 A JP2294248 A JP 2294248A JP 29424890 A JP29424890 A JP 29424890A JP 2696427 B2 JP2696427 B2 JP 2696427B2
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angular velocity
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俊彦 神田
辰郎 中里
徹矢 中山
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株式会社小松製作所
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は移動体、特に建設機械の傾斜角度を正確に計
測することができる装置に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a device capable of accurately measuring a tilt angle of a moving object, particularly a construction machine.
〔従来の技術〕[Conventional technology]
従来、建設機械の傾斜角度(車体のピッチング角)を
検出する方法としては、建設機械にジャイロを搭載し、
該ジャイロ内部のロータの回転軸の角度変位を検出する
ことにより建設機械の傾斜角度を検出するものがある。
しかし、ジャイロは、建設機械に搭載されると、振動、
ショックの影響を受け、測定値に誤差が生じること、高
価であること、起動に時間がかかる等の問題点がある。
そこで、ロータの回転軸の角度変位を検出する原理に基
づくジャイロではなくて、建設機械内部に重錘を吊り下
げ、該建設機械の基準方向に対する前記重錘の吊り下げ
方向の傾きを検出する、いわゆる重力検出型の傾斜計を
用いて傾斜角度を検出することが考えられる。傾斜計は
ジャイロよりも安価であり、起動に時間がかからないと
いう点で有利であるが、重力検出であるため、重錘に地
球の重力のみが加わる静的な使用条件ではそれほど問題
はないものの、搭載建設機械が発進等して加速度が発生
するなどの動的な条件下では該加速度や振動の影響を受
けて、出力される傾斜角は真の値と等しくならないこと
が多い。
Conventionally, as a method of detecting the inclination angle of the construction machine (the pitching angle of the vehicle body), a gyro is mounted on the construction machine,
In some gyros, a tilt angle of a construction machine is detected by detecting an angular displacement of a rotation shaft of a rotor inside the gyro.
However, when the gyro is mounted on construction equipment, vibration,
There are problems such as the occurrence of errors in measured values due to the impact of shock, the high cost, and the long start-up time.
Therefore, instead of a gyro based on the principle of detecting the angular displacement of the rotation axis of the rotor, the weight is suspended inside the construction machine, and the inclination of the suspension direction of the weight with respect to the reference direction of the construction machine is detected. It is conceivable to detect a tilt angle using a so-called gravity detection type inclinometer. The inclinometer is more inexpensive than the gyro and has the advantage that it does not take much time to start.However, since it is gravity detection, there is not much problem in static use conditions where only the earth's gravity is added to the weight, Under dynamic conditions, such as when acceleration occurs due to the on-board construction machine starting or the like, the output tilt angle is often not equal to the true value under the influence of the acceleration or vibration.
そこで、ピエゾ効果を利用した角速度センサを用い、
該角速度センサの検出角速度を積分して傾斜角度を求め
ることが考えられる。これによれば上記ジャイロおよび
傾斜計を使用することによる問題点は解決される。
Therefore, using an angular velocity sensor using the piezo effect,
It is conceivable to obtain the inclination angle by integrating the angular velocity detected by the angular velocity sensor. According to this, the problem caused by using the gyro and the inclinometer is solved.
〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]
しかし、上記角速度センサの出力を積分する方法では
角速度センサの出力に含まれるオフセット分やドリフト
分、また演算処理装置のオフセット分やドリフト分も一
緒に累算されることになり、積分している時間が長い程
積分出力に含まれるドリフト分、つまり累積誤差が大き
くなるという問題や、積分装置の限界値まで誤差が蓄積
され、出力がサチュレートするという問題が招来する。
オフセット分やドリフト分が微小なセンサや演算装置を
使用すればこの問題はある程度解決されるが、コストが
高くつくという問題が発生する。
However, in the method of integrating the output of the angular velocity sensor, the offset and the drift included in the output of the angular velocity sensor and the offset and the drift of the arithmetic processing unit are also accumulated together, and the integration is performed. The longer the time, the more the drift included in the integrated output, that is, the larger the accumulated error, and the more the error accumulates up to the limit value of the integrator, causing the output to saturate.
This problem can be solved to some extent by using a sensor or an arithmetic unit having a small offset or drift, but a problem of high cost occurs.
本発明はこうして実情に鑑みてなされたものであり、
角速度センサの出力に基づき得られる傾斜角度に含まれ
る誤差を低減でき傾斜角度をより正確に求めることを第
1の目的とし、しかも傾斜角度を絶対角度としえ計測す
ることを第2の目的としている。
The present invention has been made in view of the actual situation,
A first object is to reduce the error included in the inclination angle obtained based on the output of the angular velocity sensor and to obtain the inclination angle more accurately, and a second object is to measure the inclination angle as an absolute angle.
〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]
そこで本発明の第1発明では、移動体の傾斜角速度を
検出する傾斜角速度検出手段を有し、該傾斜角速度検出
手段の出力に基づいて前記移動体の傾斜角度を計測する
移動体の傾斜角度計測装置において、前記傾斜角速度検
出手段の検出信号を低域フィルタに加え、該低域フィル
タから前記移動体の傾斜角度を出力するようにしてい
る。
Therefore, according to a first aspect of the present invention, there is provided a tilt angle measuring means for detecting a tilt angular velocity of a moving body, and measuring a tilt angle of the moving body based on an output of the tilt angular velocity detecting means. In the apparatus, a detection signal of the inclination angular velocity detecting means is added to a low-pass filter, and the inclination angle of the moving body is output from the low-pass filter.
また、本発明の第2発明では、同様の移動体の傾斜角
度計測装置において、前記移動体の傾斜角度を検出する
傾斜角度検出手段と、前記傾斜角速度検出手段の検出信
号を第1の低域フィルタに加えるとともに、前記傾斜角
度検出手段の検出信号を第2の低域フィルタに加え、こ
れら第1および第2の低域フィルタの出力を加算するこ
とにより前記移動体の傾斜角度を計測するようにしてい
る。
Further, according to a second aspect of the present invention, in the same tilt angle measuring device for a moving object, the tilt angle detecting means for detecting the tilt angle of the moving object, and the detection signal of the tilt angular velocity detecting means are transmitted to a first low frequency band. In addition to the filter, the detection signal of the tilt angle detection means is added to a second low-pass filter, and the outputs of the first and second low-pass filters are added to measure the tilt angle of the moving body. I have to.
また、本発明の第3発明では、同様の移動体の傾斜角
度計測装置において前記傾斜角速度検出手段の検出信号
が入力され、前記移動体の傾斜角度を出力する低域フィ
ルタと、前記移動体が停止しているときの前記移動体の
傾斜角度を検出する傾斜角度検出手段と、前記傾斜角度
検出手段の検出値と前記低域フィルタの出力とを加算し
て、該加算値を前記移動体の傾斜角度として出力する加
算手段とを前記移動体に具えるようにしている。
Further, in the third aspect of the present invention, in a similar moving object inclination angle measuring device, a detection signal of the inclination angular velocity detecting means is input, and a low-pass filter that outputs an inclination angle of the moving object; Tilt angle detecting means for detecting the tilt angle of the moving body when stopped, adding the detected value of the tilt angle detecting means and the output of the low-pass filter, and adding the added value of the moving body The moving body is provided with an adding means for outputting the inclination angle.
〔作用〕[Action]
すなわち、上記第1発明の構成によれば、傾斜角速度
検出手段の検出信号を低域フィルタに加えることにより
該低域フィルタから移動体の傾斜角度が出力される。傾
斜角速度検出手段の検出信号にはオフセットやドリフト
による誤差が含まれている。そこで、傾斜角速度検出手
段の検出信号を積分することにより傾斜角度を求めるこ
とができるが、上記誤差も一緒に積分するため積分出力
には累積誤差が含まれることになる。この累積誤差(ド
リフト)は積分出力信号の周波数成分上、低周波数域に
あることが解析の結果明らかになった。したがって、傾
斜角速度検出手段の出力を積分し、さらにハイパスフィ
ルタリング処理を施すことによりドリフトが低減される
ことになる。このことは傾斜角速度検出手段の出力信号
にローパスフィルタリング処理を施すことと等価であ
る。よって第1発明では、傾斜角速度検出手段の検出信
号を低域フィルタに加えることにより該低域フィルタか
らドリフトが低減された移動体の相対的な傾斜角度変化
分が出力される。この場合、積分処理を施すことなくド
リフトを低減できることになる。また、積分処理を行わ
ないので、演算装置のサチュレーションを心配する必要
もなく、低オフセット、低ドリフトのセンサや演算装置
を使用する必要がなくなり、低コストで傾斜角度を検出
できるようになる。
That is, according to the configuration of the first aspect of the invention, by adding the detection signal of the inclination angular velocity detecting means to the low-pass filter, the inclination angle of the moving body is output from the low-pass filter. The detection signal of the inclination angular velocity detecting means includes an error due to offset or drift. Therefore, the inclination angle can be obtained by integrating the detection signal of the inclination angular velocity detecting means. However, since the above error is also integrated, the integrated output includes a cumulative error. Analysis revealed that this accumulated error (drift) was in the low frequency range on the frequency component of the integrated output signal. Therefore, the drift is reduced by integrating the output of the inclination angular velocity detecting means and further performing high-pass filtering processing. This is equivalent to performing low-pass filtering on the output signal of the inclination angular velocity detecting means. Therefore, in the first aspect, by adding the detection signal of the inclination angular velocity detecting means to the low-pass filter, a change in the relative inclination angle of the moving body with reduced drift is output from the low-pass filter. In this case, the drift can be reduced without performing the integration process. In addition, since the integration process is not performed, there is no need to worry about the saturation of the arithmetic device, and it is not necessary to use a sensor and an arithmetic device with low offset and low drift, and the inclination angle can be detected at low cost.
第2の発明ではつぎの点に着目している。すなわち、
傾斜角度検出手段は移動体の加速度や振動の影響を受け
る動的な条件下ではその検出値にはこうした加速度等の
影響による誤差が含まれるが、これは傾斜角度検出手段
から出力される周波数成分上、高周波領域にあることが
解析の結果明らかになった。そこで傾斜角度検出手段の
出力後段にローパスフィルタリング処理を施すことによ
り上記振動や加速度の影響を除去した信号を出力できる
ことになる。しかし、周波数成分上、高周波領域の部分
が不足することになる。ここで上記第1発明で最終的に
得られる信号は「傾斜角速度検出手段の出力を積分し、
さらにハイパスフィルタリング処理を施す」のと同等で
あるから高周波領域成分を有している。そこで、傾斜角
速度検出手段の検出信号が第1の低域フィルタに加えら
れて、該第1の低域フィルタから出力された信号と、一
方、傾斜角度検出手段の検出信号が第2の低域フィルタ
に加えられて、該第2の低域フィルタから出力された信
号とを加算することによりドリフトが低減された移動体
の傾斜角度が得られる。
The second aspect of the invention focuses on the following points. That is,
Under dynamic conditions affected by the acceleration or vibration of the moving object, the detected value of the tilt angle detecting means includes an error due to the influence of the acceleration or the like. This is due to the frequency component output from the tilt angle detecting means. Above, the analysis revealed that it was in the high frequency range. Therefore, by performing a low-pass filtering process after the output of the inclination angle detecting means, it is possible to output a signal from which the influence of the vibration and acceleration has been removed. However, the frequency component is insufficient in the high frequency region. Here, the signal finally obtained in the first invention is "integrating the output of the inclination angular velocity detecting means,
Further, high-pass filtering processing is performed ", so that it has a high-frequency region component. Therefore, the detection signal of the inclination angular velocity detection means is applied to the first low-pass filter, and the signal output from the first low-pass filter and the detection signal of the inclination angle detection means are changed to the second low-pass filter. By adding the signal output from the second low-pass filter in addition to the filter, the tilt angle of the moving body with reduced drift can be obtained.
また、第3発明の構成によれば、移動体が停止された
ときに傾斜角度検出手段によって移動体の傾斜角度が直
接検出される。そして移動体の移動に伴う移動体の傾斜
角度は第1の発明の構成によって計測される。そこで、
両者を加算することにより、傾斜角度が得られる。
Further, according to the configuration of the third aspect, when the moving object is stopped, the inclination angle of the moving object is directly detected by the inclination angle detecting means. Then, the inclination angle of the moving body accompanying the movement of the moving body is measured by the configuration of the first invention. Therefore,
By adding both, an inclination angle is obtained.
〔実施例〕〔Example〕
以下、図面を参照して本発明に係る移動体の傾斜角度
計測装置の実施例について説明する。なお、実施例では
傾斜角度(ピッチング角)を計測する移動体としてブル
ドーザを想定している。
Hereinafter, an embodiment of a device for measuring a tilt angle of a moving object according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the embodiment, a bulldozer is assumed as a moving body for measuring an inclination angle (pitching angle).
第1図(a)は第1の実施例の傾斜角度計測装置の構
成を示すブロック図であり、同図に示す実施例装置はブ
ルドーザに搭載される。同図に示すように角速度センサ
1は、ピエゾ効果を利用したいわゆるピエゾエレクトリ
ックジャイロであり、共振しているピエゾエレクトリッ
ク結晶がコリオリ力を受けることにより角速度に応じて
ブルドーザの傾斜角速度を検出する。検出結果は逐
次、ローパスフィルタ2に加えられる。ところで、角速
度センサ1の検出信号にはオフセットやドリフトによ
る誤差が含まれている。そこで、第1図(b)に示すよ
うに角速度センサ1の検出信号を積分器3で積分する
ことにより傾斜角度を求めることができるが、上記誤差
も一緒に積分するため積分出力θ′には累積誤差が含ま
れることになる。この累積誤差(ドリフト)は積分出力
信号θ′の周波数成分上、低周波数域にあることが解析
の結果明らかになった。したがって、角速度センサ1の
出力を積分器3で積分し、さらにハイパスフィルタ4
で低域周波数成分を減衰させ、高域周波数成分を通過さ
せることによりドリフトが低減されることになる。これ
を入出力の伝達関数で考えて見ると。積分器3の入出力
の伝達関数は1/sであり、ハイパスフィルタ4の入出力
に伝達関数はTs/(1+Ts)となる。これらを乗算する
ことにより、角速度センサ1の出力を入力とし、角度
θを出力する要素の伝達関数は明らかに、T/(1+Ts)
となる。この伝達関数はローパスフィルタの伝達関数を
示す。よって、第1図(a)に示すように角速度センサ
1の後段に伝達関数T/(1+Ts)のローパスフィルタ2
を設け、該ローパスフィルタ2によって角速度センサ1
の出力θの高域周波数成分を減衰させ、低域周波数成分
を通過させることにより、ドリフト分が低減された傾斜
角度θを得ることができる。しかも、この場合は同図
(b)に示す構成と異なり、積分器3を必要としないの
でコスト等の面で利点が得られる。
FIG. 1A is a block diagram showing the configuration of the tilt angle measuring device according to the first embodiment. The embodiment device shown in FIG. 1 is mounted on a bulldozer. As shown in FIG. 1, the angular velocity sensor 1 is a so-called piezo-electric gyro utilizing a piezo effect, and detects a tilt angular velocity of a bulldozer according to an angular velocity by receiving a Coriolis force on a resonating piezo-electric crystal. The detection results are sequentially applied to the low-pass filter 2. By the way, the detection signal of the angular velocity sensor 1 includes an error due to offset and drift. Therefore, as shown in FIG. 1 (b), the inclination angle can be obtained by integrating the detection signal of the angular velocity sensor 1 by the integrator 3, but the error is integrated together, so that the integrated output θ ' Cumulative errors will be included. The analysis revealed that the accumulated error (drift) was in the low frequency range on the frequency component of the integrated output signal θ ′. Therefore, the output of the angular velocity sensor 1 is integrated by the integrator 3,
By attenuating low frequency components and passing high frequency components, the drift is reduced. Think of this as an input / output transfer function. The transfer function of the input and output of the integrator 3 is 1 / s, and the transfer function of the input and output of the high-pass filter 4 is Ts / (1 + Ts). By multiplying these, the transfer function of the element that receives the output of the angular velocity sensor 1 and outputs the angle θ is clearly T / (1 + Ts)
Becomes This transfer function indicates the transfer function of the low-pass filter. Therefore, as shown in FIG. 1A, a low-pass filter 2 having a transfer function T / (1 + Ts) is provided after the angular velocity sensor 1.
And an angular velocity sensor 1 is provided by the low-pass filter 2.
By attenuating the high frequency components of the output θ of the above and passing the low frequency components, it is possible to obtain an inclination angle θ with reduced drift. In addition, in this case, unlike the configuration shown in FIG. 3B, the integrator 3 is not required, so that advantages such as cost can be obtained.
つぎに第2の実施例について説明する。なお、以下、
第1図に示す要素と同等の機能のものは同符号を付与す
ることにより説明は省略する。
Next, a second embodiment will be described. Note that
Elements having the same functions as the elements shown in FIG.
第2図は第2の実施例の傾斜角度計測装置の構成を示
すブロック図であり、同図に示す実施例装置はブルドー
ザに搭載される。同図に示すように角速度センサ1の出
力は逐次、ローパスフィルタ2に加えられる。ローパ
スフィルタ2は上記第1の実施例と同様にドリフト分が
除去された傾斜角度θを出力する。一方、角度センサ
5は、いわゆる重力型の傾斜計であり、同センサ5の内
部に自由に動けるように吊り下げられた重錘(振り子)
に重力(重力加速度)が加わったときの上記重錘の吊り
下げ方向(重力方向)の車体の基準方向に対する角変位
を検出することによりブルドーザの傾斜角度θ″を検出
する。検出結果θ″はローパスフィルタ2′に加えられ
る。ローパスフィルタ2、2′の各出力θ、θは加
算部6で加算され、ブルドーザの傾斜角度θが出力され
る。ところで、角度センサ5はブルドーザが走行・作業
を行うことにより加速度や振動の影響を受ける動的な条
件下では同センサ5の検出値θ″にはこうした加速度等
の影響による誤差が含まれるが、これはセンサ5から出
力される信号θ″の周波数成分上、高周波領域にあるこ
とが解析の結果明らかになった。そこで角度センサ5の
出力信号θ″がローパスフィルタ2′に加えられること
によりローパスフィルタ2′から信号θ″のうち上記振
動や加速度の誤差を含む高域周波数成分が減衰されて、
低域周波数成分のみの信号θが出力される。しかし、
周波数成分上、信号θでは高周波領域の部分が不足す
ることになる。ここにローパスフィルタ2から出力され
る信号θは第1の実施例で述べたように「角速度を積
分し、さらにハイパスフィルタリング処理を施す」のと
同等であるから高周波領域成分を有している。そこで、
信号θと信号θとを加算部6で加算することにより
ドリフトが低減された傾斜角度θが得られることにな
る。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of an inclination angle measuring device according to a second embodiment. The embodiment device shown in FIG. 2 is mounted on a bulldozer. As shown in the figure, the output of the angular velocity sensor 1 is sequentially applied to a low-pass filter 2. Low-pass filter 2 outputs the inclination angle theta 1 which the similarly drift amount in the first embodiment is removed. On the other hand, the angle sensor 5 is a so-called gravity-type inclinometer, and a weight (a pendulum) suspended so as to freely move inside the sensor 5.
The inclination angle θ ″ of the bulldozer is detected by detecting the angular displacement of the weight in the suspension direction (gravity direction) with respect to the reference direction of the vehicle body when gravity (gravitational acceleration) is applied to the vehicle. It is applied to the low pass filter 2 '. The outputs θ 1 and θ 2 of the low-pass filters 2 and 2 ′ are added by the adder 6, and the tilt angle θ of the bulldozer is output. By the way, the angle sensor 5 has an error due to the influence of the acceleration and the like in the detection value θ ″ of the angle sensor 5 under dynamic conditions in which the acceleration and the vibration are affected by the running and work of the bulldozer. The analysis has revealed that this is in the high frequency range on the frequency component of the signal θ ″ output from the sensor 5. Then, the output signal θ ″ of the angle sensor 5 is applied to the low-pass filter 2 ′, whereby the high-frequency components including the vibration and acceleration errors in the signal θ ″ are attenuated from the low-pass filter 2 ′,
Signal theta 2 of only the low-frequency component is output. But,
The frequency component, the signal theta 2 in the high frequency region portion is to be insufficient. Here, the signal θ 1 output from the low-pass filter 2 has a high-frequency region component because it is equivalent to “integrating the angular velocity and performing high-pass filtering” as described in the first embodiment. . Therefore,
So that the inclination angle theta of drift is reduced by adding the signal theta 1 and the signal theta 2 by an adder 6 to obtain.
つぎに以上のようにドリフトを低減できるとともに傾
斜角度を絶対角度(たとえば平坦面を基準零とする)と
して計測することができる第3の実施例について説明す
る。
Next, a description will be given of a third embodiment in which the drift can be reduced as described above and the inclination angle can be measured as an absolute angle (for example, a flat surface is set as a reference zero).
第3図に示す傾斜角度計測装置は第1図、第2図に示
す装置と同様にブルドーザに搭載される。なお、以下第
1図、第2図に示す符号と同符号は同機能を示す。
The inclination angle measuring device shown in FIG. 3 is mounted on a bulldozer in the same manner as the devices shown in FIG. 1 and FIG. Hereinafter, the same reference numerals as those shown in FIGS. 1 and 2 indicate the same functions.
同図に示すように角速度センサ1、角度センサ5の各
出力、θは、傾斜角演算処理装置8に加えられる。
トルコン出力軸回転数センサ7はブルドーザのトルクコ
ンバータの出力軸(変速機の入力軸)に付設され、該軸
の回転数N0を検出して、検出結果を傾斜角演算処理装置
8に加える。傾斜角演算処理装置8は角速度センサ1、
角度センサ5およびトルコン出力軸回転数センサ7の各
出力、θ及びN0に基づいて後述する演算処理を行
い、ブルドーザの傾斜角度の絶対値θa、つまりブルド
ーザが走行する勾配面の傾斜角度θaを出力する。
As shown in the figure, each output of the angular velocity sensor 1 and the angle sensor 5, θ 0, is applied to the inclination angle calculation processing device 8.
The torque converter output shaft rotation speed sensor 7 is attached to the output shaft (input shaft of the transmission) of the torque converter of the bulldozer, detects the rotation speed N 0 of the shaft, and adds the detection result to the inclination angle calculation processing device 8. The inclination angle calculation processing device 8 includes the angular velocity sensor 1,
Based on the outputs of the angle sensor 5 and the torque converter output shaft rotational speed sensor 7, θ 0 and N 0 , a calculation process described below is performed, and the absolute value θa of the tilt angle of the bulldozer, that is, the tilt angle θa of the slope on which the bulldozer runs, Is output.
以下、傾斜角演算処理装置8で行われる処理について
説明する。まず、この傾斜角演算処理装置8を含む傾斜
角度計測装置の電源がオンされたものとすると、まず作
業停止判定器10では、トルコン出力軸回転数センサ7の
出力N0を入力して、現在の回転数N0が設定回転数以下で
あることを判断することによりブルドーザが現在走行・
作業を停止していることを判断する。すなわち、作業停
止判定器10はブルドーザが行う作業の開始前であること
を判定するものである。いま、電源投入直後でブルドー
ザによる運転開始前であるので、入力回転数N0が設定回
転数以下であり、これに応じてメモリ9に対して記憶信
号Mが出力される。メモリ9に記憶信号Mが入力される
と、これに応じて角度センサ5で現在検出した角度θ
を同メモリ9に記憶、格納する処理を実行する。このよ
うに運転開始前に角度センサ5の出力θを記憶してい
るのは、重力検出型の角度センサ5では、運転開始前の
ようなブルドーザが静的な状態下で正確な検出値が得ら
れるからである。逆にいえばブルドーザが走行・作業を
開始して振動、加速度等が発生すると角度センサ5の検
出値にはこれら振動、加速度等に起因する誤差が含まれ
ることになるからである。
Hereinafter, processing performed by the inclination angle calculation processing device 8 will be described. First, assuming that the power of the inclination angle measuring device including the inclination angle calculation processing device 8 is turned on, first, the work stop determiner 10 inputs the output N 0 of the torque converter output shaft rotation speed sensor 7 and The bulldozer determines that the rotation speed N 0 of the bulldozer is less than or equal to the set rotation speed.
Determine that work has stopped. That is, the work stoppage determiner 10 determines that the work performed by the bulldozer has not yet started. Now, immediately after the power is turned on and before the operation by the bulldozer is started, the input rotation speed N 0 is equal to or less than the set rotation speed, and the storage signal M is output to the memory 9 in response thereto. When the storage signal M is input to the memory 9, the angle θ 0 currently detected by the angle sensor 5 is correspondingly input.
Is stored and stored in the memory 9. The reason that the output θ 0 of the angle sensor 5 is stored before the start of operation is that the gravity detection type angle sensor 5 has an accurate detection value when the bulldozer is in a static state as before the start of operation. Because it is obtained. Conversely, if the bulldozer starts running / working and generates vibration, acceleration, or the like, the detection value of the angle sensor 5 will include an error due to the vibration, acceleration, or the like.
やがて、ブルドーザが作業を開始すると、ローパスフ
ィルタ2″は角速度センサ1の検出値を逐次入力し
て、入力傾斜角速度の高周波数領域を減衰させるとと
もに、低周波数領域を通過させ、ドリフト分が除去され
た信号θを出力する。加算部11ではメモリ9に記憶さ
れた角度θとローパスフィルタを通過した角度θ
が加算され、メモリ9の記憶値θを初期値として作業
実施中の逐次の傾斜角度が絶対角度θaとして出力され
る。
Eventually, when the bulldozer starts work, the low-pass filter 2 ″ sequentially inputs the detection values of the angular velocity sensor 1, attenuates the high frequency region of the input inclination angular velocity, and passes the low frequency region, thereby removing the drift component. and outputs the signal theta 1. angles theta 1 and passing through the angle theta 0 and the low-pass filter stored in the adding unit 11 in the memory 9 is added, the working implement storage value theta 0 in the memory 9 as the initial value The successive inclination angles are output as the absolute angle θa.
なお、実施例では、トルコン出力軸回転センサ7を用
いて走行・作業が停止していることを判定するようにし
ているが、要は作業停止を検出することができるセンサ
であれば任意である。
In the embodiment, the running / work is determined to be stopped using the torque converter output shaft rotation sensor 7. However, any sensor that can detect the work stop can be used. .
なおまた、実施例ではブルドーザの傾斜角度を直接検
出するセンサとして、吊り下げられた重錘の基準に対す
る吊り下げ方向の傾きを検出する原理に基づくものとし
て説明したが、この種のいわゆる重力検出型のセンサの
構造としては、重錘を吊り下げるのではなく重錘を所定
に軸に対して回動自在とすることも考えられる。その
他、重錘を加わる重力に対して変位自在とする構成は任
意に考えられる。また、重力検出型のセンサとしては重
錘等固体に限定されることなく液体を使用する実施も可
能である。たとえば所定の容器内に液面が傾斜自在とな
るように液体を入れてこの液体の基準面に対する液面の
傾きを検出することによりブルドーザの傾斜角度を検出
することが考えられる。要は重力検出型のセンサとして
は、センサ内に、重力が加わる方向に応じて傾斜する固
体または液体を配設し、これら固体または液体の傾斜角
度を検出ことができる構成であればよい。
Further, in the embodiment, the sensor for directly detecting the inclination angle of the bulldozer has been described as based on the principle of detecting the inclination of the suspended weight in the suspension direction with respect to the reference, but this type of so-called gravity detection type As a structure of the sensor described above, it is conceivable that the weight can be freely rotated about a predetermined axis instead of suspending the weight. In addition, a configuration in which the weight can be displaced with respect to the applied gravity is arbitrarily conceivable. Further, the gravity detection type sensor is not limited to a solid such as a weight, but may be a liquid. For example, it is conceivable to detect the inclination angle of the bulldozer by putting a liquid into a predetermined container so that the liquid surface can be inclined and detecting the inclination of the liquid surface with respect to a reference surface of the liquid. In short, as the gravity detection type sensor, any structure may be used in which a solid or liquid that is inclined according to the direction in which gravity is applied is disposed in the sensor and the inclination angle of the solid or liquid can be detected.
また、実施例では適用対象をブルドーザとしている
が、これに限定されることなくあらゆる建設機械、さら
にはあらゆる移動体に適用可能である。
Further, in the embodiment, the application target is the bulldozer, but the invention is not limited to this, and can be applied to any construction machine and further to any moving object.
〔発明の効果〕〔The invention's effect〕
以上説明したように本発明によれば傾斜角速度検出手
段で検出された傾斜角速度に基づき傾斜角速度を計測す
る際に、傾斜角速度検出手段の後段でフィルタ処理を施
すだけで移動体の傾斜角度が正確に計測される。さら
に、移動体の停止中に傾斜角検出手段によって傾斜角度
を検出し、これにフィルタ処理を施した傾斜角度を加算
するようにしたので、傾斜角度が絶対角度として得られ
るようになる。
As described above, according to the present invention, when measuring the inclination angular velocity based on the inclination angular velocity detected by the inclination angular velocity detection means, the inclination angle of the moving body can be accurately determined only by performing a filtering process at a stage subsequent to the inclination angular velocity detection means. Is measured. Furthermore, the inclination angle is detected by the inclination angle detecting means while the moving body is stopped, and the filtered inclination angle is added thereto, so that the inclination angle can be obtained as an absolute angle.
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
第1図は本発明に係る移動体の傾斜角度計測装置の第1
の実施例の構成を示すブロック図、第2図は本発明に係
る移動体の傾斜角度計測装置の第2の実施例の構成を示
すブロック図、第3図は本発明に係る移動体の傾斜角度
計測装置の第3の実施例の構成を示すブロック図であ
る。 1……角速度センサ、2、2′、2″……ローパスフィ
ルタ、5……角度センサ、6、11……加算部、7……ト
ルコン出力軸回転数センサ、10……作業停止判定器。
FIG. 1 shows a first embodiment of a moving object inclination angle measuring apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a moving object tilt angle measuring apparatus according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a block diagram showing a tilting of the moving body according to the present invention. FIG. 13 is a block diagram illustrating a configuration of a third embodiment of the angle measurement device. 1 ... Angular velocity sensor, 2, 2 ', 2 "... Low-pass filter, 5 ... Angle sensor, 6, 11 ... Addition unit, 7 ... Torque converter output shaft rotation speed sensor, 10 ... Work stop judgment unit.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−120914(JP,A) 特開 昭62−46208(JP,A) 特開 平2−99460(JP,A) 特開 平1−169612(JP,A) ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-61-120914 (JP, A) JP-A-62-46208 (JP, A) JP-A-2-99460 (JP, A) JP-A-1- 169612 (JP, A)

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】(57) [Claims]
  1. 【請求項1】移動体の傾斜角速度を検出する傾斜角速度
    検出手段を有し、該傾斜角速度検出手段の出力に基づい
    て前記移動体の傾斜角度を計測する移動体の傾斜角度計
    測装置において、 前記傾斜角速度検出手段の検出信号を入力して、該検出
    信号を積分することにより傾斜角度を出力する積分器の
    入出力の伝達関数と、前記積分器から出力される積分出
    力信号を入力して、該積分出力信号に含まれる累積誤差
    に相当する低域周波数成分を減衰させて当該累積誤差が
    低減された傾斜角度を出力するハイパスフィルタ入出力
    の伝達関数とを乗算した入出力の伝達関数のローパスフ
    ィルタに対して、前記傾斜角速度検出手段の検出信号を
    加え、当該ローパスフィルタから前記累積誤差が低減さ
    れた前記移動体の傾斜角度を出力するようにした、 移動体の計測装置。
    1. An apparatus for measuring a tilt angle of a moving body, comprising: a tilt angular velocity detecting means for detecting a tilt angular velocity of the moving body, and measuring a tilt angle of the moving body based on an output of the tilt angular velocity detecting means. Inputting a detection signal of the inclination angular velocity detecting means, inputting a transfer function of an input / output of an integrator that outputs an inclination angle by integrating the detection signal, and inputting an integration output signal output from the integrator, A low-pass input / output transfer function multiplied by a high-pass filter input / output transfer function that attenuates a low-frequency component corresponding to a cumulative error included in the integrated output signal and outputs a tilt angle with the cumulative error reduced. A detection signal of the inclination angular velocity detecting means is added to a filter, and the inclination angle of the moving body with the accumulated error reduced is output from the low-pass filter. The body of the measuring device.
  2. 【請求項2】前記傾斜角速度検出手段は、ピエゾエレク
    トリックジャイロである請求項(1)記載の移動体の傾
    斜角度計測装置。
    2. The apparatus according to claim 1, wherein said inclination angular velocity detecting means is a piezo electric gyro.
  3. 【請求項3】移動体の傾斜角速度を検出する傾斜角速度
    検出手段を有し、該傾斜角速度検出手段の出力に基づい
    て前記移動体の傾斜角度を計測する移動体の傾斜角度計
    測装置において、 前記移動体の傾斜角度を検出する傾斜角度検出手段と、 前記傾斜角速度検出手段の検出信号を第1のローパスフ
    ィルタに加えるとともに、前記傾斜角度検出手段の検出
    信号を第2のローパスフィルタに加え、これら第1およ
    び第2のローパスフィルタの出力を加算することにより
    前記移動体の傾斜角度を計測するようにした、 移動体の傾斜角度計測装置。
    3. An apparatus for measuring an inclination angle of a moving object, comprising: an inclination angular velocity detecting means for detecting an inclination angular velocity of the moving object; and measuring an inclination angle of the moving object based on an output of the inclination angular velocity detecting means. A tilt angle detecting means for detecting a tilt angle of the moving object; a detection signal of the tilt angular velocity detecting means is applied to a first low-pass filter; and a detection signal of the tilt angle detecting means is applied to a second low-pass filter. An inclination angle measuring device for a moving object, wherein an inclination angle of the moving object is measured by adding outputs of first and second low-pass filters.
  4. 【請求項4】前記傾斜角速度検出手段は、ピエゾエレク
    トリックジャイロである請求項(3)記載の移動体の傾
    斜角度計測装置。
    4. The apparatus according to claim 3, wherein said inclination angular velocity detecting means is a piezo electric gyro.
  5. 【請求項5】前記傾斜角度検出手段は、重力が加わる方
    向に応じて傾斜する固体または液体を配設し、これら固
    体または液体の傾斜角度を検出することにより前記移動
    体の傾斜角度を検出するものである請求項(3)記載の
    移動体の傾斜角度計測装置。
    5. The tilt angle detecting means is provided with a solid or a liquid which is tilted according to a direction in which gravity is applied, and detects the tilt angle of the solid or liquid to detect the tilt angle of the moving body. The apparatus for measuring the inclination angle of a moving body according to claim 3, wherein
  6. 【請求項6】移動体の傾斜角速度を検出する傾斜角速度
    検出手段を有し、該傾斜角速度検出手段の出力に基づい
    て前記移動体の傾斜角度を計測する移動体の傾斜角度計
    測装置において、 前記傾斜角速度検出手段の検出信号を入力して、該検出
    信号を積分することにより傾斜角度を出力する積分器の
    入出力の伝達関数と、前記積分器から出力される積分出
    力信号を入力して、該積分出力信号に含まれる累積誤差
    に相当する低域周波数成分を減衰させて当該累積誤差が
    低減された傾斜角度を出力するハイパスフィルタの入出
    力の伝達関数とを乗算した入出力の伝達関数のローパス
    フィルタであって、前記傾斜角速度検出手段の検出信号
    が入力され、前記累積誤差が低減された前記移動体の傾
    斜角度を検出するローパスフィルタと、 前記移動体が停止しているときの前記移動体の傾斜角度
    を検出する傾斜角度検出手段と、 前記傾斜角度検出手段の検出値と前記ローパスフィルタ
    の出力とを加算して、該加算値を前記移動体の傾斜角度
    として出力する加算手段と を前記移動体に具えた移動体の傾斜角度計測装置。
    6. An apparatus for measuring the inclination angle of a moving object, comprising: an inclination angular velocity detecting means for detecting an inclination angular velocity of the moving object; and measuring an inclination angle of the moving object based on an output of the inclination angular velocity detecting means. Inputting a detection signal of the inclination angular velocity detecting means, inputting a transfer function of an input / output of an integrator that outputs an inclination angle by integrating the detection signal, and inputting an integration output signal output from the integrator, A transfer function of input / output obtained by multiplying a transfer function of input / output of a high-pass filter that attenuates a low-frequency component corresponding to a cumulative error included in the integrated output signal and outputs a tilt angle in which the cumulative error is reduced. A low-pass filter, to which a detection signal of the inclination angular velocity detecting means is input, and a low-pass filter for detecting an inclination angle of the moving body in which the accumulated error is reduced; Tilt angle detecting means for detecting the tilt angle of the moving body when stopped, adding the detected value of the tilt angle detecting means and the output of the low-pass filter, and calculating the added value by the tilt of the moving body. A tilt angle measuring device for a moving body, wherein the moving body has an adding means for outputting an angle.
  7. 【請求項7】前記傾斜角速度検出手段は、ピエゾエレク
    トリックジャイロである請求項(6)記載の移動体の傾
    斜角度計測装置。
    7. The apparatus according to claim 6, wherein said inclination angular velocity detecting means is a piezo electric gyro.
  8. 【請求項8】前記傾斜角度検出手段は、重力が加わる方
    向に応じて傾斜する固体または液体を配設し、これら固
    体または液体の傾斜角度を検出することにより前記移動
    体の傾斜角度を検出するものである請求項(6)記載の
    移動体の傾斜角度計測装置。
    8. The tilt angle detecting means is provided with a solid or liquid which is tilted in accordance with a direction in which gravity is applied, and detects the tilt angle of the moving body by detecting the tilt angle of the solid or liquid. The apparatus for measuring the tilt angle of a moving body according to claim 6, wherein:
  9. 【請求項9】前記傾斜角度検出手段は、 前記移動体が走行・作業を停止していることを検出する
    停止検出手段と、 前記停止検出手段から出力される検出信号によって前記
    移動体が走行・作業を停止していることを判断し、該判
    断がされている間だけ記憶信号を出力する停止判断手段
    と、 前記移動体の傾斜角度を検出する角度検出手段と、 前記停止判断手段から出力される記憶信号を入力し、該
    入力がされている間だけ前記角度検出手段から出力され
    る傾斜角度を記憶する記憶手段と からなり、前記記憶手段に記憶されている傾斜角度を検
    出値として出力するようにした請求項(6)記載の移動
    体の傾斜角度計測装置。
    9. The vehicle according to claim 1, wherein said inclination angle detection means detects stoppage of said moving body while traveling and work is stopped, and said detection means outputs a detection signal output from said stop detection means. Stop judgment means for judging that the work is stopped, and outputting a storage signal only while the judgment is being made, angle detection means for detecting the inclination angle of the moving body, and output from the stop judgment means. And a storage unit for storing the tilt angle output from the angle detection unit only while the input is performed, and outputting the tilt angle stored in the storage unit as a detection value. The tilt angle measuring device for a moving body according to claim 6, wherein
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