JP2708089B2 - 衝撃検知識別機構用回路 - Google Patents
衝撃検知識別機構用回路Info
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- JP2708089B2 JP2708089B2 JP22902994A JP22902994A JP2708089B2 JP 2708089 B2 JP2708089 B2 JP 2708089B2 JP 22902994 A JP22902994 A JP 22902994A JP 22902994 A JP22902994 A JP 22902994A JP 2708089 B2 JP2708089 B2 JP 2708089B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、加速度センサを取り付
けた構造体と物体との衝突時に衝突条件を検知識別する
機構に使用する衝撃検知識別機構用回路に関するもので
ある。
けた構造体と物体との衝突時に衝突条件を検知識別する
機構に使用する衝撃検知識別機構用回路に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】従来、物体と物体（ここでは一方の物体
を便宜上構造体と言う）との衝突を検知する機構として
は、構造体側の慣性スイッチ、破壊スイッチ、振動セン
サ、加速度センサ等が用いられており、衝突時の減加速
度、物体変形、振動を検知している。また、衝突条件の
識別は、一定値以上の減加速度、変形、振動を検出する
こと等により衝突とそれ以外の衝撃の弁別を行ってい
る。しかし、これらの機構では、衝突速度（２つの物体
が衝突した場合の相対速度をいう）、衝突角度、衝突し
た物体の材質等の衝突条件の識別は不可能であった。例
えば、構造体が物体と衝突した場合に構造体に取り付け
た加速度センサで検出される加速度は、物体の衝突によ
って発生した衝撃波が構造体内を伝達してきたいわゆる
構造体の振動であり、加速度の方向による違いから単純
に衝突の方向や衝突角度を検出できるものではない。な
お、ここでいう衝撃波は気体における音波の「Ｂａｌｌ
ｉｓｔｉｃ Ｗａｖｅ」のことではなく、固体等におけ
る圧縮波「Ｓｈｏｃｋ Ｗａｖｅ」のことであり、衝突
によって発生した弾性波等が構造体（固体）を伝達する
ことを表している。また、物体の衝突を検知するための
回路構成としては、慣性スイッチ及び破壊スイッチの接
点信号を電圧または電流のレベルの変化で検知する回路
構成、並びに振動センサ、加速度センサ等の出力信号の
レベルが設定したしきい値を超えた場合に衝突として検
知する回路構成があるが、これらは衝突条件の識別を行
うものではなかった。
を便宜上構造体と言う）との衝突を検知する機構として
は、構造体側の慣性スイッチ、破壊スイッチ、振動セン
サ、加速度センサ等が用いられており、衝突時の減加速
度、物体変形、振動を検知している。また、衝突条件の
識別は、一定値以上の減加速度、変形、振動を検出する
こと等により衝突とそれ以外の衝撃の弁別を行ってい
る。しかし、これらの機構では、衝突速度（２つの物体
が衝突した場合の相対速度をいう）、衝突角度、衝突し
た物体の材質等の衝突条件の識別は不可能であった。例
えば、構造体が物体と衝突した場合に構造体に取り付け
た加速度センサで検出される加速度は、物体の衝突によ
って発生した衝撃波が構造体内を伝達してきたいわゆる
構造体の振動であり、加速度の方向による違いから単純
に衝突の方向や衝突角度を検出できるものではない。な
お、ここでいう衝撃波は気体における音波の「Ｂａｌｌ
ｉｓｔｉｃ Ｗａｖｅ」のことではなく、固体等におけ
る圧縮波「Ｓｈｏｃｋ Ｗａｖｅ」のことであり、衝突
によって発生した弾性波等が構造体（固体）を伝達する
ことを表している。また、物体の衝突を検知するための
回路構成としては、慣性スイッチ及び破壊スイッチの接
点信号を電圧または電流のレベルの変化で検知する回路
構成、並びに振動センサ、加速度センサ等の出力信号の
レベルが設定したしきい値を超えた場合に衝突として検
知する回路構成があるが、これらは衝突条件の識別を行
うものではなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の実情
に鑑みてなされたもので、加速度センサを用いて衝突速
度、衝突角度、衝突した物体の材質等を衝突時に検知識
別する機構において、加速度センサの出力信号から衝突
条件を識別するための衝撃検知識別機構用回路を提供す
ることをその目的とするものである。
に鑑みてなされたもので、加速度センサを用いて衝突速
度、衝突角度、衝突した物体の材質等を衝突時に検知識
別する機構において、加速度センサの出力信号から衝突
条件を識別するための衝撃検知識別機構用回路を提供す
ることをその目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明に係る衝撃検知識
別機構用回路は、上記課題を解決するため、ａ 構造体に取り付けられた加速度センサと、 ｂ 該構造体と物体との衝突によって生じる衝撃波を検
知した加速度センサ出力信号を周波数帯域別に弁別する
フィルタ回路と、ｃ 該フィルタ回路出力波形の第１波形を通過させるた
めのゲート回路と、ｄ 該ゲート回路の出力の最大値を保持するピークホー
ルド回路と、ｅ 該ピークホールド回路の出力から衝突条件を算出す
る演算回路とを備えた構成としている。
別機構用回路は、上記課題を解決するため、ａ 構造体に取り付けられた加速度センサと、 ｂ 該構造体と物体との衝突によって生じる衝撃波を検
知した加速度センサ出力信号を周波数帯域別に弁別する
フィルタ回路と、ｃ 該フィルタ回路出力波形の第１波形を通過させるた
めのゲート回路と、ｄ 該ゲート回路の出力の最大値を保持するピークホー
ルド回路と、ｅ 該ピークホールド回路の出力から衝突条件を算出す
る演算回路とを備えた構成としている。
【０００５】
【作用】物体と構造体との衝突によって発生し当該構造
体を伝わる衝撃波は、該構造体のそれぞれの部分が振動
することによって伝達する。このため、構造体の１個所
に加速度センサを設置することで、構造体の振動すなわ
ち動きの変化を加速度として検出することができる。本
発明の衝撃検知識別機構用回路は、さらに、加速度セン
サ出力の高周波域と低周波域では、衝突速度、衝突角
度、衝突体の材質等に対する応答が異なることに着目
し、その加速度センサ出力の周波数帯域別波形の第１ピ
ーク値の値を演算することにより衝突条件を識別する機
構において、加速度センサ出力をフィルタ回路で周波数
帯域別に弁別し、ゲート回路でフィルタ回路出力の第１
波形のみを通過させ、そのゲート回路出力のピーク値を
ピークホールド回路で検出したものを演算回路に入力す
ることにより衝突条件を識別するようにしている。
体を伝わる衝撃波は、該構造体のそれぞれの部分が振動
することによって伝達する。このため、構造体の１個所
に加速度センサを設置することで、構造体の振動すなわ
ち動きの変化を加速度として検出することができる。本
発明の衝撃検知識別機構用回路は、さらに、加速度セン
サ出力の高周波域と低周波域では、衝突速度、衝突角
度、衝突体の材質等に対する応答が異なることに着目
し、その加速度センサ出力の周波数帯域別波形の第１ピ
ーク値の値を演算することにより衝突条件を識別する機
構において、加速度センサ出力をフィルタ回路で周波数
帯域別に弁別し、ゲート回路でフィルタ回路出力の第１
波形のみを通過させ、そのゲート回路出力のピーク値を
ピークホールド回路で検出したものを演算回路に入力す
ることにより衝突条件を識別するようにしている。
【０００６】
【実施例】以下、本発明に係る衝撃検知識別機構用回路
の実施例を図面に従って説明する。
の実施例を図面に従って説明する。
【０００７】図１は本発明に係る衝撃検知識別機構用回
路の実施例であり、図２は本発明を適用する衝撃検知識
別機構を示すブロック図である。
路の実施例であり、図２は本発明を適用する衝撃検知識
別機構を示すブロック図である。
【０００８】図２の如く構造体１と衝突体２が衝突する
と、衝撃波３が発生し、これを構造体内部の加速度セン
サ４で検出する。ここで、加速度センサ４は衝突時に発
生して構造体１を伝わる衝撃波を直接受け得るように当
該構造体１に取り付けられている。加速度センサ出力信
号は図１の回路構成をもつ衝撃検知識別機構用回路１０
に加えられる（構造体１内に収納されていても良いし、
構造体外部に配置されていてもよい。）。図３は加速度
センサ４の出力である検出波形の一例を示すものであ
る。この加速度センサ４で検出される衝撃波形は、衝突
速度、衝突角度、衝突した物体の材質等の衝突条件によ
る影響の受け方が周波数帯域によって異なる。
と、衝撃波３が発生し、これを構造体内部の加速度セン
サ４で検出する。ここで、加速度センサ４は衝突時に発
生して構造体１を伝わる衝撃波を直接受け得るように当
該構造体１に取り付けられている。加速度センサ出力信
号は図１の回路構成をもつ衝撃検知識別機構用回路１０
に加えられる（構造体１内に収納されていても良いし、
構造体外部に配置されていてもよい。）。図３は加速度
センサ４の出力である検出波形の一例を示すものであ
る。この加速度センサ４で検出される衝撃波形は、衝突
速度、衝突角度、衝突した物体の材質等の衝突条件によ
る影響の受け方が周波数帯域によって異なる。
【０００９】その一例として、図４に示すように構造体
１が鋼板２０に衝突しそれを貫徹した場合を考えると、
構造体内部の加速度センサ４で検出される加速度値（ピ
ーク値）の衝突速度及び鋼板板厚に対するグラフは図５
及び図６のようになる。これを、加速度センサ出力の高
周波と低周波について分離してみると（例えば１０kＨz
より上を高周波域、１０kＨzより下を低周波域とする
と）、図７に示すように衝突速度と加速度値の関係で
は、センサ出力ａの高周波域ｂ及び低周波域ｃはそれぞ
れ衝突速度の増加に伴って増大しているが、高周波域ｂ
は増大の程度が大きく低周波域ｃは増大の程度が小さ
い。また、図８の鋼板板厚と加速度値の関係でも、セン
サ出力ｄの高周波域ｅ及び低周波域ｆはそれぞれ鋼板板
厚の増加に伴って増大しているが、高周波域ｅは増大の
程度が小さく低周波域ｆは増大の程度が大きい。このよ
うに加速度センサ出力は、周波数帯域によって衝突条件
の影響の受け方が違う。
１が鋼板２０に衝突しそれを貫徹した場合を考えると、
構造体内部の加速度センサ４で検出される加速度値（ピ
ーク値）の衝突速度及び鋼板板厚に対するグラフは図５
及び図６のようになる。これを、加速度センサ出力の高
周波と低周波について分離してみると（例えば１０kＨz
より上を高周波域、１０kＨzより下を低周波域とする
と）、図７に示すように衝突速度と加速度値の関係で
は、センサ出力ａの高周波域ｂ及び低周波域ｃはそれぞ
れ衝突速度の増加に伴って増大しているが、高周波域ｂ
は増大の程度が大きく低周波域ｃは増大の程度が小さ
い。また、図８の鋼板板厚と加速度値の関係でも、セン
サ出力ｄの高周波域ｅ及び低周波域ｆはそれぞれ鋼板板
厚の増加に伴って増大しているが、高周波域ｅは増大の
程度が小さく低周波域ｆは増大の程度が大きい。このよ
うに加速度センサ出力は、周波数帯域によって衝突条件
の影響の受け方が違う。
【００１０】周波数帯域別に各種衝突条件からの影響の
受け方が違うことから、各種衝突条件を未知数とした方
程式を、周波数帯域別の加速度値を変数として作ること
が可能となる。この方程式に、周波数帯域別の加速度値
を代入することにより、各種衝突条件を求めることがで
きる。例えば図７の場合衝突速度の算出が、図８の場合
鋼板板厚の算出が可能となる。
受け方が違うことから、各種衝突条件を未知数とした方
程式を、周波数帯域別の加速度値を変数として作ること
が可能となる。この方程式に、周波数帯域別の加速度値
を代入することにより、各種衝突条件を求めることがで
きる。例えば図７の場合衝突速度の算出が、図８の場合
鋼板板厚の算出が可能となる。
【００１１】図１に回路構成を示す衝撃検知識別機構用
回路１０は、このような加速度センサ出力信号の特性を
利用して衝突条件を識別するものである。図１に示すよ
うに、衝撃検知識別機構用回路は、物体の衝突によって
生じる衝撃波を検知した加速度センサ４の出力信号を周
波数帯域別に弁別するフィルタ回路５と、該フィルタ回
路出力波形の第１波形を通過させるためのゲート回路８
と、該ゲート回路８の出力の最大値を保持するピークホ
ールド回路９と、該ピークホールド回路９の出力から衝
突条件を算出する演算回路６を有している。
回路１０は、このような加速度センサ出力信号の特性を
利用して衝突条件を識別するものである。図１に示すよ
うに、衝撃検知識別機構用回路は、物体の衝突によって
生じる衝撃波を検知した加速度センサ４の出力信号を周
波数帯域別に弁別するフィルタ回路５と、該フィルタ回
路出力波形の第１波形を通過させるためのゲート回路８
と、該ゲート回路８の出力の最大値を保持するピークホ
ールド回路９と、該ピークホールド回路９の出力から衝
突条件を算出する演算回路６を有している。
【００１２】図１の回路構成において、物体と構造体の
衝突時に発生した衝撃波に起因する加速度センサ４の検
出出力は、例えば図３の波形の如くなり、フィルタ回路
５に入力され、フィルタ回路５では加速度センサ出力を
周波数帯域別に弁別する。加速度センサ検出波形をフィ
ルタ回路５によって低周波域と高周波域に弁別した波形
は図９のようになる。この周波数帯域別のフィルタ出力
はそれぞれ衝突条件から異なった影響を受けている。ゲ
ート回路８は、フィルタ回路５の出力波形の第１波形の
時間長に設定したゲートによって、該フィルタ回路の出
力波形の第１波形のみを通過させる。図１０はフィルタ
回路出力の第１波形のみを検出するため、低周波域と高
周波域のそれぞれに設定したゲート時間だけフィルタ回
路出力波形を通過させたゲート回路８の出力波形であ
る。ゲート回路８の出力の最大値をピークホールド回路
９によって保持する。図１１はピークホールド回路９の
出力信号であり、該出力信号を演算回路６によって演算
し各種衝突条件７を算出する。演算回路６は、例えば、
各種衝突条件を未知数とし、周波数帯域別の加速度値を
変数とした方程式を用い、この方程式に周波数帯域別の
加速度値を代入して演算し、各種衝突条件を求める。
衝突時に発生した衝撃波に起因する加速度センサ４の検
出出力は、例えば図３の波形の如くなり、フィルタ回路
５に入力され、フィルタ回路５では加速度センサ出力を
周波数帯域別に弁別する。加速度センサ検出波形をフィ
ルタ回路５によって低周波域と高周波域に弁別した波形
は図９のようになる。この周波数帯域別のフィルタ出力
はそれぞれ衝突条件から異なった影響を受けている。ゲ
ート回路８は、フィルタ回路５の出力波形の第１波形の
時間長に設定したゲートによって、該フィルタ回路の出
力波形の第１波形のみを通過させる。図１０はフィルタ
回路出力の第１波形のみを検出するため、低周波域と高
周波域のそれぞれに設定したゲート時間だけフィルタ回
路出力波形を通過させたゲート回路８の出力波形であ
る。ゲート回路８の出力の最大値をピークホールド回路
９によって保持する。図１１はピークホールド回路９の
出力信号であり、該出力信号を演算回路６によって演算
し各種衝突条件７を算出する。演算回路６は、例えば、
各種衝突条件を未知数とし、周波数帯域別の加速度値を
変数とした方程式を用い、この方程式に周波数帯域別の
加速度値を代入して演算し、各種衝突条件を求める。
【００１３】以下の式（１）は衝突条件の一つである衝
突速度Ｖを未知数とし、高周波域の加速度値をＧ1、低
周波域の加速度値をＧ2とした場合の方程式の１例であ
る。 Ｖ＝αＧ1＋βＧ2＋γ …（１） （但し、α，β，γは加速度センサによって定まる定
数） α，β，γは実験により既知とすることができるから、
加速度値Ｇ1，Ｇ2を式（１）に代入することで衝突速度
Ｖを求めることができる。
突速度Ｖを未知数とし、高周波域の加速度値をＧ1、低
周波域の加速度値をＧ2とした場合の方程式の１例であ
る。 Ｖ＝αＧ1＋βＧ2＋γ …（１） （但し、α，β，γは加速度センサによって定まる定
数） α，β，γは実験により既知とすることができるから、
加速度値Ｇ1，Ｇ2を式（１）に代入することで衝突速度
Ｖを求めることができる。
【００１４】なお、演算式は演算回路６にプログラムし
ておく。また、フィルタ回路５及び演算回路６は、アナ
ログ回路又はデジタル回路を使用する。
ておく。また、フィルタ回路５及び演算回路６は、アナ
ログ回路又はデジタル回路を使用する。
【００１５】このように、図１に示した衝撃検知識別機
構用回路によって、物体の衝突時に生じた衝撃波を検知
した加速度センサ出力の第１波形のピーク値の周波数帯
域別相関を用いた各種衝突条件の識別を実現できる。
構用回路によって、物体の衝突時に生じた衝撃波を検知
した加速度センサ出力の第１波形のピーク値の周波数帯
域別相関を用いた各種衝突条件の識別を実現できる。
【００１６】なお、演算回路６としてデジタル回路を使
用する場合、（１）式のような方程式の演算を行う代わ
りに、フィルタ回路５の高周波域及び低周波域出力にそ
れぞれ対応したピークホールド回路９の出力信号につい
てそれぞれ特定のしきい値（１段階又は複数段階のしき
い値）を設定し、該しきい値を越えるか否かで未知の衝
突条件を求める演算処理を実行しても良い。演算回路６
の演算処理方法は種々変更可能である。
用する場合、（１）式のような方程式の演算を行う代わ
りに、フィルタ回路５の高周波域及び低周波域出力にそ
れぞれ対応したピークホールド回路９の出力信号につい
てそれぞれ特定のしきい値（１段階又は複数段階のしき
い値）を設定し、該しきい値を越えるか否かで未知の衝
突条件を求める演算処理を実行しても良い。演算回路６
の演算処理方法は種々変更可能である。
【００１７】また、衝突角度等の識別も同様に図１の実
施例で周波数帯域別のフィルタ回路出力を演算処理して
得られる。
施例で周波数帯域別のフィルタ回路出力を演算処理して
得られる。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の衝撃検知
識別機構用回路は、物体の衝突によって発生する衝撃波
を検知し、その衝撃波の周波数帯域別の値から各種衝突
条件を識別する機構に対し、極めて有効な信号処理回路
を提供できるものであり、しかも加速度センサ出力の周
波数帯域別波形の第１ピーク値を抽出、演算することで
簡単な回路構成で所期の目的を達成できる。
識別機構用回路は、物体の衝突によって発生する衝撃波
を検知し、その衝撃波の周波数帯域別の値から各種衝突
条件を識別する機構に対し、極めて有効な信号処理回路
を提供できるものであり、しかも加速度センサ出力の周
波数帯域別波形の第１ピーク値を抽出、演算することで
簡単な回路構成で所期の目的を達成できる。
【図１】本発明に係る衝撃検知識別機構用回路の実施例
を示すブロック図である。
を示すブロック図である。
【図２】本発明を適用する衝撃検知識別機構の構成図で
ある。
ある。
【図３】加速度センサ検出波形の一例を示す波形図であ
る。
る。
【図４】鋼板に衝突し貫徹した構造体の状態の説明図で
ある。
ある。
【図５】図４で示す衝突において、衝突速度に対応した
加速度センサ出力の加速度値を示すグラフである。
加速度センサ出力の加速度値を示すグラフである。
【図６】図４で示す衝突において、鋼板板厚に対応した
加速度センサ出力の加速度値を示すグラフである。
加速度センサ出力の加速度値を示すグラフである。
【図７】図５の加速度値を周波数帯域別に示したグラフ
である。
である。
【図８】図６の加速度値を周波数帯域別に示したグラフ
である。
である。
【図９】フィルタ回路出力波形の一例を示す波形図であ
る。
る。
【図１０】ゲート回路出力波形の一例を示す波形図であ
る。
る。
【図１１】ピークホールド回路出力波形の一例を示す波
形図である。
形図である。
１ 構造体 ２ 衝突体 ３ 衝撃波 ４ 加速度センサ ５ フィルタ回路 ６ 演算回路 ７ 衝突条件算出結果 ８ ゲート回路 ９ ピークホールド回路
Claims (1)
- 【請求項１】 構造体に取り付けられた加速度センサ
と、該構造体と物体との衝突によって生じる衝撃波を検
知した加速度センサ出力信号を周波数帯域別に弁別する
フィルタ回路と、該フィルタ回路出力波形の第１波形を
通過させるためのゲート回路と、該ゲート回路の出力の
最大値を保持するピークホールド回路と、該ピークホー
ルド回路の出力から衝突条件を算出する演算回路とを有
することを特徴とする衝撃検知識別機構用回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22902994A JP2708089B2 (ja) | 1994-08-31 | 1994-08-31 | 衝撃検知識別機構用回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22902994A JP2708089B2 (ja) | 1994-08-31 | 1994-08-31 | 衝撃検知識別機構用回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0868807A JPH0868807A (ja) | 1996-03-12 |
| JP2708089B2 true JP2708089B2 (ja) | 1998-02-04 |
Family
ID=16885636
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22902994A Expired - Lifetime JP2708089B2 (ja) | 1994-08-31 | 1994-08-31 | 衝撃検知識別機構用回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2708089B2 (ja) |
-
1994
- 1994-08-31 JP JP22902994A patent/JP2708089B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0868807A (ja) | 1996-03-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |