JP6630203B2 - Displacement measuring device - Google Patents
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Description
本発明は、加速度検出手段の出力から変位を算出する変位計測装置に関する。 The present invention relates to a displacement measuring device that calculates a displacement from an output of an acceleration detecting means.
車両を実際に走行させた際に、路面の凹凸によって車両に加わる振動を実振動波形データとして収集し、収集した実振動波形データに基づいて実走行時に受けた振動と同一の振動を、台上試験機上の車両に加えることにより、車両を実走行させることなく、車両の振動試験やサスペンションの機能評価、およびサスペンションの制御等が行われている。
実振動の波形データを収集する際に、変位計を用いて対象物の変位量を計測する場合、測定対象物の変位量に応じて、変位計が大きくなるとともに、計測のために変位量の大きさに応じた大きな計測空間が必要となることがある。
このため、車両内部等の限られた空間内で変位量を計測する際に、変位計を設置できない場合が出てくる。そこで、加速度検出手段の出力から変位量を算出することが行われている。
たとえば、特許文献1では、車両に設置された加速度検出手段の出力信号について、時間積分を2回行うことで変位量(路面の凹凸)を算出している。加速度検出手段は、センサ自体が小さく、加速度を計測するために、センサの周囲に広い計測空間を必要としないため、変位計を設置できないような場所にも設置することが可能である。
Vibration applied to the vehicle due to unevenness of the road surface is collected as actual vibration waveform data when the vehicle is actually driven, and the same vibration received during actual driving based on the collected actual vibration waveform data is displayed on the table. By adding to a vehicle on a test machine, a vehicle vibration test, a suspension function evaluation, a suspension control, and the like are performed without actually running the vehicle.
When measuring the displacement of an object using a displacement meter when collecting waveform data of actual vibration, the displacement meter becomes larger in accordance with the displacement of the measurement object, and the displacement is measured for measurement. A large measurement space depending on the size may be required.
For this reason, when measuring the amount of displacement in a limited space such as the inside of a vehicle, a displacement meter may not be installed. Therefore, the amount of displacement is calculated from the output of the acceleration detecting means.
For example, in
ところで、加速度検出手段の出力信号は、アナログ信号であるが、アナログ信号のままでは、積分ができないため、アナログ信号をデジタル信号に変換(A/D変換)しなければならない。しかしながら、A/D変換することで、離散化されたデジタル信号には量子化誤差が含まれる。そして、変位量を算出するには、量子誤差が含まれたデジタル信号を積分し、この積分結果(速度)をさらに積分する。このため、量子化誤差が積算されてしまい、正確な変位量を算出することが困難であった。 By the way, the output signal of the acceleration detecting means is an analog signal, but integration cannot be performed with the analog signal, so that the analog signal must be converted into a digital signal (A / D conversion). However, the digital signal discretized by the A / D conversion includes a quantization error. Then, in order to calculate the displacement amount, the digital signal containing the quantum error is integrated, and the integration result (velocity) is further integrated. For this reason, the quantization errors are integrated, and it has been difficult to calculate an accurate displacement amount.
本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、測定対象物の変位量を加速度検出手段の出力信号からより正確に算出することができる変位計測装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and has as its object to provide a displacement measurement device that can more accurately calculate the amount of displacement of an object to be measured from an output signal of an acceleration detection unit.
前記の目的を達成するために、本発明に係る変位計測装置は、変位する測定対象物の加速度を検出する加速度検出手段と、該加速度検出手段の出力信号から該測定対象物の変位量を算出する演算手段とを備え、該演算手段は、該出力信号を時間軸上から周波数軸上へ変換した後、2階積分を行い、周波数軸上から時間軸上へ逆変換することで、該測定対象物の変位量としての算出変位量を算出し、該出力信号、該算出変位量から該測定対象物の変位に対する応答関数を求め、該加速度検出手段によって計測した加速度と該算出変位量から再現した加速度としての再現加速度との残差を算出し、該応答関数を元に、該残差が要求される精度に収まるまで該算出変位量の補正を繰り返し行い、該残差が要求される精度に収まった際の該算出変位量を該測定対象物の変位量とすることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a displacement measuring device according to the present invention includes an acceleration detecting unit that detects an acceleration of a measuring object to be displaced, and a displacement amount of the measuring object from an output signal of the acceleration detecting unit. Calculating means for converting the output signal from the time axis to the frequency axis, performing second-order integration, and performing inverse conversion from the frequency axis to the time axis to perform the measurement. Calculate the calculated displacement amount as the displacement amount of the object, obtain a response function for the displacement of the measurement object from the output signal and the calculated displacement amount, and reproduce the response function from the acceleration measured by the acceleration detection means and the calculated displacement amount. The residual with the reproduced acceleration as the calculated acceleration is calculated, and based on the response function, the correction of the calculated displacement is repeated until the residual falls within the required accuracy, and the accuracy at which the residual is required is obtained. The calculated displacement amount when it is within Characterized by a displacement amount of the measurement object.
このような構成によれば、加速度検出手段の出力信号について、周波数領域の2階積分を行い、測定対象物の変位量を求めることで、加速度検出手段の出力信号のみで、測定対象物の変位量をより正確に算出することができる。 According to such a configuration, the output signal of the acceleration detecting means is subjected to the second-order integration in the frequency domain to obtain the displacement of the measuring object, whereby the displacement of the measuring object is obtained only by the output signal of the acceleration detecting means. The amount can be calculated more accurately.
また、前記変位計測装置において、前記出力信号を時間軸上から周波数軸上へ変換する際に、フーリエ変換を行い、周波数軸上から時間軸上へ逆変換する際に逆フーリエ変換を行うことが好ましい。 Further, in the displacement measuring device, when converting the output signal from a time axis to a frequency axis, a Fourier transform is performed, and when performing an inverse transform from a frequency axis to a time axis, an inverse Fourier transform may be performed. preferable.
このような構成によれば、前述の構成と同様の作用効果が得られる。 According to such a configuration, the same operation and effect as those of the above-described configuration can be obtained.
また、前記変位計測装置において、前記測定対象物は、車体を構成する車輪であり、前記加速度検出手段は、該車体と、該車輪を軸支する車軸との間に設置されるサスペンションの車体側固定部に設置される車体側加速度センサと、該サスペンションの車輪側固定部に設置される車輪側加速度センサとを備え、前記演算手段は、該車輪の垂直方向の変位量を算出することが好ましい。 Further, in the displacement measuring device, the object to be measured is a wheel constituting a vehicle body, and the acceleration detecting means is provided on a vehicle body side of a suspension installed between the vehicle body and an axle supporting the wheel. It is preferable that a vehicle-side acceleration sensor installed on a fixed portion and a wheel-side acceleration sensor installed on a wheel-side fixed portion of the suspension be provided, and the arithmetic unit calculate a vertical displacement of the wheel. .
このような構成によれば、加速度検出手段の出力信号のみで、車輪の変位量をより正確に算出することができる。また、算出された車輪の変位量を用いることで、台上試験での実環境の再現性を向上させることができるため、サスペンションの評価を正確に行うことができる。 According to such a configuration, the displacement amount of the wheel can be more accurately calculated only by the output signal of the acceleration detecting means. Also, by using the calculated wheel displacement, the reproducibility of the real environment in the bench test can be improved, so that the suspension can be accurately evaluated.
本発明によれば、測定対象物の変位量を加速度検出手段の出力信号からより正確に算出することができる。 According to the present invention, the displacement amount of the measurement object can be calculated more accurately from the output signal of the acceleration detection means.
本発明の一実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。同一の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. The same components are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.
本実施形態の変位計測装置1は、図1に示すように、ハンマリング試験において、変位する試験体11(測定対象物)の加速度を計測し、加速度から試験体11の変位量を算出する。ハンマリング試験では、ハンマ12による打撃(ハンマリング)によって、振動する試験体11の変位量(振幅)を測定する。
本実施形態の変位計測装置1は、加速度検出手段2、記憶手段3、および演算手段4を備えている。
加速度検出手段2は、加速度センサで構成され、試験体11(測定対象物)に設置される。加速度センサの加速度を検出する方法として、圧電素子型、静電容量型、ひずみゲージ型等、様々な検出方法が提案されているが、本実施形態では、試験体11の計測箇所に設置可能な外形寸法であること、計測箇所に確実に固定できること等の計測条件を満足できれば、検出方法を問わず、採用が可能である。なお、加速度から変位量を算出する手法は、直接変位を計測するよりもセンサの小型化、低コスト化が可能である。
記憶手段3は、加速度検出手段2から出力された出力信号、および演算手段4の算出結果を記録しておくものである。
演算手段4は、加速度検出手段2の出力信号を時間領域から周波数領域へフーリエ変換した後、2階積分を行い、周波数領域から時間領域へ逆フーリエ変換することで、変位する試験体11の変位量を算出する。
つまり、演算手段4は、加速度検出手段2の出力信号から試験体11の変位量を算出する。
なお、図1に示すハンマリング試験では、本実施形態の変位計測装置1との比較のために、ハンマリングによる変位を計測する変位計13が試験体11に設置されている。
As shown in FIG. 1, the displacement measuring
The
The acceleration detecting means 2 is constituted by an acceleration sensor, and is installed on the test body 11 (measurement target). As a method for detecting the acceleration of the acceleration sensor, various detection methods such as a piezoelectric element type, a capacitance type, and a strain gauge type have been proposed. It can be adopted regardless of the detection method as long as the measurement conditions such as the outer dimensions and the fact that it can be securely fixed to the measurement location can be satisfied. Note that the method of calculating the displacement amount from the acceleration can reduce the size and cost of the sensor as compared with directly measuring the displacement.
The
The calculating means 4 performs a Fourier transform of the output signal of the acceleration detecting means 2 from the time domain to the frequency domain, performs second-order integration, and performs an inverse Fourier transform from the frequency domain to the time domain, thereby displacing the displacement of the
That is, the calculating means 4 calculates the displacement of the
In the hammering test shown in FIG. 1, a
次に、ハンマリング試験によって、試験体11の変位量を測定する手順を説明する。
まず、試験体11に、加速度検出手段2を設置する。
次に、試験体11に、ハンマ12で打撃を加えて、振動させ、加速度検出手段2から出力される出力信号を記憶手段3に記録する。
演算手段4は、記憶手段3に記録された加速度検出手段2の出力信号を読込み、出力信号の離散化(A/D変換)を行う。ここで、離散化された出力信号を算出加速度とする。なお、出力信号を記憶手段3に記録する際に、演算手段4が出力信号の離散化(A/D変換)を行う構成としても良い。
Next, a procedure for measuring the displacement amount of the
First, the acceleration detecting means 2 is installed on the
Next, the
The calculation means 4 reads the output signal of the acceleration detection means 2 recorded in the storage means 3 and performs discretization (A / D conversion) of the output signal. Here, the discretized output signal is defined as a calculated acceleration. When the output signal is recorded in the
演算手段4は、出力信号を離散化する際に、サンプリング周期τで、サンプル数Nをサンプリングする。つまり、算出加速度は、サンプリング周期τで離散化されている。
数式1:
演算手段4は、数式2によって、算出加速度を時間領域から周波数領域にフーリエ変換する。なお、角振動数ω=2πn/τとする。
数式2:
次に、演算手段4は、数式3によって、周波数領域に変換された算出加速度の2階積分を行い、周波数領域における変位量を算出する。
数式3:
さらに、演算手段4は、数式4によって、周波数領域における変位量に対して逆フーリエ変換を行い、時間領域における変位量(算出変位量)に変換する。
数式4:
演算手段4は、上記の各数式2〜4について、算出加速度、および各計算式の計算結果を用いてそれぞれの計算を行い、算出加速度から変位量(算出変位量)を算出する。
When discretizing the output signal, the
Formula 1:
The calculation means 4 performs a Fourier transform of the calculated acceleration from the time domain to the frequency
Formula 2:
Next, the calculating means 4 calculates the displacement amount in the frequency domain by performing the second-order integration of the calculated acceleration converted into the frequency domain by
Formula 3:
Further, the calculation means 4 performs inverse Fourier transform on the displacement amount in the frequency domain by using
Equation 4:
The calculation means 4 calculates each of the
上記手法で算出した算出変位量と、変位計13による実計測値の変位量とを比較すると、図2に示すように、算出変位量の振動波形が、実測値の振動波形を倣ったものになっており、加速度から算出した算出変位量によって、実計測値を再現できたと考えられる。
なお、参考として、算出加速度を時間領域のまま2階積分し、得られた変位量(時間領域算出変位量)も図中に描画している。時間領域算出変位量では、たとえば「打撃を加える前は、変位量がゼロである」というような条件を加えて、一部分の領域について合わせ込まれているが、計算範囲全体では、計算が発散しているのは明らかである。
When the calculated displacement amount calculated by the above method is compared with the displacement amount of the actual measurement value by the
For reference, the calculated acceleration is second-order integrated in the time domain, and the obtained displacement (time domain calculated displacement) is also drawn in the figure. In the time domain calculated displacement, for example, a condition such as "the displacement is zero before the impact is applied" is added for a part of the area, but the calculation diverges in the entire calculation range. Clearly.
以上のような構成に加え、加速度検出手段2の出力信号について、周波数領域の2階積分を行い、測定対象物の変位量を求めることで、加速度検出手段2の出力信号のみで、試験体11の変位量をより正確に算出することができる。
In addition to the above configuration, the output signal of the
次に、図3に示すように、変位計測装置1を車両Sに設置し、車両Sが走行する際に、路面Rの凹凸によって変位する車輪S1(測定対象物)の変位量を、変位計測装置1を用いて計測する手法について説明する。
車両Sは、車体SSから延設される車軸S2と、車軸S2に軸支される車輪S1と、車体SSと車輪S1との間に配設されるサスペンションS3とを備えている。
車輪S1は、車軸S2によって回転可能に軸支されており、その外周には、弾力性を備え、路面Rとの設置面を構成するタイヤS1aが嵌め込まれている。
Next, as shown in FIG. 3, the
The vehicle S includes an axle S2 extending from the vehicle body SS, wheels S1 supported by the axle S2, and a suspension S3 disposed between the vehicle body SS and the wheels S1.
The wheel S1 is rotatably supported by an axle S2, and a tire S1a having elasticity and constituting a mounting surface with a road surface R is fitted around the wheel S1.
サスペンションS3は、車体SSと車輪S1との間に配設され、車軸S2を支持しながら、走行中に車輪S1から車体SSに伝わる路面Rの凸凹を吸収するとともに、タイヤS1aの接地を適切に保つものである。サスペンションS3は、スプリングS3aとダンパS3bとを備えている。
スプリングS3aは、円筒状に巻かれた巻きバネによって構成されている。
ダンパS3bは、スプリングS3aの筒内に配置されている。
ダンパS3bは、シリンダ(図示せず)内をサスペンションS3の伸縮に合わせて移動するピストン(図示せず)を備えるとともに、シリンダ内にオイルなどの液体が封入されている。また、ピストンには、オリフィス(図示せず)が設けられている。
そして、スプリングS3aとダンパS3bは、サスペンションS3の車体側固定部S3cと車輪側固定部S3dとの間に伸縮自在に配置されている。
車体側固定部S3cは、サスペンションS3の上端部に位置し、車体SSに固定される。
車輪側固定部S3dは、サスペンションS3の下端部に位置し、車輪S1の中心を軸支する車軸S2に固定される。
上記構成のサスペンションS3は、スプリングS3aが伸縮することで、路面Rからの衝撃を吸収する。また、スプリングS3aの伸縮に同期して、ピストンがシリンダ内を移動し、ピストンの移動によって、液体がオリフィスを通過する。そして、液体がオリフィスを通過する際に生じる抵抗によって、ダンパS3bがスプリングS3aの振動を減衰する。
The suspension S3 is disposed between the vehicle body SS and the wheels S1, supports the axle S2, absorbs the unevenness of the road surface R transmitted from the wheels S1 to the vehicle body SS during traveling, and appropriately grounds the tire S1a. To keep. The suspension S3 includes a spring S3a and a damper S3b.
The spring S3a is constituted by a coil spring wound in a cylindrical shape.
The damper S3b is disposed inside the cylinder of the spring S3a.
The damper S3b includes a piston (not shown) that moves in accordance with expansion and contraction of the suspension S3 in a cylinder (not shown), and a liquid such as oil is sealed in the cylinder. The piston is provided with an orifice (not shown).
The spring S3a and the damper S3b are arranged to be able to expand and contract between the vehicle-body-side fixing part S3c and the wheel-side fixing part S3d of the suspension S3.
The vehicle body side fixing portion S3c is located at the upper end of the suspension S3 and is fixed to the vehicle body SS.
The wheel-side fixing portion S3d is located at the lower end of the suspension S3, and is fixed to an axle S2 that supports the center of the wheel S1.
The suspension S3 configured as described above absorbs the impact from the road surface R by the expansion and contraction of the spring S3a. Further, the piston moves in the cylinder in synchronization with the expansion and contraction of the spring S3a, and the liquid passes through the orifice by the movement of the piston. Then, the resistance generated when the liquid passes through the orifice causes the damper S3b to attenuate the vibration of the spring S3a.
加速度検出手段2Aは、加速度センサからなり、車両Sが走行する際に、路面Rの凹凸によって変位する車輪S1の上下方向の加速度を検出する。また、加速度検出手段2Aは、サスペンションS3の車輪側固定部S3dに設置される車輪側加速度センサ2Aaと、サスペンションS3の車体側固定部S3cに設置される車体側加速度センサ2Abとを備えている。
車輪側加速度センサ2Aaは、サスペンションS3が伸縮する際の伸縮する方向に沿った加速度を計測する。
車体側加速度センサ2Abは、サスペンションS3自身が上下方向に移動する(車体SSが上下に移動する)際の、サスペンションS3が伸縮する方向に沿った加速度を計測する。
そして、各加速度センサ2Aa、2Abから出力される加速度信号は、記憶手段3に出力される。
なお、サスペンションS3のスプリングS3aとダンパS3bが別体式の場合には、それぞれに車体側加速度センサと車輪側加速度センサを設置し、上下方向の加速度を計測する。
The acceleration detecting means 2A comprises an acceleration sensor, and detects the vertical acceleration of the wheel S1 displaced by the unevenness of the road surface R when the vehicle S travels. The acceleration detecting means 2A includes a wheel-side acceleration sensor 2Aa installed on the wheel-side fixed portion S3d of the suspension S3, and a vehicle-body-side acceleration sensor 2Ab installed on the vehicle-body fixed portion S3c of the suspension S3.
The wheel-side acceleration sensor 2Aa measures acceleration along the direction in which the suspension S3 expands and contracts.
The vehicle-body-side acceleration sensor 2Ab measures the acceleration along the direction in which the suspension S3 expands and contracts when the suspension S3 moves in the vertical direction (the vehicle body SS moves in the vertical direction).
The acceleration signals output from the acceleration sensors 2Aa and 2Ab are output to the
When the spring S3a and the damper S3b of the suspension S3 are of a separate type, a vehicle-body-side acceleration sensor and a wheel-side acceleration sensor are respectively installed to measure the vertical acceleration.
演算手段4は、記憶手段3に記録された加速度検出手段2Aの出力信号を読み出し、車輪S1の垂直方向の加速度(算出加速度)を算出する。このような算出加速度を求めるのは、以下の理由がある。
サスペンションS3は、垂直方向に対して斜めに伸縮するように車体SSに設置されているために、各加速度センサ2Aa、2Abから出力される加速度信号は、垂直方向に対して斜めに傾いたものである。また、車輪S1は、サスペンションS3とは異なる構成で車体SSに支持されているために、サスペンションS3とは異なった動きをする。このため、車輪S1の変位量を算出するには、各加速度センサ2Aa、2Abから出力される加速度信号を、車輪S1の動く方向に合わせて変換しなければならない。
また、算出した変位量が垂直方向の変位量に変換されていれば、後述する台上試験機101に、算出した変位量を適用する場合に、サスペンションS3の向きに合わせて、加振機102の位置を調整する必要がなくなるため、都合がよい。
さらに、車両走行中には、路面Rの凹凸による振動が、車輪S1を通じて車体SSに入力されるが、車輪S1と車体SSの間に配設されるサスペンションS3が伸縮して、振動を吸収する。しかしながら、サスペンションS3の伸縮では、路面Rの凹凸による振動を完全には吸収できないため、車体SSが上下方向に振動する。
つまり、車両走行中のサスペンションS3は、伸縮しつつ、上下方向に変位している。このため、車輪側加速度センサ2Aaの出力信号だけでは、変位する車輪S1の加速度を正確に測定できない。そこで、演算手段4は、車輪側加速度センサ2Aaの出力信号に、車体側加速度センサ2Abの出力信号を加算し、車体SSの振動を考慮した車輪S1の加速度(算出加速度)を算出する。
The calculation means 4 reads the output signal of the acceleration detection means 2A recorded in the storage means 3 and calculates the vertical acceleration (calculated acceleration) of the wheel S1. The reason for obtaining such a calculated acceleration is as follows.
Since the suspension S3 is installed on the vehicle body SS so as to expand and contract obliquely with respect to the vertical direction, the acceleration signals output from the acceleration sensors 2Aa and 2Ab are inclined obliquely with respect to the vertical direction. is there. Further, since the wheel S1 is supported by the vehicle body SS with a configuration different from that of the suspension S3, the wheel S1 moves differently from the suspension S3. Therefore, in order to calculate the amount of displacement of the wheel S1, the acceleration signals output from the acceleration sensors 2Aa and 2Ab must be converted in accordance with the direction in which the wheel S1 moves.
Further, if the calculated displacement is converted into a vertical displacement, when the calculated displacement is applied to the
Further, while the vehicle is running, vibrations due to unevenness of the road surface R are input to the vehicle body SS through the wheels S1, but the suspension S3 disposed between the wheels S1 and the vehicle body SS expands and contracts to absorb the vibrations. . However, when the suspension S3 expands and contracts, the vibration due to the unevenness of the road surface R cannot be completely absorbed, so that the vehicle body SS vibrates in the vertical direction.
That is, the suspension S3 while the vehicle is running is displaced in the vertical direction while expanding and contracting. Therefore, the output signal of the wheel-side acceleration sensor 2Aa alone cannot accurately measure the acceleration of the displaced wheel S1. Therefore, the calculating means 4 adds the output signal of the vehicle body-side acceleration sensor 2Ab to the output signal of the wheel-side acceleration sensor 2Aa, and calculates the acceleration (calculated acceleration) of the wheel S1 in consideration of the vibration of the vehicle body SS.
また、演算手段4は、算出加速度を時間領域から周波数領域へフーリエ変換した後、2階積分を行い、周波数領域から時間領域へ逆フーリエ変換することで、車輪S1の垂直方向の変位量(算出変位量)を算出する。 The calculating means 4 performs a Fourier transform of the calculated acceleration from the time domain to the frequency domain, performs second-order integration, and performs an inverse Fourier transform from the frequency domain to the time domain, thereby obtaining the vertical displacement amount (calculation) of the wheel S1. Displacement).
次に、本実施形態の変位計測装置1を用いて、変位する車輪S1の加速度から、車輪S1の変位量を算出する方法を説明する。
まず、車輪側加速度センサ2Aaを各サスペンションS3の車輪側固定部S3dに設置するとともに、車体側加速度センサ2Abを各サスペンションS3の車体側固定部S3cに設置する。
そして、設定された試験路に車両Sを走らせて、各加速度センサ2Aa、2Abから出力される出力信号を記憶手段3に記録する。
Next, a method of calculating the amount of displacement of the wheel S1 from the acceleration of the displaced wheel S1 using the
First, the wheel-side acceleration sensor 2Aa is installed on the wheel-side fixed part S3d of each suspension S3, and the vehicle-body-side acceleration sensor 2Ab is installed on the vehicle-body-side fixed part S3c of each suspension S3.
Then, the vehicle S is driven on the set test road, and the output signals output from the acceleration sensors 2Aa and 2Ab are recorded in the
次に、記憶手段3に記録されている各加速度センサ2Aa、2Abの出力信号を、演算手段4は読み込み、車輪S1の上下方向の加速度(算出加速度)を算出する。
なお、演算手段4は、出力信号を記憶手段3に記録する際、または算出加速度を算出する際に、出力信号の離散化(A/D変換)を行う。
つまり、車輪側加速度センサ2Aaの出力信号と、車体側加速度センサ2Abの出力信号の2つの出力信号とを同期させ、同じタイミングでサンプリングを行う。そして、サンプリングした車輪側加速度センサ2Aaの出力信号と、車体側加速度センサ2Abの出力信号から車輪S1の垂直方向の加速度(算出加速度)を算出する。
Next, the calculation means 4 reads the output signals of the acceleration sensors 2Aa, 2Ab recorded in the storage means 3, and calculates the vertical acceleration (calculated acceleration) of the wheel S1.
The
That is, the output signal of the wheel side acceleration sensor 2Aa and the two output signals of the vehicle body side acceleration sensor 2Ab are synchronized, and sampling is performed at the same timing. Then, the vertical acceleration (calculated acceleration) of the wheel S1 is calculated from the sampled output signal of the wheel-side acceleration sensor 2Aa and the output signal of the vehicle-body-side acceleration sensor 2Ab.
また、演算手段4は、算出加速度から変位量を算出する。
そのために、まず演算手段4は、算出加速度を時間領域から周波数領域にフーリエ変換する。
次に、演算手段4は、周波数領域に変換された算出加速度の2階積分を行い、周波数領域における変位量を算出する。
さらに、演算手段4は、周波数領域における変位量に対して逆フーリエ変換を行い、時間領域における変位量に変換する。
The calculating means 4 calculates the displacement from the calculated acceleration.
For this purpose, the calculating means 4 first performs a Fourier transform on the calculated acceleration from the time domain to the frequency domain.
Next, the calculating means 4 performs second-order integration of the calculated acceleration converted into the frequency domain, and calculates the displacement amount in the frequency domain.
Further, the calculating means 4 performs an inverse Fourier transform on the displacement amount in the frequency domain, and converts the displacement amount into the displacement amount in the time domain.
上述のような変位計測装置1、および手法によって算出された算出変位量を、車両の台上試験機101(ロードシミュレータ)に適用し、路面Rの凹凸を再現することが可能である。
台上試験機101は、車輪S1に振動を加える加振機102と、加振機102の制御を行う加振制御手段103とを備えている。なお、試験対象となる車両Sは、4輪自動車である。
The displacement amount calculated by the
The
加振機102は、車輪S1毎に配置され、引張りと圧縮の両方に力が付与できる複動型の油圧シリンダ等が用いられる。加振機102は、垂直方向に移動可能な加振部102aを備えている。加振部102a上に車輪S1が設置され、加振部102aが上下することで、路面Rの凹凸を再現するとともに、車輪S1に振動を加える。
加振制御手段103は、各加振機102の制御を行い、各加振部102aの位置(高さ)を変動する。加振制御手段103は、演算処理部103aと記憶部103bとを備えている。
演算処理部103aは、算出変位量を元に、加振機102を制御する加振制御信号を算出する。
記憶部103bは、算出された制御信号が記録される。
The
The
The
The
また、車両Sには、上述と同様に、加速度検出手段2Aとしての車輪側加速度センサ2Aaと車体側加速度センサ2AbがサスペンションS3の各部に設置されている。
なお、算出変位量を台上試験機101の路面データとして利用する場合、垂直方向の変位量だけでは、走行状態を再現するには不十分なので、車体の6軸加速度(X軸、Y軸、Z軸、ロール、ピッチ、ヨー)や車速等の物理量も合わせて計測する。また、X軸(前後方向)、Y軸(左右方向)、Z軸(垂直)の3軸方向の加速度を計測する際に、本実施形態のように、サスペンションS3の伸縮する方向に加速度センサを設置し、計測した加速度を各軸方向の加速度に変換する方法を用いても良いが、軸方向毎に加速度センサを設置する構成としても良い。このような構成とすることで、各軸方向の加速度の計測をより正確に行うことができる。
Further, in the vehicle S, similarly to the above, a wheel-side acceleration sensor 2Aa and a vehicle-body-side acceleration sensor 2Ab as the acceleration detecting means 2A are installed in each part of the suspension S3.
When the calculated displacement is used as the road surface data of the
次に、台上試験機101で再現する路面データを算出する。
上述の手法によって算出された算出変位量は、車輪S1(車軸S2)の垂直方向の変位量である。
車輪S1には、弾力性を有するタイヤS1aが装着されており、タイヤS1aでも路面Rの凹凸が吸収される。このため、算出変位量を路面Rの凹凸を表す路面データとして考えた場合には、誤差が含まれている。
そこで、より現実に近い走行状態を再現するために、算出変位量の精度を高める作業を行う。
Next, road surface data to be reproduced by the
The calculated amount of displacement calculated by the above method is the amount of vertical displacement of the wheel S1 (axle S2).
An elastic tire S1a is mounted on the wheel S1, and the unevenness of the road surface R is absorbed by the tire S1a. For this reason, when the calculated displacement amount is considered as road surface data representing the unevenness of the road surface R, an error is included.
Therefore, in order to reproduce a more realistic running state, an operation of increasing the accuracy of the calculated displacement amount is performed.
路面データを算出するにあたり、加振制御手段103の演算処理部103aは、まず上述の手法で算出された算出変位量から加振制御信号を算出する(制御信号の入力)。
そして、演算処理部103aは、算出された加振制御信号を用いて加振機102を制御し、加振部102aから車両Sに振動を加える。車両Sに設置された加速度検出手段2Aが、振動によって変位する車輪S1の加速度を計測する(応答計測)。
In calculating the road surface data, the
Then, the
演算処理部103aは、計測された加速度、および各センサ出力から、路面Rの設置点変位に対する応答関数を求める。
演算処理部103aは、実際に走行して計測した加速度(ターゲット)と、台上試験機101上で再現した振動による加速度(再現加速度)とを比較し、ターゲットと再現加速度との残差を算出する(ターゲットとの残差算出)。
演算処理部103aは、残差が小さくなるように、応答関数を元に、変位量の補正を行う(変位量の更新)。
The
The
The
演算処理部103aは、補正された変位量から、新たな加振制御信号を算出し(制御信号の入力)、新たな加振制御信号で加振機102を制御する。
新たな加振制御信号で加振された車輪S1の加速度を計測し(応答計測)、タ−ゲットとの残差を求める(ターゲットとの残差算出)。
ここで、残差が要求される精度に収まっていれば、演算処理部103aは計算を終了し、算出した算出変位量を路面データとして、記憶部103bに記録する。
また、残差が要求される精度に収まっていなければ、演算処理部103aは、応答関数を再度算出し、応答関数を元に変位量の補正を行い(変位量の更新)、加振試験を再度行う。
演算処理部103aは、(制御信号の入力)→(応答計測)→(ターゲットとの残差算出)→(変位量の更新)→(制御信号の入力)→ … を繰り返す事でターゲットとの残差を要求される精度まで小さくしていき、路面データを算出する。
The
The acceleration of the wheel S1 excited by the new excitation control signal is measured (response measurement), and the residual with respect to the target is calculated (residual with the target).
Here, if the residual is within the required accuracy, the
If the residual is not within the required accuracy, the
The
以上のような構成、および算出方法によれば、加速度検出手段の出力信号のみで、車輪の変位量をより正確に算出することができる。また、算出された車輪の変位量を用いることで、台上試験での実環境の再現性を向上させることができるため、サスペンションの評価を正確に行うことができる。
なお、時間軸から周波数軸へ変換する方法として、本実施形態では、フーリエ変換を用いているが、これに限定されるものではない。計測する振動の周波数特性に応じて、ウェーブレット変換等、様々な変換方法を用いることが可能である。
According to the configuration and the calculation method as described above, it is possible to more accurately calculate the amount of displacement of the wheel using only the output signal of the acceleration detection means. Also, by using the calculated wheel displacement, the reproducibility of the real environment in the bench test can be improved, so that the suspension can be accurately evaluated.
In the present embodiment, a Fourier transform is used as a method for converting the time axis to the frequency axis, but the present invention is not limited to this. Various conversion methods such as wavelet conversion can be used according to the frequency characteristics of the vibration to be measured.
1 変位計測装置
2A 加速度検出手段
2Aa 車輪側加速度センサ
2Ab 車体側加速度センサ
4 演算手段
11,S1 測定対象物
SS 車体
S2 車軸
S3 サスペンション
S3c 車体側固定部
S3d 車輪側固定部
DESCRIPTION OF
Claims (3)
該加速度検出手段の出力信号から該測定対象物の変位量を算出する演算手段とを備え、
該演算手段は、
該出力信号を時間軸上から周波数軸上へ変換した後、2階積分を行い、周波数軸上から時間軸上へ逆変換することで、該測定対象物の変位量としての算出変位量を算出し、
該出力信号、該算出変位量から該測定対象物の変位に対する応答関数を求め、
該加速度検出手段によって計測した加速度と該算出変位量から再現した加速度としての再現加速度との残差を算出し、
該応答関数を元に、該残差が要求される精度に収まるまで該算出変位量の補正を繰り返し行い、
該残差が要求される精度に収まった際の該算出変位量を該測定対象物の変位量とする
ことを特徴とする変位計測装置。 Acceleration detection means for detecting the acceleration of the object to be displaced,
Calculating means for calculating an amount of displacement of the object to be measured from an output signal of the acceleration detecting means,
The calculating means includes:
After converting the output signal from the time axis to the frequency axis, the second-order integration is performed, and the inverse conversion is performed from the frequency axis to the time axis to calculate a calculated displacement amount as the displacement amount of the measurement object. And
The output signal, a response function to the displacement of the measurement object from the calculated displacement amount,
Calculate the residual of the acceleration measured by the acceleration detection means and the reproduced acceleration as the acceleration reproduced from the calculated displacement amount,
Based on the response function, repeat the correction of the calculated displacement amount until the residual is within the required accuracy,
The displacement measuring device , wherein the calculated displacement amount when the residual falls within required accuracy is set as the displacement amount of the measurement object.
周波数軸上から時間軸上へ逆変換する際に逆フーリエ変換を行う
ことを特徴とする請求項1に記載の変位計測装置。 When transforming the output signal from the time axis to the frequency axis, perform a Fourier transform,
2. The displacement measuring apparatus according to claim 1, wherein an inverse Fourier transform is performed when performing an inverse transform from a frequency axis to a time axis.
車体を構成する車輪であり、
前記加速度検出手段は、
該車体と、該車輪を軸支する車軸との間に設置されるサスペンションの車体側固定部に設置される車体側加速度センサと、
該サスペンションの車輪側固定部に設置される車輪側加速度センサと
を備え、
前記演算手段は、
該車輪の垂直方向の変位量を算出する
ことを特徴とする請求項1、または請求項2に記載の変位計測装置。 The measurement object is
The wheels that make up the body,
The acceleration detecting means,
A vehicle-body-side acceleration sensor installed on a vehicle-body-side fixed portion of a suspension installed between the vehicle body and an axle that supports the wheels;
A wheel-side acceleration sensor installed on a wheel-side fixed portion of the suspension,
The calculating means includes:
The displacement measuring device according to claim 1 or 2, wherein a vertical displacement amount of the wheel is calculated.
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