JPH0772165A - 直線加速度計を使用した回転感知器 - Google Patents
直線加速度計を使用した回転感知器Info
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- JPH0772165A JPH0772165A JP6084893A JP8489394A JPH0772165A JP H0772165 A JPH0772165 A JP H0772165A JP 6084893 A JP6084893 A JP 6084893A JP 8489394 A JP8489394 A JP 8489394A JP H0772165 A JPH0772165 A JP H0772165A
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Abstract
度計を用いて自動車の回転を検知する装置を提供するこ
とにある。 【構成】二つの直線加速度計 (14、16) は、回転を
感知すべき自動車のボディあるいは他の物体とともに一
体的に回転可能な直線軸 (18) に沿って、固定距離
(Δ) だけ互いに離間されている。加速度計 (14、1
6) は、直線軸 (18) と同一直線上にある感知軸 (2
0、22) を有する。演算器 (24) は、感知器 (1
4、16) により感知される直線加速度 (a1、a2)
の差および感知器どうしの距離 (Δ) の関数である角速
度 (ω) を用いて自動車の回転を演算する。なお、感知
軸 (20、22) は、直線軸 (18) に垂直であっても
よく、演算器 (24) は、直線加速度 (a1、a2) の
差および距離 (Δ) の別の関数である角加速度 (α) を
用いて自動車の回転を演算する。
Description
その他の物体の回転率を感知する回転感知器に係り、特
に、物体が回転する中心となる軸の位置、物体の回転半
径および一方向運動とは独立して物体の回転を感知する
直線加速度計を使用した回転感知器に関する。
ングシステム、アンチロックブレーキシステム、電子変
速システム、トラクションコントロールシステムなどの
ような先進の機械制御システムに入力を提供する必要が
ある。感知すべき媒介変数は、回転率、すなわち座標系
(この場合は地球である) に対する自動車のボディの相
対的な角速度である。
ー、ファイバー光学リング干渉計、液体係留フローティ
ングローターなどのような周知の回転感知器は、自動車
用としては非常に高価である。
有する光電子動作および流体流量感知器 (OPTOELECTRON
IC MOTION AND FULID FLOW SENSOR WITH RESILIENT MEM
BERDEFLEDTED BY FLUID FLOW)」という名称の1992
年6月9日にジェイ.スモール (J. Small) に対して発
行された米国特許第5,120,951号には、円形の
流体流路と反対側に配列された光源および感光素子を含
む回転感知器が開示されている。
され、流路内の流体の動きに関する関数として光源から
感光素子に入射する光量を変化させるために流体内に配
置されている。
り、かつ、多くの用途において良好な性能を発揮する。
しかしながら、本体と流体の組み合わせから粘着性が生
じるため、流体が感知器本体と同じ速さまで加速され、
その速さで回転する。これが原因となって感知器の出力
信号が時間とともに減衰し、変化の緩やかな回転率を感
知するのが困難となっている。
き、時間とともに減衰しない出力信号を発生する。直線
加速度計によって感知できる求心性の加速は、回転半径
と角速度の累乗との積に等しいので、回転軸および回転
半径が確定され判っている場合、直線加速度計を角速度
の測定に用いることが可能である。
が回転可能な中心軸および回転の半径は、実際の走行条
件によって幅広く変化する。自動車が十分なトラクショ
ンの得られる曲がり道を走行する場合、この軸は、曲が
り道の中心に位置され、半径は、曲がり道の半径に等し
くなる。この場合、回転軸および回転半径は、曲がり道
ごとに次々と変化する。例えば、アンチロックブレーキ
システムによる修正が必要となるようなトラクションの
低い状況下では、回転軸および回転半径は、ある瞬間か
ら次の瞬間までの間に幅広く変化し得る。
の自動車の一方向運動により影響を受ける。これらの理
由から、実際の走行条件下における自動車の回転を単体
の直線加速度計で感知することはできない。
加速度計を用いて自動車の回転を検知する装置を提供す
ることにある。
に基づきなされたもので、回転を測定すべき自動車のボ
ディあるいは他の物体と一体的に回転可能な直線軸に沿
って互いに一定の間隔で配置された2つの直線加速度計
を含む回転感知器を提供するものである。
線上にある感知軸を有する加速度計と、複数の感知器に
よって感知され感知器間の距離で除算された直線加速度
の差の累乗根にしたがって、角速度の大きさとして自動
車の回転を演算する演算器とを含み、SIGNあるいは
回転の方向は、磁気コンパスで感知される回転感知器が
提供される。
に対して垂直であり、演算器は、感知器間の距離で除算
された直線加速度どうしの差にしたがって、自動車の回
転を角加速度として演算する回転感知器が提供される。
Nあるいは方向を含めた角速度を得るために積分され
る。角速度の大きさは、実際には、累乗根関数を用いて
積分よりも正確に演算できる。
せ、角速度の大きさを二つの同一直線上にある加速度計
の出力から演算し、かつ、分割直線に対して垂直に配列
された二つの加速度計の出力から演算された角加速度を
積分することにより角速度のSIGNあるいは方向を発
生する、四つの加速度計を含む感知器を形成することが
できる。感知された回転は、自動車の回転する中心とな
る軸の位置および回転の半径とは独立している。
実質的に等しい出力を発生する。回転は、加速度計の出
力の差の関数として演算されるため、自動車の一方向運
動のネット効果はゼロであり、感知器出力は、回転運動
のみを反映する。
い出力信号を発生することから、変化の遅いならびに変
化の速い回転率を実際の走行条件下で正確に感知するこ
とが可能となる。
明する。
自動車の例が示されている。
に組み込まれたこの発明の実施例である物体の回転を感
知する回転感知器10が示されている。感知器10は、
自動車12と一体的に運動するよう搭載された第1およ
び第2の加速度計14および16を含む。
度をそれぞれ感知でき、直線軸18に沿って互いに距離
Δだけ離間されている。
直線加速度感知軸20および22をそれぞれ有してい
る。軸20および22は、図3に示すように軸18と同
一直線上に構成されていればよく、あるいは、図4に示
すように軸18に対して垂直に構成されてもよい。
する第1および第2の直線加速度に対応した第1および
第2の電気信号S1およびS2を発生する。この発明の
実施に適した直線加速度計14および16は、低費用の
既製部品として多くの製造業者から商業的に入手可能で
ある。
られ、演算器24が自動車12の回転率を、加速度計1
4および16によって感知され電気信号S1およびS2
ならびに距離Δによって表された第1および第2の直線
加速度所定の関数として演算する。
制御下で作動するマイクロコンピューターであっても、
あるいは、専用のハードウェアユニットであってもよ
い。演算された回転は、入力として四輪ステアリングシ
ステム、アンチロックブレーキシステム、電子変速シス
テム、トラクションコントロールシステム、その他のシ
ステム (図示せず) に与えられる。
軸18を縦軸と平行に、あるいは、26として示した自
動車12の所望の前方方向と平行にし、自動車12のエ
ンジンルーム12a内側に搭載された状態で図示されて
いる。しかしながら、この発明は、これに限定されず、
加速度計14および16と演算器24は、自動車12上
あるいは内部の適当な位置に搭載すればよい。
る簡潔に形成された加速度計14を用いた同一のもので
あるのが好ましい。加速度計14は、慣性質量体14b
をリターンスプリング14cで支えたハウジング14a
を含むものとする。電磁式あるいは他の形式のピックア
ップ14dが質量体14bの隣に固定して搭載されてお
り、質量体14bの関数として信号S1を発生する。
度成分に反応する。
ってハウジング14aが右へ移動する場合 (正の加速)
、質量体14bは静止した状態になろうとするが、ス
プリング14cにより右へ引っ張られ、加速度およびス
プリング14cの硬さに対応した距離だけピックアップ
14dから遅れる。
された場合 (負の加速) 、質量体14bは、元の速度を
維持しようとするが、スプリング14cにより左へ引っ
張られ、加速度およびスプリング14cに対応する距離
だけピックアップ14の前に出る。
ンスプリング14cは、感知素子を構成する。加速度計
14および16が同一のものであり、したがってその感
知素子も同一のものであり、かつ、図3に示すように感
知軸20および22が軸18と同一直線上にあるこの発
明の第1実施例では、自動車12の回転は、角速度の大
きさを|ω|とするとき、
れ信号s1およびs2で表された第1および第2の感知
直線加速度である。
ことにより得られるため、角速度のSIGNあるいは感
知 (回転方向) は不確定となる。このため、演算器24
に回転方向の決定を可能とする入力を供給する目的で磁
気コンパス28あるいは他の装置がエンジンルーム12
a内に搭載される。
はラジアンで伝える磁気コンパス28の出力を周期的に
感知し、最後に感知された値をその前に感知された値と
比較する。回転方向は、最後に感知された値が前に感知
された値に対して時計回りか反時計回りからを演算する
ことにより決定される。
6の感知軸20および22が軸18と垂直であるこの発
明の第2実施例においては、自動車12の回転は、角加
速度がαで示されるとき、 α= (a1−a2) /Δ で表される。
角速度ωが求められることから、角速度ωは、
る関数]あるいは方向を含む。
メトリを図5に示す。
垂直X−Y平面上での動きのみを考慮する。
は、軸あるいは点30の回りを時計回りに回転している
と推定される。加速度計14および16は、点30から
半径R1およびR2に沿って離間されており、これらの
半径は、X軸からそれぞれ角度θ1およびθ2だけ回転
移動されている。
た半径方向の求心力F1R およびF2R に反応して信号
S1およびS2を発生し、これらの力は、それぞれ、F
1R=mRlω2 およびF2R =mR2ω2 のように、
ωと関連しており、ここでmは、加速度計14および1
6それぞれの感知素子の質量体とする。力F1R および
F2R に対応する求心加速度a1R およびa2R は、そ
れぞれ、a1R =Rlω2 およびa2R =R2ω2 であ
る。
「Y」は、それぞれX軸およびY軸に平行な成分を示す
ものとする。
び22は、軸18と同一直線上にあるので、加速度計1
4および16は、それぞれX軸平行な加速度a1R およ
びa2R の直線成分a1=a1RX=−alR cos (θ
1) およびa2=a2RX=−a2R cos (θ2) に対
応する信号S1およびS2を発生する。
る加速度の差は、a1RX−a2RX=−alR cos (θ
1) +a2R cos (θ2) =−ω2 [R1cos (θ
1)−R2cos (θ2) ]=−ω2 (X1−X2) で
あり、ここでX1およびX2は、感知器14および16
のX座標であり、Δ=X1−X2である。
運動とは独立している。図3および図5の構成におい
て、X軸と平行な一方向運動はいずれも、加速度計14
および16が等しい加速度を感知する原因となるが、演
算器24が加速度計14および16の出力信号S1およ
びS2の差を演算するため、これらの加速度は相殺され
る。
び22は、Y軸に垂直であるため、Y軸と平行でない一
方向運動は、加速度計14および16のいずれにも影響
を与えない。X軸およびY軸のいずれにも平行ではない
一方向運動は、演算器24によって減算されるX成分と
加速度計14および16に影響を与えないY成分とに分
解される。
されている。この場合、加速度計14および16が接線
方向の力F1T およびF2T に対応して信号S1および
S2を発生し、これらの力は、軸18の角加速度αにつ
いてそれぞれF1T =mR1αおよびF2T =mR2α
として関係がある。
の加速度a1T およびa2T は、それぞれa1RT =R
1αおよびa2T =R2αである。
び22は、直線軸18に垂直であるので、加速度計14
および16は、X軸と平行な加速度a1T およびa2T
の直線成分a1=a1TY=a1T sin (φ1) =a1
T cos (θ1) およびa2=a2TY=a2T sin
(φ2) =a1T cos (θ2) に対応する信号S1お
よびS2をそれぞれ発生し、ここでφ=90°+θであ
る。
とαR1=a1T およびαR2=α2T という関係を有
している。加速度計14および16の向きがX−Y座標
系に対して、図示されているように規定されていると仮
定すると、加速度計14および16によって感知された
加速度相互の差は、a1TY−a2TY={a1T cos
(θ1) −a2T cos (θ2) }=a[R1cos
(θ1) −R2cos (θ2) ]=α (X1−X2) で
ある。
り得られ、その結果は、以下のような回転のSIGNあ
るいは方向を含むことから、
8の一方向運動とは独立している。図4および図6の構
成においてY軸と平行な一方向運動はいずれも、加速度
計14および16が等しい加速度を感知してしまう原因
となるが、演算器24が加速度計14および16の出力
信号S1およびS2の差を演算するので、これらの等し
い加速度は相殺される。
および16に影響を与えない。加速度計の感知軸20お
よび22がX軸と垂直なためである。X軸およびY軸の
いずれにも平行でない一方向運動は、演算器24によっ
て減算されるY成分と加速度計14および16に影響を
与えないX成分に分解される。
て、加速度計14および16により感知される第1およ
び第2の加速度α1およびα2にしたがって演算器24
により演算される角速度ωは、点30の位置から独立し
ている。このため、軸18の位置は、この発明の範囲に
限定されない。したがって、回転感知器10は、回転軸
および回転半径がつねに変化するような実際の自動車の
走行条件下においても正確な回転率を発生する。
ともに減衰しない出力信号を発生する。これにより、変
化の遅い回転率ならびに変化の速い回転率を連続的かつ
正確に感知することが可能となる。
縦軸あるいは通常の前方方向26と平行なものとして描
かれているが、例えば、軸18は、図7に示すように縦
軸あるいは前方方向に対して垂直であってもよく、ある
いは、図8に示すように直交しなくてもよい。
演算素子は、より正確かつ高速な積分を実行することに
より累乗根を抽出するものである。このため、図3およ
び図5の実施例は、角速度|ω|の大きさを求めるのに
適している。しかしながら、この実施例では、回転のS
IGNあるいは方向を得ることができない。図4および
図6の実施例は、回転の大きさおよび方向を演算するこ
とができるが、角速度ωを得るために角加速度αを積分
する必要があるので大きさの演算における正確さには限
界がある。
わる第3実施例を示しており、二つの基本実施例に与え
られる制約を除去できる例を示している。
あり、かつ、直線軸18に沿って距離Δ1だけ互いに離
間された感知軸46および48を有する第1および第2
の直線加速度計42おおび44を含むものである。
かつ、直線軸18に沿って互いに距離Δ2だけ離間され
た感知軸54および56を有する第3および第4の直線
加速度計50および52をさらに含んだものである。加
速度計42、44、50、52は、直線加速度a1、a
2、a3、a4をそれぞれ感知する。
は、両方とも第1位置に配置され、加速度計44および
52は、両方とも直線軸18に沿って第2位置に配置さ
れており、Δ1=Δ2である。しかしながら、詳しく
は、図示していないが、Δ1=Δ2が成立せず、また加
速度計50および52が軸18と平行であるが同一直線
上に存在しない軸上に配列されている場合であってもこ
の発明の範囲とする。さらに二組の加速度計42、44
および50、52を、互いにあるいは軸18に対して平
行でも垂直でもないそれぞれの軸に沿って位置させても
よい。
は、軸18の角速度の大きさ|ω|を演算する第1演算
素子62を含む演算器60を備えている。第1演算素子
62により求められる角速度の大きさ|ω|は、
を演算する。第2演算素子64により求められる角加速
度αは、 α= (a3−a4) /Δ1 により規定される。
を演算する。第3の演算素子66により求められる角速
度ω´は、
ω´を演算するので、ω´の値は、素子62によって演
算される|ω|の値ほど正確ではない。しかしながら、
ω´は、軸18の回転のSIGNあるいは方向を含むも
のである。
SIGN[極性あるいは符号を規定する関数]を組み合
わせることにより角速度ωの出力値を発生する。
´の方向情報を含んでいる。
に、素子62による|ω|の値を、素子66に付加する
ことによって、ω´の大きさを周期的に更新および修正
することにより、時間とともに累積される積分値の誤差
を補正している。
は、必ず短時間で積分の定数C’をゼロに初期化するよ
うこの発明の範囲内で変更することができる。ただし、
この場合、
くつか示し説明してきたが、当業者ならばこの発明の精
神および範囲を逸脱することなく多くの変更および変形
実施例を達成するであろう。したがってこの発明は、以
上の図示による実施例のみに限定されるものではないと
考える。添付クレームに規定されるこの発明の精神およ
び範囲を逸脱することなく、種々の変更が考慮され、ま
た、なされ得るものである。
明の実施例による回転感知器を示す簡略図である。
略図である。
成を示した図である。
成を示した図である。
た感知器のジオメトリーを示す図である。
た感知器のジオメトリーを示す図である。
の向きにして示す図である。
の向きにして示す図である。
す図である。
に応じて角速度を演算する演算器を示すブロック図であ
る。
計、16…第2加速度計、18…直線軸、20,22…
直線加速度感知軸、24…演算器、40…感知器、42
…第1直線加速度計、44…第2直線加速度計、46,
48…感知軸、50,…加速度計、54,56…感知
軸、60…演算器、62…第1演算素子、64…第2演
算素子、66…第3演算素子、68…第4演算素子。
Claims (15)
- 【請求項1】回転可能な直線軸に沿って所定の距離をお
いて互いに離間され、互いに平行な第1および第2感知
軸をそれぞれ有し、かつ、第1および第2直線加速度を
それぞれ感知する第1および第2加速度計と、 前記直線軸の回転を前記第1および第2直線加速度およ
び前記所定距離の所定の関数として演算する演算器とを
備えた回転感知器。 - 【請求項2】車両に対して固定された回転可能な直線軸
に沿って所定の距離をおいて互いに離間され、互いに平
行な第1および第2感知軸をそれぞれ有し、かつ、第1
および第2直線加速度をそれぞれ感知する第1および第
2加速度計と、 前記直線軸の回転を前記第1および第2直線加速度およ
び前記所定距離の所定の関数として演算する演算器とを
備えた前記車両の回転を感知する感知器。 - 【請求項3】前記車両が縦軸を有し、前記直線軸が前記
縦軸と平行である請求項2記載の感知器。 - 【請求項4】前記第1および第2感知軸が前記直線軸と
同一直線上にある請求項1あるいは2記載の感知器。 - 【請求項5】前記第1および第2直線加速度計が、ほぼ
質量の等しい感知素子を含み、演算器が前記所定関数を
含む角速度がωで示されるとき、 【数1】 ここで、a1は前記第1直線加速を、a2は前記第2直
線加速度を、Δは前記所定距離を、それぞれ表す、によ
り前記回転を演算する請求項4記載の感知器。 - 【請求項6】前記第1および第2感知軸が前記直線軸に
垂直である請求項1または2記載の感知器。 - 【請求項7】前記第1および第2直線加速度計が、ほぼ
質量の等しい感知素子を含み、前記演算器が前記所定関
数を含む角加速度がαで示されるとき、 ω= (a1−a2) /2 ここで、a1は前記第1直線加速を、a2は前記第2直
線加速度を、Δは前記所定距離を、それぞれ表す、によ
り前記回転を演算する請求項6記載の感知器。 - 【請求項8】前記所定関数が、角速度を得るために前記
角加速度の積分をさらに備える請求項1または2記載の
感知器。 - 【請求項9】前記第1および第2直線加速度がそれぞれ
正および負の直線加速度を感知可能である請求項1また
は2記載の感知器。 - 【請求項10】前記直線軸の方向を感知する方向感知器
をさらに備える請求項1または2記載の感知器。 - 【請求項11】前記方向感知器が磁気コンパスを備える
請求項10記載の感知器。 - 【請求項12】回転可能な直線軸に沿って第1所定距離
Δ1だけ互いに離間され、前記直線軸と同一直線上にあ
る第1および第2感知軸を、それぞれ有し、かつ、第1
および第2直線加速度a1およびa2を、それぞれ感知
する第1および第2直線加速度計と、 前記直線軸と平行に第2所定距離Δ2だけ互いに離間さ
れ、前記直線軸に垂直な第3および第4感知軸をそれぞ
れ有し、かつ、第3および第4直線加速度a3およびa
4をそれぞれ感知する第3および第4直線加速度計と、 前記直線軸の角速度の大きさが|ω|で示されるとき、 【数2】 により|ω|を演算する第1演算手段と、 前記直線軸の角加速度がαで示されるとき、 α= (a3−a4) /Δ2 によりαを演算する第2演算手段と、 前記直線軸の角速度がω´で示されるとき、 【数3】 によりω´を演算する第3演算手段と、 前記大きさ|ω|を前記角速度ω’のSIGNと組み合
わせることにより前記直線軸の角速度ωを演算する第4
演算手段とを備える回転感知器。 - 【請求項13】前記第1および第2距離Δ1およびΔ2
が等しく形成されている請求項12記載の感知器。 - 【請求項14】第1および第3加速度計が前記直線軸上
の第1位置に配列され、前記第2および第4加速度計が
前記直線軸上の第2位置に配列されている請求項13記
載の感知器。 - 【請求項15】前記第1、第2、第3および第4加速度
計のそれぞれが正および負の加速度を感知できる請求項
12記載の感知器。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US5214193A | 1993-04-22 | 1993-04-22 | |
US052141 | 1993-04-22 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0772165A true JPH0772165A (ja) | 1995-03-17 |
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Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP6084893A Pending JPH0772165A (ja) | 1993-04-22 | 1994-04-22 | 直線加速度計を使用した回転感知器 |
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