JPH0972802A - 車軸に加わる分力測定用の加速度・角加速度測定装置 - Google Patents
車軸に加わる分力測定用の加速度・角加速度測定装置Info
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- JPH0972802A JPH0972802A JP7230485A JP23048595A JPH0972802A JP H0972802 A JPH0972802 A JP H0972802A JP 7230485 A JP7230485 A JP 7230485A JP 23048595 A JP23048595 A JP 23048595A JP H0972802 A JPH0972802 A JP H0972802A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 車両の車軸あるいはバネ下物体に加わる加速
度および角加速度を確実に、しかも正確に電気的に測定
できる加速度測定装置を提供する。 【解決手段】 車軸１に軸受４を介して回転可能に固定
され、車体に対して回転止めされ、伸長可能に取り付け
られたハウジング９内に、車軸の回転角度を測定するロ
ータリーエンコーダ６と加速度検出器７を設け、前記ロ
ータリーエンコーダ６と加速度検出器７の出力信号を基
に、車軸に加わる加速度と角加速度および速度と角速度
を演算する演算部２０を備えている。
度および角加速度を確実に、しかも正確に電気的に測定
できる加速度測定装置を提供する。 【解決手段】 車軸１に軸受４を介して回転可能に固定
され、車体に対して回転止めされ、伸長可能に取り付け
られたハウジング９内に、車軸の回転角度を測定するロ
ータリーエンコーダ６と加速度検出器７を設け、前記ロ
ータリーエンコーダ６と加速度検出器７の出力信号を基
に、車軸に加わる加速度と角加速度および速度と角速度
を演算する演算部２０を備えている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、車軸に加わる分
力、モーメンを調べるための加速度および角加速度を測
定する装置に関する。
力、モーメンを調べるための加速度および角加速度を測
定する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】車両の車軸に加わる力とモーメント（ト
ルク）を解析することは、車両および車軸自体の機械的
強度だけでなく、乗り心地、操縦性に関して重要な知見
を与える。例えば、乗用車の場合、車軸と車軸を懸架す
る車両本体の運動状態は図１に示すモデルで解析される
ことが普通である。車体本体（通常バネ上物体と称す
る）と、タイヤ、懸架機構を含めた車軸部分（通常バネ
下物体と称する）は通常鉛直方向（ｘ）に対する一次元
モデルで取り扱われる。バネ上物体は質量 m2 と鉛直方
向の位置 x2 で規定され、バネ下物体は質量 m1 と鉛直
方向の位置 x1 で規定される。その場合、両方の物体の
間には減衰係数ζを有する減衰力とバネ係数k1 を有す
るバネ力が働く。更に、バネ下物体には鉛直方向の位置
x0 の路面からバネ係数 k2 で表せるバネ力（タイヤの
弾力）を受ける。つまり、両者に働く力はそれぞれ
ルク）を解析することは、車両および車軸自体の機械的
強度だけでなく、乗り心地、操縦性に関して重要な知見
を与える。例えば、乗用車の場合、車軸と車軸を懸架す
る車両本体の運動状態は図１に示すモデルで解析される
ことが普通である。車体本体（通常バネ上物体と称す
る）と、タイヤ、懸架機構を含めた車軸部分（通常バネ
下物体と称する）は通常鉛直方向（ｘ）に対する一次元
モデルで取り扱われる。バネ上物体は質量 m2 と鉛直方
向の位置 x2 で規定され、バネ下物体は質量 m1 と鉛直
方向の位置 x1 で規定される。その場合、両方の物体の
間には減衰係数ζを有する減衰力とバネ係数k1 を有す
るバネ力が働く。更に、バネ下物体には鉛直方向の位置
x0 の路面からバネ係数 k2 で表せるバネ力（タイヤの
弾力）を受ける。つまり、両者に働く力はそれぞれ
【０００３】
【外１】
【０００４】で表せる（例えば、自動車技術ハンドブッ
ク：社団法人、自動車技術会編、第１巻，第 264 - 268
頁， 1990 年 12 月 1日出版）。これ等の力には特異な
特性がある。例えば、バネ上質量 m2 とバネ係数を可変
すると、バネ上物体の共振振動は大きく変化するが、バ
ネ下物体の共振振動は余り変化しない。更に、バネ下質
量 m1 とバネ係数 k2 を可変すると、バネ下物体の共振
振動は大きく変化するが、バネ上物体の共振振動は余り
変化しない。それ故、バネ下物体とバネ上物体の共振加
速度は別々に考慮できる点にある（自動車技術ハンドブ
ック、同上）。
ク：社団法人、自動車技術会編、第１巻，第 264 - 268
頁， 1990 年 12 月 1日出版）。これ等の力には特異な
特性がある。例えば、バネ上質量 m2 とバネ係数を可変
すると、バネ上物体の共振振動は大きく変化するが、バ
ネ下物体の共振振動は余り変化しない。更に、バネ下質
量 m1 とバネ係数 k2 を可変すると、バネ下物体の共振
振動は大きく変化するが、バネ上物体の共振振動は余り
変化しない。それ故、バネ下物体とバネ上物体の共振加
速度は別々に考慮できる点にある（自動車技術ハンドブ
ック、同上）。
【０００５】乗用車の場合、発進、制動、急激なカーブ
走行、あるいは悪路や縁石乗り上げ時等による車軸系あ
るいはバネ下物体に加わる分力、つまり３直交方向の力
と３直交方向のモーメント（トルク）の解析は大切であ
る。車軸系に加わる分力は、車輪が独立懸架されている
場合とそうでない場合とでは、大きく異なる。自動車に
限らず、種々の条件下での走行車両、例えば列車、トラ
ック等の車軸に加わる分力の解析は極めて大切である。
走行、あるいは悪路や縁石乗り上げ時等による車軸系あ
るいはバネ下物体に加わる分力、つまり３直交方向の力
と３直交方向のモーメント（トルク）の解析は大切であ
る。車軸系に加わる分力は、車輪が独立懸架されている
場合とそうでない場合とでは、大きく異なる。自動車に
限らず、種々の条件下での走行車両、例えば列車、トラ
ック等の車軸に加わる分力の解析は極めて大切である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、車
両の車軸あるいはバネ下物体に加わる加速度および角加
速度を確実に、しかも正確に電気的に測定できる加速度
測定装置を提供することにある。更に、この発明の課題
は車両の車軸あるいはバネ下物体に加わる加速度および
角加速度を確実に、しかも正確に検知できる検出器を提
供することにもある。
両の車軸あるいはバネ下物体に加わる加速度および角加
速度を確実に、しかも正確に電気的に測定できる加速度
測定装置を提供することにある。更に、この発明の課題
は車両の車軸あるいはバネ下物体に加わる加速度および
角加速度を確実に、しかも正確に検知できる検出器を提
供することにもある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の課題は、この発明
により、加速度と角加速度を測定するため検出器本体の
直方体あるいは六方体のブロックに相当する各平面の中
央部の平面の下部にそれぞれ二つの加速度センサＡ1,Ａ
2 ；Ａ1', Ａ2'；Ｂ1,Ｂ2 ；Ｂ1'，Ｂ2'；Ｃ1,Ｃ2 ；Ｃ
1'，Ｃ2'を埋め込み、その場合、前記二つの加速度セン
サの受感方向が当該平面内にあって互いに直交し、ブロ
ックの陵の方向に一致していて、対向する二つの平面内
に埋め込まれている加速度センサを何ずれも前記ブロッ
クの中心点０に対して対称に配置している検出器によっ
て解決されている。
により、加速度と角加速度を測定するため検出器本体の
直方体あるいは六方体のブロックに相当する各平面の中
央部の平面の下部にそれぞれ二つの加速度センサＡ1,Ａ
2 ；Ａ1', Ａ2'；Ｂ1,Ｂ2 ；Ｂ1'，Ｂ2'；Ｃ1,Ｃ2 ；Ｃ
1'，Ｃ2'を埋め込み、その場合、前記二つの加速度セン
サの受感方向が当該平面内にあって互いに直交し、ブロ
ックの陵の方向に一致していて、対向する二つの平面内
に埋め込まれている加速度センサを何ずれも前記ブロッ
クの中心点０に対して対称に配置している検出器によっ
て解決されている。
【０００８】更に、上記の課題は、加速度と角加速度を
測定するため検出器本体中の直方体あるいは六方体のブ
ロックに相当する各平面の中心に各一つの加速度センサ
Ａ1,Ａ1', Ｂ1,Ｂ1'，Ｃ1,Ｃ1'を埋め込み、その場合、
各加速度センサの受感方向が当該平面内にあり、ブロッ
クの陵の方向に一致し、３つの加速度センサの受感方向
が互いに直交するように対称に配置されている検出器に
よって解決されている。
測定するため検出器本体中の直方体あるいは六方体のブ
ロックに相当する各平面の中心に各一つの加速度センサ
Ａ1,Ａ1', Ｂ1,Ｂ1'，Ｃ1,Ｃ1'を埋め込み、その場合、
各加速度センサの受感方向が当該平面内にあり、ブロッ
クの陵の方向に一致し、３つの加速度センサの受感方向
が互いに直交するように対称に配置されている検出器に
よって解決されている。
【０００９】更に、上記の課題は、この発明により、車
軸１に軸受４を介して回転可能に固定され、車体に対し
て回転止めされ、伸長可能に取り付けられたハウジング
９内に車軸の回転角度を測定するロータリーエンコーダ
６と上記検出器７を設け、前記ロータリーエンコーダ６
と上に述べた検出器７の出力信号を基に、車軸１の回転
角度位置に対して車軸１に生じる加速度と角加速度およ
び速度と角速度を算出する演算部２０を備えている加速
度・角加速度測定装置によって解決されている。
軸１に軸受４を介して回転可能に固定され、車体に対し
て回転止めされ、伸長可能に取り付けられたハウジング
９内に車軸の回転角度を測定するロータリーエンコーダ
６と上記検出器７を設け、前記ロータリーエンコーダ６
と上に述べた検出器７の出力信号を基に、車軸１の回転
角度位置に対して車軸１に生じる加速度と角加速度およ
び速度と角速度を算出する演算部２０を備えている加速
度・角加速度測定装置によって解決されている。
【００１０】更に、上記の課題は、この発明により、車
軸１に軸受４を介して回転可能に固定され、車体に対し
て回転止めされ、伸長可能に取り付けられたハウジング
９内に車軸の回転角度を測定するロータリーエンコーダ
６とスリップリング１２を設け、上に述べた検出器７を
前記車軸１に連結し、前記ロータリーエンコーダ６と前
記検出器７の出力信号を基に、車軸１の回転角度位置に
対して車軸１に生じる加速度と角加速度および速度と角
速度を算出する演算部２０を備えている加速度・角加速
度測定装置によって解決されている。
軸１に軸受４を介して回転可能に固定され、車体に対し
て回転止めされ、伸長可能に取り付けられたハウジング
９内に車軸の回転角度を測定するロータリーエンコーダ
６とスリップリング１２を設け、上に述べた検出器７を
前記車軸１に連結し、前記ロータリーエンコーダ６と前
記検出器７の出力信号を基に、車軸１の回転角度位置に
対して車軸１に生じる加速度と角加速度および速度と角
速度を算出する演算部２０を備えている加速度・角加速
度測定装置によって解決されている。
【００１１】この発明による他の有利な構成は、特許請
求の範囲の従属請求項に記載されている。
求の範囲の従属請求項に記載されている。
【００１２】
【発明の実施の形態】この発明による装置では、図２に
示すように、車輪２を含めた車軸１から成る剛体系（以
下車軸系と呼ぶ）に加わる分力を測定する。この車軸系
の質量を m1とする。そして、車軸の軸線に沿って直交
座標系のＹ軸を定め、進行方向をＸ軸、鉛直方向をＺ軸
と定める。車軸系の位置は（X, Y, Z ）で表される。ま
た、各Ｘ，Ｙ，Ｚ軸周りの慣性能率をそれぞれＩX,ＩY,
ＩZ とし、その回転角度をθX,θY,θZ として、車輪２
の回転角度をφとする。
示すように、車輪２を含めた車軸１から成る剛体系（以
下車軸系と呼ぶ）に加わる分力を測定する。この車軸系
の質量を m1とする。そして、車軸の軸線に沿って直交
座標系のＹ軸を定め、進行方向をＸ軸、鉛直方向をＺ軸
と定める。車軸系の位置は（X, Y, Z ）で表される。ま
た、各Ｘ，Ｙ，Ｚ軸周りの慣性能率をそれぞれＩX,ＩY,
ＩZ とし、その回転角度をθX,θY,θZ として、車輪２
の回転角度をφとする。
【００１３】このような状況で、車軸系に加わるＸ，
Ｙ，Ｚ軸方向の力ＦX,ＦY,ＦZ およびＸ，Ｙ，Ｚ軸周り
のモーメントＮX,ＮY,ＮZ を求める。その際、周知のよ
うに、力ＦX,ＦY,ＦZ は対応するＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の加
速度に一致する。つまり、
Ｙ，Ｚ軸方向の力ＦX,ＦY,ＦZ およびＸ，Ｙ，Ｚ軸周り
のモーメントＮX,ＮY,ＮZ を求める。その際、周知のよ
うに、力ＦX,ＦY,ＦZ は対応するＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の加
速度に一致する。つまり、
【００１４】
【外２】
【００１５】である。また、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸周りのモーメ
ントＮX,ＮY,ＮZ は対応するＸ，Ｙ，Ｚ軸周りの角運動
量Ｇの時間微分に一致する。つまり、
ントＮX,ＮY,ＮZ は対応するＸ，Ｙ，Ｚ軸周りの角運動
量Ｇの時間微分に一致する。つまり、
【００１６】
【外３】
【００１７】ここで、下線はベクトル量を表すために使
用する。従ってＮ＝ (ＮX,ＮY,ＮZ )であり、Ｇ＝ (Ｇ
X,ＧY,ＧZ ) であって、ＧX,ＧY,ＧZ はそれぞれＸ，
Ｙ，Ｚ軸周りの角運動量である。図２の配置では、Ｙ軸
周りの角運動量ＧX は、Ｙ軸周りにほぼ回転対称に車軸
系の質量が分布しているとすれば、ＩY d2θY/dt2と表
せる。ここで、ＩY はＹ軸周りの慣性モーメントであ
る。また、Ｚ，Ｘ軸周りの回転運動が比較的小さいとす
れば、回転による車軸系の姿勢に余り大きな変化が生じ
ないので、Ｚ，Ｘ軸周りの慣性モーメントＩZ,ＩX も一
定であると見なせる。従って、式 (2)は式 (1)と同じよ
うな形、
用する。従ってＮ＝ (ＮX,ＮY,ＮZ )であり、Ｇ＝ (Ｇ
X,ＧY,ＧZ ) であって、ＧX,ＧY,ＧZ はそれぞれＸ，
Ｙ，Ｚ軸周りの角運動量である。図２の配置では、Ｙ軸
周りの角運動量ＧX は、Ｙ軸周りにほぼ回転対称に車軸
系の質量が分布しているとすれば、ＩY d2θY/dt2と表
せる。ここで、ＩY はＹ軸周りの慣性モーメントであ
る。また、Ｚ，Ｘ軸周りの回転運動が比較的小さいとす
れば、回転による車軸系の姿勢に余り大きな変化が生じ
ないので、Ｚ，Ｘ軸周りの慣性モーメントＩZ,ＩX も一
定であると見なせる。従って、式 (2)は式 (1)と同じよ
うな形、
【００１８】
【外４】
【００１９】と書き直せる。なお、(1) 式の表現の外
に、加速度を車軸の半径方向（ラジアル方向）の加速度
Ａr とこの方向に垂直な接線方向（タンジェンシャル方
向）の加速度Ａt に分解することができる。つまり、
に、加速度を車軸の半径方向（ラジアル方向）の加速度
Ａr とこの方向に垂直な接線方向（タンジェンシャル方
向）の加速度Ａt に分解することができる。つまり、
【００２０】
【外５】
【００２１】ここで、r2＝ Z2 ＋ X2 とすると、
【００２２】
【外６】
【００２３】あるいは、
【００２４】
【外７】
【００２５】のように表せる。図３b のように、車軸と
共に回転する検出器の配置（座標を X', Y', Z' で表
す）での速度と加速度を図３a のような検出器の配置
（座標を X, Y, Zで表す）の場合の速度と加速度に変換
するには、以下の関係式を使用する。即ち、
共に回転する検出器の配置（座標を X', Y', Z' で表
す）での速度と加速度を図３a のような検出器の配置
（座標を X, Y, Zで表す）の場合の速度と加速度に変換
するには、以下の関係式を使用する。即ち、
【００２６】
【外８】
【００２７】および
【００２８】
【外９】
【００２９】この発明によれば、加速度センサを用いて
分力、即ち力ＦX,ＦY,ＦZ とモーメントＮX,ＮY,ＮZ を
電気的に求めることにある。
分力、即ち力ＦX,ＦY,ＦZ とモーメントＮX,ＮY,ＮZ を
電気的に求めることにある。
【００３０】
【実施例】以下、好適実施例を示す図面に基づき、この
発明をより詳しく説明する。図３はこの発明による２種
の装置の主要構造を示す模式図である。ホィール２およ
びタイヤ２′が連結している車軸１に、試験用のアダプ
ター３と、このアダプター３に連結し、車軸に同一軸線
上に配置された軸受４とを介してこの発明による車軸分
力測定装置の本体のケーシング９が装着されている。こ
のケーシング９は、ＸおよびＺ方向に移動可能（伸長可
能）であってＹ軸周りに回転可能にする支持部材（図示
せず）を支持部８（取付部分のみ暗示的に示す）に連結
して、車体に対して常時一定の姿勢を保つように、車体
に取り付けられている。図３ａのタイプの装置では、ケ
ーシング９内に車軸１の回転角度を測定するロータリー
エンコーダー６と加速度検出器７が装備されていて、回
転伝達棒５を介して車軸１とロータリーエンコーダー６
の目盛円板とが連結している。ロータリーエンコーダー
６の光電出力信号と加速度検出器７の検出信号は図示し
ていない導線、これに接続するコネクター１０と付属す
るケーブルを介して、外部の信号処理回路に接続されて
いる。
発明をより詳しく説明する。図３はこの発明による２種
の装置の主要構造を示す模式図である。ホィール２およ
びタイヤ２′が連結している車軸１に、試験用のアダプ
ター３と、このアダプター３に連結し、車軸に同一軸線
上に配置された軸受４とを介してこの発明による車軸分
力測定装置の本体のケーシング９が装着されている。こ
のケーシング９は、ＸおよびＺ方向に移動可能（伸長可
能）であってＹ軸周りに回転可能にする支持部材（図示
せず）を支持部８（取付部分のみ暗示的に示す）に連結
して、車体に対して常時一定の姿勢を保つように、車体
に取り付けられている。図３ａのタイプの装置では、ケ
ーシング９内に車軸１の回転角度を測定するロータリー
エンコーダー６と加速度検出器７が装備されていて、回
転伝達棒５を介して車軸１とロータリーエンコーダー６
の目盛円板とが連結している。ロータリーエンコーダー
６の光電出力信号と加速度検出器７の検出信号は図示し
ていない導線、これに接続するコネクター１０と付属す
るケーブルを介して、外部の信号処理回路に接続されて
いる。
【００３１】図３ｂの場合には、加速度検出器７が車軸
に直結している場合の構成を示すもので、同じ符号は同
じ機能の部材を示す。この場合、加速度検出器７の信号
は付属する導線を介してスリップリング１２の回転ロー
タに導入され、回転摺動接点を経由してスリップリング
１２の固定端に送られ、最後にコネクター１０と導線１
１を介して外部の信号処理回路に導入されている。
に直結している場合の構成を示すもので、同じ符号は同
じ機能の部材を示す。この場合、加速度検出器７の信号
は付属する導線を介してスリップリング１２の回転ロー
タに導入され、回転摺動接点を経由してスリップリング
１２の固定端に送られ、最後にコネクター１０と導線１
１を介して外部の信号処理回路に導入されている。
【００３２】図３ａの装置では、車軸１の回転を直接入
れない場合の加速度および角加速度を求めることができ
る。これに反して、図３ｂの装置では回転している車軸
の加速度と角加速度を直接求めることができる。図４
は、この発明による分力測定装置の主要部を模式的に示
す。この分力測定装置では、好ましくは金属性の立方体
ブロックの６つの平面の各々に二つの加速度検出器を装
着する。加速度の検出方向は図示のように、両方の加速
度検出器で方向が互いに異なっている。
れない場合の加速度および角加速度を求めることができ
る。これに反して、図３ｂの装置では回転している車軸
の加速度と角加速度を直接求めることができる。図４
は、この発明による分力測定装置の主要部を模式的に示
す。この分力測定装置では、好ましくは金属性の立方体
ブロックの６つの平面の各々に二つの加速度検出器を装
着する。加速度の検出方向は図示のように、両方の加速
度検出器で方向が互いに異なっている。
【００３３】Ｘ軸に直交する平面α内に配置する加速度
センサ（図４ａに示すものではＢ1とＢ2 ）はＹ方向と
Ｚ方向に検出感度を有する。同様に、Ｙ軸に直交する平
面β内に配置する加速度センサ（図４ａに示すものでは
Ｃ1 とＣ2 ）はＺ方向とＸ方向に検出感度を有し、Ｚ軸
に直交する平面γ内に配置する加速度センサ（図４ａに
示すものではＡ1 とＡ2 ）はＸ方向とＹ方向に検出感度
を有する。立方体の対向する各平面α，β，γ内に配置
する加速度センサの符号にはダッシュを付けて区別す
る。検出方向は図示のように右手系で規定し、図４ａに
見えない対向面の検出方向は図示のセンサの方向とは逆
平行になっている。また、一つの平面内の中心に二つの
加速度センサを配置することができないので、図４ａお
よび図４ｂに示すように、両方の加速度センサを互いに
ずらして配置している。図４ｂの図面は４ａの立方体の
中心をＸＹ面に平行に切り出して示したものである。こ
こでは、Ａ1,Ａ2 およびＡ1', Ａ2'は平面の中心を通る
Ｘ方向の直線内で中心Ｏに対称にずらして配置されてい
る。
センサ（図４ａに示すものではＢ1とＢ2 ）はＹ方向と
Ｚ方向に検出感度を有する。同様に、Ｙ軸に直交する平
面β内に配置する加速度センサ（図４ａに示すものでは
Ｃ1 とＣ2 ）はＺ方向とＸ方向に検出感度を有し、Ｚ軸
に直交する平面γ内に配置する加速度センサ（図４ａに
示すものではＡ1 とＡ2 ）はＸ方向とＹ方向に検出感度
を有する。立方体の対向する各平面α，β，γ内に配置
する加速度センサの符号にはダッシュを付けて区別す
る。検出方向は図示のように右手系で規定し、図４ａに
見えない対向面の検出方向は図示のセンサの方向とは逆
平行になっている。また、一つの平面内の中心に二つの
加速度センサを配置することができないので、図４ａお
よび図４ｂに示すように、両方の加速度センサを互いに
ずらして配置している。図４ｂの図面は４ａの立方体の
中心をＸＹ面に平行に切り出して示したものである。こ
こでは、Ａ1,Ａ2 およびＡ1', Ａ2'は平面の中心を通る
Ｘ方向の直線内で中心Ｏに対称にずらして配置されてい
る。
【００３４】Ｂ1,Ｂ2 およびＢ1', Ｂ2'は平面の中心を
通るＹ方向の直線内で中心Ｏに対称にずらして配置され
ている。Ｃ1,Ｃ2 およびＣ1', Ｃ2'は平面の中心を通る
Ｚ方向の直線内で中心Ｏに対称にずらして配置されてい
る。なお、図４b の配置では、受感方向の正負が、紙面
に平行な場合、矢印の向きで、また紙面に垂直な場合、
上向きと下向きに応じて点または×に丸印を付けて示し
てある。
通るＹ方向の直線内で中心Ｏに対称にずらして配置され
ている。Ｃ1,Ｃ2 およびＣ1', Ｃ2'は平面の中心を通る
Ｚ方向の直線内で中心Ｏに対称にずらして配置されてい
る。なお、図４b の配置では、受感方向の正負が、紙面
に平行な場合、矢印の向きで、また紙面に垂直な場合、
上向きと下向きに応じて点または×に丸印を付けて示し
てある。
【００３５】このような加速度センサの配置ではＸ，
Ｙ，Ｚ方向の加速度ＦX,ＦY,ＦZ およびＸ，Ｙ，Ｚ軸周
りの角運動量ＧX,ＧY,ＧZ の時間微分あるいは各Ｘ，
Ｙ，Ｚ軸周りの回転角θX,θY,θZ の時間二回微分（角
加速度）は以下のように表せる。即ち ＦX ∝ Ａ1 ＋Ａ1'＋Ｃ2 ＋Ｃ2' ＦY ∝ Ｂ1 ＋Ｂ1'＋Ａ2 ＋Ａ2' (8) ＦZ ∝ Ｃ1 ＋Ｃ1'＋Ｂ2 ＋Ｂ2' および ＧX ∝ Ｃ1 −Ｃ1'＋Ａ2 −Ａ2' ＧY ∝ Ａ1 −Ａ1'＋Ｂ2 −Ｂ2' (9) ＧZ ∝ Ｂ1 −Ｂ1'＋Ｃ2 −Ｃ2' となる。各力ＦX,ＦY,ＦZ および角運動量ＧX,ＧY,ＧZ
の比例係数は、それぞれ車軸系の質量および対応する軸
の慣性モーメントに比例する値に基づき通常実験的に決
める。
Ｙ，Ｚ方向の加速度ＦX,ＦY,ＦZ およびＸ，Ｙ，Ｚ軸周
りの角運動量ＧX,ＧY,ＧZ の時間微分あるいは各Ｘ，
Ｙ，Ｚ軸周りの回転角θX,θY,θZ の時間二回微分（角
加速度）は以下のように表せる。即ち ＦX ∝ Ａ1 ＋Ａ1'＋Ｃ2 ＋Ｃ2' ＦY ∝ Ｂ1 ＋Ｂ1'＋Ａ2 ＋Ａ2' (8) ＦZ ∝ Ｃ1 ＋Ｃ1'＋Ｂ2 ＋Ｂ2' および ＧX ∝ Ｃ1 −Ｃ1'＋Ａ2 −Ａ2' ＧY ∝ Ａ1 −Ａ1'＋Ｂ2 −Ｂ2' (9) ＧZ ∝ Ｂ1 −Ｂ1'＋Ｃ2 −Ｃ2' となる。各力ＦX,ＦY,ＦZ および角運動量ＧX,ＧY,ＧZ
の比例係数は、それぞれ車軸系の質量および対応する軸
の慣性モーメントに比例する値に基づき通常実験的に決
める。
【００３６】更に、製造上有利で単純な検出素子配置と
して式 (8)と (9)の右辺第３項と第４項に相当する加速
度センサ、つまり下付きの添字２に対応する加速度セン
サを除去した配置も考えられる。即ち、 ＦX ∝ Ａ1 ＋Ａ1' ＦY ∝ Ｂ1 ＋Ｂ1' (10) ＦZ ∝ Ｃ1 ＋Ｃ1' および ＧX ∝ Ｃ1 −Ｃ1' ＧY ∝ Ａ1 −Ａ1' (11) ＧZ ∝ Ｂ1 −Ｂ1' この場合には、加速度センサは図５に示すように、検出
器７の立方体の各面α，γ，βのそれぞれ中心に配置
し、加速度の検出方向は図示のようにする。
して式 (8)と (9)の右辺第３項と第４項に相当する加速
度センサ、つまり下付きの添字２に対応する加速度セン
サを除去した配置も考えられる。即ち、 ＦX ∝ Ａ1 ＋Ａ1' ＦY ∝ Ｂ1 ＋Ｂ1' (10) ＦZ ∝ Ｃ1 ＋Ｃ1' および ＧX ∝ Ｃ1 −Ｃ1' ＧY ∝ Ａ1 −Ａ1' (11) ＧZ ∝ Ｂ1 −Ｂ1' この場合には、加速度センサは図５に示すように、検出
器７の立方体の各面α，γ，βのそれぞれ中心に配置
し、加速度の検出方向は図示のようにする。
【００３７】この発明によれば、分力測定装置は前記加
速度検出器として圧電素子を使用し、これ等の圧電素子
を感圧部である付属する慣性質量部材と共に上で説明し
た配置にして六方体の金属ブロック内に組み込む。そし
て、圧電素子に発生する加速度に比例する電荷を適当な
初段増幅器により電圧値に変換すると同時にインピーダ
ンス変換を行う。この初段増幅器も金属ブロックの内部
に組み込むと極めて有利である。
速度検出器として圧電素子を使用し、これ等の圧電素子
を感圧部である付属する慣性質量部材と共に上で説明し
た配置にして六方体の金属ブロック内に組み込む。そし
て、圧電素子に発生する加速度に比例する電荷を適当な
初段増幅器により電圧値に変換すると同時にインピーダ
ンス変換を行う。この初段増幅器も金属ブロックの内部
に組み込むと極めて有利である。
【００３８】図６には、図４の配置に対応する加速度セ
ンサＡ1,Ａ2,Ａ1', Ａ2', Ｂ1,Ｂ2,Ｂ1', Ｂ2', Ｃ1,Ｃ
2,Ｃ1', Ｃ2'からの出力信号に基づき加速度ＦX,ＦY,Ｆ
Z および角加速度 dＧ/dt を求める回路が示してある。
式 (8)と (9)に従い加速度センサＡ1,Ａ1'にはそれぞれ
加算値および減算値を与える加算回路Ｓ1 と減算回路Ｄ
1 が接続している。その場合、加速度センサＡ1'の出力
端には増幅率を可変できる増幅器Ｆ1 （これに関しては
単に模式的に可変抵抗の記号で暗示的に示してある）が
接続し、この増幅器Ｆ1 の出力端が各加算回路Ｓ1 と減
算回路Ｄ1 が接続している。以下同じように対の加速度
センサＡ2,Ａ2'に付属する加算回路Ｓ2と減算回路Ｄ2
および増幅器Ｆ2 が接続し、このような関係が加速度セ
ンサＣ2,Ｃ2'まで加算回路Ｓ6 と減算回路Ｄ6 および増
幅器Ｆ6 が接続している。可変増幅器Ｆ1 〜Ｆ6 の増幅
率は、加速度を加わっていない場合、対応する減算回路
Ｄ 1 〜Ｄ6 の出力信号が検査点ＴＰ1 〜ＴＰ6 で０とな
るように、調節される。このようにして得られた力ＦX,
ＦY,ＦZ および角運動量の時間微分 dＧ/dt に対応する
アナログ加速度信号Ｓ1 〜Ｓ6 はそれぞれ加算回路Ｈ1
〜Ｈ6 の出力端から得られる。
ンサＡ1,Ａ2,Ａ1', Ａ2', Ｂ1,Ｂ2,Ｂ1', Ｂ2', Ｃ1,Ｃ
2,Ｃ1', Ｃ2'からの出力信号に基づき加速度ＦX,ＦY,Ｆ
Z および角加速度 dＧ/dt を求める回路が示してある。
式 (8)と (9)に従い加速度センサＡ1,Ａ1'にはそれぞれ
加算値および減算値を与える加算回路Ｓ1 と減算回路Ｄ
1 が接続している。その場合、加速度センサＡ1'の出力
端には増幅率を可変できる増幅器Ｆ1 （これに関しては
単に模式的に可変抵抗の記号で暗示的に示してある）が
接続し、この増幅器Ｆ1 の出力端が各加算回路Ｓ1 と減
算回路Ｄ1 が接続している。以下同じように対の加速度
センサＡ2,Ａ2'に付属する加算回路Ｓ2と減算回路Ｄ2
および増幅器Ｆ2 が接続し、このような関係が加速度セ
ンサＣ2,Ｃ2'まで加算回路Ｓ6 と減算回路Ｄ6 および増
幅器Ｆ6 が接続している。可変増幅器Ｆ1 〜Ｆ6 の増幅
率は、加速度を加わっていない場合、対応する減算回路
Ｄ 1 〜Ｄ6 の出力信号が検査点ＴＰ1 〜ＴＰ6 で０とな
るように、調節される。このようにして得られた力ＦX,
ＦY,ＦZ および角運動量の時間微分 dＧ/dt に対応する
アナログ加速度信号Ｓ1 〜Ｓ6 はそれぞれ加算回路Ｈ1
〜Ｈ6 の出力端から得られる。
【００３９】アナログ加速度信号Ｓ1 〜Ｓ6 を演算処理
回路２０に導入して種々演算処理してＸ，Ｙ，Ｚ軸方向
の実際の加速度あるいは力ＦX,ＦY,ＦZ を求めることが
できる。同様にＸ，Ｙ，Ｚ軸周りの実際のモーメント
（トルク）ＮX,ＮY,ＮZ あるいは角運動量の時間微分 d
Ｇ/dt を求めることもできる。更に、これ等の力および
モーメントを時間積分して、車軸系のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向
の移動速度ｖx,ｖy,ｖzおよび角運動量Ｇx,Ｇy,ＧZ を
求めることができる。そして、これ等の全ての力学量は
車軸の回転角度位置φの各々に対して求めることができ
る。
回路２０に導入して種々演算処理してＸ，Ｙ，Ｚ軸方向
の実際の加速度あるいは力ＦX,ＦY,ＦZ を求めることが
できる。同様にＸ，Ｙ，Ｚ軸周りの実際のモーメント
（トルク）ＮX,ＮY,ＮZ あるいは角運動量の時間微分 d
Ｇ/dt を求めることもできる。更に、これ等の力および
モーメントを時間積分して、車軸系のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向
の移動速度ｖx,ｖy,ｖzおよび角運動量Ｇx,Ｇy,ＧZ を
求めることができる。そして、これ等の全ての力学量は
車軸の回転角度位置φの各々に対して求めることができ
る。
【００４０】なお、図５図に相当する加速度センサの配
置では、下付きの添字２に対応する加速度センサが全て
排除されるので、図６に相当する回路は更に単純化され
る。それ故、テストポイントＴＰ2,ＴＰ4,ＴＰ6 は不要
となり、加算回路Ｈ1 〜Ｈ6は不要で、単なる直結導線
となって演算処理回路２０に導入される。更に、ロータ
リーエンコーダ６の出力信号であるＡ相、Ｂ相およびＺ
相信号を波形整形し、可逆計数器２２の計数入力端Ｃに
角度に対応する計数値を導入する。その場合、Ａ相とＢ
相の位相の進み遅れによりアップカウントかダウンカウ
ントかを決定し、ロータリーエンコーダの一回転を知ら
せるＺ信号をその都度可逆計数器のリセット端子Ｒ導入
して計数器をリセットし、新たに回転角度を計数する。
この計数値を適当に符号化処理する回路２３から車軸の
回転角度に相当するデジタル値を前記演算処理回路２０
に導入する。
置では、下付きの添字２に対応する加速度センサが全て
排除されるので、図６に相当する回路は更に単純化され
る。それ故、テストポイントＴＰ2,ＴＰ4,ＴＰ6 は不要
となり、加算回路Ｈ1 〜Ｈ6は不要で、単なる直結導線
となって演算処理回路２０に導入される。更に、ロータ
リーエンコーダ６の出力信号であるＡ相、Ｂ相およびＺ
相信号を波形整形し、可逆計数器２２の計数入力端Ｃに
角度に対応する計数値を導入する。その場合、Ａ相とＢ
相の位相の進み遅れによりアップカウントかダウンカウ
ントかを決定し、ロータリーエンコーダの一回転を知ら
せるＺ信号をその都度可逆計数器のリセット端子Ｒ導入
して計数器をリセットし、新たに回転角度を計数する。
この計数値を適当に符号化処理する回路２３から車軸の
回転角度に相当するデジタル値を前記演算処理回路２０
に導入する。
【００４１】演算処理回路２０の出力信号は、図示する
ように、車軸の位置（X, Y, Z ）と回転角度（θX,θY,
θZ ）の加速度、速度および車軸の実際の回転角度φと
その速度として出力され、利用者の準備する以後の処理
回路（図示せず）により、車軸系の機械的なモデルに基
づき、冒頭に述べた一次元モデルのような適当な仮定あ
るいは実験に基づき導出された力とモーメントの式を用
いて、車軸の動特性を解析することができる。もちろ
ん、出力される加速度、速度、角加速度、角速度は、検
出器の配置（図３a か図３b ）あるいは半径方向と接線
方向に分解することに応じて、上に述べた式 (1)〜 (7)
を使用する。これ等の演算は、マイクロプロセッサ、Ｒ
ＯＭ記憶器、ＲＡＭ記憶器、および適当なインターフェ
ースとバス系で構成されている演算処理回路２０により
実行される。演算処理回路２０の出力信号はアナログ信
号として、および／または所定のビット数のデジタル信
号として出力させることができる。これ等の回路構成は
特に図示することはしないが、それ自体周知の電気設計
技術により容易に実現できる。
ように、車軸の位置（X, Y, Z ）と回転角度（θX,θY,
θZ ）の加速度、速度および車軸の実際の回転角度φと
その速度として出力され、利用者の準備する以後の処理
回路（図示せず）により、車軸系の機械的なモデルに基
づき、冒頭に述べた一次元モデルのような適当な仮定あ
るいは実験に基づき導出された力とモーメントの式を用
いて、車軸の動特性を解析することができる。もちろ
ん、出力される加速度、速度、角加速度、角速度は、検
出器の配置（図３a か図３b ）あるいは半径方向と接線
方向に分解することに応じて、上に述べた式 (1)〜 (7)
を使用する。これ等の演算は、マイクロプロセッサ、Ｒ
ＯＭ記憶器、ＲＡＭ記憶器、および適当なインターフェ
ースとバス系で構成されている演算処理回路２０により
実行される。演算処理回路２０の出力信号はアナログ信
号として、および／または所定のビット数のデジタル信
号として出力させることができる。これ等の回路構成は
特に図示することはしないが、それ自体周知の電気設計
技術により容易に実現できる。
【００４２】更に、上に述べた加速度検出器は六方体の
ブロックに組み込んだが、ブロックの形状は六方体に限
定されるものでなく、長方形であってもよい。更に、そ
れ以外の形状、例えば円形、楕円形状等でもよい。その
場合、圧電素子の配置は上に説明した位置に対応してい
る必要がある。更に、上の説明ではＸ，Ｙ，Ｚ方向の速
度、加速度、および角速度、角加速度に付いて全てを求
めた。しかし、必要であれば、特定の一つまたは二つの
方向の成分のみ（例えばＸ方向の速度と加速度のみ）を
検出するため、対応する加速度センサ（例えば式 (10)
と (11) から判断できるように、Ｂ1,Ｂ1', Ｃ1,Ｃ1')
を適宜排除し、対応する電気回路の加算、減算回路を除
去してもよい。
ブロックに組み込んだが、ブロックの形状は六方体に限
定されるものでなく、長方形であってもよい。更に、そ
れ以外の形状、例えば円形、楕円形状等でもよい。その
場合、圧電素子の配置は上に説明した位置に対応してい
る必要がある。更に、上の説明ではＸ，Ｙ，Ｚ方向の速
度、加速度、および角速度、角加速度に付いて全てを求
めた。しかし、必要であれば、特定の一つまたは二つの
方向の成分のみ（例えばＸ方向の速度と加速度のみ）を
検出するため、対応する加速度センサ（例えば式 (10)
と (11) から判断できるように、Ｂ1,Ｂ1', Ｃ1,Ｃ1')
を適宜排除し、対応する電気回路の加算、減算回路を除
去してもよい。
【００４３】
【発明の効果】以上、説明したように、この発明による
加速度測定装置および加速度検出器を用いると、車両の
車軸あるいはバネ下物体に加わる加速度および角加速度
を確実に、しかも正確に電気的に測定できる
加速度測定装置および加速度検出器を用いると、車両の
車軸あるいはバネ下物体に加わる加速度および角加速度
を確実に、しかも正確に電気的に測定できる
【図１】 乗用車の動的力学特性を解析するための一次
元モデルの模式図である。
元モデルの模式図である。
【図２】 車軸系と検出系の座標を規定する模式図であ
る。
る。
【図３】 分力測定装置を配置した断面図であり、(a)
検出器を車体に固定して配置している場合、(b) 検出器
を車軸に固定している場合。
検出器を車体に固定して配置している場合、(b) 検出器
を車軸に固定している場合。
【図４】 検出ブロックと加速度センサの配置を示す
図、(a) 斜視図、(b)断面図である。
図、(a) 斜視図、(b)断面図である。
【図５】 検出ブロックと加速度センサの他の有利な配
置を示す図である。
置を示す図である。
【図６】 分力測定装置の総合結線図である。
１ 車軸 ２ ホィール ２′ タイヤ ３ アダプター ４ 軸受 ５ 回転伝達棒 ６ ロータリーエンコーダ ７ 加速度検出器 ８ 支持部 ９ ハウジング １０ コネクター １１ ケーブル １２ スリップリング ２０ 演算処理部 ２１ 波形整形回路 ２２ 可逆計数器 ２３ 符号化回路
Claims (7)
- 【請求項１】 加速度と角加速度を測定するため検出器
本体中の直方体あるいは六方体のブロックに相当する各
平面の中央部近傍にそれぞれ二つの加速度センサ（Ａ1,
Ａ2 ；Ａ1', Ａ2'；Ｂ1,Ｂ2 ；Ｂ1'，Ｂ2'；Ｃ1,Ｃ2 ；
Ｃ1'，Ｃ2'）を埋め込み、その場合、前記二つの加速度
センサの受感方向が当該平面内にあって互いに直交し、
ブロックの陵の方向にそれぞれ一致していて、対向する
二つの平面内に埋め込まれている加速度センサが何ずれ
も前記ブロックの中心点（０）に対して対称に配置され
ていることを特徴とする検出器。 - 【請求項２】 加速度と角加速度を測定するため検出器
本体中の直方体あるいは六方体のブロックに相当する各
平面の中心に各一つの加速度センサ（Ａ1,Ａ 1', Ｂ1,Ｂ
1'，Ｃ1,Ｃ1'）を埋め込み、その場合、各加速度センサ
の受感方向が当該平面内にあり、ブロックの陵の方向に
一致し、３つの加速度センサの受感方向が互いに直交す
るように対称に配置されていることを特徴とする検出
器。 - 【請求項３】 前記ブロックの対向する平面内の対応す
る加速度センサの出力信号を加算して加速度を求め、減
算して角加速度を求めていることを特徴とする請求項１
または２に記載の検出器。 - 【請求項４】 前記加速度センサとして圧電素子を使用
し、全ての圧電素子には加速度に応じて生じる圧電電荷
を電圧値に変換し、同時にインピーダンス変換を行うた
めの初段増幅器が接続し、この初段増幅器が前記ブロッ
クに内蔵されていることを特徴とする請求項１〜３の何
ずれか１項に記載の検出器。 - 【請求項５】 測定方向が一方向または二方向である場
合、検出に必要である加速度センサのみが検出器本体に
組み込まれていることを特徴とする請求項１〜４の何ず
れか１項に記載の検出器。 - 【請求項６】 車軸（１）に軸受（４）を介して回転可
能に固定され、車体に対して回転止めされ、伸長可能に
取り付けられたハウジング（９）内に車軸の回転角度を
測定するロータリーエンコーダ（６）と請求項１〜５の
何ずれか１項に規定する検出器（７）を設け、前記ロー
タリーエンコーダ（６）と前記検出器（７）の出力信号
を基に、車軸（１）の回転角度位置に対して車軸（１）
に生じる加速度と角加速度および速度と角速度を算出す
る演算部（２０）を備えていることを特徴とする加速度
・角加速度測定装置。 - 【請求項７】 車軸（１）に軸受（４）を介して回転可
能に固定され、車体に対して回転止めされ、伸長可能に
取り付けられたハウジング（９）内に車軸の回転角度を
測定するロータリーエンコーダ（６）とスリップリング
（１２）を設け、請求項１〜５の何ずれか１項に規定す
る検出器（７）を前記車軸（１）に連結し、前記ロータ
リーエンコーダ（６）と前記検出器（７）の出力信号を
基に、車軸（１）の回転角度位置に対して車軸（１）に
生じる加速度と角加速度および速度と角速度を算出する
演算部（２０）を備えていることを特徴とする加速度・
角加速度測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7230485A JP2738662B2 (ja) | 1995-09-07 | 1995-09-07 | 車軸に加わる分力測定用の加速度・角加速度測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7230485A JP2738662B2 (ja) | 1995-09-07 | 1995-09-07 | 車軸に加わる分力測定用の加速度・角加速度測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0972802A true JPH0972802A (ja) | 1997-03-18 |
| JP2738662B2 JP2738662B2 (ja) | 1998-04-08 |
Family
ID=16908531
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7230485A Expired - Fee Related JP2738662B2 (ja) | 1995-09-07 | 1995-09-07 | 車軸に加わる分力測定用の加速度・角加速度測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2738662B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010064590A (ja) * | 2008-09-10 | 2010-03-25 | Hitachi Cable Ltd | 移動体の運動制御用センサシステムおよび運動制御システム |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005256798A (ja) * | 2004-03-15 | 2005-09-22 | Yokohama Rubber Co Ltd:The | トラクション・コントロール・システム及びそのセンサユニット |
-
1995
- 1995-09-07 JP JP7230485A patent/JP2738662B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010064590A (ja) * | 2008-09-10 | 2010-03-25 | Hitachi Cable Ltd | 移動体の運動制御用センサシステムおよび運動制御システム |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2738662B2 (ja) | 1998-04-08 |
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