JPS61165617A - 傾斜角検知器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 に発明の技術分野】 本発明は、被測定体の加速度の影響を受けないで傾斜角
が測定できる傾斜角検知器に関するものである。

Ｋ従来の技術】 従来より、被測定体の傾斜角を検知する傾斜角検知器と
して、重力の作用による振り子の回動を利用した振り予
成の傾斜角検知器、あるいは、板バネを湾曲させながら
重力により揺動する揺動体を利用した板バネ式の傾斜角
検知器等拭　８　っ　を− しかし、これらの傾斜角検知器は重力を利用していると
いう原理上の制約から、被測定体に加速度が加わると容
易に振り子が揺動し、本来の傾斜角が与えられていない
のに、あたかも傾斜角を検出したように反応してしまい
、正しい傾斜角を検知するためには、被測定体が静由ま
たは等速運動をしている時に限られていた。特に、これ
らの傾斜角検知器を車載用に用いた場合には、事実上、
停止時のみにしか正しい傾斜角を検知せず甚だ不都合な
ものであった。

ここで、加速度に対する揺動体の反応の様子を、以下に
一般的に説明する。

１点で回転自在に指示された振り子（支持点と重心との
距離　）ｑ　、質１ｍ　　、支持点のまわりの慣性モー
メント　Ｉ　）に、回動軸に直角な水平方向に加速度♂
ｘ／ｄｔ２が加わった時の振り子の運動方程式は、 ・・・・・・（１） で表わされる。ここに、θは振り子の回転角、ｑは重力
加速度、λは単位角速度当りの抵抗力トルクである。ま
た、×は支持点の変位を表す。

土＝２ε　　　　　　　　　　　・・・・・・（２）■ ＝９１６　＝ｎ２　　　　　　　　　　　　・・・・・
・（３）■ １　　　　　　　　　　　　　　　・・・・・・（４）
＝１ ｙ−愛θ　　　　　　　　　　・・・・・・（５）とす
れば（１）は、 となる。ｙは相当質点振り子の変位である。

■の加速度ｄ２ｘ／ｄ忙対する影響を調べるために、加
速度として次の２つの場合を例に計算する。

■　Ｘ　＝ＸｍＳ！ｎ　ｌ）　ｊ　　　　（Ｘｍは振幅
）すなわち （撮動加速度）　　・・・・・・（７）（！！ｉ撃加速
度）　　・・・・・・（８）ここに、 ここで、ｐは撮動加速度の角振動数、ΔＶは速度変化量
、τはΔ■の速度変化をする微少時間、Ｕ　（ｔ　）は
ステップ関数である。

（７）および（８）によるグラフを第９図および第１０
図に示す。

■の場合、 （７）を（６）にいれて解き、かつ（３）、（４）、（
５）を用いて、ｙをθに変換すると、ここに、δは外部
振動に対する位相差を表し、これから、外部の振動加速
度振幅１　Ｇ　（９８０ｃｎ＋／５ｅｃ２）当りの最大
振幅尻は、ｄｅｇ単位で、となる、、（πは円周率） ■の場合、 （８）を（６）に入れて解き、かつ（３）、（４）、（
５）を用いて、ｙをθに変換、さらにｄｅｇ単位にする
と、撮り子の回転角θは、・・・・・・（１３） ・・・・・・（１４） α＝−ε十Ｆ丁７　　、　β＝−ε−ｒｒ二「また、ｔ
くτ　では、Ｄ（ｔ−τ）−〇・・・・・・　（１６） である。ｎは振り子の角振動数を表し、振動数ｆｉｎ（
Ｈｚ）とは、 ｎ＝２πｆｉｎ　　　　　　　　　　・・・・・・（１
７）また、ｐは外部加速度の角振動数で、その振動数ｒ
ｏｕｔとは、 Ｊ）＝２πｒｏｕｔ　　　　　　　　　　・・・・・・
（１８）なる関係がある。また、εはダンパの強さを表
し、減衰定数りを用いて ε＝ｎｈ　　　　　　　　　　　　・・・・・・（１つ
）と書くことにする。

従来の傾斜角検知器の例を第１１図と第１２図に示す。

第１１図において、１は非磁性導電体たとえばアルミ等
の金属で出来た振り子、１ａはスリット穴、１ｂは図示
せぬ筐体に固定された図示せぬ軸受けによって支持され
る振り子１の回動軸、６はダンパ用の磁石、３は発光素
子、４は受光素子である。発光素子３から出た光は、撮
り子１のスリット１ａを通過の後、受光素子４上に光彩
を照するが、筐体の傾斜により振り子１が傾くと、受光
素子４上の光彩の位置が変化する。このため、傾斜角に
応じた電気信号が受光素子４から出力される。一方、振
り子１が回動すると磁石６により振り子１上に渦電流が
発生し、この渦電流と磁石６の磁場との相互作用により
、振り子１に制動力が与えられ、ダンパとしての働きが
生ずることになる。振り子１は、通常、扇形あるいは、
これに類する形を成し、回動軸１ｂは振り子１の上部に
位置するため、その固有振動数は概ね３〜１０Ｈ２程度
のものである。　第１２図において、５は板バネ、６は
板バネと一体をなす磁石、７は磁気抵抗素子等の磁電変
換素子である。板バネ６の上端は、図示せぬ筐体の一部
１８に固定されている。また、これらの部品は、図示せ
ぬ容器内に満たされたシリコーンオイル等の液体の中に
全体あるいは一部が浸漬されており、ダンパを形成して
いる。筐体の傾斜により、磁石６の重さのために板バネ
５が曲り、磁気抵抗素子７との相対位置が変化する。こ
のために、傾斜に応じた電気信号が出力されることにな
る。この場合の板バネ５による揺動体の固有振動数は、
通常、５〜１０数Ｈｚに達する。

以上の様な従来例に見られる揺動体は、その構造上、固
有振動数が数Ｈ７ｊＸ上の高いもので、これらは、加速
度に対し、容易に反応してしまう。

この様子を（１２）および（１３）式によって表すと第
１３図、第１４図の様になる。但し、計算に当っては、
ｒｉｎ＝３１−ＩＺ　、　ｈ　＝３とした。

振り子の振動数ｆｉｎについては従来例の中で最も低い
もの、また、減衰定数りについては従来例としては最も
大きいものを採用した。また、衝撃加速度については、
通常の車の走行状態を想定し、ΔＶ＝０．６　ｍ／ｓｅ
ｃ　、　　ｒ＝０．２ｓｅｃ（０，３Ｇ）とした。

第１３図において、横軸は外部から与える振動加速度の
ｊ辰動数、縦軸は揺動体の振れ角を表す。

図は、外部振動の加速度が振幅１Ｇで与えられたとき、
従来例の固有振動数３）−１２の揺動体の撮れ角で数Ｈ
ｚ以下の外部撮動に対し１０〜数１０ｄｅｏの振れを示
している。

また、第１４図において、横軸は時間、縦軸は揺動体の
撮れ角を表す。急激な加速度に対し、揺動体が大きく振
れていることを示している。

この様に、第１３図、第１４図によると、従来例の揺動
体は加速度に対し容易に反応していることがわかる。

そこで、これらの不具合点を解決すべく、従来より、加
速度の影響を受けない傾斜計が考案されている。（例え
ば実用新案公開５６−１３４６１４゜特許公開５８−１
３１５１０） 第１５図は実用新案公開５６−１３４６１４による傾斜
計のブロック図を示す。図において、８は傾斜角検知器
、９は水平方向加速度検知器、１０は加速度−角度変換
回路、１１は減算回路である。傾斜角検知器８から出力
される信号は、傾斜角信書と水平方向加速度信書が胛在
したものであり、この信号から水平方向加速度検出器９
の信号を減算回路１１で減算することにより真の傾斜角
信号を得ている。

また、第１６図は、特許公開５８−１３１５１０による
傾斜計のブロック図を示す。第１６図において、１２お
よび１３は加速度検出器で、それぞれ斜面に平行な加速
度と垂直な加速度を検知する。これら２つの検知器から
得られる信号は両者とも重力加速度すなわち傾斜信号と
このシステムを載せた被測定体の加速度の信号の両方を
含んだもので、２つの信号から得られる連立方程式をＡ
／Ｄ変換器１４でＡ／Ｄ変換の後、演算器１５で解くこ
とにより斜面の傾斜角を針幹している。

しかしながら、この様な傾斜計によると、傾斜角検知器
ないしは加速度検知器が２つ必要なこと、２つの信号を
演算するための演樟器が必要なこと等、システムとして
大型となり、コストも極めて高いという欠点を有するも
のである。

に発明の目的および主たる構成】 本発明は、この様な点に鑑みてなされたもので、加速度
に対し容易に反応しない傾斜角検知器を極めて簡単な構
成で提供するものである。

すなわち、傾斜角検知器の揺動体の固有振動数を１Ｈｚ
以下の低いものとすることにより、通常の車載時におけ
る加速度の影響を受けなくすることが可能となる。

以下に、その作用について説明する。

（１２）および（１３）式によると、振り子の振動数ｆ
ｉｎすなわちｎが小さい程振り子の回動角は小さいこと
がわかる。この様子を従来例と同じ条件で計算したグラ
フにして第７図および第８図に示す。比較のため従来例
を破線で併記した。

第７図において、横軸は外部から与える振動加速度の振
動数、縦軸は揺動体の振れ角を表す。

本発明による揺動体（０，５Ｈ２および１Ｈｚのもの）
は、併記した従来例に比較し、振れ角が激減しているこ
とがわかる。

また、第８図において、横軸は時間、縦軸は揺動体の振
れ角を表す。本発明による揺動体は、併記した従来例に
比較し、第７図と同様に撮れ角が非常に少いことがわか
る。

このように、第７図、第８図によると、本発明によれば
、実用上、加速度に対し反応しない傾斜角検知器を提供
することができる。

Ｋ具体的実施例】 以下、本発明に係る傾斜角検知器を説明する。

第１図は本発明の第１実施例を示す側面部分断面図であ
る。図において、１は非磁性導電体たとえばアルミ等の
金属でできた振り子、１ａは振り子１に穿設されたスリ
ット穴、１ｂは回動軸、２はダンパ用磁石、３は発光素
子、４は受光素子、１６は軸受け、１７は筐体である。

また、第２図は、第１図の振り子１のみの正面図である
。振り子１を除く各部品の構成、１幾能は第１１図と同
様であるので、説明は省略するが、本発明に係る振り子
１について詳細に説明する。

本実施例の振り子１は、回動軸１ｂをはさみ上下に２つ
の扇形部を持ち、上側の扇形部のモーメントは下側の扇
形部のモーメントより若干小さくなっている。このため
、振り子１全体のモーメントすなわち上述の２つのモー
メントの差は小さく、振り子１の重心は下側扇形部の上
部にあって回動軸１ｂに近接している。一方、振り子１
の慣性モーメントは扇形部が２つあるため大きくなって
いる。この様に構成された振り子１の固有振動数ｆ（Ｈ
ｚ）は、下側の扇形部のモーメントをＭｌ、慣性モーメ
ントを１１　　、上側扇形部のそれらを、それぞれＭ２
．　　ｈ　　とすれば、 となる。すなわち、Ｍｌ　　、　Ｍｚ　　、　　Ｉ＋　
　、　　ｂ　　を適当な値とすることにより、１Ｈｚ以
下の固有振動数をもつ振り子を小型に構成することかで
舟ス　笛’Ｉ　１Ｐ　Ｌ−平１ト朱址外仔古飽小仁ｈヱ
ｌ−おいては、上側の扇形部がないため、低い振動数を
もつ振り子を作ることが極めて困難であり。

事実上、不可能であることは（２０）式から明らかであ
る。例えば、従来例すなわちＭｌ　　＝０゜１２　＝Ｏ
において、ＩＨｚの振り子を作成すると数１ｏｃａ＋〜
１＋＋＋の大きさになってしまう。

第３図は、本発明の第２実施例の振り子を示す側面図、
第４図は第３図の振り子の正面図を示している。本実施
例では、第２図における上側扇形部の代りに重り１Ｃを
付加したもので、重り１Ｃの機能はモーメントＭｚ　、
慣性モーメントＩ２　　を構成することにある。

また、第５図は本発明の第３実施例の撮り子を示す側面
図、第６図は第５図の正面図である。

振り子１は、板バネ５により支持され、板バネ５の上端
は図示せぬ筐体の一部１８に固定されている。

以上、第１図〜第６図に示した実施例においては、振り
子１に全てスリット穴１ａを設け、発光素子３と受光素
子４による光変換方式による揺動量変換手段を用いたが
、他の変換手段たとえば磁気抵抗素子、ホール素子等の
磁気的手段、歪みゲージ等のカー電気変換手段を用いて
も良い。また、ダンパとして、磁石による磁気ダンパを
用いたが、他のダンパたとえばオイル等の液体ダンパを
用いても良い。

Ｋ発明の効果】 以上説明したように、本発明による傾斜角検知器は、１
Ｈｚ以下の揺動体によって構成されるため、被測定体の
加速度に対し、事実上、反応せず、正しい傾斜角を検知
できるという優れた性能を有するとともに、構造が極め
て簡単なため、安圃に製造できるという特徴をもつもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す側面部分断面図、第
２図は本発明の第１実施例の振り子を示ず正面図、第３
図は本発明の第２実施例の振り子を示す側面図、第４図
は本発明の第２実施例の撮り子を示す正面図、第５図は
本発明の第３実施例の振り子を示す側面図、第６図は本
発明の第３実施例の振り子を示す正面図、第７図は本発
明の外部振動加速度に対する反応を示すグラフ、第８図
は本発明の外部衝撃加速度に対する反応を示ずグ盪フ、
第９図は外部から与えられる振動加速度をメ′すグラフ
、第１０図は外部から与えられる衝撃加速度を示すグラ
フ、第１１図は従来例を承り斜視図、第１２図は他の従
来例を示す概略側面図、第１３図は従来例の外部振動加
速度に対する反応を示すグラフ、第１４図は従来例の外
部′ｆＴ撃加速度に対する反応を示すグラフ、第１５図
は従来例（加速度不感型）を示すブロック図、第１６図
は他の従来例（加速度不感型）を示すブロック図である
。 特許出願人　　ジエコー株式会社 第１図 第２図 第３図　　　　　第４図 椿昏！＋８廊人　ジ、コー株式会社 第９図　　　　　　笥１０図 第１１図 ′Ｍ１２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　１Ｈｚ以下の固有振動数をもつ揺動体と、該揺動体の
   揺動量を電気信号に変換する揺動量変換手段とを備えた
   ことを特徴とする傾斜角検知器。