PL219996B1 - Method of identification of the collision velocity, mass and kinetic energy of an object striking the obstacle, and the device for identification of the collission velocity, mass and kinetic energy of the object striking the obstacle - Google Patents
Method of identification of the collision velocity, mass and kinetic energy of an object striking the obstacle, and the device for identification of the collission velocity, mass and kinetic energy of the object striking the obstacleInfo
- Publication number
- PL219996B1 PL219996B1 PL390194A PL39019410A PL219996B1 PL 219996 B1 PL219996 B1 PL 219996B1 PL 390194 A PL390194 A PL 390194A PL 39019410 A PL39019410 A PL 39019410A PL 219996 B1 PL219996 B1 PL 219996B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- force
- obstacle
- mass
- course
- acceleration
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Description
Opis wynalazkuDescription of the invention
Przedmiotem wynalazku jest sposób identyfikacji prędkości zderzenia, masy oraz energii kinetycznej obiektu uderzającego w przeszkodę i urządzenie do identyfikacji prędkości zderzenia, masy oraz energii kinetycznej obiektu uderzającego w przeszkodę.The subject of the invention is a method for identifying the collision speed, mass and kinetic energy of an object hitting an obstacle and a device for identifying the collision speed, mass and kinetic energy of an object hitting an obstacle.
Znane jest z amerykańskiego opisu patentowego nr US 6275755, sposób i urządzenie do identyfikacji intensywności uderzenia, składające się z przyspieszeniomierza, układu przetwarzającego sygnał z przyspieszeniomierza i wyznaczającego intensywność uderzenia według ustalonych w opisie reguł oraz z układu sterowania. Układ identyfikacji intensywności uderzenia, w oparciu o analizę sygnału z przyspieszeniomierza, wysyła sygnał sterujący zewnętrznym urządzeniem. Intensywność uderzenia określana jest przez układ identyfikacji na podstawie porównania sygnału określającego wartość przyspieszenia z ustaloną z góry wartością progową, której przekroczenie uruchamia procedurę wyznaczania przebytej drogi oraz osiągniętych gradientów przyspieszeń. Ponadto wyznaczany jest czas narastania sygnału, od niezmiernej w czasie wartości początkowej do ustalonej z góry wartości progowej oraz rejestrowana jest liczba lokalnych maksimów w przebiegu przyspieszenia, po pierwszym przekroczeniu wartości progowej.From US Patent No. 6,275,755, a method and a device for the identification of the intensity of an impact is known, consisting of an accelerometer, a system processing the signal from the accelerometer and determining the intensity of the impact according to the rules set out in the description, and a control system. The impact intensity identification system sends a signal controlling the external device based on the analysis of the accelerometer signal. The impact intensity is determined by the identification system on the basis of a comparison of the signal determining the acceleration value with a predetermined threshold value, the exceeding of which triggers the procedure for determining the distance traveled and the acceleration gradients achieved. In addition, a signal rise time from the time-immersive initial value to a predetermined threshold value is determined, and the number of local peaks in the acceleration waveform after the threshold value is first exceeded is recorded.
Sposób według wynalazku polega na tym, że przeszkodę wyposaża się w podatny element zmieniający geometrię pod wpływem uderzenia w niego obiektu, na którym to elemencie umieszcza się czujnik siły i czujnik rejestrujący przyspieszenie. Sztywność podatnego elementu dobiera się tak, aby w początkowej fazie uderzenia uzyskać lokalne ekstrema w zależnym od czasu przebiegu siły oddziaływania na przeszkodę uderzającego w nią obiektu, a poza tym, aby wartość tej siły była większa od zera w całym przedziale czasu, w którym dokonuje się pomiaru siły. Warunek dodatniej wartości mierzonej siły kontaktowej zapewnia brak odbić uderzającego obiektu od podatnego elementu przeszkody, co jest korzystne z punktu widzenia minimalizacji czasu procesu identyfikacji masy oraz energii kinetycznej.The method according to the invention consists in providing the obstacle with a flexible element that changes geometry due to the impact of the object on it, on which element a force sensor and a sensor recording acceleration are placed. The stiffness of the flexible element is selected so that in the initial phase of the impact local extremes are obtained in the time-dependent course of the force acting on the obstacle of the object hitting it, and that the value of this force is greater than zero in the entire time interval in which the force measurement. The condition of the positive value of the measured contact force ensures that the striking object does not reflect from the compliant obstacle element, which is advantageous from the point of view of minimizing the time of the mass identification process and kinetic energy.
Powstały na skutek oddziaływania uderzającego obiektu z podatnym elementem, sygnał z czujnika siły, całkuje się w przedziale czasu od pierwszego lokalnego maksimum w przebiegu siły do drugiego lokalnego ekstremum w tym przebiegu, występującego w sytuacji, gdy uderzający w przeszkodę obiekt jest z nią złączony.The signal from the force sensor resulting from the interaction of the hitting object with the susceptible element integrates over the time interval from the first local maximum in the force course to the second local extreme in this course, occurring when the object hitting an obstacle is connected to it.
Jednocześnie rejestruje się za pomocą czujnika przyspieszenie fragmentu podatnego elementu przeszkody stykającego się z uderzającym obiektem w czasie jego hamowania i dokonuje się całkowania sygnału z czujnika przyspieszenia, w tym samym przedziale czasu jak w przypadku całkowania sygnału z czujnika siły, które jest wykonywane między ekstremami przebiegu siły, a następnie poprzez podzielenie rezultatu otrzymanego z całkowania siły przez otrzymaną z całkowania przyspieszenia zmianę prędkości, wyznacza się masę uderzającego obiektu.At the same time, using the sensor, the acceleration of the flexible part of the obstacle element in contact with the striking object during its braking is recorded and the signal from the acceleration sensor is integrated in the same time interval as in the case of the integration of the signal from the force sensor, which is performed between the extremes of the force course , and then by dividing the result obtained from integrating the force by the velocity change obtained from integrating the acceleration, the mass of the hitting object is determined.
Równolegle z wyznaczeniem masy obiektu określa się jego prędkość, poprzez całkowanie przebiegu wartości przyspieszenia podatnego elementu, w przedziale czasu od chwili zetknięcia się uderzającego obiektu z podatnym elementem do chwili zerowania się pierwszej pochodnej przebiegu siły względem czasu, tej samej, w której zakończono całkowanie przebiegu siły.Simultaneously with the determination of the mass of the object, its velocity is determined by integrating the course of the acceleration value of the flexible element, in the time interval from the moment the impacting object contacts the susceptible element until the first derivative of the force course resets with respect to time, the same in which the integration of the force course was completed .
Następnie podnosi się do kwadratu otrzymaną prędkość obiektu, mnoży ją przez wartość wyznaczonej masy i dzieli rezultat tego działania przez dwa, uzyskując wartość energii kinetycznej tego obiektu.Then the obtained speed of the object is squared, multiplied by the value of the determined mass and the result of this action divided by two, obtaining the value of the kinetic energy of this object.
Sztywność podatnego elementu przeszkody dobiera się tak, aby w pierwszej fazie uderzenia wystąpiły lokalne ekstrema w przebiegu siły zależnym od czasu oraz aby maksymalna wartość siły osiągana w pierwszym lokalnym maksimum jej przebiegu, była mniejsza od wartości siły, otrzymanej w wyniku podzielenia wartości rozpraszanej w procesie hamowania uderzającego w przeszkodę obiektu energii kinetycznej, przez maksymalną wartość ugięcia podatnego elementu przeszkody. Poza tym w przypadku braku kontaktu między obiektem uderzającym a przeszkodą, stwierdzonego na podstawie zerowania się wartości siły, występującego w momencie osiągnięcia pierwszego lokalnego minimum, całkowania przebiegów siły i przyśpieszenia są kontynuowane do kolejnego lokalnego maksimum w przebiegu siły.The stiffness of the flexible element of the obstacle is selected so that in the first phase of the impact there are local extremes in the time-dependent force curve and that the maximum value of the force achieved in the first local maximum of its course is lower than the force value obtained by dividing the value dissipated in the braking process of the kinetic energy object hitting the obstacle, by the maximum deflection value of the flexible element of the obstacle. Moreover, in the case of lack of contact between the impactor and the obstacle, determined on the basis of the reset of the force values, occurring at the moment of reaching the first local minimum, the integration of the force and acceleration waveforms continue to the next local maximum in the force waveform.
Sposób według wynalazku pozwala na identyfikację energii uderzenia przy najkrótszym możliwym do uzyskania czasie działania, przy czym dla realizacji sposobu nie jest wymagana instalacja czujników na uderzającym w przeszkodę obiekcie, którego prędkość i masa są identyfikowane. Opisana metoda nie wymaga użycia czujników prędkości, zaś zastosowanie podatnego elementu jakoThe method according to the invention makes it possible to identify the impact energy with the shortest possible operating time, and the implementation of the method does not require the installation of sensors on the object hitting an obstacle, the speed and mass of which are identified. The described method does not require the use of speed sensors, and the use of a flexible element as
PL 219 996 B1 sondy pomiarowej pozwala na zintegrowanie układu identyfikacji z układem rozpraszania energii kinetycznej uderzenia.The method of the measurement probe allows for the integration of the identification system with the system for dissipating the kinetic energy of the impact.
Przedmiotem wynalazku jest także urządzenie do identyfikacji prędkości zderzenia, masy oraz energii kinetycznej uderzającego w przeszkodę obiektu. Według wynalazku przeszkoda jest wyposażona w podatny element, pośredniczący w zderzeniu, na którym umieszczony jest czujnik siły i czujnik przyspieszenia. Czujnik siły jest połączony z układem wykrywania lokalnych ekstremów w przebiegu siły oraz detekcji zetknięcia się obiektu z podatnym elementem przeszkody. Wykrycie chwili zetknięcia się obiektu z podatnym elementem przeszkody przez moduł wykrywania lokalnych ekstremów, następuje po przekroczeniu ustalonej uprzednio wartości progowej. Wyjścia tego modułu są połączone z wejściami sterującymi działaniem układów całkujących. Pierwszy z nich wyznacza zmiany prędkości poprzez całkowanie przebiegu przyśpieszenia. Drugi układ wyznacza impuls siły poprzez całkowanie przebiegu siły. Wyjścia układów całkujących są połączone z wejściami układu dzielącego, zaś układ całkujący, wyznaczający wartość impulsu siły, posiada drugie wejście połączone z wyjściem czujnika siły. Układ całkujący przebieg przyspieszenia posiada wejście, które jest połączone z wyjściem czujnika przyspieszenia.The subject of the invention is also a device for identifying the collision speed, mass and kinetic energy of an object hitting an obstacle. According to the invention, the obstacle is provided with a compliant crash-mediating element on which a force sensor and an acceleration sensor are arranged. The force sensor is connected with the local extremes detection system in the course of force and the detection of the contact of an object with a susceptible element of an obstacle. The detection of the moment of contact of an object with a susceptible element of an obstacle by the local extremes detection module takes place after exceeding a predetermined threshold value. The outputs of this module are connected to the inputs that control the operation of the integrators. The first of them determines the speed changes by integrating the acceleration waveform. The second system determines the force impulse by integrating the force course. The outputs of the integrators are connected to the inputs of the divider, and the integrator, which determines the value of the force pulse, has a second input connected to the output of the force sensor. The acceleration waveform integrator has an input that is connected to the acceleration sensor output.
Układ całkujący przebieg przyspieszenia posiada wyjście połączone z modułem wyznaczającym energię kinetyczną, posiadającym również wejście połączone z wyjściem układu dzielącego.The acceleration wave integrator has an output connected to a kinetic energy determining module that also has an input connected to the output of the divider.
Przedmiot wynalazku jest dodatkowo wyjaśniony w przykładzie wykonania zilustrowanym na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia schematycznie uderzający obiekt oraz przeszkodę wyposażoną w element podatny, Fig. 2 przedstawia schemat układu wyznaczającego energię kinetyczną uderzającego obiektu, a Fig. 3 przykładowy przebieg siły hamowania.The subject of the invention is further explained in the embodiment illustrated in the drawing, in which Fig. 1 schematically shows an impacting object and an obstacle provided with a flexible element, Fig. 2 shows a diagram of a system determining the kinetic energy of an impacting object, and Fig. 3 shows an exemplary course of the braking force.
P r z y k ł a d.P r z k ł a d.
Zbliżający się do nieruchomej przeszkody P, obiekt UO, o nieznanej masie i prędkości, uderza w zderzak Z, osadzony suwliwie w absorberze DEU elementu T, który wyposażony jest w czujnik siły F i czujnik przyspieszenia ap. Sztywność zderzaka Z elementu T, osadzonego podatnie na przeszkodzie P została tak dobrana, aby w pierwszej fazie uderzenia wystąpiły lokalne ekstrema w przebiegu siły, a w procesie hamowania nie występował brak kontaktu uderzającego obiektu UO ze zderzakiem Z. Fig. 3 przedstawia wykres przebiegu siły dla omawianego przykładu. W momencie zetknięcia się obiektu UO ze zderzakiem Z elementu T przeszkody P następuje rozpoznanie przez moduł S, wykrywający w sygnale czujnika siły F wzrost jej wartości powyżej poziomu ustalonej z góry wartości progowej. Przebieg siły hamowania zostaje scałkowany w przedziale czasu od pierwszego lokalnego maksimum do następującego po nim lokalnego minimum w tym przebiegu. Zarejestrowany sygnał z czujnika przyspieszenia ap mierzącego przyspieszenie elementu T, którego zderzak Z jest w styku z uderzającym obiektem UO w czasie hamowania tego obiektu, jest ponadto całkowany, w tym samym przedziale czasu, w jakim dokonuje się całkowania przebiegu siły.Approaching a stationary obstacle P, the object UO, of unknown mass and speed, hits the bumper Z, which is slidably seated in the DEU absorber of the T element, which is equipped with a force sensor F and acceleration sensor ap. The stiffness of the T bumper, mounted susceptibly on the obstacle P, was selected in such a way that in the first phase of the impact, local extremes in the course of the force occurred, and in the braking process there was no contact between the hitting object UO and the Z bumper. Fig. 3 shows a diagram of the force course for the discussed example. At the moment when the object UO comes into contact with the stop Z of the element T, the obstacle P is recognized by the module S, which detects in the signal of the force sensor F an increase in its value above the level of the predetermined threshold value. The course of the braking force is integrated over the time interval from the first local maximum to the following local minimum in that trace. The recorded signal from the acceleration sensor ap measuring the acceleration of the element T, the stopper Z of which is in contact with the striking object UO during the braking of this object, is also integrated in the same time interval in which the integration of the force course is performed.
Masę obiektu UO wyznaczono poprzez podzielenie impulsu siły, będącego wynikiem całkowania siły przez wynik całkowania przyspieszenia, równy zmianie prędkości obiektu UO, jaka nastąpiła w przedziale czasu, na którym wykonano całkowania. Jednocześnie z wyznaczeniem masy obiektu UO wyznaczono jego prędkość, całkując przebieg wartości przyspieszenia elementu T przeszkody P w przedziale czasu od chwili zetknięcia się obiektu UO ze zderzakiem Z, do chwili zerowania się pierwszej pochodnej przebiegu siły względem czasu - do tej samej chwili, w której zakończono całkowanie przebiegu siły.The mass of the object UO was determined by dividing the impulse of force resulting from the integration of the force by the result of the acceleration integration, equal to the change of the object velocity UO, which occurred in the time interval during which the integrations were performed. Simultaneously with the determination of the mass of the object UO, its velocity was determined by integrating the course of the acceleration value of the element T of the obstacle P in the time interval from the moment the object UO touched the bumper Z, until the first derivative of the force course resets with respect to time - to the same moment in which it was completed integrating the force course.
Podnosząc otrzymaną prędkość obiektu UO do drugiej potęgi, mnożąc wynik tego działania przez jego masę i dzieląc przez dwa, uzyskano w rezultacie wartość energii kinetycznej obiektu UO.By increasing the obtained object speed UO to the second power, multiplying the result of this action by its mass and dividing by two, the result obtained was the value of the kinetic energy of the object UO.
Jak pokazano na rysunku Fig. 1, na przeszkodzie P jest absorber DEU, w którym osadzony jest suwliwie w sposób podatny element T ze zderzakiem Z, mający możliwość przemieszczania się wzdłuż kierunku ruchu obiektu UO uderzającego w przeszkodę P. Na elemencie T umieszczony jest czujnik siły F i czujnik przyspieszenia ap. Zgodnie z rysunkiem Fig. 2 wyjście z czujnika siły F jest połączone z modułem S, wykrywającym w przebiegu siły przekroczenie ustalonej z góry wartości progowej oraz lokalne ekstrema, zaś wyjścia modułu S są połączone z wejściem układu całkującego UCa i wejściem układu całkującego UCF, których wyjścia są połączone z wejściami układu dzielącego DZ. Wejście układu całkującego UCF jest połączone z czujnikiem siły F, natomiast wejście układu całkującego UCa jest połączone z wyjściem czujnika przyspieszenia ap. Układ całkujący przebieg przyspieszenia UCa posiada wyjście połączone z wejściem modułu Ek, którego drugie wejście jest połączone z wyjściem układu dzielącego DZ. Moduł Ek do wyznaczania energii kinetycznej ruchu postępowego uderzającego obiektu UO posiada wyjście do połączenia z modułem, nie pokazanym na rysunku, wykonującym dalsze operacje.As shown in Fig. 1, on the obstacle P there is an absorber DEU, in which the element T is slidably mounted with the buffer Z, which is able to move along the direction of movement of the object UO hitting the obstacle P. The element T is provided with a force sensor. F and the acceleration sensor ap. As shown in Fig. 2, the output from the force sensor F is connected to the S module, which detects the exceeding of a predetermined threshold value and the local extremes in the course of the force, and the outputs of the S module are connected to the input of the integrator UCa and the input of the integrator UCF, the outputs of which are connected to the inputs of the divider DZ. The input of the integrator UCF is connected to the force sensor F, and the input of the integrator UCa is connected to the output of the acceleration sensor ap. The circuit integrating the acceleration waveform UCa has an output connected to the Ek module input, the second input of which is connected to the output of the DZ divider. The Ek module for determining the kinetic energy of the translational motion of the striking object UO has an output to be connected to a module, not shown in the drawing, which performs further operations.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PL390194A PL219996B1 (en) | 2010-01-28 | 2010-01-28 | Method of identification of the collision velocity, mass and kinetic energy of an object striking the obstacle, and the device for identification of the collission velocity, mass and kinetic energy of the object striking the obstacle |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PL390194A PL219996B1 (en) | 2010-01-28 | 2010-01-28 | Method of identification of the collision velocity, mass and kinetic energy of an object striking the obstacle, and the device for identification of the collission velocity, mass and kinetic energy of the object striking the obstacle |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
PL390194A1 PL390194A1 (en) | 2011-08-01 |
PL219996B1 true PL219996B1 (en) | 2015-08-31 |
Family
ID=44510194
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PL390194A PL219996B1 (en) | 2010-01-28 | 2010-01-28 | Method of identification of the collision velocity, mass and kinetic energy of an object striking the obstacle, and the device for identification of the collission velocity, mass and kinetic energy of the object striking the obstacle |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
PL (1) | PL219996B1 (en) |
-
2010
- 2010-01-28 PL PL390194A patent/PL219996B1/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
PL390194A1 (en) | 2011-08-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Matsunaga et al. | Acceleration switch with extended holding time using squeeze film effect for side airbag systems | |
US8706344B2 (en) | Impact sensing and identification system for pedestrian protection device | |
JP5054776B2 (en) | Control device for personnel protection means and control method for personnel protection means | |
JP2009523087A (en) | Apparatus and method for detecting pedestrian collision | |
JP2007225500A (en) | Distance measuring method and device | |
CN110520572A (en) | Collision detecting system for anticollision device, collision-prevention device | |
WO2006100148A3 (en) | Method and device for generating a triggering signal for a passenger protection device | |
CN100460851C (en) | 1-D impaction strength testing device | |
JP2020535072A (en) | How to generate a trigger signal to trigger at least one safety feature of a car | |
Evstaf’Ev et al. | A device and algorithm for detecting the skidding of wheel sets of electric rolling stock | |
JP4744441B2 (en) | Method and apparatus for detecting atmospheric hydrology | |
PL219996B1 (en) | Method of identification of the collision velocity, mass and kinetic energy of an object striking the obstacle, and the device for identification of the collission velocity, mass and kinetic energy of the object striking the obstacle | |
CN106324097A (en) | Method for determining material collision restitution coefficient based on sound wave sensing | |
JP2012233773A (en) | Mobile body speed measurement device | |
JP2005534575A (en) | Equipment for identifying pole crashes | |
TWM437954U (en) | Impact assembly | |
JP5434333B2 (en) | Inclination detection method and inclination detection apparatus | |
CN201237603Y (en) | Particulate speedometer | |
CN201159740Y (en) | Multi-path simultaneous measurement device | |
CN2852104Y (en) | One-dimensional impact intensity testing apparatus | |
JP5263586B2 (en) | Object detection device | |
CN101750519A (en) | Self-tracking identification method and system of lateral response wave of high-range acceleration transducer | |
JP3171767B2 (en) | Collision prediction system | |
Zou et al. | Design and experimental study of a novel piezoelectric accelerometer | |
CN211043955U (en) | Contact time measuring device and impact experimental device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LICE | Declarations of willingness to grant licence |
Effective date: 20150128 |