JPH04364467A - Differentiated acceleration sensor - Google Patents
Differentiated acceleration sensorInfo
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- JPH04364467A JPH04364467A JP13996691A JP13996691A JPH04364467A JP H04364467 A JPH04364467 A JP H04364467A JP 13996691 A JP13996691 A JP 13996691A JP 13996691 A JP13996691 A JP 13996691A JP H04364467 A JPH04364467 A JP H04364467A
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- JP
- Japan
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- acceleration
- flat member
- cantilever
- magnetic
- fixed part
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- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【0001】0001
【産業上の利用分野】本発明は、運動体の加速度の微分
値、即ち、加加速度を検出するセンサの構造に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the structure of a sensor for detecting the differential value of the acceleration of a moving body, that is, the jerk.
【0002】0002
【従来の技術】物体の運動を記述する物理量として、通
常、位置,速度(角速度),加速度(角加速度)の諸量
を挙げることができ、各々の物理量に対しそれを検出す
るセンサが考案されているのは周知の事実である。とこ
ろで、人間は、位置と速度については視覚によって知的
に認識できるのみであり、体感として感覚的に検出でき
るのは加速度、及び、それより高次の物理量である。例
えば、自動車など移動体に乗っているとき、加速あるい
は減速したときにその状態変化を体感的に意識すること
ができる。[Prior Art] Physical quantities that describe the motion of an object usually include position, velocity (angular velocity), and acceleration (angular acceleration), and sensors have been devised to detect each physical quantity. It is a well-known fact that By the way, humans can only visually recognize position and velocity intellectually, and what they can sense and sense is acceleration and higher-order physical quantities. For example, when riding in a moving object such as a car, the user can experience changes in its state when it accelerates or decelerates.
【0003】ここで、「自動車用加速度センサの開発(
日産技報第23号、昭62−12)」などの文献によれ
ば、人間は加速度よりさらにその微分値である加加速度
に敏感に反応することが知られている。この事実は、人
間が感じる快,不快の感覚に加加速度が深く関与してい
ることを示すものである。従って、自動車やエレベータ
ーといった運動を伴う乗り物をより快適にしていくため
には、この加速度のみならず加加速度の情報を検出する
ことが必要となる。[0003] Here, ``Development of acceleration sensor for automobiles (
According to documents such as "Nissan Technical Report No. 23, 1982-12)", it is known that humans react more sensitively to jerk, which is the differential value of acceleration, than to acceleration. This fact shows that jerk is deeply involved in the sensations of pleasure and displeasure felt by humans. Therefore, in order to make vehicles that involve movement, such as automobiles and elevators, more comfortable, it is necessary to detect information on not only this acceleration but also jerk.
【0004】0004
【発明が解決しようとする課題】しかし、加加速度を検
出して制御するシステムはほとんど存在しない。この理
由は、製品において快適性が重要な位置を占めるように
なってきたのは最近になってからであり、人間工学的な
検討が十分進んできていなかったことが挙げられる。However, there are almost no systems that detect and control jerk. The reason for this is that comfort has only recently begun to play an important role in products, and ergonomic considerations have not progressed sufficiently.
【0005】一方、加速度センサについては製品への応
用が進んでおり、例えば、自動車のアクティブサスペン
ションシステムでは、自動車の運転時の挙動を複数個の
加速度センサを用いて検出することにより、乗り心地と
操縦安定性の両立が図られている。加速度の変化は、こ
の加速度センサの出力を微分フィルタ回路を通しても得
ることができるが、一般に微分フィルタはノイズの影響
を受けやすいため高精度検出が難しいという問題があっ
た。[0005] On the other hand, acceleration sensors are increasingly being applied to products. For example, in active suspension systems for automobiles, multiple acceleration sensors are used to detect the driving behavior of the automobile, thereby improving ride comfort. This is aimed at achieving both maneuverability and stability. Changes in acceleration can also be obtained by passing the output of this acceleration sensor through a differential filter circuit, but there is a problem in that differential filters are generally susceptible to noise, making it difficult to detect with high accuracy.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
には、加加速度、すなわち、加速度の変化に比例した物
理量を直接検出するセンサを供給することが望ましい。
これにはセンサを次のような構成とすればよい。まず、
センサ内に薄い板状のもの(カンチレバー)を広い平面
が検出方向に垂直面になるように配置する。このカンチ
レバーの先端部付近は、微小な空隙を隔てて固定部の壁
面と向かいあっている。また、カンチレバーを固定して
いる付け根の部分と前記固定部壁面は永久磁石を介して
結合されている。そして、カンチレバー及びこれらの固
定部(ヨークと呼ばれる)は、透磁率の高い磁性材料で
形成されている。さらに、ヨークの一部断面を囲むよう
に細い電線を巻いて構成したピックアップコイルを配置
する。そしてこれらの検出部全体は、磁束を通過させな
い反磁性材料で構成されたケーシングに内蔵されている
。この時、カンチレバー,ヨーク及び永久磁石よりなる
系は、磁束を通過させる磁路を形成する。この磁束の大
きさはカンチレバーとヨークの空隙の距離に左右される
。この空隙の距離が変化すれば磁束も変化するので、ピ
ックアップコイルには電磁誘導の法則により磁束の微分
値に比例した誘導起電力が発生する。この発生電圧をセ
ンサ出力として外部に取り出すようにする。[Means for Solving the Problems] In order to solve the above problems, it is desirable to provide a sensor that directly detects jerk, that is, a physical quantity proportional to a change in acceleration. For this purpose, the sensor may be configured as follows. first,
A thin plate-like object (cantilever) is placed inside the sensor so that its wide plane is perpendicular to the detection direction. The vicinity of the tip of this cantilever faces the wall surface of the fixing part with a small gap in between. Further, the root portion to which the cantilever is fixed and the wall surface of the fixing portion are coupled via a permanent magnet. The cantilever and its fixed part (called a yoke) are made of a magnetic material with high magnetic permeability. Furthermore, a pickup coil made by winding a thin electric wire is arranged so as to surround a part of the cross section of the yoke. The entire detection section is housed in a casing made of diamagnetic material that does not allow magnetic flux to pass through. At this time, the system consisting of the cantilever, yoke, and permanent magnet forms a magnetic path through which the magnetic flux passes. The magnitude of this magnetic flux depends on the distance between the air gap between the cantilever and the yoke. If the distance of this air gap changes, the magnetic flux also changes, so an induced electromotive force proportional to the differential value of the magnetic flux is generated in the pickup coil according to the law of electromagnetic induction. This generated voltage is taken out to the outside as a sensor output.
【0007】[0007]
【作用】本発明によれば、加速度の作用により、センサ
内部のカンチレバーが変位し、このカンチレバーを含む
磁路を通過する磁束が変化する。その結果、磁路断面を
囲むように配置されたピックアップコイルに誘導起電力
が発生する。この誘導起電力は磁束の微分値に比例し、
磁束の大きさはカンチレバーの変位に比例し、さらにこ
の変位はセンサが受ける加速度に比例する。すなわち、
この時の誘導起電力を検出することにより、加速度の変
化−加加速度を検出することができる。[Operation] According to the present invention, the cantilever inside the sensor is displaced by the action of acceleration, and the magnetic flux passing through the magnetic path including this cantilever is changed. As a result, an induced electromotive force is generated in the pickup coil arranged so as to surround the cross section of the magnetic path. This induced electromotive force is proportional to the differential value of magnetic flux,
The magnitude of the magnetic flux is proportional to the displacement of the cantilever, which in turn is proportional to the acceleration experienced by the sensor. That is,
By detecting the induced electromotive force at this time, change in acceleration - jerk can be detected.
【0008】[0008]
【実施例】以下、本発明の詳細を図に従って説明する。
図1は、本発明の第一の実施例の断面図を示している。
図において、カンチレバー1、ヨーク2,3は、磁束を
通過させる磁性材料で構成され、これらと空隙4及び永
久磁石5とで磁路を形成している。そして、ヨークのあ
る断面を囲むようにピックアップコイル6が配置されて
いる。そしてこれら全体は、非磁性材料で構成されるケ
ーシング7で覆われている。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The details of the present invention will be explained below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a cross-sectional view of a first embodiment of the invention. In the figure, a cantilever 1 and yokes 2 and 3 are made of a magnetic material that allows magnetic flux to pass through, and these, an air gap 4, and a permanent magnet 5 form a magnetic path. A pickup coil 6 is arranged so as to surround the cross section where the yoke is located. The entire structure is covered with a casing 7 made of a non-magnetic material.
【0009】ここで、ケーシング7がある運動している
物体に固定されており、図2に示すように長さl,幅d
,厚さthのカンチレバー1がその先端部xgのみヨー
ク3とδの空隙を隔てて相対している場合を考える。
今、時刻tに左方向からカンチレバーに加速度α(t)
が作用したとすれば、カンチレバー全体にはF(t)=
m・α(t)(m:カンチレバーの質量、長さ方向の単
位長さ当りではf=F/l)の力が加わる。このとき、
カンチレバーの先端基準でxの位置での変位の大きさu
(x)は次式で示される。Here, the casing 7 is fixed to a moving object, and has a length l and a width d as shown in FIG.
, a case where a cantilever 1 having a thickness th faces only its tip xg to the yoke 3 across a gap of δ. Now, at time t, acceleration α(t) is applied to the cantilever from the left direction.
acts on the entire cantilever, F(t)=
A force of m·α(t) (m: mass of the cantilever, f=F/l per unit length in the longitudinal direction) is applied. At this time,
Displacement size u at position x with respect to the tip of the cantilever
(x) is expressed by the following formula.
【0010】0010
【数1】[Math 1]
【0011】ここで、Eはカンチレバーのヤング率、I
は断面二次モーメントである。そして、x=0からx=
xgまでの変位の平均は式(1)を積分してxgで割っ
た値で求められ次式のようになる。[0011] Here, E is the Young's modulus of the cantilever, I
is the second moment of area. And from x=0 to x=
The average displacement up to xg is obtained by integrating equation (1) and dividing by xg, as shown in the following equation.
【0012】0012
【数2】[Math 2]
【0013】空隙長δの初期設定値をδ0としたとき平
均の空隙長δgは次式で与えられる。When the initial setting value of the gap length δ is δ0, the average gap length δg is given by the following equation.
【0014】[0014]
【数3】[Math 3]
【0015】次に、図1において永久磁石5の起磁力を
Uとし、カンチレバー1、ヨーク2,3の透磁率が空隙
4のそれと比べて充分大きいとすれば、この磁路を通過
する磁束量Φはアンペールの回路定理を用いて次式で表
される。Next, in FIG. 1, if the magnetomotive force of the permanent magnet 5 is U, and the magnetic permeability of the cantilever 1 and yokes 2 and 3 is sufficiently larger than that of the air gap 4, then the amount of magnetic flux passing through this magnetic path is Φ is expressed by the following equation using Ampere's circuit theorem.
【0016】[0016]
【数4】[Math 4]
【0017】ここで、Sgは空隙4の断面積で、μ0は
真空の透磁率である。式(4)より磁束Φはδgに逆比
例するのがわかるが、式(3)で測定範囲内のfに対し
て(C■/δg)fが1より充分小さくなるように設計
すれば次式のように近似できる。Here, Sg is the cross-sectional area of the air gap 4, and μ0 is the vacuum magnetic permeability. It can be seen from equation (4) that magnetic flux Φ is inversely proportional to δg, but if the design is made so that (C■/δg) f is sufficiently smaller than 1 for f within the measurement range using equation (3), the following can be obtained. It can be approximated as shown in Eq.
【0018】[0018]
【数5】[Math 5]
【0019】次に、外力f(t)の時間的変化によりδ
gが変化し、磁束Φも変化するからピックアップコイル
6には次式で示す誘導起電力e(t)が生じる。Next, due to the temporal change in the external force f(t), δ
Since g changes and the magnetic flux Φ also changes, an induced electromotive force e(t) expressed by the following equation is generated in the pickup coil 6.
【0020】[0020]
【数6】[Math 6]
【0021】ここで、Nはピックアップコイル6の巻数
である。式(5)での近似とf(t)=(m/l)α(
t)の関係を用いると次式のように書き表わせる。[0021] Here, N is the number of turns of the pickup coil 6. Approximation using equation (5) and f(t)=(m/l)α(
Using the relationship t), it can be expressed as the following equation.
【0022】[0022]
【数7】[Math 7]
【0023】従って、加速度の微分値−即ち加加速度が
得られる。[0023] Therefore, a differential value of acceleration, that is, jerk is obtained.
【0024】このように磁束Φの変化に空隙長δを用い
ると式(5)に示した近似が成立するという限定条件が
必要であった。次に、図3は本発明の二番目の実施例と
して空隙の断面積S■ を変化させた場合を示している
。
図3においては、まず、カンチレバー11の先端部には
質量Mの錘12が取付けられており、ヨーク13と空隙
長δの空隙14とを隔てて向かい合うようになっている
。カンチレバー11はヨーク15に固定され、これらと
永久磁石16で磁路を形成している。ここで、錘12と
ヨーク13の向かい合う面はカンチレバー11の付け根
を回転半径とした曲率の等しい面になっており、両者の
向かい合う面は図に示したように錘12は左側、ヨーク
13は右側、にそれぞれ延長されている。今、図4に示
すように加速度α(t)が発生しカンチレバー11と錘
12に作用したとする。錘12の質量Mがカンチレバー
の質量に比べて充分大きいとすれば、カンチレバー11
の変位はその先端部に力F(t)=Mα(t)が作用し
ていると近似的に考えることができ、その先端部の変位
vは次式で示される。[0024] As described above, a limiting condition was required that the approximation shown in equation (5) was established when the air gap length δ was used to change the magnetic flux Φ. Next, FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention in which the cross-sectional area S of the void is varied. In FIG. 3, first, a weight 12 having a mass M is attached to the tip of the cantilever 11, and faces each other across a yoke 13 and a gap 14 having a gap length δ. The cantilever 11 is fixed to a yoke 15, and together with a permanent magnet 16, a magnetic path is formed. Here, the opposing surfaces of the weight 12 and the yoke 13 are surfaces with equal curvature with the radius of rotation at the base of the cantilever 11, and as shown in the figure, the weight 12 is on the left side and the yoke 13 is on the right side. , respectively. Now, assume that acceleration α(t) occurs and acts on the cantilever 11 and the weight 12 as shown in FIG. If the mass M of the weight 12 is sufficiently larger than the mass of the cantilever, the cantilever 11
The displacement of can be approximately considered as a force F(t)=Mα(t) acting on the tip, and the displacement v of the tip is expressed by the following equation.
【0025】[0025]
【数8】[Math. 8]
【0026】加速度が左向きに作用すれば空隙14を形
成する断面積A■ は減少し、右向きに作用すればA■
は増大する。錘12の先端部での変位uは次式で近似で
きる。If the acceleration acts to the left, the cross-sectional area A■ forming the air gap 14 decreases, and if the acceleration acts to the right, the cross-sectional area A■
increases. The displacement u at the tip of the weight 12 can be approximated by the following equation.
【0027】[0027]
【数9】[Math. 9]
【0028】但し、l■ はカンチレバーの付け根から
錘の先端部までの長さである。従って、式(4),(6
)を用いて図3でのピックアップコイル17に発生する
誘起電圧e(t)は次式で示される。[0028] However, l is the length from the base of the cantilever to the tip of the weight. Therefore, equations (4), (6
), the induced voltage e(t) generated in the pickup coil 17 in FIG. 3 is expressed by the following equation.
【0029】[0029]
【数10】[Math. 10]
【0030】空隙の幅をd■とし、式(8),式(9)
を用いて整理すると断面積A■の微分値は次式で与えら
れる。[0030] Letting the width of the void be d■, equations (8) and (9)
When rearranged using , the differential value of the cross-sectional area A is given by the following equation.
【0031】[0031]
【数11】[Math. 11]
【0032】ここで、F=Mαの関係を用いた。式(1
0),式(11)より加加速度(dα/dt)に比例し
た誘起電圧e(t)を得ることができる。Here, the relationship F=Mα was used. Formula (1
0), the induced voltage e(t) proportional to the jerk (dα/dt) can be obtained from equation (11).
【0033】[0033]
【発明の効果】本発明によれば、加加速度そのものを、
直接、検出できるので、加速度を検出して微分回路によ
り得る場合に比べ、ノイズの影響を受ける心配がなく高
精度検出が可能となる。従って、自動車などの乗り物の
快適性を向上させるための制御システムに利用すること
ができる。[Effect of the invention] According to the present invention, the jerk itself is
Since it can be detected directly, it is possible to perform highly accurate detection without worrying about being affected by noise, compared to the case where acceleration is detected and obtained using a differentiating circuit. Therefore, it can be used in a control system for improving the comfort of vehicles such as automobiles.
【図1】加加速度センサの構造に関する第一の実施例の
断面図。FIG. 1 is a sectional view of a first embodiment of the structure of a jerk sensor.
【図2】加速度を受けたカンチレバーの変位の説明図。FIG. 2 is an explanatory diagram of the displacement of a cantilever under acceleration.
【図3】加加速度センサの構造に関する第二の実施例の
断面図。FIG. 3 is a sectional view of a second embodiment of the structure of a jerk sensor.
【図4】加速度を受けたときの空隙断面積の変化の説明
図。FIG. 4 is an explanatory diagram of changes in the cross-sectional area of the void when subjected to acceleration.
1,11…カンチレバー、2,3,13,15…ヨーク
、4,14…空隙、5,16…永久磁石、6,17…ピ
ックアップコイル、12…錘、7…ケーシング。1, 11... Cantilever, 2, 3, 13, 15... Yoke, 4, 14... Air gap, 5, 16... Permanent magnet, 6, 17... Pick-up coil, 12... Weight, 7... Casing.
Claims (1)
生する加速度に応じて曲げ変形する平板状の部材と、そ
の一端を保持する固定部と他の一端を微小な空隙を隔て
て前記平板状の部材の一端と向かいあうように配置され
たもう一つの固定部と、両固定部の間に配置された永久
磁石と、前記固定部の任意の位置の断面を囲むように配
置された少なくとも一つのピックアップコイルよりなり
、前記平板状の部材及び両固定部は透磁率の高い磁性材
料が使用されており、前記平板状の部材,両固定部,前
記空隙及び前記永久磁石により構成される磁気回路であ
って、前記平板状の部材の曲げ変形によって前記空隙の
空隙長が変化し、その変化によって生じる前記磁気回路
内の磁束量の変化によって前記ピックアップコイルに誘
起される誘起電圧を検出して、前記平板状の部材に加わ
る加速度の変化に比例した物理量を検出することを特徴
とする加加速度センサ。Claims: 1. A flat member disposed on a moving body that undergoes acceleration motion and bends and deforms in accordance with the generated acceleration; a fixed part that holds one end of the plate member; another fixed part disposed to face one end of the flat member; a permanent magnet disposed between the two fixed parts; and at least one fixed part disposed so as to surround a cross section of the fixed part at an arbitrary position. Consisting of one pickup coil, the flat member and both fixed parts are made of a magnetic material with high magnetic permeability, and the magnetic material composed of the flat member, both fixed parts, the air gap, and the permanent magnet The circuit includes a circuit in which the length of the air gap changes due to bending deformation of the flat member, and an induced voltage induced in the pickup coil is detected due to a change in the amount of magnetic flux in the magnetic circuit caused by the change. , a jerk sensor that detects a physical quantity proportional to a change in acceleration applied to the flat member.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13996691A JPH04364467A (en) | 1991-06-12 | 1991-06-12 | Differentiated acceleration sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13996691A JPH04364467A (en) | 1991-06-12 | 1991-06-12 | Differentiated acceleration sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04364467A true JPH04364467A (en) | 1992-12-16 |
Family
ID=15257817
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13996691A Pending JPH04364467A (en) | 1991-06-12 | 1991-06-12 | Differentiated acceleration sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04364467A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002174640A (en) * | 2000-12-05 | 2002-06-21 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | Jerk sensor |
-
1991
- 1991-06-12 JP JP13996691A patent/JPH04364467A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002174640A (en) * | 2000-12-05 | 2002-06-21 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | Jerk sensor |
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