横滚极限检测系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供横滚极限检测系统，其通过计算构造体横滚的极限的重心高度作为横滚极限高度，从而根据计算出的横滚极限高度判断重量和重量分布事先不明确的构造体的横滚危险性。将载置板(10)、弹簧(12)以及被检测对象物(40)作为分别通过弹簧(12)支撑载置板(10)的夹着摆动中心轴(16)的两侧的构造体，具有：加速度传感器(13)，其对载置板(10)的上下方向的往复运动进行检测；以及运算部(31)，其根据被检测对象物(40)处于静止状态时载置板(10)相对于水平面以摆动中心轴(16)为中心在旋转方向上的倾斜角“α”和加速度传感器(13)的检测结果，对于构造体的载置板(10)的重心位置，计算载置于载置板(10)上的被检测对象物(40)会在旋转方向上横滚的极限的重心高度，作为横滚极限高度lmax。
【专利说明】横滚极限检测系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及对导致横滚的极限的横滚极限高度进行检测的横滚极限检测系统。
【背景技术】
[0002]为了事先防止车辆的横滚，公开有报知横滚危险性的技术(例如，参照专利文献
1、2)。
[0003]在专利文献I中，在将车辆的滚动角和滚动角速度作为参数的二维地图上设定横滚极限曲线，将滚动角和滚动角速度大的区域设定为车辆横滚区域，并且在由滚动角速度传感器I检测到的滚动角速度和滚动角的纪录超过横滚极限曲线而进入到车辆横滚区域时判断为存在车辆横滚的可能性。
[0004]另外，在专利文献2中，在连结作业机整体的重心位置与翻倒支点的线相对于铅垂线构成的角(安息角)大于极限安息角时，车体处于安全姿势，在极限安息角以下时，判断为危险区域。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:日本特开2011-6068号公报
[0008]专利文献2:日本特开2007-186953号公报
【发明内容】
[0009]发明所要解决的课题
[0010]但是，在现有技术中，都是以重量和重量分布明确的车辆作为对象，存在无法判断重量和重量分布事先不明确的构造体的横滚危险性这样的问题点。
[0011]本发明的目的在于，鉴于上述问题点解决现有技术问题，并提供如下的横滚极限检测系统，该横滚极限检测系统通过将构造体横滚的极限的重心高度计算为横滚极限高度，根据计算出的横滚极限高度，能够判断重量和重量分布事先不明确的构造体的横滚危险性。
[0012]解决课题的手段
[0013]本发明的横滚极限检测系统的特征在于，具有:构造体，其基准面的夹着基准轴的两侧分别通过弹性力而被支撑；上下方向检测单元，其对所述基准面的上下方向的往复运动进行检测；以及运算单元，其根据所述构造体处于静止状态时所述基准面相对于水平面以所述基准轴为中心在旋转方向上的倾斜角和所述上下方向检测单元的检测结果，对于所述构造体的所述基准面上的重心位置，计算所述构造体会在所述旋转方向上横滚的极限的重心高度，作为横滚极限高度。
[0014]此外，在横滚极限检测系统中，单元也可以计算通过所述弹性力而作用于所述构造体的重心的所述旋转方向上的力无法获得抵抗重力的复原力的重心高度，作为所述横滚极限高度。[0015]此外，在横滚极限检测系统中，也可以具有旋转方向检测单元，该旋转方向检测单元对所述基准面的以所述基准轴为中心的旋转进行检测，所述运算单元根据所述旋转方向检测单元的检测结果求出静止状态的所述倾斜角。
[0016]此外，在横滚极限检测系统中，所述运算单元也可以根据所述旋转方向检测单元的检测结果求出以所述基准轴为中心的摆动的中心角度，作为静止状态的所述倾斜角。
[0017]此外，在横滚极限检测系统中，所述运算单元也可以根据所述上下方向检测单元的检测结果求出所述基准面的上下方向的纵摆频率，根据所述纵摆频率和所述摆动的中心角度计算所述横滚极限高度。
[0018]此外，在横滚极限检测系统中，所述运算单元也可以根据所述上下方向检测单元和所述旋转方向检测单元的检测结果，计算所述上下方向的从所述基准轴到所述构造体的
重心的重心高度。
[0019]此外，在横滚极限检测系统中，也可以具有:横滚判定单元，其根据由所述运算单元计算出的所述横滚极限高度和所述重心高度，判定所述构造体在所述旋转方向上的横滚危险性；以及报知单元，其报知所述横滚判定单元的判定结果。
[0020]发明效果
[0021]根据本发明，起到如下效果:根据基准面的上下方向的往复运动和以基准轴为中心的旋转方向的角度，将构造体横滚的极限的重心高度计算为横滚极限高度，由此能够根据计算出的横滚极限高度，判断重量和重量分布事先不明确的构造体的横滚危险性。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是示出本发明的横滚极限检测系统的第I实施方式的结构的立体图。
[0023]图2是图1所示的振动检测装置的侧视图。
[0024]图3是用于说明图2所示的载置板的形状和弹簧的配置的说明图。
[0025]图4是示出图1所示的数据处理装置的结构的框图。
[0026]图5是用于说明图1所示的振动检测装置的动作的说明图。
[0027]图6是用于说明图1所示的振动检测装置的动作的说明图。
[0028]图7是示出向图4所示的报知部输出的报知画面例的图。
[0029]图8是示出搭载了本发明的第2实施方式的横滚极限检测系统的卡车拖车的结构的侧视图。
[0030]图9是示出搭载了本发明的第2实施方式的横滚极限检测系统的卡车拖车的结构的后视图。
[0031]图10是示出本发明的第2实施方式的横滚极限检测系统的结构的框图。
[0032]图11是示出向图10所示的报知部输出的报知画面例的图。
[0033]图12是示出搭载了本发明的第3实施方式的横滚极限检测系统的吊车的结构的侧视图。
[0034]图13是示出搭载了本发明的第3实施方式的横滚极限检测系统的吊车的结构的后视图。
【具体实施方式】[0035]接着，参照附图具体说明本发明的实施方式。
[0036](第I实施方式)
[0037]当参照图1时，第I实施方式的横滚极限检测系统具有振动检测装置I和数据处理装置3。振动检测装置I具有通过弹性力而被支撑的载置板10，对载置在载置板10上的被检测对象物的摆动(固有振动)进行检测。数据处理装置3是个人计算机等信息处理装置，根据由振动检测装置I检测出的被检测对象物的摆动(固有振动)来求出被检测对象物的横滚极限高度和重心高度以及重心位置。此外，所谓横滚极限高度就是载置在载置板10上的被检测对象物横滚的极限的重心高度，在载置板10中，当被检测对象物的重心不位于小于横滚极限高度的位置时，被检测对象物会横滚。另外，横滚、翻倒、颠覆等表现视为物体的重心未保持稳定而进行旋转运动，从而无法抵抗重力方向的影响而落下或倒塌的同义语。以下，在本实施方式中，作为此现象的总称将横滚用作其代表用语。
[0038]在参照图1和图2时，振动检测装置I具备载置被检测对象物的作为基准面的载置板10和设置在底板11上并支撑载置板10的弹簧12。此外，图2的(a)是从图1所示的X轴方向观察振动检测装置I的侧视图，图2的(b)是从图1所示的Y轴方向观察振动检测装置I的侧视图。
[0039]在参照图1和图3时，载置板10是具有作为载置被检测对象物的载置平面发挥功能的平面的矩形状的板。在载置板10上形成有与载置平面平行的作为基准轴的摆动中心轴16，该摆动中心轴16从载置板10的两端突出。此外，图3是从背面侧观察了载置板10的图。作为载置板10，可采用木材或塑料等任意的原材料，但优选相对于被检测对象物其质量充分轻。载置板10是重量分布均匀的平板，并且构成为相对于摆动中心轴16线对称的形状。因此，载置板10中的载置平面上的重心位于摆动中心轴16上。
[0040]此外,在第I实施方式中，如图1所不，将相对于载置板10的载置平面垂直的方向设为上下方向，将与摆动中心轴16平行的方向设为前后方向，将相对于载置板10的载置平面平行且与摆动中心轴16垂直的方向设为左右方向。另外，将重力作用的自重方向设为Z轴方向，将与Z轴方向和前后方向垂直的方向设为X轴方向，将与Z轴方向和左右方向垂直的方向设为Y轴方向，在载置板IO为水平的状态下，上下方向与Z轴方向一致，前后方向与Y轴方向一致，左右方向与X轴方向一致。
[0041]弹簧12具有弹性力而作为支撑载置板10的支撑单元来发挥功能，构成为以相同的弹性力支撑夹着摆动中心轴16的两侧。在第I实施方式中，在矩形状的载置板10的四角上分别配置具有同一弹性力的线圈状的压缩弹簧即弹簧12，如图2的(a)、(b)所示，水平地支撑没有载置被检测对象物的状态的载置板10。这样，相对于摆动中心轴16以线对称的方式配置具有同一弹性力的弹簧12，从而能够以相同的弹性力支撑载置板10的夹着摆动中心轴16的两侧。此外，弹簧12不限定于线圈状的压缩弹簧，还可以采用板簧或空气弹簧等。另外，只要能够以相同的弹性力支撑载置板10的夹着摆动中心轴16的两侧，则可以改变到摆动中心轴16的距离来配置夹着摆动中心轴16且具有不同弹性力的弹簧12，或者配置不同个数的弹簧12。此外，还可以构成为利用在摆动中心轴16上配置的I个或多个弹簧12 (例如，直径大的线圈状的压缩弹簧或空气弹簧等)，以相同的弹性力来支撑载置板10的夹着摆动中心轴16的两侧。另外，虽然理想的是以相同的弹性力支撑夹着摆动中心轴16的两侧，但即使在支撑两侧的弹性力稍微不同的情况下，也能够求出被检测对象物的横滚极限高度和重心高度以及重心位置。此外，在左右的弹性力不同的情况下，可通过使摆动中心轴16从载置板10的中央向弹性力强的一侧移动来正确地进行测量。
[0042]在载置板10的背面设置有加速度传感器13和角速度传感器14，作为检测载置板10的摆动的摆动检测单元。加速度传感器13的灵敏度轴被调整为，检测上下(自重)方向(图1所示的Z轴方向)的加速度、即作为基准面的载置板10的上下方向的纵摆(摆动)。另外，角速度传感器14的灵敏度轴被调整为，检测将作为基准轴的摆动中心轴16作为中心的旋转方向的角速度、即将摆动中心轴16作为中心的旋转方向的横摆(摆动)。对加速度传感器13和角速度传感器14没有特别限定，可采用例如水晶音叉式的传感器或振动式的传感器，作为加速度传感器13和角速度传感器14可采用3轴(3维)的角速度传感器。
[0043]在底板11上设置有分别限制摆动中心轴16的两端部的移动的一对X轴限制用引导部21。在X轴限制用引导部21上形成有将Z轴方向(自重方向)作为长边方向的长孔，摆动中心轴16的两端部与位于对象位置的X轴限制用引导部21的各个长孔嵌合。由此，摆动中心轴16沿着X轴限制用引导部21的长孔进行移动，所以载置板10在限制X轴方向的移动的状态下，成为能够进行上下方向的纵摆(摆动)和以摆动中心轴16为中心的旋转方向的横摆(摆动)的状态。
[0044]另外，在底板11上，在与弹簧12不干涉的位置处设置有A/D (模拟/数字)转换器15。A/D转换器15将从加速度传感器13和角速度传感器14输出的模拟信号(检测结果)转换为数字信号而输出至数据处理装置3。此外，在使用内置了 A/D转换功能的加速度传感器13和角速度传感器14的情况下，也可以省略A/D转换器15。
[0045]当参照图4时，数据处理装置3具有:由微型处理器等构成的运算部31 ;*R0M(只读存储器)或RAM(随机存取存储器)等构成的存储部32 ;键盘等操作部33 ;液晶显示器或扬声器等报知部34 ;以及接收部35，各部分经由总线36进行连接。
[0046]在存储部32中存储有用于导入重心位置的运算程序和该运算所需的各种输入用的常数。运算部31根据来自操作部33的运算指示，使输出从加速度传感器13和角速度传感器14向存储部32存储一定期间。接着，运算部31根据存储部32所存储的运算程序，从存储部32所存储的加速度传感器13和角速度传感器14对输出进行运算，由此计算在载置板10上载置的被检测对象物的横滚极限高度和重心位置。由运算部31计算出的被检测对象物的横滚极限高度和重心位置从报知部34输出为显示通知和声音通知。
[0047]接着，参照图5至图7详细说明第I实施方式中的横滚极限高度检测动作。
[0048]首先，如图5所示，在振动检测装置I的载置板10上载置被检测对象物40。在载置板10上载置了被检测对象物40的状态下，利用支撑载置板10的弹簧12的弹性力进行支撑,在与被检测对象物40的重量和重心位置相应的高度上中立(neutrality)。此外，在本发明中，被检测对象物40的重量和弹簧12的弹簧常数是任意的，但弹簧12的弹性力需要相对于被检测对象物40的重量设定为适当的强度，弹簧12的弹性力过弱或过强都不优选。即，在对应于被检测对象物40的假设重量并在载置板10上载置了被检测对象物40的状态下，弹簧12的弹性力被设定为，在与被检测对象物40的重量相应的高度上中立，并且不仅使被检测对象物40稳定静止，还足以产生充分的摇动。
[0049]接着，在图5中如箭头所示，对于被检测对象物作用使纵振动和横摆同时产生的干扰，使载置在载置板10上的被检测对象物40摆动。此外，干扰可作用于载置板10，或者，也可以在台车或车辆等运行体上装载振动检测装置I而通过路面的凹凸进行作用。
[0050]当在载置板10上载置了被检测对象物40的状态下使干扰作用于被检测对象物40或载置板10时，如图5所示，被检测对象物40根据依赖于弹簧12的弹性力、被检测对象物40的总重量以及其重心位置W的具有固有周期(频率)的运动而进行摆动(固有振动)。该运动是在通过X轴限制用引导部21限制了 X轴方向的移动的状态下进行的。因此，通过加速度传感器13正确地将被检测对象物40的重心W的上下方向的往复运动检测为上下方向的纵摆(摆动),并且通过角速度传感器14正确地将被检测对象物40的重心W的以摆动中心轴16为中心的单摆运动检测为旋转方向的横摆(摆动)。
[0051]加速度传感器13的检测结果(上下方向的加速度)和角速度传感器14的检测结果(旋转方向的角速度)输入到数据处理装置3。数据处理装置3的运算部31根据加速度传感器13的检测结果(上下方向的加速度)求出上下方向的纵摆(摆动)的纵摆频率“V”，并且根据角速度传感器14的检测结果(旋转方向的角速度)求出以摆动中心轴16为中心的旋转方向的横摆(摆动)的横摆频率“V”。另外，运算部31根据角速度传感器14的检测结果(旋转方向的角速度)求出穿过摆动中心轴16的垂直中心线与表示横摆的中心的横摆中心线之间的角度，作为摆动的中心角度“ α ”。
[0052]此外，摆动的中心角度“ α ”是载置板10相对于静止状态下的水平面的旋转方向的倾斜角“ α ”(以下，称为静止状态的倾斜角“ α ”)。因此，也可以在载置板10上安装倾斜角传感器等测定静止状态下的载置板10的角度的传感器，并测定使被检测对象物40摇动之前的静止状态的倾斜角“ α ”。另外，虽然费事，但还可以使用水平器等目视静止状态的倾斜角“α ”，并从操作部33进行输入设定。此外，还可以设置能够测定载置板10的角度的陀螺仪等测定单元，测定静止状态的倾斜角“ α ”，或者根据测定结果求出摆动的中心角度
“ α ”。
[0053]接着，运算部31根据所求出的纵摆频率“V”和中心角度“ α ”，计算表示被检测对象物40在左右方向上到达横滚的重心高度的极限的横滚极限高度Iniax，并且根据所求出的纵摆频率“V”、横摆频率“V”以及中心角度“ α ”，计算从摆动中心轴16到被检测对象物40的重心W的上下方向的重心高度“I (小L) ”和从摆动中心轴16到被检测对象物40的重心W的左右方向的重心位置“S”。
[0054]首先，对横滚极限高度Imax的计算方法进行说明。
[0055]旋转方向的横摆(摆动)是以摆动中心轴16为中心的左右方向的单摆运动。因此，能够根据旋转力矩的平衡式，利用下式来表示作用于被检测对象物40的重心W的旋转方向上的力“f”。
[0056][公式I]
【权利要求】
1.一种横滚极限检测系统，其特征在于，具有: 构造体，其基准面的夹着基准轴的两侧分别通过弹性力而被支撑； 上下方向检测单元，其对所述基准面的上下方向的往复运动进行检测；以及运算单元，其根据所述构造体处于静止状态时所述基准面相对于水平面以所述基准轴为中心在旋转方向上的倾斜角和所述上下方向检测单元的检测结果，对于所述构造体的所述基准面上的重心位置，计算所述构造体会在所述旋转方向上横滚的极限的重心高度，作为横滚极限高度。
2.根据权利要求1所述的横滚极限检测系统，其特征在于， 所述运算单元计算通过所述弹性力而作用于所述构造体的重心的所述旋转方向上的力无法获得抵抗重力的复原力的重心高度，作为所述横滚极限高度。
3.根据权利要求1或2所述的横滚极限检测系统，其特征在于， 所述横滚极限检测系统具有旋转方向检测单元，该旋转方向检测单元对所述基准面的以所述基准轴为中心的旋转进行检测， 所述运算单元根据所述旋转方向检测单元的检测结果求出静止状态的所述倾斜角。
4.根据权利要求3所述的横滚极限检测系统，其特征在于， 所述运算单元根据所述旋转方向检测单元的检测结果求出以所述基准轴为中心的摆动的中心角度，作为静止状态的所述倾斜角。
5.根据权利要求4所述的横滚极限检测系统，其特征在于， 所述运算单元根据所述上下方向检测单元的检测结果求出所述基准面的上下方向的纵摆频率，根据所述纵摆频率和所述摆动的中心角度计算所述横滚极限高度。
6.根据权利要求3所述的横滚极限检测系统，其特征在于， 所述运算单元根据所述上下方向检测单元和所述旋转方向检测单元的检测结果，计算所述上下方向的从所述基准轴到所述构造体的重心的重心高度。
7.根据权利要求6所述的横滚极限检测系统，其特征在于，所述横滚极限检测系统具有: 横滚判定单元，其根据由所述运算单元计算出的所述横滚极限高度和所述重心高度，判定所述构造体在所述旋转方向上的横滚危险性；以及报知单元，其报知所述横滚判定单元的判定结果。
【文档编号】G01M1/12GK103959033SQ201280059862
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2012年12月4日 优先权日:2011年12月6日
【发明者】渡边丰 申请人:国立大学法人东京海洋大学