JP2007198795A

JP2007198795A - Angular velocity measurement device

Info

Publication number: JP2007198795A
Application number: JP2006015345A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Okamoto; 昌明岡本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-01-24
Filing date: 2006-01-24
Publication date: 2007-08-09

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To measure the angular velocity of an object at low cost and with high accuracy. <P>SOLUTION: An angular velocity measurement device 1 comprises a laser displacement meter 4 which acquires the position vector Q of an arbitrary measurement point P on a wheel 3 of a suspension 2, a velocity vector operation part 5 which differentiates the position vector Q and determines the translational velocity vector V of the measurement point P, and an angular velocity operation part 6 which determines the angular vector ω of the suspension 2. The operation part 6 operates the angular vector ω of the suspension 2 based on the position vector Q acquired by the laser displacement meter 4 and the translational velocity vector V acquired by the velocity vector operation part 5. Accordingly, the angular velocity of the suspension 2 can be measured at low cost. When the position and the translation velocity of the suspension 2 are measured simultaneously with the measurement of its angular velocity, no synchronization error occurs between the measurement value of the angular velocity and those of the position and the translational velocity since the measurement value of the angular velocity does not have to be synchronized with those of the position and translational velocity. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば車両のサスペンション等といった対象物の角速度を計測する角速度計測装置に関するものである。 The present invention relates to an angular velocity measuring device that measures an angular velocity of an object such as a vehicle suspension.

従来の角速度計測装置として、例えば特許文献１に記載されている半導体振動ジャイロセンサーが知られている。この角速度計測装置は、ダイアフラムと、所定の励振信号がそれぞれ印加される２つの駆動電極と、ダイアフラムとの間の静電容量を検出する２つの角速度検出用電極と、駆動電極及び角速度検出用電極との対向面と反対側の面上に設けられた４つの錘とを具備してなり、駆動電極に所定の励振信号をそれぞれ印加して錘を振動させることで、ダイアフラムと電極の対向方向に沿った軸を中心に回転力が作用すると、角速度検出電極における静電容量変化として角速度を計測するものである。
特開平１１−２３０７６０号公報 As a conventional angular velocity measuring device, for example, a semiconductor vibration gyro sensor described in Patent Document 1 is known. This angular velocity measuring device includes a diaphragm, two drive electrodes to which a predetermined excitation signal is applied, two angular velocity detection electrodes for detecting capacitance between the diaphragm, the drive electrode, and the angular velocity detection electrode. And four weights provided on the surface opposite to the surface facing each other, and by applying predetermined excitation signals to the drive electrodes to vibrate the weights, in the direction facing the diaphragm and the electrodes When a rotational force acts on the axis along the axis, the angular velocity is measured as a change in capacitance in the angular velocity detection electrode.
Japanese Patent Laid-Open No. 11-230760

しかしながら、上記従来技術のような角速度計測装置は、コストが高いのが現状である。さらに、対象物の角速度と同時に対象物の並進速度を計測する場合、別途に、例えばセンサを用いて計測する必要があるため、センサの計測誤差の違い等により、角速度の計測値と並進速度の計測値との位相特性が異なってしまうおそれがあった。従って、角速度の計測値を並進速度の計測値と精度良く同期させることが困難になり、その結果、対象物の角速度を精度良く計測することができないという問題があった。 However, at present, the angular velocity measuring device as in the above prior art is expensive. Furthermore, when measuring the translational speed of the target object simultaneously with the angular speed of the target object, it is necessary to measure separately using, for example, a sensor. There is a possibility that the phase characteristics differ from the measured values. Accordingly, it becomes difficult to accurately synchronize the measured value of the angular velocity with the measured value of the translational velocity, and as a result, there is a problem that the angular velocity of the object cannot be measured with high accuracy.

そこで、本発明は、対象物の角速度を低コストでかつ精度良く計測することができる角速度計測装置を提供することを目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the angular velocity measuring apparatus which can measure the angular velocity of a target object accurately at low cost.

上記目的を達成するために、本発明に係る角速度計測装置は、対象物の角速度を計測する角速度計測装置であって、対象物における任意の計測点の位置ベクトルを取得する位置ベクトル取得手段と、任意の計測点の並進速度ベクトルを取得する速度ベクトル取得手段と、位置ベクトル取得手段により取得された位置ベクトルと速度ベクトル取得手段により取得された並進速度ベクトルとに基づいて、対象物の角速度ベクトルを演算する演算手段と、を備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, an angular velocity measuring device according to the present invention is an angular velocity measuring device that measures an angular velocity of an object, and a position vector acquisition unit that acquires a position vector of an arbitrary measurement point on the object; Based on the velocity vector acquisition means for acquiring the translational velocity vector at an arbitrary measurement point, the position vector acquired by the position vector acquisition unit, and the translational velocity vector acquired by the velocity vector acquisition unit, the angular velocity vector of the object is obtained. Computing means for computing.

このような角速度計測装置によれば、対象物の角速度は、位置ベクトル取得手段により取得された対象物における任意の計測点の位置ベクトルと速度ベクトル取得手段により取得された同計測点の並進速度ベクトルとに基づいて演算されることによって得られる。従って、例えばジャイロセンサー等といった従来の角速度計測装置を用いずに、対象物の角速度を安価に計測することが可能となる。また、対象物の角速度と同時に対象物の位置や並進速度を計測する場合、角速度の計測値を位置や並進速度の計測値と同期させる必要が無いため、角速度の計測値と位置や並進速度の計測値との間の同期エラーも無くなり、対象物の角速度を精度良く計測することができる。 According to such an angular velocity measuring apparatus, the angular velocity of the object is calculated by using the position vector of the arbitrary measurement point in the object acquired by the position vector acquiring unit and the translational velocity vector of the same measurement point acquired by the velocity vector acquiring unit. It is obtained by calculating based on the above. Therefore, it is possible to measure the angular velocity of the object at low cost without using a conventional angular velocity measuring device such as a gyro sensor. Also, when measuring the position and translation speed of an object at the same time as the angular speed of the object, there is no need to synchronize the measured value of the angular speed with the measured value of the position or translation speed. There is no synchronization error with the measured value, and the angular velocity of the object can be measured with high accuracy.

ここで、位置ベクトル取得手段は、対象物における同一直線上に無い少なくとも３つの計測点の位置ベクトルを取得する手段であり、演算手段は、特異値分解法又は最小二乗法により角速度ベクトルを演算する手段であることを特徴とすることが好ましい。このように、対象物の角速度ベクトルは、特異値分解法又はこれと同義である最小二乗法により演算されることによって得られる。従って、対象物における同一直線上に無い少なくとも３つの計測点の位置ベクトル及び並進速度ベクトルを取得することで、対象物の角速度を好適にかつ確実に演算することができる。 Here, the position vector acquisition means is means for acquiring position vectors of at least three measurement points that are not on the same straight line in the object, and the calculation means calculates an angular velocity vector by a singular value decomposition method or a least square method. It is preferable that it is a means. Thus, the angular velocity vector of the object is obtained by being calculated by the singular value decomposition method or the least square method that is synonymous with the singular value decomposition method. Therefore, the angular velocity of the object can be suitably and reliably calculated by acquiring the position vector and the translational velocity vector of at least three measurement points that are not on the same straight line in the object.

また、速度ベクトル取得手段は、位置ベクトル取得手段により取得された位置ベクトルから並進速度ベクトルを求めることが好ましい。この場合には、位置ベクトル取得手段により位置ベクトルを取得すれば、速度ベクトル取得手段として特にセンサを用いなくても、演算処理によって並進速度ベクトルが得られる。従って、対象物の角速度をより安価にかつ簡易に計測することが可能となる。また、対象物の並進速度をセンサで取得する場合と異なり、位置の計測値と並進速度の計測値とを同期させる必要がないため、これらの計測値の間の同期エラーも無くなり、対象物の角速度を一層精度良く計測することができる。 Further, it is preferable that the velocity vector acquisition unit obtains a translation velocity vector from the position vector acquired by the position vector acquisition unit. In this case, if the position vector is acquired by the position vector acquisition means, the translation speed vector can be obtained by the arithmetic processing without using a sensor as the speed vector acquisition means. Therefore, it is possible to measure the angular velocity of the object more inexpensively and easily. In addition, unlike the case where the translation speed of the object is acquired by a sensor, there is no need to synchronize the position measurement value and the translation speed measurement value, so there is no synchronization error between these measurement values. Angular velocity can be measured with higher accuracy.

本発明によれば、対象物の角速度を低コストでかつ精度良く計測することができる角速度計測装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the angular velocity measuring apparatus which can measure the angular velocity of a target object accurately at low cost can be provided.

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

まず、本発明の一実施形態に係る角速度計測装置１を図１〜図３に基づいて説明する。本実施形態の角速度計測装置１は、対象物の角速度を計測するものであり、例えば、車両におけるサスペンションのホイールアライメント等のサスペンション特性を計測するために、サスペンションの角速度を計測する際に用いられるものである。なお、サスペンションとしては、その形式や構造が限定されず、ストラット式やマルチリンク式等の種々のサスペンションが挙げられる。 First, an angular velocity measuring device 1 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The angular velocity measuring device 1 of the present embodiment measures an angular velocity of an object, and is used when measuring the angular velocity of a suspension, for example, to measure suspension characteristics such as wheel alignment of a suspension in a vehicle. It is. The type and structure of the suspension are not limited, and various types of suspensions such as a strut type and a multi-link type can be used.

図１は、本実施形態の角速度計測装置１の概略図である。同図において、角速度計測装置１は、サスペンション（対象物）２の例えばホイール３上における任意の計測点Ｐの位置ベクトルＱを検出・取得するレーザ変位計（位置ベクトル取得手段）４と、レーザ変位計４で取得した計測点Ｐの位置ベクトルを用いてサスペンション２の角速度を求める計測演算ユニット１０と、この計測演算ユニット１０で求めた結果を表示する表示器７とを備えている。そして、計測演算ユニット１０は、各計測点Ｐの並進速度ベクトルＶを求める速度ベクトル演算部（速度ベクトル取得手段）５と、サスペンション２の角速度ベクトルωを求める角速度ベクトル演算部（演算手段）６とを有している。ここで、計測点Ｐは、ホイール３における同一直線上に無い、すなわち同一直線上からずれるような３箇所以上の計測点Ｐ_１…Ｐ_Ｎである（Ｎは３以上の整数）。 FIG. 1 is a schematic diagram of an angular velocity measuring apparatus 1 according to the present embodiment. In the figure, an angular velocity measuring device 1 includes a laser displacement meter (position vector acquisition means) 4 for detecting and acquiring a position vector Q of an arbitrary measurement point P on a wheel 3 of a suspension (object) 2, for example, a laser displacement. A measurement calculation unit 10 that obtains the angular velocity of the suspension 2 using the position vector of the measurement point P acquired by the total 4 and a display 7 that displays the result obtained by the measurement calculation unit 10 are provided. The measurement calculation unit 10 includes a speed vector calculation unit (speed vector acquisition unit) 5 that calculates the translational velocity vector V at each measurement point P, an angular velocity vector calculation unit (calculation unit) 6 that calculates the angular velocity vector ω of the suspension 2, and the like. have. Here, the measurement points P are three or more measurement points P ₁ ... _PN that are not on the same straight line in the wheel 3, that is, deviated from the same straight line (N is an integer of 3 or more).

レーザ変位計４は、測定光出射部４ａを有している。このレーザ変位計４は、測定光出射部４ａから計測点Ｐに向けて光を照射し、その反射光を受光することにより、計測点Ｐの位置ベクトルＱを非接触で取得する。また、レーザ変位計４で取得した位置ベクトルＱは、速度ベクトル演算部５及び角速度ベクトル演算部６にそれぞれ送られる。 The laser displacement meter 4 has a measurement light emitting part 4a. The laser displacement meter 4 irradiates light toward the measurement point P from the measurement light emitting unit 4a and receives the reflected light, thereby acquiring the position vector Q of the measurement point P in a non-contact manner. The position vector Q acquired by the laser displacement meter 4 is sent to the velocity vector calculation unit 5 and the angular velocity vector calculation unit 6, respectively.

速度ベクトル演算部５は、レーザ変位計４から出力された各計測点Ｐの位置ベクトルＱを微分することにより、各計測点Ｐの並進速度ベクトルＶを取得する。速度ベクトル演算部５で取得した並進速度ベクトルＶは、角速度ベクトル演算部６に送られる。 The velocity vector calculation unit 5 obtains the translational velocity vector V of each measurement point P by differentiating the position vector Q of each measurement point P output from the laser displacement meter 4. The translational velocity vector V acquired by the velocity vector calculation unit 5 is sent to the angular velocity vector calculation unit 6.

角速度ベクトル演算部６は、レーザ変位計４により検出された位置ベクトルＱと、速度ベクトル演算部５により求められた並進速度ベクトルＶとに基づいて、サスペンション２の角速度ベクトルωを演算する。 The angular velocity vector computing unit 6 computes the angular velocity vector ω of the suspension 2 based on the position vector Q detected by the laser displacement meter 4 and the translational velocity vector V obtained by the velocity vector computing unit 5.

図２は、角速度ベクトル演算部６により角速度ベクトルωを算出するための考え方を示す図である。ここで、説明を簡易かつ明確にするために、対象物であるサスペンション２を簡易的に楕円形状として示している。 FIG. 2 is a diagram illustrating a concept for calculating the angular velocity vector ω by the angular velocity vector calculation unit 6. Here, in order to simplify and clarify the description, the suspension 2 that is the object is simply illustrated as an elliptical shape.

図２に示されるように、サスペンション２上には、少なくとも３つの計測点Ｐ_１…Ｐ_Ｎ（Ｎは３以上の整数）が同一直線上に無い位置に設けられている。そして、サスペンション２は、中心点Ｐ_０を中心に角速度ベクトルωで回転又は回動運動している。すなわち、中心点Ｐ_０は、角速度ベクトルωを有している。また、中心点Ｐ_０は、中心点Ｐ_０の位置ベクトルＱ_０と中心点Ｐ_０の並進速度ベクトルＶ_０とを有しており、各計測点Ｐ_１…Ｐ_Ｎは、位置ベクトルＱ_１…Ｑ_Ｎと並進速度ベクトルＶ_１…Ｖ_Ｎとをそれぞれ有している。 As shown in FIG. 2, at least three measurement points P ₁ ... P _N (N is an integer of 3 or more) are provided on the suspension 2 at positions that are not on the same straight line. The suspension 2 rotates or rotates around the center point P ₀ with an angular velocity vector ω. That is, the center point P ₀ has an angular velocity vector ω. The center point _{P 0} has a translational velocity vector _{V 0} which position vector _{Q 0} and the center point _{P 0} of the center point _{P 0,} each measurement point _P 1 ... _{P N,} the position vector _{Q 1} ... Q _N and translation velocity vector V ₁ ... V _N respectively.

サスペンション２上の任意の計測点Ｐ_ｉの並進速度ベクトルＶ_ｉは、下記（１）式により表される。

但し、
Ｖ_ｉ：計測点Ｐ_ｉの並進速度ベクトル、
Ｖ_０：中心点Ｐ_０の並進速度ベクトル、
ω：サスペンション２の角速度ベクトル（中心点Ｐ_０の角速度ベクトル）、
Ｑ_ｉ：計測点Ｐ_ｉの位置ベクトル、
Ｑ_０：中心点Ｐ_０の位置ベクトル A translation velocity vector V _{i at} an arbitrary measurement point P _i on the suspension 2 is expressed by the following equation (1).

However,
V _i : Translational velocity vector of measurement point P _i ,
V ₀ : translational velocity vector at the center point P ₀ ,
ω : Angular velocity vector of suspension 2 (angular velocity vector at center point P ₀ ),
Q _i : position vector of measurement point P _i ,
Q ₀ : position vector of center point P ₀

上記（１）式において、中心点Ｐ_０の位置ベクトルＱ_０及び中心点Ｐ_０の並進速度ベクトルＶ_０は、未知量である。そのため、（１）式からこれらのベクトルＱ_０，Ｖ_０を消去する必要がある。 In the above (1), the translation velocity vector _{V 0} which position vector _{Q 0} and the center point _{P 0} of the center point _{P 0} is the unknown quantity. Therefore, it is necessary to delete these vectors Q ₀ and V ₀ from the equation (1).

そこで、まず（１）式をＮ点について総和してＮで除し、平均位置ベクトルＱ_ａｖｅと平均並進速度ベクトルＶ_ａｖｅとに関する下記（２）式を求め、この（２）式により得たＮ点の平均位置ベクトルＱ_ａｖｅ及びＮ点の平均並進速度ベクトルＶ_ａｖｅを基準にする。このようにＮ点の平均位置ベクトルＱ_ａｖｅ及びＮ点の平均並進速度ベクトルＶ_ａｖｅを基準にする、すなわち、Ｎ点の平均点を基準点とすることで、計測点Ｐの位置ベクトルＱを計測した際の測定誤差が平均化され、測定誤差の影響が抑制される。

但し、
Ｑ_ａｖｅ：Ｎ点の平均位置ベクトル、
Ｖ_ａｖｅ：Ｎ点の平均並進速度ベクトル Therefore, first, the equation (1) is summed up for N points and divided by N, and the following equation (2) relating to the average position vector Q _ave and the average translation velocity vector V _ave is obtained, and N obtained by this equation (2) is obtained. The average position vector Q _ave of the points and the average translation velocity vector V _ave of the N points are used as references. In this way, the position vector Q of the measurement point P is measured by using the average position vector Q _ave of N points and the average translation velocity vector V _ave of N points as a reference, that is, using the average point of N points as a reference point. The measurement error is averaged and the influence of the measurement error is suppressed.

However,
Q _ave : Average position vector of N points,
V _ave : Average translation speed vector of N points

次に、（１）式から（２）式を引く。これにより、未知量である中心点Ｐ_０の位置ベクトルＱ_０及び並進速度ベクトルＶ_０が消去され、平均位置ベクトルＱ_ａｖｅに対する相対位置ベクトルｒ_１…ｒ_Ｎと、平均並進速度ベクトルＶ_ａｖｅに対する相対並進速度ベクトルｖ_１…ｖ_Ｎとに関する下記（３）式が得られる。

但し、
ｒ_ｉ：計測点Ｐ_ｉの平均位置ベクトルＱ_ａｖｅに対する相対位置ベクトル、
ｖ_ｉ：計測点Ｐ_ｉの平均並進速度ベクトルＶ_ａｖｅに対する相対並進速度ベクトル Next, subtract (2) from (1). Thus, the position vector _{Q 0} and translational velocity vector _{V 0} which the center point _{P 0} is unknown amount is deleted, the relative position vector _r 1 ... _{r N} to the average position vector _{Q ave,} relative to the average translational velocity vector _{V ave} The following equation (3) relating to the translation velocity vector v ₁ ... V _N is obtained.

However,
r _i : relative position vector with respect to the average position vector Q _ave of the measurement point P _i ,
v _i : Relative translation velocity vector with respect to the average translation velocity vector V _{ave at the} measurement point P _i

ここで、（３）式を成分表示した下記（４）式に示されるように、（３）式は特異行列（Singular Matrix）であるため、（３）式によってサスペンション２の角速度ベクトルωは一意に演算することができない。これは、２点の並進速度ベクトルだけでは、この２点を通る直線回りの回転又は回動運動を表現することができないことを意味している。

但し、
ｒ_ｉｘ：計測点Ｐ_ｉの相対位置ベクトルｒ_ｉのｘ方向成分、
ｒ_ｉｙ：計測点Ｐ_ｉの相対位置ベクトルｒ_ｉのｙ方向成分、
ｒ_ｉｚ：計測点Ｐ_ｉの相対位置ベクトルｒ_ｉのｚ方向成分、
ω_ｘ：サスペンション２の角速度ベクトルωのｘ方向成分、
ω_ｙ：サスペンション２の角速度ベクトルωのｙ方向成分、
ω_ｚ：サスペンション２の角速度ベクトルωのｚ方向成分、
ｖ_ｉｘ：計測点Ｐ_ｉの相対並進速度ベクトルｖ_ｉのｘ方向成分、
ｖ_ｉｙ：計測点Ｐ_ｉの相対並進速度ベクトルｖ_ｉのｙ方向成分、
ｖ_ｉｚ：計測点Ｐ_ｉの相対並進速度ベクトルｖ_ｉのｚ方向成分 Here, since the equation (3) is a singular matrix (Singular Matrix) as shown in the following equation (4) showing the component of the equation (3), the angular velocity vector ω of the suspension 2 is uniquely determined by the equation (3). Can not be calculated. This means that rotation or rotational motion around a straight line passing through these two points cannot be expressed by only two translational velocity vectors.

However,
r _ix : x-direction component of the relative position vector r _i of the measurement point P _i ,
r _iy : y-direction component of relative position vector r _i of measurement point P _i ,
r _iz : z-direction component of the relative position vector r _i of the measurement point P _i ,
ω _x : x-direction component of the angular velocity vector ω of the suspension 2,
ω _y : y-direction component of the angular velocity vector ω of the suspension 2
ω _z : z-direction component of the angular velocity vector ω of the suspension 2
v _ix : x-direction component of the relative translational velocity vector v _{i at} the measurement point P _i ,
v _iy : y-direction component of relative translational velocity vector v _i at measurement point P _i ,
v _iz : z-direction component of relative translational velocity vector v _i at measurement point P _i

そこで、本実施形態の角速度計測装置１では、（４）式を縦に同時に並べて下記（５）式とさせて演算している。これにより、特異値分解法（Singular Value Decomposition）又はこれと同義である最小２乗法で、（５）式を下記（６）式に定式化できる。なお、ここでの特異値分解法とは、一般的には解が存在しない未知数の数より方程式の数の方が多い場合でも、全ての方程式をできるだけ正確に満たす妥協解を求めるために、できるだけという要求を最小２乗法の意味で捉えて方程式における左辺と右辺との差の平方和を最小化する方法をいう。この特異値分解法については、例えば、「ニューメリカルレシピ・イン・シー日本語版、WilliamH.Pressら著、丹慶勝市ら訳、技術評論社（１９９３年．６月）」に記載されている。

Therefore, in the angular velocity measuring device 1 of the present embodiment, the calculation is performed by simultaneously arranging the equations (4) vertically as the following equation (5). Thereby, the equation (5) can be formulated into the following equation (6) by the singular value decomposition method or the least square method which is synonymous with the singular value decomposition method. Note that the singular value decomposition method here is generally used to find a compromise solution that satisfies all equations as accurately as possible even when there are more equations than unknowns for which there are no solutions. Is a method of minimizing the sum of squares of the differences between the left and right sides of the equation. This singular value decomposition method is described in, for example, “Numerical Recipe in Sea Japanese Version, written by William H. Press et al., Translated by Tankeikatsu et al., Technical Review (June 1993)”. .

そして、計測点Ｐが同一直線上に無いことより（６）式の左辺の逆行列が存在するため、（６）式を下記（７）式に変形でき、サスペンション２の角速度ベクトルωが下記（７）式により演算されることになる。

Since the measurement point P is not on the same straight line, the inverse matrix of the left side of the equation (6) exists, so the equation (6) can be transformed into the following equation (7), and the angular velocity vector ω of the suspension 2 is 7) is calculated by the equation.

以上のように、角速度ベクトル演算部６は、特異値分解法という手法により、同一直線上に無い計測点Ｐ_１…Ｐ_Ｎの位置ベクトルＱ_１…Ｑ_Ｎ、及び計測点Ｐ_１…Ｐ_Ｎの並進速度ベクトルＶ_１…Ｖ_Ｎからサスペンション２の角速度ベクトルωを演算する。 As described above, the angular velocity vector calculating unit 6, the technique of singular value decomposition method, the position vector Q ₁ ... Q _N, and the measurement point P ₁ ... P _N of the no measurement point P ₁ ... P _N collinear An angular velocity vector ω of the suspension 2 is calculated from the translation velocity vector V ₁ ... V _N.

このような角速度ベクトル演算部６による演算処理手順の詳細を図３に示す。同図において、まず、レーザ変位計４により検出されたホイール３上の各計測点Ｐの位置ベクトルＱを入力する（Ｓ１）。また、速度ベクトル演算部５により求められた各計測点Ｐの並進速度ベクトルＶを入力する（Ｓ２）。 Details of the calculation processing procedure by the angular velocity vector calculation unit 6 are shown in FIG. In the figure, first, the position vector Q of each measurement point P on the wheel 3 detected by the laser displacement meter 4 is inputted (S1). Further, the translation velocity vector V of each measurement point P obtained by the velocity vector calculation unit 5 is input (S2).

続いて、各計測点Ｐの位置ベクトルＱ及び並進速度ベクトルＶから、各計測点Ｐの平均位置ベクトルＱ_ａｖｅ及び平均速度ベクトルＶ_ａｖｅを上述した演算方法に従って算出する（Ｓ３）。続いて、位置ベクトルＱ、並進速度ベクトルＶ、平均位置ベクトルＱ_ａｖｅ、及び平均速度ベクトルＶ_ａｖｅから、各計測点Ｐの相対位置ベクトルｒ及び相対並進速度ベクトルｖを上述した演算方法に従って算出する（Ｓ４）。 Subsequently, the average position vector Q _ave and average speed vector V _ave of each measurement point P are calculated from the position vector Q and translation velocity vector V of each measurement point P according to the above-described calculation method (S3). Subsequently, the relative position vector r and the relative translation speed vector v at each measurement point P are calculated from the position vector Q, the translation speed vector V, the average position vector Q _ave , and the average speed vector V _ave according to the calculation method described above ( S4).

そして、相対位置ベクトルｒ及び相対並進速度ベクトルｖから、サスペンション２の角速度ベクトルωを上述した演算方法に従って演算する（Ｓ５）。これにより、サスペンション２の角速度が計測されることになる。その後、サスペンション２の角速度の計測値を表示器７に表示させる（Ｓ６）。 Then, the angular velocity vector ω of the suspension 2 is calculated from the relative position vector r and the relative translation velocity vector v according to the calculation method described above (S5). Thereby, the angular velocity of the suspension 2 is measured. Thereafter, the measured value of the angular velocity of the suspension 2 is displayed on the display 7 (S6).

以上のように、本実施形態の角速度計測装置１では、レーザ変位計４により計測点Ｐの位置ベクトルＱを検出し、この計測点Ｐの位置ベクトルＱを微分して計測点Ｐの並進速度ベクトルＶを求め、計測点Ｐの位置ベクトル及び並進速度ベクトルＶに基づいて回転又は回動運動するサスペンション２の角速度ベクトルωを演算する。従って、従来の角速度計測装置を用いずとも、サスペンション２の角速度を安価に計測することが可能となる。また、このとき、角速度の計測値を位置や並進速度の計測値と同期させる必要が無いため、角速度の計測値と位置や並進速度の計測値との間の同期エラーも無くなり、サスペンション２の角速度を精度良く計測することができる。 As described above, in the angular velocity measuring apparatus 1 of the present embodiment, the position vector Q of the measurement point P is detected by the laser displacement meter 4, and the translation vector of the measurement point P is differentiated by differentiating the position vector Q of the measurement point P. V is obtained, and the angular velocity vector ω of the suspension 2 that rotates or rotates is calculated based on the position vector of the measurement point P and the translation velocity vector V. Therefore, the angular velocity of the suspension 2 can be measured at low cost without using a conventional angular velocity measuring device. At this time, since it is not necessary to synchronize the measured value of the angular velocity with the measured value of the position and the translational velocity, there is no synchronization error between the measured value of the angular velocity and the measured value of the position and the translational velocity, and the angular velocity of the suspension 2 is eliminated. Can be measured with high accuracy.

さらに、並進速度ベクトルＶは、レーザ変位計４により取得された位置ベクトルを微分することにより取得されるため、並進速度ベクトルＶを検出するセンサを用いなくても、演算処理によって並進速度ベクトルＶが得られる。従って、サスペンション２の角速度をより安価にかつ簡易に計測することが可能となる。また、このとき、角速度の計測値を位置や並進速度の計測値と同期させる必要が無いだけでなく、位置の計測値と並進速度の計測値とを同期させる必要もないため、これらの計測値の間の同期エラーも無くなり、サスペンション２の角速度を一層精度良く計測することができる。 Furthermore, since the translational velocity vector V is obtained by differentiating the position vector obtained by the laser displacement meter 4, the translational velocity vector V can be calculated by calculation processing without using a sensor that detects the translational velocity vector V. can get. Therefore, the angular velocity of the suspension 2 can be measured more inexpensively and easily. In addition, at this time, it is not necessary to synchronize the measured value of the angular velocity with the measured value of the position and the translational velocity, and it is not necessary to synchronize the measured value of the position and the measured value of the translational velocity. And the angular velocity of the suspension 2 can be measured with higher accuracy.

以上、本発明に係る角速度計測装置の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。 The preferred embodiment of the angular velocity measuring device according to the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the above embodiment.

例えば、上記実施形態では、位置ベクトルＱを微分することにより並進速度ベクトルＶを取得するものであるが、特にこれに限られず、別途に設けられた並進速度ベクトルを計測するセンサを使用しても良い。この場合には、上記の速度ベクトル演算部５が不要となる。 For example, in the above embodiment, the translational velocity vector V is obtained by differentiating the position vector Q. However, the present invention is not limited to this, and a sensor that measures a translational velocity vector provided separately may be used. good. In this case, the speed vector calculation unit 5 is not necessary.

また、上記実施形態では、位置ベクトル取得手段としてレーザ変位計４を用いたが、例えば画像処理計測器や磁気変位センサ等であっても良い。 Moreover, in the said embodiment, although the laser displacement meter 4 was used as a position vector acquisition means, an image processing measuring device, a magnetic displacement sensor, etc. may be sufficient, for example.

本発明に係る角速度計測装置の一実施形態の概略図である。It is the schematic of one Embodiment of the angular velocity measuring device which concerns on this invention. 図１に示す角速度ベクトル演算部により角速度ベクトルを算出するための考え方を示す図である。It is a figure which shows the idea for calculating an angular velocity vector by the angular velocity vector calculating part shown in FIG. 図１に示す角速度ベクトル演算部による処理手順の詳細を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the detail of the process sequence by the angular velocity vector calculating part shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１…角速度計測装置、２…サスペンション（対象物）、４…レーザ変位計（位置ベクトル取得手段）、５…速度ベクトル演算部（速度ベクトル取得手段）、６…角速度ベクトル演算部（演算手段）、Ｐ…計測点、Ｑ…位置ベクトル、Ｖ…並進速度ベクトル、ω…角速度ベクトル。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Angular velocity measuring device, 2 ... Suspension (object), 4 ... Laser displacement meter (position vector acquisition means), 5 ... Speed vector calculation part (speed vector acquisition means), 6 ... Angular velocity vector calculation part (calculation means), P: measurement point, Q: position vector, V: translational velocity vector, ω: angular velocity vector.

Claims

対象物の角速度を計測する角速度計測装置であって、
前記対象物における任意の計測点の位置ベクトルを取得する位置ベクトル取得手段と、
前記任意の計測点の並進速度ベクトルを取得する速度ベクトル取得手段と、
前記位置ベクトル取得手段により取得された前記位置ベクトルと前記速度ベクトル取得手段により取得された前記並進速度ベクトルとに基づいて、前記対象物の角速度ベクトルを演算する演算手段と、を備えることを特徴とする角速度計測装置。 An angular velocity measuring device that measures the angular velocity of an object,
Position vector acquisition means for acquiring a position vector of an arbitrary measurement point in the object;
Velocity vector acquisition means for acquiring a translation velocity vector of the arbitrary measurement point;
Calculating means for calculating an angular velocity vector of the object based on the position vector acquired by the position vector acquiring means and the translational velocity vector acquired by the velocity vector acquiring means, Angular velocity measuring device.

前記位置ベクトル取得手段は、前記対象物における同一直線上に無い少なくとも３つの計測点の位置ベクトルを取得する手段であり、
前記演算手段は、特異値分解法又は最小二乗法により前記角速度ベクトルを演算する手段であることを特徴とする請求項１記載の角速度計測装置。 The position vector acquisition means is means for acquiring position vectors of at least three measurement points that are not on the same straight line in the object,
2. The angular velocity measuring apparatus according to claim 1, wherein the calculating means is a means for calculating the angular velocity vector by a singular value decomposition method or a least square method.

前記速度ベクトル取得手段は、前記位置ベクトル取得手段により取得された前記位置ベクトルから前記並進速度ベクトルを求めることを特徴とする請求項１又は２記載の角速度計測装置。
The angular velocity measuring device according to claim 1, wherein the velocity vector obtaining unit obtains the translation velocity vector from the position vector obtained by the position vector obtaining unit.