JPS5844962B2 - パルプ式車両用勾配検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は走行車両にかいて走行路の勾配を気圧差に基づ
いて検出する車両用勾配検出装置に関するものである。

従来周知の勾配計は例えば重錘を有しその沿直線を基準
として車両の傾きを検知するなど機械的ノ 構造であったので、車両の走行中では振動及び前後加速
度のために正確に走行路の勾配を測ることができず、ま
た車両が荷物や乗員などのために傾いているような場合
も同様であった。

本発明は上記の問題点を解決するためになされ高度が上
昇する毎に大気圧が減少する（例えば高さが１０７７Ｌ
上昇する毎に気圧が約１．２ｍｂａｒ減少する）ことに
着目し、２つの区間の大気圧を電磁バルブ及びこの電磁
バルブにて大気と連通、しゃ断される２個の気密室によ
り交互に保持して２つの区間の気圧差を求め、この気圧
差と２つの区間の距離より勾配を求める構成とすること
により走行中の振動や前後加速度により誤差が出ること
なく、また電気的なノイズの影響を受けることも少なく
、正確に走行中の勾配を測定できるバルブ式車両用勾配
検出装置の提供を目的としている。

以下本発明を図に示す一実施例について説明する。

本発明の一実施例の全体概要構成を示す第１図にあ・い
て、１は車両の走行距離を検出する走行距離検出手段を
なす距離検出部、２は一定距離走行毎に気密室に大気圧
を保持する気圧保持手段をなす気圧保持部、３は気圧保
持部に保持された２つの大気圧の差を検出する気圧検出
手段をなす気圧検出部である。

４はホールド手段で４Ｌ４２はそれぞれ距離検出部１か
らの一定走行毎の走行距離信号により気圧検出部３の気
圧信号を交互にサンプルホールドする第１サンプルホー
ルド回路第２サンプルホールド回路である。

５は前記第１サンプルホールド回路４１と第２サンプル
ホールド回路４２の出力の差を検出する赴較手段をなす
検出回路、６は検出回路５の信号を受けて上り下りの符
号と勾配に比例した幅のパルス信号を作製するＡ／Ｄ変
換部である。

次に第１図の詳細電気結線図を示す第２図、第４図、第
５図、第６図、第８図及び気圧保持部２の構造を示す第
３図、動作原理の説明をした第７図にあ・いて、動作を
回路の説明と同時に述べる。

第２図は距離検出部１を示し、１０は、スピードメータ
ケーブル軸に接続された磁石１０ａの一回転で４個のパ
ルス信号を発生させるリードスイッチ１０ｂを備えた距
離センサであり、１パルス当り約０．４ｍに相当する信
号を発生させる。

１１は距離センサ１０からの信号を波形整形する整形回
路で、ノイズ吸収用コンデンサ１１１、整形用トランジ
スタ１１２、ノイズフィルタ回路１１３、釦よびヒステ
リシス特性を持つナントゲート１１４等で構成される。

１２はこの整形回路１１で整形された後の走行距離を表
わすパルス信号をカウントし、２５．６ｍ（６４パルス
に相当）あ・きにリセット信号Ｒ１，％−よびＲ２を交
互に出力し、電源投入時にパワーリセット信号ＰＲを出
力するリセット信号回路であり、東京２浦電気社製（以
後東芝製と呼ぶ）集積回路ＴＣ４０２４によるカウンタ
１２２、パワーリセット回路１２１、ナントゲート及び
インバータ１２３，１２４，１２５にて構成される。

１３はシステムにクロック信号を供給するクロック信号
発生回路で公知の構成によるＣＲ発振器１３１．波形整
形用のヒステリシスを持ったナントゲート１３２、東芝
製集積回路ＴＣ４０４０にて構成される分周用カウンタ
１３３より成る。

前記カウンタ１３３は第７ステージ「Ｑ７」より１６０
Ｈｚ、第９ステージ「Ｑ９」より４０Ｈｚのクロック信
号ψ１及びＱ２を出力する。

１４は前記リセット信号回路１２、クロック信号発生回
路１３の信号Ｒ，Ｒ１，Ｒ２φ２を受けてサンプルホー
ルド信号Ｓ１．Ｓ２、パルプ駆動信号ＶＳ１．ＶＳ２．
Ａ／Ｄ変換信号Ａ／Ｄを出力する制御信号発生回路であ
り、東芝製集積回路ＴＣ４−０１７にて構成されるカウ
ンタ１４１１４４、Ｄラッチ１４２，１４３，１４５，
１４６及び若干のゲートにて構成される。

今カウンタ１４１に前記リセット信号Ｒ１が入力される
とカウンタ１４１は第１ステージ「１」、第３ステージ
「３」、第５ステージ「５Ｊ、第７ステージ「７」の順
に５０ ｍ ｓ ｅ ｃのパルス信号を出力しＤラッチ
１４２，１４３と合わせて１ずバルブ１駆動信号ＶＳ１
を５０ｍ５ｅｃ、次にサンプルホールド信号Ｓ１ を２
５ｍ５ｅｃ、次にＡ／Ｄ変換信号Ａ／Ｄを５０ｍｓ ｅ
ｃをシーケンシャルに出力し、第９のステージ「９」
が′１”レベルになって一連の動作を終了する。

これより２５．６ｍ走行すると今度はリセット信号回路
１２よりリセット信号Ｒ２が出力されカウンタ１４４、
Ｄラッチ１４５．１４６が上記と同様の動作をし、１ず
バルブ駆動信号■Ｓ２を５０ｍ５ｅｃ、次にサンプルホ
ールド信号Ｓ２を２５ｍ５ｅｃ、次にＡ／Ｄ変換信号Ａ
／Ｄを５０ｍ５ｅｃシーケンシヤルに出力し一連の動作
を終了する。

以後２５．６ｍ：Ｔｈきに上記の２つの一連の動作をく
り返す。

１５はバルブリセット回路で、車両キースイッチオン時
に２つの気密室の気圧を等しくする為のもので、前記パ
ワーリセット信号ＰＲが入力された後約１秒間すンプル
ホールダ信号Ｓ１．Ｓ２及びバルブ１駆動信号ＶＳ□、
ＶＳ２を出力するもので、東芝集積回路ＴＣ４０４０に
て構成されるカウンタ１５１、オアゲート１５２、イン
バータ１５３より成る。

第３図は気圧保持部２０部部分面構造を示す。

２１は各構成部品を収納している例えばアルミニウム製
のシャーシ、２２は第１気密室、２３は第１気密室２２
と外気との間を断続させる第１電磁バルブ、２４は第２
気密室、２５は第２気密室２４と外気との間を断続させ
る第２電磁バルブである。

第１気密室２２と第２気密室２４との間は半導体微圧セ
ンサ３１（後述）が備えられてち・す、しかも第１気密
室と第２気密室との間は完全にシールされていて圧もれ
は女い構造となっている。

２６は気圧保持部全体を囲む発泡スチロールの断熱材で
ある。

動作を説明すると、渣ず前記バルブ１駆動信号ＶＳ□に
より第１電磁バルブ２３が５０ｍ ｓ ｅ ｃ開き第１
気密室の圧力はその地点の大気圧と等しくなりその後パ
ルプ２３は閉じられる。

さらに２５．６ｍ走行すると今度は前記バルブ１駆動信
号ＶＳ２か入力され第２電磁バルブ２５か５０ｍ Ｓ
ｅ ｅ開いて第２気密室の圧力がその地点の大気圧と等
しくなり、その後バルブ２５は閉じられる。

以後２５．６ｍ走行毎に第１気密室２２→第２気密室２
４の順で気密室は各地点の大気圧をホールドしてゆく。

気圧保持部２全体は発泡スチロールにより囲まれ外部の
温度変化の影響を受けにくくしている。

第４図は第１電磁バルブ２３０部分断面構成図を示しく
第２電磁バルブ２５も同様）、２３１はステンレス製の
ムービングコアであり端部に樹脂部２３１ａを備えてい
る。

２３２は鉄製のコアプレート、２３３は鉄製のコイルハ
ウジングでありコイルハウジング２３３はコアプレート
２３２をかしめにより固定している。

２３４はコイルであり、通ｔされるとムービングコア２
３１を下方に引き下げ、外気と第１気密室２２を連通す
る。

２３５はゴム製のスペーサ、２３６Ｖｉスプリングであ
り、コイル２３４に通電されていないときスプリング２
３６はその復元力によりムービングコア２３１をＯリン
グ２３８に押し付け、外気と第１気密室２２間をしゃ断
する。

２３７は鉄製のステータコア、２３９はシャーシ２１に
設けられた空気が流れる溝である。

第５図は気圧検出部３、第１サンプルホールド回路４１
、第２サンプルホールド回路４２、検出回路５を示す。

公知のダイアフラム式中導体圧力センサを用いた微圧セ
ンサ３１は、前記第１気密室２２と第２気密室２４とを
ダイアフラムにて区切り、ダイアフラムの変位をブリッ
ジ化した圧力−抵抗変換素子にて検出するもので、気圧
差に比例した電圧が２つの出力端子３１ａ、３１ｂ間に
発生する。

微圧センサ３１の微小出力電圧はフェアチャイルド社製
集積回路μＡ７２５によって構成される差動増幅回路３
２１にて増幅され、ＲＣフィルタ３２２にてノイズを除
去される。

この信号はボルテージフォロワ回路４０に加えられ、さ
らに東芝製集積回路ＴＣ４０６６（アナログスイッチと
して使用）４１１，４２Ｌコンデンサ４１２．４２２及
びＲＣＡ （Ｒａｄｉｏ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎｏｆ
Ａｍｅｒｉｃａ）社製集積回路ＣＡ３１３０ （４１
３゜４２３）にて構成される第１サンプルホールド回路
４１、第２サンプルホールド回路４２に加えられる。

気圧検出部３の出力電圧は前記サンプルホールド信号Ｓ
１で第１サンプルホールド回路４１に、サンプルホール
ド信号Ｓ２で第２サンプルホールド回路４２に２５．６
ｍ走行毎に交互にホールドされる。

第１ザンプルホールド回路４１及び第２サンプルホール
ド回路４２にホールドされた気圧信号はそれぞれフェア
チャイルド社製集積回路μＡ７２５にて構成される検出
回路５の差動増幅回路５１０反転及び非反転入力端子に
入力され、出力端にはその差の増幅された信号が出力さ
れる。

この出力電圧Ａ。

は２５．６ｍ離れた２地点間の高度差すなわち２地点間
の勾配に比例している。

ここで今昔で述べた事を第６図を使って再度説明する。

前述の様に第１電磁バルブ２３が開いた直後気圧検出部
３の出力は第１ザンプルホールド回路４１に保持され、
一方第２電磁バルブ２５が開いた直後気圧検出部３の出
力は第２サンプルホールド回路４２に保持されるように
なっている。

例えば使用している半導体微圧センサ３１の出力特性が
同図Ａの様になっているとし、同図Ｂのような単調な坂
を上り下りする事を考えてみる。

Ｂの◎〜■、■〜■の各点間の距離はみな２５．６ｍで
、各点間の気圧差をａとする。

０点で第１電磁バルブ２３が開き第１気密室２２の圧力
はＰとなっている。

次に■点で第２電磁パルプ２５が開き第２気密室２４の
圧力がＰ−ａとなると気密室間の差圧はａで、Ａより気
圧検出部３の出力電圧はｂｌ−どなる、０点で第１サン
プルホールド回路４１０ホールド電圧がＶ。

ならば、■点では第２サンプルホールド回路４２０ホー
ルド電圧かｂｏで゛あるから検出回路５の出力は α（ｂｌ−ｖｏ） α：定数 となる。

■点で第１電磁バルブ２３が開くと第１気密室の圧力は
（Ｐ−２ａ’）となり気密室間の差圧は−ａで、Ａより
気圧検出部３の出力は−ｂ２となって検出回路５の出力
は α（・ｂｌ−ｃ−ｂ２ ））＝α（ｂ１＋ｂ２）となる
。

■〜■点についても同様で検出回路５の出力ばα（ｂ１
＋ｂ２ ）となる。

０点も坂の途中にあるならばＶ。

＝−ｂ２でやはり出力はα（ｂ１＋ｂ２ ） となる。

下り坂の■〜■点についても同様に考えられ、■点で第
１電磁バルブ２３が開き第１気密室２２の圧力はｑとな
り、直後の第１ザンプルホールド回路４２０ホールド電
圧をＶ。

′とすれば気圧差ａの■点にあ・ける検出回路５の出力
はα（−ｂｌ−Ｖｏ’） となる。

■点にあ・いてばα（−ｂｌ−ｂ２ ）＝−α（ｂよ＋
ｂ２ ） となり、■、■点についても同様で出力は一α（ｂ１＋
ｂ２）となる。

一ヒ述のようにたとえ第６図Ａの様に半導体微圧センサ
３１の出力が加圧方向により異なっても、本方式によれ
ば上り下りのゲインが等しくなる事が判る。

第７図はＡ／Ｄ変換器６を示し、６１は公知の東芝製集
積回路ＴＣ４０６６によるアナログスイッチ６１Ｌ６１
３、抵抗６１２，６１４、コンデンサ６１６，６１８、
公知のＲＣＡ社製集積回路ＣＡ３１３０によるオペアン
プ６１７、及びインバータ６１５よりなるのこぎり波発
生回路で、前記Ａ／Ｄの変換信号Ａ／Ｄが０”レベルの
時（第８図１１）アナログスイッチ６１１がＯＮとなり
、抵抗６１２を通してコンデンサ６１６が充電される。

逆にＡ／Ｄ変換信号Ａ／Ｄが°゛１”レベルの時はアナ
ログスイッチ６１３がＯＮとなり抵抗６１４を通じてコ
ンデンサ６１６が放電する。

抵抗６１２に比べ抵抗６１４は非常に小さいのでオペア
ンプ６１７の出力はのこぎり波（第８図２）となる。

６２は上り下りの符号判別及びアナログ電圧をパルス幅
に変換する変換回路で、ＣＲフィルタ６２１．公知のモ
トローラ社製集積回路ＭＣ３３０２によるコンパレータ
６２２，６２４゜６２６及びヒステリシス用抵抗６２３
，６２５゜６２７、エクスクル−シブオアゲート６２８
、アンドゲート６２９より成る。

前記検出回路５の出力電圧Ａ。

はＣＲフィルタ６２１にてノイズ除去されコンパレータ
６２２，６２４に加えられる。

コンパレータ６２２ではＡ。

と＋４ｖが比較され上り下りの符号が判定される。

コンパレータ６２４ではＡ。

と前記のこぎり波が比較され、Ａｏに対応した幅のパル
ス信号を出力する（第８図３，４）コンパレータ６２６
では＋４Ｖとのこぎり波とか比較され気圧変化無しの場
合の基準パルスを出力する（第８図３，５）。

エクスクル−シブオアゲート６２８ではこの基準パルス
の幅と出力電圧Ａｏに対応したパルス信号の幅とが比較
され正味の気圧差に比例した幅のパルス信号（第８図６
）を作る。

この信号はアンドゲート６２９を通して出力される（第
８図７）。

以上により第７図ＯＵＴ端子には勾配に比例したパルス
幅の信号が、５ＩＧＮ端子には上り下りの符号に対応し
た゛°１″レベル又は０”レベルの信号か得られる。

なか本装置の出力は上り下りを示す符号と勾配に比例し
た幅のパルス信号であるので、後の信号処理によって勾
配のデジタル表示あるいはメータ、バーグラフ等による
表示など自由にできる。

また、外来ノイズ（風、対向車両など）の影響を緩和す
る為に複数回の平均を取るとデータとして非常に安定す
る。

さらに、Ａ／Ｄ変換は上記実施例で用いた方式以外にも
いろいろ考えられ、例えば市販のＡ／Ｄ変換素子を用い
る事もできるし、Ａ／Ｄ変換せずに直接アナログのデー
タを使用してもか１わない。

また、断熱材には発泡スチロール以外のものを利用して
もか１わないし、別に温度を一定に保つ装置等を付加し
てもよい。

以上詳細に説明したように本発明は、２つの区間の大気
圧を２個の気密室に交互に保持して２つの区間の気圧差
を求め、この気圧差と２つの区間の距離より勾配を求め
る構成としたので、電気的なノイズの影響が少なく安定
して気圧差の測定ができ、また走行中の振動や前後加速
度により誤差が出ることなく正確に走行路の勾配を測定
できるという優れた効果がある。

また、気密室を備えた気圧保持手段全体を発泡スチロー
ル等の断熱材にて囲んでいるため、外部の温度変化の影
響を受けに〈〈安定した測定データが得られるという優
れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す全体概要構成図、第２
図は第１図中の距離検出部の電気回路図第３図は第１図
中の気圧保持部の部分断面構成図第４図は第３図中の第
１電磁パルプの部分断面構成図、第５図は第１図中の気
圧検出部、ホールド手段、検出回路の電気回路図、第６
図は本発明の作動説明に供する参考図、第７図は第１図
中のＡ／Ｄ変換部の電気回路図、第８図は第７図各部の
信号波形図である。 １・・・走行距離検出手段をなす距離検出部、２・・・
気圧保持手段をなす気圧保持部、３・・・気圧検出手段
をなす気圧検出部、４・・・ホールド手段、５・・・比
較手段をなす検出回路、２２．２４・・・第１気密室、
第２気密室、２３．２５・・・第１電磁バルブ、第２電
磁バルブ、２６・・・断熱材をなす発泡スチロール４１
．４２・・・第１サンプルホールド回路、第２サンプル
ホールド回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 車両が一定走行距離を走行する毎にタイミング信号
   を発生する走行距離検出手段と、前記タイミング信号に
   同期して隣り合う２つの区間の大気圧を電磁バルブにて
   それぞれ大気と通じる２個の気密室に交互に保持す気圧
   保持手段と、前記２個の気密室の気圧差に応じた電気信
   号を発生する気圧検出手段と、この気圧検出手段よりの
   電気信号を前記タイミング信号に同期して隣り合う２つ
   の区間ずつホールドするホールド手段と、このホールド
   された２つの信号を比較して差を検出する手段を備えた
   ことを特徴とするバルブ式車両用勾配検出装置。 ２ 前記気圧保持手段全体を断熱材にて囲み、外気温の
   変化の影響を受けに＜＜シたことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載のバルブ式車両用勾配検出装置。