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技術 角速度検出装置

出願人 日立オートモティブシステムズ株式会社
発明者 中村敏明鄭希元林雅秀
出願日 2014年4月25日 (6年7ヶ月経過) 出願番号 2014-090827
公開日 2015年11月24日 (5年1ヶ月経過) 公開番号 2015-210137
状態 特許登録済
技術分野 ジャイロスコープ 圧力センサ
主要キーワード 振動軸方向 変位振動 共振判定 出し容量 振動周波数調整 温度センサ出力 外力印加 非共振状態
関連する未来課題
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この項目の情報は公開日時点(2015年11月24日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (8)

課題

温度センサ故障検出をより高精度にした慣性力検出装置を提供すること

解決手段

振動体を第1の方向に振動させた状態において、角速度の発生により、振動体が第2の方向に変位したときの変位量を角速度として検出する慣性力検出装置において、前記振動体を第1の方向に共振状態となるように制御する手段と、温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段の故障を検出する手段と、を有し、前記3つの手段の故障検出結果を示す複数の信号を、一つの信号線より連続して出力する。

概要

背景

慣性力検出装置の一例として、自動車走行時の安全を確保するための横滑り防止装置に用いられ、圧雪路や凍結路での横滑り旋回等で生じる角速度を検出するための角速度センサがあげられる。ここで角速度の検出精度を高めるべく、センサ出力温度特性温度センサを用いることで補正する場合がある。しかし、温度センサが故障した場合、温度特性の補正の際に誤った補正がなされる。その結果、角速度センサからの出力は本来の出力値とは異なる値が出力されてしまう。そのため、これらを防ぐべく温度センサの故障を検出する必要があり、角速度センサに付属する温度センサの故障を検出する方法として、特許文献1,2に記載のような技術が開示されている。特許文献1では、共振周波数基準値からの変化量と温度センサ出力の基準値からの変化量を比較し、センサの故障を判定する例が示されている。また、特許文献2では、角速度検出素子と制御部に温度センサを持ち、両者の出力を比較して、温度センサの故障を判定する例が示されている。

概要

温度センサの故障検出をより高精度にした慣性力検出装置を提供すること振動体を第1の方向に振動させた状態において、角速度の発生により、振動体が第2の方向に変位したときの変位量を角速度として検出する慣性力検出装置において、前記振動体を第1の方向に共振状態となるように制御する手段と、温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段の故障を検出する手段と、を有し、前記3つの手段の故障検出結果を示す複数の信号を、一つの信号線より連続して出力する。

目的

本発明の目的は、温度センサの故障検出をより高精度にした慣性力検出装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

振動体を第1の方向に振動させた状態において、角速度の発生により、振動体が第2の方向に変位したときの変位量を角速度として検出する慣性力検出装置において、前記振動体を第1の方向に共振状態となるように制御する手段と、温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段の故障を検出する手段と、を有し、前記3つの手段の故障検出結果を示す複数の信号を、一つの信号線より連続して出力することを特徴とする慣性力検出装置。

請求項2

請求項1に記載の慣性力検出装置において前記振動体を第1の方向に振動させるために供給する信号と、前記第1の方向の振動で生じる振動体の変位による信号と、前記温度検出手段が出力する信号とから、前記温度検出手段の故障を検出することを特徴とする慣性力検出装置。

請求項3

請求項1または2に記載の慣性力検出装置において。前記温度検出手段の故障を検出する手段は、温度により変化する故障判定しきい値を生成する手段と、前記温度検出手段の出力を前記故障判定しきい値と比較し前記故障判定しきい値の範囲内に入っていれば正常と判定し、範囲外であれば故障と判定するしい値比較手段と、を有し、前記故障判定しきい値生成手段の故障を検出する手段および前記しきい値比較手段の故障を検出する手段で生成される信号を、前記温度検出手段の故障を検出する手段の故障検出結果として出力することを特徴とする慣性力検出装置。

請求項4

請求項1または2に記載の慣性力検出装置において、前記温度検出手段の故障検出を行う前に、前記振動体の非共振状態から共振状態への移行の判定を行うことを特徴とする慣性力検出装置。

請求項5

請求項1に記載の慣性力検出装置において、前記複数の連続する信号は、前記振動体が共振状態であるか否かを示す信号と前記温度検出手段の故障検出結果を示す信号であることを特徴とする慣性力検出装置。

技術分野

0001

本発明は、自動車走行時に働く慣性力を検出する慣性力検出装置に関する。

背景技術

0002

慣性力検出装置の一例として、自動車走行時の安全を確保するための横滑り防止装置に用いられ、圧雪路や凍結路での横滑り旋回等で生じる角速度を検出するための角速度センサがあげられる。ここで角速度の検出精度を高めるべく、センサ出力温度特性温度センサを用いることで補正する場合がある。しかし、温度センサが故障した場合、温度特性の補正の際に誤った補正がなされる。その結果、角速度センサからの出力は本来の出力値とは異なる値が出力されてしまう。そのため、これらを防ぐべく温度センサの故障を検出する必要があり、角速度センサに付属する温度センサの故障を検出する方法として、特許文献1,2に記載のような技術が開示されている。特許文献1では、共振周波数基準値からの変化量と温度センサ出力の基準値からの変化量を比較し、センサの故障を判定する例が示されている。また、特許文献2では、角速度検出素子と制御部に温度センサを持ち、両者の出力を比較して、温度センサの故障を判定する例が示されている。

先行技術

0003

特表2009−508130号公報
特開2000−105125号公報

発明が解決しようとする課題

0004

しかしながら、これらの故障検出機能の働きが正常であることを保証する為には、上記の技術に加え、故障検出機能自体の故障を検出する機能が必要である。

0005

本発明の目的は、温度センサの故障検出をより高精度にした慣性力検出装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0006

振動体を第1の方向に振動させた状態において、角速度の発生により、振動体が第2の方向に変位したときの変位量を角速度として検出する慣性力検出装置において、前記振動体を第1の方向に共振状態となるように制御する手段と、温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段の故障を検出する手段と、を有し、前記3つの手段の故障検出結果を示す複数の信号を、一つの信号線より連続して出力する

発明の効果

0007

温度センサの故障検出をより高精度にした慣性力検出装置を提供することが可能となる

図面の簡単な説明

0008

実施例のセンサ制御回路ブロック図。
振動軸方向検出軸方向周波数振幅特性を示す図。
実施例の振動周波数調整部のタイミングチャート
振動子の駆動方向の共振周波数−温度特性を示す図。
駆動周波数調整部の出力−温度特性を示す図。
実施例の温度判定値生成部の出力−温度特性を示す図。
実施例の温度センサ故障検出部の出力を示すタイムチャート

実施例

0009

以下、本発明の実施例を図1図7により説明する。

0010

図1は第1の実施例の角速度センサの制御回路のブロック図である。本実施例の角速度検出素子101は所定の質量を持ち所定の振動周波数(共振周波数)fdで振動軸方向に振動する振動子102と、振動子102の振動方向の振動振幅および振動周波数を調整するために静電気力を働かせる固定電極外力印加手段)103と、振動子102の振動振幅および振動周波数を静電容量の変化で検出する電極変位検出手段)104および105と、角速度の印加で生じるコリオリ力により振動軸と直角の方向に振動子102に生じる変位を静電容量の変化で検出する固定電極106および107(変位検出手段)により構成される。

0011

また、検出素子101と固定電極104の間の静電容量および検出素子101と固定電極105の間の静電容量の差分を検出することにより検出素子101に働く振動軸方向の変位を検出する容量検出器110と、容量検出器110の出力をデジタル信号に変換するAD変換器145と、検波信号Φ1で同期検波を行う乗算器113から成る同期検波部131と、同期検波部131の出力を一定周期ごとに加算する積分器118から成る振動周波数調整部151を有す。

0012

また、振動子102と固定電極106の間の静電容量および振動子102と固定電極107の間の静電容量の差分を検出することで、振動子102に働くコリオリ力による変位を検出し、デジタル信号に変換する容量検出器112と、容量検出器112の出力をデジタル信号に変換するAD変換器146と、検波信号Φ1で同期検波を行うための乗算器115と、乗算器115の出力を一定周期ごとに加算する積分器120から成る角速度検出部153を有す。

0013

また、積分器118の出力に応じた周波数の基本クロックを出力するVCO(ボルテージコントロールオシレータ)122と、VCO122の出力を分周して駆動信号および検波信号Φ1を出力するクロック生成部123を有す。

0014

また、温度センサ137の出力に応じて、角速度センサの出力を補正する特性補正139を有す。

0015

また、同期検波131で1/2周期分の同期検波出力の積分を行う半周期積分162と、同期検波部131の出力から、角速度検出素子101が共振周波数で振動していることを検出するための共振判定値レジスタ163と、温度センサ137の故障を検出するための温度判定値生成部164と、故障検出の対象信号切り替えるスイッチ165と、故障判定値を切り替えるスイッチ166と、故障検出の対象信号と判定値を比較して故障の判定を行う比較部167とから成る温度センサ故障検出部161を有す。

0016

また、角速度特性補正部139からの角速度検出結果と温度センサ故障検出部161からの故障検出結果を外部装置に出力する通信部143で構成する。

0017

つぎに動作について説明する。図2に角速度検出素子101の振動軸方向と検出軸方向の周波数特性を示す。図2より、振動軸方向の振動振幅は共振周波数を頂点に急峻な減衰特性を示しており、共振周波数以外の周波数で振動すると振幅極端に小さくなり、同時に検出軸方向の振動振幅も減衰することがわかる。角速度の発生により生じる検出軸方向の変位振動の周波数は、振動軸方向の振動周波数にほぼ一致する。したがって、検出軸方向の振動振幅を大きくするためには、常に振動軸方向を共振周波数で駆動することが必要である。

0018

以上の理由から、振動周波数調整部151では、振動子102の振動軸方向の振動が共振状態となるように駆動信号の周波数を絶えず自動で調整する。駆動信号による角速度検出素子101の変位を固定電極104,105により検出し容量検出器110に入力する。容量検出器110とAD変換器145を介して得られる振動子の変位信号に対し、同期検波部131で同期検波を行い、振動軸方向の振動変位を検出する。つぎに、積分器118において、同期検波部131で得られた信号を積分する。

0019

図3に振動周波数調整部151のタイムチャートを示す。駆動信号と変位信号は、共振状態すなわちfv(駆動信号の周波数)=fd(振動軸方向の共振周波数)のとき、位相が90°異なるという特性がある。したがって、変位信号に対し検波信号Φ1で同期検波を行ったとき、1周期分の同期検波の出力が差し引きゼロになれば共振状態ということである。そのとき1周期積分162の出力はゼロに近い値となる。また、振動周波数調整部151内の積分器118の出力は一定値収束する。そして、積分器118で得られた信号をVCO122に出力する。さらにクロック生成部123で駆動信号を作成する。また、図3のタイムチャートに示すように、VCOが出力する基本クロックは、周波数が常に駆動信号に同期して一定の整数倍になるように制御する。

0020

次に、駆動振幅レジスタ125に設定されている値を振幅とするため、乗算器124でクロック生成部123の出力と乗算し駆動信号を生成する。

0021

図4は、温度変化に対する振動子101の共振周波数特性の一例を示したものである。図4より、振動子101の共振周波数は温度が上昇するに従い、低下する特性を示す。そのため、振動周波数調整部151は、振動子101に供給する駆動信号が常に共振周波数となるように制御していることから、図5に示すように、振動周波数調整部151の出力は、図4と同様の温度特性を持つ。

0022

図6は温度判定値生成164の動作を説明する図である。温度センサ137の出力は温度に応じて変化するため、出力値から故障検出を行う場合、判定用のしきい値も温度に応じて変化する必要がある。図6の判定しきい値AおよびBは、図5に示す振動周波数調整部151の出力値iを用い、図6に示す式により求める。実現方法として、係数k、ka、kbをあらかじめレジスタやメモリに格納しておき、乗算器と加算器による演算で求めることができる。そして温度センサ出力が判定しきい値AおよびBの範囲内にある場合は、正常であることを示す信号である“0”を出力し、範囲外にある場合は、故障を示す“1”を出力する。

0023

図7は本発明の温度センサ故障検出部161の動作を説明するための出力信号のタイムチャートを示す図である。外部装置よりリセット信号入力後、スイッチ165、166は共に“0”側の入力が選択される。リセット入力後は振動子101が非共振状態から共振状態に移行するまでの間、例えば1msの期間、故障検出信号として、非共振を示す“1”を出力する。その後、正常であれば、共振を示す“0”の出力に移行する。このときの非共振と共振の判定は、1周期積分部162の出力と共振判定値レジスタ163に格納された判定しきい値を比較部167で比較判定することで実施する。図3の振動周波数調整部のタイミングチャートの同期検波113出力に示すように、非共振時は、1周期積分部162で、同期検波113出力を駆動信号1周期の期間で積分するとプラスの大きな値となる。それに対し、共振時は、駆動信号と変位信号の位相が90°ずれているため、1周期積分部162の出力は、限りなくゼロに近い値となる。したがって、共振判定値レジスタ163にゼロに近い値、例えば−5から+5までの範囲を共振と判定するしきい値として格納しておくことで、振動子1010が共振状態であるか否かを判定できる。以上の結果から、温度判定値生成部164に振動周波数調整部151から振動子101が共振時の信号が入力されていること、および、比較部165と通信部143を構成する回路内の配線が“0”または“1”に固着していないことが確認できる。その後、スイッチ切り替え信号を“1”に切り替えて、温度センサの故障検出結果を出力する。なお、スイッチ165,166の切り替えは、外部装置からの通信で切り替える方法や、リセット信号入力後、振動子101が非共振から共振状態に移行する時間以上の一定時間後に自動で切り替える方法もある。以上のように、最初に、温度センサ故障検出部161の故障検出を実行して正常であるか否かを確認し、次に温度センサ137の故障検出を行うことで、温度センサ137の故障検出の確度が上がる。その結果、温度センサが故障しているにもかかわらず、温度センサ故障検出部161の出力信号線が故障により常に“0”出力に固定した場合、リセット後に、振動子101が非共振の状態である“1”が出力されないことから、その時点で温度センサの故障検出が不可能である状態が検出できる。

0024

101角速度検出素子
102振動子
103,104,105,106,107固定電極
110,112容量検出器
113,115,124乗算器
118,120積分器
122ボルテージ・コントロール・オシレータ
123クロック生成部
125駆動振幅レジスタ
137温度センサ
138,145,146AD変換器
139 角速度特性補正部
143通信部
147DA変換器
151振動周波数調整部
153角速度検出部
154サーボ信号生成
161 温度センサ故障検出部
162 1周期積分部
163共振判定値レジスタ
164温度判定値生成部
165,166切り替えスイッチ
167 比較部

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