(57)【要約】  振動式ジャイロスコープを備えるセンサ装置の監視方法であって、該振動式ジャイロスコープは共振器であり、かつ制御回路の一部であり、該制御回路は前記振動式ジャイロスコープを、固有周波数のエネルギー信号を供給することによって励振し、前記振動式ジャイロスコープからは出力信号が取り出され、該出力信号からフィルタリングと増幅によって励振信号が導出される形式の方法において、固有周波数の目下の値と、前もって調整時に基準温度で測定され、メモリに格納されている固有周波数の値との差、および固有周波数の温度係数から、測定に対する温度変化の第１の値を計算し、目下の温度における温度センサの出力量と、メモリに格納されている基準温度での温度センサの出力量との差、および温度センサの温度係数から、測定に対する温度変化の第２の値を計算し、計算された２つの値を比較し、所定の程度を越える偏差がある場合、エラー信号を形成する方法。
2009508130.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動式ジャイロスコープを備えるセンサ装置の監視方法であって、
該振動式ジャイロスコープは共振器であり、かつ制御回路の一部であり、該制御回路は前記振動式ジャイロスコープを、固有周波数のエネルギー信号を供給することによって励振し、前記振動式ジャイロスコープからは出力信号が取り出され、該出力信号からフィルタリングと増幅によって励振信号が導出される形式の方法において、
・固有周波数の目下の値と、前もって調整時に基準温度で測定され、メモリに格納されている固有周波数の値との差、および固有周波数の温度係数から、測定に対する温度変化の第１の値を計算し、
・目下の温度における温度センサの出力量と、メモリに格納されている基準温度での温度センサの出力量との差、および温度センサの温度係数から、測定に対する温度変化の第２の値を計算し、
・計算された２つの値を比較し、
・所定の程度を越える偏差がある場合、エラー信号を形成する、ことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、
前記計算に、温度センサの調整に対して変化した熱的条件を考慮する補正温度を取り入れる、ことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項２記載の方法において、
前記補正温度は、前記温度センサを含んで集積された回路の測定された損失電力と、調整時に測定され、メモリに格納された損失電力と、環境に対する集積回路の熱抵抗とから計算される、ことを特徴とする方法。
【請求項４】
振動式ジャイロスコープ（１）の備えるセンサ装置の監視装置であって、
該振動式ジャイロスコープは共振器であり、少なくとも１つの制御回路（１，６）の一部であり、該制御回路は振動式ジャイロスコープ（１）を、該振動式ジャイロスコープの固有周波数を有する励振信号の供給によって励振し、
前記振動式ジャイロスコープ（１）から出力信号が取り出され、該出力信号からフィルタリングと増幅によって励振信号が導出される形式の監視装置において、
・温度変化の第１の値を、固有周波数の目下の値と、前もって調整時に基準温度で測定され、メモリに格納された固有周波数の値との差、および固有周波数の温度係数から計算する手段と、
・温度変化の第２の値を、目下の温度での温度センサの出力量と、基準温度での出力量との差、および温度センサの温度係数から計算する手段と、
・計算された２つの値を比較する手段と、
・所定の程度を越える偏差がある場合、エラー信号を形成する手段とを有する、ことを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項４記載の装置において、
前記手段は、不揮発性メモリ（２８）を備えるマイクロコントローラ（２７）を含む、ことを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項４または５記載の装置において、
温度センサの調整に対して変化した熱的条件を考慮する補正温度を、前記計算に取り入れる手段を特徴とする方法。
【請求項７】
請求項６記載の方法において、
前記補正温度を、前記温度センサを含んで集積された回路の測定された損失電力と、調整時に測定され、メモリに格納された損失電力と、環境に対する集積回路の熱抵抗とから計算する手段を特徴とする装置。
【請求項８】
請求項４から７までのいずれか一項記載の装置において、
固有周波数の目下の値を、デジタル周波数シンセサイザ（１０）の分周器およびそのクロック周波数をそれぞれ調整することにより検出する手段を特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動式ジャイロスコープを備えるセンサ装置の監視方法に関するものであり、該振動式ジャイロスコープは共振器であり、かつ制御回路の一部であり、該制御回路は前記振動式ジャイロスコープを、固有周波数のエネルギー信号を供給することによって励振し、前記振動式ジャイロスコープからは出力信号が取り出され、該出力信号からフィルタリングと増幅によって励振信号が導出される。
【０００２】
例えばＥＰ０４６１７６１Ｂ１から、振動式ジャイロスコープが主軸に対して半径方向に配向された２つの軸で励振されるヨーレートセンサが公知である。このために相応の変換器を備える一次制御回路と二次制御回路が振動式ジャイロスコープに設けられている。この種のヨーレートセンサは、車両運動を安定させるために車両で使用される。このような場合、ヨーレートセンサの機能にエラーのないことが、自動車の確実な動作に対する重要な前提である。従ってすでにヨーレートセンサを監視するための種々の装置および方法が、例えばＷＯ２００５／０１３７８Ａ１により公知であり、ここでは監視のために冗長的なアナログ素子と別のデジタル素子が使用される。
本発明の課題は、この監視をさらに改善し、誤機能または故障をできるだけ早期に識別することである。
この課題は、本発明による方法により次のようにして解決される。
・固有周波数の目下の値と、前もって調整時に基準温度で測定され、メモリに格納されている固有周波数の値との差、および固有周波数の温度係数から、測定に対する温度変化の第１の値を計算し、
・目下の温度における温度センサの出力量と、メモリに格納されている基準温度での温度センサの出力量との差、および温度センサの温度係数から、測定に対する温度変化の第２の値を計算し、
・計算された２つの値を比較し、
・所定の程度を越える偏差がある場合、エラー信号を形成する、ことにより解決される。
【０００３】
当該のセンサ装置には通常いずれにしろ温度センサとマイクロコントローラが備わっており、従って本発明の方法を実施するために付加的なハードウエアコストは必要なく、本発明の手段をプログラムとして実現することが必要なだけである。
【０００４】
振動式ジャイロスコープのセンサ装置では直接的熱放出のための接触がセンサ装置の回路に対して存在しないので、動作時にこの回路は振動式ジャイロスコープよりも高温となる。この場合でも正しい比較ができるようにするため、本発明の方法の改善形態では、温度センサの調整に対して変化した熱的条件を考慮する補正温度が計算に取り入れられる。
この改善形態では有利には、温度センサを含んで集積された回路の測定された損失電力と、調整時に測定され、メモリに格納された損失電力と、環境に対する集積回路の熱抵抗とから補正温度が計算される。
【０００５】
本発明はさらにセンサ装置を監視するための装置を含み、この装置は次の手段を備える。
・温度変化の第１の値を、固有周波数の目下の値と、前もって調整時に基準温度で測定され、メモリに格納された固有周波数の値との差、および固有周波数の温度係数から計算する手段、
・温度変化の第２の値を、目下の温度での温度センサの出力量と、基準温度での出力量との差、および温度センサの温度係数から計算する手段、
・計算された２つの値を比較する手段、
・所定の程度を越える偏差がある場合、エラー信号を形成する手段。
従属請求項に記載された手段により、本発明の装置の有利な改善形態および改良が可能である。
【０００６】
本発明によれば多数の実施形態が可能である。それらの実施形態のうちの１つが図面に示されており、次にこれについて説明する。図１は、本発明の方法を実施するために用いるエレメントを備えた振動式ジャイロスコープを有するセンサ装置のブロック回路図である。
【０００７】
センサ装置およびその一部がブロック回路図として示されている。しかしこれは、本願発明によるセンサ装置が個々ブロックに対応する回路を用いた実現手法に限定されることを意味するものではない。本発明によるセンサ装置はむしろ、高密度集積回路を用いてきわめて有利に実現することができる。この場合、適切なプログラミングによってブロック回路図に示されている処理ステップを実行するマイクロプロセッサを使用することができる。
【０００８】
センサ装置は、一次励振信号ＰＤと二次励振信号ＳＤのための２つの入力端２，３を備えた振動式ジャイロスコープ１を有する。励振は適切な変換器、例えば電磁変換器によって行われる。振動式ジャイロスコープはさらに、一次出力信号ＰＯと二次出力信号ＳＯのための２つの出力端４，５を有している。これらの信号は、ジャイロスコープが空間的に配置された個所における個々の振動を表している。この種のジャイロスコープはたとえばＥＰ  ０  ３０７  ３２１  Ａ１から公知であり、コリオリ力の作用に基づくものである。
【０００９】
振動式ジャイロスコープ１はＱの高いフィルタであり、入力端２と出力端４との間の区間が一次制御回路６の部分を成しており、入力端３と出力端５との間の区間が二次制御回路の部分を成している。この二次制御回路は図示されていない。なぜなら本発明の理解のために説明は必要ないからである。一次制御回路６は、たとえば１４ｋＨｚという振動式ジャイロスコープの共振周波数で振動を励起するために用いられる。この場合、励起は振動式ジャイロスコープの１つの軸において行われ、この軸に対し二次制御回路のために利用される振動方向が９０°ずらされている。図示しない二次制御回路では、信号ＳＯが２つの成分に分離される。これらの成分のうちの１つが適切に処理された後、ヨーレトに比例する信号として取り出される。
【００１０】
両方の制御回路６，７において、信号処理の基本的な部分はディジタルで行われる。信号処理に必要なクロック信号は水晶発振器により制御されるディジタル周波数シンセサイザ１０において形成され、そのクロック周波数はここで示す実施例ではたとえば１４．５ＭＨｚである。本発明の方法の適用に対しては、実質的に一次制御回路が問題となり、従って図１には一次制御回路に対する実施例が示されている。
【００１１】
制御回路は、出力信号ＰＯに対する増幅器１１を有しており、この増幅器にはアンチエーリアスフィルタ１２とＡ／Ｄ変換器１３が接続されている。搬送波Ｔｉ１とＴｑ１が供給される乗算器１４，１５によって、同相成分と直交成分への分離が行われる。２つの成分は引き続きそれぞれ１つのｓｉｎｘ／ｘフィルタ１６，１７とローパスフィルタ１８，１９を通過する。フィルタリンされた実数部はＰＩＤ調整器２０に供給され、このＰＩＤ調整器はデジタル周波数シンセサイザを制御する。これにより位相制御回路が閉ループされ、搬送波Ｔｉ１とＴｑ１の正しい位相状態が得られる。さらに搬送波Ｔｑ２が形成され、この搬送波は回路２２で別のＰＩＤ調整器２１の出力信号により変調される。このＰＩＤ調整器２１はローパスフィルタリングされた虚数部を受け取る。回路２２の出力信号は振動式ジャイロスコープ１の入力端２に励振信号ＰＤとして供給される。ＰＩＤ調整器の代わりに、個々の前提に応じて別の調整器、例えばＰＩ調整器を設けることもできる。
【００１２】
本発明の方法を実施するためにマイクロコントローラ２７が設けられている。このマイクロコントローラは本発明の方法の個々のステップを制御し、ＥＥＰＲＯＭとして構成された不揮発性メモリ２８にアクセスする。さらに本発明の方法のために、多くのセンサ回路にいずれにしろ存在する温度センサが使用される。この温度センサは、本来のセンサ２９とＡ／Ｄ変換器３０からなる。バスシステム３１は、図示のコンポーネントを相互に、かつデジタル周波数シンセサイザ１０および回路２２と接続する。
【００１３】
メモリ２８には、調整方法の枠内でセンサ装置の製造時に、振動式ジャイロスコープの固有周波数の測定値Ｆ０ＲＴ、およびこの測定が行われた温度が、温度センサ２９の出力電圧ＶＲＴの形態で書き込まれている。
動作中に監視のために時間毎に、このパラメータがメモリ２８から読み出され、それぞれ目下の固有周波数と、センサ２９により測定された目下の温度（出力電圧ＶＴＡ）を考慮して比較される。比較には例えば次の式が基礎となる。
Ｔａｄｅｌｔａ１  ＝  （  Ｆ０ＴＡ  −  Ｆ０ＲＴ）  ／  ＴＣＦ０
Ｔａｄｅｌｔａ２  ＝  （ＶＴＡ  −  ＶＲＴ）  ／  ＴＣｖ
ここでＴａｄｅｌｔａ２は温度センサによって検出された温度変化、Ｔａｄｅｌｔａ１は周波数の変化から検出された温度変化、Ｔｃｖはメモリに格納された温度センサ２９の温度係数、
Ｆ０ＴＡは目下の周波数、Ｆ０ＲＴはメモリに格納された周波数、そしてＴＣＦ０も同様にメモリに格納された振動式ジャイロスコープの固有周波数の温度係数である。
【００１４】
固有周波数の目下の値は、デジタル周波数シンセサイザ１０の分周器およびそのクロック周波数をそれぞれ調整することにより得ることができる。しかし目下の値を、別の増幅器２４、シュミットトリガ２５およびカウンタ２６からなる周波数測定装置によって計算することもできる。
【００１５】
理想的にはＴａｄｅｌｔａ１とＴａｄｅｌｔａ２は等しい。差値が所定の程度を越えて増大すると、複数の可能なエラーの１つが存在することを推定することができる。このエラーは例えば警報ランプの点灯の形態でシグナリングされ、ないしはメモリに記憶され、後で診断目的に使用することができる。
【００１６】
少なくとも一次制御回路６を含む回路の、調整に対する種々異なる損失電力を考慮するために、抵抗値Ｒの測定抵抗３２によってこの回路の電流消費Ｉが測定される。この回路に対する動作電圧Ｕは端子３３に供給され、回路点３４を介して種々異なるコンポーネントに分配される。測定抵抗３２における電圧降下Ｕｉは増幅器３５で係数ｖだけ増幅され、マルチプレクサ３６を介してＡ／Ｄ変換器３０に供給される。マイクロコントローラ２７は損失電力を、式Ｐ  ＝  Ｕ＊Ｉ  ＝  Ｕ＊Ｕｉ／（Ｒ＊ｖ）に従い計算する。調整時には、損失電力ＰＲＴと所属の環境温度ＴＲＴがメモリに記憶される。
【００１７】
動作中に計算された損失電力を、以下、ＰＡにより表わす。
【００１８】
これにより補正温度を計算することができる。すなわちＴｋｏｒ  ＝  ＴＲＴ  ＋  （ＰＡ  −  ＰＲＴ）＊ＲＴＭ  であり、ＲＴＨは回路と環境との間の熱抵抗を意味する。Ｔａｄｅｌｔａ２を計算するための上記式はこれにより次のように補足される。
Ｔａｄｅｌｔａ２ｋｏｒ  ＝  Ｔａｄｅｌｔａ２  −  Ｔｋｏｒ
上に述べたよう不等の場合、すなわちＴａｄｅｌｔａ１  ≠  Ｔａｄｅｌｔａ２ｋｏｒの場合にはエラー信号を出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の方法を実施するために用いるエレメントを備えた振動式ジャイロスコープを有するセンサ装置のブロック回路図である。
【図１】
2009508130.tif 000003
【国際調査報告】
2009508130.tif 000004
2009508130.tif 000005
2009508130.tif 000006
2009508130.tif 000007