(57)【要約】本発明は加速度センサ要素（４）を備えた加速度センサユニット（１）に関する。本発明では、センサユニット（１）が電気信号を信号出力部（ｋ３，ｋ４）に出力し、センサユニット（１）が電気的にアクティブであり、信号出力部を経て電気エネルギーがセンサユニットに供給される。本発明は更に、前記センサユニットと制御装置とからなる構造体に関する。センサユニットは少なくとも１本の信号ライン（３）を備え、この信号ラインは制御装置（２）に接続されている。制御装置は特に自動車の電子ブレーキ制御装置であり、制御装置（２）は接続されたセンサまたはセンサユニット（１）のためのエネルギーを信号ライン（３）を経て伝達する。
2005504990.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加速度センサ要素（４）を備え、センサユニット（１）が電気信号を信号出力部（ｋ３，ｋ４）に出力する、加速度センサユニット（１）において、センサユニット（１）が電気的にアクティブであり、信号出力部を経て電気エネルギーがセンサユニットに供給されることを特徴とするセンサユニット。
【請求項２】
信号出力部で出力される電気信号が電流信号であり、特に電流振幅が測定される加速度の程度を示すことを特徴とする、請求項１記載のセンサユニット。
【請求項３】
信号出力部で出力される電気信号が２進符号化された電流信号であり、特に異なる３つの振幅ＩL ，ＩM ，ＩH を有するパルスが使用されることを特徴とする、請求項１記載のセンサユニット。
【請求項４】
センサおよび／またはセンサユニットが２つまたは３つの空間方向で加速度を区別することを特徴とする、請求項１〜３の少なくとも一つに記載のセンサユニット。
【請求項５】
センサユニットがモード切換えを行い、モード切換えが出力部（ｋ３，ｋ４）を介して生じることを特徴とする、請求項１〜４の少なくとも一つに記載のセンサユニット。
【請求項６】
センサユニットが互いに分離されかつ電気的に互いに接続されている２個またはそれ以上のケーシングを備え、特に第１のケーシング（９）がセンサ要素（４）を備え、第２のケーシング（１０）がセンサ信号処理（２７）のための電気的な評価回路を備えていることを特徴とする、請求項１〜５の少なくとも一つに記載のセンサユニット。
【請求項７】
センサユニットが２個または複数のセンサであり、センサユニットが１個または複数の加速度センサ要素のほかに、磁界、温度、圧力、ヨーレイト等のような他の物理量を検出するための少なくとも１個の他のセンサ要素を備えていることを特徴とする、請求項１〜６の少なくとも一つに記載のセンサユニット。
【請求項８】
加速度センサ要素がマイクロメカニックセンサ（４′）であることを特徴とする、請求項１〜７の少なくとも一つに記載のセンサユニット。
【請求項９】
請求項１〜８の少なくとも１つに記載のセンサユニットと、制御装置（２）とを備え、センサユニットが少なくとも１本の信号ライン（３）を備え、この信号ラインが制御装置（２）に接続され、制御装置が特に自動車の電子ブレーキ制御装置であり、制御装置（２）が接続されたセンサユニット（１）のためのエネルギーを信号ライン（３）を経て伝達する構造体。
【請求項１０】
制御装置が信号ライン（３）によるセンサユニットのモード切換え装置を備えていことを特徴とする、請求項９記載の構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部分に記載した加速度センサユニットと、請求項９の前提部分に記載した構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の電子式ブレーキシステムでは、車輪回転速度を磁気的に正確に検出するために、例えば特許文献１または特許文献２に記載されているような、チップ技術で高価値の車輪回転速度センサモジュールが記載されている。上記の車輪回転速度センサモジュールは磁気抵抗要素を備え、この時期抵抗要素によって、車輪と一緒に回転する磁気エンコーダの磁界が走査される。モジュールは電気的にアクティブであり、それによって検出された車輪回転速度情報は空隙に依存しないで、電流インターフェースを経て統合されたブレーキ制御装置に伝送可能である。
【０００３】
特許文献３によって、車輪回転速度と加速度を検出するための組合せセンサが知られている。この場合、必要なセンサは共通のケーシング内にまとめられている。組合せセンサに含まれる回転速度センサ要素は、誘導式または磁気抵抗式測定値トランスデューサである。加速度センサユニットは不活性の精密機械的な質量を備えている。この質量の運動から加速度を分析することができる。センサ情報の伝送は両センサによって一緒に利用可能な多芯導体を介して行われる。従って、上記の組合せセンサは、運転のためにセンサによって必要な電気エネルギーが、信号を受信するための制御装置から信号ラインを経て供されるアクティブセンサではない。
【特許文献１】
ドイツ連邦共和国特許出願第４４４５１２０号明細書（Ｐ７８０５）
【特許文献２】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９９２２６７２号公報（Ｐ９６４１）
【特許文献３】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第３８０９８８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、構造的に、電気的におよび信号技術的に改良され、自動車における荒っぽい運転のために最適化され、同時に低コストで製作可能である、加速度の検出のためのセンサユニットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この課題は請求項１記載の加速度センサユニットによって解決される。
【０００６】
本発明の有利な実施形では、本発明による加速度センサユニットがそれ自体公知の車輪回転速度センサに結合され、これが好ましくは、共通のホルダー、例えば車軸に動かぬように機械的に固定可能な共通の１つの装置で行われる。これは、制御装置と必要な電流供給部のためにインターフェースを一緒に利用することができ同時に、低コストで製作可能であるという利点がある。
【０００７】
本発明によるセンサユニットは、車軸加速度とエアバッグシステムのための緊急時加速度を検出するためにあるいはＥＰＳシステムのための車両加速度を検出するために利用可能である。他の用途では、現在の車両状態の検出が電子制御装置において付加的なセンサ情報によって改善される。例えば車速は車輪ロック状態で高い信頼性で検出可能である。更に、本発明によるセンサのセンサ情報はアクティブ制御式減衰システムで利用可能である。
【０００８】
本発明による加速度センサユニットは、車輪回転速度センサユニットの製造のために既に存在する製作装置と工具の利用を可能にする。
【０００９】
センサユニットの他の有利な実施形では、センサユニットは二重センサまたは多重センサとして形成されている。従って、このセンサは１つまたは複数の加速度センサ要素のほに更に、磁界、温度、圧力、ヨーレイト等のような他の物理量を検出するための少なくとも１個の他のセンサ要素を備えている。二重センサまたは多重センサによって、それ自体公知の方法で、磁界に敏感な要素を用いて車輪回転速度を付加的に検出すると特に有利である。そのために適した、きわめて有利に使用される磁気抵抗式センサ要素を備えたセンサは、ＷＯ９８／０９１７３に記載されている。
【００１０】
付加的なセンサ情報の伝送は、加速度センサユニットのための二芯接続部を介して、加速度情報と共に行われると合目的である。
【００１１】
本発明による加速度センサユニットは少しだけの変更によって、例えばタイヤやシャーシの振動を検出するために、固体伝送音マイクロフォンとして使用可能である。
【００１２】
本発明は更に、請求項９記載のセンサユニットと制御装置からなる構造体に関する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
他の有利な実施形は、従属請求項と、図に基づく実施の形態の次の説明から明らかになる。
【００１４】
図１において、少なくとも１個の加速度センサユニット１が信号を交換するために二芯接続部３を介して制御装置２に接続されている。制御装置２は各々の二線式ラインで供給される動作電圧ＵB によって、センサユニットの供給部に電気エネルギーを供給する。センサ信号に依存して接続ライン３を介して、信号電流ＩS1，ＩS2，ＩSnが変調される。制御装置では、変調された信号電流が、計算ユニットのための適切なデジタル信号に変換可能である。
【００１５】
図２は本発明による加速度センサユニット１の構造を概略的に示す図である。この加速度センサユニットは加速度に依存する電気信号（抵抗、容量、電圧、インダクタンス等の変化）を発生する加速度センサ４を備えている。この加速度センサ４は例えばマイクロメカニックの電気機械式コンバータである。このコンバータは作用する力に応答して、抵抗ブリッジのブリッジ電圧を変化させるかまたはセンサの使用される原理に応じて容量を変更する。
【００１６】
センサ４の信号は信号処理段５によって受け取られ、場合によっては訂正され、その後加速に割り当てられた信号パターンに成形され、そして変調器６に供給される。この変調器は信号パターンのリズムに追従する電源７を制御する。上記の機能グループ４〜８は信号出力部Ｋ3 ，Ｋ4 を有するセンサモジュールに構造的にまとめられている。ライン３は端子Ｋ3 ，Ｋ4 を制御装置２の端子Ｋ1 ，Ｋ2 に接続している。センサユニットによって発生した電流信号は好ましくはパルス符号化される。制御装置２内では、信号電流が検出され、信号パターンが測定値列として解釈される。センサユニット１は更に、オブザーバ段８を備えている。信号受信ユニット２によって発生可能な電圧ＵB の所定のパルスパターンが端子Ｋ3 ，Ｋ4 で生じるときに、オブザーバ段は変調器６を介して信号技術的にセンサユニットに作用する。上記の所定のパルスパターンによって、センサモジュールは異なる動作モードに移動可能であり、オブザーバが同様に作用する電流インターフェースを介して、信号受信ユニットと通信可能である。このような所定の動作モードは例えば、較正が行われるように形成可能である。加速度信号の伝送は国際特許出願ＷＯ９８／０９１７３に記載された原理に類似して行われる。
【００１７】
図３は、加速度情報を制御装置２に伝送するための信号パターンの２つの例を示している。グラフには、信号電流Ｉが時間ｔに対して記入されている。部分図ａ）では、加速度と加速方向が、信号電流ＩS （０）に対する正の振幅偏差ΔＩ（＋ａ）および負の振幅偏差ΔＩ（−ａ）として符号化されている。ＩS （０）は加速度零または他の比較値、例えば最終加速度に割り当てられている。
【００１８】
部分図ｂ）では、加速度値が電流パターンとしてデジタルで符号化されている。この電流パターンは３つの異なる振幅ＩL ，ＩM ，ＩH を有するパルスによって形成されている。時間ｔ0 の信号電流ＩH （それに時間ｔ1 のレベルＩL が続く）は信号受信ユニットとの同期化の働きをする。時間ｔ2 〜ｔ13には、加速度値に対応するビットパターンが符号化される。ここでは例として１２ビットが選択されているが、本発明ではこの数に拘束されない。
【００１９】
書き込みビットパターンは、レベルＩM が論理的な“１”に対応し、レベルＩL が論理的な“０”に対応するように符号化可能である（振幅符号化）。好ましい実施の形態では、ビット情報が例えばそれ自体公知のマンチェスター符号化の原理に従ってエッジ符号化されている。
【００２０】
信号振幅ＩH の時間間隔は測定過程の走査速度に一致している。走査速度はオブザーバ段を介しての信号受信ユニットとセンサモジュールとの通信によって変更可能であるが常に、最後のデータビット（ここではｔ13）とスタートビット（ここではｔ0 ）との間に充分な時間的間隔が保たれるように選択される。
【００２１】
図４ａ），４ｂ）には、加速度センサユニット１が斜視図で示してある。この加速度センサユニットは２つのケーシングユニットからなっている。第１のケーシングユニット９は加速度トランスミッタ４を収容している。信号処理のための電子装置２７は第２のケーシングユニット１０内に配置されている。この第２のケーシングユニットは帯状導体１２を介してケーシング１に接続されている。ケーシング部分９は２つのマーキング１１，１１′を備えている。このマーキングはケーシング９，１０の後の成形被覆のための型内への正確な挿入を可能にする。接点Ｋ3 ，Ｋ4 は同様に帯状導体としてケーシング部分１０から突出している。この接点は電子サービス接続部（電子運転回路）の接点Ｋ1 ，Ｋ2 に接続されている。
【００２２】
部分図ａ）には、センサユニット１のための適切な電子サービス接続部３０の原理的な構造が示してある。サービス接続部には直流ＵBBが供給される。センサモジュール１と抵抗Ｒは分圧器ＵB ＋ＩS ×Ｒ＝ＵBBを形成している。この場合、増幅器１３の入力部には電圧ＩS ×Ｒが供給される。増幅器の出力部では、他の電子処理のための信号電圧ＵS を取り出すことができる。
【００２３】
例えば図示した矢印Ｆ方向の力Ｆがケーシング部分９に作用すると、センサ要素４はそれに関連する加速度に応答する。統合された回路１０は関連する信号パターンを形成する。
【００２４】
図５には、本発明に従って使用可能な加速度センサ要素４′の例の横断面が示してある。この加速度センサ要素はバルクマイクロメカニックで製造される。この方法では、所望な三次元構造が中実の半導体材料、特にシリコンにエッチングされる。従って、要素４′は数ミリメートルのエッジ長さを有する直方体状の部材である。要素はカバー１５によって閉鎖された小さな半導体槽１４からなっている。内室には、センサ機構を減衰するためのガス１６が存在する。このセンサ機構は半導体材料１７と懸架部１８とからなっている。懸架部は回転ばねに対応してリセット特性を有する。質量１７と槽１４の間には対をなした電極１９ａ，１９ｂが取付けられている。電極は電気的な接続部ａ，ｂ，ｃを介して、統合された回路に接続されている。この回路は好ましくはケーシング１０内に配置されている。加速度力ＦX またはＦZ が質量１７に作用すると、電極の間隔が対をなして反対向きに変化する。それによって、端子ａ−ｂ，ｂ−ｃの間の静電容量ΔＣ1 ，ΔＣ2 が対をなして反対向きに変化する。
【００２５】
図５ａの要素では、質量は対称の振り子懸吊部であり、Ｘ方向またはＹ方向に応答し、Ｚ方向には応答しない。本発明では、マイクロメカニックな加速度センサは好ましくは５０ｇよりも小さな測定範囲、特に約１〜２ｇの測定範囲で使用される。
【００２６】
図５ｂに示した実施の形態では、センサ要素の質量が非対称に懸架され、従って主として加速度ＦZ のＺ成分に応答する。その際、質量の厚さｄが回転点のレベルで狭い帯片まで薄くなっていると合目的である。
【００２７】
図６は、センサユニット１の他のケーシング構造を示している。図６ａは、ケーシング部分９，１０が３つの帯状導体（図４）ではなく、４つの帯状導体によって接続されているセンサモジュールを示してある。この４つの導体によって、ピエゾ抵抗ブリッジ回路が加速度トランスミッタのケーシング内で、ケーシング部分１０内の電子装置に接続される。直角に曲げることができる導体に接続された複合ケーシングにより、センサ要素の作用方向を、ケーシング部分９′内でプローブの組み立て方向に関して力成分Ｆの作用方向に適合させることができる。従って、異なる作用方向の力成分を検出するためのケーシングの特別な製作が不要であるとう利点がある。
【００２８】
部分図ｂ）は、ケーシング要素９，１０が共通のケーシング２８に合一されているプローブ１を示している。
【００２９】
図７において、センサユニット１は成形被覆によって合成樹脂で被覆されている。従って、指状のプローブ２１が形成される。これによって、プローブは環境の影響（例えば湿気）に対して保護される。既製のプローブは頭２０とねじれていない二線式ケーブル２３と接続プラグ２５とからなっている。ケーブル２３にはブッシュ２４が設けられている。このブッシュによってプローブを組み立てることができる。プローブ頭２０には舌片２９が連結されている。この舌片は例えば図示していないねじによって、プローブを車体に固定するための固定スリーブ２２を備えている。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明による構造体の概略図である。
【図２】制御装置に接続された本発明によるセンサユニットの原理図である。
【図３】センサユニットの出力信号電流を示すグラフである。
【図４】ケーシングに入れられたセンサユニットとその電気的な接続を示す図である。
【図５】図１〜４のセンサユニットで使用されるようなマイクロメカニクス的な加速度トランスミッタを示す図である。
【図６】例示的なセンサユニットのいろいろなケーシング構造を示す図である。
【図７】ブレーキシステムのため既製の測定プローブを示す図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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