(57)【要約】【課題】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【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。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【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。
【発明の詳細な説明】
【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や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、センサ出力の温度特性を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、共振周波数の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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００９−５０８１３０号公報
【特許文献２】特開２０００−１０５１２５号公報
【発明の概要】
【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】
【図１】実施例のセンサ制御回路のブロック図。
【図２】振動軸方向と検出軸方向の周波数−振幅特性を示す図。
【図３】実施例の振動周波数調整部のタイミングチャート。
【図４】振動子の駆動方向の共振周波数−温度特性を示す図。
【図５】駆動周波数調整部の出力−温度特性を示す図。
【図６】実施例の温度判定値生成部の出力−温度特性を示す図。
【図７】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。
【発明を実施するための形態】
【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を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は極端に小さくなり、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の出力は一定値に収束する。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。
【符号の説明】
【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
１３８，１４５，１４６  ＡＤ変換器
１３９  角速度特性補正部
１４３  通信部
１４７  ＤＡ変換器
１５１  振動周波数調整部
１５３  角速度検出部
１５４  サーボ信号生成部
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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