(57)【要約】【課題】相互監視検出システム及び方法を提供する。【解決手段】複数のセンサが、各々センシング素子と、前記センシング素子からの信号を処理するための回路と、処理された信号を配信するための出力インタフェースと、処理のため及び前記出力インタフェースによる配信のために他のデバイスからの信号が入力可能な補助入力とを有する。各センサからの信号は、センサの他方の補助入力に与えられ、センサの出力インタフェースからの信号は、システムの完全性を検証するために比較される。【選択図】図１Ａ
2008507714.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々が、センシング素子と、前記センシング素子からの信号を処理するための回路と、処理された信号を配信するための出力インタフェースと、前記回路による処理のため及び前記出力インタフェースによる配信のために他のデバイスからの信号が入力可能な補助入力とを有する複数のセンサと、
前記センサの他方の補助入力に各センサの出力インタフェースから処理された信号を与えるための手段と、
前記センサの前記出力インタフェースからの信号を比較するための手段と
を備えたことを特徴とする相互監視センサシステム。
【請求項２】
前記センサの各々がアナログ−デジタルコンバータを含み、
前記センサの各々の前記出力インタフェースがデジタルインタフェースとアナログ出力とを含む請求項１に記載のシステムにおいて、
前記システムは、１つのセンサの前記アナログ出力から他方のセンサの前記補助入力に信号を与えて、前記他のセンサのアナログ−デジタルコンバータによるデジタル信号への変換と、前記他のセンサの未処理デジタル信号との比較とを行わせる手段と、前記センサのデジタルインタフェースからの出力信号を比較する手段と、
を含むことを特徴とするシステム。
【請求項３】
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記センサの各々は第２の補助入力を有し、該第２の補助入力に他のデバイスからの別の信号を与えて前記回路による処理を行い、当該センサの前記出力インタフェースにより配信を行うことができるようになったことを特徴とするシステム。
【請求項４】
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記センサは、角速度センサ、加速度計、及びそれらの組み合わせからなるグループから選択されることを特徴とするシステム。
【請求項５】
各々が、センシング素子と、前記センシング素子からの信号を処理するための回路と、処理された信号を配信するための出力インタフェースと、前記回路による処理のため及び前記出力インタフェースによる配信のために他のデバイスからの信号が入力可能な補助入力とを有する複数のセンサについて、その作動を監視する方法であって、
各センサの出力インタフェースからの処理された信号を他のセンサの補助入力に与え、
複数のセンサの出力インタフェースからの信号を比較する、
段階を備えたことを特徴とする方法。
【請求項６】
前記センサは互いに直列に接続された場合における請求項５に記載の方法であって、１つのセンサの前記出力インタフェースからの信号が前記直列の次のセンサにおける補助入力に与えられ、前記直列における最後のセンサの出力インタフェースからの信号が前記最初の補助入力に接続されることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項５に記載の方法において、前記センサのうちの第１のセンサの出力インタフェースからの信号が前記センサの第２のセンサの補助入力に与えられ、前記センサの第２のセンサの出力インタフェースからの信号が前記第１のセンサの補助入力に与えられることを特徴とする方法。
【請求項８】
前記センサの付加的な補助入力に、付加的な外部信号を与える段階を含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項９】
各々が、センシング素子と、アナログ−デジタルコンバータと、アナログ出力信号を配信するためのアナログ出力と、デジタル信号を配信するためのデジタル出力インタフェースと、デジタル化及び前記出力インタフェースによる配信のために他のデバイスからの信号を入力可能な補助アナログ入力とを有する複数のセンサと、
前記センサの各々の前記アナログ出力からの信号を前記センサの他のセンサ補助入力に与えるための手段と、
前記センサの前記デジタル出力インタフェースからの信号を比較するための手段と
を備えたことを特徴とする相互監視センサシステム。
【請求項１０】
請求項９に記載のシステムにおいて、前記センサの各々はまた、他のデバイスからのアナログ信号を適用可能な第２の補助入力を有することを特徴とするシステム。
【請求項１１】
請求項９に記載のシステムにおいて、前記センサは、角速度センサ、加速度計、及びそれらの組み合わせからなるグループから選択されることを特徴とするシステム。
【請求項１２】
各々が、センシング素子と、アナログ−デジタルコンバータと、アナログ出力信号を配信するためのアナログ出力と、デジタル信号を配信するためのデジタル出力インタフェースと、デジタル化のため及び前記出力インタフェースによる配信のために他のデバイスからの信号を入力可能な補助アナログ入力とを有する第１及び第２のセンサと、
前記第１のセンサの前記アナログ出力からの信号を前記第２の補助入力に与え、前記第２のセンサの前記アナログ出力からの信号を前記第１の補助入力に与えるための手段と、
前記センサのデジタル出力インタフェースからの信号を比較するための手段と
を備えたことを特徴とする相互監視センサシステム。
【請求項１３】
請求項１２に記載のシステムにおいて、前記センサの各々はまた、他のデバイスからのアナログ信号を与えることができる第２の補助入力を有することを特徴とするシステム。
【請求項１４】
請求項１３に記載のシステムにおいて、前記センサは、角速度センサ、加速度計、及びそれらの組み合わせからなるグループから選択されることを特徴とするシステム。
【請求項１５】
各々が、センシング素子と、アナログ−デジタルコンバータと、アナログ出力信号を配信するためのアナログ出力と、デジタル信号を配信するためのデジタル出力インタフェースと、デジタル化及び前記出力インタフェースによる配信のために他のデバイスからの信号を入力可能な補助アナログ入力とを有する一連のセンサと、
各センサの前記アナログ出力から前記一連のセンサにおける次のセンサの補助入力に信号を与え、前記一連のセンサにおける最後のセンサの前記アナログ出力から最初のセンサの補助入力に信号を与えるための手段と、
前記センサの前記デジタル出力インタフェースからの信号を比較するための手段と
を備えたことを特徴とする相互監視センサシステム。
【請求項１６】
請求項１５に記載のシステムにおいて、前記センサの各々はまた、他のデバイスからのアナログ信号を与えることができる第２の補助入力を有することを特徴とするシステム。
【請求項１７】
請求項１５に記載のシステムにおいて、前記センサは、角速度センサ、加速度計、及びそれらの組み合わせからなるグループから選択されることを特徴とするシステム。
【請求項１８】
各々が、センシング素子と、前記センシング素子からの信号を処理し前記センサ内の他の信号を監視するための回路と、処理された信号を配信するための出力インタフェースと、前記回路による処理のため及び前記出力インタフェースによる配信のために他のデバイスからの信号が入力可能な補助入力とを有する複数のセンサと、
各センサの出力インタフェースからの処理された信号を前記センサの他方の補助入力に与えるための手段と、
前記センサの前記出力インタフェースからの信号を比較するための手段と
を備えたことを特徴とする相互監視センサシステム。
【請求項１９】
請求項１８に記載のシステムにおいて、前記回路は、アナログ−デジタルコンバータを含み、かつ、前記センサからの信号、前記センサ内の他の信号、及び、前記補助入力に与えられる信号を、前記アナログ−デジタルコンバータに選択的に与えるための手段を備えたことを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には角速度センサ及びそれに類似するものに関し、より詳細には、安全性が重要となる用途に使用される、高い信頼性を有するセンサ及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
振動速度センサ又はジャイロスコープにおいては、質量が駆動軸に沿って振動又は動揺するように駆動される。駆動軸に垂直な軸まわりのセンサの回転は、その駆動軸及びセンシング軸に垂直な反応軸に沿って質量に加えられるコリオリ力を生じさせる。この力は、回転速度と振動速度との積に比例し、回転速度は、反応軸に沿った力又は質量の動きを監視することによって求められる。
【０００３】
形式の異なったセンシング素子がこのようなデバイスで使用される。幾つかのものは、シリコンウェハから製造され、他のものは水晶クォーツその他の圧電性物質から製造される。
【０００４】
シリコン型のセンシング素子においては、一般的に、質量は静電気的に駆動され、コリオリ誘起力は電気容量的に監視される。このような構造は、一般的に平坦であり、センシング素子の静電容量を大きくする傾向がある。
【０００５】
一般に、圧電速度センサは、並列に配置された少なくとも１対の脚部を有する音叉の形態であり、該脚部は、脚部の面内で互いに異なる位相で駆動される。その音叉が脚部に平行な軸まわりに回転するとき、コリオリ力は、脚部の平面に垂直な逆位相態様で脚部が振動する、振動の第２（ピックアップ）モードを生成する。このような速度センサは、米国特許第４，６５４，６６３号明細書、同第４，８９９，５８７号明細書、同第５，３９６，１４４号明細書、同第５，４０８，８７６号明細書、同第５，５８５，５６１号明細書、同第６，２６２，５２０号明細書に見られる。
【０００６】
かかる速度センサにおける音叉は、一対よりも多い数の脚部を有することが多く、例えば、Ｈ状構造に配置された２対の脚部を備え、そのうちの１対がフォーク面内で駆動されるものがある。コリオリ力によって生成された平面外れの振動が、他方の脚部対と捩れ状に結合され、この２対は反対方向に位相外れでピックアップモードの振動をする。中央に取付点を有する場合には、この２組の脚部の位相外れ動作が、この取付点におけるピックアップモードの力を打ち消し、取付部におけるピックアップモード振動に対する境界条件の影響を最小にする。
【０００７】
自動車安定制御のような安全性が重要になる用途では、組み込み型欠陥検知装置が非常に望ましい。これは、典型的には、センサエレクトロニクス内の個々の回路が適切に機能していることを検証するための一連の内部モニタを含み、その素子の完全性とその出力信号の経路とを検査するために、センシング素子に対してテスト信号を与えることができる。このようなセンサは、米国特許第５，４２６，９７０号明細書及び同６，４９７，１４６号明細書に見られる。
【０００８】
また、重要な用途における信頼性を向上させるために、センサは重複して使用されており、かかるシステムの例は、米国特許第６，４６２，１４６号明細書に見られる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
アナログ出力をもつ幾つかの先行技術センサにおいては、センサの故障は、出力電力を、例えば正のレールのような予め定めたレベルに切り替えることによって示される。デジタル出力をもつセンサにおいては、マイクロプロセッサ又はマイクロコントローラが臨界信号レベルを監視し、デジタル出力にエラーコードを配信することによって故障の検知を示す。このデジタル手法は、その故障の性質をエラーコードによって示すことができるという利点を有する。エラーコードはセンサデータと並列に出力することができ、どのようにこのデータを使用するか、及び／又は、このデータを使用するか否かの選択をエンドユーザに提供する。
【００１０】
もし、デジタルセンサインタフェースが双方向性であるならば、このセンサロジック又はマイクロコントローラにコマンドを与えて、既にセットされたエラーフラグのいずれをもリセットすることができる。
【００１１】
組み込み型のテスト情報通信は、デジタルインタフェースの完全性に依存する。もし、このインタフェース自身が故障すると、内部ロジック及び／又はマイクロコントローラは、センサデータ又は故障診断情報の何れかを送信できなくなる。これは、安全性が重要となる用途において容認できない危険要素である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の目的は、一般に、新規で改善されたセンサシステム及び方法を提供することである。
【００１３】
本発明の他の目的は、これまで提供されてきたセンサの制限及び不都合を克服する、上記特徴を有するセンサシステム及び方法を提供することである。
【００１４】
本発明の他の目的は、安全性が重要となる用途での使用に対して高い信頼性及び適応性を有する、上記特徴を有するセンサシステム及び方法を提供することである。
【００１５】
本発明の他の目的は、１つのセンサが他のセンサからの出力信号を監視する、上記特徴を有するセンサシステム及び方法を提供することである。
【００１６】
本発明においては、これら及び他の目的は、複数のセンサの各々が、センシング素子と、前記センシング素子からの信号を処理するための回路と、処理された信号を配信するための出力インタフェースと、処理のため及び前記出力インタフェースによる配信のために他のデバイスからの信号が入力可能な補助入力とを有することを特徴とする、相互監視センサシステム及び方法を提供することにより達成される。これらセンサの各々からの信号がセンサの他方の補助入力に与えられ、センサの出力インタフェースからの信号はシステムの完全性を検証するために比較される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明は、水晶音叉１０と、外部から調整又は制御される内部回路パラメータを伴った、電気的に構成及びプログラム可能な回路１１とを有する振動角速度センサに関して開示されている。しかしながら、本発明は、センシング素子及びセンサのこの特定の種類に制限されるものではなく、他の種類のセンシング素子及び他の種類のセンサも同じく良好に用いることができると理解すべきである。
【００１８】
図１に示した速度センサにおいて、センシング素子１０は、単一のクリスタル水晶物質から製造された両頭の音叉であり、一方端の駆動脚部１３と他方端のピックアップ脚部１４とを伴ったＨ形状の構成を有している。脚部の各対は、音叉の長軸１６に関して対称に配置されている。高駆動信号及び低駆動信号は、駆動脚部上の電極に与えられ、高ピックアップ信号及び低ピックアップ信号は、ピックアップ脚部の電極から受信される。
【００１９】
駆動信号は、自動利得制御（ＡＣＧ）を伴った発信器１８によって生成され、これには、例えば米国特許第６，５１０，７３７号明細書に開示された様式のものがある。この回路は、駆動脚部を励起して駆動モードの通常周波数で振動させ、ＡＧＣは駆動モード振動の増幅を実質的に一定レベルに維持する。
【００２０】
また、この発信器は、発信器周波数の整数倍で作動する位相ロックループ（ＰＬＬ）回路１９への参照信号も提供する。この倍数又は割合は、異なるセンシング素子の駆動周波数を調節するよう構成可能であり、８ビットワードとしてプログラマブルメモリ２１に蓄積される。それゆえ、例えば、１６ＭＨｚ±０．８ＭＨｚの帯域内で作動するよう設計されたＰＬＬ回路は、発信器周波数に３８０〜２８００の範囲の整数を乗じることによって、６〜４０ＫＨｚのオーダー上の駆動周波数を有するセンサとともに使用することができる。
【００２１】
メモリ２１は、典型的には、センサの１又は複数の入／出力（Ｉ／Ｏ）端子を介して外部のセンサから電気的にプログラム可能な、何れの適当な不揮発性メモリであってもよい。現在の好適な実施形態において、そのメモリは、複数のワンタイム・プログラマブル８ビットワードを伴った、“Ｚｅｎｅｒ−ｚａｐ”アレイである。しかしながら、他のよく知られた種類のプログラマブルメモリ、例えばＥＰＲＯＭも、必要に応じて使用可能である。
【００２２】
また、このシステムは、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）２３及びランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２４を伴った、マイクロコントローラ２２を含む。ＰＬＬ回路は、ロックされた時マイクロコントローラに対してＰＬＬ  ＬＯＣＫＥＤ信号を供給し、さらに、そのマイクロコントローラに対してＳＹＳＴＥＭ  ＣＬＯＣＫ信号を供給する。
【００２３】
センシング素子１０からの角速度信号は、電荷増幅器２５に与えられ、この電荷増幅器の出力は、広範な出力感度を有するセンシング素子からの処理目的に対して適切なレベル信号を供給可能な、選択利得増幅器２６に接続される。増幅器２６の利得は、マイクロコントローラ２２からのＧＡＩＮ  ＳＥＬＥＣＴ信号によって選択又は制御される。このＧＡＩＮ  ＳＥＬＥＣＴ信号は、プログラマブルメモリ２１内のデータから導かれ、又は、該データによって制御され、現在の好適な一実施形態においては、例えば、９、１５、２１、及び２７ｄＢのように、６ｄＢ段階の４つの利得設定を供給する２ビットワードの形式となる。これらの設定は、出力感度において約８対１の範囲で変化するセンシング素子を調節する。
【００２４】
増幅器２６からのレート信号はデジタル化され、復調されて、処理回路２８で濾波されるが、これは、シリアル番号＿＿＿＿＿＿（代理人管理番号Ａ−７５０３２）に詳細に記載されており、この開示は参照によって組み込まれている。アナログ−デジタル変換は、システムクロックの約数で作動し、システムクロックを分割することによって取得されたＣＬＯＣＫ  ＲＥＦ信号を受信する、シグマ−デルタコンバータによって実行される。
【００２５】
デジタル化された信号は、処理回路のデシメーション及びローパスフィルタを通り、そして、復調される。デシメーション要素は、マイクロコントローラからのＤＥＣＩＭＡＴＩＯＮ  ＦＡＣＴＯＲ信号によって選択され、復調は駆動発信器の周波数で遂行される。マイクロコントローラからのＰＨＡＳＥ  ＴＲＩＭ信号によって制御される位相補償回路３４は、復調信号及びセンシング素子の振動間の正確な位相関係を維持し、直交誤差（quadrature error）の影響を除去する。
【００２６】
そして、復調信号は、その帯域幅がマイクロプロセッサからのＢＡＮＤＷＩＤＴＨ  ＳＥＴ信号によって決定される、第２のデシメーションフィルタ及び第２のローパスフィルタを通る。
【００２７】
現行の一実施形態において、処理回路からの出力信号は、１ＫＨｚのレートで配信される１６ビットワードからなる。この信号は、マイクロコントローラによって読み込まれるまでバッファに保持される。また、この処理回路は、ＤＡＴＡ  ＲＥＡＤＹ信号をマイクロコントローラに送り、データが利用可能であることを示す。
【００２８】
センサは、デジタル出力４３及びアナログ出力４４の両方を有する。このデジタル出力は、８ビットデータ線４８、４９を介してマイクロコントローラと通信し、かつ、４ラインデータバス５０を含む、標準シリアル周辺インタフェース（ＳＰＩ）４６によって提供されたデジタル入／出力（Ｉ／Ｏ）ポートの一部である。このアナログポートは、データ線５２を介してマイクロコントローラからデータを受信する、１１ビットデジタル−アナログコンバータ（ＤＡＣ）５１によって提供される。
【００２９】
一実施形態において、マイクロコントローラは、レート出力信号をＤＡＣに出力してアナログレート出力を提供する。しかしながら、マイクロコントローラは、プログラマブルメモリ２１に蓄積されたデータを介して設定することができ、例えば、内部参照電圧レベル又は温度センサ出力を含む他の多様なデジタル信号をＤＡＣに出力することができる。
【００３０】
マイクロコントローラは、処理回路２８からの信号と、潜在的な故障モードを検査するために入力される他の信号とを監視する。
【００３１】
必要に応じて、米国特許第６，７１４，０７０号明細書に詳細に記載されているように、連続的な組み込み型テストビット（ＣＢＩＴ）信号を電荷増幅器に加えることができ、その開示は参照によって組み込まれている。ＣＢＩＴ信号は、全信号処理経路にわたって比較的大きな角速度バイアスオフセットとして現れる。もし、この経路のどこかで何かが誤動作すると、信号処理回路２８によってマイクロコントローラに加えられるバイアス信号の大きさは変化する。この変化が、プログラマブルメモリを介して制御可能な予め定めた閾値を越えると、マイクロコントローラは欠陥と解釈する。
【００３２】
回路の他の部分における欠陥を確実に検知できるよう、他の信号が監視される。例えば、処理回路からのＤＡＴＡ  ＲＥＡＤＹ信号と、データ取得システム（ＤＡＳ）からのＲＡＴＡ  ＲＥＡＤＹ信号とは、予想された時間間隔内に供給されなければならず、ＰＬＬ回路からのＰＬＬ  ＬＯＣＫＥＤ信号はロックが実行及び維持されていることを示す必要がある。
【００３３】
また、マイクロコントローラは、他のいくつかの信号を監視して、潜在的な故障モードを検査する。これらの信号の多くは、本来アナログであり、入力マルチプレクサ５４及びアナログ−デジタルコンバータ（ＡＤＣ）５５を含むデータ取得システム（ＤＡＳ）５３によってデジタル形式に変換されてマイクロコントローラに入力される。例示された実施形態において、この手法で監視された信号には、発信器１８からのＡＧＣ  ＬＥＶＥＬ信号と、温度センサ電圧ＴＥＭＰと、Ｖdd／２参照電圧と、３．３ボルト電力レベルと、参照ダイオード５６からのダイオードバイアス電圧とが含まれる。
【００３４】
Ｖdd／２、３．３ボルト、ダイオードバイアス電圧の監視は、回路が構築されたＩＣ内の内部禁制帯幅参照電圧の近似検査を提供するための一手法である。代替的に、禁制帯幅参照電圧とＶddとの間でＤＡＣの電圧参照を切り替え、Ｖdd／２の監視レベルを比較することができる。禁制帯幅参照電圧の変化は、２つの異なるＤＡＣ参照ソースを伴って監視されたときに、Ｖdd／２の測定電圧間の不一致として検知される。
【００３５】
例示された実施形態において、ＤＡＣ５１からのアナログ角速度出力信号はまた、マルチプレクサ５４にも入力されて、出力信号の監視を提供する。これにより、マイクロコントローラは、アナログ出力信号の大きさをそれが導き出されたデジタル信号レベルと比較することが可能となる。このようにして、ＤＡＣ５１及びデータ取得システム５３の両方の保全性が検証される。
【００３６】
示された実施形態において、マルチプレクサ５４は、２つの付加的な入力５７、５８を有し、これらは、他のアナログ参照信号用に、又は、温度センサや加速度計といった外部センサのアナログ出力用に使用することができる。
【００３７】
センシングシステム内の、又はセンサのグループ内の、いくつかのセンサが自身のデジタル出力インタフェースを持っていない場合には、かかるセンサの出力は入力５７、５８に与えて、ＡＤＣ５５によってデジタル形式に変換することができる。これにより、これらセンサからのデジタル出力データをインタフェース４６に接続されたＳＰＩバスを通って送信することができ、そして、外部ＡＤＣの必要性を取り除き、信号経路を簡略化することができる。
【００３８】
監視されるべき信号は、マイクロコントローラによってマルチプレクサ５４に与えられる、ＤＡＳ  ＳＥＬＥＣＴ信号によって選択される。この変換の終了時に、ＡＤＣは、マイクロコントローラに対してＤＡＴＡ  ＲＥＡＤＹ信号を配信する。
【００３９】
監視された信号の各々は、欠陥検知に対して予め定められた値又は境界との比較を行うことができる。これらの境界は、マイクロコントローラＲＯＭ２３においてエンコードすることができ、及び／又は、プログラマブルメモリ２１を介して電気的に構成することができる。例えば、温度は時間とともに段階的にしか変化しないので、温度信号における如何なる突発的急増も欠陥として解釈することができる。
【００４０】
故障が検知された場合には、マイクロコントローラは故障ロジック回路５９にＥＲＲＯＲ信号を配信し、ここで、このエラーは２通りに伝達される。まず一つには、ロジック回路がＳＯＦＴ  ＥＲＲＯＲ信号をシリアルインタフェース４６に送信し、故障がシリアルＩ／Ｏ信号の一部として、あるいは、疑わしい角度速度データとともにエラーコードとして示される。この出力は、継続して提供されるので、これは、しばしば、「ソフト」エラーフラグと呼ばれる。他方においては、故障ロジック回路は、典型的には正の電圧レールである予め定められたレベルに変化させるようＤＡＣのアナログ出力を生じさせるＤＡＣ５１に、ＨＡＲＤ  ＥＲＲＯＲ信号を送信する。「ハード」エラーフラグがあれば、故障が検知された後は、アナログ出力はもはや供給されない。必要であれば、これら両方の形式のエラーフラグを同時に利用できる。
【００４１】
代替的に、エラーフラグを処理する別個の故障ロジック回路５９を有する替わりに、その機能をマイクロコントローラ及びその内部ＲＯＭに組み込むことができる。この場合、「ハード」及び「ソフト」エラーフラグの両方を、継続して使用することができる。
【００４２】
起動時には、「ソフト」エラーフラグは、一時的に停止又は保留されて、センシング素子及び回路からなるシステムは完全にアクティブになることができる。これに関して、故障ロジック回路５９は、パワーが最初に加えられた時、又は供給電圧が臨界閾値以下に落ち込んだ時に、パワーオンリセット回路６１からの信号によってリセットされる。しかしながら、マイクロコントローラが、全ての信号が予め定めた受理制限内にあることを検証したとき、ポート４４のアナログ出力は、望ましくは、起動シーケンスの完了まで正の電圧レールを維持する。
【００４３】
監視検知器６２は、検知されることなしにマイクロコントローラが故障している可能性を防止するために、回路に含まれている。この検知器は従来の設計に基づいており、システムクロックから独立的に作動する発信器６３からの信号によって計時されている。マイクロプロセッサの欠陥又は故障は、センサの出力で示される。
【００４４】
監視回路６２によって検知された故障は、マイクロコントローラに通知される。故障は、アナログ及びデジタル出力の両方で示されるが、第１は、ＤＡＣ５１（「ハードウェア」）への信号によるものであり、第２は、ＳＰＩブロック４６へ送信される故障表示信号によるものである。
【００４５】
また、プログラマブルな不揮発性メモリ２１は、センシング素子感度の僅かな変動に対して、及び、センサバイアスオフセットに対して調節するために、センサ出力を補償するための情報を含む。また、これらの調節は、ＤＡＳ５３の温度信号を選択してこれをマイクロコントローラに入力することによる温度に依存して実行される。この信号は平均化されて雑音効果を軽減し、そして、プログラマブルメモリ内に蓄積された情報と結合されて現在の温度示数に対して適切な補償値を計算する。
【００４６】
このような補償は、例えば、出力補償値の変動が温度の関数であるような多項式を使用することによって、及び、多項式の係数をプログラマブルメモリに蓄積することによって実行することができる。出力バイアスオフセットの場合には、現在の温度に対して計算される多項式の値は、非補償センサ出力から減じられる。同様の補償は出力感度に対して実行される。これは、非補償の出力信号に比して、温度変化を伴ったセンサ出力信号の偽の変動を大きく減少させるように働く。
【００４７】
もし、外部センサ信号が、外部入力５７、５８、及びＡＤＣ５５を介して監視されると、これらの信号はまた、感度における変動、オフセット変動に対して、及び／又は、必要に応じて熱効果に対して補償されうる。このような補償に対して要求される情報は、プログラマブルメモリ２１に蓄積することができ、他のセンサに対する不必要な複雑性を加えることなしに、複数のセンサの性能を向上させる。
【００４８】
図２において、センサは、センシング素子１０とセンサ回路１１（センサＩＣとラベル付けされている）とから成るような簡略化された形式で表現されており、センサＩＣインタフェースは簡単化されて、２つの補助アナログ入力５７、５８（Ａｕｘ１、Ａｕｘ２とラベル付けされている）、アナログ出力４４（ＡＯとラベル付けされている）、そしてＳＰＩデジタルバス５０のみを示している。
【００４９】
図３に、２つのセンサ（デバイス＃１及びデバイス＃２とラベル付けされている）が周辺デバイスとしてＳＰＩデータバスを介してホストコントローラに接続されたシステムを示す。例示したように、各デバイスのＳＰＩは、チップセレクト（ＣＳ）、システムクロック（ＳＣＬＫ）、シリアル入力（ＳＩ）、及びシリアル出力（ＳＯ）の４つのＩ／Ｏ端子を有している。各デバイスは、専用のＣＳ線を有しており、それゆえ、ホストコントローラのラインの数は、ＳＰＩバスを使用するデバイスの数に３を加えた数である。
【００５０】
図４に、各センサの個々のＳＰＩ  Ｉ／Ｏポートがホストコントローラに接続されている、上記形式の１対のセンサ６６、６７を有するシステムを示す。このセンサは、センサ６６のアナログ出力（ＡＯ）がセンサ６７の外部入力Ａｕｘ１に接続され、センサ６７のアナログ出力（ＡＯ）がセンサ６６の外部入力Ａｕｘ２に接続されているという点で、相互接続されている。このように、各センサは、他のセンサの外部入力チャネルの１つにそのアナログ出力を供給する。両方のセンサ回路は、アナログ入力信号をデジタル化し、ＳＰＩインタフェースを経由するデジタル出力として、自身の内部センサデータとともに結果として生じるデータを提供する。
【００５１】
ＳＰＩデータラインバス（例えば、ＳＰＩマスタモードのホストコンピュータ）を通ってデータを読み込んでいるシステムが、所定のセンサからの内部センサデータの出力を、監視されている同一のセンサからのデータと比較し、第２のセンサ又は他の何れかのセンサのＳＰＩインタフェースによって出力した時に、相互監視は完了する。
【００５２】
１つのセンサのＳＰＩインタフェースにおける誤動作の場合には、そのインタフェースによって出力されたデータは（もしあれば）、もう一方のセンサのＳＰＩインタフェースによって監視及び出力された同一センサのデータには一致しないであろう。これにより、システムは、個々のセンサにおけるＳＰＩインタフェースが適正に機能しているか否かの判断ができる。２つのＳＰＩインタフェースから導かれたデータの何れの不一致も、システム欠陥を示すために使用することができる。
【００５３】
例えば、図４における２つのセンサは、輸送手段の偏揺れ率のように、共に同じパメータを測定する１対の重複した角速度センサである。これらはまた、例えば、輸送手段の偏揺れ率及び横揺れ率を監視する角速度センサなどの、異なったパラメータを監視する同種のセンサであってもよい。
【００５４】
図５に例示した実施形態は、センサ６８、６９の外部入力Ａｕｘ１及びＡｕｘ２にそれぞれ与えられている２つの加速度計のアナログ出力信号を伴った、図４のシステムと同様である。これは、例えば、特定の自動車の反横すべり及び反ロールオーバー安定性制御システムにおいて使用される横方向及び／又は縦方向の軸加速度計であってもよい。
【００５５】
図６に、本発明に基づいて６つの自由度と相互監視とを伴った慣性測定装置（ＩＭＵ）を示す。このシステムは、ｘ‐、ｙ‐、そしてｚ‐軸についての回転を監視するための３つのセンサ７１〜７３をそれぞれ有している。これらセンサの各々は、図２のセンサと同様であり、これらは全て水晶速度センサ又は他の種類の角速度センサである。ｘ‐軸センサ７１からのアナログ（ＡＯ）はｙ‐軸センサ７２の外部入力Ａｕｘ２の１つに供給され、センサ７２からのアナログ出力（ＡＯ）はｚ‐軸センサ７３の外部入力Ａｕｘ２の１つに供給され、センサ７３からのアナログ出力（ＡＯ）はｘ‐軸センサ７１の外部入力Ａｕｘ２の１つに帰還される。
【００５６】
このように、ｘ、ｙ、及びｚセンシング素子から導かれた各々の角速度又はジャイロ信号は、センサＩＣにおける２つの別々のＳＰＩに出力され、これら２つのソースから取得されたデータの比較により、３つのセンサ全てからの信号の相互監視が可能になる。
【００５７】
さらに、ｘ‐、ｙ‐、及びｚ‐軸に沿った加速度のアナログ信号標本は、図６に示したようなセンサの外部チャネルに入力することができる。ｘ、ｙ、及びｚ加速度計データはＳＰＩインタフェースを通して利用することができ、全てのセンサデータは、その加速度計に対する別々のＡＤＣ回路の複雑性増大なしに同じ出力バスにおいて利用可能となる。
【００５８】
図７は、６つの自由度を有するシステムの他の実施形態を示しており、これは、センサのアナログ出力が組み合わせの異なる補助入力チャネルに送られるという点以外は、図６の実施形態と概ね同様である。この特定の実施形態においては、ｚ‐軸センサ７３のアナログ出力は、ｙ‐軸センサ７２の補助入力の１つに帰還され、ｙ‐軸加速度計信号はｘ‐軸センサ７１の第２の補助入力に入力される。この配置は、特定の用途に対する利便性の事項として選択することができ、相互監視の関数及び加速度計データのデジタル化は不変のままとなる。
【００５９】
図８に、６つの自由度と、重複した角速度及び加速度チャネルとを伴った、慣性測定装置の実施形態を示す。この実施形態は、図２に示した種類の４つの速度センサ７６〜７９を有している。センサ７６〜７８は、ｘ‐、ｙ‐、及びｚ‐軸についての回転を監視し、そして、さらにｘ、ｙ、及びｚ加速度入力を受け取る。センサ７９は、３つの軸の１つに関する回転も監視し、その３つの加速度信号の１つを外部入力として受信する、重複したセンサである。代替的に、センサ７９は、重複した（つまり、第４の）加速度計からの信号を外部入力として受信することができる。センサ７６及び７７は、センサ７７の補助入力Ａｕｘ１に接続されているセンサ７６のアナログ出力（ＡＯ）と、センサ７６の補助入力Ａｕｘ２に接続されているセンサ７７のアナログ出力（ＡＯ）とを伴って、相互結合されている。センサ７８及び７９も同様に、センサ７９の補助入力Ａｕｘ１に接続されているセンサ７８のアナログ出力（ＡＯ）と、センサ７８の補助入力Ａｕｘ２に接続されているセンサ７９のアナログ出力（ＡＯ）とを伴って、相互結合されている。４つのセンサ全てのデジタル出力は、ＳＰＩバスに接続されている。
【００６０】
本発明は、いくつかの重要な機能及び利点を有している。デジタル出力インタフェースの機能性は、これと並列にアナログ出力を供給することによって検証される。この出力はセンサ信号に適切な電圧を供給することができ、或いは、１つの予め定められた電圧レベルから他のレベルへ単に切り替えて故障を指示することができる。このアナログ出力は、内部センサロジック又はマイクロコントローラによって監視可能なデジタル信号に再変換され、欠陥検知の追加的なレベルを供給することができる。
【００６１】
複数のセンサのシステムにおいては、アナログ出力信号それ自身を監視するための１又は複数のセンサの能力、或いは、１又は複数の他センサの能力により、何れかの、又は全部のセンサに対するデジタル出力インタフェース電子機器の未検知の故障危険性を取り除くことができる。
【００６２】
もし、１つのセンサがシステムにおける他のセンサの出力を監視することができ、その出力値をそのデジタルインタフェースの向こう側にあるシステムに供給できるならば、そのシステムは、オリジナルセンサからの、そして、許容範囲内に適合する監視を実行しているセンサからの出力信号を検証することができる。このように、両方のデジタル出力インタフェース回路の適性機能が検証される。
【００６３】
この手法で相互監視するための出力回路の能力は、センシングシステムにおける又は複数のセンサ間の欠陥探知の信頼性を著しく改善する。付加的なセンサは、第１のものと同じ種類のものであってもよく、或いは、例えば加速度計及び角速度センサなどのように、全く異なる種類のものであってもよい。
【００６４】
上記の事項より、新規の及び改善された相互監視センサシステム及び方法が明らかに提供された。ここには、現行確実な好ましい実施形態だけを詳細に記載したが、当業者にとっては、以下の特許請求の範囲によって規定された発明の範囲から逸脱することなしに、特定の変更及び修正が可能であることは明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明を実施可能な速度センサの一実施形態のブロック図である。
【図２】図１の実施形態における速度センサの簡略化したブロック図である。
【図３】本発明を組み込んだ相互監視センサシステムの一実施形態におけるデータバスの構成図である。
【図４】本発明を組み込んだ相互監視センサシステムの実施形態の簡略化したブロック図である。
【図５】本発明を組み込んだ相互監視センサシステムの実施形態の簡略化したブロック図である。
【図６】本発明を組み込んだ相互監視センサシステムの実施形態の簡略化したブロック図である。
【図７】本発明を組み込んだ相互監視センサシステムの実施形態の簡略化したブロック図である。
【図８】本発明を組み込んだ相互監視センサシステムの実施形態の簡略化したブロック図である。
【図１Ａ】
2008507714.tif 000003
【図１Ｂ】
2008507714.tif 000004
【図２】
2008507714.tif 000005
【図３】
2008507714.tif 000006
【図４】
2008507714.tif 000007
【図５】
2008507714.tif 000008
【図６】
2008507714.tif 000009
【図７】
2008507714.tif 000010
【図８】
2008507714.tif 000011
【国際調査報告】
2008507714.tif 000012