(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両における乗員保護システムのための加速度センサ（１）であって、
加速度を検出するための少なくとも１つのマイクロメカニカルセンサ素子（２，３）と、
前記センサ素子（２，３）毎にそれぞれ１つのＡ／Ｄ変換器（４，５）を伴う冗長的な信号パスを有する電子評価ユニットとを備え、
前記加速度センサ（１）の出力信号（１４，１５）の妥当性検査のために、少なくとも１つの前記Ａ／Ｄ変換器（４，５）の機能性に関するパラメータを監視するための監視手段（８，９，１０）が設けられている、加速度センサ（１）において、
前記監視手段（８，９，１０）が、前記評価ユニット内に集積された前記センサ素子（２，３）に対する等価回路（８）と、冗長的なさらなるＡ／Ｄ変換器（９）とを含み、
前記冗長的なさらなるＡ／Ｄ変換器（９）は、前記機能性に関するパラメータの変化に対して、少なくとも１つの前記Ａ／Ｄ変換器（４，５）と同じ特性で反応するものであり、
さらに前記冗長的なさらなるＡ／Ｄ変換器（９）は、前記等価回路（８）の、加速度に依存しない固定の出力信号を変換しており、前記冗長的なさらなるＡ／Ｄ変換器（９）のデジタル出力信号の値は、全てのＡ／Ｄ変換器の機能性に関するパラメータの変化を決定するために、コンパレータ（１３）を用いて、所定の固定限界値（１２）と比較されるように構成されていることを特徴とする、加速度センサ（１）。
【請求項２】
前記加速度センサ（１）は、前記妥当性検査の結果を、前記出力信号（１４，１５）と一緒に外部評価のために提供し、又は、前記加速度センサ（１）の内部で不良と評価された出力信号（１４，１５）の送出を阻止する、請求項１記載の加速度センサ（１）。
【請求項３】
前記評価ユニット内にセンサ素子（２，３）のための少なくとも１つのさらなる等価回路が集積されており、前記さらなる等価回路は、前記等価回路（８）とは異なるそれぞれ１つの固定の出力信号を生成し、前記さらなるＡ／Ｄ変換器（９）の入力信号を、前記監視手段（８，９，１０）の機能性の検査のために、前記等価回路（８）からさらなる等価回路への切り替えによって変更する、請求項１または２記載の加速度センサ（１）。
【請求項４】
前記加速度センサ（１）は、２チャンネルセンサとして構成されており、該２チャンネルセンサの２つの冗長的に配置されたセンサ素子（２，３）は、異なるセンシング方向を有している、請求項１から３いずれか１項記載の加速度センサ（１）。
【請求項５】
前記２チャンネルセンサは、Ｖ字形状の配置構成の２つのセンサ素子（２，３）を有している、請求項４記載の加速センサ（１）。
【請求項６】
前記２つのセンサ素子は、対称軸に対してそれぞれ＋／−４５°だけ回転して配置されている、請求項５記載の加速センサ（１）。
【請求項７】
前記マイクロメカニカルセンサ素子（２，３）は第１のチップ内で実現され、前記評価ユニットは、ＡＳＩＣとして構成された第２のチップ内で実現される、請求項１から６いずれか１項記載の加速度センサ（１）。
【請求項８】
前記３つのＡ／Ｄ変換器（４，５，９）がそれぞれシグマデルタ変調器として構成されている、請求項１から７いずれか１項記載の加速度センサ（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加速度を検出するための少なくとも１つのマイクロメカニカルセンサ素子と、前記センサ素子毎にそれぞれ１つのＡ／Ｄ変換器を伴う冗長的な信号パスを有する電子評価ユニットとを備え、前記加速度センサの出力信号の妥当性検査のために、少なくとも１つの前記Ａ／Ｄ変換器の機能性に関するパラメータを監視するための手段が設けられている、加速度センサに関している。
【背景技術】
【０００２】
請求項１の上位概念による加速度センサは、例えば独国特許第１０３  ０６  ７０７号明細書から公知である。
【０００３】
一般的に、衝突時の車両乗員を保護するために、車両内の異なる箇所で加速度センサを用いて加速度値を検出し、制御機器を用いて、エアバックやベルトプリテンショナー等の乗員拘束手段を、検出された加速度値に依存してトリガーすることは公知である。但しこの保護システムは、いずれにせよ障害に関する監視を行わなければならない。なぜなら、特に走行中に、障害によって引き起こされる望ましくない乗員拘束手段のトリガーが、車両の乗員にとって危険であり、他の乗員にも危険をもたらしかねないからである。そのような誤ったトリガーの原因は、既に加速度センサレベルで起こり得る。具体的には例えばセンサへの給電電圧障害、熱的過負荷、電磁干渉などである。
【０００４】
既に加速度センサレベルでのエアバックの誤ったトリガーが引き起こされることを回避するために、センサにおいて、２つの冗長的なマイクロメカニカルセンサ素子を設け、互いに妥当性検査を行うシステムは一般的である（ＭＥＭＳ：マイクロエレクトロメカニカルシステム）。しかしながら、２つのセンサ素子から送出された信号が、共通に用いられるセンサ固有のＡ／Ｄ変換器を用いて制御機器のマイクロコントローラに読み込まれた場合には、これらの冗長的なセンサ素子が存在するにもかかわらず、当該のＡ／Ｄ変換器の障害が誤ったトリガーを引き起こすことになる。このようなことを回避するために、冒頭に述べたような本願の上位概念に記載された上述の従来技術では、加速度センサにおける冗長性を信号パス全体で拡張することが提案されている。それにより、各センサ素子毎に固有のＡ／Ｄ変換器が使用できるようになる。しかしながらこれらのＡ／Ｄ変換器は、それらの置かれている環境や動作条件に敏感であり、例えば供給電圧の変動や温度変化、経年劣化などに敏感に反応するので、両Ａ／Ｄ変換器に共通に使用される機能性に関するパラメータを、特定の限界値（例えば電圧不足やＥＭＣ干渉などに関する限界値）に維持すべく監視する必要がある。そのような限界値からの逸脱は、他の場合では、加速度が存在しないにもかかわらず、両信号パスにおいて同相信号に結び付き、エラーを含んだ加速度信号を引き起こす。しかしながら、この種のＡ／Ｄ変換器の給電構想における冗長性の実現、あるいは、例えばＡ／Ｄ変換器のための基準電圧と電流の識別、電圧不足の識別、ＥＭＣ干渉の識別のための所要の監視手段ないしモニターの実現には多大な費用がかかり、チップ面でも相応の手間がかかる。
【０００５】
発明の開示
それ故本発明の課題は、冒頭に述べたような形式の加速度センサにおいて、さらなる改善を、特に簡素化を実現することにある。
【０００６】
本発明の上記課題は、請求項１の特徴部分に記載された本発明による加速度センサによって解決される。本発明のさらなる有利な実施形態は、従属請求項および以下の説明からも明らかとなる。
【０００７】
本発明による加速度センサでは、監視手段が、前記評価ユニット内に集積された前記センサ素子に対する等価回路と、冗長的なさらなるＡ／Ｄ変換器とを含み、前記冗長的なさらなるＡ／Ｄ変換器は、機能性に関するパラメータの変化に対して、少なくとも１つの前記Ａ／Ｄ変換器と同じ特性で反応するものであり、さらに前記冗長的なさらなるＡ／Ｄ変換器は、前記等価回路の、加速度に依存した固定の出力信号を変換しており、前記冗長的なさらなるＡ／Ｄ変換器のデジタル出力信号の値は、全てのＡ／Ｄ変換器の機能性に関するパラメータの変化を決定するために、コンパレータを用いて、所定の固定限界値と比較されるように構成されている。
【０００８】
本発明は、冗長的な監視用信号パスを実現するという考察に基づいており、その監視用若しくは保証用のＡ／Ｄ変換器は、すべてのＡ／Ｄ変換器の機能性に関するパラメータに同じように係る障害に対して、所定の信号用Ａ／Ｄ変換器と同じ方向性で反応する。但し、監視用Ａ／Ｄ変換器の出力信号に与える障害は、信号用Ａ／Ｄ変換器の出力信号とは異なり、容易に検出可能である。なぜなら、それは、場合によって、実際の加速度信号に由来するものではなく、単に、等価回路によって生成される加速度に依存しない、監視用Ａ／Ｄ変換器の固定の入力信号に基づくものだからである。この等価回路は、実際のマイクロメカニカルセンサ素子の特性を、その静止状態において、より正確にコピーないしシミュレートし、障害を直接マッピングする。そのためこの種の障害が監視用Ａ／Ｄ変換器の出力信号に現れると、ないしは、予め定められた許容閾値を超過すると、直ちに、信号用Ａ／Ｄ変換器の出力信号が、後続処理において、もはや妥当なものとしてではなく、エラーを含んだものとして評価される。
【０００９】
本発明の加速度センサによれば、実質的に同種のさらなるＡ／Ｄ変換器を評価ユニット内で実現することによって、供給ないし監視に関する冗長性が簡単な方法で実現され、ないしは、Ａ／Ｄ変換器の共通の状況が、簡単な方法で、所定の限界値の保持に基づいて妥当性検査されるという利点が得られる。それにより、評価ユニットのＡＳＩＣ上の面積に係るコストや開発コストを節約することができる。
【００１０】
本発明の第１実施形態によれば、加速度センサが、妥当性検査の結果を出力信号と一緒に外部評価のために提供するか、あるいは、内部でエラーを含んでいると評価された加速度センサの出力信号の送信を回避する。すなわち妥当性検査の評価は、有利には、外部の制御装置か又は加速度センサ自体において選択的に行うことができる。
【００１１】
本発明の特に有利な改善例によれば、前記評価ユニット内にセンサ素子のための少なくとも１つのさらなる等価回路が集積されており、前記さらなる等価回路は、前記等価回路とは異なるそれぞれ１つの固定の出力信号を生成し、前記さらなるＡ／Ｄ変換器の入力信号を、監視手段の機能性の検査のために、前記等価回路からさらなる等価回路への切り替えによって変更可能である。このようにして、機能性に関するパラメータ自体に対する監視機能又はモニタリング機能が連続的に検査可能となる。
【００１２】
以下では本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】通常のケースにおける本発明による加速度センサの実施形態の構成要素および機能を概略的に示した図
【図２】エラーケースにおける説明のために同様の構成要素及び機能を示した図
【００１４】
以下の実施例はエアバックに基づいたものであり、そのトリガーは、いわゆる４５°の適用において集積された２つのセンサ素子を備えた単一の加速度センサを用いて妥当検査が行われる。この場合衝突の際の加速度は、マイクロメカニカル素子（ＭＥＭＳ）（これらは加速度センサの第１チップ上に配置されている）によって測定され、続いて、ＡＳＩＣ（加速度センサの第２チップ）上の別個のＡ／Ｄ変換器によって変換される。この別個２つのＭＥＭＳチャネルのデジタル加速度情報は、処理のためにエアバック制御装置に転送され、そこでの評価の後でエアバックが点火され得る。ＡＳＩＣ上の単独のエラーによっては、センサの２つのチャネルの出力側から同相信号ないし逆相信号が到来しないため、ＡＳＩＣ上の加速度情報は、空間的に別個のＡ／Ｄ変換器によって公知の方法で案内される。
【００１５】
エラーを含んだ信号の生成に関する２つの信号用Ａ／Ｄ変換器の共通の周辺条件または入力パラメータを監視するために、本発明によれば、監視のための、信号用Ａ／Ｄ変換器の直接のコピーが、すなわち第３のＡ／Ｄ変換器が使用される。この第３のＡ／Ｄ変換器は第１および第２のＡ／Ｄ変換器から空間的に分離され、同じようにＡＳＩＣ上に実装されている。それにより、この監視用Ａ／Ｄ変換器の、周辺条件ないし動作パラメータの変化に対する反応が、阻害された信号用Ａ／Ｄ変換器のそのつどの入力信号に現れる変化と同じ方向性を持つことが保証される。その際第３の監視用Ａ／Ｄ変換器は、信号の機能ＡＳＩＣ上でＭＥＭＳ素子の等価回路からよこされたコピー形態の、機能性に関するパラメータに依存した信号（もちろん加速度に関して同等の信号）を変換する。加速度検出のためのマイクロメカニカルセンサ素子は、典型的には、表面微細構造技術によって形成された不動及び可動のコーム構造を有しているので（それらは加速度に依存した可変容量を有するコンデンサを形成している）、センサ素子コピーのための等価回路は、有利には、元のマイクロメカニカルセンサ素子と同じ（ただし不変）キャパシタンスＣを有する。さらにこの等価回路は、監視用Ａ／Ｄ変換器が実際のセンサ素子と同じインピーダンスとなるように選定された抵抗Ｒを含んでいてもよい。
【００１６】
第３のＡ／Ｄ変換器の出力側からの変換された値は、固定の限界値と比較される。例えば、全てのＡ／Ｄ変換器の基準電圧の欠落は、欠陥加速度信号が信号用Ａ／Ｄ変換器の入力側に入力することなしで信号用Ａ／Ｄ変換器に同相の加速度をもたらす。監視用Ａ／Ｄ変換器は、同じ基準電位に接続されているので、この変換器でも同じような急激な変化が出力信号に現れる。この急激な変化は、事前に設定された許容誤差限界値を上回りかねず、信号用Ａ／Ｄ変換器のデジタル加速度情報は妥当性のあるものではなく、エラーを含んだ情報としてマーキングされる。それにより、エアバックの誤ったトリガーには結びつかなくなる。さらに、共有する基準電圧の欠落の他にも、次に述べるような信号用Ａ／Ｄ変換器のさらなる重要な共通するパラメータ、すなわち、電源のピーク値やノイズ値（例えばＥＭＣに起因するもの）、信号用Ａ／Ｄ変換器の温度や経年劣化に起因する感度変化、共有されるすべての電圧及び電流、などが監視されてもよい。
【００１７】
図１は、通常のケースを示しており、ここではある加速が生じている。実際に存在する加速度は、加速度センサ１の外側で図１の左側部分に示されている小さな加速度線図１８の形態で表されている。対応する加速度信号は第１のマイクロメカニカルセンサ素子２において生成され、当該のＭＥＭＳチャネルないし信号パスに対応した第１のＡ／Ｄ変換器４において変換され、手段６によってデジタル処理される（フィルタリング又はインターフェース機能）。冗長的に構成された第２のＭＥＭＳチャネルないし第２の信号パスも、第２のセンサ素子３と共に示されており、このセンサ素子３には、対応する第２のＡ／Ｄ変換器５と第２のデジタル信号処理手段７が関連付けられている。センサ１の両チャネルは、図示のケースにおいて、正確に、妥当性のある同じ出力信号１４及び１５を生成している（図１の右側の各デジタルデータワード参照）。ここで前提とされている通常のケース（障害なしの加速）では、等価回路８は、加速度に依存しない所定の標準値を生成しており、これは監視用Ａ／Ｄ変換器９によって変換され、手段１０によって、特にコンパレータ１３において、対応する出力信号１１が、予め設定された許容誤差限界値１２内にあるか否かが検査される。ここではイエスである。なぜなら想定に従って障害が存在しないからである。すなわち第３のＡ／Ｄ変換器９が反応し得るような、機能性に関するパラメータの異常ないし変動が存在しないからである。３つのＡ／Ｄ変換器４，５および９は、通常は、有利には、それ自体公知のいわゆるシグマデルタ変調器として構成されていてもよい。
【００１８】
引き続き、デジタル出力信号１４および１５は、監視信号１１と共に外部の制御機器に転送される。そこでは、ユニット１９ないし２０において前記２つの出力信号１４及び１５が監視信号１１に基づいて妥当性を評価され、さらに別のユニット１９ないし２０において、場合によっては、さらに相互的な妥当性検査がなされ得る。但し、前記監視信号１１に基づく評価は、センサ内部で行われてもよい。その際には当該加速度センサ１は、完全に妥当性検査をパスした出力信号１４及び１５のみを送信する。
【００１９】
図１と同じ様に示されている図２では、エラーの生じたケースが示されており、ここでは加速度が存在しておらず、信号用Ａ／Ｄ変換器４，５の出力側における信号は、より正確には、図２において電圧変動１６として示された障害によって引き起こされている。この電圧変動１６は、図示のように、給電端子１７を介してすべてのＡ／Ｄ変換器４，５及び９に同じように印加されている。センサ１の２つの信号チャネル２，４，６と、３，５，７は、同じようにつながっているので、相互的妥当性がトリガー事象をもたらす可能性がある。同時に、同じ障害１６に晒されている監視用Ａ／Ｄ変換器９の出力信号１１もまた同じ障害１６に基づいて、固定の限界値１２を図２から見て取れるように上回るが、しかしながらこのことは、内的若しくは外的に実施可能な妥当性検査において、適正な方法で実際にはトリガー事象でないことを示す。
【００２０】
実際には、付加的に本当の加速も存在しそうなときでも、障害の存在を仮定した評価が同じように行われる（すなわち非トリガーケース）。それによりこのケースでは、実際の出力信号１４，１５が障害１６によってマスクされ得る。
【００２１】
評価ユニット内には、有利には少なくとも１つのさらなる別の等価回路が集積されていてもよい。それらは等価回路８とは異なる固定の出力信号をその都度生成する。それにより、さらなるＡ／Ｄ変換器９の入力信号は、等価回路８から別の等価回路へのスイッチングによって変化し得る。これにより監視手段８，９，１３の機能性の検査を行うことができる。このさらなる等価回路を用いれば、単独で冗長的な監視信号パスに作用する選択可能な障害が誘起され得る。
【図１】
0005837255.tif 000002
【図２】
0005837255.tif 000003