(57)【要約】【課題】コストの増加を抑えつつ故障の判定精度を高める。【解決手段】ヨーレートセンサは予め信号出力特性が測定されており、その測定データはデータベース１４に格納されている。検出装置１は２つのヨーレートセンサ３、４を搭載しており、製造工程において、データベース１４に格納されている信号出力特性の中から特性の近似するヨーレートセンサ３、４が選択される。この場合、ヨーレートセンサ３、４は、所定の温度範囲内において出力信号の差が小さくなり、所定のヨーレートの範囲内において出力信号およびその微分信号の差が小さくなるように組み合わされる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め信号出力特性の測定とその測定データの管理とがなされる複数のヨーレートセンサを搭載して構成され、
その搭載される複数のヨーレートセンサは、互いの出力信号またはその微分信号の差がこれら複数のヨーレートセンサの出力信号またはその微分信号に基づく故障判定において用いられるしきい値よりも小さくなるように組み合わされていることを特徴とするヨーレート検出装置。
【請求項２】
前記搭載される複数のヨーレートセンサは、一定のヨーレートを与えた状態で、所定の温度範囲内における出力信号の差が前記故障判定のための差分しきい値よりも小さくなるように組み合わされていることを特徴とする請求項１記載のヨーレート検出装置。
【請求項３】
前記搭載される複数のヨーレートセンサは、一定の温度の下で、所定のヨーレートの範囲内における出力信号の差が前記故障判定のための差分しきい値よりも小さくなるように組み合わされていることを特徴とする請求項１または２記載のヨーレート検出装置。
【請求項４】
前記搭載される複数のヨーレートセンサは、一定の温度の下で、所定のヨーレートの範囲内における出力信号の微分信号の差が前記故障判定のための微分しきい値よりも小さくなるように組み合わされていることを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載のヨーレート検出装置。
【請求項５】
前記複数のヨーレートセンサの出力信号またはその微分信号の比較に基づいてヨーレートセンサの故障判定を行う故障判定手段を備えていることを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載のヨーレート検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のヨーレートセンサを搭載したヨーレート検出装置に関する。
【従来の技術】
特許文献１には、車両制御システムにおけるヨーレートセンサの故障判定装置が示されている。この故障判定装置は、車輪速度センサと操舵角センサの各出力信号に基づいて基準ヨーレートを演算し、車輪速度センサと横加速度センサの各出力信号に基づいて推定ヨーレートを演算し、これら演算したヨーレートとヨーレートセンサで実際に検出したヨーレートに基づいてヨーレートセンサの故障を判定するようになっている。
【０００２】
【特許文献１】
特開平１１−２３７４０４号公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記故障判定装置では、ヨーレート以外の物理量を用いて演算したヨーレートを基準として判定しているため誤差が生じ易く、その判定精度を高くすることが難しかった。これについては、例えば各種センサの精度を高めることが考えられるが、高精度なセンサは高価であり、コストに対する要求が厳しい自動車部品などには採用できないという問題がある。
【０００４】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、コストの増加を極力抑えつつ故障の判定精度を高めることができるヨーレート検出装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載した手段によれば、複数のヨーレートセンサを搭載した多重系（二重系、三重系、…）のヨーレート検出装置が構成され、搭載されたヨーレートセンサの出力信号同士の比較に基づいて故障の発生を判定できる。このような冗長システムにおいて、搭載される複数のヨーレートセンサは、各出力信号またはその微分信号の差がこれら複数のヨーレートセンサの出力信号またはその微分信号に基づく故障判定のためのしきい値よりも小さくなるように組み合わされているので、個々のヨーレートセンサの特性のばらつきを許容しつつ、その特性のばらつきによる故障判定精度の低下を防止でき、上記しきい値に応じた高精度で且つ検出遅れの小さい故障判定が可能となる。
【０００６】
また、例えば車両制御システムにおいてヨーレートセンサは非常に重要で信頼性が要求される部品であり、従来からヨーレートセンサの製造工程またはヨーレート検出装置の製造工程において予め信号出力特性の測定とその測定データの管理がなされている部品である。従って、特性の一致したヨーレートセンサを組み合わせることとしても、従来の製造工程、生産管理工程に対する変更が少なくてすみ、ヨーレートセンサ自体のコストを除けば比較的低コストに製造することができる。
【０００７】
請求項２に記載した手段によれば、搭載される複数のヨーレートセンサは、一定のヨーレートを与えた状態で、所定の温度範囲内における出力信号の差が故障判定のための差分しきい値よりも小さくなるように組み合わされているので、ヨーレート検出装置の温度が上記温度範囲内において変化しても故障判定精度が低下することがない。
【０００８】
請求項３に記載した手段によれば、搭載される複数のヨーレートセンサは、一定の温度の下で、所定のヨーレートの範囲内における出力信号の差が故障判定のための差分しきい値よりも小さくなるように組み合わされているので、ヨーレート検出装置に与えられるヨーレートが上記範囲内において変化しても故障判定精度が低下することがない。
【０００９】
請求項４に記載した手段によれば、搭載される複数のヨーレートセンサは、一定の温度の下で、所定のヨーレートの範囲内における出力信号の微分信号の差が故障判定のための微分しきい値よりも小さくなるように組み合わされている。従って、ヨーレート検出装置に与えられるヨーレートが上記範囲内において変化する場合には、ヨーレートセンサの出力信号の微分信号に基づく故障判定をすることができ、出力信号の差分に基づく故障判定に比べて検出遅れ時間を短くすることができる。なお、上述した請求項２ないし４に記載した手段を、組み合わせた構成としてもよい。
【００１０】
請求項５に記載した手段によれば、ヨーレート検出装置自身がヨーレートセンサの故障判定を行うので、外部の制御装置などに故障判定手段を設ける必要がなく、種々のシステムにおいて採用し易いという利点がある。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を車両のヨーレートと加速度を検出する検出装置に適用した一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図２は、上ケースと基板部とを分離した状態での検出装置の斜視図であり、下ケースについては省略されている。この検出装置１の基板２には、特性が近似する２つのヨーレートセンサ３と４が隣接して組み付けられており、これにより当該検出装置１はヨーレート検出装置として動作することができるようになっている。
【００１２】
ヨーレートセンサ３、４には、それぞれラベル３ａ、４ａが貼付されている。
このラベル３ａ、４ａには、固有のシリアル番号がバーコードや二次元コード（ＱＲコード等）により記録されている。このラベル表示に基づき、データベース１４を参照し、製造工程で測定された信号出力特性のデータを検索することで、近似する特性を持つヨーレートセンサ同士を所定の基板２に組み合わせることができる。
【００１３】
基板２には、加速度センサ５、６が相異なる検出軸を持つように取り付けられており、これにより検出装置１は加速度検出装置として動作することができるようになっている。その他、基板２にはワンチップマイコン７、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）規格による通信用ドライバＩＣ８その他の電子部品が搭載されている。上ケース９には一対の電源線（１２Ｖ）と一対の信号線が接続されるコネクタ１０が設けられており、上記ヨーレートセンサ３、４および加速度センサ５、６の各出力信号は、このコネクタ１０を通して外部に出力されるようになっている。
【００１４】
ワンチップマイコン７は、内蔵のまたは別チップの不揮発性メモリに記憶されたプログラムを実行することにより検出装置１の全体を制御するものであり、ヨーレートセンサ３、４および加速度センサ５、６に故障が生じたかどうかを判定する故障判定手段１１（図１参照）としての機能を有することができる。なお、ワンチップマイコン７が故障判定手段１１としての機能を備える構成に替えて、検出装置１の外部に故障判定手段を設ける構成としてもよい。
【００１５】
図１は、検出装置１のヨーレートセンサ３、４に係る部分について、製造工程の一部と、上記故障判定手段１１の機能的な構成とを概略的に示したものである。故障判定手段１１は、ヨーレートセンサ３と４の出力信号およびその微分信号の差分を演算することによりヨーレートセンサ３と４の出力信号を比較する比較手段１２と、上記差分としきい値とに基づいて故障判定を行う判定手段１３とから構成されている。
【００１６】
ヨーレートセンサ３、４は、車両を制御する上で非常に重要で且つ信頼性が要求される部品であり、検出装置１を量産する工場では、その製造工程における検出装置１の組み立て工程の前までに全てのヨーレートセンサ単体について信号出力特性の測定を行い、その特性データを管理するようになっている。すなわち、各ヨーレートセンサには固有のシリアル番号が与えられ、そのシリアル番号とそのヨーレートセンサについて測定した信号出力特性のデータ番号とが１：１に対応してデータベース１４に格納されるようになっている。
【００１７】
そして、基板２にヨーレートセンサを組み付ける際には、上記データベース１４に格納されている信号出力特性の中から特性の近似するヨーレートセンサ３、４を選択するようになっている。この選択作業は、上記データベース１４にアクセス可能な管理用コンピュータを用いることにより比較的容易に行うことができる。
【００１８】
次に、具体的な特性例について図３ないし図５を参照しながら説明する。
図３（ａ）、（ｂ）は、一組ヨーレートセンサが静止した状態で温度を−３０℃から＋８５℃まで変えながら測定した信号出力特性を示している。図に示す一点鎖線は、ヨーレートセンサ単体の特性が良品とされるための規格上限値Ｙ１（例えば２．６Ｖ）と規格下限値Ｙ２（例えば２．４Ｖ）を示しており、図３（ａ）、（ｂ）に示すヨーレートセンサは、何れも上記規格を満たした良品である。
この図３（ａ）、（ｂ）において、上記温度範囲に亘る２つのヨーレートセンサの出力信号の差分の最大値は、それぞれΔｙａ、Δｙｂとなっている。ここで、十分な故障判定精度を得るために必要な差分（ばらつき）の最大値をΔｙｒ（例えば１０ｍＶ）とすれば、Δｙａ≦Δｙｒ＜Δｙｂ＜Ｙ１−Ｙ２の関係となっている。
【００１９】
この場合、図３（ｂ）に示す一組のヨーレートセンサを基板２に組み付けると、図３（ａ）に示す一組のヨーレートセンサを組み付けた場合に比べ、判定手段１３において用いる差分しきい値を大きく設定しなければならず、ヨーレートセンサの故障判定精度が悪化することになる。これに対し上述した選択作業を行えば、図３（ａ）に示すように検出装置１において組み合わされるヨーレートセンサ３、４の出力信号の差分（ばらつき）をΔｙｒ以下に抑えることができるため、差分しきい値もΔｙｒ程度にまで小さく設定することができ、車両など周囲温度が大きく変化する環境の下であっても十分な故障判定精度を確保することが可能となる。
【００２０】
図４（ａ）、（ｂ）は、一定温度の下で一組のヨーレートセンサをターンテーブルに載せて−１００°／ｓｅｃから＋１００°／ｓｅｃまでのヨーレートを与えて測定した信号出力特性を示している。図４（ａ）に示す一組のヨーレートセンサは、上記ヨーレートの範囲においてヨーレートの変化に対する出力信号特性つまり感度特性がよく一致している。これに対し、図４（ｂ）に示す一組のヨーレートセンサは、ヨーレートが０付近においては出力信号の大きさ（一例として２．５Ｖ）が一致するものの、感度特性に差があるためヨーレートの大きさが増えるに従って出力信号のずれが大きくなる。
【００２１】
従って、図４（ｂ）に示す一組のヨーレートセンサを基板２に組み付けると、図４（ａ）に示す一組のヨーレートセンサを組み付けた場合に比べ、判定手段１３において用いる差分しきい値を大きく設定しなければならず、ヨーレートセンサの故障判定精度が悪化することになる。これに対し上述した選択作業を行えば、図４（ａ）に示すように検出装置１において組み合わされるヨーレートセンサ３、４の出力信号のみならずその微分信号の差分（ばらつき）も小さく抑えることができるため、出力信号の差分による故障判定と微分信号の差分による故障判定とを高精度に行うことができる。出力信号の微分信号を用いた故障判定は、出力信号をそのまま用いた故障判定に比べて判定時間を短縮することができる利点がある。
【００２２】
図５は、図４（ａ）に示す特性を持つ一組のヨーレートセンサ３、４を備えた検出装置１を車両に搭載した場合における当該ヨーレートセンサ３、４の出力信号波形の一例を示している。時刻ｔ０からｔ１までの期間および時刻ｔ５からｔ６までの期間では車両が直進しており、時刻ｔ１からｔ５までの期間では車両が旋回している。また、時刻ｔ２においてヨーレートセンサ４に故障が発生した状況を示している。
【００２３】
ヨーレートセンサ３、４の感度特性は近似しているため、ヨーレートセンサ３、４が正常に動作している限り、車両が旋回しても出力信号のずれは非常に小さくなっている。時刻ｔ２でヨーレートセンサ４に故障が発生し、ヨーレートセンサ３、４の出力信号の差分が故障判定値である差分しきい値Δｙｒに達すると（時刻ｔ４）、故障判定手段１１はヨーレートセンサ３、４の何れかが故障したと判定する。上述したように、この差分しきい値Δｙｒは小さく設定できるため、故障発生後の早い時点で故障を検出することができる。また、これよりも早い時刻ｔ３において、ヨーレートセンサ３、４の出力信号の微分信号の差分が故障判定値である微分しきい値に達するため、故障判定手段１１はさらに早い時点で故障を検出することができる。
【００２４】
以上説明したように、車両制御システムに用いられる検出装置１は、２つのヨーレートセンサ３、４を搭載した二重系のヨーレート検出装置を構成しており、そのヨーレートセンサ３、４の出力信号同士の比較に基づいてヨーレートセンサ３、４の何れかに故障が生じたことを検出できる。この場合、搭載される２つのヨーレートセンサ３、４は、所定の温度範囲内において出力信号の差が小さくなるように組み合わされているので、故障判定値である差分しきい値Δｙｒを小さく設定でき、温度変化にかかわらず高精度で且つ検出遅れの小さい故障判定を行うことができる。
【００２５】
さらに、搭載される２つのヨーレートセンサ３、４は、所定のヨーレートの範囲内において出力信号およびその微分信号の差が小さくなるように組み合わされているので、出力信号の差分による故障判定と出力信号の微分信号の差分による故障判定とを高精度に行うことができる。その結果、故障の発生から検出までの検出遅れ時間（判定時間）を一層短くすることができる。
【００２６】
ヨーレートセンサは従来から製造工程において信号出力特性の測定とその特性の管理がなされている部品である。従って、特性の一致したヨーレートセンサを組み合わせることとしても、従来の製造工程に対する変更が少なくてすみ、ヨーレートセンサ自体のコストを除けば比較的低コストに製造することができる。
【００２７】
なお、本発明は上記し且つ図面に示す実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のように変形または拡張が可能である。
３つ以上のヨーレートセンサを用いた多重系システムを構築してもよい。
一定のヨーレートを与えた状態で所定の温度範囲内における出力信号の差が小さくなる基準のみによって、ヨーレートセンサ３、４を組み合わせてもよい。また、一定の温度の下で所定のヨーレートの範囲内における出力信号の差が小さくなる基準のみによって、ヨーレートセンサ３、４を組み合わせてもよい。さらに、一定の温度の下で所定のヨーレートの範囲内における出力信号の微分信号の差が小さくなる基準のみによって、ヨーレートセンサ３、４を組み合わせてもよい。その他、これらの基準を任意に組み合わせて用いてもよい。
本発明のヨーレート検出装置は、車両制御システムに限らず船舶、航空機の制御システムその他のシステムに広く適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である検出装置についてその製造工程の一部と故障判定手段の構成とを概略的に示す図
【図２】検出装置の分解斜視図
【図３】静止した状態でのヨーレートセンサの温度に対する信号出力特性を示す図
【図４】一定温度の下でのヨーレートセンサのヨーレートに対する信号出力特性を示す図
【図５】車両に搭載されたヨーレートセンサの出力信号波形を示す図
【符号の説明】
１は検出装置（ヨーレート検出装置）、３、４はヨーレートセンサ、１１は故障判定手段である。
【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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