(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの取付け箇所（７，８）を備える車両のための慣性センサ（２）を検査するための装置（１）であって、前記慣性センサ（２）が固定可能である／固定されている少なくとも１つの第１の揺動体（３，４）と、第１の揺動体（３，４）に割り当てられ、第１の揺動体（３，４）を少なくとも１方向に加速するための少なくとも１つの第１の励起子モジュール（９，１０，１１）とを備える装置において、
少なくとも第２の揺動体（４）が第１の揺動体（３）に対して離間して設けられており、第２の揺動体に、少なくとも１つの第２の励起子モジュール（１２，１３，１４）が加速のために割り当てられており、前記慣性センサ（２）が第１の取付け箇所（７）によって第１の揺動体（３）に、第２の取付け箇所（８）によって第２の揺動体（４）に固定可能である／固定されていることを特徴とする車両のための慣性センサ（２）を検査するための装置（１）。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、
それぞれの前記揺動体（３，４）に少なくとも２つの前記励起子モジュール（９〜１４）が割り当てられており、該励起子モジュールが、それぞれの前記揺動体（３，４）を異なる方向に加速するように形成／整列されている装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の装置において、
それぞれの前記揺動体（３，４）に３つの前記励起子モジュール（９〜１４）が割り当てられており、該励起子モジュール（９〜１４）が、それぞれの前記揺動体（３，４）を異なる方向に加速するように形成／整列されている装置。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか一項に記載の装置において、
第１の前記揺動体（３）の前記励起子モジュールの加速方向が第２の前記揺動体（４）の前記励起子モジュール（１２〜１４）の加速方向にそれぞれ対応している装置。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか一項に記載の装置において、
前記励起子モジュール（９〜１４）が、それぞれ少なくとも１つの、特に複数の圧電アクチュエータ（１５）を備える装置。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか一項に記載の装置において、
前記励起子モジュール（９〜１４）が少なくとも１つのコントロールセンサ（１６〜２１）を備える装置。
【請求項７】
少なくとも２つの取付け箇所（７，８）を備える車両のための慣性センサを検査するための方法であって、慣性センサ（２）が少なくとも１つの揺動体（３）に固定されており、該揺動体（３）が少なくとも１つの第１の励起子モジュール（９〜１２）によって少なくとも１方向に加速される方法において、
前記慣性センサ（２）を、第１の固定箇所（７）によって第１の揺動体（３）に固定し、第２の取付け箇所（８）によって、第１の揺動体（３）から離間された第２の揺動体（４）に固定し、少なくとも１つの第２の励起子モジュール（１２〜１４）によって第２の揺動体（４）を少なくとも一方向に加速することを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法において、
それぞれ３つの励起子モジュール（９〜１４）によってそれぞれの前記揺動体（３，４）を異なる方向に加速する方法。
【請求項９】
請求項７または８に記載の方法において、
前記揺動体（３，４）を、同時に、または順次に、異なる、または同じ空間方向に加速する方法。
【請求項１０】
請求項７から９までのいずれか一項に記載の方法において、
前記励起子モジュール（９〜１４）の制御および該制御により生成された加速度に依存して、不都合な加速度を補償する伝達行列を形成する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも２つの取付け箇所を備える車両のための慣性センサ、特に加速度センサおよび／または回転速度センサを検査するための装置であって、慣性センサが固定可能である／固定されている少なくとも１つの第１の揺動体と、第１の揺動体に割り当てられ、揺動体を少なくとも１方向に加速するための少なくとも１つの第１励起子モジュールを備える装置に関する。
【０００２】
さらに、本発明は、少なくとも２つの取付け箇所を備える車両のための慣性センサ、特に加速度センサおよび／または回転速度センサを検査するための方法であって、慣性センサが少なくとも１つの第１の揺動体に固定されており、揺動体が、少なくとも１つの第１励起子モジュールによって少なくとも１方向に加速される方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
冒頭で述べた形式の装置および方法は既知である。車両のために設けられた慣性センサを検査し、設定するためには、種々異なる加速度が慣性センサにどのような影響を及ぼすのかを静止状態で検出するために、慣性センサは外部の試験場で頻繁に検査される。これにより、慣性センサを較正することが可能であり、検出したい加速度が検出され、他の不都合な加速度は補償または無視される。このために、例えば金属ブロックなどの質量の大きい揺動体に慣性センサを固定し、少なくとも１つの励起子モジュールによって揺動体を少なくとも１方向へ加速することが既知である。この場合、慣性センサによって検出または測定された信号、例えば加速度または回転速度は保存され、必要に応じて、較正のために予想される加速度値と比較される。
【発明の概要】
【０００４】
本発明による装置および本発明による方法は、慣性センサを種々異なる箇所において様々に加速することができるという利点を有する。これにより、装置によってさらに良好に車両の使用事例を再現することが可能である。慣性センサは、互いに対して揺動する場合がある車両の種々異なる車体要素に固定されることも多い。装置の好ましい構成により、このような特性は慣性センサが２つの異なる箇所において様々に加速可能となるように再現される。本発明によれば、少なくとも１つの第２の揺動体が第１の揺動体に対して離間して設けられており、第２の揺動体には少なくとも１つの第２励起子モジュールが加速のために割り当てられており、慣性センサは第１の取付け箇所によって第１の揺動体に、第２の取付け箇所によって第２の揺動体に固定可能である／固定されている。したがって、慣性センサは２つの取付け箇所もしくは固定箇所において、特に互いに独立して揺動可能に支承された異なる複数の揺動体によって加速可能である。これにより、例えば第１の揺動体が励起された場合の第２の揺動体の共振を加速度信号の検出および評価によって補償することが可能である。
【０００５】
好ましくは、それぞれの揺動体には少なくとも２つの励起子モジュールが割り当てられており、これらの励起子モジュールは、それぞれの揺動体を異なる方向に加速するように整列／配置されている。したがって、それぞれの揺動体の少なくとも２次元の加速が保証されており、これにより慣性センサの検査を最適化することができる。
【０００６】
さらに、好ましくは、それぞれの揺動体には３つの励起子モジュールが割り当てられており、これらの励起子モジュールは、それぞれの揺動体を３つの異なる方向に加速するように形成／整列されている。これにより、それぞれの揺動体の３次元の励起もしくはそれぞれの揺動体の３次元の加速が保証されており、したがって全体として慣性センサの２×３次元加速度もしくは検査が得られる。
【０００７】
特に好ましくは、第１の揺動体の励起子モジュールの励起方向が第２の揺動体の励起子モジュールの励起方向にそれぞれ対応している。これにより、それぞれ１つの励起子モジュールによって両方の揺動体を同じ励起方向に加速できることが保証されている。特に、第１の揺動体の励起子モジュールおよび第２の揺動体の励起子モジュールは、それぞれ３つの同じ空間方向に揺動体を加速できるように整列／配置されている。これにより慣性センサの加速度信号の好ましい評価が可能である。
【０００８】
本発明の好ましい実施形態によれば、励起子モジュールは、それぞれ１つの、特に複数の圧電アクチュエータを備える。特に、圧電アクチュエータは共にそれぞれの揺動体を所望の方向に加速するために圧電スタックとしてつなぎ合わされている。圧電スタックを設けることにより、揺動体の高い加速度および大きい移動距離もしくは動作を実現することができる。
【０００９】
好ましくは、それぞれの励起子モジュールは少なくとも１つのコントロールセンサを備え、コントロールセンサは、揺動体および／または慣性センサの所望の加速度に依存してアクチュエータ、特に圧電アクチュエータの制御を行う。これにより、実際に所望の加速度によって慣性センサを励起し、この場合に検出された慣性センサの信号を有利に評価することができる。
【００１０】
請求項７の特徴を備える本発明のよる方法は、慣性センサが第１の取付け箇所によって第１の揺動体に固定されており、第２の取付け箇所によって第２の揺動体に固定されており、第２の揺動体が第１の揺動体から離間され、特に独立して支承されており、第２の揺動体が少なくとも第２の励起子モジュールによって少なくとも１方向に加速されることにより優れている。これにより既に述べた利点が得られる。
【００１１】
特に、それぞれの揺動体はそれぞれ３つの励起子モジュールによって異なる方向に加速されるように構成されている。特に、両方の揺動体は同じ方向に加速可能であるか、もしくは加速されるように構成されている。これに対して、励起子モジュールはそれぞれの揺動体に配置され、第１および第２の揺動体のそれぞれ１つの励起子モジュールは同じ方向に作用する。
【００１２】
さらに好ましくは、揺動体は、検査したい慣性センサの特性を検査するために異なる、または同じ空間方向に、同時または順次に加速される。
【００１３】
特に好ましくは、励起子モジュールの制御、およびこの制御により生成された加速度に依存して、揺動体は、不都合な加速度を補償する伝達行列を形成する。励起子モジュールによって一方向に生成された加速度は、同時に、不都合な加速度とみなされる別の方向への加速度をももたらす。慣性センサの検査時にこのような不都合な加速度を防止するために、このような加速度差もしくは不都合な加速度を補償する伝達行列が設けられている。
【００１４】
次に図面に基づき本発明を詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】慣性センサを検査するための装置を示す平面図である。
【図１Ｂ】慣性センサを検査するための装置を示す側面図である。
【図２】装置の概略図である。
【図３Ａ】コントロールセンサの加速度波形を示す図である。
【図３Ｂ】コントロールセンサの加速度波形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１Ａおよび図１Ｂは、慣性センサ２を検査するための装置１を平面図（図１Ａ）および側面図（図１Ｂ）で示す。この装置は、例えば加速度センサおよび／または回転速度センサとして構成され、自動車で使用される。
【００１７】
装置１は、それぞれ鋼平行六面体として形成された２つの揺動体３および４を備える。しかしながら、鋼平行六面体は、代替的に他の材料、例えばタングステン、セラミック、アルミニウム、またはベリリウムから製造されていてもよい。揺動体３，４は互いに離間して配置されており、慣性センサ２のためのそれぞれ１つの固定部５，６を備える。慣性センサ２は２つの取付け部７，８を備え、これらの取付け部によって慣性センサ２は揺動体３，４もしくは揺動体の固定部５，６に固定されている。取付け部７，８は対応して同様に互いに離間されており、慣性センサ２もしくは慣性センサ２のケーシングの向かい合った２つの側に配置／形成されている。
【００１８】
それぞれの揺動体３，４には３つの励起子モジュール９，１０，１１もしくは１２，１３，１４が割り当てられている。励起子モジュール９〜１４は、それぞれアクチュエータとして直列に接続され、共に圧電アクチュエータ１５を形成する複数の圧電アクチュエータを備える。圧電スタックは互いに独立して制御可能であり、互いに独立してそれぞれの揺動体３，４を加速することができる。励起子モジュール９〜１４の圧電スタック１５は、それぞれの揺動体３，４が３つの異なる空間方向に加速可能であるように整列されている。特に、圧電スタック１５はこのために互いに垂直方向に整列されており、これにより揺動体３，４はそれぞれｘ方向、ｙ方向、およびｚ方向に加速することができる。励起子モジュール９〜１４はさらにそれぞれ１つのコントロールセンサ１６，１７，１８もしくは１９，２０，２１を備える。この場合、コントロールセンサ１７〜２１は、それぞれの励起子モジュール９〜１４のそれぞれの圧電スタックに向かい合った、それぞれの揺動体３，４の側に配置されている。この場合、さらにそれぞれの励起子モジュール９〜１４は、それぞれの圧電スタックのためのカウンターウェイトを備える。装置１の全体的な構造は緩やかで、好ましくは圧力なしに、例えば発泡材で支承されている。３つのコントロールセンサの代わりにそれぞれの揺動体３，４に個々の３Ｄ加速度センサが配置されていてもよく、例えば貼り付けられていてもよい。
【００１９】
図２は、装置１の概略図を示す。制御器２２は圧電アクチュエータもしくは励起子モジュール９〜１４を制御する。このために、制御器２２は信号を、例えば励起子モジュール９に送信する。励起子モジュール９は、増幅器２４に接続されたデジタル‐アナログ変換器２３を備え、増幅器２４は、圧電スタックを制御するために励起子モジュール９の圧電スタックに接続されている。慣性センサ２は生成された加速度によって励起され、慣性センサ２の出力信号ＳＡが測定される。同時に励起子モジュール９のコントロールセンサ１６は、圧電スタック１５によって実際に生成された加速度を検出し、この加速度をアナログ‐デジタルコンバータ２６に接続された増幅器２５に供給し、アナログ‐デジタルコンバータ２６は出力信号を制御器２２に送信する。このフィードバックにより、それぞれの揺動体３，４もしくは慣性センサ２に極めて正確に望ましい加速度が加えられる。
【００２０】
この装置によって、車両の慣性センサの取付け箇所で測定されたリアルタイム信号を試験所において静止状態で再現することができる。これらの信号は、揺動体およびそれぞれ３つの励起子モジュールからなる２つのユニットにより、例えば種々異なる試験距離における自動車のテスト走行時に検出される。この装置により、慣性センサ２の両方の取付け箇所で、３つのそれぞれの空間方向のために異なる信号を供給することができる。それぞれ他の励起方向のフィードバックを好ましい装置によって補償することができる。車両において測定された加速度信号の模倣により、はじめて種々異なるパターンを比較可能な励起によって検査することができる。したがって、好ましい装置１により、手間のかかる車両測定が不要となり、著しいコスト節約が達成される。さらに、慣性センサ２の感度の比較時に、例えば異なる試作段階または構成技術および接続技術が異なる場合に時間が節約される。
【００２１】
慣性センサ２の取付け箇所で車両において測定された加速度信号は、制御器２２の制御ソフトウェアによって読み取られる。周波数範囲の複雑な伝送行列による乗算により、制御ソフトウェアは個々の圧電スタック１５のために必要な出力信号を計算する。横方向の影響は、伝送行列の決定によって補償することができる。
【００２２】
複雑な伝達関数を決定するために、励起子モジュール９〜１４に試験信号が順次に印可され、他の全ての励起子モジュールはゼロ信号を保持し、得られた加速度は全てのコントロールセンサで測定される。試験信号およびセンサ信号は周波数範囲で変換され、次いで除算される（行列の除算）。結果は、複雑な伝達関数の２次の行列であり、伝送行列が得られる。行列のそれぞれの記入は、ｘ周波数ラインによる励起子からセンサへの複雑な伝達関数に対応する。選択された目標信号は周波数範囲で変換され、複雑な目標ベクトルを形成する。試験サンプルにおける加速度が、記録された目標波形にできるだけ良好に対応するように、得られた値から励起子のための出力信号を計算するアルゴリズムが必要不可欠である。このために、目標ベクトルは逆の伝達行列によって乗算される。結果は、周波数範囲の複雑な出力信号のベクトルである。出力ベクトルは時間範囲で変換され、出力される。同時に加速度信号がセンサ１７〜２１に記録され、表示される。
【００２３】
評価のためには、３つの作動形式が提供される：ストレート方式では、データは変更されずに励振器もしくはそれぞれの励起子モジュールに伝送される。これは比較目的のためにのみ用いられる。シングル方式では、実証されたチャートプログラムのアルゴリズムの第１段階に対応して、経路の相互作用を考慮することなしに、それぞれの経路について個別にデータの一次処理が行われる。したがって、所定の構成によって０．９５までの相関を達成することができる。複雑な条件下でもこの方式は単純な数学に基づいて特にロバストであることが明らかである。これに対して、行列法は上記アルゴリズムを使用し、これにより組合せ＞０．９９５により決定的な改善が達成される。
【００２４】
図３Ａおよび３Ｂは、装置３の２軸におけるそれぞれ加速度波形を示す。図３Ａでは、２つの励起子モジュール、例えば励起子モジュール９および１０が時間をずらして、それぞれ２００ｋＳ／ｓの正弦波バーストによって励起される（ｘ軸８ｋＨｚ、ｙ軸１０ｋＨｚ）。この場合、対応するコントロールセンサによって第１正弦波バーストに基づいて検出された加速度がＳ１により示されており、対応するコントロールセンサによって第２正弦波バーストに基づいて検出された加速度がＳ２により示されている。第２正弦波バーストＳ２によってｘ軸（Ｓ３）の共振が引き起こされることが示されている。
【００２５】
図３Ｂは、上記行列法が複雑な伝達行列と共に使用された場合の結果を示す。ｘ軸のクロストークもしくは共振が完全に除去される。このために、軸の圧電スタック（経路０）が制御され、不都合な横方向揺動を補償するために、共振器（経路１）の周波数および正確な振幅および位相を有する逆方向の出力信号を生成する。
【００２６】
伝達行列および装置１によって、６軸加速度の目標波形と実測波形との間の高い一致が実現される。試験信号として、例えば正弦波バースト、雑音信号、実際に記録された衝撃波形、または逆方向の正弦波スイープが出力される。
【００２７】
上述のように、目標波形Ｘｓ（ｔ）がフーリエ変換により反転された周波数範囲に変換され、複雑な逆伝達関数Ｈ（ｆ）によって乗算される。逆フーリエ変換による時間範囲への逆変換により、必要な出力信号Ｘｏ（ｘ）が得られ、この出力信号は電圧波形としてそれぞれの圧電励起子に出力される。これにより、測定された加速度信号Ｘｉ（ｔ）が目標波形と比較され、所定の方法により繰返しの別の比較が行われる。最適な条件下に、ＸｉとＸｓとの間に実際に＞０．９９９の相関が得られる。この場合、伝達関数の正確な決定が重要である。多次元の励起では、励振器が理想的ではない場合には、例えば励起子の横方向振動、慣性センサ２における機械的結合、センサの横方向感度、または検査したい慣性センサ２の負荷の影響による複数の加速度の相互作用が生じる。この装置によって上記影響が少なくとも広範囲に除去される。このために、Ｎ次元の構成の動特性が正確に測定され、複雑な伝達行列Ｈが形成される。
【００２８】
Ｈ００（ｆ）は、例えば、励起子モジュール９の圧電スタック１５と、対応するコントロールセンサ１６との間の励起子モジュール９の伝達関数である（例えばｘ方向）。Ｈ０１（ｆ）は、励起子モジュール９の圧電スタック１５とコントロールセンサ１７との間の伝達関数である（例えばｘ方向−＞ｙ方向）。
【００２９】
Ｈ００（ｆ）およびＨ１１（ｆ）は、ここでは、行列の主対角線を形成し、それぞれ１つの方向の励起子と同じ方向の対応するセンサとの間の伝達に対応し、Ｈ０１（ｆ）およびＨ１０（ｆ）は、横方向の影響を特徴づける。解決のための第１のアプローチは、それぞれの方向のためのチャートプログラムの方法による計算である。すなわち、ｘ励起子＋ｘセンサ、ｙ励起子＋ｙセンサ、ｚ励起子＋ｚセンサである。この場合、行列の主対角線の要素のみが使用され、横方向の影響は考慮されない。しかしながら、このいわゆる「シングル方式」は、多次元励起の場合には相互作用に基づいて精度が劣る。
【００３０】
上記行列法により、それぞれの周波数ラインについて１つのＮ次の連立方程式が解かれる：Ｎ目標信号は、目標ベクトルＸｓ（１，Ｎ）を形成する。伝達特性は、２次の伝達行列Ｈ（Ｎ，Ｎ）によって特徴づけられる。出力ベクトルＸｏ（Ｎ，１）は、Ｎ次の連立方程式の解によって決定される。計算は、複雑な周波数範囲で自然に、それぞれの周波数ラインについて個々に行われる。チャート方式の場合のように、それぞれの出力経路について逆フーリエ変換により時間範囲への移行が行われる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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