(57)【要約】【課題】  検出機能の性能の向上とセンサ故障の診断機能とを両立した慣性センサユニットを提供する。【解決手段】  同一構成を有して同一軸線上に配置される一対のヨーレートセンサ６ａ、６ｂに対し、アナログ加算器４によってアナログ信号におけるヨーレートセンサ６ａ、６ｂの出力値の加算値を算出することで、ＬＡＮコントローラ内蔵マイコン１が、信号が２倍、ノイズが「ルート２倍」になり分解能が向上したセンサ出力から精度良くヨーレート値を算出する。一方、アナログ減算器５によってアナログ信号におけるヨーレートセンサ６ａ、６ｂの出力値の差分を算出することで、ＬＡＮコントローラ内蔵マイコン１が、出力値の差分の絶対値が所定のしきい値より大きい場合は、いずれかのヨーレートセンサの出力値が異常であると判定し、出力値の差分の絶対値が所定のしきい値以下の場合は、両方のヨーレートセンサの出力値が正常であると判定する。【選択図】  図１
2005106727.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一構成を有して同一軸線上に配置されると共に、検出対象物に取り付けられ、前記検出対象物の加速度あるいは角速度を該検出対象物の慣性力として検出し、該慣性力に応じて変化する電圧を出力する一対の慣性センサと、
前記一対の慣性センサの出力電圧同士を加算する加算回路と、
いずれか一方の前記慣性センサの出力電圧から他方の前記慣性センサの出力電圧を減算する減算回路と、
前記加算回路の出力電圧を量子化して、ディジタル信号で表された加算電圧信号を出力する第１の量子化回路と、
前記減算回路の出力電圧を量子化して、ディジタル信号で表された減算電圧信号を出力する第２の量子化回路と、
前記第１、第２の量子化回路に接続され、前記加算電圧信号に基づいて前記慣性力を演算し、算出された慣性力に対応したディジタル信号を出力すると共に、前記減算電圧信号に基づいて前記一対の慣性センサの少なくとも一方の故障を判定し、故障判定結果に対応したディジタル信号を出力するディジタル処理装置と
を備えたことを特徴とする慣性センサユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両装置等に搭載される慣性センサユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両等の加速度や角速度をセンサにより検出し、該センサの出力信号に基づいて車両等の挙動を制御する制御装置がある。このような制御装置では、複数のセンサを用意し、各センサの出力信号を比較することによりセンサ類の異常を検出する（例えば、特許文献１、及び特許文献２参照。）。
具体的には、例えば特許文献１に記載の技術では、機体の加速度と角速度とを検出するｎ−１個のモーション・センサと、機体の姿勢、方位および位置の検出用に搭載された慣性基準装置とを備え、故障検出機構が、これらのモーション・センサ及び慣性基準装置からの検出信号を相互に比較して検出信号相互間の差の異常を検出する。
また、例えば特許文献２に記載の技術では、ステアリング舵角センサの出力からヨーレートのゲインＧδｒ、ステアリング舵角センサの出力から横方向加速度のゲインＧδｙ、ヨーレートセンサの出力から横方向加速度のゲインＧｒｙを演算すると共に、ステアリング舵角センサに関する２つのゲインＧδｒ、ＧδｙがゲインＧｒｙと比較して変動が大きい場合にはステアリング舵角センサが故障していると判定し、ヨーレートセンサに関する２つのゲインＧδｒ、ＧｒｙがゲインＧδｙと比較して変動が大きい場合にはヨーレートセンサが故障していると判定し、横方向加速度センサに関する２つのゲインＧδｙ、ＧｒｙがゲインＧδｒと比較して変動が大きい場合には横方向加速度センサが故障していると判定する。更に、全てのゲインの変動が小さい場合にはセンサの故障は無いと判定し、全てのゲインの変動が大きい場合には２つ以上のセンサが故障していると判定する。
【特許文献１】特開平０５−２７８６９０号公報
【特許文献２】特開２０００−２７２４９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、特に車両等の装置を対象とする場合、従来の技術のように、センサの故障や異常の有無を常に診断、監視する機能の完全性が要求される。そのため、最も一般的な手法として、上述のように複数のセンサを備えて冗長診断を行うことが考えられる。しかし、このような冗長診断の構成では、冗長分のセンサによる装置全体のコストアップが発生するだけでなく、センサ出力を取り込むためのＡ／Ｄ変換器等のチャネルの増加や診断処理を実行するＣＰＵの能力アップ等によるコストアップも発生するという問題がある。また、このように装置全体にコストがかかる割には、冗長診断の構成を備えた装置は従来の装置と比較してセンサとしての性能向上はさほど期待できないという問題もあった。
【０００４】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、検出機能の性能の向上とセンサ故障の診断機能とを両立した慣性センサユニットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、請求項１の発明に係る慣性センサユニットは、同一構成を有して同一軸線上に配置されると共に、検出対象物に取り付けられ、前記検出対象物の加速度あるいは角速度を該検出対象物の慣性力として検出し、該慣性力に応じて変化する電圧を出力する一対の慣性センサ（例えば後述する実施例のヨーレートセンサ６ａ、６ｂ）と、前記一対の慣性センサの出力電圧同士を加算する加算回路（例えば後述する実施例のアナログ加算器４）と、いずれか一方の前記慣性センサの出力電圧から他方の前記慣性センサの出力電圧を減算する減算回路（例えば後述する実施例のアナログ減算器５）と、前記加算回路の出力電圧を量子化して、ディジタル信号で表された加算電圧信号を出力する第１の量子化回路（例えば後述する実施例のＡ／Ｄ変換器１ａ）と、前記減算回路の出力電圧を量子化して、ディジタル信号で表された減算電圧信号を出力する第２の量子化回路（例えば後述する実施例のＡ／Ｄ変換器１ａ）と、前記第１、第２の量子化回路に接続され、前記加算電圧信号に基づいて前記慣性力を演算し、算出された慣性力に対応したディジタル信号を出力すると共に、前記減算電圧信号に基づいて前記一対の慣性センサの少なくとも一方の故障を判定し、故障判定結果に対応したディジタル信号を出力するディジタル処理装置（例えば後述する実施例のＬＡＮコントローラ内蔵マイコン１）とを備えたことを特徴とする。
【０００６】
以上の構成を備えた慣性センサユニットは、同一構成を有して同一軸線上に配置される一対の慣性センサに対し、加算回路によってアナログ信号における両慣性センサの出力値の加算値を算出することで、ディジタル処理装置が、両慣性センサの出力値を加算することにより信号が２倍、ノイズが「ルート２倍」になり分解能が向上したセンサ出力から、精度良く慣性力を算出することができる。一方、同様にこの一対の慣性センサに対し、減算回路によってアナログ信号における両慣性センサの出力値の差分を算出することで、ディジタル処理装置が、例えば両慣性センサ間の出力値の差分の絶対値が所定のしきい値より大きい場合は、いずれかの慣性センサの出力値が異常であると判定し、例えば両慣性センサ間の出力値の差分の絶対値が所定のしきい値以下である場合は、両方の慣性センサの出力値が正常であると判定することができる。また、減算回路によってアナログ信号における両慣性センサの出力値の差分を算出することで、両慣性センサ間の出力値の差分の絶対値が所定のしきい値より大きいか否かだけの情報を扱えれば良い第２の量子化回路の分解能を低くすることができる。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１に記載の慣性センサユニットによれば、同一構成を有して同一軸線上に配置される一対の慣性センサの出力値を加算することにより、分解能が向上したセンサ出力から精度良く慣性力を算出することができる。従って、冗長診断のための慣性センサの追加に伴い検出機能の分解能を向上させた高性能の慣性センサユニットを実現できるという効果が得られる。一方、同様にこの一対の慣性センサ間の出力値の差分に基づいて、いずれかの慣性センサの出力値が異常であるか否かを判定することができる。また、減算回路によってアナログ信号における両慣性センサの出力値の差分を算出することで、特に第２の量子化回路の分解能を低くすることができる。従って、特別な演算なしに慣性センサの故障診断を実行できると共に、Ａ／Ｄ変換器の分解能やＡ／Ｄ変換後の演算の処理内容を簡略化できるため、従来と比較して大幅なコストダウンが可能な高性能の慣性センサユニットを実現できるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
【実施例】
【０００９】
（全体構成）
図１は、本発明の一実施例の慣性センサユニットの構成を示すブロック図である。なお、本実施例の慣性センサユニットは、特に自動車等の車両装置に搭載して利用することが有用であり、一例として、慣性センサユニットが自動車に搭載された場合について説明する。
図１において、ＬＡＮコントローラ内蔵マイコン１は、本実施例の慣性センサユニットの中心をなす制御部である。ＬＡＮコントローラ内蔵マイコン１は、車両の適所に配置された各種センサが出力するアナログ信号をＬＡＮコントローラ内蔵マイコン１内に取り込むために、例えば１０ビットのＡ／Ｄ変換器１ａを備えている。なお、Ａ／Ｄ変換器１ａは、接続されるセンサの数だけ備えて、個別に各センサの出力信号を量子化しても良いし、時分割制御により、順次対象とするセンサを切り替えながら各センサの出力信号を量子化しても良い。
【００１０】
また、車両の適所に配置された各種センサとして、ＬＡＮコントローラ内蔵マイコン１のＡ／Ｄ変換器１ａには、左右Ｇセンサ２と、前後Ｇセンサ３が接続されている。ここで、左右Ｇセンサ２は、車両の左右方向の加速度を検出し、検出された加速度に応じた電圧値をアナログ信号で出力する加速度センサである。一方、前後Ｇセンサ３は、車両の前後方向の加速度を検出し、検出された加速度に応じた電圧値をアナログ信号で出力する加速度センサである。更に、ＬＡＮコントローラ内蔵マイコン１のＡ／Ｄ変換器１ａには、アナログ加算器４とアナログ減算器５を介して、ヨーレートセンサ６ａ、６ｂが接続されている。
【００１１】
これにより、ＬＡＮコントローラ内蔵マイコン１は、左右Ｇセンサ２が検出した車両の左右方向の加速度、前後Ｇセンサ３が検出した車両の前後方向の加速度、更にはヨーレートセンサ６ａ、６ｂが検出した車両のヨーレート値を、Ａ／Ｄ変換器１ａを介してディジタル信号化して取り込み、車両内の各制御ユニット（図示せず）が利用可能な車両の状態を示す制御情報として出力する。
【００１２】
なお、ヨーレートセンサ６ａ、６ｂは、同一構成を有して同一軸線上に配置されると共に、車両に取り付けられたセンサであって、車両のヨーレート値を検出し、検出されたヨーレート値に応じた電圧値をアナログ信号で出力する。また、アナログ加算器４は、ヨーレートセンサ６ａ、６ｂが出力するアナログ信号で表された電圧値をアナログ信号のまま加算する加算器であって、ヨーレートセンサ６ａ、６ｂが出力するアナログ信号を加算することで、ヨーレート値を示す信号はそのまま加算されて２倍になると共に、ヨーレートセンサ６ａ、６ｂが出力するノイズはランダムに加算されることにより「ルート２倍」となる。
【００１３】
従って、アナログ加算器４が出力する信号の分解能は、下記（１）式の如くヨーレートセンサ６ａあるいはヨーレートセンサ６ｂの単独の出力と比較して約３［ｄＢ］改善する。これにより、ＬＡＮコントローラ内蔵マイコン１は、約３［ｄＢ］改善されたヨーレートセンサ出力から、精度良くヨーレート値を算出することができる。
【００１４】
２０×ｌｏｇ１０２／（√２）≒３［ｄＢ］    ・・・（１）
【００１５】
一方、アナログ減算器５は、ヨーレートセンサ６ａ、６ｂが出力するアナログ信号で表された電圧値をアナログ信号のまま減算する減算器であって、例えばヨーレートセンサ６ａの出力するアナログ信号からヨーレートセンサ６ｂの出力するアナログ信号を減算することで、ＬＡＮコントローラ内蔵マイコン１によるヨーレートセンサ６ａ、６ｂの故障診断を可能とする。
【００１６】
具体的には、ヨーレートセンサ６ａ、６ｂが両方とも健全であれば、ヨーレートセンサ６ａ、６ｂの出力値はほぼ同一となるはずである。すなわち、例えばヨーレートセンサ６ａの出力するアナログ信号からヨーレートセンサ６ｂの出力するアナログ信号を減算した結果（差分）はほぼ「ゼロ」となるはずであるから、例えばヨーレートセンサ６ａの出力するアナログ信号からヨーレートセンサ６ｂの出力するアナログ信号を減算した結果（差分）の絶対値が所定のしきい値より大きい場合は、ＬＡＮコントローラ内蔵マイコン１は、いずれかのヨーレートセンサの出力値が異常であると判定し、例えばヨーレートセンサ６ａの出力するアナログ信号からヨーレートセンサ６ｂの出力するアナログ信号を減算した結果（差分）の絶対値が所定のしきい値以下である場合は、ＬＡＮコントローラ内蔵マイコン１は、両方のヨーレートセンサの出力値が正常であると判定することができる。
【００１７】
また、本実施例の慣性センサユニットは、この他、ＬＡＮＨ端子７とＬＡＮＬ端子８を利用して、車両内の各制御ユニット（図示せず）と、車内ＬＡＮを介してＬＡＮコントローラ内蔵マイコン１の出力信号（加速度、ヨーレート値（角速度）、センサの故障診断情報等）やＬＡＮコントローラ内蔵マイコン１への制御信号を送受信するためのＬＡＮトランシーバ９を備えており、ＬＡＮコントローラ内蔵マイコン１は、ＬＡＮトランシーバ９を制御するためのＬＡＮコントローラ１ｂも備えている。
【００１８】
更に、本実施例の慣性センサユニットは、ＧＮＤ端子１０を介して車両の接地端子と接続されると共に、ＩＧ端子１１により１２［Ｖ］系電力が供給されている。また、ＩＧ端子１１により供給された１２［Ｖ］系電力は、１２Ｖ／５Ｖ変換器１２（＝ＤＣ／ＤＣコンバータ）により５［Ｖ］系電力に変換されて、ＬＡＮコントローラ内蔵マイコン１のＶＤＤ電源の他、左右Ｇセンサ２、前後Ｇセンサ３、ヨーレートセンサ６ａ、６ｂへ供給される。
【００１９】
なお、上述の実施例では、ヨーレートセンサをヨーレートセンサ６ａ、６ｂとして２個備え、アナログ加算器４によりヨーレートセンサ６ａ、６ｂが出力するアナログ信号を加算してＬＡＮコントローラ内蔵マイコン１のＡ／Ｄ変換器１ａへ入力すると共に、一方、アナログ減算器５により、例えばヨーレートセンサ６ａの出力するアナログ信号からヨーレートセンサ６ｂの出力するアナログ信号を減算してＬＡＮコントローラ内蔵マイコン１のＡ／Ｄ変換器１ａへ入力し、それぞれアナログ加算器４の出力信号からヨーレート値を計算すると共に、アナログ減算器５の出力信号からヨーレートセンサ６ａ、６ｂの出力値のいずれかが異常であると判定したが、上述のようにアナログ加算器とアナログ減算器を介して冗長構成にするセンサはヨーレートセンサに限らず、左右Ｇセンサ２や前後Ｇセンサ３について同様の構成としても良い。
【００２０】
また、アナログ減算器５の出力では、例えばヨーレートセンサ６ａの出力するアナログ信号からヨーレートセンサ６ｂの出力するアナログ信号を減算した結果（差分）の絶対値が所定のしきい値より大きいか否かだけの情報を扱えれば良いので、Ａ／Ｄ変換器１ａを各センサ毎に個別に備える場合は、アナログ減算器５の出力信号を量子化するＡ／Ｄ変換器の分解能を低くすることができる。
更に、上述の実施例では、アナログ減算器５でヨーレートセンサ６ａの出力するアナログ信号からヨーレートセンサ６ｂの出力するアナログ信号を減算すると説明したが、いずれか一方のヨーレートセンサの出力電圧から他方のヨーレートセンサの出力電圧を減算することができれば良いので、アナログ減算器５でヨーレートセンサ６ｂの出力するアナログ信号からヨーレートセンサ６ａの出力するアナログ信号を減算するようにしても良い。
【００２１】
以上説明したように、本実施例の慣性センサユニットによれば、同一構成を有して同一軸線上に配置される一対のヨーレートセンサ６ａ、６ｂに対し、アナログ加算器４によってアナログ信号におけるヨーレートセンサ６ａ、６ｂの出力値の加算値を算出することで、ＬＡＮコントローラ内蔵マイコン１が、ヨーレートセンサ６ａ、６ｂの出力値を加算することにより信号が２倍、ノイズが「ルート２倍」になり分解能が向上したセンサ出力から、精度良くヨーレート値を算出することができる。一方、同様にこの一対のヨーレートセンサ６ａ、６ｂに対し、アナログ減算器５によってアナログ信号におけるヨーレートセンサ６ａ、６ｂの出力値の差分を算出することで、ＬＡＮコントローラ内蔵マイコン１が、ヨーレートセンサ６ａ、６ｂ間の出力値の差分の絶対値が所定のしきい値より大きい場合は、いずれかのヨーレートセンサの出力値が異常であると判定し、ヨーレートセンサ６ａ、６ｂ間の出力値の差分の絶対値が所定のしきい値以下である場合は、両方のヨーレートセンサの出力値が正常であると判定することができる。
【００２２】
また、Ａ／Ｄ変換器１ａを各センサ毎に個別に備える場合は、アナログ減算器５によってアナログ信号における両ヨーレートセンサの出力値の差分を算出することで、両ヨーレートセンサ間の出力値の差分の絶対値が所定のしきい値より大きいか否かだけの情報を扱えれば良いアナログ減算器５に接続されたＡ／Ｄ変換器の分解能を低くすることができる。
【００２３】
従って、同一構成を有して同一軸線上に配置される一対のヨーレートセンサ６ａ、６ｂの出力値を加算することにより、分解能が向上したセンサ出力から精度良くヨーレート値を算出することができ、冗長診断のためのヨーレートセンサの追加に伴いヨーレート検出機能の分解能を向上させた高性能の慣性センサユニットを実現できるという効果が得られる。一方、同様にこの一対の慣性センサ間の出力値の差分に基づいて、いずれかの慣性センサの出力値が異常であるか否かを判定することができる。また、アナログ減算器５によってアナログ信号におけるヨーレートセンサ６ａ、６ｂの出力値の差分を算出することで、特にアナログ減算器５に接続されるＡ／Ｄ変換器の分解能を低くすることができる。従って、特別な演算なしにヨーレートセンサの故障診断を実行できると共に、Ａ／Ｄ変換器の分解能やＡ／Ｄ変換後の演算の処理内容を簡略化できるため、従来と比較して大幅なコストダウンが可能な高性能の慣性センサユニットを実現できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施例における慣性センサユニットの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２５】
１    ＬＡＮコントローラ内蔵マイコン（ディジタル処理装置）
１ａ    Ａ／Ｄ変換器（第１の量子化回路、第２の量子化回路）
４    アナログ加算器（加算回路）
５    アナログ減算器（減算回路）
６ａ、６ｂ    ヨーレートセンサ（慣性センサ）
【図１】
2005106727.tif 000003