(57)【要約】【課題】  横転判定の信頼性にすぐれた車両横転検知用振動型角速度センサを提供すること。【解決手段】  本発明の車両横転検知用振動型角速度センサは、圧電体よりなり柱状の振動部を有する振動子を備える車両横転検知用振動型角速度センサであって、振動子は、所定方向の駆動側共振周波数と所定方向とは直交する方向の検出側共振周波数との差が５００Ｈｚ以上であることを特徴とする。本発明の車両横転検知用振動型角速度センサは、通常の車両の走行時に発生する離調周波数で発生するセンサ出力の感度（ゲイン）上昇の影響を低減することで、車両の横転のみを検知できるようになっている。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体よりなり柱状の振動部を有する振動子を備え、該振動部の基端を固定した状態で該振動部を所定方向に振動させるとともに、振動時に該所定方向とは直交する方向の振動状態を検出することにより、該振動状態から該振動子に加わった所定軸まわりの角速度を検出する車両横転検知用振動型角速度センサであって、
該振動子は、該所定方向の駆動側共振周波数と該所定方向とは直交する方向の検出側共振周波数との差が５００Ｈｚ以上であることを特徴とする車両横転検知用振動型角速度センサ。
【請求項２】
前記振動子は、前記基端が一体をなし前記所定方向に複数の前記振動部が並んだクシ型を有する請求項１記載の車両横転検知用振動型角速度センサ。
【請求項３】
前記振動子は、二つの前記振動部を有する音叉型を有する請求項２記載の車両横転検知用振動型角速度センサ。
【請求項４】
前記車両横転検知用振動型角速度センサからの出力は、４次以下の角速度ローパスフィルターで処理される請求項１記載の車両横転検知用振動型角速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の横転を検知する車両横転検知用振動型角速度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の車両には、横転が発生したときに乗員への致命的なダメージを低減するように、乗員への保護性能が求められている。このような乗員の保護性能を高めるための手段として、エアバッグやプリテンショナーが搭載されるようになってきている。さまざまなセンサからのデータをもとに、車両用ＥＣＵがこれらの装置の作動の判断を行っている。
【０００３】
車両の横転検知としては、振動型角速度センサが有効なセンサとして採用されている。振動型角速度センサは、一定方向に振動する振動部を有する振動子に角速度が印加されると一定方向と直交する方向にコリオリ力が発生し、このコリオリ力による振動部の振動を検知することで印加された角速度を検出している。そして、車両用ＥＣＵは検知された角速度およびその積分値である角度を用い、所定の角速度と角度より大きいときに車両が横転していると判断し、上記装置を作動させる。
【０００４】
一般的な振動型角速度センサは、圧電体よりなる四角柱状に形成された振動部を有し、振動部の互いに背向した一対の側面には駆動電極が取り付けられ、この駆動電極から振動部に電圧を印加することでこの一対の側面方向に駆動振動を生じさせる。振動部の互いに背向した他の一対の側面には検知電極が取り付けられ、この検知電極がコリオリ力により振動部の圧電体に生じた電荷を検知するが、検出信号は駆動振動の周波数に一致している。一般的に振動型角速度センサにおいて、駆動方向の振動子共振周波数と検出側共振周波数は一致させないため、駆動振動方向の共振周波数と検出振動方向の共振周波数の差（離調周波数）の周波数成分を持つ角速度が印加されると感度（ゲイン）が高くなり、正確な測定に影響を与えていた。
【０００５】
そして、車両の横転の検知を行う振動型角速度センサは、当然の事ながら、車両に取り付けられる。車両は、凹凸の多い悪路を走行したり、傾斜した路面を走行したりすることから、さまざまな角速度が振動型角速度センサに印加される。この結果、振動型角速度センサに印加された角速度は離調周波数成分を持つ角速度が発生するようになり、その結果正確な車両の横転の検知の判別に影響を与えていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記実状に鑑みてなされたものであり、横転判定の信頼性にすぐれた車両横転検知用振動型角速度センサを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために本発明者は振動型角速度センサについて検討を重ねた結果、離調周波数を過剰に大きくした振動型角速度センサとすることで上記課題を解決できることを見出した。
【０００８】
すなわち、本発明の車両横転検知用振動型角速度センサは、圧電体よりなる柱状の振動部を有する振動子を備え、振動部の基端を固定した状態で振動部を所定方向に振動させるとともに、振動時に所定方向とは直交する方向の振動状態を検出することにより、振動状態から振動子に加わった所定軸まわりの角速度を検出する車両横転検知用振動型角速度センサであって、振動子は、所定方向の駆動側共振周波数と所定方向とは直交する方向の検出側共振周波数との差が５００Ｈｚ以上であることを特徴とする。
【０００９】
また、振動子は、基端が一体をなし所定方向に複数の振動部が並んだクシ型を有することが好ましい。振動子が複数の振動部を有することで検知精度が向上する。ここで、振動子が複数の振動部を有するときには、振動中心に対して振動部が左右対称にもうけられることが好ましい。振動子は、二つの振動部を有する音叉型を有することがより好ましい。
【００１０】
車両横転検知用振動型角速度センサからの出力は、４次以下の角速度ローパスフィルターで処理されることが好ましい。本発明の車両横転検知用振動型角速度センサは、車両の横転方向の角速度のみを検知できるため、横転挙動以外のノイズをカットするための角速度ローパスフィルターでの処理を減らすことができ、角速度ローパスフィルターでの処理に要していた時間を短縮できる。この結果、車両の横転の検知を素早くできるようになる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の車両横転検知用振動型角速度センサは、離調周波数が５００Ｈｚ以上と過剰に大きくなっている。この離調周波数は、車両横転検知用振動型角速度センサとして車両に搭載され、その車両が横転したときの横転挙動に関わる角速度が持つ周波数よりはるかに大きな値となっている。すなわち離調周波数で発生するセンサ出力の感度上昇の影響を低減することで、車両の横転のみを検知できるようになっている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態として、音叉型の振動子を備えた車両横転検知用振動型角速度センサを作成し、図１〜７を用いて具体的に説明する。本実施の形態の車両横転検知用振動型角速度センサの音叉型の振動子を図１に示した。
【００１３】
本実施の形態の車両横転検知用振動型角速度センサは、従来の振動型角速度センサと同様な検出原理で横転の検出を行う。
【００１４】
本実施形態の車両横転検知用振動型角速度センサは、圧電体よりなり柱状の振動部を有する振動子を備え、振動部の基端を固定した状態で振動部を所定方向に振動させるとともに、振動時に該所定方向とは直交する方向にコリオリ力により発生した振動状態を検出することにより、振動状態から振動子に加わった所定軸まわりの角速度を検出する。
【００１５】
振動型角速度センサの検出原理を、図１〜４を用いて具体的に説明する。
【００１６】
一般的に、振動型角速度センサの振動部は、下記数１式を満たすことが知られている。
【００１７】
【数１】
2005241359.tif 000002
【００１８】
ここで、Ｆｃ：コリオリ力、ｍ：振動子の振動部の質量、ω：印加角速度、Ｖ：振動子の振動部の駆動速度である。
【００１９】
振動型角速度センサは、振動子の振動部を一定の方向（図１中の駆動方向）に駆動側共振周波数（ｆｄ）で振動させて角速度の検出を行う。駆動側共振周波数（ｆｄ）で振動した振動部に角速度が印加されると、振動部にコリオリ力（Ｆｃ）が発生する。このコリオリ力は、ｆｄでの振動方向（駆動方向）に垂直な方向に発生する。振動型角速度センサは、このコリオリ力を検出することで、印加された角速度を検出する。
【００２０】
振動型角速度センサにより検出されるコリオリ力は、数１式に示したように、駆動速度の周波数成分（振動部の駆動速度Ｖ）と同じ周波数である。このため、最も効率のよい機械的共振点で振動させることで、角速度センサの感度を最も高く設定できる。すなわち振動型角速度センサにおいて最も効率のよい検出とは、駆動側共振周波数（ｆｄ）と検出側共振周波数（ｆｓ）を一致させることである。振動型角速度センサにおいての駆動側共振周波数（ｆｄ）及び検出側共振周波数（ｆｓ）は、振動子の形状を変化させることで調節できる。
【００２１】
しかしながら、実際の角速度センサにおいては、駆動側共振周波数（ｆｄ）と検出側共振周波数（ｆｓ）とが一致しないように設定されている。このことは、角速度センサの特性に原因がある。具体的には、振動型角速度センサの振動部は、図２に示した振動特性を有している。すなわち、機械的共振点において最も大きな振幅の振動を得ることができるが、機械的共振点の近傍では、周波数の差がわずかであっても振幅の大きさが大きく変化する（ずれる）こととなる。すなわち、数１式中のＶが大きく変化して振動部に発生するコリオリ力も大きく変化する（ずれる）。そして、コリオリ力からの角速度の検知は、図２に示した振動特性および数１式から算出される。ここで、振動部の駆動側共振周波数（ｆｄ）と検出側共振周波数（ｆｓ）とが一致している場合には、振動部の振動特性は駆動側の振動特性と一致する。すなわち、駆動振動周波数がずれた場合、振動特性の変化率が大きな（グラフの傾斜が急な）周波数領域で使用していることとなり、数１式に示されるＶの変化が大きく、その結果検知側の誤差が発生しやすくなり、横転の検知の判別に影響を与えていた。
【００２２】
実際の角速度センサにおいては、このような誤差を低減するために、駆動側共振周波数（ｆｄ）と検出側共振周波数（ｆｓ）とが一致しないように設定されている。振動部の駆動側の振動特性と、振動部の検出側の振動特性とがずれると、図３に示したようになる。すなわち、駆動側周波数が機械的共振点からずれて検出側に発生するコリオリ力が変化しても、検出側の振動特性の変化率が小さく（グラフの傾斜が緩く）なっていることから、より検出精度が高まる。
【００２３】
ここで、駆動側共振周波数（ｆｄ）および検出側共振周波数（ｆｓ）は、振動子の形状を変化させることで調節でき、具体的には、図４に示したように、振動部の駆動側の側面の幅（Ｌ）と検出側の側面の幅（Ｗ）とが異なる（Ｗ≠Ｌ）ように振動子を形成することでｆｄ≠ｆｓを達成している。
【００２４】
ここで、駆動側共振周波数（ｆｄ）と検出側共振周波数（ｆｓ）とが近接すると、駆動側共振周波数（ｆｄ）と検出側共振周波数（ｆｓ）との差の周波数である離調周波数では感度が増加する。従来のローパスフィルターを組み込んだ角速度センサの周波数特性を図５に示した。すなわち、離調周波数においては、感度（ゲイン）が高くなり、わずかな角速度も検出してしまい、横転挙動以外の角速度も検知してしまう。
【００２５】
そこで、本実施形態の車両横転検知用振動型角速度センサは、振動子が所定方向の共振周波数と所定方向とは直交する方向の周波数との差が５００Ｈｚ以上である。すなわち、振動子の駆動側共振周波数（ｆｄ）と検出側共振周波数（ｆｓ）との差が５００Ｈｚ以上となっている。ｆｄとｆｓとの差の５００Ｈｚ以上とは、図６に示すように車両が悪路を走行したときや衝突時に発生する５００Ｈｚ以下の角速度の影響をなくし、横転の検知判別に影響を与えていた横転挙動以外の角速度の影響を排除でき横転を正確に検出できる。
【００２６】
音叉型の振動子は、一対の振動部には両振動部の中心に対称な駆動振動が付与される。すなわち、一対の振動部の先端部は、近接と離反を周期的に繰り返す。一対の振動部は基端が一体をなしており、一方の振動部の振動と他方の振動部とでバランスが取れる構造となっているため、該振動部の基端への漏れ振動が抑えられている。すなわち、本実施形態の車両横転検知用振動型角速度センサは、正確な角速度検出が可能となっている。
【００２７】
また、音叉型の振動子において、一対の振動部に印加される角速度により検出側振動部に発生するコリオリ力も、互いに背向する方向に発生する。上記駆動振動と同様に、該振動部の基端への漏れ振動が抑えられている。
【００２８】
本実施形態の車両横転検知用振動型角速度センサは、離調周波数が５００Ｈｚ以上に設定された音叉型の振動子を用いた以外は、従来の振動型角速度センサと同様な構成とすることができる。
【００２９】
たとえば、振動子は、従来公知の圧電体により製造することができる。振動子は、断面が長方形の角柱状の振動部の駆動方向の側面に、振動部を励振させるための駆動電極がその表面に取り付けられる。また、振動部の検出方向の側面には、振動部の圧電対に生じた電荷を検知する検知電極がその表面に取り付けられる。そして、電極が取り付けられた状態で、振動子は、一対の振動部を一体に保持する基端部が固定され、この状態で使用される。
【００３０】
すなわち、圧電体の角柱状の振動部の側面に取り付けられた駆動電極に電圧を印加すると、一対の駆動電極間で圧電体に歪みが生じる。その後、駆動電極に逆方向の電圧を印加すると圧電体に前記歪みとは逆方向の歪みが生じる。この駆動電極に印加される電圧を交流とすることで、圧電体に周期的な歪みが生じ、この周期的な歪みが振動部の駆動振動となる。そして、角速度に比例したコリオリ力により振動部に変形が生じると、振動部を形成する圧電体にはこの変形による電荷が生じる。この電荷は、検知電極により検知される。
【００３１】
本実施形態の車両横転検知用振動型角速度センサからの検知信号は、演算手段において処理および車両状況の判定を行う。
【００３２】
ここで、演算手段においては、角速度センサからの検知信号をローパスフィルタにより高周波数域での出力ゲインを低下させる。その結果ローパスフィルタによる処理を行うことで検知信号から高周波ノイズや離調周波数で発生した感度上昇した角速度信号を低減することができる。そのため高次のローパスフィルタを使用すれば離調周波数で発生した感度上昇した角速度信号レベルを下げることは可能であるが、高次のローパスフィルターは検出遅れを伴う。このため、高次のローパスフィルタによる処理は演算手段による車両の横転の判断の遅れが生じる。
【００３３】
本実施形態の車両横転検知用振動型角速度センサは、駆動側共振周波数と検出側共振周波数とが５００Ｈｚ以上とかなり離れており、車両の横転挙動で発生する角速度以外の高周波の角速度すなわち離調周波数で発生するゲイン上昇した角速度を出力しにくい。このため、角速度センサからの検知信号のローパスフィルタによる処理の次数が低くてもよく、４次以下とすることができる。
【００３４】
演算手段における角速度センサからの検知信号の処理としては、たとえば、角速度と角度を求める処理をあげることができる。そして、得られた角速度と角度が図７に斜線で示した領域にあると判断したときには、車両が横転したと判断する。さらに、演算手段は、車両が横転していると判断したときには、エアバッグの展開、プリテンショナーの作動等の指示をそれぞれの装置に出す。
【００３５】
上記したように本実施形態の車両横転検知用振動型角速度センサは、振動子の振動部の離調周波数が大きくなっており、振動子の横転の検知精度が向上している。このため、高次のローパスフィルタを必要としなくなっているため、その後の判断において長時間を必要としなくなる効果を有している。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】実施の形態の車両横転検知用振動型角速度センサの外形図である。
【図２】振動型角速度センサの振動特性を示したグラフである。
【図３】振動型角速度センサの駆動方向および検出方向の振動特性を示したグラフである。
【図４】実施の形態の車両横転検知用振動型角速度センサの外形図である。
【図５】従来の車両横転検知用振動型角速度センサの周波数特性を示したグラフである。
【図６】実施の形態の車両横転検知用振動型角速度センサの周波数特性を示したグラフである。
【図７】実施の形態の車両横転検知用振動型角速度センサを用いて車両の横転判定を行うときの判定のマップである。
【図１】
2005241359.tif 000003
【図２】
2005241359.tif 000004
【図３】
2005241359.tif 000005
【図４】
2005241359.tif 000006
【図５】
2005241359.tif 000007
【図６】
2005241359.tif 000008
【図７】
2005241359.tif 000009