(57)【要約】【課題】本発明は、回転中心が基板と平行なＸＹ平面上のどこにあっても正確に角速度を検出できる角速度および加速度検出用複合センサを提供することを目的とするものである。【解決手段】本発明の角速度および加速度検出用複合センサは、第１の加速度検出手段２１と第２の加速度検出手段２２および第３の加速度検出手段２３からの出力信号を処理して加速度を検出するとともに、前記出力信号を演算することにより角速度を求める処理回路４０を備えたものである。【選択図】図１
2005207974.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも３つの加速度検出手段と、この３つの加速度検出手段からの出力信号を処理して加速度を検出するとともに、３つの加速度検出手段からの出力信号を演算することにより角速度を求める処理回路とを備えた角速度および加速度検出用複合センサ。
【請求項２】
回路基板と、この回路基板の上面に設けた第１の加速度検出手段と、前記回路基板の上面に設けられるとともに、第１の加速度検出手段と異なる位置に設けた第２の加速度検出手段と、前記回路基板の上面に設けられるとともに、第１の加速度検出手段および第２の加速度検出手段と異なる位置に設けた第３の加速度検出手段と、前記第１の加速度検出手段、第２の加速度検出手段および第３の加速度検出手段からの信号を処理する処理回路とを備え、前記第１の加速度検出手段と第２の加速度検出手段および第３の加速度検出手段が互いに同一直線上に位置しないようにした角速度および加速度検出用複合センサ。
【請求項３】
第１の加速度検出手段、第２の加速度検出手段および第３の加速度検出手段の各々を回路基板と平行な２軸方向の加速度を検出する加速度検出手段で構成した請求項２記載の角速度および加速度検出用複合センサ。
【請求項４】
処理回路に、少なくとも３つの加速度検出手段の出力信号により角速度および加速度検出用複合センサに作用する角速度の回転中心を演算する演算処理回路を設けた請求項１記載の角速度および加速度検出用複合センサ。
【請求項５】
角速度検出手段と、少なくとも３つの加速度検出手段と、この３つの加速度検出手段からの出力信号を処理するとともに、３つの加速度検出手段からの出力信号を演算することにより角速度を演算する処理回路とを備えた角速度および加速度検出用複合センサ。
【請求項６】
角速度検出手段と、少なくとも３つの加速度検出手段とを同一平面上に設けて、前記角速度検出手段から検出される角速度の検出軸と、少なくとも３つの加速度検出手段から検出される角速度の検出軸とが同軸となるように構成した請求項５記載の角速度および加速度検出用複合センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に車両の車体制御装置の中で、車体の挙動を検知するために用いられる角速度および加速度検出用複合センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の角速度および加速度検出用複合センサは、図１４、図１５に示すような構成を有していた。
【０００３】
図１４は従来の２つの加速度検出手段を用いた角速度および加速度検出用複合センサの斜視図、図１５は同角速度および加速度検出用複合センサの断面図である。
【０００４】
図１４、図１５において、１は略長方形状の基板で、この基板１上に角速度・加速度複合センサの回転中心を設けている。２は第１の加速度検出手段で、この第１の加速度検出手段２は、前記基板１の上面に立設されるもので、図１５に示すように、一方の面に第１の出力電極３を設け、かつ他方の面に導電層４を設けた第１のセラミック部材５により構成されている。また、前記第１の加速度検出手段２は、第２のセラミック部材６を設けており、この第２のセラミック部材６は一面が前記導電層４に固着されるとともに、他面に第２の出力電極７を設けている。そしてまた、前記第１の加速度検出手段２の上部には図１４に示すように、重り部材８を設けており、この重り部材８は第１の出力電極３、第１のセラミック部材５、導電層４、第２のセラミック部材６および第２の出力電極７の上面に固着されている。９は第２の加速度検出手段で、この第２の加速度検出手段９は前記基板１の上面に第１の加速度検出手段２と略平行に立設されており、前記第１の加速度検出手段２と同様に、第１の出力電極３、導電層４、第１のセラミック部材５、第２のセラミック部材６、第２の出力電極７および重り部材８とにより構成されている。
【０００５】
以上のように構成された従来の角速度および加速度検出用複合センサについて、次にその動作を説明する。
【０００６】
角速度および加速度検出用複合センサの回転中心を基板１のＸ線状の第１の加速度検出手段２の中心から−Ｘ方向に１５ｍｍの位置に設定し、この状態で、第１の加速度検出手段２および第２の加速度検出手段９に図１４および図１５で示すＹ方向の外力が作用し、第１の加速度検出手段２および第２の加速度検出手段９における第１のセラミック部材５および第２のセラミック部材６がＹ方向に屈曲すると、各々の第１の出力電極３が伸びるとともに第２の出力電極７が縮むことになり、各々のセラミック部材の圧電特性により、第１の出力電極３と第２の出力電極７との間に出力電圧が得られる。この場合、第２の加速度検出手段９の方が第１の加速度検出手段２よりも、回転中心から遠い位置にあるため、Ｙ方向へ屈曲する量が大きくなり、第１の出力電極３と第２の出力電極７との間に生じる出力電圧が大となるもので、前記第１の加速度検出手段２と第２の加速度検出手段９からの出力電圧の差を演算することにより、角速度および加速度検出用複合センサに加わっている角速度を検出するものであった。
【０００７】
なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【特許文献１】特開平９−２８０８６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら上記従来の構成においては、回転中心が図１４で示すところのＸ軸上のしかも１点に存在していることを前提に角速度を検出しているため、例えば、自動車に加わる角速度のように、回転の中心が変動し、しかも基板１と平行なＸＹ平面上のどこかに存在する場合には、角速度を検出することができないという課題を有していた。
【０００９】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、回転中心が基板と平行なＸＹ平面上のどこにあっても正確に角速度を検出できる角速度および加速度検出用複合センサを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために本発明は以下の構成を有するものである。
【００１１】
本発明の請求項１に記載の発明は、特に、少なくとも３つの加速度検出手段と、この３つの加速度検出手段からの出力信号を処理して加速度を検出するとともに、３つの加速度検出手段からの出力信号を演算することにより角速度を求める処理回路とを備えたもので、この構成によれば、３つの加速度検出手段からの出力信号を処理する処理回路による演算処理によって、各々の加速度検出手段から検出された加速度を、遠心加速度と角速度とに分離することにより、角速度の回転中心および各々の加速度検出手段における回転半径を演算した上で角速度を演算するようにしているため、回転中心が基板と平行な平面上のどこにあるかわからない場合でも正確に角速度を検出できるという作用効果を有するものである。
【００１２】
本発明の請求項２に記載の発明は、特に、回路基板の上面に設けられる第１の加速度検出手段と第２の加速度検出手段および第３の加速度検出手段が互いに同一直線上に位置しないようにしたもので、この構成によれば、第１の加速度検出手段と第２の加速度検出手段および第３の加速度検出手段から互いに方向が異なる加速度出力信号が検出されるため、角速度の回転中心を求めることが可能となり、これにより、回転中心が回路基板と平行な平面上のどこにあっても角速度を求めることができるという作用効果を有するものである。
【００１３】
本発明の請求項３に記載の発明は、特に、第１の加速度検出手段、第２の加速度検出手段および第３の加速度検出手段の各々を回路基板と平行な２軸方向の加速度を検出する加速度検出手段で構成したもので、この構成によれば、各々の加速度検出手段から検出される加速度出力ベクトルをＸ軸成分およびＹ軸成分で分離して角速度の演算をすることが可能となるため、加速度検出手段に加わる加速度のベクトル方向がどの方向であっても、角速度を検出することができるという作用効果を有するものである。
【００１４】
本発明の請求項４に記載の発明は、特に、少なくとも３つの加速度検出手段の出力信号により角速度および加速度検出用複合センサに作用する角速度の回転中心を演算する演算処理回路を設けたもので、この構成によれば、演算処理回路によりフィードバック演算を行うことによって、各々の加速度出力を遠心加速度と、遠心加速度以外の加速度とに分離することが可能となるため、角速度および加速度検出用複合センサの回転中心を求めることができるという作用効果を有するものである。
【００１５】
本発明の請求項５に記載の発明は、特に、角速度検出手段と、少なくとも３つの加速度検出手段とを備えたもので、この構成によれば、各々の加速度検出手段から検出される加速度信号から演算処理によって求めた角速度と、角速度検出手段から検出される角速度出力信号とを比較することにより、各々の加速度検出手段および角速度検出手段の故障診断を行うことができるという作用効果を有するものである。
【００１６】
本発明の請求項６に記載の発明は、特に、角速度検出手段と、少なくとも３つの加速度検出手段とを同一平面上に設けて、前記角速度検出手段から検出される角速度の検出軸と、少なくとも３つの加速度検出手段から検出される各々の加速度出力から演算処理によって求めた角速度の検出軸とが同軸となるように構成したもので、この構成によれば、角速度検出手段および少なくとも３つの加速度検出手段の故障診断を行う際の角速度の検出精度を高めることができるという作用効果を有するものである。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように本発明の角速度および加速度検出用複合センサは、少なくとも３つの加速度検出手段と、この３つの加速度検出手段からの出力信号を処理して加速度を検出するとともに、３つの加速度検出手段からの出力信号を演算することにより角速度を求める処理回路とを備えたもので、この処理回路による演算処理によって、各々の加速度検出手段から検出された加速度を、遠心加速度と角速度とに分離することにより、角速度の回転中心および各々の加速度検出手段における回転半径を演算した上で角速度を演算するようにしているため、回転中心が基板と平行な平面上のどこにあるかわからない場合でも正確に角速度を検出できるという効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
（実施の形態１）
以下、実施の形態１を用いて、本発明の特に請求項１〜４に記載の発明について説明する。
【００１９】
図１は本発明の実施の形態１における角速度および加速度検出用複合センサの分解斜視図、図２は同角速度および加速度検出用複合センサにおける加速度検出手段の側断面図、図３は同角速度および加速度検出用複合センサにおける加速度検出手段の固定電極の上面図である。
【００２０】
図１〜図３において、２１は第１の加速度検出手段、２２は第２の加速度検出手段、２３は第３の加速度検出手段で、これらの加速度検出手段２１〜２３は図２に示すように、可撓基板２４、作用体２５、台座２６および支持基板２７から構成されており、作用体２５および支持基板２７は、互いに平行な位置に所定間隔をおいて配置されている。可撓基板２４の上部には、可撓部２８が可撓性を持つようにするための孔２９が形成されており、可撓基板２４の作用部３０の下面と、作用体２５の上面は接合されている。台座２６は、作用体２５の周囲を取り囲むように間隔をとって設けられており、かつこの台座２６の上面は可撓基板２４の固定部３１の下面に接合されており、また台座２６の下面は支持基板２７の上面に接合されている。そして、加速度の作用を検出するための電極として、作用体２５の下面には、変位電極３２が形成されており、またこの作用体２５に対向する支持基板２７の上面には、図３に示すような第１のＸ方向加速度検出固定電極３３、第１のＹ方向加速度検出固定電極３４、第２のＸ方向加速度検出固定電極３５、第２のＹ方向加速度検出固定電極３６およびＺ方向加速度検出固定電極３７が形成されており、さらに支持基板２７の端部には、ボンディングパッド３８が形成されており、そしてこのボンディングパッド３８は、第１のＸ方向加速度検出固定電極３３、第１のＹ方向加速度検出固定電極３４、第２のＸ方向加速度検出固定電極３５、第２のＹ方向加速度検出固定電極３６およびＺ方向加速度検出固定電極３７と電気的に接続されている。
【００２１】
このような構造の加速度検出手段を３つ準備し、回路基板３９の上面に第１の加速度検出手段２１、第２の加速度検出手段２２および第３の加速度検出手段２３を設けるとともに、回路基板３９の上面には電子部品からなる処理回路４０を設けて、この処理回路４０を第１の加速度検出手段２１、第２の加速度検出手段２２および第３の加速度検出手段２３と電気的に接続している。また、回路基板３９の上面から下面にわたって、加速度出力信号を処理回路４０でＡ／Ｄ変換したデジタル出力を電気的に取り出すためのデジタル出力中継端子挿通孔４１と、電源（図示せず）と処理回路４０とを電気的に接続するための電源中継端子挿通孔４２と、ＧＮＤ（図示せず）と処理回路４０とを電気的に接続するためのＧＮＤ中継端子挿通孔４３とが設けられている。４４は金属製のシールドケースで、収納部４５と、この収納部４５における開口部４６を閉塞するための付勢手段４７が設けられた蓋４８とにより構成されている。また、シールドケース４４の収納部４５に第１の加速度検出手段２１、第２の加速度検出手段２２、第３の加速度検出手段２３および処理回路４０を設けた回路基板３９を収納するとともに、デジタル出力中継端子４９と、電源中継端子５０と、ＧＮＤ中継端子５１とを内部から外部に貫通するように設けている。そして、シールドケース４４におけるデジタル出力中継端子４９の一端を回路基板３９に設けたデジタル出力中継端子挿通孔４１に電気的に接続するとともに、電源中継端子５０の一端を回路基板３９に設けた電源中継端子挿通孔４２に電気的に接続し、さらにＧＮＤ中継端子５１の一端を回路基板３９に設けたＧＮＤ中継端子挿通孔４３に電気的に接続している。
【００２２】
５２は有底筒状の樹脂製の保護ケースで、収納部５３と、この収納部５３における開口部５４を閉塞するための樹脂製の保護蓋５５と、側面から外方へ突出するように設けたコネクタ部５６と、取り付け部５７とにより構成されている。そして前記コネクタ部５６の内側にはデジタル出力コネクタ端子５８、電源コネクタ端子５９およびＧＮＤコネクタ端子６０の一端を設けるとともに、これらの他端は保護ケース５２内で、前記第１の加速度検出手段２１、第２の加速度検出手段２２および第３の加速度検出手段２３と電気的に接続している。
【００２３】
以上のように構成された本発明の実施の形態１における角速度および加速度検出用複合センサについて、次にその組立方法について図面を参照しながら説明する。
【００２４】
図４は本発明の実施の形態１で用いた加速度検出手段の製造方法の一工程を示す側断面図である。
【００２５】
まず、３枚の半導体基板を準備し、図４（ａ）に示すように、第１の基板６２により可撓基板２４を形成し、図４（ｂ）に示すように、第２の基板６３により作用体２５および台座２６を形成し、さらに図４（ｃ）に示すように、第３の基板６４により支持基板２７を形成する。第１の基板６２の下面に、機械切断あるいは化学的エッチングにより孔２９を形成することにより、可撓部２８が形成される。
【００２６】
次に、第２の基板６３の上面に浅い溝６５を形成し、その周囲に深い溝６６を形成する。また、第２の基板６３の下面には、正方形の領域に浅い溝６７を形成し、その周囲に深い溝６８を形成し、かつ前記浅い溝６７を形成した場所に変位電極３２を形成する。
【００２７】
次に、第３の基板６４の上面に第１のＸ方向加速度検出固定電極３３、第１のＹ方向加速度検出固定電極３４、第２のＸ方向加速度検出固定電極３５、第２のＹ方向加速度検出固定電極３６およびＺ方向加速度検出固定電極３７を形成する。
【００２８】
また、第３の基板６４により形成される支持基板２７を図１の回路基板３９とすることが可能であるため、この第３の基板６４の上面および下面に、加速度出力の信号処理に必要な配線（図示せず）を予め形成しておく。
【００２９】
次に、第１の基板６２の下面に第２の基板６３の上面を接合し、ダイシングブレードあるいは化学的エッチングにより図４の矢印Ａで示す位置にスリットを入れて、第２の基板６３を作用体２５と、台座２６とに分離させる。
【００３０】
次に、第３の基板６４の上面を第２の基板６３の下面に接合し、変位電極３２に対して必要な配線を行う。そして、ダイシングブレードあるいは化学的エッチングにより図４の矢印Ｂで示す位置で溝６８の底部に達するようにスリットを入れて、第１の基板６２および第２の基板６３の不要な部分を除去し、第１の加速度検出手段２１、第２の加速度検出手段２２および第３の加速度検出手段２３を回路基板３９の上面に同時に形成する。
【００３１】
次に、回路基板３９の上面に処理回路４０を固着し、回路基板３９と処理回路４０を電気的に接続し、また、回路基板３９の上面から下面にわたってデジタル出力端子挿通孔４１、電源中継端子挿通孔４２およびＧＮＤ中継端子挿通孔４３を形成する。
【００３２】
次に、シールドケース４４の収納部４５における内底面から外底面にわたって、上方および下方に突出するように、デジタル出力中継端子４９、電源中継端子５０およびＧＮＤ中継端子５１を挿通した後、デジタル出力中継端子４９、電源中継端子５０およびＧＮＤ中継端子５１の一端を回路基板３９におけるデジタル出力端子挿通孔４１、電源中継端子挿通孔４２およびＧＮＤ中継端子挿通孔４３に挿通するように、回路基板３９をシールドケース４４の収納部４５に収納する。
【００３３】
次に、薄板からなる蓋４８の周囲に切込みを入れるとともに折り曲げて、弾性突起からなる付勢手段４７を形成した後、蓋４８の４片を折り曲げる。
【００３４】
次に、シールドケース４４の開口部４６を蓋４８で覆い、蓋４８の垂直部分に設けた付勢手段４７により、シールドケース４４における開口部４６に蓋４８を弾着する。
【００３５】
次に、保護ケース５２における貫通孔（図示せず）に、上方より、シールドケース４４におけるデジタル出力中継端子４９、電源中継端子５０およびＧＮＤ中継端子５１における他端を挿通するとともに、保護ケース５２の収納部５３にシールドケース４４を収納する。
【００３６】
次に、デジタル出力コネクタ端子５８にデジタル出力中継端子４９を、電源コネクタ端子５９に電源中継端子５０を、ＧＮＤコネクタ端子６０にＧＮＤ中継端子５１を各々接続した後、保護ケース５２の下面から半田付けする。
【００３７】
最後に、保護ケース５２における開口部５４を保護蓋５５により閉塞する。
【００３８】
以上のように構成され、かつ組立てられた本発明の実施の形態１における角速度および加速度検出用複合センサについて、次に、その動作について図面を参照しながら説明する。
【００３９】
図５は本発明の実施の形態１において車体が円運動をしているときに車体に設けた角速度および加速度検出用複合センサに角速度および加速度が作用している状態を示す模式図、図６は同角速度および加速度検出用複合センサを用いて角速度、回転中心および回転半径を演算する手法を示したフローチャート、図７は同角速度および加速度検出用複合センサの角速度演算において３つの加速度検出手段に作用する加速度ベクトルに仮想ベクトルを合成した状態を示す模式図、図８は同角速度および加速度検出用複合センサの３つの加速度検出手段に作用する遠心加速度ベクトルと合成ベクトルとが一致した状態を示す模式図、図９は同角速度および加速度検出用複合センサを用いて角速度、回転中心および回転半径を演算する構成を示すブロック図である。
【００４０】
加速度検出手段に加速度が作用したとき、第１の加速度検出手段２１、第２の加速度検出手段２２および第３の加速度検出手段２３における作用体２５に外力が作用し、この外力が可撓基板２４に対してモーメント力を生じさせることにより可撓基板２４に撓みが生じ、変位電極３２と第１のＸ方向加速度検出固定電極３３、第１のＹ方向加速度検出固定電極３４、第２のＸ方向加速度検出固定電極３５、第２のＹ方向加速度検出固定電極３６およびＺ方向加速度検出固定電極３７との間隔が変化する。このときの容量素子の静電容量Ｃは、電極面積をＳ、電極間隔をｄ、誘電率をεとすると、Ｃ＝ε×Ｓ／ｄで定まり、変化の度合いに基づいて作用した力の大きさを認識することができ、また、各静電容量の変化のパターンに基づいて作用した力の方向を認識することができる。図３に示すようにＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の各軸を定めたとき、Ｘ軸方向の加速度の検出は第１のＸ方向加速度検出固定電極３３および第２のＸ方向加速度検出固定電極３５と変位電極３２との間の静電容量変化に基づき行われ、かつＹ軸方向の加速度の検出は第１のＹ方向加速度検出固定電極３４および第２のＹ方向加速度検出固定電極３６と変位電極３２との間の静電容量変化に基づき行われる。また、Ｚ軸方向の加速度はＺ方向加速度検出固定電極３７と変位電極３２との間の静電容量変化に基づき、そして、この各軸に対する静電容量変化をＣ／Ｖ変換あるいはＣ／ｆ変換して得た出力を増幅することにより、各軸に対する加速度を検出することができる。
【００４１】
上記のように加速度を検出する第１の加速度検出手段２１、第２の加速度検出手段２２および第３の加速度検出手段２３を図５のように自動車の車体６９の床面に平行な面上に、互いに同一直線上にならないように所定間隔を隔てて配置する。この車体６９が角速度ωで円運動している状態を考えたとき、各々の第１の加速度検出手段２１、第２の加速度検出手段２２および第３の加速度検出手段２３に作用する加速度は、車体６９の円運動によって生じる遠心加速度と、車体６９の前後方向の加速度との和であると考えられる。このとき、第１の加速度検出手段２１、第２の加速度検出手段２２および第３の加速度検出手段２３は車体６９に固定されているため、各々の加速度検出手段に作用する前後方向の加速度は全て等しくなる。このときの第１の加速度検出手段２１、第２の加速度検出手段２２および第３の加速度検出手段２３に作用する加速度出力ベクトルは（数１）のように表される。
【００４２】
【数１】
2005207974.tif 000003
【００４３】
この第１の加速度検出手段２１、第２の加速度検出手段２２および第３の加速度検出手段２３に作用する加速度出力ベクトルは、第１の加速度検出手段２１、第２の加速度検出手段２２および第３の加速度検出手段２３を車体６９の床面に平行な面上に、互いに同一直線上にならないよう所定間隔を隔てて配置することにより、第１の加速度検出手段２１、第２の加速度検出手段２２および第３の加速度検出手段２３における回転半径に差が生じるとともに、作用する遠心加速度も差が生じるために、互いに異なったベクトルが出力される。さらに、加速度検出手段に作用する遠心加速度ベクトルの傾きで、この遠心加速度ベクトルの始点を通るような直線は全て回転中心の一点で交わるということを利用すれば、フィードバック演算を用いることにより加速度出力ベクトルを遠心加速度ベクトルと、遠心加速度以外の加速度ベクトルとに分離することが可能となる。そして、遠心加速度ベクトルが求められたことにより、回転中心の位置および各々の加速度検出手段における回転半径が求められ、その結果、角速度が求められることとなる。図６は３つの加速度検出手段からの加速度出力を用いて角速度を演算する方法を説明するフローチャートであり、以下、この角速度の演算方法について説明する。
【００４４】
まず、図６に示すようにステップ７０で、第１の加速度検出手段２１、第２の加速度検出手段２２および第３の加速度検出手段２３から検出される加速度出力ベクトルを読み込む。このとき、第１の加速度検出手段２１、第２の加速度検出手段２２および第３の加速度検出手段２３から検出される加速度出力ベクトルは、Ｘ軸成分およびＹ軸成分の加速度の大きさで読み込まれるため、演算を行うときのＸ軸およびＹ軸の座標軸を予め設定しておく必要がある。この座標軸は、車体６９の床面に平行な面上であればどのように決定しても良いが、例えば図７のようにＸ軸を第１の加速度検出手段２１から第２の加速度検出手段２２へ向かう方向とし、Ｘ軸に対して垂直となるＹ軸を第１の加速度検出手段２１と第２の加速度検出手段２２を結ぶ直線から第３の加速度検出手段２３がある方向に決定する。そして、角速度および加速度検出用複合センサは、このように決定したＸ軸およびＹ軸に各々の２軸検出可能な第１の加速度検出手段２１、第２の加速度検出手段２２および第３の加速度検出手段２３の検出軸を合わせるように車体６９に取り付ける。
【００４５】
次に、ステップ７１では仮想ベクトルを決定する。この仮想ベクトルは、各々の加速度検出手段から読み込まれた加速度出力ベクトルに含まれる遠心加速度以外の加速度ベクトルを推定するための演算において仮想的に決定されるベクトルである。
【００４６】
次に、ステップ７２では、ステップ７０で読み込んだ各々の加速度出力ベクトルと、ステップ７１で決定された仮想ベクトルとを合成する演算を行う。この合成ベクトルは（数２）のように表される。この加速度出力ベクトルと、仮想ベクトルとを合成した状態を示す模式図が図７である。
【００４７】
【数２】
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【００４８】
次に、ステップ７３では、図７に示すようにステップ７１で演算した合成ベクトルの傾きを持ち、この合成ベクトルの始点を通るような直線を３つ求める。この直線の方程数は（数３）のように表される。
【００４９】
【数３】
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【００５０】
この３つの直線は、車体６９に遠心加速度以外の加速度が作用している場合は、各々の加速度検出手段に作用する加速度出力ベクトルの方向が互いに一致しないため、この３つの直線は互いに平行となることがなく、図７のように３つの交点で交わる。この３つの交点の座標は、（数３）によって演算される３つの直線の方程数の連立方程数によって演算する。ただし、例外として２つの加速度検出手段と、回転中心とが同一直線上に並ぶときには、この３つの直線は２点で交わり、交点は２つとなる。そして、３つの交点を頂点とするような三角形の面積および外周を演算する。この３つの交点を頂点とするような三角形の面積および外周は（数４）、（数５）のように表せる。
【００５１】
【数４】
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【００５２】
【数５】
2005207974.tif 000007
【００５３】
次に、ステップ７４では、ステップ７３で求めた三角形の面積と閾値ε1との比較および外周と閾値ε2との比較を行い、三角形の面積および外周が閾値以下であるかどうかの判定を行う。三角形の面積および外周がどちらも０となったときは、（数３）で求められる３つの直線が図８のように回転中心の一点で交わったときであり、かつ合成ベクトルが遠心加速度ベクトルに等しくなったときであり、また、遠心加速度以外の加速度ベクトルと、仮想ベクトルの逆ベクトルとが等しいときである。このときの遠心加速度ベクトルおよび遠心加速度ベクトル以外の加速度ベクトルは（数６）のように表せる。
【００５４】
【数６】
2005207974.tif 000008
【００５５】
この結果、各々の加速度出力ベクトルを遠心加速度ベクトルと、遠心加速度以外の加速度ベクトルとに分離することが可能となる。
【００５６】
実際に車体６９に第１の加速度検出手段２１、第２の加速度検出手段２２および第３の加速度検出手段２３を設けたときに、三角形の面積および外周が０になったかどうかを判定する場合には、第１の加速度検出手段２１、第２の加速度検出手段２２および第３の加速度検出手段２３から検出される加速度出力ベクトルの誤差を考慮する必要があるため、十分に小さい閾値ε1、ε2を決めておいて、三角形の面積および外周と、この閾値ε1、ε2とを比較する。三角形の面積が閾値ε1よりも小さく、かつ三角形の外周が閾値ε2よりも小さい条件を満たしたときには次のステップ７５に移行する。また、この条件を満たさないときにはステップ７１に戻って、ステップ７１での仮想ベクトルを決定する際に三角形の面積および外周が減少するように仮想ベクトルのＸ軸成分およびＹ軸成分を増減させる。そして、同様にステップ７２〜７４までの演算を行い、ステップ７４での条件を満たすまでこの加速度分離演算を繰り返す。
【００５７】
次に、ステップ７５では回転中心の座標の演算を行う。ステップ７４の条件を満たしたときは（数３）の３つの直線が一点で交わったときであり、即ち３つの交点の座標が回転中心と等しくなったときであるので、３つの交点の座標を演算することにより回転中心の座標が求められる。
【００５８】
次に、ステップ７６では各々の加速度検出手段における回転半径の演算を行う。ここでは、ステップ７５で求めた回転中心の座標と、各々の加速度検出手段の座標とを用いて、（数７）により各々の加速度検出手段における回転半径を演算する。また、角速度および加速度検出用複合センサとして出力する回転半径は、車体６９の重心位置での回転半径を演算したものを用いればよい。
【００５９】
【数７】
2005207974.tif 000009
【００６０】
最後に、ステップ７７では角速度の演算を行う。角速度は各々の加速度検出手段における遠心加速度と、ステップ７６で求めた各々の加速度検出手段における回転半径とを用いて、（数８）により演算することにより求められる。
【００６１】
【数８】
2005207974.tif 000010
【００６２】
以上のステップ７０〜７７までの演算手法を用いることにより、３つの加速度検出手段の加速度出力から回転中心、回転半径および角速度を求めることができる。
【００６３】
次に、上記の演算処理方法を用いて第１の加速度検出手段２１、第２の加速度検出手段２２および第３の加速度検出手段２３から回転中心、回転半径および角速度を求める構成を図９のブロック図で示す。
【００６４】
第１の加速度検出手段２１、第２の加速度検出手段２２、第３の加速度検出手段２３において加速度が作用したことによる静電容量の変化をＣ／Ｖ変換回路７８により出力電圧に変換し、増幅回路７９によりこの出力電圧を増幅し、この増幅された３つの加速度出力を演算処理回路８０に入力する。また、座標記憶装置８１に予め入力しておいた第１の加速度検出手段２１、第２の加速度検出手段２２および第３の加速度検出手段２３の座標と、車体６９の重心の座標を演算処理回路８０に入力し、そしてこの演算処理回路８０で図６のフローチャートに示した手順で回転中心、回転半径および角速度の演算を行い、これらを出力する。このときの角速度および加速度検出用複合センサとして出力する加速度は、車体６９の重心の座標における回転半径を演算したものを用いるか、もしくは３つの加速度検出手段のうちの１つを車体６９の重心に設けて、この車体６９の重心に設けた加速度検出手段から検出される加速度を出力する。
【００６５】
（実施の形態２）
以下、本発明における実施の形態２における角速度および加速度検出用複合センサの構成について図面を参照しながら説明する。
【００６６】
図１０は本発明の実施の形態２における３つの加速度検出手段を設けた角速度および加速度検出用複合センサの分解斜視図である。
【００６７】
図１０に示す角速度および加速度検出用複合センサは、図１の角速度および加速度検出用複合センサ内に設けられた図２のような構造の第１の加速度検出手段２１、第２の加速度検出手段２２および第３の加速度検出手段２３の代わりに、ＩＣ化された構造の加速度検出手段を用いて第１の加速度検出手段９１、第２の加速度検出手段９２および第３の加速度検出手段９３を設けたものである。この加速度検出手段は、内部に可動電極板（図示せず）および固定電極板（図示せず）を設けるとともに、この可動電極板（図示せず）および固定電極板（図示せず）と一端が電気的に接続されたＸ軸加速度出力端子９４、Ｙ軸加速度出力端子９５、電源端子９６およびＧＮＤ端子９７を外方へ突出するように設けた構造となっている。そして、第１の加速度検出手段９１、第２の加速度検出手段９２および第３の加速度検出手段９３を回路基板３９の下面に固着するとともに、半田付けし、回路基板３９の上面に第１の加速度検出手段９１、第２の加速度検出手段９２および第３の加速度検出手段９３からのＸ軸加速度出力信号およびＹ軸加速度出力信号を処理するような処理回路４０を設けて、Ｘ軸加速度出力端子９４およびＹ軸加速度出力端子９５を処理回路４０に電気的に接続するとともに、電源端子９６と電源中継端子５０とを電気的に接続し、かつＧＮＤ端子９７とＧＮＤ中継端子５１とを電気的に接続している。
【００６８】
このような構成の角速度および加速度検出用複合センサは、本発明の実施の形態１と同様の動作をするものである。なお、２軸および３軸の加速度が検出可能な加速度検出手段であれば、本発明の実施の形態１および実施の形態２で用いた加速度検出手段以外のものを用いても同様の動作をさせることが可能である。
【００６９】
（実施の形態３）
以下、実施の形態３を用いて、本発明の特に請求項５、６に記載の発明について説明する。
【００７０】
図１１は本発明の実施の形態３における角速度検出手段および３つの加速度検出手段を設けた角速度および加速度検出用複合センサの分解斜視図であり、図１２は本発明の実施の形態３における角速度および加速度検出用複合センサで用いた角速度検出手段内に設けられた振動体の斜視図である。
【００７１】
図１１に示す角速度および加速度検出用複合センサは、図１の角速度および加速度検出用複合センサにおいて、新たに角速度検出手段１０１を設けた構成となっている。この角速度検出手段１０１は図１２のように互いに結晶軸の異なる単結晶の水晶製の薄板を貼り合わせた音叉からなる振動体１０２と、この振動体１０２を収納するケース１０３と、このケース１０３における開口部を閉塞する蓋１０４とにより構成されている。角速度検出手段１０１における振動体１０２の表面および裏面には駆動電極１０５を設けるとともに、外側面および内側面に検出電極１０６を設けている。また、角速度検出手段１０１におけるケース１０３は振動体１０２を内側に収納するとともに、上面に開口部（図示せず）を設けている。そしてまた、角速度検出手段１０１における蓋１０４は上面から下面にわたって貫通するように、角速度出力端子１０７、電源端子１０８およびＧＮＤ端子１０９を設けており、蓋１０４における角速度出力端子１０７の一端を振動体１０２における検出電極１０６に電気的に接続しており、電源端子１０８およびＧＮＤ端子１０９の一端を振動体１０２における駆動電極１０５と電気的に接続している。この角速度検出手段１０１を回路基板３９の下面に固着するとともに、回路基板３９の上面から下面にわたって設けた端子挿通孔１１０に角速度検出手段１０１における角速度出力端子１０７、電源端子１０８およびＧＮＤ端子１０９を挿通している。そして、角速度検出手段１０１における角速度出力端子１０７、電源端子１０８およびＧＮＤ端子１０９を処理回路４０に電気的に接続している。
【００７２】
以上のような構成の本発明の実施の形態３における角速度および加速度検出用複合センサについて、次に、その動作を図面を参照しながら説明する。
【００７３】
図１３は本発明の実施の形態３における角速度検出手段および３つの加速度検出手段の故障診断を行う構成を示したブロック図である。
【００７４】
角速度検出手段１０１は、電圧を振動体１０２の駆動電極１０５に印加し、振動体１０２を屈曲振動させた状態において、振動体１０２の長手方向の中心軸回りに角速度ωで角速度検出手段１０１が回転すると、質量をｍ、初速度をｖとしたとき振動体１０２に、Ｆ＝２ｍｖ×ωのコリオリ力が発生する。このコリオリ力により、検出電極１０６に発生する電荷からなる出力信号を回路基板３９における処理回路４０により出力電圧に変換することにより、角速度を検出する。
【００７５】
上記のような動作で角速度検出手段１０１から検出される角速度と、３つの加速度検出手段から求められる角速度とを比較することによって、角速度検出手段および３つの加速度検出手段の故障診断を行うことができる。図１３において、角速度検出手段１０１からの角速度出力と、演算処理装置８０において第１の加速度検出手段２１、第２の加速度検出手段２２および第３の加速度検出手段２３からの加速度検出手段の各々の加速度出力から図６の演算方法で求めた角速度出力とを角速度比較装置１１１に入力し、この２つの角速度の差が閾値より小さいときには、角速度検出手段１０１、第１の加速度検出手段２１、第２の加速度検出手段２２および第３の加速度検出手段２３が正しく動作しているものと判定し、角速度検出手段１０１からの角速度と、演算処理装置８０からの加速度、回転半径および回転中心とを出力する。また、２つの角速度の差が閾値以上のときには、角速度検出手段１０１、第１の加速度検出手段２１、第２の加速度検出手段２２および第３の加速度検出手段２３のいずれかに異常があるものと判定し、異常判定を出力するというものである。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明の角速度および加速度検出用複合センサは、回転中心が基板と平行な平面上のどこにあるか分からない場合でも正確に角速度を検出できる効果を有し、車両の車体制御装置の中で、車体の挙動を検知するために用いられる角速度および加速度検出用複合センサとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の実施の形態１における３つの加速度検出手段を設けた角速度および加速度検出用複合センサの分解斜視図
【図２】同角速度および加速度検出用複合センサで用いた加速度検出手段の構造を示す側断面図
【図３】同角速度および加速度検出用複合センサで用いた加速度検出手段における支持基板の上面図
【図４】（ａ）（ｂ）（ｃ）同角速度および加速度検出用複合センサにおける加速度検出手段の製造工程図
【図５】同角速度および加速度検出用複合センサを設置した車体に角速度および加速度が作用している状態を示す模式図
【図６】同角速度および加速度検出用複合センサを用いて角速度、回転中心および回転半径を演算する手法を示すフローチャート
【図７】同角速度および加速度検出用複合センサの角速度演算において３つの加速度検出手段に作用する加速度ベクトルに仮想ベクトルを合成した状態を示す模式図
【図８】同角速度および加速度検出用複合センサの３つの加速度検出手段に作用する遠心加速度ベクトルと合成ベクトルとが一致した状態を示す模式図
【図９】同角速度および加速度検出用複合センサを用いて角速度、回転中心および回転半径を演算する構成を示すブロック図
【図１０】本発明の実施の形態２における角速度および加速度検出用複合センサの分解斜視図
【図１１】本発明の実施の形態３における角速度および加速度検出用複合センサの分解斜視図
【図１２】同角速度および加速度検出用複合センサにおける振動体の斜視図
【図１３】同角速度および加速度検出用複合センサにおける角速度検出手段および３つの加速度検出手段の故障診断を行う構成を示すブロック図
【図１４】従来の角速度および加速度検出用複合センサの斜視図
【図１５】同角速度および加速度検出用複合センサの断面図
【符号の説明】
【００７８】
２１，９１  第１の加速度検出手段
２２，９２  第２の加速度検出手段
２３，９３  第３の加速度検出手段
３９  回路基板
４０  処理回路
８０  演算処理回路
【図１】
2005207974.tif 000011
【図２】
2005207974.tif 000012
【図３】
2005207974.tif 000013
【図４】
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【図５】
2005207974.tif 000015
【図６】
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【図７】
2005207974.tif 000017
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2005207974.tif 000020
【図１１】
2005207974.tif 000021
【図１２】
2005207974.tif 000022
【図１３】
2005207974.tif 000023
【図１４】
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【図１５】
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