(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに独立したセンサ（ＹＲ１，ＹＲ２，ＡＸ，ＡＹ）を有する少なくとも２個の独立した測定チャンネル（１１，１２）と、測定チャンネル（５，８）の誤動作または故障を検査するための手段とを備えている、安全上重要な測定量、特に自動車のヨーレイトおよびまたは加速度データを検出するためのシステムにおいて、センサが並列にかつ制限せずに運転されるように、類似しているが全く同一ではないセンサを使用することにより、第１の測定チャンネル（１１）と１個または複数の他の測定チャンネル（１２）が高温の冗長性で運転されること、
センサが第１のヨーレイトセンサ（ＹＲ１）と少なくとも１個の他のヨーレイトセンサ（ＹＲ２）と、場合によっては加速度センサ（ＡＸ，ＡＹ）のような他のセンサを含んでいること、および、
ヨーレイトセンサが機械的な振動要素を備え、ヨーレイトセンサが次の点、すなわち振動が互いに影響を及ぼさず、外部から加えられる振動によって両ヨーレイトセンサが振動しないか少しだけしか振動しないように、振動要素の共振振動数が互いに離れている点で異なっていることを特徴とするシステム。
【請求項２】
センサにセンサ電子装置（ＳＣ１，ＳＣＸ，ＳＣＹ，ＳＣ２）が接続され、このセンサ電子装置の出力信号が電子的な処理ユニット（ＭＣ１，ＭＣ２，ＣＯＭＰＡＲＥ）によって評価され、通信インターフェース端子（ＣＡＮ  ＣＯＮＴＲＯＬ）に対する接続部が設けられ、この通信インターフェース端子が少なくとも１個の中央制御装置（ＥＳＰ／ＥＣＵ）に接続可能であることを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項３】
電子処理ユニットが比較ユニット（ＣＯＭＰＡＲＥ）を備え、この比較ユニットが複数のヨーレイトセンサのセンサ信号と、信号の時間的な変化を互いに比較することを特徴とする請求項１または２に記載のシステム。
【請求項４】
プラグ（９）を有するシールされたケーシング（２）を備え、シールされたこのケーシングによって、請求項１〜３の少なくとも一つに記載のシステムが包囲されている装置。
【請求項５】
センサがケーシング（２）内に配置された遮蔽する内側ケーシングまたは箱（１０）内に配置されていることを特徴とする請求項４記載の装置。
【請求項６】
内側ケーシングまたは箱がシールされたケーシングに電気的に接続されていないことを特徴とする請求項５記載の装置。
【請求項７】
ヨーレイトセンサが第１の回路基板に配置され、電子処理ユニット（ＭＣ１，ＭＣ２，ＣＯＭＰＡＲＥ）の少なくとも一部が他の回路基板に配置されていることを特徴とする請求項４〜６の少なくとも一つに記載の装置。
【請求項８】
第１の回路基板が遮蔽する内側ケーシングまたは箱内に配置され、他の回路基板が遮蔽する内側ケーシングまたは箱の外側に配置されていることを特徴とする請求項７記載の装置。
【請求項９】
プラグ（９）内に設けられた差込みピンが無線で回路基板に接続されていることを特徴とする請求項４〜８の少なくとも一つに記載の装置。
【請求項１０】
シールされたケーシングが自動車に組み込むための、特にいろいろな組み込み位置用の保持要素（２ａ）を備えていることを特徴とする請求項４〜９の少なくとも一つに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、制御されるブレーキを備えた自動車システムにおけるヨー角運動を検出するための装置の特性を高めるためのシステムと装置に関する。これは例えばアンチロックブレーキコントロールシステム（ＡＢＳ）、トラクションスリップコントロールシステム（ＴＣＳ）および操舵補正システムに関連する自動的なドライビングスタビリティコントロールシステム（ＥＳＰ）であるがしかし、自動クルーズコントロールシステム（ＡＩＣＣ）または衝突回避システムでもよい。
【０００２】
垂直軸線回りの不所望なヨーイング運動を制御および制限するためのドライビングスタビリティコントロールシステム（ＥＳＰ）は公知である。この場合、運転者によって故意に変更可能な重要な変数がセンサによって測定され、それに基づいて目標ヨーレイトが計算される。この変数は操舵角、アクセルペダル位置、ブレーキ圧力、横方向加速度および個々の車輪の回転状態である。同時に、走行操作に対する応答として生じるヨーレイトの実際値がヨーレイトセンサによって測定される。ヨーイング運動の実際値が、ドライビングスタビリティを危うくする所定の程度を超えるように、計算された目標値と異なると、適当なブレーキ介入およびエンジン介入によってヨーイング運動が許容値に制限される。
【０００３】
センサによって高い機能信頼性が要求される。なぜなら、センサの誤動作が、事情によっては間違った時点でブレーキング／ブレーキング解除を生じ、それによって危険な状態が引き起こされ得るからである。これは特にヨーレイトセンサに当てはまる。このヨーレイトセンサの場合、正確さと精度に関する許容ドリフト誤差を大きく上回ると、不所望な制御動作を生じ得る。この制御過程の作用が他の補助変数、因果関係または妥当性判断基準を利用することによって支配可能であるにもかかわらず、今日の自動車工業では、ヨーレイトセンサ装置の固有安全性を高めて、他の補助変数、因果関係または妥当性判断基準を用いないで、故障したヨーレイトセンサによって生じる不所望な制御過程を確実に閉め出す試みが優先的になされている。現在の技術水準による自動車ヨーレイトセンサは既に高度の固有安全性を有し、大多数のケースにおいて所定の全体故障として明らかになるように設計されている。しかし、ゆっくり進行する欠陥が認識されないという可能性が少しだけ残っている。このような欠陥は例えば故障したコンデンサ、高抵抗の開放半導体入力部、間欠接点等である。センサが故障する可能性は、絶縁されたセンサについて、メーカーの側で示すことができる。しかし、センサのこのいわゆる固有安全性は自動車工業の要求を満足しない。
【０００４】
次の計算に従って要求を見積もることができる。１年あたり１０００万台の自動車が製造され市場に供給され、自動車値の平均運転時間が４５００時間であると推定すると、ヨーレイトセンサの要求される故障の確率は約１０-7  になる。
【０００５】
従来の自動車用ヨーレイトセンサはこのような小さな故障確率に対する要求を現在では満足しない。従って、高い固有安全性を有するヨーレイトセンサシステムのためのユニットを提供する必要がある。
【０００６】
本発明の目的は、前述の高度な要求を満足するシステムまたは装置を提供することである。
【０００７】
この課題は請求項１記載のシステムによって解決される。
（１）本発明によれば、互いに独立したセンサ（ＹＲ１，ＹＲ２，ＡＸ，ＡＹ）を有する少なくとも２個の独立した測定チャンネル（１１，１２）と、測定チャンネル（５，８）の誤動作または故障を検査するための手段とを備えている、安全上重要な測定量、特に自動車のヨーレイトおよび／または加速度データを検出するためのシステムにおいて、センサが並列にかつ制限せずに運転されるように、類似しているが全く同一ではないセンサを使用することにより、第１の測定チャンネル（１１）と１個または複数の他の測定チャンネル（１２）が高温の冗長性で運転されることを特徴とするシステムが得られる。
【０００８】
安全上重要な測定量、特に自動車のヨーレイトおよびまたは加速度データを検出するための本発明によるシステムは、互いに独立したセンサを備えた少なくとも２つの独立した測定チャンネルと、測定チャンネルの誤機能または故障を検査するための手段を含んでいる。
【０００９】
本発明によるシステムでは、第１の測定チャンネルと１個または複数の他の測定チャンネルが高度の冗長性で運転される。これは本発明において、後述するように、センサが並列で制限しないで（これは例えば制限されない測定範囲と理解される）運転されるように、類似しているが全く同一ではないセンサを使用することを意味する。
【００１０】
類似しているセンサは本発明では、同じ物理的な原理によって動作するセンサである。これは例えば、振動要素の共振振動数が異なる振動センサまたはレーザセンサまたは同じ精度等級に属するすべての物理的種類のセンサである。
【００１１】
本発明に従い、使用されるセンサは全く同一ではない。センサは後述するように、少なくともその基本振動モードにおいて、一方のセンサから他方のセンサへの誘導妨害が阻止され、機械的または電磁的な外乱が同じようにセンサに作用しないように互いに明確に異なっている。
【００１２】
用語“精度等級”とは本発明において、センサの測定値の偏差が或る精度等級において設定された精度インターバル（測定範囲内で示された最終値に関する百分率の偏差）内にあることであると理解される。
【００１３】
本発明において使用されるいろいろな冗長性の用語は、ゲラート(Gellert) 、ケストナー(Kaestner)、ドクトル・ノイバー(Neuber)著の数学の辞典(Lexikon  der Mathematik) 、ＩＩ信頼性の理論(Zuverkaessigkeitstheorie)、第４７０頁、ＶＥＢ書籍インスチチュート(VEB Biblographisches Institut) 発行、ライプチヒ、１９８５年と、ヘルム(Helm)、ドクトル・プラング(Prang)t著の自動化技術の手引き書(Lehrbuch der Automatisierungstechnik)、第８８〜９０頁、信頼性特性量／冗長性(Zuverlaessigkeitskenngroessen/Redundanz) 、ＶＥＢ技術(VEB Technik) 発行、ベルリン、１９６５年に説明されている。
【００１４】
冗長性の用語は、技術的システムの信頼性を高めるために付加的な要素（例えば測定チャンネル）の組み込みに関連して使用される。“低温の冗長性”は、予備要素（例えば予備チャンネルまたは予備センサ）が普通の運転状態で応力にさらされないときに使用される。これに対して、“高温の冗長性”は予備要素が普通の運転状態で、作動要素と同じ応力を受けるときに使用される。低温と高温の冗長性は、予備要素が作動要素よりも小さな応力を受ける“温かい冗長性”の限界ケースである。
【００１５】
本発明で使用可能なセンサの場合、好ましくは第１のヨーレイトセンサであるシステムは、少なくとも１個の他のヨーレイトセンサと、場合によっては加速度センサのような他のセンサを含んでいる。
【００１６】
自動車のセンサ装置の範囲における冗長性考察の適用は、技術的システムの信頼性を高めるためにそれ自体知られている。独国特許出願公開第１９５２５２１７号明細書には、自動車制御システムの入力量としてのヨーレイトが、２つの独立した測定チャンネルによって得られる方法と装置が提案されている。この一方の測定チャンネルは測定範囲全体を検出し、他方の測定チャンネルは部分測定範囲に調節されている。故障を認識するために、測定チャンネルの出力値が、測定チャンネルによって検出された測定値と一致しているかどうかおよびまたは測定結果に妥当性があるかどうか検査される。この場合、部分範囲はヨーイング過程に依存して動的に変化するかまたは“ルーペ”として使用される。本発明（“高温の冗長性”の適用）と異なり、独国特許出願公開第１９５２５２１７号明細書記載の方法は、“温かい冗長性”の適用に一致する原理を使用する。というのは、独国特許出願公開第１９５２５２１７号明細書では、“高温の冗長性”の利用の一部が部分測定範囲に制限されているからである。この場合、部分測定チャンネルは高い精度を有し、従って利用時に第２の測定チャンネルよりも測定技術的に重要度が高い。部分測定範囲の外には、“低温の冗長性”が存在する。というのは、部分測定チャンネルが通常は利用されないままであるからである。しかし、この部分測定チャンネルはダイナミックに潜在的に供することができる。従って、本発明に従って提案された方法は独国特許出願公開第１９５２５２１７号明細書に記載された方法と異なっている。
【００１７】
公開されていない独国特許出願第１９９２１６９２．４号明細書には、外乱に対して電子的な機能ユニットおよびまたは機能グループによって保護するためのシステムが提案されている。この場合、構造グループは外乱と異なる感度を有する構造グループに、外乱に対する異なるシールドが割り当てられている。この場合、２個以上のシールドが高い効率で遮蔽するために加えられる。
【００１８】
本発明によるシステムでは、任意の物理的な作用原理のヨーレイトセンサ、例えばレーザ光の使用に基づくセンサが使用可能である。しかし、使用されるヨーレイトセンサは好ましくは、ヨーレイトを推定するために、ヨーイング運動の下で発生する、振動要素のコリオリ力が利用されるタイプのセンサである（機械的な振動要素）。このようなヨーレイトセンサは多くの種類が知られている。振動要素としては、シリコンまたは水晶からなる円筒体、リング、円板、プリズム、音叉、マイクロ工学的に発生した構造体が使用される。このセンサの作用原理は、振動要素が一定の駆動振幅および振動数で、要素の一方の方向に励振され、コリオリの影響の下で同時の要素の他の方向に機械的な振動が発生し、この振動の振幅がヨーレイトに比例することにある。振動要素は圧電式または磁気式変換方法によって励振され（駆動）、コリオリ反作用は同じような圧電式または磁気式変換方法によって検出される（ピックアップ）。振動駆動装置の駆動周波数をｆo で示し、コリオリ反作用の三次元方向における機械的な振動のピックアップ周波数をｆc で示すと、振動要素は、両周波数の間に常に共振振動数間隔Δｆ＝ｆo −ｆc が存在するように、機械的に形成される。
【００１９】
機械的な振動要素を備えたヨーレイトセンサは特に、振動が互いに影響を及ぼさず、外部から加えられる振動が両ヨーレイトセンサを励振しないかまたは少しだけ励振するように、振動要素の共振振動数が互いに離隔されている点が異なる。
【００２０】
すべての冗長的なヨーレイトセンサの個々の周波数ｆo ，ｆc は、ケーシング内または共通の支持体上に一緒に機械的に配置されている場合、振動体またはピックアップ信号の個々のセンサ的な振動要素およびまたは電気的な相互接続（例えば周波数引き寄せまたは機械的な固体伝搬音結合による）の妨害作用のある機械的振動結合がもはや生じないように選定される。
【００２１】
前述のように、（他の冗長形式と異なり）“高温の冗長性”を使用すると、全体の故障率（非信頼性）が個々の故障率の積に低減される。個々の自動車ヨーレイトセンサの故障率が７０ＦＩＴ（これは運転時間あたり７０×１０-9  回の故障と同じ意味であり、実際に有意義な値である）によって形成されていると、本発明による同じような２つのヨーレイトセンサによって、“高温の冗長性”において、それぞれ４５００時間の寿命運転時間を有する１０００万台の車両の条件で、約１０-7  の故障可能性を有する要求される特性が達成される。
【００２２】
システムでは好ましくは、センサにセンサ電子装置が接続され、このセンサ電子装置の出力信号が電子的な処理ユニットによって評価され、通信インターフェース端子に対する接続部が設けられ、この通信インターフェース端子が少なくとも１個の中央制御装置に接続可能である。
【００２３】
電子処理ユニットでは、誤機能を検査するための手段は、適切な信号を通信インターフェース端子に伝送することによって検査結果を報告する。それによって、通信インターフェースを介して接続された中央制御装置（ＥＳＰ／ＥＣＵ）はセンサ故障時に、場合によっては先ず最初に自動車が安全な状態になるまで、システムの運転が続けられるように応答することができる。そして初めて、システムは全体または一部（ボールバック構想））で停止可能である。
【００２４】
故障の認識は好ましくは、個々のヨーレイトセンサの出力値と、この出力値の変化状態を比較ユニットにおいて互いに連続的に比較することによって行われる。出力値およびまたはその変化状態が互いに異なり、およびまたは一時的に当てはまる限界値の上方に設定された許容基準と異なると、ヨーレイトセンサに基づく制御の開始が許容されない。ｎ個の高温冗長性チャンネルを備えたシステムが制御され、制御中にｎ−ｍ個のチャンネルで全体故障が生じると、残っているｍ個のチャンネルによる制御は終了させられる。
【００２５】
個々のセンサの周波数間隔Δｆが次のように選定されると特に有利である。測定範囲と精度が類似する２個のヨーレイトセンサが使用される場合、第１のセンサが周波数間隔Δｆ1 を有する周波数ｆo1，ｆc1であり、第２のセンサが周波数間隔Δｆ2 を有する周波数ｆo2，ｆc2であるように選定されると特に有利である。この場合、そのために、周波数間隔は、時間的に同時に両ヨーレイトセンサに影響を及ぼし得る機械的または電気的な同相モード外乱が発生しないように選定されている。
【００２６】
周波数間隔が前述のように選定されると、驚くべきことに、走行中自動車のシャーシによって共通のセンサケーシングまたは共通の支持体に作用する外部の振動影響は、本発明によるヨーレイトセンサシステムの故障を生じない。
【００２７】
ヨーレイトセンサはいわゆる“高温の冗長性”では、共通の包被ケーシングを備えた機能ブロック（モジュール）として配置可能である。
【００２８】
従って、本発明は更に、プラグを有するシールされたケーシングを備え、シールされたこのケーシングによって、前述のシステムが包囲されている装置に関する。
【００２９】
センサは好ましくはケーシング内に配置された遮蔽する内側ケーシングまたは箱内に配置されている。
【００３０】
内側ケーシングまたは箱がシールされたケーシングに電気的に接続されていないと合目的である。
【００３１】
ヨーレイトセンサは好ましくは第１の回路基板に配置され、電子処理ユニットの少なくとも一部は他の回路基板に配置されている。
【００３２】
第１の回路基板が遮蔽する内側ケーシングまたは箱内に配置され、他の回路基板が遮蔽する内側ケーシングまたは箱の外側に配置されていると合目的である。
【００３３】
放射される電気的高周波エネルギーに対して保護するために使用される遮蔽手段は、“高温冗長性”で運転される両ヨーレイトセンサまたは複数のヨーレイトセンサが、この高周波エネルギーで同時に妨害されないようにする。類似の遮蔽手段は独国特許出願第１９９２１６９２．４号明細書に記載されている。公知の装置において、個々のヨーレイトセンサが異なる作用を揺する遮蔽箱または遮蔽ケーシングによって包囲されているので、電磁放射線、容量結合等のような外乱は異なる方法でヨーレイトセンサに作用する。
【００３４】
本発明の好ましい実施形では、ヨーレイトセンサは外側ケーシング内に配置された内側ケーシングまたは内側箱内に収納されているので、外側ケーシングと内側ケーシングの遮蔽作用が加えられる。
【００３５】
本発明による装置は、ＣＡＮバスインターフェースを備えたコンパクトな機器としての、横方向加速度センサおよび縦方向加速度センサとの組み合わせを提供するという利点がある。
【００３６】
添付の図に基づく実施の形態の次の説明から、本発明の付加的な実施の形態と有利な実施形が明らかになる。
【００３７】
図１には、本発明による種類のシステムの構成要素の技術的な相互作用が概略的に示してある。システムはＥＳＰで使用するためのヨーレイト、縦方向加速度および横方向加速度を同時に検出するための装置１を形成している。この装置はケーシング２を備え、このケーシングの内室にはすべての構成要素が収納されている。装置と、ＥＳＰ装置３の電子コントローラの間には、ＣＡＮバス接続部４が設けられている。ＣＡＮバスコントローラ５は装置の構成部品である。システムは構造的に、２個の独立した測定チャンネル１１，１２を備えている。この測定チャンネルはほぼ同じようなセンサ的な分岐である。第１の測定チャンネル１１は関連する信号処理回路ＳＣ１を有するヨーレイトセンサＹＲ１と、関連する信号処理回路ＳＣＸを有する縦方向加速度センサＡＸを備えている。これらのセンサの信号は第１のマイクロコントローラＭＣ１で信号技術的に前処理される。そのために、常駐ソフトウェアＰＰＳＷ７ａが設けられ、ＥＣＵからＣＡＮバスと接続部６ａを経て追加情報を受け取ることができる。第２の測定チャンネル１２は信号処理回路ＳＣ２を有するヨーレイトセンサＹＲ２と、信号処理回路ＳＣＹを有する縦方向加速度センサＡＹを備えている。これらのセンサの信号は第２のマイクロコントローラＭＣ２で信号技術的に前処理される。そのために、常駐ソフトウェアＰＰＳＷ７ｂが設けられ、ＥＣＵからＣＡＮバスと接続部６ｂを経て追加情報を受け取ることができる。前処理された信号は機能ステップ８で組み合わせられる。ここでは、上記の冗長性検査が行われ、対応する状態信号が発生させられる。この状態信号は、制御の開始が一時的に許されるかどうかあるいは制御中チャンネルの１つの全体が故障したかどうかをＥＣＵに知らせる。前処理された信号ＹＲ１，ＹＲ２，ＡＸ，ＡＹと冗長性検査の状態信号がＣＡＮバスを経てＥＣＵに周期的に伝送されるので、ＥＣＵにおいて独立した第２の冗長検査を行うことができる。
【００３８】
図２Ａは装置１の構造的な設計を概略的に示している。ねじれに対して強いケーシング２はアルミニウムで作られている。このケーシングはシャーシに固定するための２個の舌片２ａ，２ｂと、ＣＡＮバスプラグ９を備えている。内部には２個のプリント基板ＰＣＢ１，ＰＣＢ２が設けられている。ＰＣＢ１にはＹＲ１，ＳＣ１とＹＲ２，ＳＣ１が設けられている。ＰＣＢ１は金属製のシールド箱（ファラデー箱）１０によって取り囲まれている。このシールド箱は敏感なヨーレイトセンサ装置への（例えば移動電話の）強力な高周波放射線の侵入を防止する。ＰＣＢ２には、図１に関連して説明した残りのすべての構成要素が収納されている。
【００３９】
有利に使用されるヨーレイトセンサの技術は、水晶からなるマイクロ工学的な音叉または回転時に発生するコリオリ効果を利用する、シリコンからなるマイクロ工学的に製作された構造体に基づいている。本発明において、両加速度センサの信号調整段は共にＭＥＭＳ（マイクロ電子機械システム）に従って１つの複合ユニットを形成する。同様に本発明において、１個ずつのヨーレイトセンサと加速度センサの特別な信号調整段はＭＥＭＳに従って１つの複合ユニットを形成する。
【００４０】
例えばＥＳＰシステムに適用するために好ましくは、±７５〜±１００°／ｓの測定範囲を有するヨーレイトセンサが使用される。
【００４１】
使用されるヨーレイトセンサの故障率は好ましくは、最高で約７０ＦＩＴである。
【００４２】
本発明に従って同じような２個のヨーレイトセンサが使用されると（これは有利である）、振動要素の機械的な固有振動数は例えば次のように選択可能である。
【００４３】
センサ１：  ｆo1＝12.0KHz 、ｆc1＝12.2KHz 、Δｆ1 ＝200Hz
センサ２：  ｆo2＝12.5KHz 、ｆc2＝12.6KHz 、Δｆ2 ＝100Hz
加速度センサとしては好ましくは、約±１．５〜約±２．０ｇの測定範囲を有する要素が使用される。この場合、ｇは重力加速度である。
【００４４】
使用される加速度センサとヨーレイトセンサは、信号分解能とノイズ状態に関して、５０Ｈｚの帯域幅に関連して、好ましくは最小約１０ビットの信号量子化を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による装置の概略的な図である。
【図２】  図２ａは実際の実施の形態の構造的な設計を概略的に示す図である。
図２ｂは図１と２Ａの実際の実施の形態を実寸で示す図である。
図２ｃは図２Ａ，２Ｂの実施の形態の座標を車両に合わせた図である。
【図１】
0004850382.tif 000002
【図２】
0004850382.tif 000003