-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung einer physikalischen Größe, beispielsweise einer Beschleunigung, wobei die Vorrichtung mit einem kapazitiven Sensor ausgestattet ist, ein Airbagsystem mit einer derartigen Vorrichtung zur Erfassung einer physikalischen Größe, sowie ein Verfahren zum Testen einer derartigen Vorrichtung. Insbesondere richtet sich die vorliegende Erfindung auf eine diesbezügliche Vorrichtung bzw. ein diesbezügliches Verfahren, welche bzw. welches in der Lage ist, eine Selbstdiagnose bezüglich eines Anhaftphänomens durchzuführen, welches zwischen Elektroden bewirkt wird, die in dem kapazitiven Sensor enthalten sind.
-
In den letzten Jahren hat das menschliche Sicherheitsbewusstsein bei Kraftfahrzeugen beachtlich zugenommen, so dass ein Airbag-System als Grundausstattung in Fahrzeuge eingebaut wird. Aufgrund dieser Situation ist eine hohe Nachfrage nach kompakten Beschleunigungssensoren höherer Genauigkeit und höherer Zuverlässigkeit als Sensor zur Erfassung eines Fahrzeugzusammenstoßes entstanden.
-
Ein Beschleunigungssensor umfasst verschiedene Arten von Sensoren abhängig davon, wie die Beschleunigung zu erkennen ist, beispielsweise einen Sensor des piezoelektrischen Typs und einen Sensor des kapazitiven Typs. Den Hauptanteil machen Beschleunigungssensoren des kapazitiven Typs aus, da der Sensor mit einigen Vorteilen hergestellt werden kann, beispielsweise höherer Erkennungsempfindlichkeit und geringerer Temperaturdrift.
-
Ein Halbleiter-Beschleunigungssensor des kapazitiven Typs ist als ein Typ für derartige Sensoren vorhanden. Dieser Beschleunigungssensor ist mit einem Paar von festen Elektroden und einer beweglichen Elektrode ausgestattet, welche so angeordnet sind, dass sie jeder festen Elektrode gegenüberliegt und zwischen den festen Elektroden ist. Die bewegliche Elektrode dient als ein bewegliches Bauteil, welches abhängig von Amplituden einer Beschleunigung verschoben werden kann, welche auf den Sensor einwirkt. Ein Differenzkondensator wird zwischen den beiden variablen Kondensatoren gebildet, von denen jeder aus der beweglichen Elektrode und einer der festen Elektroden aufgebaut ist. Kapazitätsänderungen in dem Differenzkondensator werden als Signale erfasst, welche die angelegte Beschleunigung angeben.
-
In Fällen, bei denen ein derartiger Sensor des kapazitiven Typs Beschleunigungen mit überhoher Amplitude erfährt oder sich im Herstellungsprozess befindet, kann ein Phänomen auftreten, welches Anhaftphänomen genannt wird und welches es unmöglich oder schwierig macht, die bewegliche Elektrode von einer festen Elektrode abzulösen, nachdem sich die bewegliche Elektrode an der festen Elektrode angeheftet hat. In einem Anhaftzustand der beweglichen Elektrode an einer festen Elektrode ist eine genaue Beschleunigungserkennung schwierig. Somit ist es notwendig, eine Selbstdiagnose bezüglich möglicher Anhaftphänomene durchzuführen, um zu erkennen, ob die normale Erkennung durchgeführt werden kann oder nicht.
-
Einige Sensortypen, welche mit der obigen Schwierigkeit umgehen, wurden bereits vorgeschlagen. Ein Typ von Sensor, der in der
JP 8-110355 A vorgeschlagen ist, ist ein Sensor des kapazitiven Typs, der die Funktion des Bestimmens hat, dass ein von dem Sensor ausgegebenes Beschleunigungssignal einen wahren Wert hiervon zeigt; es zeigte sich eine fehlerhafte Erkennung seitens des Sensors oder Ergebnisse aufgrund eines fehlerhaften Betriebs eines elektrischen Gerätes, welches das Signal zu verarbeiten hatte.
-
Ein anderer Typ von Sensor, der bereits von der vorliegenden Anmelderin in der
JP 2002-040047 A vorgeschlagen wurde, wurde bereits als Winkelgeschwindigkeitssensor realisiert. Dieser Sensor hat eine Selbstdiagnosefunktion, um zu diagnostizieren, ob der Sensor ein genaues Signal ausgibt oder nicht, ohne dass Anschlusskissen notwendig sind, welche der Selbstdiagnose zugeordnet sind, oder eine weitere Elektrode notwendig ist, welche der Erzeugung einer elektrostatischen Anziehung zugeordnet ist.
-
Die voranstehenden bekannten Sensoren haben jedoch nach wie vor den Nachteil, dass die den Sensoren zu eigene Selbstdiagnose nur dann durchgeführt werden kann, wenn das bewegliche Bauteil bis zu einem Betrag verschoben wird, dass ein Ausgangssignal von dem Sensor innerhalb eines bestimmten Pegels beschränkt ist. Mit anderen Worten, es ist ein unerwarteter Umstand bei herkömmlichen Sensoren, eine überhohe Beschleunigung aufnehmen zu müssen, so dass die herkömmlichen Sensoren nicht dahingehend getestet werden können, ob das bewegliche Bauteil in der Lage ist, sicher in seine Ausgangslage zurückzukehren oder nicht, wenn die bewegliche Elektrode erheblich verschoben wird, um eine feste Elektrode zu berühren.
-
Aus der
DE 101 35 943 A1 ist ein kapazitiver Sensor für eine physikalische Größe bekannt, wobei ein Selbstdiagnosemodus vorgesehen ist, um die Arbeitsweise der Sensorelektroden periodisch zu überprüfen, also zu überprüfen, ob die Elektroden die vorgeschriebenen Bewegungen ausführen. Hierzu wird eine Spannung höher als eine im Normalbetrieb auftretende Spannung zwischen die beweglichen und festen Elektroden angelegt, um die beweglichen Elektroden auszulenken.
-
Aus der
JP 06-160429 A ist ebenfalls ein Selbstdiagnoseverfahren für einen Halbleiter-Beschleunigungssensor bekannt, bei dem eine Spannung erfasst wird, bei der die Elektroden des Sensors einander kontaktieren. Hierzu wird eine angelegte Spannung so lange erhöht, bis der Elektrodenkontakt erfolgt. Der Spannungswert beim Elektrodenkontakt wird zu Diagnosezwecken herangezogen.
-
Zusätzlich kann die Beobachtung von Sensorzuständen vor und nach der Anwendung einer überhohen Beschleunigung mittels eines Schlagtests durchgeführt werden, der real eine überhohe Beschleunigung auf einen Sensor ausübt. Dieser Test macht jedoch einige Schwierigkeiten, da eine Vorrichtung für den Test groß baut und macht eine nicht vernachlässigbare Zeit notwendig, da er mechanisch durchgeführt wird. Somit ist es in der Praxis annähernd unmöglich, alle im großen Maßstab hergestellten Sensoren zu testen.
-
Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung der obengenannten Schwierigkeiten gemacht und es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Erfassung einer physikalischen Größe, beispielsweise einer Beschleunigung, wobei die Vorrichtung mit einem kapazitiven Sensor ausgestattet ist, sowie ein Verfahren zum Testen einer derartigen Vorrichtung zu schaffen, wobei die geschilderten Probleme und Nachteile beseitigt sind. Insbesondere soll die Möglichkeit geschaffen werden, die Anhaftcharakteristik einfach selbst zu diagnostizieren (selbst zu testen), welche einem jeden kapazitiven Sensor inhärent ist, der sich in der Vorrichtung befindet, wobei die Selbstdiagnose durchgeführt wird, wenn das Anheften mit Sicherheit unter der Annahme bewirkt wird, dass eine physikalische Größe überhoher Amplitude an der Vorrichtung angelegt worden ist.
-
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Vorrichtung nach Anspruch 1 bzw. 2 sowie das Verfahren nach Anspruch 13. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin ein Airbagsystem nach Anspruch 12 mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist allgemein gesagt einen kapazitiven Sensor, einen Einstellschaltkreis und einen Erkennungsschaltkreis auf. Von diesen ist der kapazitive Sensor mit einer ersten festen Elektrode und einer zweiten Elektrode ausgestattet, welche aufeinander zuweisend angeordnet sind, wobei eine bewegliche Elektrode zwischen den ersten und zweiten festen Elektroden angeordnet ist und in Antwort auf die physikalische Größe beweglich ist und zwischen der ersten und zweiten festen Elektrode jeweils auf diese zuweisend liegt. Der Einstellschaltkreis stellt zunächst eine erste Vorspannung ein, welche zwischen die erste feste Elektrode und die bewegliche Elektrode angelegt ist und eine zweite Spannung ein, welche zwischen die bewegliche Elektrode und die zweite feste Elektrode angelegt ist, so dass die bewegliche Elektrode in Kontakt mit entweder der ersten oder der zweiten festen Elektrode gebracht wird. Der Einstellschaltkreis stellt dann die ersten und zweiten Vorspannungen so ein, dass die bewegliche Elektrode in ihre Ausgangslage zurückkehrt. Der Erkennungsschaltkreis erkennt ein Ausgangssignal entsprechend einer Kapazitätsbeziehung zwischen den ersten und zweiten festen Elektroden und der beweglichen Elektrode. Das Ausgangssignal wird einer Bestimmung unterworfen, ob das Ausgangssignal gestört ist, wenn ein Testmodus der Vorrichtung angewiesen wird.
-
Wenn somit im Testmodus die bewegliche Elektrode an einer festen Elektrode anhaftet, nachdem die ersten und zweiten Vorspannungen eingestellt wurden, um die bewegliche Elektrode in ihre Ausgangslage zurückzuführen, zeigt das Ausgangssignal von dem Erkennungsschaltkreis einen Wert unterschiedlich zu dem normalen. Unter Verwendung dieses Ausgangssignals ist es möglich, zu bestimmen, dass ein Anhaftphänomen zwischen der beweglichen Elektrode und einer festen Elektrode aufgetreten ist. Infolgedessen kann die Vorrichtung geschaffen werden, welche in der Lage ist, die Anhaftcharakteristik leicht selbst zu diagnostizieren (selbst zu testen), welche einem jeden kapazitiven Sensor inhärent ist, der sich in der Vorrichtung befindet. Die Selbstdiagnose kann somit durchgeführt werden, wobei das Anhaften mit Sicherheit auf der Grundlage der Annahme durchgeführt wird, dass eine physikalische Größe überhoher Amplitude an die Vorrichtung angelegt worden ist.
-
Als zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Testen der Vorrichtung (des kapazitiven Sensors) geschaffen, wobei der Sensor mit einer ersten festen Elektrode und einer zweiten festen Elektrode ausgestattet ist, welche aufeinander zuweisend angeordnet sind, sowie einer beweglichen Elektrode, welche zwischen den ersten und zweiten festen Elektroden angeordnet ist und in Antwort auf die physikalische Größe beweglich ist und zwischen den ersten und zweiten festen Elektroden auf diese zuweisend. angeordnet ist. Das Verfahren weist einen Schritt des ersten Einstellens einer ersten Vorspannung zum Anlegen zwischen die erste feste Elektrode und die bewegliche Elektrode und einen Schritt des zweiten Einstellens einer zweiten Vorspannung zum Anlegen zwischen die bewegliche Elektrode und die zweite feste Elektrode auf, so dass die bewegliche Elektrode in Kontakt mit einer der ersten und zweiten festen Elektroden gebracht wird; einen Schritt des zweiten Einstellens der ersten und zweiten Vorspannungen, um die bewegliche Elektrode in eine Ausgangslage hiervon zurückzubringen, wobei die erste Einstellung vor der zweiten Einstellung erfolgt; und einen Schritt des Erkennens eines Ausgangssignals entsprechend einer Kapazitätsbeziehung zwischen den ersten und zweiten festen Elektroden und der beweglichen Elektrode. Das Ausgangssignal wird der Bestimmung unterworfen, ob das Ausgangssignal gestört ist oder nicht, wenn ein Testmodus angewiesen wird.
-
Somit können die gleichen Vorteile wie bei der voranstehenden Erfassungsvorrichtung erhalten werden.
-
Als dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein fahrzeugseitiges Airbag-System geschaffen, mit einer Airbag-Einheit, die in einem Fahrzeug angeordnet ist und so ausgebildet ist, dass sie einen Airbag aufweist; einer Vorrichtung zur Erfassung einer physikalischen Größe, welche eine physikalische Größe als ein Signal erfasst, welches die erfasste physikalische Größe angibt; und einer Steuerung, welche eine Entfaltung des Airbags in Antwort auf das von der Erfassungseinheit ausgegebene Signal steuert. Die Vorrichtung zur Erfassung der physikalischen Größe weist einen kapazitiven Sensor mit einer ersten festen Elektrode und einer zweiten festen Elektrode, die aufeinander zuweisend angeordnet sind, und einer beweglichen Elektrode auf, die zwischen den ersten und zweiten festen Elektroden in Antwort auf die physikalische Größe beweglich und auf die ersten und zweiten festen Elektroden zuweisend angeordnet ist; einen Einstellschaltkreis zum ersten Einstellen einer ersten Vorspannung, die zwischen die erste feste Elektrode und die bewegliche Elektrode angelegt wird und einer zweiten Vorspannung, die zwischen die bewegliche Elektrode und die zweite feste Elektrode angelegt wird, so dass die bewegliche Elektrode in Kontakt mit einer der ersten und zweiten festen Elektroden gebracht wird und dann zum Einstellen der ersten und zweiten Vorspannungen, um die bewegliche Elektrode in ihre Ausgangsposition zurückzubewegen, wobei die erste Einstellung vor der zweiten Einstellung erfolgt; einen Erkennungsschaltkreis zur Erkennung eines Signals entsprechend einer. Kapazitätsbeziehung zwischen den ersten und zweiten festen Elektroden und der beweglichen Elektrode; und eine Bestimmungseinheit auf zur Bestimmung, ob das von dem Erkennungsschaltkreis erkannte Ausgangssignal beim Abschluss der zweiten Einstellung gestört ist oder nicht.
-
Auch bei diesem fahrzeugseitigen Airbag-System wird die Erfassungsvorrichtung für die physikalische Größe angeordnet, so dass die gleichen Vorteile erreicht werden können, wie diejenigen, welche bei der voranstehenden Erfassungsvorrichtung erhalten werden.
-
Weitere Einzelheiten und Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung, in der:
-
1 ein Blockdiagramm ist, welches den Aufbau einer kapazitiven Erfassungsvorrichtung für eine Beschleunigung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, wobei die Erfassungsvorrichtung eine Selbstdiagnosefunktion bezüglich des Anhaftphänomens hat;
-
2 ein Zeitdiagramm ist, zur Erläuterung der Arbeitsweise des kapazitiven Beschleunigungssensors der Ausführungsform;
-
3 ein vereinfachtes Blockdiagramm ist, welches ein fahrzeugseitiges Airbag-System zeigt, das den kapazitiven Beschleunigungssensor verwendet; und
-
4 ein Blockdiagramm ist, welches den Aufbau einer kapazitiven Beschleunigungserfassungseinheit gemäß einer Abwandlung der vorliegenden Ausführungsform zeigt, wobei die Erfassungseinheit eine Selbstdiagnosefunktion für das Anhaftphänomen hat.
-
Bezugnehmend auf die beigefügte Zeichnung werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nun beschrieben.
-
(Erste Ausführungsform)
-
Bezugnehmend auf die 1 bis 2 wird eine kapazitive Beschleunigungserfassungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nun beschrieben. Inder ersten Ausführungsform wird die Erfassungsvorrichtung für eine physikalische Größe der vorliegenden Erfindung in der Praxis als kapazitive Beschleunigungserfassungsvorrichtung umgesetzt.
-
1 zeigt in Blockdiagrammdarstellung den Aufbau der kapazitiven Beschleunigungserfassungsvorrichtung 1, die in der Lage ist, in einem Selbstdiagnosemodus einen Test bezüglich des Anhaftphänomens durchzuführen. So ein Test wird daher häufig ”Anhalt-Selbstdiagnose” oder einfach ”Anhafttest” genannt.
-
Die kapazitive Beschleunigungserfassungsvorrichtung 1 ist mit einem kapazitiven Sensor 10 und einem Erkennungsschaltkreis 100 versehen, der elektrisch mit dem Sensor 10 verbunden ist. Der kapazitive Sensor 10 weist zwei feste Elektroden 11 und 12 und eine einzelne bewegliche Elektrode 13 auf. Der Erkennungsschaltkreis 100 ist dafür ausgelegt, eine Beschleunigung (d. h., eine Art von physikalischer Größe) auf der Grundlage von Änderungen in der elektrischen Ladung des kapazitiven Sensors 10 zu erfassen. Solche Änderungen ergeben sich in Antwort auf Bewegungen der beweglichen Elektrode 13.
-
Der kapazitive Sensor 10 kann als jeglicher Typ hergestellt werden, so lange zwei Steuerspannungssignale CW1 und CW2, deren Polaritäten periodisch zwischen niedrigen und hohen Pegeln und entgegengesetzt zueinander umgekehrt werden, an die festen Elektroden 11 und 12 angelegt werden, so dass eine Beschleunigung auf der Grundlage von Änderungen der elektrischen Ladung in Antwort auf Bewegungen des beweglichen Sensors 13 erkannt werden kann. Den festen Elektroden 11 bzw. 12 des Sensors 10 werden die Steuerspannungssignale CW1 bzw. CW2 zugeführt.
-
Der Erkennungsschaltkreis 100 ist mit verschiedenen Schaltkreisen ausgestattet wie in 1 gezeigt. Diese verschiedenen Schaltkreise umfassen einen Ladungs/Spannungs-Wandlerschaltkreis (CV) 20, einen Abtast- und Halteschaltkreis (SH) 30, einen Filterschaltkreis 40, einen Verstärkungsfaktoreinstellschaltkreis 50, einen Energieversorgungsschaltkreis 60, einen Steuerschaltkreis 70, einen Schalterschaltkreis 80 und einen Taktgenerator 90.
-
Von diesen Schaltkreisen hat der CV-Wandlerschaltkreis 20 einen Eingangsanschluss, der elektrisch mit der beweglichen Elektrode 13 des kapazitiven Sensors 10 verbunden ist und der SH-Schaltkreis 30 hat einen Eingangsanschluss, der elektrisch mit einem Ausgangsanschluss des CV-Wandlerschaltkreises 30 verbunden ist. Ein Ausgangsanschluss des SH-Schaltkreises 30 ist elektrisch mit einem Eingangsanschluss des Filterschaltkreises 40 verbunden, der auch einen Ausgangsanschluss hat, der elektrisch mit einem Eingangsanschluss des Verstärkungsfaktoreinstellschaltkreises 50 verbunden ist.
-
Weiterhin ist der Energieversorgungsschaltkreis 60 so ausgelegt, dass er drei Spannungstypen von 7 [V], Vcc (z. B. 5 [V] und Vcc/2 an notwendige Bauteile der kapazitiven Beschleunigungserfassungsvorrichtung 1 liefert. Der Steuerschaltkreis 70 hat die Fähigkeit, verschiedene Steuersignale an notwendige Bauteile der Erfassungsvorrichtung 1 zu liefern. Der Schalterschaltkreis 80 hat eine Ausgestaltung, mit der selektiv Spannungen von Vcc/2 und Vcc (oder 7 [V]) umgeschaltet werden, wobei diese Ausgestaltungen schaltbare Anschlüsse A und B beinhaltet, an welche die Spannungen von Vcc/2 und Vcc (oder 7 [V]) jeweils geliefert werden. Der Taktgenerator 90 erzeugt ein Taktsignal zur Zufuhr an den Steuerschaltkreis 70.
-
Der CV-Wandlerschaltkreis 20 ist aus einem Ladungsverstärker zum Wandeln einer Menge an elektrischer Ladung, welche von der beweglichen Elektrode 13 in dem kapazitiven Sensor 10 erfasst worden ist, in ein Spannungssignal, aufgebaut. Der Ladungsverstärker hat einen Operationsverstärker 22, einen Kondensator 24 und einen elektrischen Schalter 26. Der Operationsverstärker 22 hat einen nichtinvertierenden Eingangsanschluss, der elektrisch mit der beweglichen Elektrode 13 verbunden ist und einen invertierenden Eingangsanschluss, der elektrisch mit einem Ausgang des Schalterschaltkreises 80 verbunden ist. Sowohl der Kondensator 24 als auch der Schalter 26 sind parallel zueinander angeordnet und verbinden den Ausgang und den nicht invertierenden Eingangsanschluss des Verstärkers 22. Zusätzlich wird der Schalter 26 durch ein Signal SW, welches von dem Steuerschaltkreis 70 kommt, ein-/ausgeschaltet. Über den Schalterschaltkreis 80 empfängt der invertierende Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 22 entweder das Spannungssignal Vcc/2 oder eine Anhafttestspannung Vcc (oder 7 [V]). Wenn die Energieversorgungsspannung Vcc 5 [V] beträgt, wird Vcc/2 zu 2,5 [V], Mittelspannung genannt. Die Anhafttestspannung von 7 [V] ist ein Wert, der vorab bestimmt wird, so dass die Selbstdiagnose für das Anhaftphänomen in einer Art Bereitschaft durchgeführt werden kann.
-
Der Schalterschaltkreis 80 ist so ausgelegt, dass er auf ein Modusumschaltsignal MS anspricht, welches von dem Steuerschaltkreis 70 ausgegeben wird, so dass die Eingangsanschlüsse A und B selektiv eingeschaltet werden. Der Modus besteht aus zwei Moden eines Messmodus zur Messung der Beschleunigung, welche auf gleiche Weise wie üblich durchgeführt wird und einem Selbstdiagnosemodus für den Anhafttest. Wenn von dem Modusumschaltsignal MS der Messmodus angewiesen wird, schaltet. der Schalterschaltkreis 80 die Mittenspannung Vcc/2 über den Anschluss A, wohingegen, wenn der Selbstdiagnosemodus vom Signal MS angewiesen wird, der Schalterschaltkreis 80 die Spannung Vcc als Testspannung über den Anschluss B schaltet. Anstelle der Spannung von Vcc selbst kann die Spannung 7 [V], also höher als die Spannung Vcc verwendet werden.
-
Der SH-Schaltkreis 30 ist dafür ausgelegt, sowohl ein Abtastzeitsteuersignal SH vom Steuerschaltkreis 70 als auch ein Ausgangssignal vom CV-Wandlerschaltkreis 20 zu empfangen, um das Ausgangssignal mit einem festgelegten Zeitverhalten durch das Steuersignal SH abzutasten und zu halten.
-
Der Filterschaltkreis 40 ist mit einem Vorfilter 42, einem geschalteten Kondensatorfilter (SCF) 44, und einem Nachfilter 46 ausgestattet. Von diesen Filtern hat der Vorfilter 42 einen Eingangsanschluss, der elektrisch mit dem SH-Schaltkreis 30 verbunden ist. Der SCF 44 hat einen Eingangsanschluss, der elektrisch mit einem Ausgangsanschluss des Vorfilters 42 verbunden ist, um selektiv nur bestimmte Frequenzkomponenten des empfangenen Signals in Antwort auf einen Treibertakt FC zu übertragen, der von dem Steuerschaltkreis 70 empfangen wird. Somit ist der SH-Schaltkreis 30 in der Lage, bestimmte Frequenzkomponenten aus dem Ausgang des SH-Schaltkreises 30 zu entnehmen. Der Verstärkungsfaktoreinstellschaltkreis 50 hat eine Ausgestaltung zur Einstellung des Pegels eines Ausgangs vom SH-Schaltkreis 30 abhängig von einem Steuersignal OL, welches zum Steuerschaltkreis 70 kommt.
-
In Verbindung mit den 1 und 2 wird die Arbeitsweise der kapazitiven Beschleunigungserfassungsvorrichtung 1 nun erläutert.
-
Diese kapazitive Beschleunigungserfassungsvorrichtung 1 ändert ihren Betriebsmodus in Antwort auf einen Betriebsmodusbefehl OM, der dem Steuerschaltkreis 70 von außen der Erfassungsvorrichtung 1 her zugeführt wird. Während der Steuerschaltkreis 70 noch den Betriebsmodusbefehl zu empfangen hat, der einen bestimmten Betriebsmodus der Erfassungsvorrichtung 1 angibt, arbeitet der Schaltkreis 70 im Messmodus, um eine Beschleunigung zu messen, welche in der Erfassungsvorrichtung 1 erzeugt wurde. Weiterhin, wenn der Steuerschaltkreis 70 eine Steuerung notwendig für einen bestimmten Test, beispielsweise einen Anhafttest durchführt, was in Antwort auf einen bestimmten Testbefehl erfolgt, führt der Schaltkreis 70 die Steuerung durch Ausgabe der notwendigen Signale durch, bevor er wieder in den Messmodus zurückkehrt.
-
Für den Fall, dass die Erfassungsvorrichtung 1 im Messmodus ist, der wie oben erläutert realisiert worden ist, ermöglicht das Modusumschaltsignal MS, dass der Schalterschaltkreis 80 so gesteuert wird, dass der Eingangsanschluss A geschlossen ist (EIN ist), um die Mittenspannung Vcc/2 (= 2,5 [V]) durchzuschalten. Weiterhin spricht der Schalter 26 des Ladungsverstärkers 20 auf das Steuersignal SW an, so dass der Schalter 26 abhängig von den EIN/AUS-Zuständen des Signals SB ein- und ausschaltet.
-
Somit ist eine von der beweglichen Elektrode 13 erkannte Spannung gleich einem Betrag von annähernd Vcc/2.
-
Andererseits sind die Spannungen CW1 und CW2, welche entsprechend an die festen Elektroden 11 und 12 angelegt werden, entweder Null [V] oder Vcc [V] und werden in Intervallen mit Polaritäten (entsprechend den logischen Werten ”1” und ”0”) einander entgegengesetzt zwischen den Spannungen CW1 und CW2 wiederholt. Infolgedessen sind sowohl eine Potentialdifferenz zwischen einer festen Elektrode 11 und der beweglichen Elektrode 13 und eine weitere Potentialdifferenz zwischen der beweglichen Elektrode 13 und der anderen festen Elektrode 12 Vcc/2, also gleich zueinander. Somit kann die bewegliche Elektrode 13 nicht verschoben werden, solange nicht eine externe Kraft auf die Erfassungsvorrichtung 1 einwirkt.
-
Nebenbei gesagt, bei dieser Erfassungsvorrichtung 1 sind die Frequenzen der Steuerungsspannungen CW1 und CW2 weit über die erste Resonanzfrequenz der beweglichen Elektrode 13 gesetzt. Jede der Steuerspannungen CW1 und CW2 wird einausgeschaltet mit einer hohen Geschwindigkeit, welche ermöglicht, dass Einflüsse des Umschaltens auf die Verschiebung der beweglichen Elektrode 13 vernachlässigbar sind.
-
In Fällen, in denen die kapazitive Beschleunigungserfassungsvorrichtung 1 eine Beschleunigung erfasst, so dass die bewegliche Elektrode 13 entweder in Richtung der festen Elektrode 11 oder 12 verschoben wird, ändert sich der Betrag einer elektrischen Ladung, welche zwischen den festen Elektroden 11 oder 12 und der beweglichen Elektrode 13 angesammelt ist, entsprechend. Somit ändert sich ein Betrag an elektrischer Ladung, der von der beweglichen Elektrode 13 erfasst wird, ebenfalls. Diese Änderung wird durch den CV-Wandlerschaltkreis 20 in einen entsprechenden Spannungswert umgewandelt. Die umgewandelte Spannung, d. h. die Ausgangsspannung vom CV-Wandlerschaltkreis 20 wird dann einem Abtast- und Halteverarbeitungsvorgang unterworfen, der vom SH-Schaltkreis 30 durchgeführt wird, und zwar zu jedem zeitlichen Moment, der durch das Zeitsignal SH vom Steuerschaltkreis 70 bestimmt wird.
-
Ein SH-bearbeitetes Ausgangssignal vom SH-Schaltkreis 30 wird dann dem Filterschaltkreis 40 zugeführt, wo nur bestimmte Frequenzkomponenten von dem Ausgangssignal des SH-Schaltkreises 30 entnommen werden. Solche bestimmten Frequenzkomponenten bilden eine Spannung abhängig von der Amplitude der Beschleunigung, welche die Erfassungsvorrichtung 1 erfasst hat. Die Spannung vom Filterschaltkreis 40 wird dann in dem Verstärkungsfaktoreinstellschaltkreis 50 in ihrem Verstärkungsfaktor erhöht, so dass ein Ausgangssignal V0 erzeugt wird, wie in 2 dargestellt.
-
Der Steuerschaltkreis 70 ist in der Lage, auf einen Betriebsmodusbefehl anzusprechen, der einen Anhafttest angibt und von einer externen Vorrichtung, beispielsweise einer Steuerung für ein fahrzeugseitiges Airbagsystem kommt, wobei der Anhaft-Testbefehl den Selbstdiagnosemodus angibt. In einem Fall arbeitet die Erfassungsvorrichtung 1 im Selbstdiagnosemodus.
-
Wenn in den Selbstdiagnosemodus eingetreten wird, ändert das Modusschaltsignal MS vom Steuerschaltkreis 70 seinen logischen Wert ”1 (gegebener hoher Pegel)” während einer bestimmten Zeitdauer Tmea, wie in 2 gezeigt. Somit wird den Innenkontakten A und B des Schalterschaltkreises 80 ermöglicht, vom Kontakt A auf den Kontakt B umzuschalten, so dass eine Diagnosespannung von Vcc (oder 7 [V]) dem Ladungsverstärker 20 zugeführt wird. Gleichzeitig hiermit wird während der bestimmten Zeitdauer Tmea der Schalter 26 des CV-Wandlerschaltkreises 20 durch einen logischen Wert ”1 (gegebener hoher Pegel)” des Steuersignals SW vom Steuerschaltkreis 70 ”EIN” gehalten. Im Ergebnis wird die Spannung an der beweglichen Elektrode 13 auf Vcc (oder 7 [V]) gehalten.
-
Zusätzlich wird während der obigen Zeitdauer Tmea von den beiden Steuersignalen CW1 und CW2 ein Steuersignal CW1 auf Vcc gehalten, während das andere Steuersignal CW2 auf Null [V] gehalten wird, wie in 2 gezeigt. Diese Steuerung bewirkt eine Potentialdifferenz ”Vs-CW1” (entsprechend einer ersten Vorspannung) zwischen der festen Elektrode 11 und der beweglichen Elektrode 13 von Null, sowie eine weitere Potentialdifferenz ”Vs-CW2” (entsprechend einer zweiten Vorspannung) zwischen der beweglichen Elektrode 13 und der festen Elektrode 12 von Vcc. Infolgedessen tritt eine Differenz in den elektrostatischen Kräften auf, welche auf die bewegliche Elektrode 13 wirken, wodurch die bewegliche Elektrode 13 auf eine Seite gezogen wird, d. h. in Richtung der festen Elektrode 12. Somit haftet die bewegliche Elektrode 13 an der festen Elektrode 12 an.
-
Bei diesem Anhafttest kann bei Bedarf Vcc, welche als Anhafttestspannung dient, durch eine höhere Spannung von 7 [V] ersetzt werden. Eine derart höhere Spannung stellt sicher, dass die bewegliche Elektrode 13 an der festen Elektrode 12 anhaftet (d. h. in Kontakt hiermit gelangt).
-
Bei Beendigung der voranstehenden bestimmten Zeitdauer Tmea führt der Steuerschaltkreis 70 eine Verarbeitung durch, um den Betriebsmodus auf automatische Weise unter Zwang in den genannten Messmodus zurückzuführen.
-
Es versteht sich somit, dass die Anhaftung freigegeben wird, vorausgesetzt, dass die bewegliche Elektrode 13 ohne Fehler in ihre Zwischenlage zwischen den festen Elektroden 11 und 12 zurückkehrt, welche beim Betrieb der Erfassungsvorrichtung 1 normal ist. In einem solchen normalen Zustand, in welchem der Schalterschaltkreis 80 die Mittenspannung an den Ladungsverstärker 20 legt, kehrt auch die Ausgangsspannung V0, welche vom Verstärkungsfaktoreinstellschaltkreis 50 erhalten wird, auf ihren normalen Wert VN zurück, wenn die bewegliche Elektrode 13 in ihre Zwischenposition zurückgezogen wird, um sich hierbei weich von der festen Elektrode 12 zu lösen.
-
Im Gegensatz hierzu, wenn eine solche weiche und sichere Abtrennung nicht erhalten werden kann, d. h., wenn die bewegliche Elektrode 13 an der festen Elektrode 12 angehaftet verbleibt, zeigt die Ausgangsspannung V0 fest einen höheren oder niedrigen Wert VH oder VL, als der normale Rückkehrpegel VN, wie in 2 gezeigt. Es ist daher für eine nicht dargestellte Verarbeitungseinheit möglich, zu erkennen, ob in dem kapazitiven Sensor 10 das Anhaftphänomen aufgetreten ist oder nicht, indem die Ausgangsspannung V0 nach dem Ende des Testmodus untersucht wird.
-
Wie beschrieben, kann bei der kapazitiven Beschleunigungserfassungsvorrichtung 1, bei der das Verfahren und die Vorrichtung zur Erfassung einer physikalischen Größe, beispielsweise einer Beschleunigung angewendet wird, problemlos auf automatische Weise getestet werden, ob die bewegliche Elektrode in Berührung mit einer festen Elektrode innerhalb des kapazitiven Sensors 10 ist oder nicht. Infolgedessen ist es möglich, die Anhaftcharakteristik, welche jedem kapazitivem Sensor in der Vorrichtung inhärent ist, einfach und fortlaufend selbst zu diagnostizieren (selbst zu testen). Die Selbstdiagnose wird durchgeführt, wobei mit Sicherheit davon ausgegangen werden kann, dass eine physikalische Größe mit überhoher Amplitude an die Vorrichtung angelegt worden ist.
-
(Zweite Ausführungsform)
-
Bezugnehmend auf 3 wird nun eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. In dieser vorliegenden Ausführungsform werden aus Gründen einer vereinfachten Erläuterung identische Bauteile zu denjenigen der ersten Ausführungsform mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, die in der ersten Ausführungsform verwendet wurden.
-
Diese Ausführungsform betrifft die Anwendung an die voranstehende kapazitive Beschleunigungserfassungsvorrichtung 1, die in der ersten Ausführungsform erläutert wurde. Eine praktische Anwendung richtet sich auf ein fahrzeugseitiges Airbagsystem 2.
-
Wie in 3 gezeigt, ist das fahrzeugseitige Airbagsystem 2 zusätzlich. zu der in der ersten Ausführungsform erläuterten kapazitiven Beschleunigungserfassungsvorrichtung 1 mit einem Sitzbelegungsdetektor 210, einer Airbagsystemsteuerung 220 und einer oder mehrerer Airbageinheiten 230 ausgestattet. Der Sitzbelegungsdetektor 210 ist vorgesehen, um den Typ (Erwachsener, Kind, Kleinkind oder Kindersitz) einer den Sitz belegenden Person zu erkennen. Dieser Sitzbelegungsdetektor 210 kann wenn nötig weggelassen werden.
-
Wenn von der Erfassungsvorrichtung 1 ein Spannungssignal V0 empfangen wird, welches die Beschleunigung mit einer Amplitude größer als ein bestimmter Wert anzeigt, beispielsweise aufgrund eines Zusammenstoßes des Fahrzeugs, verwendet die Airbagsystemsteuerung 220 ein Ausgangssignal von dem Detektor 210, um die Arbeitsweisen der Airbags (nicht gezeigt) in den Airbageinheiten 230 zu steuern.
-
Die Airbagsystemsteuerung 220 antwortet auch auf die Erkennung einer Beschleunigung, deren Amplitude über dem bestimmten Pegel liegt, indem ein Befehl zum Testen des Anhaftzustandes des kapazitiven Sensors 10 ausgegeben wird. In der Praxis schickt die Steuerung 220 den Betriebsmodusbefehl OM, der den Anhafttestbefehl angibt, an den Steuerungsschaltkreis 70 der Erfassungsvorrichtung 1. Als Ergebnis hiervon tritt der Steuerschaltkreis 70 in den Selbstdiagnosemodus ein, um den Anhafttest durchzuführen, wie er in der ersten Ausführungsform beschrieben worden ist.
-
Wie beschrieben macht es das Airbagsystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform möglich, die Airbags zu steuern, während sie durchgehend bestimmt, ob der kapazitive Sensor 10 in dem Anhaftzustand ist oder nicht. Dies ist sehr hilfreich bei der zuverlässigen Steuerung der fahrzeugseitigen Airbags.
-
(Abwandlungen)
-
In dem Selbstdiagnosemodus der voranstehenden Ausführungsformen wird die Vorspannung, die an die bewegliche Elektrode 13 angelegt wird, gesteuert, so dass die bewegliche Elektrode 13 veranlasst wird, mit der einen festen Elektrode 12 in Anlage zu geraten. Dies ist jedoch nicht eine ausschließliche Tatsache. Die Vorspannung, die an die bewegliche Elektrode 13 angelegt wird, wird so gesteuert, dass die bewegliche Elektrode 13 die andere feste Elektrode 11 berührt.
-
Weiterhin kann der Selbstdiagnosemodus wie folgt festgesetzt werden: wenn der Selbstdiagnosemodus beginnt, wird die bewegliche Elektrode 13 veranlasst, die eine feste Elektrode 12 zu berühren und dann die andere feste Elektrode 11 nach Abschluss der ersten Berührung mit der festen Elektrode 12 zu berühren, bevor der Selbstdiagnosemodus beendet wird. Dann kann bestimmt werden, ob die Ausgangsspannung V0 der Erfassungsvorrichtung 1 niedriger oder höher als der normale Pegel zur Diagnose des Anhaftphänomens ist oder nicht.
-
Weiterhin kann gemäß 4 die kapazitive Beschleunigungserfassungsvorrichtung 1 so ausgebildet sein, dass sie einen Verarbeitungsschaltkreis 95 beinhaltet. Dieser Verarbeitungsschaltkreis 95, der beispielsweise aus einer CPU (zentrale Verarbeitungseinheit) aufgebaut ist, empfängt die Ausgangsspannung V0 und verwendet sie zur Bestimmung, ob die Ausgangsspannung V0 einen Anhaftzustand im kapazitiven Sensor 10 angibt oder nicht.
-
Die vorliegende Erfindung kann auf andere bestimmte Weisen ausgeführt werden, ohne vom Umfang oder den wesentlichen Eigenschaften hiervon abzuweichen. Die vorliegenden Ausführungsformen sind somit in jeder Hinsicht als darstellend und nicht einschränkend zu verstehen, wobei der Umfang der vorliegenden Erfindung durch die beigefügten Ansprüche und weniger durch die voranstehende Beschreibung angegeben ist; sämtliche Änderungen, welche unter die Bedeutung und den Bereich der Äquivalente der Ansprüche fallen, sind somit als mit umfasst beabsichtigt.
-
Auf den gesamten Offenbarungsgehalt der
japanischen Patentanmeldung Nr. 2003-279960 , angemeldet am 25. Juni 2003 mit der Beschreibung, den Ansprüchen, der Zeichnung und der Zusammenfassung wird hier vollinhaltlich Bezug genommen.
