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Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen ein Sensorsystem, das bei einer Steuerung eines Fahrzeugs verwendet wird. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Sensorsystem, das einen eingebetteten Winkelgeschwindigkeitssensor vom Vibrationstyp und einen eingebetteten Beschleunigungssensor aufweist, die bei einer typischen Steuerung eines Fahrzeugs verwendet werden, und das eine Abnormitätserfassungsfunktion zur Erfassung von Abnormitäten der Sensoren aufweist.
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Verfahren zur Erfassung einer Winkelgeschwindigkeit innerhalb eines Sensors (beispielsweise einem Kreiselsensor) enthalten ein mechanisches Verfahren, ein optisches Verfahren und ein Fluid-Verfahren. Das mechanische Verfahren ist ein Verfahren, das die Präzession oder einen Drehkörper verwendet. Das optische Verfahren ist ein Verfahren, das Änderungen des Zeitpunktes des optischen Empfanges verwendet, die durch die Drehung eines Gehäuses eines Laserstrahles verursacht werden, der innerhalb des Gehäuses umläuft. Das Fluid-Verfahren ist ein Verfahren, bei dem in einem Gehäuse Wärmestrahlen Gas zum Erfassen der Winkelgeschwindigkeit injiziert wird und Änderungen der Injiziermenge, die durch die Drehung des Gehäuses verursacht werden, als eine Wärmestrahlentemperatur erfasst werden. Andererseits ist der Bedarf nach einem Winkelgeschwindigkeitssensor zur Erfassung der Bewegungsrichtung eines Fahrzeugs in einem Fahrzeugnavigationssystem und Ähnlichem stark angestiegen. Als ein derartiger Winkelgeschwindigkeitssensor hat sich ein Winkelgeschwindigkeitssensor vom Vibrationstyp, der kostengünstig und leicht im Vergleich zu den Sensoren der oben beschriebenen Verfahren ist, durchgesetzt. In dem Winkelgeschwindigkeitssensor vom Vibrationstyp wird, wenn eine Winkelgeschwindigkeit auf einen Vibrator einwirkt, der in einer Bezugsrichtung, die im Voraus bestimmt wird, vibriert, eine neue Vibrationskomponente auf der Grundlage einer Coriolis-Kraft in einer Erfassungsrichtung senkrecht zur Bezugsrichtung erfasst und eine Winkelgeschwindigkeit auf der Grundlage der erfassten Vibrationskomponente ausgegeben.
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Systeme zum Steuern eines Fahrzeugs unter Verwendung eines Winkelgeschwindigkeitssensors, ein Fahrzeugstabilitätssteuersystem und ein 4-Rad-Lenkwinkelsteuersystem sind allgemein bekannt. Das Fahrzeugstabilitätssteuersystem eines Fahrzeugs ist ein System zum Halten des Fahrzeugs in einem normalen Zustand durch Erfassen eines Querschlupfes des Fahrzeugs und Steuern der Bremse und des Drehmomentes des Fahrzeugs auf optimale Weise. Andererseits ist das 4-Rad-Lenkwinkelsteuersystem ein System zum Steuern des Lenkwinkels der hinteren oder vorderen Räder des Fahrzeugs. Die herkömmlichen Systeme dieses Typs erfassen einen abnormen Zustand des Fahrzeugs als ein Winkelgeschwindigkeitssignal, das von einem Winkelgeschwindigkeitssensor erzeugt wird. Es besteht der Bedarf nach einer Verbesserung der Zuverlässigkeit der Erfassung dieses Winkelgeschwindigkeitssignals. Ein Beispiel für den abnormen Zustand des Fahrzeugs ist der oben erwähnte Querschlupf.
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Im Hinblick auf das oben beschriebene Problem beschreiben die
JP-2001-153659 A und das
Japanische Patent Nr. 2 504 233 die folgende Technologie. Wenn eine Ansteueramplitude eines Vibrators, der in einem Winkelgeschwindigkeitssensor vom Vibrationstyp verwendet wird, einen vorbestimmten Bereich überschreitet, kann eine Abnormität in einem Nullpunkt des Ausgangs des Winkelgeschwindigkeitssensors oder in der Empfindlichkeit des Sensors erzeugt werden. Somit wird die Ansteueramplitude erfasst, um zu bestimmen, ob die Amplitude innerhalb des vorbestimmten Bereiches liegt. Zusätzlich wird, wenn ein Fahrzeug einen großen Stoß vom Auftreffen auf eine Bordsteinkante oder Ähnlichem aufnimmt, der Stoß ebenfalls auf einen Winkelgeschwindigkeitssensor, der an dem Fahrzeug angebracht ist, übertragen. In diesem Fall wird ein Signal einer Verarbeitungsschaltung in dem Winkelgeschwindigkeitssensor aufgrund des Stoßes gesättigt, so dass das Signal nicht länger eine Winkelgeschwindigkeit (oder eine Gierrate) darstellen kann, die eine zu erfassende ursprüngliche Größe darstellt. Zur Lösung dieses Problems wird der Signalausgang des Winkelgeschwindigkeitssensors untersucht, um zu bestimmen, ob das Signal einen vorbestimmten Pegel überschreitet. Wenn der Signalausgang von dem Winkelgeschwindigkeitssensor den vorbestimmten Pegel überschreitet, wird eine Abnormität bestimmt, die in dem Steuersystem des Fahrzeugs aufgetreten ist. Genauer gesagt wird die Ansteueramplitude des Vibrators durch ein piezoelektrisches Element erfasst, die in einem Ladungs-Spannungs-Wandlungsprozess in eine Spannung gewandelt wird. Die Spannung wird dann in ein DC-Signal gleichgerichtet, das als ein Amplituden-Überwachungssignal verwendet wird. Danach wird der Pegel des Amplitudenüberwachungssignals untersucht, um zu bestimmen, ob der Pegel innerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegt. Ein Pegel des Amplitudenüberwachungssignals jenseits des vorbestimmten Bereiches zeigt eine Abnormität an.
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In den vergangenen Jahren entstand jedoch der Bedarf nach einer Miniaturisierung des Vibrators. Zur Erfüllung dieser Anforderung wird ein Halbleitervibrator, der einen elektrostatischen Kondensator als Erfassungseinrichtung aufweist, die als ein Ersatz für die piezoelektrische Vorrichtung dient, schrittweise als Ersatz für den herkömmlichen Vibrator verwendet. In diesem Fall haben jedoch unendlich kleine anhaftende Fremdteilchen, die in dem vorherigen System kein Problem darstellten, eine Auswirkung auf die Empfindlichkeit und einen Nullpunkt des Winkelgeschwindigkeitssensors. Demzufolge sind nur die Erfassung einer Abnormität der Vibrationsamplitude des Vibrators und eine Erfassung einer Abnormität, die von einer Störung und einem Stoß verursacht wird, nicht länger ausreichend.
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Die nachveröffentlichte
DE 10 2004 059 621 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Korrigieren und Diagnostizieren von Winkelgeschwindigkeitssensoren, die in einem Kraftfahrzeug installiert sind, die aufweist: mehrere Winkelgeschwindigkeitssensoren, die eine Winkelgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs erfassen, einen Beschleunigungssensor, der eine Beschleunigung des Kraftfahrzeugs erfasst, einen Fahrzeuganhaltebedingungsbeurteilungsabschnitt zum Identifizieren einer Anhaltebedingung des Kraftfahrzeugs auf der Grundlage des Erfassungssignals, das von dem Beschleunigungssensor erhalten wird, und einen Winkelgeschwindigkeitskorrektur- und -diagnoseabschnitt, der einen Versatzdiagnose- und -korrekturabschnitt und einen Sensorempfindlichkeitsdiagnoseabschnitt enthält, wobei der Versatzdiagnose- und -korrekturabschnitt einen Versatzkorrekturwert aus einem Winkelgeschwindigkeitswert erhält, der von den Erfassungssignalen erhalten wird, die von den Winkelgeschwindigkeitssensoren erzeugt werden, und eine Versatzkorrektur für den Winkelgeschwindigkeitswert auf der Grundlage des Versatzkorrekturwertes durchführt, wenn der Fahrzeuganhaltebedingungsbeurteilungsabschnitt eine Anhaltebedingung des Kraftfahrzeugs erfasst.
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Die nachveröffentlichte
DE 10 2004 014 914 A1 beschreibt eine Abnormitätserfassungsvorrichtung zur Erfassung einer abnormen Bedingung eines Vibrationswinkelgeschwindigkeitssensors, die aufweist: einen Beschleunigungssensor, der in der Nähe des Vibrationswinkelgeschwindigkeitssensors angeordnet ist, der ein Vibratorelement, eine Erfassungsschaltung und eine Ansteuerschaltung enthält; einen Bandpassfilter, der eine vorbestimmte Frequenzkomponente aus dem Ausgangssignal des Beschleunigungssensors extrahiert und ein entsprechendes Signal, das die extrahierte Frequenzkomponente enthält, ausgibt; wobei die vorbestimmte Frequenzkomponente eine Differenz aus einer Resonanzfrequenz eines Ansteuersystems, das die Ansteuerschaltung und das Vibratorelement aufweist, und einer Resonanzfrequenz eines Erfassungssystems, das die Erfassungsschaltung und das Vibratorelement aufweist, ist; und einen Fenstervergleicher, der einen Pegel des Ausgangssignals des Bandpassfilters mit einem ersten vorbestimmten Spannungspegel und einem zweiten vorbestimmten Spannungspegel, der niedriger als der erste vorbestimmte Spannungspegel ist, vergleicht; wobei der Fenstervergleicher ein entsprechendes Diagnosesignal, das eine abnorme Bedingung des Vibrationswinkelgeschwindigkeitssensors angibt, ausgibt, wenn der Pegel des Ausgangssignals des Bandpassfilters größer als der erste vorbestimmte Spannungspegel oder kleiner als der zweite vorbestimmte Spannungspegel ist.
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Die
DE 101 13 772 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Erfassen einer Abnormität eines Fahrzeugsensors. Es wird eine Giergeschwindigkeit als Winkelgeschwindigkeit erfasst. Außerdem ist ein Querbeschleunigungssensor zum Erfassen einer Querbeschleunigung vorgesehen. Die Vorrichtung weist eine Haftungsgraderfassungseinrichtung zum Erfassen eines Haftungsgrads eine Rads von dem Fahrzeug in Bezug auf eine Fahrbahnoberfläche auf. In einem Fall, in welchem der Haftungsgrad geringer als ein vorbestimmter Grad ist, wird ein Erfassen eines Vorhandenseins einer Abnormität bei dem Giergeschwindigkeitssensor, dem Querbeschleunigungssensor und einem Lenkwinkelsensor unterbunden.
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Die
US 6 276 188 B1 beschreibt ein Sensorsystem, das abnorme Zustände eines Winkelgeschwindigkeitssensors und eines Beschleunigungssensors erfasst.
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Die
DE 100 49 565 A1 beschreibt eine Fahrzeugzustand-Erfassungsvorrichtung, die eine Fahrzeugfahrt entlang einer überhöhten Straße, eine Querbeschleunigung und einen Querschlupfwinkel erfasst.
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Die
DE 100 27 168 A1 beschreibt ein automatisches Folgebewegungssystem, das eine Reihenbewegung mit einem führenden Fahrzeug und einem automatisch nachfolgenden Fahrzeug erlaubt.
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Daher ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Sensorsystem mit einem eingebetteten Winkelgeschwindigkeitssensor vom Vibrationstyp und einem eingebetteten Beschleunigungssensor anzugeben, die typischerweise bei einer Steuerung eines Fahrzeugs verwendet werden, und das Sensorsystem zu befähigen, eine Abnormität mit hoher Genauigkeit zu erfassen.
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Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gerichtet.
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Wenn eine Winkelgeschwindigkeit auf den Vibrator einwirkt, der angesteuert wird, um in der Bezugsrichtung zu vibrieren, holt die Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit vom Vibrationstyp eine Vibrationskomponente, die von einer Coriolis-Kraft herrührt, in der Winkelgeschwindigkeitserfassungsrichtung, die quer zur Bezugsrichtung (senkrecht in normalen Fällen) eingestellt ist, in Form eines Winkelgeschwindigkeitssignals. Wenn jedoch eine Beschleunigungskomponente quer zur Winkelgeschwindigkeitserfassungsrichtung erzeugt wird, wird die Beschleunigungskomponente dem Winkelgeschwindigkeitssignal überlagert. Somit stellt die Beschleunigungskomponente im Hinblick auf die Beschleunigungserfassung eine Rauschkomponente dar. Traditionell wird nur darauf geachtet, wie die überlagerte Beschleunigungskomponente zu eliminieren ist.
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Außerdem wird in vielen Fahrzeugsteuersystemen ein einziger Sensor verwendet, der sowohl als Winkelgeschwindigkeitssensor als auch als Beschleunigungssensor dient. Dementsprechend haben die Erfinder dieser vorliegenden Erfindung das Konzept geändert. Das heißt, dass mit einer Beschleunigungskomponente, die einer Vibrationskomponente überlagert ist, die in dem Ausgang der Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit vom Vibrationstyp enthalten ist, wenn die Komponente des Beschleunigungssignals und die Komponente des Winkelgeschwindigkeitssignals von einander getrennt werden können, die Komponente des Beschleunigungssignals als ein Beschleunigungssignal vom zweiten Typ werden kann, das sich von einem Beschleunigungssignal eines ersten Typs unterscheidet, wobei das Beschleunigungssignal vom ersten Typ ein normales Beschleunigungssignal ist, das von der Beschleunigungssensoreinheit erzeugt wird, wohingegen das Beschleunigungssignal vom zweiten Typ ein Beschleunigungssignal ist, das von einem anderen System als demjenigen erzeugt wird, das das Beschleunigungssignal vom ersten Typ erzeugt. Wenn die Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit vom Vibrationstyp und die Beschleunigungssensoreinheit normal betrieben werden, zeigen die Beschleunigungssignale, die von den beiden Systemen erzeugt werden, fast die gleichen Beschleunigungspegel. Wenn die Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit vom Vibrationstyp oder die Beschleunigungssensoreinheit abnorm betrieben wird, zeigen andererseits die Beschleunigungssignale, die von den beiden Systemen erzeugt werden, unterschiedliche Beschleunigungspegel. Die Differenz im Beschleunigungspegel kann als eine Abnormität erfasst werden.
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Sogar wenn die Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit vom Vibrationstyp eine Sensoreinheit mit einem Nullpunkt und einer Empfindlichkeit ist, die feinsinnig von einem anhaftenden Fremdteilchen beeinflusst werden, kann zum Beispiel die Abnormität, die von dem Fremdteilchen verursacht wird, mit hoher Genauigkeit durch Vergleich des Beschleunigungssignals vom zweiten Typ, das von dem Winkelgeschwindigkeitssignal getrennt und extrahiert wird, mit dem Beschleunigungssignal vom ersten Typ, das von der Beschleunigungssensoreinheit als ein Standardsignal erzeugt wird, erfasst werden. Ein Beispiel für eine Sensoreinheit mit einem Nullpunkt und einer Empfindlichkeit, die feinsinnig durch ein anhaftendes Fremdteilchen beeinflusst werden, bildet eine Sensoreinheit vom Halbleitertyp. Wenn das Beschleunigungssignal vom zweiten Typ, das von der Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit vom Vibrationstyp erzeugt wird, als das Bezugssignal verwendet wird, ist es andererseits möglich zu bestimmen, ob eine Abnormität in der Beschleunigungssensoreinheit erzeugt wurde. Zusätzlich deutet die obige Beschreibung ebenfalls an, dass, wenn eine Diskrepanz zwischen dem Beschleunigungssignal vom ersten Typ und dem Beschleunigungssignal vom zweiten Typ erfasst wird, zumindest eine Abnormität, die in entweder der Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit vom Vibrationstyp oder der Beschleunigungssensoreinheit, die als ein Sensorsystem dienen, erzeugt wird, sogar dann mit hoher Zuverlässigkeit erfasst werden kann, wenn es unmöglich ist zu bestimmen, ob die Abnormität in der Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit vom Vibrationstyp oder dem Beschleunigungssensor erzeugt wurde.
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Die Beschleunigungssensoreinheit umfasst ein Messprinzip, das sich von demjenigen unterscheidet, das von der Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit vom Vibrationstyp verwendet wird. Das heißt, dass, wenn die Beschleunigungssensoreinheit eine nicht vibrierende Beschleunigungssensoreinheit ist, die Genauigkeit der Beschleunigungserfassung stark verbessert werden kann. Demzufolge kann die Genauigkeit des Beschleunigungssignals vom ersten Typ ebenfalls verbessert werden. Die verbesserte Genauigkeit kann als Vorteil im Hinblick auf die Erfassung einer Abnormität des Beschleunigungssignals vom zweiten Typ angesehen werden, das heißt eine Abnormität der Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit vom Vibrationstyp. Die nicht vibrierende Beschleunigungssensoreinheit kann einen allgemein bekannten Aufbau wie zum Beispiel einen Aufbau einer Vorrichtung vom piezoelektrischen Typ, vom elektrostatischen Kapazitätstyp oder vom Verzerrungsmesstyp annehmen.
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Es wird darauf hingewiesen, dass in vielen Fällen eine Beschleunigung, die in einer Bewegungsrichtung eines Fahrzeugs erzeugt wird, Komponenten in einer Vielzahl von Frequenzbändern enthält. In vielen derartigen Fällen wird ein Filter verwendet, um nur Komponenten in einem Frequenzband zu erzeugen, das bei der Steuerung des Fahrzeugs benötigt wird. Ein Beispiel eines derartigen Sequenzbandes, das bei der Steuerung des Fahrzeugs benötigt wird, ist ein Frequenzband, das niedriger als 30 Hz ist und die Frequenz von 0 Hz enthält. Im Allgemeinen unterscheidet sich die Frequenzantwortcharakteristik des Beschleunigungssignals vom zweiten Typ, dass von einer Vibrationskomponente des Winkelgeschwindigkeitssensors vom Vibrationstyp erlangt wird, von der Frequenzantwortcharakteristik des Beschleunigungssignals vom ersten Typ, das von dem Beschleunigungssensor wie zum Beispiel insbesondere dem nichtvibrierenden Beschleunigungssensor erzeugt wird. Zur Lösung dieses Problems ist eine Frequenzcharakteristik-Wandlungseinrichtung in einer Beschleunigungssignalerzeugungseinheit vom zweiten Typ vorgesehen, so dass ein Vorteil hinsichtlich der Verbesserung der Genauigkeit der Erfassung einer Abnormität erzielt wird, die in der Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit vom Vibrationstyp erzeugt wird. In diesem Fall ist die Frequenzcharakteristik-Wandlungseinrichtung eine Einrichtung, die die Frequenzantwortcharakteristik, die das Beschleunigungssignal vom zweiten Typ in Bezug auf eine Eingangsbeschleunigung zeigt, in eine Frequenzcharakteristik des Beschleunigungssignals vom ersten Typ bringt. Eine derartige Frequenzcharakteristik-Wandlungseinrichtung wird zum Beispiel durch eine Filtereinheit zum Filtern von Signalkomponenten eines nicht benötigten Bandes aus dem Beschleunigungssignal vom zweiten Typ implementiert.
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Die Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit vom Vibrationstyp und die Beschleunigungssensoreinheit können in einer Box eines Sensorsystems untergebracht sein. Ein derartiges Sensorsystem wird als Trägheitssensor bezeichnet. Durch Implementieren der Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit vom Vibrationstyp und der Beschleunigungssensoreinheit, die für ein Fahrzeugsteuersystem unverzichtbar sind, in einer Box wird die Anbringbarkeit des Sensorsystems verbessert, so dass der Zusammenbauprozess standardisiert werden kann. Zusätzlich besitzen die Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit vom Vibrationstyp und die Beschleunigungssensoreinheit, die in einer Box eines Sensorsystems an Positionen dicht beieinander untergebracht sind, die folgenden Vorteile.
- (1) Da die Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit vom Vibrationstyp und die Beschleunigungssensoreinheit in einer Box eines Sensorsystems an Positionen dicht beieinander untergebracht sind, können die Längen der Drähte zum Erzeugen der Beschleunigungssignale vom ersten Typ und vom zweiten Typ und zum Verarbeiten eines Signals zur Erfassung einer Abnormität auf der Grundlage der Beschleunigungssignale vom ersten Typ und vom zweiten Typ verringert werden, und zusätzlich können die Rauschränder der Signale erhöht werden. In diesem Fall ist es vorteilhaft, die Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit vom Vibrationstyp und die Beschleunigungssensoreinheit auf der selben Karte anzubringen.
- (2) Da die Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit vom Vibrationstyp und die Beschleunigungssensoreinheit in einer Box eines Sensorsystems an Positionen dicht beieinander untergebracht sind, können Unterschiede der Auswirkungen durch die Sensorumgebung verringert werden. Diese Unterschiede der Auswirkungen durch die Sensorumgebung werden durch Unterschiede der Anbringungspositionen verursacht. In diesem Fall beinhaltet die Sensorumgebung Rauschen und mechanische Resonanzen.
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Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen verdeutlicht. Es zeigen:
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1 ein Schaltungsdiagramm, das ein Sensorsystem gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt,
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2 ein Diagramm, das ein Modell einer Struktur einer Beschleunigungssensoreinheit vom Vibrationstyp zeigt,
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3 ein beispielhaftes Diagramm, das ein Konzept der Aufsummierung von Winkelgeschwindigkeitswellenformen zeigt, die von Elektroden der Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit vom Vibrationstyp als Signale mit derselben Phase erzeugt werden,
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4 ein beispielhaftes Diagramm, das ein Konzept der Erzeugung einer Winkelgeschwindigkeitswellenform und einer Beschleunigungswellenform vom zweiten Typ auf der Grundlage von Erfassungsobjektvibrationswellenformen zeigt, die durch zwei Sensoreinheiten der Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit vom Vibrationstyp erzeugt werden,
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5 ein Schaltungsdiagramm eines Sensorsystems gemäß einer zweiten Ausführungsform, und
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6 ein Schaltungsdiagramm eines Sensorsystems gemäß einer dritten Ausführungsform.
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Im folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert.
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1 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Ausführungsform eines Trägheitssensorsystems 1 der vorliegenden Erfindung zeigt. Hauptkomponenten, die in dem Trägheitssensorsystem 1 verwendet werden, beinhalten eine Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit 2 und eine Beschleunigungssensoreinheit 3, die in einer Box 50 untergebracht sind. Die Winkelgeschwindigkeitssensorheit 2 und die Beschleunigungssensoreinheit 3 sind auf derselben Karte angebracht. Die Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit 2 erzeugt ein Winkelgeschwindigkeitssignal Vy, und die Beschleunigungssensoreinheit 3 erzeugt ein Beschleunigungssignal Vg1 (oder ein Beschleunigungssignal vom ersten Typ).
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Die Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit 2 ist ein Winkelgeschwindigkeitssensor vom Vibrationstyp, der eine Vibrationseinheit 4, eine Vibrationsansteuersteuereinheit 6 und eine Winkelgeschwindigkeitserfassungseinheit 7 aufweist. Wie es in 2 gezeigt ist, weist die Vibrationseinheit 4 eine erste Sensoreinheit 100 und eine zweite Sensoreinheit 200 auf. Die erste Sensoreinheit 100 und die zweite Sensoreinheit 200 weisen jeweils erste und zweite Vibratoren 41a und 41b auf, die in einer X-Richtung, die im Voraus bestimmt wird, vibrieren. Die X-Richtung wird im folgenden ebenfalls als Bezugsrichtung bezeichnet. Wenn eine Winkelgeschwindigkeit auf die ersten und zweiten Vibratoren 41a und 41b ausgeübt wird, wird eine Vibrationskomponente in einer Y-Richtung, die senkrecht zur X-Richtung eingestellt ist, erfasst. Die Y-Richtung wird im folgenden ebenfalls als Winkelgeschwindigkeitserfassungsrichtung bezeichnet. Genauer gesagt werden Änderungen der Kapazitäten, die in 1 gezeigt sind, auf der Grundlage der erfassten Vibrationskomponente erfasst. Die erste Sensoreinheit 100 und die zweite Sensoreinheit 200 sind an benachbarten Positionen getrennt voneinander in der X-Richtung angeordnet. Es wird darauf hingewiesen, dass das Signal der Erfassungsobjektvibration aus einem Winkelgeschwindigkeitsvibrationssignal und einem Beschleunigungsvibrationssignal, das der Winkelgeschwindigkeitsvibrationswellenform überlagert ist, im Falle, dass eine Querbeschleunigung hinzugefügt ist, zusammengesetzt ist.
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Die Vibrationseinheit 4 wird durch Mikrobearbeiten eines Halbleiters wie z. B. Silizium erzeugt. In der in 2 gezeigten Konfiguration ist der erste Vibrator 41a der ersten Sensoreinheit 100 im Eingriff mit einem einzigen Rahmen 40 mittels Balken 42a, 42b, 42c und 42d, und der zweite Vibrator 41b der zweiten Sensoreinheit 200 ist im Eingriff mit dem Rahmen 40 durch die Balken 43a, 43b, 43c und 43d derart, dass die ersten und zweiten Vibratoren 41a und 41b in der Lage sind, unabhängig von den X- und Y-Richtungen zu vibrieren, die senkrecht zueinander sind.
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Eine erste ansteuerseitige feste Elektrode 56a ist an einer bestimmten Innenseitenfläche des Rahmens 40 der Sensoreinheit 100 angebracht. Die erste ansteuerseitige feste Elektrode 56a weist eine Gestalt auf, die einem Kamm ähnelt, wobei dessen Zähne als X-Richtungs-Einheitselektroden dienen, die durch gleiche Intervalle in der Y-Richtung von einander getrennt sind. Genauso ist eine zweite ansteuerseitige feste Elektrode 56b an einer bestimmten Innenseitenfläche des Rahmens 40 der Sensoreinheit 200 angebracht. Die zweite ansteuerseitige feste Elektrode 56b weist eine Gestalt auf, die einem Kamm ähnelt, wobei dessen Zähne als X-Richtungs-Einheitselektroden dienen, die durch gleiche Intervalle in der Y-Richtung voneinander getrennt sind. Die zuvor genannte bestimmte Innenseitenfläche des Rahmens 40 der Sensoreinheit 100 und die zuvor genannte bestimmte Innenseitenfläche des Rahmens 40 der Sensoreinheit 200 sind in der X-Richtung, die die Vibrationsansteuerrichtung ist, am weitesten voneinander getrennt. Andererseits ist eine erste ansteuerseitige bewegliche Elektrode 66a an der Innenfläche des ersten Vibrators 41a angebracht. Die Innenfläche des ersten Vibrators 41a liegt der zuvor genannten bestimmten Innenseitenfläche des Rahmens 40 der Sensoreinheit 100 in der X-Richtung gegenüber. Die erste ansteuerseitige bewegliche Elektrode 66a weist eine Gestalt auf, die einem Kamm ähnelt, wobei dessen Zähne als X-Richtungs-Einheitselektroden dienen, die durch gleiche Intervalle in der Y-Richtung voneinander getrennt sind. Genauso ist eine zweite ansteuerseitige bewegliche Elektrode 66b an der Innenfläche des zweiten Vibrators 41b angebracht. Die Innenfläche des zweiten Vibrators 41b liegt der zuvor genannten bestimmten Innenseitenfläche des Rahmens 40 der Sensoreinheit 200 in der X-Richtung gegenüber. Die zweite ansteuerseitige bewegliche Elektrode 66b weist eine Gestalt auf, die einem Kamm ähnelt, wobei dessen Zähne als X-Richtungs-Einheitselektroden dienen, die durch gleiche Intervalle in der Y-Richtung voneinander getrennt sind. Die X-Richtungs-Elektroden der ersten ansteuerseitigen festen Elektrode 56a greifen gemeinsam in die X-Richtungs-Elektroden der ersten ansteuerseitigen beweglichen Elektrode 66a über Zwischenräume ineinander ein. Auf dieselbe Weise greifen die X-Richtungs-Elektroden der zweiten ansteuerseitigen festen Elektrode 56b gemeinsam in die X-Richtungs-Elektroden der zweiten ansteuerseitigen beweglichen Elektrode 66b über Zwischenräume ineinander ein.
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Andererseits sind an den Y-Richtungs-Enden der Sensoreinheit 100 Kondensatoren 45a und 45c zur Vibrationserfassung vorgesehen, wohingegen an den Y-Richtungs-Enden der Sensoreinheit 200 Kondensatoren 45b und 45d zur Vibrationserfassung vorgesehen sind. Die Y-Richtung ist die Winkelgeschwindigkeitserfassungsrichtung. Zur Vereinfachung sind in dieser Ausführungsform nur vier Vibrationserfassungskondensatoren 45a, 45b, 45c und 45d vorgesehen.
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Genauer gesagt ist eine erste erfassungsseitige feste Elektrode 55a an einer bestimmten Innenseitenfläche des Rahmens 40 der Sensoreinheit 100 angebracht. Die erste erfassungsseitige feste Elektrode 55a weist eine Gestalt auf, die einem Kamm ähnelt, wobei dessen Zähne als Y-Richtungs-Einheitselektroden dienen, die durch gleiche Intervalle in der X-Richtung voneinander getrennt sind. Genauso ist eine zweite erfassungsseitige feste Elektrode 55b an einer bestimmten Innenseitenfläche des Rahmens 40 der Sensoreinheit 200 angebracht. Die zweite erfassungsseitige feste Elektrode 55b weist eine Gestalt auf, die einem Kamm ähnelt, wobei dessen Zähne als Y-Richtungs-Einheitselektroden dienen, die durch gleiche Intervalle in der X-Richtung voneinander getrennt sind. Die zuvor genannte bestimmte Innenseitenfläche des Rahmens 40 der Sensoreinheit 100 und die zuvor genannte bestimmte Innenseitenfläche des Rahmens 40 der Sensoreinheit 200 sind am weitesten voneinander in der Y-Richtung getrennt. Andererseits ist eine erste erfassungsseitige bewegliche Elektrode 65a an der Innenfläche des ersten Vibrators 41a angebracht. Die Innenfläche des ersten Vibrators 41a liegt der zuvor genannten bestimmten Innenseitenfläche des Rahmens 40 der Sensoreinheit 100 in der Y-Richtung gegenüber. Die erste erfassungsseitige bewegliche Elektrode 65a weist eine Gestalt auf, die einem Kamm ähnelt, wobei dessen Zähne als Y-Richtungs-Einheitselektroden dienen, die durch gleiche Intervalle in der X-Richtung voneinander getrennt sind. Genauso ist eine erfassungsseitige bewegliche Elektrode 65b an der Innenfläche des zweiten Vibrators 41b angebracht. Die Innenfläche des zweiten Vibrators 41b liegt der zuvor genannten anderen bestimmten Innenseitenfläche des Rahmens 40 der Sensoreinheit 200 in der Y-Richtung gegenüber. Die zweite erfassungsseitige bewegliche Elektrode 65b weist eine Gestalt auf, die einem Kamm ähnelt, wobei dessen Zähne als Y-Richtungs-Einheitselektroden dienen, die durch gleiche Intervalle in der X-Richtung voneinander getrennt sind. Die Y-Richtungs-Elektroden der ersten erfassungsseitigen festen Elektroden 55a greifen gemeinsam in die Y-Richtungs-Elektroden der ersten erfassungsseitigen beweglichen Elektrode 65a über Zwischenräume ein. Auf dieselbe Weise greifen die Y-Richtungs-Elektroden der zweiten erfassungsseitigen festen Elektrode 55b gemeinsam in die Y-Richtungs-Elektroden der zweiten erfassungsseitigen beweglichen Elektrode 65b über Zwischenräume ein. Die erste erfassungsseitige bewegliche Elektrode 65a und die erste erfassungsseitige feste Elektrode 55a an der oberen Seite der 2 bilden den Vibrationserfassungskondensator 45a, wohingegen die erste erfassungsseitige bewegliche Elektrode 65a und die erste erfassungsseitige feste Elektrode 55a an der unteren Seite in 2 den Vibrationserfassungskondensator 45c bilden. Genauso bilden die zweite erfassungsseitige bewegliche Elektrode 65b und die zweite erfassungsseitige feste Elektrode 55b an der oberen Seite in 2 den Vibrationserfassungskondensator 45d, wohingegen die zweite erfassungsseitige bewegliche Elektrode 65b und die zweite erfassungsseitige feste Elektrode 55b an der unteren Seite in 2 den Vibrationserfassungskondensator 45b bilden.
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Ein erster Amplitudenüberwachungskondensator 47a zum Ausführen einer Rückführungssteuerung einer Ansteueramplitude ist an einem Ende einer bestimmten Innenseite der ersten Sensoreinheit 100 vorgesehen. Genauso ist ein zweiter Amplitudenüberwachungskondensator 47b zum Ausführen einer Rückführungssteuerung einer Ansteueramplitude an einem Ende einer bestimmten Innenseite der zweiten Sensoreinheit 200 vorgesehen. Die bestimmte Innenseite der ersten Sensoreinheit 100 und die bestimmte Innenseite der zweiten Sensoreinheit 200 sind durch einen kürzesten Abstand in der X-Richtung voneinander getrennt.
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Genauer gesagt ist eine erste überwachungsseitige feste Elektrode 57a an der bestimmten Innenseitenfläche des Rahmens 40 der Sensoreinheit 100 angebracht. Die erste überwachungsseitige feste Elektrode 57a weist eine Gestalt auf, die einem Kamm ähnelt, dessen Zähne als X-Richtungs-Einheitselektroden dienen, die durch gleiche Intervalle in der Y-Richtung voneinander getrennt sind. Genauso ist eine zweite überwachungsseitige feste Elektrode 57b an der bestimmten Innenseitenfläche des Rahmens der Sensoreinheit 200 angebracht. Die zweite überwachungsseitige feste Elektrode 57b weist eine Gestalt auf, die einem Kamm ähnelt, dessen Zähne als Y-Richtungs-Einheitselektroden dienen, die durch gleiche Intervalle in der X-Richtung voneinander getrennt sind. Andererseits ist eine erste überwachungsseitige bewegliche Elektrode 67a an der Innenfläche des ersten Vibrators 41a angebracht. Die Innenfläche des ersten Vibrators 41a liegt der zuvor genannten bestimmten Innenseitenfläche des Rahmens 40 der Sensoreinheit 100 in der X-Richtung gegenüber. Die erste überwachungsseitige bewegliche Elektrode 67a weist eine Gestalt auf, die einem Kamm ähnelt, dessen Zähne als X-Richtungs-Einheitselektroden dienen, die durch gleiche Intervalle in der Y-Richtung voneinander getrennt sind. Genauso ist eine zweite überwachungsseitige bewegliche Elektrode 67b an der Innenfläche des zweiten Vibrators 41b angebracht. Die Innenfläche des zweiten Vibrators 41b liegt der zuvor genannten bestimmten Innenseitenfläche des Rahmens 40 der Sensoreinheit 200 in der X-Richtung gegenüber. Die zweite überwachungsseitige bewegliche Elektrode 67b weist eine Gestalt auf, die einem Kamm ähnelt, dessen Zähne als X-Richtungs-Einheitselektroden dienen, die durch gleiche Intervalle in der Y-Richtung voneinander getrennt sind. Die X-Richtungs-Elektroden der ersten überwachungsseitigen festen Elektrode 57a greifen gemeinsam in die X-Richtungs-Elektroden der ersten überwachungsseitigen beweglichen Elektrode 67a über Zwischenräume ein. Auf dieselbe Weise greifen die X-Richtungs-Elektroden der zweiten überwachungsseitigen festen Elektrode 57b gemeinsam in die X-Richtungs-Elektroden der zweiten überwachungsseitigen beweglichen Elektrode 67b über Zwischenräume ein. Die erste überwachungsseitige bewegliche Elektrode 67a und die erste überwachungsseitige feste Elektrode 57a bilden den ersten Amplitudenüberwachungskondensator 47a, wohingegen die zweite überwachungsseitige bewegliche Elektrode 67b und die zweite überwachungsseitige feste Elektrode 57b den zweiten Amplitudenüberwachungskondensator 47 bilden.
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Die Elektroden 65a, 66a und 67a, die auf den Flächen des ersten Vibrators 41a ausgebildet sind, sind mit einem Masseanschluss G1 über den Balken 42d verbunden. Andererseits sind die Elektroden 65b, 66b und 67b, die an den Flächen des zweiten Vibrators 41b ausgebildet sind, mit einem Masseanschluss G2 durch den Balken 43c verbunden. Der Masseanschluss G1 und der Masseanschluss G2 sind mit der Masse an der Außenseite verbunden. An der Oberfläche des Rahmens 40 sind Ansteueranschlüsse D1 und D2, Erfassungssignalanschlüsse S1, S2, S3 und S4 ebenso wie ein Vibrationsüberwachungsanschluss M ausgebildet. Die Ansteueranschlüsse D1 und D2 sind jeweils mit den ersten und zweiten ansteuerseitigen festen Elektroden 56a und 56b verbunden. Die Erfassungssignalanschlüsse S1, S2, S3 und S4 sind mit den ersten und zweiten erfassungsseitigen festen Elektroden 55a und 55b verbunden. Der Vibrationsüberwachungsanschluss M ist mit den ersten und zweiten überwachungsseitigen festen Elektroden 57a und 57b verbunden, die durch eine Isoliereinheit 60 elektrisch voneinander getrennt sind.
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In 1 sind die Vibrationserfassungskondensatoren 45a, 45b, 45c und 45d jeweils mit Kapazitäts-Spannungs-Wandlern 20a, 20b, 20c und 20d verbunden, die jeweils zum Wandeln einer Änderung der Kapazität in eine Spannung verwendet werden. Addierer/Verstärker 21a und 21b, ein Differenzverstärker 22, eine Synchronisationserfassungseinheit 23 und ein Tiefpassfilter 24 bilden eine Winkelgeschwindigkeitserfassungseinheit 7, die in der Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit 2 verwendet wird. Der Addierer/Verstärker 21a ist eine Komponente zum Aufsummieren von Ausgängen der Kapazitäts-Spannungs-Wandler 20a und 20b und zum Verstärken der Summe. Genauso ist der Addierer/Verstärker 21b eine Komponente zum Aufsummieren der Ausgänge der Kapazitäts-Spannungs-Wandler 20c und 20d und zum Verstärken der Summe. Der Differenzverstärker 22, der als Differenzwellenformverarbeitungseinrichtung dient, wird zum Verstärken der Differenz zwischen den Ausgängen der Addierer/Verstärker 21a und 21b verwendet. Die Synchronisationserfassungseinheit 23 ist eine Komponente zum Extrahieren einer Winkelgeschwindigkeitskomponente und zum Wandeln der extrahierten Winkelgeschwindigkeitskomponente in ein DC-Signal. Der Tiefpassfilter 24 ist eine Komponente zum Eliminieren nicht benötigter Hochfrequenzkomponenten wie z. B. der Harmonischen aus dem Ausgang der Synchronisationserfassungseinheit 23.
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Eine Vibrationsansteuersteuereinheit 6, die in der Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit 2 verwendet wird, enthält einen Kapazitäts-Spannungs-Wandler 10, einen AC/DC-Wandler 11, eine Bezugsspannungserzeugungseinheit 12, einen Differenzverstärker 13, einen Phasenschieber 14 und einen Multiplizierer 15. Der Kapazitäts-Spannungs-Wandler 10 ist eine Komponente zum Wandeln von Kapazitätsänderungen der ersten und zweiten Amplitudenüberwachungskondensatoren 47a und 47b in eine Spannung. Der AC/DC-Wandler 11 ist eine Komponente zum Wandeln einer Vibrations-Wechselstromspannung, die von dem Kapazitäts-Spannungs-Wandler 10 ausgegeben wird, in eine Gleichstromspannung. Die Bezugsspannungserzeugungseinheit 12 ist eine Komponente zum Erzeugen einer Bezugsspannung Vref. Der Differenzverstärker 13 ist eine Komponente zum Verstärken einer Differenz zwischen der Bezugsspannung Vref und einem Amplitudenüberwachungswert, der die Gleichstromspannung ist, die von dem AC/DC-Wandler 11 ausgegeben wird. Der Phasenschieber 14 ist eine Komponente zum Verschieben der Phase der Amplitudenspannung, die von dem Kapazitäts-Spannungs-Wandler 10 ausgegeben wird, um 90 Grad. Der Multiplizierer 15 ist eine Komponente zum Multiplizieren des Ausgangs des Differenzverstärkers 13 mit dem Ausgang des Phasenschiebers 14. Der Ausgang des Multiplizierers 15 wird jeweils den Ansteueranschlüssen D1 und D2 der ersten Sensoreinheit 100 und der zweiten Sensoreinheit 200 zugeführt.
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Eine Signalerzeugungseinheit für eine Beschleunigung vom zweiten Typ 5, die in dem Trägheitssensorsystem 1 verwendet wird, zum Erzeugen eines Beschleunigungssignals vom zweiten Typ enthält Addierer/Verstärker 31a und 31b, einen Differenzverstärker 32 und einen Tiefpassfilter 33. Der Addierer/Verstärker 31a ist eine Komponente zum Aufsummieren von Ausgängen der Kapazitäts-Spannungs-Wandler 20a und 20b und zum Verstärken der Summe. Genauso ist der Addierer/Verstärker 31b eine Komponente zum Aufsummieren der Ausgänge der Kapazitäts-Spannungs-Wandler 20b und 20c und zum Verstärken der Summe. Der Differenzverstärker 32 ist eine Komponente, die zum Verstärken der Differenz zwischen den Ausgängen der Addierer/Verstärker 31a und 31b verwendet wird. Der Tiefpassfilter 33 ist eine Komponente zum Eliminieren nicht benötigter Hochfrequenzkomponenten wie z. B. den Harmonischen aus dem Ausgang des Differenzverstärkers 32. Der Tiefpassfilter 33 dient als eine Frequenzcharakteristik-Wandlungseinrichtung und als ein Filter zum Ausgeben eines Beschleunigungssignals vom zweiten Typ Vg2.
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Eine Abnormitätserfassungseinheit 5a, die in dem Trägheitssensorsystem 1 verwendet wird, weist einen Differenzverstärker 34 und einen Fenstervergleicher 35 auf. Der Differenzverstärker 34 ist eine Komponente zum Verarbeiten des Beschleunigungssignals vom zweiten Typ Vg2, das von dem Tiefpassfilter 33 ausgegeben wird, und eines Beschleunigungssignals vom ersten Typ Vg1, das von der Beschleunigungssensoreinheit 3, die unten beschrieben wird, ausgegeben wird, und zum Ausgeben eines Differenzsignals ΔVg zwischen dem Beschleunigungssignal vom zweiten Typ Vg2 und dem Beschleunigungssignal vom ersten Typ Vg1. Der Fenstervergleicher 35 ist eine Komponente zum Erfassen einer Abnormität des Beschleunigungssignals vom zweiten Typ Vg2 oder des Beschleunigungssignals vom ersten Typ Vg1 auf der Grundlage des Differenzsignals ΔVg.
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Es wird darauf hingewiesen, dass die Beschleunigungssensoreinheit 3, die in dem Trägheitssensorsystem 1 verwendet wird, eine Beschleunigungssignalerzeugungseinheit 71 und einen Tiefpassfilter 70 aufweist. Die Beschleunigungssignalerzeugungseinheit 71 enthält eine Erfassungseinheit und eine Signalverarbeitungsschaltung. Die Erfassungseinheit weist eine allgemeine Konfiguration wie z. B. einer Vorrichtung vom piezoelektrischen Typ oder vom elektrostatischen Kapazitätstyp auf. Die Signalverarbeitungseinheit ist eine Schaltung zum Erzeugen eines Beschleunigungssignals auf der Grundlage eines Signals, das von der Erfassungseinheit ausgegeben wird. Der Tiefpassfilter 70 ist eine Ausgangsfiltereinheit, die in der Beschleunigungssensoreinheit 3 vorgesehen ist. Der Tiefpassfilter 70 eliminiert nicht benötigte Wellenformkomponenten aus der ursprünglichen Wellenform eines Beschleunigungserfassungssignals, das von der Beschleunigungssignalerzeugungseinheit 71 ausgegeben wird.
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Die oben beschriebene Vibrationsansteuersteuereinheit 6 holt ein Vibrationsüberwachungssignal, das Änderungen der Kapazitäten der Amplitudenüberwachungskondensatoren 47a und 47b darstellt, von dem Überwachungsanschluss M. Die Änderungen der Kapazitäten werden durch die Vibrationen der ersten und zweiten Vibratoren 41a und 41b verursacht. In der Vibrationsansteuersteuereinheit 6 wandelt der Kapazitäts-Spannungs-Wandler 10 das Vibrationsüberwachungssignal in ein Spannungssignal um. Der letztendliche Ausgang der Vibrationsansteuersteuereinheit 6 wird in einem Selbstanregungsvibrationsansteuermechanismus in die Ansteueranschlüsse D1 und D2 zurückgegeben. Der Phasenschieber 14 führt die Rolle des Aufrechterhaltens mechanischer Vibrationen der ersten und zweiten Vibratoren 41a und 41b durch. Die mechanische Vibration des ersten Vibrators 41a pflanzt sich durch die Balken 42a, 42b, 42c und 42d fort, wohingegen sich die mechanische Vibration des zweiten Vibrators 41b durch die Balken 43a, 43b, 43c und 43d fortpflanzt. Ein Vibrationsüberwachungssignal, das von dem Kapazitäts-Spannungs-Wandler 10 ausgegeben wird, wird durch den AC/DC-Wandler 11 geglättet und in ein Amplitudenpegelsignal gewandelt. Eine Differenz zwischen dem Amplitudenpegelsignal und dem Bezugsspannungssignal, das von der Bezugsspannungserzeugungseinheit 12 erzeugt wird, wird durch den Differenzverstärker 13 verarbeitet, um ein Vibrationskorrektursignal zu erzeugen. Der Multiplizierer 15 multipliziert das Vibrationskorrektursignal mit dem Vibrationsüberwachungssignal, um die Ansteueramplitude auf einen festen Wert zu steuern. Es wird darauf hingewiesen, dass der Ausgang des Multiplizierers 15 in den Ansteueranschluss D1 der ersten Sensoreinheit 100 und den Ansteueranschluss D2 der zweiten Sensoreinheit 200 zurückgegeben wird. Somit werden der erste Vibrator 41a und der zweite Vibrator 41b in Vibrationen in der X-Richtung mit einander entgegengesetzten Phasen mit ihrer Resonanzfrequenz angesteuert.
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Es wird angenommen, dass in dem oben beschriebenen Zustand eine Winkelgeschwindigkeit um eine Z-Richtung senkrecht sowohl zu der X-Richtung als auch zu der Y-Richtung eingeleitet wird. In dem Falle eines Trägheitssensorsystems 1, das an einem Fahrzeug angebracht ist, ist die Z-Richtung eine Richtung senkrecht zur Oberfläche der Fahrbahn. Wenn eine derartige Winkelgeschwindigkeit ausgeübt wird, erzeugt eine Coriolis-Kraft eine Winkelgeschwindigkeitsvibrationskomponente an dem ersten Vibrator 41a in der Y-Richtung und eine Winkelgeschwindigkeitsvibrationskomponente an dem zweiten Vibrator 41b in der Y-Richtung mit einer Phase, die der Phase der Winkelgeschwindigkeitsvibrationskomponente, die an dem ersten Vibrator 41a erzeugt wird, entgegengesetzt ist. Diese Vibrationen werden als Änderungen der Kapazitäten der Vibrationserfassungskondensatoren 45a, 45b, 45c und 45d erfasst. Signale, die die Änderungen der Kapazitäten der Vibrationserfassungskondensatoren 45a, 45, 45c und 45d darstellen, werden jeweils an den Anschlüssen S1, S2, S3 und S4 ausgegeben und danach jeweils durch die Kapazitäts-Spannungs-Wandler 20a, 20b, 20c und 20d in Winkelgeschwindigkeitserfassungssignale Sa, Sb, Sc und Sd gewandelt.
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Es wird darauf hingewiesen, dass, da die Coriolis-Kraft auf den ersten Vibrator 41a in einer Richtung entgegengesetzt zur Richtung der Coriolis-Kraft, die auf den zweiten Vibrator 41b wirkt, einwirkt und die Phase der Winkelgeschwindigkeitserfassungssignal Sa, die von dem Kapazitäts-Spannungs-Wandler 20a ausgegeben wird, dieselbe ist wie die Phase der Winkelgeschwindigkeitserfassungssignal Sb, die von dem Kapazitäts-Wandlungs-Wandler 20b ausgegeben wird, wohingegen die Phase der Winkelgeschwindigkeitserfassungssignal Sc, die von dem Kapazitäts-Spannungs-Wandler 20c ausgegeben wird, dieselbe wie die Phase der Winkelgeschwindigkeitserfassungssignal Sd ist, die von dem Kapazitäts-Spannungs-Wandler 20d ausgegeben wird, wie es in 3 gezeigt ist. Dieses kommt daher, dass der Kapazitäts-Spannungs-Wandler 20a ein Signal von dem Vibrationserfassungskondensator 45a der ersten Sensoreinheit 100 empfängt, während der Kapazitäts-Spannungs-Wandler 20b ein Signal von dem Vibrationserfassungskondensator 45b der zweiten Sensoreinheit 200 empfängt und die Vibrationserfassungskondensatoren 45a und 45b in der Y-Richtung an gegenüberliegenden Seiten vorgesehen sind. Genauso empfängt der Kapazitäts-Spannungs-Wandler 20c ein Signal von dem Vibrationserfassungskondensator 45c der ersten Sensoreinheit 100, während der Kapazitäts-Spannungs-Wandler 20d ein Signal von dem Vibrationserfassungskondensator 45d der zweiten Sensoreinheit 200 empfängt, und die Vibrationserfassungskondensatoren 45c und 45d sind in der Y-Richtung an gegenüberliegenden Seiten vorgesehen. Dann werden die Winkelgeschwindigkeitserfassungssignal Sa und die Winkelgeschwindigkeitserfassungssignal Sb, die dieselbe Phase wie die Winkelgeschwindigkeitserfassungssignal Sa aufweist, dem Addierer/Verstärker 21a, der in der Winkelgeschwindigkeitserfassungseinheit 7 als eine Komponente zum Aufsummieren dieser Amplituden und zum Verstärken der Summe der Amplituden verwendet wird, wie es in 1 gezeigt ist, zugeführt. Genauso werden die Winkelgeschwindigkeitserfassungssignal Sc und die Winkelgeschwindigkeitserfassungssignal Sd, die dieselbe Phase wie die Winkelgeschwindigkeitserfassungssignal Sc aufweist, dem Addierer/Verstärker 21b zugeführt, der in der Winkelgeschwindigkeitserfassungseinheit 7 als eine Komponente zum Aufsummieren dieser Amplituden und zum Verstärken der Summe der Amplituden verwendet wird. Diese Operationen werden zur Verbesserung der Empfindlichkeit der Winkelgeschwindigkeitserfassung durchgeführt. Es wird darauf hingewiesen, dass, da Signale, die die Änderungen der Kapazitäten der Vibrationserfassungskondensatoren 45a und 45c, die dem ersten Vibrator 41a zugeordnet sind, entgegengesetzte Phasen aufweisen, wohingegen Signale, die Änderungen der Kapazitäten der Vibrationserfassungskondensatoren 45b und 45d, die dem zweiten Vibrator 41b zugeordnet sind, entgegengesetzte Phasen zueinander aufweisen, diese Signale jeweils vor der Zufuhr zur Winkelgeschwindigkeitserfassungseinheit 7 zum Erzeugen eines Winkelgeschwindigkeitssignals und der Erzeugungseinheit für ein Beschleunigungssignal vom zweiten Typ 5 zum Erzeugen des Beschleunigungssignals vom zweiten Typ Vg2 durch die Kapazitäts-Spannungs-Wandler 20a, 20b, 20c und 20d einzeln in die Winkelgeschwindigkeitserfassungssignale Sa, Sb, Sc und Sd gewandelt werden.
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Für eine Eingangswinkelgeschwindigkeit weist der Ausgang des Addierers/Verstärkers 21a eine entgegengesetzte Phase zur Phase des Ausgangs des Addierers/Verstärkers 21b auf. Somit verstärkt der Differenzverstärker 22 außerdem die Differenz zwischen Wellenformsignalen, die von den Addierern/Verstärkern 21a und 21b ausgegeben werden, um die Empfindlichkeit der Winkelgeschwindigkeitserfassung weiter zu erhöhen. Zusätzlich werden, wenn eine Winkelgeschwindigkeit um die Z-Richtung eingeleitet wird, Coriolis-Kräfte in der Y-Richtung in der ersten Sensoreinheit 100 und der zweiten Sensoreinheit 200 als entgegengesetzte Kräfte erzeugt. Wie es in 4 gezeigt ist, werden jedoch Y-Richtungs-Querbeschleunigungen, die durch Rotationszentrifugalkräfte und Stoßvibrationen verursacht werden, als Komponenten erzeugt, die dieselbe Phase aufweisen. Im Hinblick auf das Winkelgeschwindigkeitssignal stellen diese eine Art von Rauschkomponenten dar. Trotzdem werden durch Anwenden eines Differenzprozesses auf die Winkelgeschwindigkeitserfassungssignale, die in der ersten Sensoreinheit 100 und der zweiten Sensoreinheit 200 wie oben beschrieben erzeugt werden, die Beschleunigungskomponenten ausgelöscht, so dass nur das Winkelgeschwindigkeitssignal erlangt werden kann.
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Ein Amplitudenmodulationswinkelsignal, das von dem Differenzverstärker 22 ausgegeben wird, wird in der Synchronisationserfassungseinheit 23 demoduliert, bevor es dem Tiefpassfilter 24 zum Entfernen von Welligkeiten aus dem Signal zugeführt wird. Der Tiefpassfilter 24 gibt ein Gleichstromsignal Vy proportional zur Eingangsdrehzahl aus. Ein Bezugsphasensignal, das der Synchronisationserfassungseinheit 23 zugeführt wird, ist ein Signal, das durch Verschieben der Phase des Amplitudenüberwachungssignals um 90 Grad erhalten wird. D. h. das Bezugsphasensignal ist ein Signal, das von dem Phasenschieber 14 ausgegeben wird. Dieses kommt daher, dass die Coriolis-Kraft für die Eingangswinkelgeschwindigkeit für einen Vibrator mit einer Phase erzeugt wird, die gegenüber der Vibrationsphase des Vibrators verschoben ist.
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Anschließend werden die Winkelgeschwindigkeitserfassungssignale Sa, Sb, Sc und Sd, die von den Kapazitäts-Spannungs-Wandlern 20a, 20b, 20c und 20d erzeugt werden, jeweils der Erzeugungseinheit für ein Beschleunigungssignal vom zweiten Typ 5 zugeführt. In der Erzeugungseinheit für ein Beschleunigungssignal vom zweiten Typ 5 werden die Winkelgeschwindigkeitserfassungssignale Sa, Sb, Sc und Sd Additions- und Verstärkungsprozessen unterzogen, die sich von denjenigen der Winkelgeschwindigkeitserfassungseinheit 7 unterscheiden. Genauer gesagt werden die Winkelgeschwindigkeitserfassungssignal Sa und die Winkelgeschwindigkeitserfassungssignal Sd dem Addierer/Verstärker 31a, der in der Erzeugungseinheit für ein Beschleunigungssignal vom zweiten Typ 5 als eine Komponente zum Aufsummieren dieser Amplituden und zum Verstärken der Summe der Amplituden verwendet wird, wie es in 1 gezeigt ist, zugeführt. Genauso werden die Winkelgeschwindigkeitserfassungssignal Sb und die Winkelgeschwindigkeitserfassungssignal Sc dem Addierer/Verstärker 31b zugeführt, der in der Erzeugungseinheit für ein Beschleunigungssignal vom zweiten Typ 5 als eine Komponente zum Aufsummieren dieser Amplituden und zum Verstärken der Summe der Amplituden verwendet wird. Der Differenzverstärker 32 verstärkt außerdem die Differenz zwischen Wellenformsignalen, die von den Addierern/Verstärkern 31a und 31b ausgegeben werden. Wie es oben beschrieben ist, werden Coriolis-Kräfte in der Y-Richtung für die ersten und zweiten Vibratoren 41a und 41b als entgegengesetzte Kräfte erzeugt, aber es werden Y-Richtungs-Querbeschleunigungen als Komponenten erzeugt, die dieselbe Phase aufweisen, wie es durch die gestrichelten Linien in 4 gezeigt ist. Somit werden durch Anwenden eines Differenzprozesses auf die Winkelgeschwindigkeitserfassungssignale, die für die ersten und zweiten Vibratoren 41a und 41b wie oben beschrieben erzeugt werden, die Winkelgeschwindigkeitskomponenten ausgelöscht, so dass nur ein Beschleunigungssignal vom zweiten Typ Vg2 erlangt werden kann.
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Die Beschleunigungserfassungsrichtung der Beschleunigungssensoreinheit 3 ist in der Y-Richtung eingestellt. Wenn die Beschleunigungssensoreinheit 3 normal ist, weist ein Beschleunigungssignal Vg1 vom ersten Typ, das von der Beschleunigungssensoreinheit 3 ausgegeben wird, eine höhere Zuverlässigkeit der Beschleunigungserfassung als das Beschleunigungssignal vom zweiten Typ Vg2 auf, das als das sog. Nebenprodukt der Winkelgeschwindigkeitserfassung erzeugt wird. Wenn die Winkelgeschwindigkeitserfassungseinheit 2 normal ist, zeigt andererseits das Beschleunigungssignal vom zweiten Typ Vg2 ebenfalls einen Beschleunigungserfassungspegel, der sich dem Beschleunigungssignal vom ersten Typ Vg1 annähert. Somit weist ein Signal, das von dem Differenzverstärker 34 als ein Differenzsignal ΔVg zwischen dem Beschleunigungssignal vom zweiten Typ Vg2 und dem Beschleunigungssignal vom ersten Typ Vg1 ausgegeben wird, einen Wert auf, der näher bei einem neutralen Punkt liegt. In diesem Fall wird in einem Zustand der Erzeugung einer Beschleunigung einer festen Frequenz/Amplitude der neutrale Punkt des Differenzsignals im Voraus durch Einstellen der Verstärkung eines Einstellverstärkers 36 auf einem Signalpfad, der typischerweise von dem Differenzverstärker 32 oder der Beschleunigungssensoreinheit 3 kommt, kalibriert.
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Aufgrund eines unendlich kleinen Fremdteilchens, das an der Vibrationseinheit 4 anhaftet, die in der Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit 2 verwendet wird, ändern sich jedoch, wenn sich die Empfindlichkeit und der Nullpunkt der jeweiligen Winkelgeschwindigkeitserfassungssignale Sa, Sb, Sc und Sd, die von der Vibrationseinheit 4 ausgegeben werden, ändern, die Empfindlichkeit und der Nullpunkt des Beschleunigungssignals vom zweiten Typ Vg2, das auf der Grundlage der Winkelgeschwindigkeitserfassungssignale Sa, Sb, Sc und Sd erzeugt wird, ebenfalls. Demzufolge wird das Differenzsignal ΔVg zwischen dem Beschleunigungssignal vom zweiten Typ Vg2 und dem Beschleunigungssignal vom ersten Typ Vg1, das von der Beschleunigungssensoreinheit 3 erzeugt wird, die eine tatsächliche Beschleunigung erfasst, gegenüber dem neutralen Punkt verschoben. Somit ist es durch Zuführen des Differenzsignals ΔVg zum Fenstervergleicher 35, der einen Bezugsspannungsbereich [Vref2, Vref3] einschließlich dem neutralen Punkt aufweist, möglich zu bestimmen, ob das Differenzsignal ΔVg innerhalb des vorgeschriebenen Bereichs liegt, d. h. es ist möglich zu bestimmen, ob eine Abnormität erzeugt wurde. Das Ergebnis der Bestimmung wird durch ein Abnormitätserfassungssignal Vd angezeigt, das von dem Fenstervergleicher 35 ausgegeben wird. Wenn ein Problem in der Beschleunigungssensoreinheit 3 auftritt, was dazu führt, dass der Wert des Beschleunigungssignals vom ersten Typ Vg1 abnorm wird, wird das Differenzsignal ΔVg ebenfalls gegenüber dem neutralen Punkt verschoben. Somit wird, wenn das Differenzsignal ΔVg außerhalb des Bezugsspannungsbereichs liegt, das Abnormitätserfassungssignal Vd ausgegeben, um diese Abnormität auf dieselbe Weise anzuzeigen. Es wird darauf hingewiesen, dass es aus einer Beziehung zwischen den Größen des Beschleunigungssignals vom zweiten Typ Vg2 und des Beschleunigungssignals vom ersten Typ Vg1 als allgemeine Regel möglich ist zu bestimmen, ob das Beschleunigungssignal vom zweiten Typ Vg2 oder das Beschleunigungssignal vom ersten Typ Vg1 abnorm ist. Dieses kommt daher, dass im allgemeinen ein Fremdteilchen, das an einem Vibrator anhaftet, einer Erhöhung der Masse entspricht, und die Erhöhung der Masse dazu tendiert, die Empfindlichkeit für die Beschleunigung zu erhöhen. In diesem Fall ist es empfehlenswert, einen ersten Vergleicher zum Ausgeben eines ersten Abnormitätserfassungssignals Vd1, das ein abnormales Beschleunigungssignal vom ersten Typ Vg1 für ein Differenzsignal ΔVg, das größer als die obere Grenzspannung Vref2 ist, und einen zweiten Vergleicher zum Ausgeben eines zweiten Abnormitätserfassungssignals Vd2, das ein abnormes Beschleunigungssignal vom zweiten Typ Vg2 für ein Differenzsignal ΔVg, das kleiner als die untere Grenzspannung Vref3 ist, bereitzustellen.
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Es wird darauf hingewiesen, dass durch Bringen der Frequenzantwortcharakteristika des Beschleunigungssignals vom zweiten Typ Vg2, das auf der Grundlage der Winkelgeschwindigkeitserfassungssignale Sa, Sb, Sc und Sd erzeugt wird, so nahe wie möglich an diejenige der Beschleunigungssensoreinheit 3 eher eine Abnormität mit hoher Genauigkeit erfasst werden kann. Somit ist ein Tiefpassfilter 33 zum Eliminieren nicht benötigter Komponenten in dem Hochfrequenzband aus dem Beschleunigungssignal vom zweiten Typ Vg2 als eine Filtereinheit zum Ausgeben des Beschleunigungssignals vom zweiten Typ vorgesehen. Die Frequenzantwortcharakteristika beinhalten eine Grenzfrequenz und den Typ und die Ordnung des Filters. Wenn ein Tiefpassfilter 70, das als eine Ausgangsfiltereinheit in dem Beschleunigungssensor 3 dient, z. B. eine Butterworth-Charakteristik zweiter Ordnung und eine Grenzfrequenz von 30 Hz aufweist, ist es vorteilhaft, die Toleranz der Grenzfrequenz für denselben Typ und dieselbe Ordnung des Filters auf einen Wert innerhalb von etwa ±10% einzustellen. Mit diesem Toleranzbereich kann die Grenzfrequenz des Tiefpassfilters 33 als eine Frequenz betrachtet werden, die gleich der Grenzfrequenz des Tiefpassfilters 70 ist. Es ist vorteilhaft, die Toleranz auf einen Wert innerhalb dieses Bereichs einzustellen, da die Phase des ausgegebenen Beschleunigungssignals vom ersten Typ Vg1 so eingestellt werden kann, dass sie mit der Phase des ausgegebenen Beschleunigungssignals vom zweiten Typ Vg2 übereinstimmt, und somit kann ein Fehler, der bei der Berechnung einer Differenz zwischen dem ausgegebenen Beschleunigungssignal vom ersten Typ Vg1 und dem ausgegebenen Beschleunigungssignal vom zweiten Typ Vg2 erzeugt wird, verringert werden.
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Die obigen Erläuterungen zeigen, dass z. B. durch Verwenden von Signalen, die von der Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit 2 erzeugt werden, die als ein Winkelgeschwindigkeitssensor vom Vibrationstyp implementiert ist, eine Beschleunigung, die in einem Fahrzeug erzeugt wird, das ein fahrzeuginternes Trägheitssensorsystem 1 aufweist, als ein Beschleunigungssignal vom zweiten Typ Vg2 erzeugt werden kann, das dann mit einem Beschleunigungssignal vom ersten Typ Vg1, das von der Beschleunigungssensoreinheit 3 zum Erfassen einer tatsächlichen Beschleunigung verglichen wird, wobei das Beschleunigungssignal vom zweiten Typ Vg2 als Information verwendet wird, die eine Normalität der Beschleunigungssensoreinheit 3 reflektiert. Demzufolge ist es z. B. möglich eine Abnormität zu erfassen, die durch eine leichte Änderung der Empfindlichkeit und/oder des Nullpunkts der Beschleunigungssensoreinheit 3 verursacht wird und nicht von dem herkömmlichen Sensorsystem erfasst werden kann, mit hoher Genauigkeit zu erfassen. Zusätzlich weist, da das Beschleunigungssignal vom zweiten Typ Vg2 mit dem Beschleunigungssignal vom ersten Typ Vg1, das von der Beschleunigungssensoreinheit 3 ausgegeben wird, verglichen wird, das Trägheitssensorsystem 1 den Vorteil auf, dass es in der Lage ist, eine Abnormität der Beschleunigungssensoreinheit 3 zu erfassen.
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Im folgenden werden typische Modifikationen des Trägheitssensorsystems 1 der vorliegenden Erfindung erläutert. Da die Beschleunigungssignale der beiden Systeme mit unterschiedlichen Erfassungsmechanismen von dem Trägheitssensorsystem der 1 erzeugt werden, wenn eine Abnormität in dem Beschleunigungssignal einer der Systeme erzeugt wird, kann das Beschleunigungssignal des anderen Systems als eine Sicherung verwendet werden. Genauer gesagt wird, wenn die reguläre Beschleunigungssensoreinheit normal ist, das Beschleunigungssignal vom ersten Typ Vg1 als ein Beschleunigungssignal Vg verwendet. Wenn die reguläre Beschleunigungssensoreinheit 3 abnorm ist, wird andererseits das Beschleunigungssignal vom zweiten Typ Vg2 als das Beschleunigungssignal Vg verwendet. In einer in 5 gezeigten Konfiguration können das Beschleunigungssignal vom zweiten Typ Vg2 und das Beschleunigungssignal vom ersten Typ Vg1 jeweils einzeln ausgegeben werden. Durch ein Abnormitätserfassungssignal Vd angesteuert, wählt ein Wechselschalter 61 das Beschleunigungssignal vom ersten Typ Vg1 für den Fall einer Normalität und das Beschleunigungssignal vom zweiten Typ Vg2 für den Fall einer Abnormität aus. D. h. der Wechselschalter 61 ist in der Lage, das Ausgangssignal von dem Beschleunigungssignal vom zweiten Typ Vg2 zum Beschleunigungssignal vom ersten Typ Vg1 und umgekehrt zu schalten. Im Falle einer Abnormität wird das Abnormitätserfassungssignal Vd auf einen L-Pegel eingestellt. Der Wechselschalter 61 kann außerhalb oder innerhalb der Box 50 des Trägheitssensorsystems 1 enthalten sein.
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In einer in 6 gezeigten Konfiguration sind Bezugsspannungsbereiche [Vref2, Vref3] und [Vref4, Vref5] jeweils individuell für das Beschleunigungssignal vom ersten Typ Vg1 und das Beschleunigungssignal vom zweiten Typ Vg2 vorgesehen. Zusätzlich werden ein erstes Abnormitätserfassungssignal Vd1 für die Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit 2 und ein zweites Abnormitätserfassungssignal Vd2 für die Beschleunigungssensoreinheit 3 erzeugt. Somit sind die ersten und zweiten Fenstervergleicher 35a und 35b unabhängig voneinander vorgesehen. Ähnlich der Konfiguration der 5 ist der Wechselschalter 61 in der Lage, das Ausgangssignal von dem Beschleunigungssignal vom zweiten Typ Vg2 zum Beschleunigungssignal vom ersten Typ Vg1 oder umgekehrt zu schalten. Da das Beschleunigungssignal Vg2 vom zweiten Typ und das Beschleunigungssignal vom ersten Typ Vg1 abnorm sein können, können beide Ausgangspfade des Beschleunigungssignals vom zweiten Typ Vg2 und des Beschleunigungssignals vom ersten Typ Vg1 in dem Fall abgeschnitten bzw. unterbrochen werden, in dem das Beschleunigungssignal vom zweiten Typ Vg2 und das Beschleunigungssignal vom ersten Typ Vg1 abnorm sind. In dieser Ausführungsform wird das erste Abnormitätserfassungssignal Vd1, das durch den ersten Fenstervergleicher 35a als ein Abnormitätserfassungssignal für das Beschleunigungssignal vom ersten Typ Vg1 ausgegeben wird, als ein Schaltsignal des Beschleunigungssignals vom ersten Typ Vg1 verwendet. Andererseits wird ein Signalausgang von einem UND-Gatter 63 als ein Schaltsignal des Beschleunigungssignals vom zweiten Typ Vg2 verwendet. Das UND-Gatter 63 nimmt das invertierte Signal des ersten Abnormitätserfassungssignals Vd1 und das zweiten Abnormitätserfassungssignals Vd2, das von dem zweiten Fenstervergleicher 35b als ein Abnormitätserfassungssignal für das zweite Beschleunigungssignal vom zweiten Typ Vg2 ausgegeben wird, auf. Das invertierte Signal des ersten Abnormitätserfassungssignals Vd1 wird durch einen Inverter 62 erzeugt. Mit einer derartigen Schaltung gibt der Wechselschalter 61 immer das Beschleunigungssignal vom ersten Typ Vg1 aus, wenn das erste Abnormitätserfassungssignal Vd1 in einen normalen Zustand versetzt ist, aber wenn das erste Abnormitätserfassungssignal Vd1 in einen abnormen Zustand versetzt ist, gibt der Wechselschalter 61 das Beschleunigungssignal vom zweiten Typ Vg2 nur dann aus, wenn das zweite Abnormitätserfassungssignal Vd2 in einen normalen Zustand versetzt ist.
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In sämtlichen oben beschriebenen Ausführungsformen werden die Beschleunigungserfassungswellenformen, die von den beiden Sensoreinheiten mit unterschiedlichen Phasen erzeugt werden, verarbeitet, um ein Beschleunigungssignal vom zweiten Typ zu erzeugen. In vielen Fällen wird jedoch eine Querbeschleunigungskomponente in dem Fahrzeug auf einer Seite niedrigerer Frequenz als die Ansteuerfrequenz des vibrationsseitigen Winkelgeschwindigkeitssensors erzeugt. Somit ist es ebenfalls möglich ein Verfahren anzunehmen, bei dem eine Beschleunigungskomponente, die ein Beschleunigungssignal vom zweiten Typ wird, unter Verwendung eines Tiefpassfilters oder eines Kerbfilters zum Eliminieren einer Ansteuerfrequenzkomponente aus einer Beschleunigungserfassungswellenform, die durch eine Sensoreinheit erzeugt wird, extrahiert werden kann.
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Die Beschreibung der Erfindung ist nur beispielhafter Natur und somit weichen Variationen davon nicht von dem Bereich der Erfindung ab, der in den Ansprüchen definiert ist.
