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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Detektieren einer Beschleunigung und insbesondere auf eine Selbstdiagnosefunktion eines Beschleunigungssensors, der in einem Fahrzeug zu installieren ist.
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2. Beschreibung des verwandten Gebiets
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JP-H04-203969-A offenbart eine Vorrichtung als eine Funktion, die einen in einem Fahrzeug zu installierenden Beschleunigungssensor diagnostiziert.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Ein Fahrzeug ist mit mehreren Beschleunigungssensoren ausgerüstet, die erforderlich sind, um eine Kollision oder ein Schleudern des Fahrzeugs zu detektieren, um die Sicherheit während der Fahrt zu gewährleisten. Solche Sensoren müssen jedoch in einem hochzuverlässigen Zustand gehalten werden, wenn sie in Umgebungen wie etwa einem Motorraum, in dem sich die Temperatur über einen weiten Bereich verändert und Vibrationen und elektromagnetisches Rauschen die Sensoren erheblich beeinflussen, angeordnet und betrieben werden. Daher muss ununterbrochen eine Fehlerdiagnose ausgeführt werden, ohne einen Normalbetrieb des Beschleunigungssensors während der Fahrt zu unterbrechen. Um ein solches Problem zu lösen, offenbart
JP-H04-203969-A ein Beispiel, in dem ein Fahrzeug einen Sensor für hohe Beschleunigung enthält, der konfiguriert ist, eine Beschleunigung zu detektieren, um eine Kollision des Fahrzeugs zu detektieren, und einen Sensor für niedrige Beschleunigung enthält, der konfiguriert ist, eine niedrige Beschleunigung zu detektieren, um ein Schleudern des Fahrzeugs zu detektieren, um die Ausgänge der beiden Sensoren zu vergleichen, um eine Fehlerdiagnose auszuführen, um zu bestimmen, ob die Sensoren richtig arbeiten.
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Angesichts des Vorangehenden ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine hohe Fehlerdiagnosefähigkeit sicherzustellen.
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Die obige Aufgabe wird gelöst durch eine Beschleunigungsdetektionsvorrichtung, die in einem Fahrzeug installiert ist und umfasst: mehrere Beschleunigungssensoren mit unterschiedlichen Charakteristiken; eine Funktion, um Diagnosesignale einzugeben, um Ausgänge der Beschleunigungssensoren zu diagnostizieren und um Fehlerdetektionsfunktionen der Beschleunigungssensoren zu diagnostizieren, während das Fahrzeug steht; und eine Funktion, um die Ausgänge der Sensoren zu vergleichen, um einen Fehler zu detektieren, während das Fahrzeug fährt.
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Die Diagnose der Leistungen und der Fehlerdetektionsfunktionen von zwei Sensoren mit unterschiedlichen Charakteristiken während des Stillstands des Fahrzeugs sowie die Detektion eines Fehlers durch Vergleichen der Ausgänge der zwei Beschleunigungssensoren, während as Fahrzeug fährt, kann eine hohe Fehlerdiagnosefähigkeit sicherstellen.
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KURZBESCREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist ein Blockschaltplan einer Beschleunigungssensor-Steuerschaltung gemäß einer Ausführungsform;
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2 ist ein Blockschaltplan einer Haltezeit-Diagnoseeinheit gemäß einer Ausführungsform;
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3 ist ein Ablaufplan einer Sensorbestimmungseinheit gemäß einer Ausführungsform;
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4 ist ein Ablaufplan einer Fehlerdetektions-Bestimmungseinheit gemäß einer Ausführungsform;
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5 ist ein Blockschaltplan einer Fahrzeit-Diagnoseeinheit gemäß einer Ausführungsform;
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6 ist ein Konfigurationsdiagramm eines Haltezeit-Diagnoseergebnisregisters und eines Fahrzeit-Fehlerdetektionsergebnisregisters gemäß einer Ausführungsform;
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7 ist ein Ablaufplan einer Fehlerdetektions-Bestimmungseinheit während der Fahrt gemäß einer Ausführungsform; und
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8 ist ein Zeitablaufplan einer Diagnosespannungs-Erzeugungseinheit gemäß einer Ausführungsform.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im Folgenden werden mit Bezug auf die 1 bis 8 Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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1 ist ein Blockschaltplan einer Steuereinheit für Beschleunigungssensoren (die im Folgenden als G-Sensoren bezeichnet werden) gemäß einer ersten Ausführungsform. Ein zweiachsiger Hoch-G-Sensor 101 der vorliegenden Ausführungsform umfasst einen Oszillator 128, einen Oszillator 129, Elektroden 130 und 132 sowie Elektroden 131 und 133. Der Oszillator 128 wird verlagert, wenn in einer horizontalen Richtung (im Folgenden als eine X-Achsenrichtung bezeichnet) eine Beschleunigung hinzukommt. Der Oszillator 129 wird verlagert, wenn eine Beschleunigung in einer longitudinalen Richtung (im Folgenden als eine Y-Achsenrichtung bezeichnet) hinzukommt. Die Elektroden 130 und 132 detektieren die Beträge der Verlagerung in der X-Achsen- und in der Y-Achsenrichtung in Übereinstimmung mit der Kapazitätsänderung. Die Elektroden 132 und 133 legen Spannungen an, um den Oszillator 128 in der X-Achsenrichtung und den Oszillator 129 in der Y-Achsenrichtung erzwungen zu verlagern. Der zweiachsige Hoch-G-Sensor 101 umfasst ferner Kapazitätsdetektoren 135 und 136 sowie A/D-Umsetzer 148 und 149. Die Kapazitätsdetektoren 135 und 136 detektieren die Veränderung der Kapazität aufgrund der Verlagerung und geben die Veränderung als eine Spannung aus. Die A/D-Umsetzer 148 und 149 setzen die detektierte Spannung in ein digitales Signal um.
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Auf ähnliche Weise umfasst ein zweiachsiger Niedrig-G-Sensor 102 einen Oszillator 121, einen Oszillator 122, Elektroden 123 und 125 sowie Elektroden 124 und 126. Der Oszillator 121 wird verlagert, wenn in der X-Achsenrichtung eine Beschleunigung hinzukommt. Der Oszillator 122 wird verlagert, wenn in der Y-Achsenrichtung eine Beschleunigung hinzukommt. Die Elektroden 123 und 125 detektieren die Beträge der Verlagerung in der X-Achsen- und der Y-Achsenrichtung in Übereinstimmung mit der Kapazitätsänderung. Die Elektroden 124 und 126 legen Spannungen an, um den Oszillator 121 in der X-Achsenrichtung und den Oszillator 122 in der Y-Achsenrichtung erzwungen zu verlagern. Der zweiachsige Niedrig-G-Sensor 102 umfasst ferner Kapazitätsdetektoren 111 und 112 sowie A/D-Umsetzer 145 und 146. Die Kapazitätsdetektoren 111 und 112 detektieren die Kapazitätsänderung aufgrund der Verlagerung und geben die Änderung als eine Spannung aus. Die A/D-Umsetzer 145 und 146 setzen die detektierte Spannung in ein digitales Signal um.
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Die Steuerschaltung umfasst einen Temperatursensor 137 und einen A/D-Umsetzer 138. Der Temperatursensor 137 detektiert eine Umgebungstemperatur und setzt die Temperatur in eine Spannung um, um die Spannung auszugeben. Der A/D-Umsetzer 138 setzt die Ausgangsspannung in ein digitales Signal um.
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Ferner umfasst die Steuerschaltung Charakteristikkorrektureinheiten 140 und 141, die die Ausgänge des Hoch-G-Beschleunigungssensors sammeln, und Charakteristikkorrektureinheiten 142 und 143, die die Ausgänge des Niedrig-G-Beschleunigungssensors sammeln, in Übereinstimmung mit dem Ausgang des Temperatursensors 137.
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Ferner umfasst die Steuereinheit eine Haltezeit-Diagnoseeinheit 151, die den Hoch-G-Sensor und den Niedrig-G-Sensor diagnostiziert, während das Fahrzeug hält, und eine Fahrzeit-Fehlerdetektionseinheit 152, die die beiden G-Sensoren diagnostiziert, während das Fahrzeug fährt.
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Ferner umfasst die Steuereinheit eine Kommunikationseinheit 153, die die Ausgänge der Sensoren an eine externe Vorrichtung 154 ausgibt.
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Als Nächstes wird der Betrieb der Steuerschaltung beschrieben. Eine Beschleunigung, die in der X-Achsenrichtung hinzukommt, verlagert den Oszillator 128 in dem zweiachsigen Hoch-G-Sensor 101 und bewirkt die Kapazitätsänderung an einer festen Elektrode 130 in Übereinstimmung mit der Verlagerung. Dann wird ein Signal der Verlagerung des Oszillators, das über den Kapazitätsdetektor 135 und den A/D-Umsetzer erhalten wird, als Beschleunigung detektiert. Das System des Oszillators 129 zum Detektieren der Beschleunigung in der Y-Achsenrichtung arbeitet ähnlich wie das System des Oszillators 128.
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Als Nächstes verlagert eine Beschleunigung, die in der X-Achsenrichtung hinzukommt, den Oszillator 121 in dem zweiachsigen Niedrig-G-Sensor 102 und bewirkt die Kapazitätsänderung an einer festen Elektrode 123 entsprechend der Verlagerung. Dann wird ein Signal der Verlagerung des Oszillators, das über den Kapazitätsdetektor 111 und den A/D-Umsetzer 145 erhalten wird, als Beschleunigung detektiert. Das System des Oszillators 122 zum Detektieren der Beschleunigung in der Y-Achsenrichtung arbeitet ähnlich wie das System des Oszillators 121.
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Als Nächstes entfernen die Hoch-XG-Charakteristikkorrektureinheit 140 und die Hoch-YG-Charakteristikkorrektureinheit 141 die Hochfrequenzrauschkomponente aus den Ausgängen der Beschleunigung in den zwei Richtungen unter Verwendung einer Temperaturkorrekturoperation und eines Tiefpassfilters in Übereinstimmung mit dem Wert, der durch den Temperatursensor 137 detektiert wird.
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Als Nächstes entfernen die Niedrig-XG-Charakteristikkorrektureinheit 142 und die Niedrig-YG-Charakteristikkorrektureinheit 143 die Hochfrequenzrauschkomponente aus den Ausgängen der Beschleunigung in den zwei Richtungen unter Verwendung einer Temperaturkorrekturoperation und eines Tiefpassfilters in Übereinstimmung mit dem Wert, der durch den Temperatursensor 137 detektiert wird.
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Als Nächstes diagnostiziert die Haltezeit-Diagnoseeinheit 151 den zweiachsigen Hoch-G-Sensor 101 und den zweiachsigen Niedrig-G-Sensor 102, während das Fahrzeug hält. Als Nächstes detektiert die Fahrzeit-Fehlerdetektionseinheit 152 einen Fehler des zweiachsigen Hoch-G-Sensors 101 und des zweiachsigen Niedrig-G-Sensors 102, während das Fahrzeug fährt.
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Als Nächstes sendet die Kommunikationseinheit 153 die Werte der Beschleunigung, die bei dem zweiachsigen Hoch-G-Sensor 101 und bei dem zweiachsigen Niedrig-G-Sensor 102 detektiert werden, den Ausgang der Haltezeit-Diagnoseeinheit 151 und den Ausgang der Fahrzeit-Fehlerdetektionseinheit 152 zu einer externen Vorrichtung.
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2 veranschaulicht eine Ausführungsform der Haltezeit-Diagnoseeinheit 151 von 1. Sowohl eine Hoch-G-Bestimmungsschwellenwerteinheit 211 als auch eine Niedrig-G-Bestimmungsschwellenwerteinheit 213 ist jeweils ein Register, das konfiguriert ist, um einen Schwellenwert für die Bestimmung einer Diagnose zu speichern. Eine Sensorbestimmungseinheit 212 ist eine Funktion, um den Ausgang des Beschleunigungssensors zu diagnostizieren. Die Operation der Sensorbestimmungseinheit 212 wird im Einzelnen in 3 beschrieben. Eine Erwartungseinheit 215 ist ein Register, das konfiguriert ist, die zu detektierende Erwartung für die Ausführung einer Diagnose der Fehlerdetektionsfunktion der Fahrzeit-Fehlerdetektionseinheit 152 zu speichern. Eine Fehlerdetektions-Bestimmungseinheit 216 ist eine Funktion, um eine Diagnose der Fahrzeit-Fehlerdetektionseinheit 152 auszuführen. Die Operation der Fehlerdetektions-Bestimmungseinheit 216 wird im Einzelnen in 4 beschrieben. Ein Haltezeit-Diagnoseergebnisregister 202 speichert die Ausgänge der beiden Sensorbestimmungseinheiten 212 und den Ausgang der Fehlerdetektions-Bestimmungseinheit 216. Eine Hoch-G-Diagnosespannungs-Erzeugungseinheit 203 ist eine Funktion, um konstante Spannungen an die Elektroden 131 und 133 anzulegen, um den Oszillator 128 in der X-Achsenrichtung und den Oszillator 129 in der Y-Achsenrichtung erzwungen zu verlagern, wenn die Beschleunigungsdetektionsfunktion als Prozess der Haltezeit-Diagnoseeinheit 151 diagnostiziert wird. Eine Niedrig-G-Diagnosespannungs-Erzeugungseinheit 204 arbeitet, um konstante Spannungen an die Elektroden 124 und 126 anzulegen, um den Oszillator 121 in der X-Achsenrichtung und den Oszillator 122 in der Y-Achsenrichtung erzwungen zu verlagern, um die Beschleunigungsdetektionsfunktion zu diagnostizieren, wenn der Prozess der Haltezeit-Diagnoseeinheit 151 ausgeführt wird.
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3 veranschaulicht eine Ausführungsform der Sensorbestimmungseinheiten 212 von 2. Zunächst legen die Diagnosespannungs-Erzeugungseinheiten 203 und 204 Spannungen an, um die Oszillatoren 121, 122, 128 und 129 zu der Plusseite zu verlagern. Wenn jedes der Ausgangssignale von den Oszillatoren 121 und 122 innerhalb des Bestimmungsschwellenwerts auf der Plusseite, der in der Niedrig-G-Bestimmungsschwellenwerteinheit 213 gespeichert ist, liegt und jedes der Ausgangssignale von den Oszillatoren 128 und 129 innerhalb des Bestimmungsschwellenwerts auf der Plusseite, der in der Hoch-G-Bestimmungsschwellenwerteinheit 211 gespeichert ist, liegt, wird als ein Sensordiagnose-Merker ”0” ausgegeben. Wenn andererseits jedes der Ausgangssignale von den Oszillatoren nicht innerhalb der Bestimmungsschwellenwerte liegt, wird als der Sensordiagnose-Merker ”1” ausgegeben. Als Nächstes legen die Diagnosespannungs-Erzeugungseinheiten 203 und 204 Spannungen an, um die Oszillatoren 121, 122, 128 und 129 zu der Minusseite zu verlagern. Dann wird der gleiche Prozess wie bei der Diagnose auf der Plusseite unter Verwendung jedes der Bestimmungsschwellenwerte auf der Minusseite, die in der Hoch-G-Bestimmungsschwellenwerteinheit 211 bzw. in der Niedrig-G-Bestimmungsschwellenwerteinheit 213 gespeichert sind, ausgeführt. Dann wird bestimmt, ob der Wert des Diagnose-Merkers, der oben ermittelt wurde, gleich dem von der Sensorbestimmungseinheit 212 ausgegebenen Signalwert ist. Dieser Prozess ist eine Funktion, um den Schaltungsteil der Sensorbestimmungseinheit 212 zu diagnostizieren.
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4 veranschaulicht eine Ausführungsform der Fehlerdetektions-Bestimmungseinheit 216 während der Fahrt von 2. Zunächst wird die Diagnosespannung für den Niedrig-G-Sensor abgeschaltet (0 V). Als Nächstes wird die Diagnosespannung für den Hoch-G-Sensor zu der Plusseite eingeschaltet (2,5 V). In diesem Zustand wird bestimmt, ob der Ausgang des Hoch-G-Sensors größer ist als der Ausgang des Niedrig-G-Sensors. Wenn der Ausgang des Hoch-G-Sensors größer ist als der Ausgang des Niedrig-G-Sensors, wird bestimmt, dass die Fehlerdetektion normal ist, wobei in dem Diagnose-Merker ”0” gesetzt wird. Andernfalls wird bestimmt, das die Fehlerdetektion anomal ist, wobei im Diagnose-Merker ”1” gesetzt wird. Als Nächstes wird die Diagnosespannung für den Hoch-G-Sensor zu der Minusseite eingeschaltet (–2,5 V). In diesem Zustand wird bestimmt, ob der Ausgang des Hoch-G-Sensors kleiner ist als der Ausgang des Niedrig-G-Sensors. Wenn der Ausgang des Hoch-G-Sensors kleiner ist als der Ausgang des Niedrig-G-Sensors, wird bestimmt, dass die Fehlerdetektion normal ist, wobei in dem Diagnose-Merker ”0” gesetzt wird. Andernfalls wird bestimmt, dass die Fehlerdetektion anomal ist, wobei in dem Diagnose-Merker ”1” gesetzt wird. Als Nächstes wird die Spannung für den Hoch-G-Sensor ausgeschaltet (0 V). Dann wird die Diagnosespannung für den Niedrig-G-Sensor zu der Plusseite eingeschaltet (2,5 V). In diesem Zustand wird bestimmt, ob der Ausgang des Niedrig-G-Sensors größer ist als der Ausgang des Hoch-G-Sensors. Wenn der Ausgang des Niedrig-G-Sensors größer ist als der Ausgang des Hoch-G-Sensors, wird bestimmt, dass die Fehlerdetektion normal ist, wobei in dem Diagnose-Merker ”0” gesetzt wird. Andernfalls wird bestimmt, dass die Fehlerdetektion anomal ist, wobei in dem Diagnose-Merker ”1” gesetzt wird. Als Nächstes wird die Diagnosespannung für den Niedrig-G-Sensor auf der Minusseite eingeschaltet (–2,5 V). In diesem Zustand wird bestimmt, ob der Ausgang des Niedrig-G-Sensors kleiner ist als der Ausgang des Hoch-G-Sensors. Wenn der Ausgang des Niedrig-G-Sensors kleiner ist als der Hoch-G-Sensors, wird bestimmt, dass die Fehlerdetektion normal ist, wobei in dem Diagnose-Merker ”0” gesetzt wird. Andernfalls wird bestimmt, dass die Fehlerdetektion anomal ist, wobei in dem Diagnose-Merker ”1” gesetzt wird.
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5 veranschaulicht eine Ausführungsform der Fahrzeit-Fehlerdetektionseinheit 152. In einer Fahrzeit- Fehlerdetektionsprozess-Einheit 301 ist ein Tiefpassfilter 311 eine Funktion, um die Phase des Ausgangs des Hoch-G-Sensors, der schnell verlagert wird, auf die Phase des Ausgangs des Niedrig-G-Sensors, der langsam verlagert wird, einzustellen. Als Nächstes ist ein Verstärker 312 eine Funktion, um den Ausgangswert des Hoch-G-Sensors an den Ausgangswert des Niedrig- G-Sensors anzupassen, wenn eine Beschleunigung erzeugt wird. Eine Subtraktionseinheit 313 ist eine Funktion, um den Ausgang des Niedrig-G-Sensors von dem Ausgang des Hoch-G-Sensors zu subtrahieren. Dann ist eine Fehlerdetektionseinheit 314 eine Funktion, um einen Fehler des Hoch-G-Sensors und des Niedrig-G-Sensors anhand des Ausgangs der Subtraktionseinheit 313 und des Ausgangs des Niedrig-G-Sensors zu detektieren. Ein Fahrzeit-Fehlerdetektionsergebnis-Register 302 speichert Fehlerdetektionsergebnisse des Hoch-G-Sensors und des Niedrig-G-Sensors in der X-Richtung und in der Y-Richtung.
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6 veranschaulicht beispielhafte Speichereinträge für die Ausgänge in dem Haltezeit-Diagnoseergebnisregister 202 und in dem Fahrzeit-Fehlerdetektionsergebnis-Register 302.
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7 veranschaulicht eine Ausführungsform der Fehlerdetektionseinheit 314 in 5. Wenn ein Absolutwert des Ausgangs der Subtraktionseinheit 313 kleiner ist als die obere Grenze des detektierbaren Werts (beispielsweise der detektierte Maximalwert des Niedrig-G-Sensors) und größer ist als die untere Grenze des detektierbaren Werts (beispielsweise ist der Ausgang des Niedrig-G-Sensors ”0”), wird der nachfolgende Prozess in der Fehlerdetektionseinheit 314 ausgeführt. Andernfalls wird bestimmt, dass der detektierte Wert nicht normal ist und dass der Prozess in der Fehlerdetektionseinheit 314 nicht ausgeführt wird. Wenn dann der Absolutwert der Differenz zwischen dem Ausgang des Hoch-G-Sensors und dem Ausgang des Niedrig-G-Sensors, die der Ausgang von der Subtraktionseinheit 313 ist, innerhalb des Bereichs zwischen dem oberen Wert und dem unteren Wert der Bestimmung liegt, wird festgestellt, dass kein Fehler vorliegt, wobei der Diagnose-Merker auf ”0” gesetzt wird. Andernfalls wird bestimmt, dass ein Fehler vorliegt, wobei der Diagnose-Merker auf ”1” gesetzt wird.
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8 veranschaulicht Beispiele des Ausgangssignals jeder der Diagnosespannungs-Erzeugungseinheiten 203 und 204 in 2 und des Ausgangs des Beschleunigungssensors. Beispielsweise gibt der Hoch-G-Sensor ”0 G” aus, wenn die Diagnose 0 V ist. Der Hoch-G-Sensor gibt ”50 G” (49 m/s2) aus, wenn die Diagnosespannung 2,5 V ist. Der Hoch-G-Sensor wird gesteuert, um ”–50 G” (–49 m/s2) auszugeben, wenn die Diagnosespannung –2,5 V ist. Ferner gibt der Niedrig-G-Sensor ”0 G” aus, wenn die Diagnosespannung 0 V ist. Der Niedrig-G-Sensor gibt ”1 G” (0,98 m/s2) aus, wenn die Diagnosespannung 2,5 V ist. Der Niedrig-G-Sensor wird gesteuert, um ”–1 G” (–0,98 m/s2) auszugeben, wenn die Diagnosespannung gleich –2,5 V ist.
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Merkmale, Komponenten und spezifische Einzelheiten der Strukturen der oben beschriebenen Ausführungsformen können ausgetauscht oder kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen zu bilden, die für die jeweilige Anwendung optimiert sind. Soweit solche Abwandlungen für einen Fachmann auf dem Gebiet klar sind, sollen sie durch die obige Beschreibung implizit offenbart sein, ohne jede mögliche Kombination explizit im Einzelnen anzugeben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 04-203969 A [0002, 0003]
