DE112011104604T5

DE112011104604T5 - Sensormodul und Sensorsytem

Info

Publication number: DE112011104604T5
Application number: DE112011104604.9T
Authority: DE
Inventors: Daisuke Maeda; Heewon JEONG; Masahide Hayashi
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2010-12-27
Filing date: 2011-11-24
Publication date: 2014-01-09
Also published as: JP5512507B2; US9279827B2; WO2012090627A1; JP2012137426A; US20130319075A1

Abstract

Die Zuverlässigkeit und die Genauigkeit eines Sensors werden sichergestellt, während Einstellkosten eines Sensormoduls unterdrückt werden. Ein Signalkomponentenanalyseteil 10 empfängt ein von einem Signalverarbeitungsteil 7 ausgegebenes Signal, bevor es durch ein Tiefpassfilter 8 geschickt wird, analysiert, ob die Anwendung einer fragilen Frequenz in Bezug auf eine physikalische Größe gleich oder größer als ein Schwellenpegel ist, gibt dann, wenn die Anwendung der fragilen Frequenz gleich oder größer als der Schwellenpegel ist, ein Ausgabestoppsignal an Ausgabesignalsteuerteile 9, 16 aus. Die Ausgabesteuerteile 9, 16 empfangen Steuersignale, die von dem Signalkomponentenanalyseteil 10 ausgegeben werden, und geben durch die Signalverarbeitungsteile 7, 14 ein Beschleunigungssignal und ein Signal einer physikalischen Größe aus, aus denen das Rauschen durch die Tiefpassfilter 8, 15 entfernt worden ist.

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung bezieht sich auf eine Messtechnologie für Sensoren zum Detektieren verschiedener physikalischer Größen und insbesondere auf eine Technologie, die bewirkt, die Ausgabe eines anomalen Werts und eine Fehler-Fehldiagnose von Sensoren, die Frequenzaufspaltungsbänder in Bezug auf physikalische Eingangsgrößen haben, zu verhindern.
Hintergrundgebiet
Unter Sensoren zum Messen und Umsetzen physikalischer Größen in elektrische Signale wie etwa Trägheitsgrößensensoren und Drucksensoren wird in Sensoren gemäß dem Prinzip der Detektion einer mechanischen Verlagerung im Allgemeinen ein Verhalten (Schwingungsmodus), das von dem stationären Zustand verschieden ist, durch Anwenden einer Schwingung mit einer Frequenz erzeugt, die mit der Eigenfrequenz des mechanischen Teils in Beziehung steht.
Daher wird die mit der Eigenfrequenz in Beziehung stehende Frequenz Frequenzaufspaltung genannt, wobei es für die Verbesserung der Zuverlässigkeit der Sensoren wichtig ist, robuste Entwürfe in Bezug auf die Schwingungsanwendung bei dieser Frequenz zu schaffen.
Beispielsweise hat unter den Winkelgeschwindigkeitssensoren jener, der die so genannte Corioliswirkung als sein Prinzip verwendet, im Allgemeinen eine Konfiguration, um eine Masse mit einer Resonanzfrequenz in einer Antriebsrichtung schwingen zu lassen, und um dann, wenn auf die Masse eine Winkelgeschwindigkeit angewendet wird, eine in der Richtung senkrecht zu der Antriebsrichtung erzeugte Corioliskraft anhand der Verlagerung der Masse zu detektieren und sie als ein elektrisches Signal auszugeben. Der Unterschied zwischen der Resonanzfrequenz in der Antriebsrichtung und der Resonanzfrequenz in der Detektionsrichtung ist die Frequenzaufspaltung.
Es ist bekannt, dass in dem oben beschriebenen Winkelgeschwindigkeitssensor, der das Prinzip der Corioliswirkung verwendet, die Verlagerung der Masse in der Detektionsrichtung größer wird als die Verlagerung bei Anwendung der Winkelgeschwindigkeit auf das Band unterhalb der Frequenzaufspaltung, d. h. das Band, das für den Sensor durch die Winkelgeschwindigkeitsanwendung in der Nähe der Frequenzaufspaltung notwendig ist, wobei es möglich ist, dass durch die Sättigung von Signalen in einer Schaltung und durch Signalpegel außerhalb des normalen Bereichs eine Fehler-Fehldiagnose der Selbstdiagnosefunktion des Sensors verursacht wird.
9 zeigt eine Ausgangskennlinie einer offenen Schaltung in Bezug auf eine eingegebene Winkelgeschwindigkeitsfrequenz eines Winkelgeschwindigkeitssensors ohne Frequenzaufspaltung (d. h., die Resonanzfrequenz in der Antriebsrichtung und die Resonanzfrequenz in der Detektionsrichtung sind gleich), während 10 den gleichen Sachverhalt mit einer Frequenzaufspaltung bei etwa 500 Hz zeigt.
Im Fall des Winkelgeschwindigkeitssensors ohne die Frequenzaufspaltung, der in 9 gezeigt ist, zeigt sein Ausgang bei einer bestimmten Frequenz die gleiche Signalstärkekennlinie, wobei die Verstärkung bei den höheren Frequenzen geringer wird. Andererseits zeigt der Winkelgeschwindigkeitssensor mit Frequenzaufspaltung, der in 10 gezeigt ist, eine Frequenzcharakteristik mit einer Spitze im Frequenzaufspaltungsband. Der Grund hierfür besteht darin, dass sich die Summe aus der Frequenz der angewendeten Winkelgeschwindigkeit und aus der Frequenz in der Antriebsrichtung an die Resonanzfrequenz in der Detektionsrichtung annähert.
Die Resonanzfrequenz in der Antriebsrichtung und die Resonanzfrequenz in der Detektionsrichtung werden aneinander angeglichen, wodurch die Frequenzaufspaltung beseitigt wird, wobei als Technologie für die Lösung des Problems eine Technologie zum Ändern der Resonanzfrequenz in der Detektionsrichtung durch Ausüben einer Kraft in einem Gleichstrom auf die Masse in der Detektionsrichtung allgemein bekannt ist.
Ferner ist in dem Typ eines Winkelgeschwindigkeitssensors als Technologie zum Verhindern der Ausgabe des Signals in dem Frequenzaufspaltungsband mit der größeren Verstärkung beispielsweise eine Technologie der Reihenschaltung eines Butterworth-Filters und eines Chebyshev-Filters als eine Filterkonfiguration zum Verringern nur der Verstärkung der Frequenzaufspaltung, während die Verstärkung in dem gewünschten Band des Sensors beibehalten wird, bekannt (siehe Patentdokument 1).
Entgegenhaltungsliste:
Patentliteratur

PTL 1: JP 2008-256668 A

Zusammenfassung der Erfindung
Technische Probleme
Bei den oben beschriebenen Frequenzaufspaltungs-Einstelltechnologien in den Winkelgeschwindigkeitssensoren haben die Erfinder jedoch festgestellt, dass die folgenden Probleme bestehen.
Beispielsweise ist es in der Konfiguration des Ausübens der Kraft in dem Gleichstrom auf die Masse in der Detektionsrichtung für die Beseitigung der Frequenzaufspaltung des Winkelgeschwindigkeitssensors für die Einstellung der Frequenzaufspaltung mit individueller Variabilität notwendig gewesen, die Frequenzaufspaltung in Bezug auf jeden Sensor individuell zu messen und einen Wert einer angelegten Spannung einzustellen. Daher hat das Problem bestanden, dass hohe Einstellkosten für die Einstellung der Frequenzaufspaltung, die unter den individuellen Sensoren variiert, verursacht werden. Ferner ist es notwendig, sie während der gesamten Verwendungsdauer des Sensors aufrecht zu erhalten, weshalb das Problem bestand, dass höhere Kosten für die Einstellung und die Wartung für das Verhalten des Sensors erforderlich sind.
Außerdem können in der Technologie des Einbauens der Filterkonfiguration, um nur die Verstärkung in dem Frequenzaufspaltungsband zu verringern, während die Verstärkung des gewünschten Bandes des Sensors beibehalten wird, die Ausgabe des anomalen Werts und die Fehler-Fehldiagnose aufgrund der Signalsättigung stromaufseitig des Filters auftreten, außerdem kann die Zuverlässigkeit erniedrigt werden.
Andererseits kann sich in dem Fall, in dem der maximale Signalwert der Schaltung gleich der Signalstärke gemacht wird, wenn die Frequenzaufspaltung erzeugt wird, um das Auftreten einer Sättigung zu unterdrücken, die Auflösung des Bandes, die ursprünglich für den Sensor erwünscht ist, der so genannte dynamische Bereich, verschlechtern, wobei die Genauigkeit des Sensors gesenkt werden könnte. Das heißt, in der Konfiguration liegt ein Kompromiss zwischen der Sicherstellung der Zuverlässigkeit und der Genauigkeit des Sensors vor.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Technologie zu schaffen, die die Zuverlässigkeit und die Genauigkeit eines Sensors sicherstellt und Einstellkosten des Sensors unterdrückt.
Die oben beschriebene und andere Aufgaben sowie neue Merkmale der Erfindung gehen aus der Beschreibung der Anmeldung und den beigefügten Zeichnungen hervor.
Lösung für Probleme
Im Folgenden werden für die in dieser Anmeldung offenbarten Erfindungen Zusammenfassungen ihrer Repräsentanten erläutert.
Die Erfindung besitzt ein erstes Detektionselement, das eine Beschleunigung von außen detektiert, eine Beschleunigungssignalverarbeitungseinheit, die ein durch das erste Detektionselement detektiertes Beschleunigungssignal verarbeitet, ein erstes Filter, das aus dem durch die Beschleunigungssignalverarbeitungseinheit verarbeiteten Signal ein Rauschen entfernt, ein zweites Detektionselement, das eine andere physikalische Größe als die Beschleunigung detektiert, eine erste Verarbeitungseinheit für ein Signal der physikalischen Größe, die ein Signal der physikalischen Größe, die durch das zweite Detektionselement detektiert wird, verarbeitet, ein zweites Filter, das aus dem durch die erste Verarbeitungseinheit für ein Signal der physikalischen Größe verarbeiteten Signal ein Rauschen entfernt, eine Signalkomponentenanalyseeinheit, die eine Frequenzkomponente des durch die Beschleunigungssignalverarbeitungseinheit verarbeiteten Signals analysiert, bestimmt, ob eine physikalische Größe mit einer Frequenzaufspaltungskomponente, die eine Differenz zwischen einer Frequenz in einer Antriebsrichtung des zweiten Detektionselements und einer Frequenz in einer Detektionsrichtung des zweiten Detektionselements repräsentiert, angewendet wird, und, falls sie bestimmt, dass die physikalische Größe mit der Frequenzaufspaltungskomponente angewendet wird, ein Ausgabestoppsignal ausgibt, eine erste Ausgabesteuereinheit, die die Ausgabe des von dem ersten Filter ausgegebenen Signals stoppt, wenn von der Signalkomponentenanalyseeinheit das Ausgabestoppsignal ausgegeben wird, und eine zweite Ausgabesteuereinheit, die die Ausgabe des von dem zweiten Filter ausgegebenen Signals stoppt, wenn von der Signalkomponentenanalyseeinheit das Ausgabestoppsignal ausgegeben wird.
Ferner geben die erste und die zweite Ausgabesteuereinheit Merker aus, die angeben, dass die Signalausgabe gestoppt wird, wenn das Ausgabestoppsignal von der Signalkomponentenanalyseeinheit ausgegeben wird.
Ferner ist gemäß der Erfindung die durch das zweite Detektionselement detektierte physikalische Größe eine Winkelgeschwindigkeit.
Außerdem sind gemäß der Erfindung die Beschleunigungssignalverarbeitungseinheit, das erste und das zweite Filter, die Signalkomponentenanalyseeinheit, die erste und die zweite Ausgabesteuereinheit und die erste Verarbeitungseinheit für ein Signal der physikalischen Größe auf einem Halbleiterchip gebildet.
Ferner besitzt die Erfindung ein drittes Detektionselement, das eine andere physikalische Größe als die Beschleunigung detektiert, eine zweite Verarbeitungseinheit für ein Signal der physikalischen Größe, die ein Signal der physikalischen Größe, die durch das dritte Detektionselement detektiert wird, verarbeitet, ein drittes Filter, das aus dem Signal, das durch die zweite Verarbeitungseinheit für ein Signal der physikalischen Größe verarbeitet wird, ein Rauschen entfernt, und eine dritte Ausgabesteuereinheit, die die Ausgabe des von dem dritten Filter ausgegebenen Signals stoppt, wenn von der Signalkomponentenanalyseeinheit das Ausgabestoppsignal ausgegeben wird.
Ferner besitzt die Erfindung einen ersten Halbleiterchip, auf dem die Beschleunigungssignalverarbeitungseinheit, das erste Filter, die erste Ausgabesteuereinheit und die Signalkomponentenanalyseeinheit gebildet sind, und einen zweiten Halbleiterchip, auf dem die erste Verarbeitungseinheit für ein Signal der physikalischen Größe, das zweite Filter und die zweite Ausgabesteuereinheit gebildet sind, wobei der erste Halbleiterchip mit dem zweiten Halbleiterchip durch einen Kontaktierungsdraht verbunden ist und das Ausgangsstoppsignal, das von der Signalkomponentenanalyseeinheit ausgegeben wird, an die zweite Ausgabesteuereinheit über den Kontaktierungsdraht überträgt.
Außerdem wird die Zusammenfassung der anderen Erfindungen der Anmeldung kurz beschrieben.
Die Erfindung besitzt ein Sensormodul, das ein Detektionselement, das eine Beschleunigung von außen detektiert, eine Beschleunigungssignalverarbeitungseinheit, die ein durch das erste Detektionselement detektiertes Beschleunigungssignal verarbeitet, ein erstes Filter, das aus dem durch die Beschleunigungssignalverarbeitungseinheit verarbeiteten Signal ein Rauschen entfernt, ein zweites Detektionselement, das eine andere physikalische Größe als die Beschleunigung detektiert, eine erste Verarbeitungseinheit für ein Signal der physikalischen Größe, die ein Signal der physikalischen Größe, die durch das zweite Detektionselement detektiert wird, verarbeitet, und ein zweites Filter, das aus dem Signal, das durch die erste Verarbeitungseinheit für ein Signal der physikalischen Größe verarbeitet wird, ein Rauschen entfernt, und einen Prozessor, der einen Aktor gemäß den Signalen, die über das erste und das zweite Filter ausgegeben werden, steuert, umfasst, wobei der Prozessor ein zweites Filter, das aus dem durch die erste Verarbeitungseinheit für ein Signal der physikalischen Größe verarbeiteten Signal ein Rauschen entfernt, eine Signalkomponentenanalyseeinheit, die die Frequenzkomponente des durch die Beschleunigungssignalverarbeitungseinheit verarbeiteten Signals analysiert, bestimmt, ob die physikalische Größe, die eine Frequenzaufspaltungskomponente besitzt, die eine Differenz zwischen einer Frequenz in einer Antriebsrichtung des zweiten Detektionselements und einer Frequenz in einer Detektionsrichtung des zweiten Detektionselements repräsentiert, angewendet wird, und, falls sie bestimmt, dass die physikalische Größe mit der Frequenzaufspaltungskomponente angewendet wird, ein Ausgabestoppsignal ausgibt, und eine Internzustand-Bestimmungseinheit, die einen Übergang in einen Zustand vornimmt, in dem der Prozessor die Steuerung des Aktors nicht ausführt, wenn von der Signalkomponentenanalyseeinheit das Stoppsignal ausgegeben wird, besitzt.
Ferner besitzt die Erfindung ein Sensormodul, das ein erstes Detektionselement, das eine Beschleunigung von außen detektiert, eine Beschleunigungssignalverarbeitungseinheit, die ein durch das erste Detektionselement detektiertes Beschleunigungssignal verarbeitet, ein erstes Filter, das aus dem durch die Beschleunigungssignalverarbeitungseinheit verarbeiteten Signal ein Rauschen entfernt, ein zweites Detektionselement, das eine andere physikalische Größe als die Beschleunigung detektiert, eine erste Verarbeitungseinheit für ein Signal der physikalischen Größe, die ein Signal der physikalischen Größe, das durch das zweite Detektionselement detektiert wird, verarbeitet, und ein zweites Filter, das aus dem durch die erste Verarbeitungseinheit für ein Signal der physikalischen Größe verarbeiteten Signal ein Rauschen entfernt, und einen Prozessor, der einen Aktor in Übereinstimmung mit den Signalen, die über das erste und das zweite Filter ausgegeben werden, steuert, umfasst, wobei der Prozessor eine Signalkomponentenanalyseeinheit, die eine Frequenzkomponente des von dem ersten Filter ausgegebenen Signals analysiert, bestimmt, ob eine physikalische Größe mit einer Frequenzaufspaltungskomponente, die eine Differenz zwischen einer Frequenz in einer Antriebsrichtung des zweiten Detektionselements und einer Frequenz in einer Detektionsrichtung des zweiten Detektionselements repräsentiert, angewendet wird, und, falls sie bestimmt, dass die physikalische Größe mit der Frequenzaufspaltungskomponente angewendet wird, ein Ausgabestoppsignal ausgibt, und eine Internzustand-Bestimmungseinheit, die einen Übergang zu einem Zustand vornimmt, in dem der Prozessor die Steuerung des Aktors nicht ausführt, wenn das Stoppsignal von der Signalkomponentenanalyseeinheit ausgegeben wird, besitzt.
Vorteilhafte Wirkungen
Unter den in der Anmeldung offenbarten Erfindungen werden die vorteilhaften Wirkungen, die durch die Repräsentanten erhalten werden, im Folgenden kurz erläutert.

(1) Die Ausgabe des anomalen Werts durch Erfassen der Winkelgeschwindigkeit bei der Frequenzaufspaltung kann verhindert werden, wodurch das Sensormodul mit höherer Genauigkeit ohne den Bedarf an der Einstellung der Frequenzaufspaltung in dem Sensormodul verwirklicht werden kann.
(2) Ferner kann gemäß (1) das Sensormodul mit höherer Zuverlässigkeit bei geringeren Kosten verwirklicht werden.
(3) Ferner ist das Sensorsystem unter Verwendung des Sensormoduls gebildet, wodurch die Zuverlässigkeit in dem Sensorsystem verbessert werden kann.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockschaltplan, der ein Beispiel einer Konfiguration in einem Sensormodul gemäß der Ausführungsform 1 der Erfindung zeigt.
2 ist ein erläuternde Darstellung, die ein Beispiel eines Zusammenhangs zwischen Beschleunigung und einer anderen physikalischen Größe zeigt.
3 ist eine erläuternde Darstellung, die ein Beispiel einer Ausführungsform für die Montage in dem Sensormodul in 1 zeigt.
4 ist eine erläuternde Darstellung, die ein weiteres Beispiel von 3 zeigt.
5 ist ein Blockschaltplan, der ein weiteres Beispiel in dem Sensormodul in 1 zeigt.
6 ist eine erläuternde Darstellung, die ein Beispiel in einem Sensorsystem zeigt, das unter Verwendung eines Sensormoduls gemäß der Ausführungsform 2 der Erfindung gebildet ist.
7 ist eine erläuternde Darstellung, die ein Beispiel in einem Sensorsystem zeigt, das unter Verwendung eines Sensormoduls gemäß der Ausführungsform 3 der Erfindung gebildet ist.
8 ist eine erläuternde Darstellung, die eine Beziehung zwischen der Sensorantwort und Charakteristiken eines Tiefpassfilters in einer Beschleunigungssensoreinheit, die in 7 gezeigt ist, zeigt.
9 ist eine erläuternde Darstellung, die ein Beispiel der Ausgangscharakteristik einer offenen Schaltung in Bezug auf eine eingegebene Winkelgeschwindigkeitsfrequenz eines Winkelgeschwindigkeitssensors ohne Frequenzaufspaltung, die von den Erfindern untersucht worden ist, zeigt.
10 ist eine erläuternde Darstellung, die ein Beispiel der Ausgangscharakteristik einer offenen Schaltung in Bezug auf eine eingegebene Winkelgeschwindigkeitsfrequenz eines Winkelgeschwindigkeitssensors mit Frequenzaufspaltung bei 500 Hz, die von den Erfindern untersucht worden ist, zeigt.
Beschreibung von Ausführungsformen
Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen im Einzelnen erläutert. Es sei angemerkt, dass in allen Zeichnungen zur Erläuterung der Ausführungsformen die gleichen Elemente grundsätzlich die gleichen Bezugszeichen haben und ihre wiederholte Erläuterung weggelassen wird.
(Ausführungsform 1)
1 ist ein Blockschaltplan, der ein Beispiel einer Konfiguration eines Sensormoduls gemäß der Ausführungsform 1 der Erfindung zeigt, 2 ist eine erläuternde Darstellung, die ein Beispiel des Zusammenhangs zwischen der Beschleunigung und einer anderen physikalischen Größe zeigt, 3 ist eine erläuternde Darstellung, die ein Beispiel einer Ausführungsform für die Montage in dem Sensormodul in 1 zeigt, 4 ist eine erläuternde Darstellung, die ein anderes Beispiel als 3 zeigt, und 5 ist ein Blockschaltplan, der ein weiteres Beispiel in dem Sensormodul von 1 zeigt.
«Übersicht über die Erfindung»
Die erste Übersicht der Erfindung betrifft ein Sensormodul mit einem ersten Detektionselement (Beschleunigungsdetektionselement 4), das eine Beschleunigung von außen detektiert, einem zweiten Detektionselement (Detektionselement 11 für eine physikalische Größe), das eine andere physikalische Größe als die Beschleunigung detektiert, einer Beschleunigungssignalverarbeitungseinheit (Verstärker 5, A/D-Umsetzer 6, Signalverarbeitungsteil 7), die ein Beschleunigungssignal (Spannungssignal), das von dem ersten Detektionselement detektiert wird, verarbeitet, einem ersten Filter (Tiefpassfilter 8), das aus dem durch die Beschleunigungssignalverarbeitungseinheit verarbeiteten Signal ein Rauschen entfernt, einer Signalkomponentenanalyseeinheit (einem Signalkomponentenanalyseteil 10), die eine Frequenzkomponente des durch die Beschleunigungssignalverarbeitungseinheit verarbeiteten Signals analysiert, bestimmt, ob eine physikalische Größe, die eine Frequenzaufspaltungskomponente besitzt, die eine Differenz zwischen einer Frequenz in einer Antriebsrichtung des zweiten Detektionselements und einer Frequenz in einer Detektionsrichtung des zweiten Detektionselements repräsentiert, angewendet wird, und, falls sie bestimmt, dass die physikalische Größe mit der Frequenzaufspaltungskomponente angewendet wird, ein Ausgabestoppsignal ausgibt, einer ersten Ausgabesteuereinheit (Ausgangssignalsteuerteil 9), die die Ausgabe des von dem ersten Filter ausgegebenen Signals stoppt, wenn von der Signalkomponentenanalyseeinheit das Ausgabestoppsignal ausgegeben wird.
Ferner besitzt das Sensormodul eine erste Signalverarbeitungseinheit für eine physikalische Größe (Verstärker 12, A/D-Umsetzer 13, Signalverarbeitungsteil 14), die ein Signal einer physikalischen Größe (Spannungssignal), die von dem zweiten Detektionselement detektiert wird, verarbeitet, ein zweites Filter (Tiefpassfilter 15), das aus dem durch die erste Verarbeitungseinheit für ein Signal einer physikalischen Größe verarbeiteten Signal ein Rauschen entfernt, und eine zweite Ausgabesteuereinheit (Ausgangssignalsteuerteil 16), die die Ausgabe des von dem zweiten Filter ausgegebenen Signals stoppt, wenn von der Signalkomponentenanalyseeinheit das Ausgabestoppsignal ausgegeben wird.
Im Folgenden werden Ausführungsformen in Übereinstimmung mit der oben beschriebenen Übersicht im Einzelnen erläutert.
In der Ausführungsform 1 ist das Sensormodul 1 ein Modul zum Detektieren verschiedener physikalischer Größen, das beispielsweise für ein in einem Kraftfahrzeug montiertes Antiblockier-Bremssystem verwendet wird.
Wie in 1 gezeigt ist, enthält das Sensormodul 1 eine Beschleunigungssensoreinheit 2 und eine Sensoreinheit 3 für eine physikalische Größe. Die Beschleunigungssensoreinheit 2 enthält ein Beschleunigungsdetektionselement 4, einen Verstärker 5, einen A/D-Umsetzer (Analog/Digital-Umsetzer 6), einen Signalverarbeitungsteil 7, ein Tiefpassfilter 8, einen Ausgangssignalsteuerteil 9 und einen Signalkomponentenanalyseteil 10.
Ferner enthält die Sensoreinheit 3 für eine physikalische Größe ein Detektionselement 11 für eine physikalische Größe, einen Verstärker 12, einen A/D-Umsetzer 13, einen Signalverarbeitungsteil 14, ein Tiefpassfilter 15, einen Ausgangssignalsteuerteil 16 und einen Fehlerdiagnoseteil 17.
Es wird angemerkt, dass in 1 der Signalkomponentenanalyseteil 10 in der Beschleunigungssensoreinheit 2 vorgesehen ist und der Fehlerdiagnoseteil 17 in der Sensoreinheit 3 für eine physikalische Größe vorgesehen ist, dass jedoch der Signalkomponentenanalyseteil 10 und der Fehlerdiagnoseteil 17 entweder in der Beschleunigungssensoreinheit 2 oder in der Sensoreinheit 3 für eine physikalische Größe vorgesehen sein können.
In der Beschleunigungssensoreinheit 2 erfasst das Beschleunigungsdetektionselement 4 eine Beschleunigung von außen. Der Verstärker 5 verstärkt das durch das Beschleunigungsdetektionselement 4 erfasste Signal. Der A/D-Umsetzer 6 setzt das von den Verstärker 5 ausgegebene analoge Signal in ein digitales Signal um.
Der Signalverarbeitungsteil 7 führt eine Signalverarbeitung des von dem A/D-Umsetzer 6 ausgegebenen digitalen Signals aus. Das Tiefpassfilter 8 ist ein Filter, das jeweils nur die Signale mit den niedrigeren Frequenzen der von dem Signalverarbeitungsteil 7 ausgegebenen Signale durchlässt.
Der Ausgangssignalsteuerteil 9 führt eine Ausgabesteuerung des von dem Tiefpassfilter 8 ausgegebenen Signals in Übereinstimmung mit einem Ausgabestoppsignal von dem Signalkomponentenanalyseteil 10 aus. Der Signalkomponentenanalyseteil 10 gibt das Ausgabestoppsignal an die Ausgangssignalsteuerteile 9, 16 anhand eines Analyseergebnisses der Analyse durch den Signalverarbeitungsteil 7 aus.
In der Sensoreinheit 3 für eine physikalische Größe erfasst das Detektionselement 11 für eine physikalische Größe eine andere physikalische Größe als die Beschleunigung von außen. Der Verstärker 12 verstärkt das durch das Detektionselement 11 für eine physikalische Größe erfasste Signal. Der A/D-Umsetzer 13 setzt das von dem Verstärker 12 ausgegebene analoge Signal in ein digitales Signal um.
Der Signalverarbeitungsteil 14 führt eine Signalverarbeitung des von den A/D-Umsetzer 13 ausgegebenen digitalen Signals aus. Das Tiefpassfilter 15 ist ein Filter, das jeweils nur diejenigen Signale mit den niedrigeren Frequenzen der Signale, die von dem Signalverarbeitungsteil 14 ausgegeben werden, durchlässt.
Der Ausgangssignalsteuerteil 16 führt eine Ausgabesteuerung des von dem Tiefpassfilter 15 ausgegebenen Signals in Übereinstimmung mit dem Ausgabestoppsignal von dem Signalkomponentenanalyseteil 10 aus. Der Fehlerdiagnoseteil 17 meldet den Ausgangssignalsteuerteilen 9, 16 einen Fehler.
Im Folgenden werden die Operationen des Sensormoduls 1 erläutert.
Das Beschleunigungsdetektionselement 4 ist ein Kapazitätselement, das eine Verlagerung einer Masse, die durch die Ausübung einer Beschleunigung erzeugt wird, als Kapazitätsänderung erfasst und die Kapazitätsänderung durch eine C/V-Umsetzung (Umsetzung einer Kapazität in eine Spannung) in ein Spannungssignal umsetzt.
Ferner erfasst das Detektionselement 11 für eine physikalische Größe eine andere physikalische Größe als die Beschleunigung von außen, beispielsweise eine Winkelgeschwindigkeit. Das Detektionselement 11 für eine physikalische Größe ist ein Kapazitätselement, das wie das Beschleunigungsdetektionselement 4 eine Verlagerung der Masse, die durch die Anwendung der physikalischen Größe erzeugt wird, als eine Kapazitätsänderung erfasst und die Kapazitätsänderung durch eine C/V-Umsetzung in ein Spannungssignal umsetzt.
Dann werden in den Verstärkern 5, 12 die jeweiligen elektrischen Signale des Beschleunigungsdetektionselements 4 und des Detektionselements 11 für eine physikalische Größe in geeignete Pegel umgesetzt. Es sei angemerkt, dass es für die Verstärker im Allgemeinen zulässige Signalpegel von Eingangssignalen (im Folgenden als ”Bereiche” bezeichnet) gibt, wobei dann, wenn Signale oberhalb der Bereiche eingegeben werden, ein Sättigung genanntes Phänomen auftritt und die Ausgänge der Verstärker 5, 12 ihre Linearität verlieren.
Daher ist es notwendig, die Signalbereiche auf Bereiche einzustellen, die nicht durch die Signale von dem Beschleunigungsdetektionselement 4 und von dem Detektionselement 11 für eine physikalische Größe gesättigt werden. Wenn ferner die Bereiche der Verstärker 5, 12 variabel sind, sind auch die Ausgangsbereiche der Sensoren variabel, weshalb die Bereiche der Verstärker 5, 12 variabel sein können.
Die Signalpegel der Spannungssignale, die von den jeweiligen Verstärkern 5, 12 ausgegeben werden, werden jeweils durch die A/D-Umsetzer 6, 13 in digitale Werte umgesetzt. Daher können die stromabseitigen Signalverarbeitungsteile 7, 14 digital sein, wobei eine Signalverarbeitung bei geringeren Kosten mit höherer Genauigkeit verwirklicht werden kann.
In dieser Hinsicht können die A/D-Umsetzer 6, 13 eine beliebige Konfiguration und eine beliebige Architektur des so genannten Flash-Typs, des Pipeline-Typs, des Typs mit sukzessiver Approximation oder des Delta-Sigma-Typs haben.
Dann werden die digitalen Signale durch die A/D-Umsetzer 6, 13 jeweils zu den Signalverarbeitungsteilen 7, 14 gesendet und durch die Signalverarbeitungsteile 7, 14 in geeignete Signale als Sensorausgangswerte verarbeitet. Falls zunächst die digitalen Signale durch die A/D-Umsetzer 6, 13 auf irgendeine Weise moduliert worden sind, wird hier eine Demodulation ausgeführt. Falls beispielsweise Trägersignale darauf überlagert werden, wird eine synchrone Detektion und Filterung der Trägersignale in den Signalverarbeitungsteilen 7, 14 ausgeführt, um eine Demodulation in Grundbandsignale vorzunehmen.
Dann wird eine Ausgangssignalformung wie etwa eine Kompensation einer Temperaturänderung, einer Vorspannungskorrektur und einer Empfindlichkeitskorrektur ausgeführt. Die oben beschriebene Signalverarbeitung kann durch eine integrierte Halbleiterschaltungsvorrichtung angepasst werden, die eine dedizierte LSI (Large Scale Integration) oder einen DSP (digitaler Signalprozessor) und entsprechende, überschreibbare Software enthält.
Der Signalkomponentenanalyseteil 10 empfängt das von dem Signalverarbeitungsteil 7 ausgegebene Signal und analysiert die Anwendung einer physikalischen Größe, die eine Frequenzaufspaltung in Bezug auf die physikalische Größe hat. Die Frequenzaufspaltung ist eine Frequenzkomponente, die eine Differenz zwischen einer Frequenz in einer Antriebsrichtung des Detektionselements 11 für eine physikalische Größe und einer Frequenz in einer Detektionsrichtung des Detektionselements 11 für eine physikalische Größe repräsentiert.
Wenn das Detektionselement 11 für eine physikalische Größe die Frequenzaufspaltung besitzt, nähert sich eine Summe aus der Frequenz der angewendeten Winkelgeschwindigkeit und aus der Frequenz in der Antriebsrichtung stärker an eine Resonanzfrequenz in der Detektionsrichtung an, wobei eine Frequenzcharakteristik mit einer Spitze des Sensorausgangs in dem Frequenzaufspaltungsband erhalten wird. Dadurch kann es möglich sein, dass von dem Sensormodul 1 ein anomaler Wert ausgegeben wird.
Wenn hier das Detektionselement 11 für eine physikalische Größe nicht die Winkelgeschwindigkeit, sondern einen Druck detektiert, analysiert der Signalkomponentenanalyseteil 10 die Anwendung der Resonanzfrequenz und nicht der Frequenzaufspaltung.
Für die Bestimmung der Anwendung der Frequenzaufspaltung analysiert der Signalkomponentenanalyseteil 10 im Allgemeinen das Grundbandsignal nach einer Signaldemodulation durch den Signalverarbeitungsteil 7, er kann jedoch eine Analyse anhand eines Signals vornehmen, an dem irgendeine Verarbeitung durch den Signalverarbeitungsteil 7 nicht ausgeführt worden ist, oder er kann direkt den Ausgang des A/D-Umsetzers 6, der nicht durch den Signalverarbeitungsteil 7 gegangen ist, analysieren.
Ferner kann ein unabhängiger A/D-Umsetzer (nicht gezeigt) für den Signalkomponentenanalyseteil 10 vorgesehen sein oder es kann ein unabhängiger Verstärker (nicht gezeigt) vorgesehen sein, wobei für den Signalkomponentenanalyseteil 10 direkt von diesen das Signal bereitgestellt werden kann.
Ferner ist es nicht notwendig, dass der Signalverarbeitungsteil 7 und der Signalkomponentenanalyseteil 10 physikalisch verschiedene Schaltungen sind, sondern sie können in einer einzigen integrierten Halbleiterschaltungsvorrichtung, die eine LSI enthält, vorhanden sein. Alternativ können der Signalverarbeitungsteil 7 und der Signalkomponentenanalyseteil 10 als Software eines DSP verwirklicht sein.
Der Signalkomponentenanalyseteil 10 bestimmt unter Verwendung des digitalen Signals des Beschleunigungsdetektionselements 4, ob eine Frequenzaufspaltungskomponente mindestens bei einem bestimmten Wert in der anderen physikalischen Größe als der Beschleunigung vorliegt.
Nun wird das Prinzip mit Bezug auf 2 erläutert. 2 ist die erläuternde Darstellung des Beispiels des Zusammenhangs zwischen der Beschleunigung und der anderen physikalischen Größe.
Ein Sensormodulgehäuse 19 ist auf einem gemeinsamen Substrat 18 montiert. Das Sensormodulgehäuse 19 ist ein Gehäuse, auf dem das Sensormodul 1 montiert ist. Im Fall eines Kraftfahrzeugs entspricht beispielsweise das gemeinsame Substrat 18 einem Chassis. Ferner ist, wie in der Zeichnung gezeigt ist, der Beschleunigungssensor 2 auf der linken Seite des Sensormodulgehäuses 19 vorgesehen und ist die Sensoreinheit 3 für eine physikalische Größe auf der rechten Seite vorgesehen.
Nun wird in dem Fall, in dem für die physikalische Größe eine Winkelgeschwindigkeit angenommen wird, dann, wenn die Winkelgeschwindigkeit auf das gemeinsame Substrat 18 in der Richtung des in 2 gezeigten Pfeils angewendet wird, in der Sensoreinheit 3 für eine physikalische Größe eine Winkelgeschwindigkeit ω (rad/s) beobachtet. Ferner wird auf die Beschleunigungssensoreinheit 2 konkurrent eine Zentrifugalkraft F = mrω² ausgeübt.
Hier sind m eine Masse einer Beschleunigungserfassungsmasse der Beschleunigungssensoreinheit 2 und r ein Abstand L zwischen einem Drehzentrum CEN des Substrats und dem Schwerpunkt der Beschleunigungssensoreinheit 2 (= Drehradius). Das heißt, wenn die Beschleunigungssensoreinheit 2 eine Empfindlichkeit in der axialen Richtung der Zentrifugalkraft, die durch die ausgeübte Winkelgeschwindigkeit erzeugt wird, hat, kann, falls der Abstand L zwischen dem Drehzentrum CEN des gemeinsamen Substrats 18 und dem Schwerpunkt der Beschleunigungssensoreinheit 2 unbekannt ist, die Tatsache, ob die Winkelgeschwindigkeit angewendet wird oder nicht, in der Beschleunigungssensoreinheit 2 erfasst werden, ferner wird auch ihre Frequenzkomponente aus einer Analyse durch die Beschleunigungssensoreinheit 2 geklärt.
Es sei angemerkt, dass in 2 die Beschleunigungssensoreinheit 2 und die Sensoreinheit 3 für eine physikalische Größe für die andere Größe als die Beschleunigung in einem Sensormodulgehäuse 19 untergebracht sind, die Beschleunigungssensoreinheit 2 und die Sensoreinheit 3 für eine physikalische Größe für eine andere Größe als die Beschleunigung müssen jedoch nicht notwendig im selben Gehäuse untergebracht sein, solange sie auf dem gemeinsamen Substrat 18 vorgesehen sind.
Ferner ist das gemeinsame Substrat 18 nicht besonders eingeschränkt, solange die physikalische Größe (hier die Trägheitsgröße) in der gleichen Weise angewendet wird, etwa eine gedruckte Leiterplatte oder ein Gehäuse.
Es sei hier angemerkt, dass es in der Analyse durch die Beschleunigungssensoreinheit 2 günstig ist, dass beispielsweise eine Fourier-Analyse (FFT: schnelle Fourier-Transformation) für die Berechnung der Frequenzkomponente ausgeführt wird, wobei der Anteil der Komponente in dem Frequenzaufspaltungsband in Bezug auf eine diskrete Zeit T bestimmt wird und bestimmt wird, ob die Komponente einen festen Schwellenwert überschreitet.
Ferner gibt es als weiteres Analyseverfahren eine Wavelet-Analyse, die das niedrigere Frequenzband mit höherer Genauigkeit in kürzerer Zeit analysieren kann, ein einfaches Analyseverfahren des Kombinierens eines BPF (Bandpassfilter) und einer Signalpegelbestimmung, ferner können irgendein Analyseverfahren verwendet werden, solange die Anwendung der physikalischen Größe bei der Frequenzaufspaltung bestimmt werden kann.
Nun kehrt die Erläuterung zu 1 zurück. Falls der Signalkomponentenanalyseteil 10 bestimmt hat, dass die Anwendung der Frequenzaufspaltungskomponente der physikalischen Größe einen Schwellenwert überschreitet, gibt der Teil jeweilige Ausgabestoppsignale an die Ausgangssignalsteuerteile 9, 16 aus. Die Ausgangssignalsteuerteile 9, 16 empfangen die Ausgabestoppsignale, die von dem Signalkomponentenanalyseteil 10 ausgegeben werden, und stoppen die Ausgabe des Beschleunigungssignals und des Signals einer physikalischen Größe, aus dem das Rauschen durch die Signalverarbeitungsteile 7, 14 mittels der Tiefpassfilter 8, 15 entfernt worden ist.
Der Grund hierfür besteht darin, dass es dann, wenn die physikalische Größe in der Frequenzaufspaltungskomponente angewendet wird, sehr gut möglich ist, dass in der Schaltung eine Sättigung aufgetreten ist, so dass die Zuverlässigkeit des Sensorsignals nicht sichergestellt werden kann. Daher verbessert ein Lösungsversuch, bei dem die Ausgabe instabiler Signale nicht riskiert wird, die Sicherheit des gesamten Systems.
Ferner brauchen die Ausgangssignalsteuerteile 9, 16 die Signalausgaben von den Tiefpassfiltern 8, 15 nicht zu stoppen, sondern können Merker (z. B. ununterbrochene ”1”-Signale) ausgeben, was temporäre Stopps der Signale (im Folgenden mit ”unterbrochen” bezeichnet) angibt.
Dies trägt zu einer Verbesserung der Zuverlässigkeit des gesamten Systems bei, weil die temporäre Unterbrechung der Signalausgabe in einer extrem kurzen Zeit aufgrund der Anwendung der physikalischen Größe in der Frequenzaufspaltung dem System auf Seiten der Verwendung des Sensormoduls 1 mitgeteilt wird, weshalb das System eine Verarbeitung in Reaktion auf die Unterbrechung des Sensorausgangs ausführen kann.
Falls weiterhin durch den Signalkomponentenanalyseteil 10 bestimmt wird, dass die Anwendung der Frequenzaufspaltungskomponente der physikalischen Größe den Schwellenwert überschritten hat, kann die oben beschriebene Funktionswartung durch einen Lösungsweg verwirklicht werden, bei dem die Funktion des Sensors aufrechterhalten wird, selbst wenn eine Verschlechterung der Genauigkeit zugelassen wird, so dass die Verstärkung des Detektionselements 11 für eine physikalische Größe und des Verstärkers 12 verringert wird und der Bereich des A/D-Umsetzers erweitert wird oder indem im Fall des Winkelgeschwindigkeitssensors, der als das Prinzip die Corioliswirkung verwendet, wie im ”Hintergrundgebiet” gezeigt worden ist, die Amplitude in der Antriebsrichtung verringert wird (Verringerung der Ansteuerspannung), um die Erzeugung einer Sättigung zu unterdrücken. In dieser Hinsicht kann ein nicht stationärer Zustand nach außen gemeldet werden.
Der Fehlerdiagnoseteil 17 ist eine Schaltung, der die Signale der analogen Signale und der digitalen Signale in dem Sensormodul 1 überwacht und, falls eine Anomalie detektiert wird, den Ausgangssignalsteuerteilen 9, 16 einen Fehler meldet. Der Fehlerdiagnoseteil 17 kann durch die Verwendung beispielsweise eines Programms und nicht durch Hardware gebildet sein.
Falls die Bestimmung, dass die Anwendung der Frequenzaufspaltungskomponente der physikalischen Größe den Schwellenwert überschritten hat, durch den Signalkomponentenanalyseteil 10 erfolgt, kann das Bestimmungsergebnis dem Fehlerdiagnoseteil 17 gemeldet werden, wobei der Fehlerdiagnoseteil 17 selbst dann, wenn der innere Signalwert ein anomaler Wert ist, befehlen kann, keine Diagnose eines Fehlers vorzunehmen.
Dadurch wird die Diagnose eines Fehlers des Sensors aufgrund einer temporären Signalanomalie durch eine bekannte Ursache wie etwa die Anwendung der Frequenzaufspaltungskomponente der physikalischen Größe verhindert, was zu einer Verlängerung des Austauschzyklus des Sensors beiträgt.
Es sei hier angemerkt, dass die Konfiguration, in der die Ausgangssignalsteuerteile 9, 16 stromabseitig der Tiefpassfilter 8, 15 angeschlossen sind, ein Beispiel ist und dass die Teile zum Stoppen der Signale und zum Bereitstellen der Merker an irgendeiner Stelle in der Schaltung vorgesehen sein kann und dass ein Mechanismus für die Ausführung eines indirekten Stoppens des Signals, so dass das Trägersignal, das auf das Detektionselement 11 für eine physikalische Größe angewendet wird, in einer festen Zeit gestoppt wird, verwendet werden kann.
Es sei außerdem angemerkt, dass der Zusammenhang zwischen dem Beschleunigungssensor und dem Winkelgeschwindigkeitssensor für die Erfassung des Prinzips der Anwendung der Frequenzaufspaltung verwendet wird, wobei selbst dann, wenn nur eine Beschleunigung in dem Frequenzaufspaltungsband angewendet wird, d. h. selbst dann, wenn eine Störung auftritt, die Unterbrechung des Sensors auftreten kann.
Daher wird bevorzugt, das Detektionselement 11 für eine physikalische Größe so zu entwerfen, dass die Frequenzaufspaltung in das Frequenzband fällt, das breiter als das notwendige Frequenzband ist, in dem eine Störung unter den Frequenzkomponenten der Beschleunigung kaum auftreten kann.
Ferner hat sich im Allgemeinen gezeigt, dass die Linearität des Ausgangssignals in Bezug auf den Betrag der Verlagerung des Detektionselements 11 für eine physikalische Größe durch eine Konfiguration einer Servoschaltung für die Unterdrückung der Verlagerung des Detektionselements 11 für eine physikalische Größe verbessert wird, wobei eine (nicht gezeigte) Servoschaltung durch Hinzufügung eines Rückkopplungspfades zu der Schaltungskonfiguration des in 1 gezeigten Sensormoduls gebildet sein kann. Es sei angemerkt, dass es in dem Servosystem notwendig ist, die Schaltung so zu bilden, dass ihre Resonanzfrequenz höher ist als das Frequenzaufspaltungsband.
3 ist eine erläuternde Darstellung, die das Beispiel einer Ausführungsform für die Montage in dem Sensormodul 1 zeigt.
Wie in 1 gezeigt ist, besitzt das Sensormodul 1 eine Konfiguration, in der das Beschleunigungsdetektionselement 4 und das Detektionselement 11 für eine physikalische Größe mit einem Halbleiterchip 20 verbunden sind, auf dem der Verstärker 5, der A/D-Umsetzer 6, der Signalverarbeitungsteil 7, das Tiefpassfilter 8, der Ausgangssignalsteuerteil 9, der Signalkomponentenanalyseteil 10, der Verstärker 12, der A/D-Umsetzer 13, der Signalverarbeitungsteil 14, das Tiefpassfilter 15, der Ausgangssignalsteuerteil 16 und der Fehlerdiagnoseteil 17 gebildet sind.
Das Beschleunigungsdetektionselement 4 ist mit dem Halbleiterchip 20 durch einen Kontaktierungsdraht 21 verbunden und das Detektionselement 11 für eine physikalische Größe ist mit dem Halbleiterchip 20 durch einen Kontaktierungsdraht 22 verbunden.
4 ist die erläuternde Darstellung, die ein anderes Beispiel als 3 zeigt.
In diesem Fall besteht der Unterschied gegenüber 3 in einer Zweichip-Konfiguration mit einem Halbleiterchip 23, auf dem der Verstärker 5, der A/D-Umsetzer 6, der Signalverarbeitungsteil 7, das Tiefpassfilter 8, der Ausgangssignalsteuerteil 9 und der Signalkomponentenanalyseteil 10 ausgebildet sind, und mit einem Halbleiterchip 24, auf dem der Verstärker 12, der A/D-Umsetzer 13, der Signalverarbeitungsteil 14, das Tiefpassfilter 15, der Ausgangssignalsteuerteil 16 und der Fehlerdiagnoseteil 17 ausgebildet sind.
Ferner ist das Beschleunigungsdetektionselement 4 mit dem Halbleiterchip 23 über einen Kontaktierungsdraht 25 verbunden und ist das Detektionselement 11 für eine physikalische Größe mit dem Halbleiterchip 24 über einen Kontaktierungsdraht 26 verbunden.
Ferner sind der Halbleiterchip 23 und der Halbleiterchip 24 über Kontaktierungsdrähte 27 bzw. 28 verbunden. Der Kontaktierungsdraht 27 ist eine Signalleitung, die das Ausgabestoppsignal, das von dem auf dem Halbleiterchip 23 ausgebildeten Signalkomponentenanalyseteil 10 ausgegeben wird, an den Ausgangssignalsteuerteil 16 überträgt, während der Kontaktierungsdraht 28 eine Signalleitung ist, die das Signal zum Melden des Fehlers, der von dem auf dem Halbleiterchip 24 ausgebildeten Fehlerdiagnoseteil 17 ausgegeben wird, überträgt.
Das von dem Signalkomponentenanalyseteil 10 ausgegebene Ausgabestoppsignal wird in den Ausgangssignalsteuerteil 9, der auf dem Halbleiterchip 23 ausgebildet ist, eingegeben und in den Ausgangssignalsteuerteil 16, der auf dem Halbleiterchip 24 ausgebildet ist, über den Kontaktierungsdraht 27 eingegeben.
Ferner wird das Signal zum Melden des Fehlers, der von dem Fehlerdiagnoseteil 17 ausgegeben wird, in den Ausgangssignalsteuerteil 16, der auf dem Halbleiterchip 24 ausgebildet ist, und in den Ausgangssignalsteuerteil 9, der auf dem Halbleiterchip 23 ausgebildet ist, über den Kontaktierungsdraht 28 eingegeben.
Im Fall der in 3 gezeigten Konfiguration sind der Verstärker 5, der A/D-Umsetzer 6, der Signalverarbeitungsteil 7, das Tiefpassfilter 8, der Ausgangssignalsteuerteil 9, der Signalkomponentenanalyseteil 10, der Verstärker 12, der A/D-Umsetzer 13, der Signalverarbeitungsteil 14, das Tiefpassfilter 15, der Ausgangssignalsteuerteil 16 und der Fehlerdiagnoseteil 17 auf einem einzigen Halbleiterchip 20 ausgebildet, weshalb die Kontaktierungsdrähte 27, 28 und Kontaktierungselektroden, die für die Kontaktierung der Kontaktierungsdrähte notwendig sind und auf den Halbleiterchips 23, 24 ausgebildet sind, unnötig sind.
Weiterhin ist die Kontaktierungsarbeit für Kontaktierungsdrähte ebenfalls unnötig, wodurch die Kosten verringert werden können.
In der Konfiguration von 3 ist es ferner möglich, den Signalverarbeitungsteil 14 unnötig zu machen, indem der Signalverarbeitungsteil 7 gemeinsam genutzt wird, wobei in diesem Fall die Chipfläche verringert und verkleinert werden kann und eine weitere Kostenreduzierung des Sensormoduls 1 verwirklicht werden kann.
Ferner sind in 3 das Beschleunigungsdetektionselement 4 und das Detektionselement 11 für eine physikalische Größe mit dem Halbleiterchip 23 über die Kontaktierungsdrähte 21, 22 verbunden, beispielsweise können jedoch das Beschleunigungsdetektionselement 4 und das Detektionselement 11 für eine physikalische Größe auf dem Halbleiterchip 23 ausgebildet sein. Gemäß dieser Konfiguration kann Rauschen, das aus den parasitären Komponenten abgeleitet wird, verringert werden.
Außerdem wird die in 4 gezeigte Konfiguration im Hinblick auf die Kosten nicht bevorzugt, sie kann jedoch für die Implementierung des Beispiels ausreichend sein, wobei die Ausführung des Beispiels durch das Montageverfahren als eine Option angesehen wird.
Bisher ist der Fall gezeigt worden, in dem die internen Signale digital verarbeitet werden, es können jedoch, wie beispielsweise in 5 gezeigt ist, sämtliche analogen internen Signale unverändert verarbeitet werden.
In diesem Fall enthält, wie in 5 gezeigt ist, ein Sensormodul 1a eine Beschleunigungssensoreinheit 2a und eine Sensoreinheit 3a für eine physikalische Größe. Die Beschleunigungssensoreinheit 2a enthält das Beschleunigungsdetektionselement 4, den Verstärker 5, einen Signalverarbeitungsteil 7a, ein Tiefpassfilter 8a, ein Bandpassfilter 29, einen Amplitudendetektor 30 und einen Ausgangswechselschalter 32.
Ferner enthält die Sensoreinheit 3a für eine physikalische Größe das Detektionselement 11 für eine physikalische Größe, den Verstärker 12, einen Signalverarbeitungsteil 14a, ein Tiefpassfilter 15a, einen Unterbrechungssignal-Erzeugungsteil 31 und einen Ausgangswechselschalter 33.
Es sei angemerkt, dass in 5 der Amplitudendetektor 30 in der Beschleunigungssensoreinheit 2a vorgesehen ist und dass der Unterbrechungssignal-Erzeugungsteil 31 in der Sensoreinheit 3a für eine physikalische Größe vorgesehen ist, dass jedoch der Amplitudendetektor 30 oder der Unterbrechungssignal-Erzeugungsteil 31a entweder in der Beschleunigungssensoreinheit 2a oder in der Sensoreinheit 3a für eine physikalische Größe vorgesehen sein können.
Ein Ausgangsteil des Tiefpassfilters 8a ist mit einem Eingangsteil des Ausgangswechselschalters 32 verbunden und ein Ausgangsteil des Unterbrechungssignal-Erzeugungsteils 31 ist mit dem anderen Eingangsteil des Ausgangswechselschalters 32 verbunden.
Ferner ist ein Ausgangsteil des Tiefpassfilters 15a mit einem Eingangsteil des Ausgangswechselschalters 33 verbunden und ist ein Ausgangsteil des Unterbrechungssignal-Erzeugungsteils 31 mit dem anderen Eingangsteil des Ausgangswechselschalters 33 verbunden.
Der Ausgangswechselschalter 32 schaltet und gibt entweder den Signalausgang von dem Tiefpassfilter 8a oder den Signalausgang von dem Unterbrechungssignal-Erzeugungsteil 31 entsprechend dem von dem Amplitudendetektor 30 ausgegebenen Bestimmungsergebnis aus.
Der Ausgangswechselschalter 33 schaltet und gibt entweder den Signalausgang von dem Tiefpassfilter 15a oder den Signalausgang von dem Unterbrechungssignal-Erzeugungsteil 31 in Übereinstimmung mit dem von dem Amplitudendetektor 30 ausgegebenen Bestimmungsergebnis aus.
Wenn in dem Sensormodul 1a das Signal analog verarbeitet wird, um zu bestimmen, ob das Signal in dem Frequenzaufspaltungsband angewendet wird, wird beispielsweise eine Konfiguration betrachtet, die das Bandpassfilter (BFP) 29 und den Amplitudendetektor 30 enthält.
Das heißt, nur das Signal in dem Frequenzaufspaltungsband wird von dem Bandpassfilter 29 durchgelassen, ferner werden eine Quadrierung des Signals und eine Schwellenwertbestimmung des Signalswerts in dem Amplitudendetektor 30 ausgeführt, wodurch bestimmt werden kann, ob die Frequenzaufspaltung in Bezug auf die von einer Beschleunigung verschiedene andere physikalische Größe angewendet wird.
Dann werden die Ausgangswechselschalter 32, 33, die die Signale von dem Unterbrechungssignal-Erzeugungsteil 31, die den unterbrochenen Zustand repräsentieren, und die Signale von den Tiefpassfiltern 8a, 15a wählen, in Reaktion auf das von dem Amplitudendetektor 30 ausgegebene Signal umgeschaltet, wodurch eine Unterbrechung der Anwendung der Frequenzaufspaltung verwirklicht wird.
In diesem Zusammenhang braucht das Signal von dem Unterbrechungssignal-Erzeugungsteil 31 nicht besonders eingeschränkt sein, sondern kann das Signal auf Massepegel (Referenzpotential) sein, ferner kann es ein Signal mit einer bestimmten Periode oder dergleichen sein, solange es von dem Ausgang zu einer normalen Zeit verschieden ist.
Ferner sind die Ausgangswechselschalter 32, 33 nicht wesentlich, es kann jedoch eine Konfiguration, in der der Ausgang des Amplitudendetektors 30 unverändert ausgegeben wird und eine Unterbrechung zu der Systemseite unter Verwendung des Sensors gemeldet wird, verwendet werden.
Daher kann gemäß der Ausführungsform 1 die Anwendung der physikalischen Größe, die eine für das Detektionselement 11 für eine physikalische Größe spezifische Frequenzaufspaltungskomponente besitzt, von der Signalfrequenzkomponente des Beschleunigungssignals in einem breiteren Band detektiert werden, bevor sie das Tiefpassfilter 8 durchläuft, weshalb die Sensorausgabe nur dann temporär gestoppt werden muss, wenn die Anwendung der Frequenzaufspaltung einen bestimmten Pegel überschreitet, was gemeldet werden kann.
Obwohl daher die teure Einstellung der Frequenzaufspaltung unnötig ist, kann das Sensormodul 1 dennoch mit hoher Zuverlässigkeit – ohne Ausgabe eines anomalen Werts und ohne Verursachung einer Fehldiagnose – verwirklicht werden.
Es sei angemerkt, dass in der Ausführungsform 1 der Fall, in dem das Sensormodul 1 die Beschleunigungssensoreinheit 2 und die Sensoreinheit 3 für eine physikalische Größe enthält, beschrieben worden ist, dass jedoch eine Konfiguration mit mehreren Sensoreinheiten 3 für eine physikalische Größe mit Ausnahme des Fehlerdiagnoseteils 17 verwendet werden kann. Auch in diesem Fall stoppen die mehreren Sensoreinheiten 3 für eine physikalische Größe die Ausgabe des Signals einer physikalischen Größe in Übereinstimmung mit dem Ausgabestoppsignal, das von dem Signalkomponentenanalyseteil 10 ausgegeben wird.
(Ausführungsform 2)
6 ist eine erläuternde Darstellung, die ein Beispiel eines Sensorsystems zeigt, das unter Verwendung eines Sensormoduls gemäß der Ausführungsform 2 der Erfindung gebildet ist.
«Übersicht über die Erfindung»
Die zweite Übersicht der Erfindung ist ein Sensorsystem (Sensorsystem 34), das einen Prozessor (ECU 35) und ein Sensormodul (Sensormodul 1) enthält.
Das Sensormodul 1 besitzt ein erstes Detektionselement (Beschleunigungsdetektionselement 4), das eine Beschleunigung von außen detektiert, eine Beschleunigungssignalverarbeitungseinheit (Verstärker 5, A/D-Umsetzer 6, Verarbeitungsteil 7), die ein Beschleunigungssignal (Spannungssignal), das von dem ersten Detektionselement detektiert wird, verarbeitet, ein erstes Filter (Tiefpassfilter 8), das aus dem durch die Beschleunigungssignalverarbeitungseinheit verarbeiteten Signal ein Rauschen entfernt, ein zweites Detektionselement (Beschleunigungsdetektionselement 11), das eine andere physikalische Größe als die Beschleunigung detektiert, eine erste Verarbeitungseinheit für ein Signal einer physikalischen Größe (Verstärker 12, A/D-Umsetzer 13, Signalverarbeitungsteil 14), die das Signal einer physikalischen Größe (Spannungssignal), das durch das zweite Detektionselement detektiert wird, verarbeitet, und ein zweites Filter (Tiefpassfilter 15), das aus dem durch die erste Verarbeitungseinheit für ein Signal einer physikalischen Größe verarbeiteten Signal ein Rauschen entfernt.
Ferner besitzt der Prozessor einen Signalkomponentenanalyseteil (den Signalkomponentenanalyseteil 10), der eine Steueroperation eines Aktors in Übereinstimmung mit dem über das erste und das zweite Filter ausgegebenen Signal ausführt, die Frequenzkomponente des durch die Beschleunigungssignalverarbeitungseinheit verarbeiteten Signals analysiert, bestimmt, ob die physikalische Größe, die eine Frequenzaufspaltungskomponente besitzt, die eine Differenz zwischen einer Frequenz in einer Antriebsrichtung des zweiten Detektionselements und einer Frequenz in einer Detektionsrichtung des zweiten Detektionselements repräsentiert, angewendet wird, und, falls sie bestimmt, dass die physikalische Größe mit der Frequenzaufspaltungskomponente angewendet wird, ein Ausgabestoppsignal ausgibt, und einen Internzustand-Bestimmungsteil (Internzustand-Bestimmungsteil 36), der einen Übergang in einen Zustand vornimmt, in dem der Prozessor die Steueroperation des Aktors nicht ausführt, wenn das Stoppsignal von dem Signalkomponentenanalyseteil ausgegeben wird.
Im Folgenden wird die Ausführungsform im Einzelnen in Übereinstimmung mit der oben beschriebenen Übersicht erläutert.
In der Ausführungsform 2 wird ein Beispiel des Sensorsystems 34, das das Sensormodul 1 verwendet, erläutert. In diesem Fall ist das Sensorsystem 34 ein System, das beispielsweise für ein Antiblockier-Bremssystem eines Kraftfahrzeugs verwendet wird.
Wie in 6 gezeigt ist, enthält das Sensorsystem 34 das Sensormodul 1 und die ECU (elektronische Steuereinheit 35). In dem Kraftfahrzeug sind viele ECUs vorgesehen, die verschiedene Steuerungen für ein Informationssystem einschließlich eines Navigationssystems und eines Audiosystems, für ein Antriebsstrangsystem, das eine Kraftmaschine und ein Chassis enthält, oder für ein Karosseriesystem, das eine Klimaanlage, Scheinwerfer oder Türverriegelungen enthält, managen, wobei die ECU 35 eine der vielen integrierten Halbleiterschaltungsvorrichtungen, die darin montiert sind, ist.
In diesem Fall ist die ECU 35 mit einem Aktor wie etwa einer Hydraulikpumpeneinheit verbunden, die beispielsweise die Bremse des Kraftfahrzeugs aktiviert, und steuert den Betrieb der Bremse durch Steuern des Aktors der Hydraulikpumpeneinheit oder dergleichen in dem Fall, in dem das Kraftfahrzeug rutscht oder dergleichen.
Das in 6 gezeigte Sensormodul 1 enthält die Beschleunigungssensoreinheit 2 und die Sensoreinheit 3 für eine physikalische Größe wie etwa jene von 1. Die Beschleunigungssensoreinheit 2 enthält das Beschleunigungsdetektionselement 4, den Verstärker 5, den A/D-Umsetzer 6, den Verarbeitungsteil 7 und das Tiefpassfilter 8 und unterscheidet sich von dem Sensormodul 1 in 1 dadurch, dass der Signalkomponentenanalyseteil 10 in der ECU 35 vorgesehen ist und die Steuereinheit 9 weggelassen ist.
Ferner enthält die Sensoreinheit 3 für eine physikalische Größe das Detektionselement 11 für eine physikalische Größe, den Verstärker 12, den A/D-Umsetzer 13, den Signalverarbeitungsteil 14 und das Tiefpassfilter 15 und unterscheidet sich von dem Sensormodul 1 von dem Sensor dadurch, dass der Ausgangssignalsteuerteil 16 und der Fehlerdiagnoseteil 17 jeweils weggelassen sind. Die übrige Konfiguration des Sensormoduls 1 in 6 ist gleich jener von 1, weshalb die Erläuterung weggelassen wird.
Die ECU 35 ist so angeschlossen, dass das von der Beschleunigungssensoreinheit 2 ausgegebene Signal (das über das Tiefpassfilter 8 ausgegebene Beschleunigungssignal) und das Signal, das von der Sensoreinheit 3 für eine physikalische Größe ausgegeben wird (das Signal einer von der Beschleunigung verschiedenen anderen physikalischen Größe, das über das Tiefpassfilter 15 ausgegeben wird), jeweils in sie eingegeben werden können, wobei die ECU 35 in Übereinstimmung mit diesen Signalen eine Antiblockier-Bremssteuerung ausführt.
Ferner ist in der ECU 35 der Signalkomponentenanalyseteil 10 wie oben beschrieben vorgesehen und ist ferner der Internzustand-Bestimmungsteil 36 vorgesehen. Der Signalkomponentenanalyseteil 10 ist so angeschlossen, dass das von dem Signalverarbeitungsteil 7 ausgegebene Signal (das Signal vor der Eingabe in das Tiefpassfilter 8) in ihn eingegeben werden kann.
Der Internzustand-Bestimmungsteil 36 ändert das Schalten des internen Zustands in Reaktion auf das Analyseergebnis des Signalkomponentenanalyseteils 10 und entspricht den Ausgangssignalsteuerteilen 9, 16 in 1.
Hier sind der Signalkomponentenanalyseteil 10 und der Internzustand-Bestimmungsteil 36 durch den in der ECU 35 vorgesehenen DSP und durch entsprechende Software gebildet. Ferner bezieht sich das Schalten des internen Zustands auf Übergänge zwischen einem ersten Zustand, in dem das von dem Sensormodul 1 ausgegebene Signal verfügbar ist (d. h. einem Zustand, in dem der Ausgangswert zuverlässig ist) und einem zweiten Zustand, in dem das von dem Sensormodul 1 ausgegebene Signal wechselseitig nicht verfügbar ist.
Die Zuverlässigkeit und die Sicherheit des Sensorsystems 34 kann durch die Einstellung sichergestellt werden, derart, dass im Fall des ersten Zustands beispielsweise der Internzustand-Bestimmungsteil 36 eine Bremssteuerung oder dergleichen unter Verwendung des Sensorausgangswerts ausführt und im zweiten Zustand der Internzustand-Bestimmungsteil 36 keinerlei Bremssteuerung ausführt.
Es sei angemerkt, dass die Bedingung für die Bestimmung des Zustandsübergangs durch den Internzustand-Bestimmungsteil 36 dynamisch geändert werden kann oder in einem nicht veränderbaren Speicher im Voraus aufgezeichnet sein kann. Ferner kann ein Anzeigeteil, der den internen Zustand anzeigt, vorgesehen sein.
Dadurch kann auch in der Ausführungsform 2 das Sensormodul 1 mit hoher Zuverlässigkeit verwirklicht werden.
Außerdem wird die Konfiguration des Sensorsystems 34 nicht komplex gemacht, vielmehr kann sie nur durch die Änderung der Software der ECU 35 angepasst werden, weshalb ein Kostenanstieg des gesamten Sensorsystems 34 unterdrückt werden kann.
Es sei angemerkt, dass in dem Sensorsystem 34 insbesondere bevorzugt wird, dass die durch das Detektionselement 11 für eine physikalische Größe detektierte physikalische Größe die Winkelgeschwindigkeit ist und für das Signal hochgradig relevant ist, wie in der Ausführungsform 1 gezeigt ist. Eine andere physikalische Größe wie etwa der Druck kann jedoch ebenfalls verwendet werden.
(Ausführungsform 3)
7 ist eine erläuternde Darstellung, die ein Beispiel eines Sensorsystems zeigt, das unter Verwendung eines Sensormoduls gemäß der Ausführungsform 3 der Erfindung gebildet ist, während 8 eine erläuternde Darstellung ist, die eine Beziehung zwischen der Sensorantwort in dem Beschleunigungssensorteil, der in 7 gezeigt ist, und einer Tiefpassfilter-Charakteristik zeigt.
«Übersicht über die Erfindung»
Die dritte Übersicht der Erfindung ist ein Sensorsystem, das einen Prozessor und ein Sensormodul enthält.
Das Sensormodul besitzt das erste Detektionselement (Beschleunigungsdetektionselement 4), das eine Beschleunigung von außen detektiert, die Beschleunigungssignalverarbeitungseinheit (Verstärker 5, A/D-Umsetzer 6, Signalverarbeitungsteil 7), die das Beschleunigungssignal (Spannungssignal), das durch das erste Detektionselement detektiert wird, verarbeitet, das erste Filter (Tiefpassfilter 8), das aus dem durch die Beschleunigungssignalverarbeitungseinheit verarbeiteten Signal das Rauschen entfernt, das zweite Detektionselement (Detektionselement 11 für eine physikalische Größe), die eine andere physikalische Größe als die Beschleunigung detektiert, die erste Verarbeitungseinheit für ein Signal einer physikalischen Größe (Verstärker 12, A/D-Umsetzer 13, Signalverarbeitungsteil 14), die das Signal für eine physikalische Größe (Spannungssignal), das durch das zweite Detektionselement detektiert wird, verarbeitet, und das zweite Filter (Tiefpassfilter 15), das aus dem durch die erste Verarbeitungseinheit für ein Signal einer physikalischen Größe verarbeiteten Signal ein Rauschen entfernt.
Ferner besitzt der Prozessor den Signalkomponentenanalyseteil (Signalkomponentenanalyseteil 10), der einen Aktor in Übereinstimmung mit dem über das erste und das zweite Filter ausgegebenen Signal steuert, die Frequenzkomponente des von dem ersten Filter ausgegebenen Signals analysiert, bestimmt, ob die physikalische Größe mit der Frequenzaufspaltungskomponente, die die Differenz zwischen der Frequenz in der Antriebsrichtung des zweiten Detektionselements und der Frequenz in der Detektionsrichtung des zweiten Detektionselements repräsentiert, angewendet wird, und, falls er bestimmt, dass die physikalische Größe mit der Frequenzaufspaltungskomponente angewendet wird, das Ausgabestoppsignal ausgibt, und den Internzustand-Bestimmungsteil (Internzustand-Bestimmungsteil 36), der einen Übergang in den Zustand, in dem der Prozessor die Steuerung des Aktors nicht ausführt, vornimmt, wenn von dem Signalkomponentenanalyseteil das Stoppsignal ausgegeben wird.
Im Folgenden wird die Ausführungsform im Einzelnen in Übereinstimmung mit der oben beschriebenen Übersicht erläutert.
In der Ausführungsform 3 wird ein Beispiel der Konfiguration des Sensorsystems 34, wenn eine Kappung der Filtercharakteristik in den Tiefpassfiltern 8, 15 (6) höher ist als die Frequenzaufspaltung, erläutert.
Wie in 7 gezeigt ist, besitzt das Sensorsystem 34 die gleiche Konfiguration wie jene des Sensorsystems 34 in 6, die das Sensormodul 1 mit der Beschleunigungssensoreinheit 2 und die Sensoreinheit 3 für eine physikalische Größe und die ECU 35 enthält.
Ferner sind wie in 6 der Ausführungsform 2 in der ECU 35 der Signalkomponentenanalyseteil 10 und der Internzustand-Bestimmungsteil 36 vorgesehen. Das Sensormodul 1 enthält die Beschleunigungssensoreinheit 2 und die Sensoreinheit 3 für eine physikalische Größe, wobei das in 7 gezeigte Sensorsystem 34 von dem in 6 gezeigten Sensorsystem 34 insofern verschieden ist, als die Verbindungsleitung, die den Signalverarbeitungsteil 7 und den Signalkomponentenanalyseteil 10 der ECU 35 verbindet, weggelassen ist.
Die übrige Konfiguration in dem in 7 gezeigten Sensorsystem 34 stimmt mit jener des in 6 gezeigten Sensorsystems 34 überein, wobei die Erläuterung weggelassen wird.
8 ist eine erläuternde Darstellung, die eine Beziehung zwischen der Sensorantwort und der Charakteristik des Tiefpassfilters 8 in der in 7 gezeigten Beschleunigungssensoreinheit 2 zeigt.
Wenn beispielsweise die Frequenzaufspaltung der Sensoreinheit 3 für eine physikalische Größe etwa 500 Hz beträgt, wie in 8 gezeigt ist, wird die Sensorantwort (Frequenzcharakteristik) mit einer Spitze bei 500 Hz erhalten. Wenn hierbei die Kappung des Tiefpassfilters 8 in der Beschleunigungssensoreinheit 2 niedriger als die Frequenzaufspaltung ist, d. h. wenn das Filter die in der Zeichnung mit LPF-A bezeichnete Charakteristik hat, wie sie in den Ausführungsformen 1, 2 gezeigt ist, ist es notwendig, die Anwendung der Frequenzaufspaltung unter Verwendung des Signals stromaufseitig des Tiefpassfilters 8, also des von dem Signalverarbeitungsteil 7 ausgegebenen Signals zu bestimmen.
Wenn jedoch die Kappung der Ausgangscharakteristik des Tiefpassfilters 8 in der Beschleunigungssensoreinheit 2 höher ist als die Frequenzaufspaltung, d. h. wenn das Filter die in der Zeichnung mit LPF-B bezeichnete Charakteristik hat, ist es nicht notwendig, die Konfiguration zu verwenden, in der das Signal vor der Eingabe in das Tiefpassfilter 8 in den Signalkomponentenanalyseteil 10 eingegeben wird.
In diesem Fall besitzt das Sensorsystem 34, wie in 7 gezeigt, eine Konfiguration, in der der Ausgang der Beschleunigungssensoreinheit 2 in den Signalkomponentenanalyseteil 10 eingegeben wird, wobei es die gleiche Analyseverarbeitung wie jene des in 1 der Ausführungsform 1 gezeigten Signalkomponentenanalyseteils 10 ausführt, wodurch der Internzustand-Bestimmungsteil 36 bestimmen kann, ob die Frequenzaufspaltung angewendet wird oder nicht.
Mit anderen Worten, das Sensorsystem 34 ist dafür ausgelegt, dass die Kappung der Ausgangscharakteristik des Tiefpassfilters 8 höher sein kann als die Frequenzaufspaltung in der Beziehung zwischen der Ausgangscharakteristik in dem Tiefpassfilter 8 und der Sensorantwort der Sensoreinheit 3 für eine physikalische Größe, wodurch nur die Änderung der Software in der ECU 35 in dem Sensorsystem 34 angepasst werden muss.
Hierbei wird insbesondere bevorzugt, dass die durch die Sensoreinheit 3 für eine physikalische Größe detektierte physikalische Größe die Winkelgeschwindigkeit ist, die für das in der Ausführungsform 1 gezeigte Signal hochgradig relevant ist. Es kann jedoch eine andere physikalische Größe wie etwa der Druck verwendet werden.
Daher kann auch in der Ausführungsform 3 das Sensorsystem 34 mit höherer Zuverlässigkeit und geringeren Kosten verwirklicht werden.
Oben ist die Erfindung der Erfinder im Einzelnen anhand von Ausführungsformen erläutert worden, offensichtlich ist jedoch die Erfindung nicht auf die Ausführungsformen eingeschränkt, vielmehr können verschiedene Änderungen vorgenommen werden, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.
(Industrielle Anwendbarkeit)
Die Erfindung ist für eine Technologie zum Verhindern eines anomalen Ausgangswerts durch Erfassen einer Winkelgeschwindigkeit in der Nähe einer Frequenzaufspaltung in einem Sensor zum Erfassen der Beschleunigung und einer weiteren, von der Beschleunigung von außen verschiedenen physikalischen Größe geeignet.
Bezugszeichenliste

1: Sensormodul
1a: Sensormodul
2: Beschleunigungssensoreinheit
2a: Beschleunigungssensoreinheit
3: Sensoreinheit für eine physikalische Größe
3a: Sensoreinheit für eine physikalische Größe
4: Beschleunigungsdetektionselement
5: Verstärker
6: A/D-Umsetzer
7: Signalverarbeitungsteil
7a: Signalverarbeitungsteil
8: Tiefpassfilter
8a: Tiefpassfilter
9: Ausgangssignalsteuerteil
10: Signalkomponentenanalyseteil
11: Detektionselement für eine physikalische Größe
12: Verstärker
13: A/D-Umsetzer
14: Signalverarbeitungsteil
14a: Signalverarbeitungsteil
15: Tiefpassfilter
15a: Tiefpassfilter
16: Ausgangssignalsteuerteil
17: Fehlerdiagnoseteil
18: gemeinsames Substrat
19: Sensormodulgehäuse
20: Halbleiterchip
21: Kontaktierungsdraht
22: Kontaktierungsdraht
23: Halbleiterchip
24: Halbleiterchip
25: Kontaktierungsdraht
26: Kontaktierungsdraht
27: Kontaktierungsdraht
28: Kontaktierungsdraht
29: Bandpassfilter
30: Amplitudendetektor
31: Unterbrechungssignal-Erzeugungsteil
32: Ausgangswechselschalter
33: Ausgangswechselschalter
34: Sensorsystem
35: ECU
36: Internzustand-Bestimmungsteil

Claims

Sensormodul, dadurch gekennzeichnet, dass es umfasst: ein erstes Detektionselement, das eine Beschleunigung von außen detektiert; eine Beschleunigungssignalverarbeitungseinheit, die ein durch das erste Detektionselement detektiertes Beschleunigungssignal verarbeitet; ein erstes Filter, das aus dem durch die Beschleunigungssignalverarbeitungseinheit verarbeiteten Signal ein Rauschen entfernt; ein zweites Detektionselement, das eine andere physikalische Größe als die Beschleunigung detektiert; eine erste Verarbeitungseinheit für ein Signal der physikalischen Größe, die ein Signal der physikalischen Größe, die durch das zweite Detektionselement detektiert wird, verarbeitet; ein zweites Filter, das aus dem durch die erste Verarbeitungseinheit für ein Signal einer physikalischen Größe verarbeiteten Signal ein Rauschen entfernt; eine Signalkomponentenanalyseeinheit, die eine Frequenzkomponente des durch die Beschleunigungssignalverarbeitungseinheit verarbeiteten Signals analysiert, bestimmt, ob eine physikalische Größe mit einer Frequenzaufspaltungskomponente, die eine Differenz zwischen einer Frequenz in einer Antriebsrichtung des zweiten Detektionselements und einer Frequenz in einer Detektionsrichtung des zweiten Detektionselements repräsentiert, angewendet wird, und dann, wenn sie bestimmt, dass die physikalische Größe mit der Frequenzaufspaltungskomponente angewendet wird, ein Ausgabestoppsignal ausgibt; eine erste Ausgabesteuereinheit, die die Ausgabe des von dem ersten Filter ausgegebenen Signals stoppt, wenn von der Signalkomponentenanalyseeinheit das Ausgabestoppsignal ausgegeben wird; und eine zweite Ausgabesteuereinheit, die die Ausgabe des von dem zweiten Filter ausgegebenen Signals stoppt, wenn das Ausgabestoppsignal von der Signalkomponentenanalyseeinheit ausgegeben wird.
Sensormodul nach Anspruch 1, wobei die erste und die zweite Ausgabesteuereinheit Merker ausgeben, die angeben, dass das ausgegebene Signal gestoppt wird, wenn von der Signalkomponentenanalyseeinheit das Ausgabestoppsignal ausgegeben wird.
Sensormodul nach Anspruch 1, wobei die durch das zweite Detektionselement detektierte physikalische Größe eine Winkelgeschwindigkeit ist.
Sensormodul nach Anspruch 1, wobei die Beschleunigungssignalverarbeitungseinheit das erste und das zweite Filter, die Signalkomponentenanalyseeinheit, die erste und die zweite Ausgabesteuereinheit und die erste Verarbeitungseinheit für ein Signal einer physikalischen Größe auf einem Halbleiterchip ausgebildet sind.
Sensormodul nach Anspruch 1, das ferner umfasst: ein drittes Detektionselement, das eine andere physikalische Größe als die Beschleunigung detektiert; eine zweite Verarbeitungseinheit für ein Signal einer physikalischen Größe, die ein Signal der physikalischen Größe, die durch das dritte Detektionselement detektiert wird, verarbeitet; ein drittes Filter, das aus dem durch die zweite Verarbeitungseinheit für ein Signal einer physikalischen Größe verarbeiteten Signal ein Rauschen entfernt; und eine dritte Ausgabesteuereinheit, die die Ausgabe des von dem dritten Filter ausgegebenen Signals stoppt, wenn von der Signalkomponentenanalyseeinheit das Ausgabestoppsignal ausgegeben wird.
Sensormodul nach Anspruch 5, wobei die durch das zweite Detektionselement detektierte physikalische Größe eine Winkelgeschwindigkeit ist.
Sensormodul nach Anspruch 1, das ferner umfasst: einen ersten Halbleiterchip, auf dem die Beschleunigungssignalverarbeitungseinheit, das erste Filter, die erste Ausgabesteuereinheit und die Signalkomponentenanalyseeinheit ausgebildet sind; und einen zweiten Halbleiterchip, auf dem die erste Verarbeitungseinheit für ein Signal einer physikalischen Größe, das zweite Filter und die zweite Ausgabesteuereinheit ausgebildet sind, wobei der erste Halbleiterchip mit dem zweiten Halbleiterchip durch einen Kontaktierungsdraht verbunden ist und das von der Signalkomponentenanalyseeinheit ausgegebene Ausgabestoppsignal an die zweite Ausgabesteuereinheit über den Kontaktierungsdraht überträgt.
Sensormodul nach Anspruch 1, das ferner Folgendes umfasst: einen ersten Halbleiterchip, auf dem die Beschleunigungssignalverarbeitungseinheit, das erste Filter und die erste Ausgabesteuereinheit ausgebildet sind; und einen zweiten Halbleiterchip, auf dem die erste Verarbeitungseinheit für ein Signal einer physikalischen Größe, das zweite Filter, die zweite Ausgabesteuereinheit und die Signalkomponentenanalyseeinheit ausgebildet sind, wobei der zweite Halbleiterchip mit dem ersten Halbleiterchip durch einen Kontaktierungsdraht verbunden ist und das von der Signalkomponentenanalyseeinheit ausgegebene Ausgabestoppsignal an die erste Ausgabesteuereinheit über den Kontaktierungsdraht überträgt.
Sensorsystem, dadurch gekennzeichnet, dass es umfasst: ein Sensormodul, das ein erstes Detektionselement, das eine Beschleunigung von außen detektiert, eine Beschleunigungssignalverarbeitungseinheit, die ein durch das erste Detektionselement detektiertes Beschleunigungssignal verarbeitet, ein erstes Filter, das aus dem durch die Beschleunigungssignalverarbeitungseinheit verarbeiteten Signal ein Rauschen entfernt, ein zweites Detektionselement, das eine andere physikalische Größe als die Beschleunigung detektiert, eine erste Verarbeitungseinheit für ein Signal der physikalischen Größe, die ein Signal der physikalischen Größe verarbeitet, die durch das zweite Detektionselement detektiert wird, und ein zweites Filter, das aus dem durch die erste Verarbeitungseinheit für ein Signal der physikalischen Größe verarbeiteten Signal ein Rauschen entfernt, besitzt; und einen Prozessor, der einen Aktor gemäß den über das erste und das zweite Filter ausgegebenen Signalen steuert, wobei der Prozessor enthält: ein zweites Filter, das aus dem durch die erste Verarbeitungseinheit für ein Signal einer physikalischen Größe verarbeiteten Signal ein Rauschen entfernt, eine Signalkomponentenanalyseeinheit, die eine Frequenzkomponente des durch die Beschleunigungssignalverarbeitungseinheit verarbeiteten Signals analysiert, bestimmt, ob eine physikalische Größe mit einer Frequenzaufspaltungskomponenten, die eine Differenz zwischen einer Frequenz in einer Antriebsrichtung des zweiten Detektionselements und einer Frequenz in einer Detektionsrichtung des zweiten Detektionselements repräsentiert, angewendet wird, und dann, wenn sie bestimmt, dass die physikalische Größe mit der Frequenzaufspaltungskomponente angewendet wird, ein Ausgabestoppsignal ausgibt, und eine Internzustand-Bestimmungseinheit, die einen Übergang in einen Zustand vornimmt, in dem der Prozessor die Steuerung des Aktors nicht ausführt, wenn von der Signalkomponentenanalyseeinheit das Stoppsignal ausgegeben wird.
Sensorsystem nach Anspruch 9, wobei die durch das zweite Detektionselement detektierte physikalische Größe eine Winkelgeschwindigkeit ist.
Sensorsystem nach Anspruch 9, wobei das Sensormodul ferner umfasst: ein drittes Detektionselement, das eine andere physikalische Größe als die Beschleunigung detektiert; eine zweite Verarbeitungseinheit für ein Signal der physikalischen Größe, die ein Signal der physikalischen Größe verarbeitet, die durch das dritte Detektionselement detektiert wird; ein drittes Filter, das aus dem durch die zweite Verarbeitungseinheit für ein Signal der physikalischen Größe verarbeiteten Signal ein Rauschen entfernt; und eine dritte Ausgabesteuereinheit, die die Ausgabe des von dem dritten Filter ausgegebenen Signals stoppt, wenn von der Signalkomponentenanalyseeinheit das Ausgabestoppsignal ausgegeben wird.
Sensorsystem nach Anspruch 11, wobei die durch das zweite Detektionselement detektierte physikalische Größe eine Winkelgeschwindigkeit ist.
Sensorsystem, dadurch gekennzeichnet, dass es umfasst: ein Sensormodul, das ein erstes Detektionselement, das eine Beschleunigung von außen detektiert, eine Beschleunigungssignalverarbeitungseinheit, die ein durch das erste Detektionselement detektiertes Beschleunigungssignal verarbeitet, ein erstes Filter, das aus dem durch die Beschleunigungssignalverarbeitungseinheit verarbeiteten Signal ein Rauschen entfernt, ein zweites Detektionselement, das eine andere physikalische Größe als die Beschleunigung detektiert, eine erste Verarbeitungseinheit für ein Signal der physikalischen Größe, die ein Signal der physikalischen Größe verarbeitet, die durch das zweite Detektionselement detektiert wird, und ein zweites Filter, das aus dem durch die erste Verarbeitungseinheit für ein Signal der physikalischen Größe verarbeiteten Signal ein Rauschen entfernt; und einen Prozessor, der einen Aktor gemäß den über das erste und das zweite Filter ausgegebenen Signalen steuert, wobei der Prozessor enthält: eine Signalkomponentenanalyseeinheit, die eine Frequenzkomponente des von dem ersten Filter ausgegebenen Signals analysiert, bestimmt, ob eine physikalische Größe mit einer Frequenzaufspaltungskomponente, die eine Differenz zwischen einer Frequenz in einer Antriebsrichtung des zweiten Detektionselements und einer Frequenz in einer Detektionsrichtung des zweiten Detektionselements repräsentiert, anwendet wird, und dann, wenn sie bestimmt, dass die physikalische Größe mit der Frequenzaufspaltungskomponente angewendet wird, ein Ausgabestoppsignal ausgibt, und eine Internzustand-Bestimmungseinheit, die einen Übergang in einen Zustand, in dem der Prozessor die Steuerung des Aktors nicht ausführt, vornimmt, wenn das Stoppsignal von der Signalkomponentenanalyseeinheit ausgegeben wird.
Sensorsystem nach Anspruch 13, wobei die durch das zweite Detektionselement detektierte physikalische Größe eine Winkelgeschwindigkeit ist.
Sensorsystem nach Anspruch 13, wobei das Sensormodul ferner umfasst: ein drittes Detektionselement, das eine andere physikalische Größe als die Beschleunigung detektiert; eine zweite Verarbeitungseinheit für ein Signal einer physikalischen Größe, die ein Signal der physikalischen Größe verarbeitet, die durch das dritte Detektionselement detektiert wird; ein drittes Filter, das aus dem durch die zweite Verarbeitungseinheit für ein Signal der physikalischen Größe verarbeiteten Signal ein Rauschen entfernt; und eine dritte Ausgabesteuereinheit, die die Ausgabe des von dem dritten Filter ausgegebenen Signals stoppt, wenn von der Signalkomponentenanalyseeinheit das Ausgabestoppsignal ausgegeben wird.
Sensorsystem nach Anspruch 15, wobei die durch das zweite Detektionselement detektierte physikalische Größe eine Winkelgeschwindigkeit ist.