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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Trägheitskraft-Detektionsvorrichtung.
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Stand der Technik
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Ein Beschleunigungssensor, der eine Trägheitskraft, beispielsweise eine Beschleunigung, detektiert, ist an einem Fahrzeug wie etwa einem Kraftfahrzeug oder einem Zug angebracht wobei es wichtig ist, einen normalen Betrieb des Beschleunigungssensors während der Fahrt sicherzustellen. Hierbei ist ein Verfahren zum Durchführen einer Diagnose durch Verschieben eines Detektionselements mit einer elektrostatischen Anziehungskraft, die durch Anlegen einer Spannung zur Diagnose an das Detektionselement zur Beschleunigung verursacht wird, bei der Diagnose des Beschleunigungssensors üblich. Unter den Vorrichtungen zum Detektieren der Trägheitskraft des Fahrzeugs sind beispielsweise in PTL 1 und 2 beschriebene Vorrichtungen als ein Selbstdiagnoseverfahren während des Betriebs des Beschleunigungssensors offenbart. PTL 1 beschreibt ein Beispiel, in dem dann, wenn eine Diagnoseperiode und eine Beschleunigungsausgabezeitvorgabe einander überlappen, ein Wert, der durch Subtrahieren eines Diagnosespannungs-Äquivalentwerts (festen Werts) erhalten wird, als eine Beschleunigung ausgegeben wird. Außerdem wird in PTL 2 ein beweglicher Abschnitt dazu veranlasst, mit einer Frequenz zu oszillieren, die höher ist als eine obere Grenze einer Frequenz, bei der sich die zu detektierende Beschleunigung ändert, und eine Bestimmungseinheit führt eine Selbstdiagnose einer Abnormalität einer Sensoreinheit basierend auf einem Sensorsignal, das zu dieser Zeit von dem Beschleunigungssensor ausgegeben wird. PTL 2 beschreibt ein Beispiel, in dem das Sensorsignal von dem Beschleunigungssensor durch ein digitales Filter gefiltert wird, so dass eine Frequenzkomponente, die einer Oszillationsfrequenz des beweglichen Abschnitts entspricht, entfernt wird.
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Entgegenhaltungsliste
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Patentdokument(e)
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- PTL 1: Japanisches Patent Nr. 3162149
- PTL 2: JP 2008-107108 A
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Zusammenfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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In PTL 1 und 2 ist es jedoch schwierig, ein korrektes Beschleunigungsdetektionsergebnis während der Diagnose zu erhalten, oder eine Zeit, für die der Einfluss der angelegten Spannung noch nach der Diagnose verbleibt, ist lang, so dass ein Beschleunigungsdetektionszyklus verlängert werden muss.
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Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Trägheitskraft-Detektionsvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, eine Diagnose durchzuführen, ohne eine Sensorausgabe zu stören, selbst wenn ein Fahrzeug fährt.
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Lösung für das Problem
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Um das oben beschriebene Problem zu lösen, ist eine Trägheitskraft-Detektionsvorrichtung, die eine Trägheitskraft basierend auf einem Verschiebungsbetrag eines Oszillators misst und dazu ausgelegt ist, eine Diagnosespannung in Synchronisation mit einem von außen eingegebenen Ausgabebefehlssignal anzulegen, als einem Beispiel der Trägheitskraft-Detektionsvorrichtung der vorliegenden Erfindung.
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Vorteilhafte Effekte der Erfindung
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Es ist möglich, die Trägheitskraft-Detektionsvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, eine Diagnose durchzuführen, ohne eine Sensorausgabe zu stören, selbst wenn ein Fahrzeug fährt
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Figurenliste
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- [1] 1 ist ein Blockdiagramm eines Beschleunigungssensors einer Ausführungsform.
- [2] 2 ist ein Blockdiagramm einer Diagnosesteuerfunktion der Ausführungsform.
- [3] 3 ist ein Blockdiagramm einer Beschleunigungsdiagnosefunktion der Ausführungsform.
- [4] 4 ist ein Blockdiagramm einer Filterfunktion der Ausführungsform.
- [5] 5 ist ein Zeitdiagramm, das einen grundlegenden Beschleunigungsdiagnosebetrieb der Ausführungsform darstellt.
- [6] 6 ist ein Zeitdiagramm, das einen Diagnosebetrieb durch Spannungsanpassung der Ausführungsform darstellt.
- [7] 7 ist ein Zeitdiagramm, das eine einen Diagnosebetrieb durch Schwellenwertanpassung der Ausführungsform darstellt.
- [8] 8 ist ein Zeitdiagramm, das einen Diagnosebetrieb durch Filterauswahl der Ausführungsform darstellt.
- [9] 9 ist ein Blockdiagramm eines Winkelgeschwindigkeitssensors einer zweiten Ausführungsform.
- [10] 10 ist ein Zeitdiagramm, das einen grundlegenden Winkelgeschwindigkeitsdiagnosebetrieb der zweiten Ausführungsform darstellt.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die 1 bis 9 beschrieben.
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1 ist ein Blockdiagramm eines Beschleunigungssensors gemäß einer Ausführungsform. Der Beschleunigungssensor dieser Ausführungsform weist einen Oszillator 11 und Elektroden 12 und 13 auf.
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Der Oszillator 11 wird verschoben, wenn eine Beschleunigung in der vertikalen Richtung der Zeichnung angelegt wird. Die Elektrode 12 legt eine Spannung an und verschiebt den Oszillator 11 zwangsweise in vertikaler Richtung. Die Elektrode 13 erfasst die Größe der Verschiebung in der vertikalen Richtung basierend auf einer Änderung einer elektrostatischen Kapazität. Ein Kapazitätsdetektor 14 detektiert eine durch die Verschiebung verursachte Änderung der elektrostatischen Kapazität und gibt die detektierte Änderung als eine Spannung aus. Ein AD-Umsetzer 15 setzt die von dem Kapazitätsdetektor 14 detektierte Spannung in ein digitales Signal um.
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Ein Filter 16 hat eine Funktion des Entfernens von hochfrequentem Rauschen durch Tiefpassfilterverarbeitung zu der Zeit der gewöhnlichen Beschleunigungsdetektion. Andererseits hat das Filter 16 zu der Zeit der Beschleunigungsdiagnose eine Funktion des Ausgebens einer Differenz zwischen einem Beschleunigungswert 6 unmittelbar vor der Diagnose und einem Beschleunigungswert während der Diagnose als Antwort auf ein Eingangssignal von der Diagnosesteuerung 18 und eine Funktion des Änderns der Eigenschaften eines Tiefpassfilters zwischen der Beschleunigungsdetektion und der Beschleunigungsdiagnose. Einzelheiten sind unter Bezugnahme auf 4 beschrieben.
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Eine Temperaturkorrektur 17 ist eine Funktion des Detektierens der Umgebungstemperatur unter Verwendung eines Temperatursensors und des Korrigierens eines Beschleunigungsausgabewerts als Antwort auf den detektierten Wert. Die Diagnosesteuerung 18 ist eine Funktion des Erzeugens eines Steuersignals zum Ausführen der Beschleunigungsdiagnose in Bezug auf eine Beschleunigungsdiagnoseeinheit 19 und das Filter 16 gemäß einem Zyklus eines Übertragungsbefehls, wenn der Übertragungsbefehl einer Beschleunigungsausgabe von einer Kraftmaschinensteuereinheit (ECU) 2, die eine externe Vorrichtung ist, eingegeben worden ist, und des Ausgebens des erzeugten Steuersignals. Einzelheiten sind unter Bezugnahme auf 2 beschrieben.
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Die Beschleunigungsdiagnose 19 führt eine Diagnose in Bezug auf eine Beschleunigungsverschiebungsausgabe, die von dem Kapazitätsdetektor 14 zu der Temperaturkorrektureinheit 17 weitergegeben wird, durch Anlegen einer Spannung zur Diagnose an die feste Elektrode 12 des Oszillators 11 zum zwangsweisen Verschieben des Oszillators 11 durch und bestimmt, ob Komponenten von dem Oszillator 11 bis zu der Temperaturkorrektur 17 normal arbeiten. Einzelheiten sind unter Bezugnahme auf 3 beschrieben.
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Eine Kommunikation 20 überträgt die durch die Temperaturkorrektur 17 korrigierte Beschleunigungsausgabe und eine Diagnoseausgabe der Beschleunigungsdiagnose 19 an die externe Vorrichtung wie etwa die ECU 2.
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Als Nächstes ist die Befehlsdetektion 181, um die Diagnosesteuerung 18 unter Bezugnahme auf 2 zu beschreiben, eine Funktion des Detektierens, ob ein von der ECU 2 empfangenes Signal ein Beschleunigungsausgabebefehl ist. Die Befehlsintervalldetektion 182 ist eine Funktion des Detektierens eines Empfangsintervalls des von der ECU 2 empfangenen Beschleunigungsausgabebefehls.
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Eine Zeitvorgabenanpassung 183 ist eine Funktion des Anpassens einer Diagnosezeit gemäß dem Empfangsintervall des Beschleunigungsausgabebefehls. Die Spannungsanpassung 184 ist eine Funktion des Anpassens der Amplitude und Polarität einer angelegten diagnostischen Spannung gemäß dem Empfangsintervall des Beschleunigungsausgabebefehls.
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Eine Schwellenwertanpassung 185 ist eine Funktion des Anpassens eines Schwellenwerts zum Bestimmen, ob der Beschleunigungsverschiebungsbetrag zu der Zeit der Beschleunigungsdiagnose gemäß dem Empfangsintervall des Beschleunigungsausgabebefehls normal ist. Eine Filteranpassung 186 ist eine Funktion des Auswählens eines Tiefpassfilters, das zu der Zeit der Detektion und zu der Zeit der Diagnose einem Beschleunigungsverschiebungswert unterzogen werden soll, als das Filter 16 gemäß dem Empfangsintervall des Beschleunigungsausgabebefehls und des Ausgebens eines Signals zum Auswählen einer Differenz zu einem Beschleunigungswert unmittelbar vor der Diagnose zu der Zeit der Diagnose.
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Als Nächstes wird die Beschleunigungsdiagnose 19 unter Bezugnahme auf 3 beschrieben.
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Eine Diagnosespannungsanlegung 191 ist eine Funktion des Anlegens einer Spannung an die Elektrode 12, um den Oszillator 11 zwangsweise in vertikaler Richtung in 1 zu verschieben, um zu diagnostizieren, ob der Beschleunigungssensor normal arbeitet. Ein Schwellenwert 192 ist ein Register, das einen Schwellenwert zum Bestimmen speichert, ob der von dem Filter 16 eingegebene Beschleunigungsverschiebungswert in einen normalen Bereich fällt. Zum Beispiel werden ein oberer Grenzwert und ein unterer Grenzwert als Schwellenwerte gespeichert. Eine Bestimmung 193 vergleicht den Beschleunigungsverschiebungswert mit dem oberen Grenzwert und dem unteren Grenzwert, die die Schwellenwerte sind, und bestimmt, dass der Betrieb normal ist, wenn der Beschleunigungsverschiebungswert in den Bereich fällt.
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Als Nächstes wird das Filter 16 unter Bezugnahme auf 4 beschrieben.
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Ein Tiefpassfilter 161 ist ein Tiefpassfilter, das zu der Zeit der Beschleunigungsdetektion angewendet wird. Auf der anderen Seite ist ein Tiefpassfilter b 162 ein Tiefpassfilter, der zu der Zeit der Beschleunigungsdiagnose angewendet wird. Zu der Zeit der Beschleunigungsdiagnose ist eine Grenzfrequenz des Tiefpassfilters b 162 höher als die des Tiefpassfilters a 161, um die Anstiegs- und Abfallzeit der Beschleunigungsverschiebung aufgrund des Anlegens der Diagnosespannung zu verkürzen.
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Ein Schalter 163 hat eine Funktion des Auswählens eines von zwei Eingangssignalen. Ein Filterauswahlsignal wird verwendet, um ein Ausgabesignal des Tiefpassfilters a zu der Zeit der Beschleunigungsdetektion und ein Ausgabesignal des Tiefpassfilters a zu der Zeit der Beschleunigungsdiagnose auszuwählen und auszugeben.
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Ein Auffangregister 164 hat eine Funktion des Haltens des Beschleunigungsverschiebungswerts unmittelbar vor der Beschleunigungsdiagnose. Ein Subtrahierer 165 hat eine Funktion des Subtrahierens des Beschleunigungsverschiebungswerts unmittelbar vor dem Beginn der Diagnose von dem Beschleunigungsverschiebungswert zu der Zeit der Beschleunigungsdiagnose. Eine Aufgabe dieser Funktion besteht darin, nur die Beschleunigungsverschiebung zu extrahieren, die durch Anlegen der Diagnosespannung in einem Zustand verursacht wird, in dem ein mit dem Beschleunigungssensor ausgestattetes Fahrzeug auf einer Steigung stoppt oder während der Fahrt eine Beschleunigung erzeugt wird.
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Der Schalter 164 hat eine Funktion des Auswählens eines von zwei Eingangssignalen. Basierend auf einem Verschiebungsauswahlsignal wird zu der Zeit der Beschleunigungsdetektion eine Beschleunigungsverschiebung zu diesem Zeitpunkt ausgewählt und ausgegeben und eine Beschleunigungsverschiebung zum Anlegen der Diagnosespannung und zu der Zeit der Beschleunigungsdiagnose wird ausgewählt und ausgegeben.
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Als Nächstes wird ein Betrieb beschrieben. 5 ist ein Zeitdiagramm zum Beschreiben eines grundlegenden Betriebs der vorliegenden Erfindung.
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Die Kommunikation 20 von 1 empfängt ein Signal des Beschleunigungsausgabebefehls von der ECU 2 und gibt ein Diagnosebefehlssignal an die Diagnosesteuerung 18 aus, wenn eine Speicherung einer Beschleunigungsausgabe, die in einen Übertragungspuffer ausgegeben werden soll, abgeschlossen ist. Die Diagnosesteuerung 18 detektiert einen Zyklus des von der ECU 2 periodisch empfangenen Beschleunigungsausgabebefehlssignals unter Verwendung der Befehlsdetektion 181 und der Befehlsintervalldetektion 182 in 2. Die Zeitvorgabenanpassung 183 bestimmt, dass es möglich ist, die Beschleunigungsdiagnose durch kontinuierliches Anlegen positiver (+) und negativer (-) Spannungen in einem Zyklus auszuführen, damit das Tiefpassfilter 181 einen stabilen Zustand (z. B. eine Zeitspanne von 5 τ oder mehr, wenn eine Zeitkonstante τ ist) von dem detektierten Zyklus bis zu dem Empfang des nächsten Beschleunigungsbefehlssignals erreicht. Dann wird wie in 5 gezeigt das Diagnosebefehlssignal gleichzeitig mit der Übertragung der Beschleunigungsausgabe an die Beschleunigungsdiagnose 19 ausgegeben, unmittelbar nachdem das Diagnosebefehlssignal von der Kommunikation 20 eingegeben worden ist, wodurch die Beschleunigungsdiagnose ausgeführt wird.
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In 5 wird der Oszillator 11 nach oben verschoben, wenn die Diagnosespannung positiv ist, und nach unten verschoben, wenn die Diagnosespannung negativ ist, aber die Beschleunigungsverschiebung wird sanft durchgeführt, da das Verschiebungssignal 12 den Tiefpassfilter a durchläuft. Wenn ein Scheitel der Verschiebung innerhalb eines Bereichs zwischen dem oberen Grenzwert und dem unteren Grenzwert liegt, die als die Schwellenwerte 192 festgelegt sind, wird in der Bestimmung 193 von 3 bestimmt, dass der Betrieb normal ist.
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6 ist ein Zeitdiagramm zum Beschreiben eines Betriebs der Ausführungsform, bei dem die Polarität der angelegten diagnostischen Spannung für jede Beschleunigungsausgabe aus der Kommunikation 20 in die ECU 1 in der vorliegenden Erfindung abwechselnd umgeschaltet wird. Wie in der Ausführungsform von 5 detektiert die Diagnosesteuerung 18 den Zyklus des von der ECU 2 periodisch empfangenen Beschleunigungsausgabebefehlssignals unter Verwendung der Befehlsdetektion 181 und der Befehlsintervalldetektion 182 in 2. Die Zeitvorgabenanpassung 183 bestimmt, dass es schwierig ist, abwechselnd positive (+) und negative (-) Spannungen in einem Zyklus derart anzulegen, dass das Tiefpassfilter 181 den stabilen Zustand (die Zeitdauer von 5T oder mehr, wenn die Zeitkonstante τ ist) von dem detektierten Zyklus bis zu dem Empfang des nächsten Beschleunigungsbefehlssignals erreicht, und die Beschleunigungsdiagnose auszuführen. Dann werden wie in 5 dargestellt abwechselnd positive und negative Spannungen an die Beschleunigungsdiagnose 19 für jeden Zyklus zu der gleichen Zeit wie die Übertragung einer Beschleunigungsausgabe angelegt, unmittelbar nachdem das Diagnosebefehlssignal von der Kommunikation 20 eingegeben wird, wodurch die Beschleunigungsdiagnose ausgeführt wird.
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7 ist ein Zeitdiagramm, das die Ausführungsform in einem Fall des Änderns eines Diagnoseschwellenwerts in der vorliegenden Erfindung darstellt. Wenn das Tiefpassfilter 181 den stabilen Zustand (die Zeitdauer von 5 τ; oder mehr, wenn die Zeitkonstante τ ist) in dem Fall, in dem die positive und die negative Diagnose abwechselnd für jeden Zyklus wie in der Ausführungsform von 6 dargestellt ausgeführt werden, basierend auf einem Ergebnis der Befehlsintervalldetektion 182 in 2 nicht erreicht, wird eine Spannungsanlegezeit direkt verkürzt, um die Zeit sicherzustellen, die es dem Tiefpassfilter 181 ermöglicht, den stabilen Zustand zu erreichen. Als Ergebnis erreicht das Beschleunigungsverschiebungssignal nicht einen vorgeschriebenen Schwellenwert, der durch die gestrichelte Linie angezeigt ist, wie sie in 7 dargestellt ist. Somit wird die Diagnose durch Absenken des Schwellenwerts ausgeführt.
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8 ist ein Zeitdiagramm, das die Ausführungsform in dem Fall des Änderns des Tiefpassfilters zwischen der Zeit der Beschleunigungsdetektion und der Zeit der Diagnose in der vorliegenden Erfindung darstellt. Wenn das Tiefpassfilter 181 den stabilen Zustand (die Zeitdauer von 5 τ; oder mehr, wenn die Zeitkonstante τ ist) in dem Fall, in dem die positive 14 und die negative Diagnose abwechselnd für jeden Zyklus ausgeführt werden, wie in der Ausführungsform von 6 dargestellt basierend auf einem Ergebnis der Befehlsintervalldetektion 182 in 2 nicht erreicht, wird das Tiefpassfilter b unter Verwendung eines Filterauswahlsignals, das in das Filter 16 von 4 von der Diagnosesteuerung 18 von 2 eingegeben wird, ausgewählt, wodurch die Anstiegs- und Abfallzeit des Beschleunigungsverschiebungssignals in Abhängigkeit von dem Anlegen der Diagnosespannung verkürzt wird. Die gestrichelte Linie in der Zeichnung stellt eine Wellenform dar, wenn das Tiefpassfilter a ausgewählt ist.
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Als weitere Ausführungsform kann zusätzlich ein Eingangssignal (Zeitkonstante τ = 0) in das Tiefpassfilter a zu der Zeit der Beschleunigungsdiagnose anstelle des Wechselns zwischen den zwei Tiefpassfiltern verwendet werden.
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9 ist ein Blockdiagramm eines Winkelgeschwindigkeitssensors gemäß einer zweiten Ausführungsform. Ein Winkelgeschwindigkeitsdetektionselement 21 oszilliert auf resonante Weise konstant in einer Oszillationsrichtung, wenn ein Wechselstromsignal mit konstanter Frequenz und Amplitude von einer Ansteuereinheit 22 über eine Elektrode 23 angelegt wird. Wenn eine Winkelgeschwindigkeit in einem solchen Zustand angewendet wird, wird ein Oszillator 22 aufgrund einer Corioliskraft in einer Detektionsrichtung verschoben. Die Elektrode 13 detektiert den Verschiebungsbetrag in der vertikalen Richtung basierend auf einer Änderung der elektrostatischen Kapazität. Die Elektrode 12 legt eine Diagnosespannung an und verschiebt den Oszillator 22 zwangsweise in vertikaler Richtung. Die Verarbeitung von anderen Funktionsblöcken als den oben beschriebenen ist in 9 die gleiche wie die des Beschleunigungssensors in 1.
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Als Nächstes wird ein Betrieb beschrieben. 10 ist ein Zeitdiagramm zum Beschreiben eines grundlegenden Betriebs einer zweiten Ausführungsform. Die Kommunikation 20 von 9 empfängt ein Signal eines Beschleunigungsausgabebefehls von der ECU 2 und gibt ein Diagnosebefehlssignal an die Diagnosesteuerung 18 aus, wenn die Speicherung einer Winkelgeschwindigkeitsausgabe, die in einen Übertragungspuffer ausgegeben werden soll, abgeschlossen ist. Die Diagnosesteuerung 18 detektiert einen Zyklus des von der ECU 2 periodisch empfangenen Beschleunigungsausgabebefehlssignals unter Verwendung der Befehlsdetektion 181 und der Befehlsintervalldetektion 182 in 2. Die Zeitabstimmungsanpassung 183 bestimmt, dass es möglich ist, die Winkelgeschwindigkeitsdiagnose durch kontinuierliches Anlegen positiver (+) und negativer (-) Spannungen in einem Zyklus auszuführen, damit das Tiefpassfilter 181 einen stabilen Zustand (z. B. eine Zeitdauer von 5τ oder mehr, wenn die Zeitkonstante τ ist) von dem detektierten Zyklus bis zum Empfang des nächsten Beschleunigungsbefehlssignals erreicht. Dann wird wie in 10 gezeigt das Diagnosebefehlssignal zu der gleichen Zeit wie die Übertragung des Beschleunigungsausgabesignals an die Winkelgeschwindigkeitsdiagnose 19 ausgegeben, unmittelbar nachdem das Diagnosebefehlssignal von der Kommunikation 20 eingegeben wird, wodurch die Winkelgeschwindigkeitsdiagnose ausgeführt wird.
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In 10 wird der Oszillator 11 nach oben verschoben, wenn die Diagnosespannung positiv ist, und nach unten verschoben, wenn die Diagnosespannung negativ ist, aber die Winkelverschiebung wird sanft vorgenommen, da das Verschiebungssignal das Tiefpassfilter a durchläuft. Wenn ein Scheitel der Verschiebung innerhalb eines Bereichs zwischen dem oberen Grenzwert und dem unteren Grenzwert liegt, die als Schwellenwerte 192 festgelegt sind, wird in der Bestimmung 193 von 3 bestimmt, dass der betrieb normal ist.
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Weiterhin ist es möglich, den gleichen Betrieb auszuführen, außer dass eine Sensorausgabe in den Zeitdiagrammen von 6 bis 8, die den Betrieb des Beschleunigungssensors, der die in 1 dargestellte erste Ausführungsform ist, eine Winkelgeschwindigkeit wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Beschleunigungssensor
- 11
- Oszillator
- 12, 13
- Elektrode
- 14
- Kapazitätsdetektor
- 15
- AD-Umsetzer
- 16
- Filter
- 17
- Temperaturkorrektur
- 18
- Diagnosesteuerung
- 19
- Beschleunigungsdiagnose
- 20
- Kommunikation
- 161
- Tiefpassfilter a
- 162
- Tiefpassfilter b
- 163
- Schalter
- 164
- Auffangregister
- 165
- Subtrahierer
- 166
- Schalter
- 181
- Befehlsdetektion
- 182
- Befehlsintervalldetektion
- 183
- Zeitanpassung
- 184
- Spannungsanpassung
- 185
- Schwellwertanpassung
- 186
- Filteranpassung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 3162149 [0002]
- JP 2008107108 A [0002]