-
1. Gebiet
der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Vibrationsgyroskop
und eine elektronische Vorrichtung, die dasselbe einsetzt. Insbesondere
bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Vibrationsgyroskop
zur Verwendung in elektronischen Vorrichtungen, wie z. B. Videokameras
mit Anti-Erschütterungsfunktion,
Autonavigationssystemen und Zeigevorrichtungen, und auf eine elektronische
Vorrichtung, die dasselbe einsetzt.
-
2. Beschreibung der verwandten
Technik
-
11 ist
ein Blockdiagramm eines herkömmlichen
Vibrationsgyroskops 50. Das grundlegende Konzept des in 11 gezeigten
Vibrationsgyroskops 50 ist in der ungeprüften japanischen
Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer
4-215017 offenbart.
-
Bezug
nehmend auf 11 umfasst das Vibrationsgyroskop 50 einen
Vibrator 100, eine Sensorschaltung 200, eine Treiberschaltung 300,
eine Signalverarbeitungsschaltung 400 und eine Diagnoseschaltung 700.
-
Der
Vibrator 100 umfasst ein erstes piezoelektrisches Substrat 101 und
ein zweites piezoelektrisches Substrat 102. Das erste piezoelektrische
Substrat 101 weist eine erste Sensorelektrode 104 und eine
zweite Sensorelektrode 105 auf einer Hauptebene desselben
auf und ist in der Dickenrichtung polarisiert. Das zweite piezoelektrische
Substrat 102 weist eine Treiberelektrode 106 auf
einer Hauptebene desselben auf und ist in der Dickenrichtung polarisiert.
Die andere Hauptebene des ersten piezoelektrischen Substrats 101 und
die andere Hauptebene des zweiten piezoelektrischen Substrats 102 sind über eine
Zwischenelektrode 103 verbunden. Die Sensorschaltung 200 umfasst
einen ersten Ladungsverstärker 220,
einen zweiten Ladungsverstärker 221 und
eine Differenzschaltung 210. Die Treiberschaltung 300 umfasst
eine Addiererschaltung 310, eine automatische Gewinnsteuerschaltung 320 (AGC-Schaltung;
AGC = automatic gain control) und eine Phasenkorrekturschaltung 330.
Die Signalverarbeitungsschaltung 400 umfasst eine Detektorschaltung 410,
eine Glättungsschaltung 420 und
eine Verstärkerschaltung 430.
-
In
dem Vibrationsgyroskop 50 mit einer derartigen Struktur
sind die erste und die zweite Sensorelektrode 104 und 105 des
Vibrators 100 mit dem ersten bzw. zweiten Ladungsverstärker 220 bzw. 221 verbunden.
Jeder des ersten und zweiten Ladungsverstärkers 220 und 221 ist
mit der Addiererschaltung 310 und der Differenzschaltung 210 verbunden.
Die Addiererschaltung 310 ist mit der AGC-Schaltung 320 verbunden
und die AGC-Schaltung 320 ist mit der Phasenkorrekturschaltung 330 verbunden.
Die Phasenkorrekturschaltung 330 ist dann mit der Treiberelektrode 106,
der Detektorschaltung 410 und einer Diagnoseschaltung 700 verbunden.
Die Differenzschaltung 210 ist mit der Detektorschaltung 410 und
der Diagnoseschaltung 700 verbunden. Die Detektorschaltung 410 ist
mit der Glättungsschaltung 420 verbunden
und die Glättungsschaltung 420 ist mit
der Verstärkerschaltung 430 verbunden.
-
In
Betrieb erfährt
der Vibrator 100 durch Anlegen einer Treiberspannung an
die Treiberelektrode 106 eine Biegevibration in der Dickenrichtung,
wobei die Longitudinalenden frei sind. Wenn eine Winkelgeschwindigkeit,
deren Achse sich in der Längsrichtung erstreckt,
an den Vibrator 100 angelegt wird, bewirkt die Coriolis-Kraft
eine Biegeverschiebung in der Breitenrichtung. So werden Signale
mit der gleichen Phase, die durch die Treiberspannung bewirkt werden, und
Ladungen mit unterschiedlichen Phasen gemäß der Coriolis-Kraft an der
ersten und zweiten Sensorelektrode 104 und 105 erzeugt.
-
Der
erste Ladungsverstärker 220 wandelt
die an der ersten Sensorelektrode 104 erzeugte Ladung in
eine Spannung um, die dann in die Differenzschaltung 210 und
die Addiererschaltung 310 eingegeben wird. Der zweite Ladungsverstärker 221 wandelt
die an der zweiten Sensorelektrode 105 erzeugte Ladung
in eine Spannung um, die dann in die Differenzschaltung 210 und
die Addiererschaltung 310 eingegeben wird. Die Addiererschaltung 310 addiert
die Eingangssignale, so dass die Wirkung der Coriolis-Kraft aus
den Signalen beseitigt werden kann, und gibt das resultierende Signal
an die AGC-Schaltung 320 aus.
Die AGC-Schaltung 320 verstärkt das empfangene Signal,
um eine feste Amplitude bereitzustellen, und gibt das Ergebnis in
die Phasenkorrekturschaltung 330 ein. Die Phasenkorrekturschaltung 330 korrigiert
die Phase des Eingangssignals vor einem Eingeben der Treiberspannung
in die Treiberelektrode 106 und die Detektorschaltung 410.
-
Die
Differenzschaltung 210 subtrahiert die Eingangssignale,
so dass das Signal, das dem Treibersignal entspricht, aus den Signalen
entfernt werden kann, und gibt das Signal, das der Coriolis-Kraft entspricht,
in die Detektorschaltung 410 ein. Die Detektorschaltung 410 erfasst
das Eingangssignal aus der Differenzschaltung 210 in Synchronisation
mit der Treiberspannung und gibt das Ergebnis in die Glättungsschaltung 420 ein.
Die Glättungsschaltung 420 glättet das
Eingangssignal und gibt dasselbe in die Verstärkerschaltung 430 ein
und die Verstärkerschaltung 430 führt eine
Gleichstromverstärkung
des Eingangssignals durch, um ein Signal, das der Winkelgeschwindigkeit
entspricht, nach außen
auszugeben.
-
Da
die Sensorschaltung 200 und die Treiberschaltung 300 mit
der Diagnoseschaltung 700 in dem Vibrationsgyroskop 50 verbunden
sind, kann bestimmt werden, ob die Sensorschaltung 200 und
die Treiberschaltung 300 normal funktionieren oder nicht,
oder ob zumindest eine der Sensorschaltung 200 und der
Treiberschaltung 300 anormal arbeitet oder nicht.
-
Das
herkömmliche
Vibrationsgyroskop 50 umfasst die Diagnoseschaltung 700,
die mit der Sensorschaltung 200 und der Treiberschaltung 300 verbunden
ist, und es ist möglich
zu bestimmen, ob die Sensorschaltung 200 und/oder die Treiberschaltung 300 normal
funktionieren oder nicht.
-
Phänomene,
die als ein Ergebnis einer Anomalie der Differenzschaltung 210 und
der Phasenkorrekturschaltung 330 entstehen, können außerdem bestimmt
werden. Es kann z. B. bestimmt werden, ob Defekte, wie z. B. Bruch,
Verschlechterung und Verbindungsausfall, in der ersten Sensorelektrode 104, der
zweiten Sensorelektrode 105 und der Treiberelektrode 106 des
Vibrators 100 vorliegen oder nicht, oder ob eine Leistungsversorgungsleitung,
die zu der Treiberschaltung 300 führt, getrennt wurde oder nicht.
-
In
dem herkömmlichen
Vibrationsgyroskop 50 jedoch wird nur ein Teil der Schaltungskomponenten,
die anormal arbeiten können, überwacht
und nicht alle Anomalien des Vibrationsgyroskops 50 werden
bestimmt. In Technologien, wie z. B. auf Fahrzeuge bezogenen Technologien,
könnte,
da eine Vielzahl von Komponenten miteinander in Wechselwirkung steht,
um ein komplexes System zu bilden, eine kleine Anomalie einer Komponente
zu einer fatalen Beschädigung
des Gesamtsystems führen. Deshalb
ist es erwünscht,
dass das Vorliegen einer Anomalie von nicht nur einem Teil einer
Schaltung sondern auch allen Schaltungskomponenten, einschließlich einer
Leistungsversorgung, zuverlässig bestimmt
werden kann.
-
Da
jedoch die Diagnoseschaltung 700 in dem herkömmlichen
Vibrationsgyroskop 50 nicht mit der Signalverarbeitungsschaltung 400 verbunden
ist, kann eine Anomalie der Signalverarbeitungsschaltung 400 nicht überprüft werden.
So tritt dahingehend ein Problem auf, dass eine falsche Winkelge schwindigkeit,
die aufgrund einer Anomalie der Signalverarbeitungsschaltung 400 ausgegeben
wird, nicht erkannt würde.
Ferner tritt, da das Vibrationsgyroskop 50 keine Untersuchung
von Anomalien einer Leistungsversorgung ermöglicht, ein weiteres Problem dahingehend
auf, dass Phänomene,
die nicht als ein Ergebnis von Anomalien der Differenzschaltung 210 und
der Phasenkorrekturschaltung 330 entstehen, nämlich Varianz
bei Spannungswerten der Leistungsversorgung und falsche Winkelgeschwindigkeit,
die aufgrund eines Fehlers, wie z. B. Rauschen oder sofortiger Funktionsstopp,
ausgegeben wird, nicht erkannt würden.
-
Die
EP 0 490 244 A2 bezieht
sich z. B. auf eine Erfassungsschaltung, die in der Lage ist, den anormalen
Zustand in einem Vibrationsgyroskop zu erfassen, wobei das Vibrationsgyroskop
ein Oszillationssignal zum Treiben eines Vibrators und ein Erfassungssignal
zum Erfassen einer Drehwinkelgeschwindigkeit des Vibrators erzeugt.
Die Erfassungsschaltung weist eine erste Gleichrichteinrichtung
zum Gleichrichten des Oszillationssignals, eine zweite Gleichrichteinrichtung
zum Gleichrichten des Erfassungssignals in der entgegengesetzten
Richtung zu dem Oszillationssignal, das durch die erste Gleichrichteinrichtung
gleichgerichtet wird, eine zusammengesetzte Einrichtung zum Zusammensetzen
des Oszillationssignals, das durch die erste Gleichrichteinrichtung
gleichgerichtet wird, und des Erfassungssignals, das durch die zweite
Gleichrichteinrichtung gleichgerichtet wird, und eine Schaltvorrichtung,
die durch ein zusammengesetztes Signal, das durch die zusammengesetzte
Einrichtung zusammengesetzt wird, betätigt wird, auf. Entsprechend
unterscheidet sich das zusammengesetzte Signal, das durch die zusammengesetzte
Einrichtung der Erfassungsschaltung zusammengesetzt wird, wenn das
Vibrationsgyroskop in einem Normalzustand arbeitet, von demjenigen,
wenn das Vibrationsgyroskop in einem anormalen Zustand arbeitet,
und der An/Aus-Zustand der Transistorvorrichtung unterscheidet sich ebenso.
Aus diesen Gründen
kann die Erfassungsschaltung einen anormalen Zustand des Vibrations gyroskops
aus dem An/Aus-Zustand der Transistorvorrichtung erfassen.
-
Die
EP 0 995 968 A2 bezieht
sich z. B. auf eine Winkelratenerfassungsvorrichtung, die eine Anomaliebeurteilungsschaltung
umfasst. Die Anomaliebeurteilungsschaltung weist ein Tiefpassfilter auf,
das in dem Pfad eines Erfassungssignals vorgesehen ist, das die
Oszillation eines Oszillators anzeigt. Durch einen Widerstand ist
eine Blindsignalerzeugungsschaltung dem Signalpfad vorgeschaltet,
d. h. auf der Eingangsseite des Tiefpassfilters. Als ein Ausgangssignal
gibt die Blindsignalerzeugungsschaltung ein Signal mit einer Frequenz
aus, die höher
ist als die Grenzfrequenz des Tiefpassfilters, nicht für das Erfassungssignal
verwendet wird und nicht in dem Erfassungssignal beinhaltet ist.
Die Blindsignalerzeugungsschaltung legt dann das Blindsignal über das
Erfassungssignal, und zwar durch den Widerstand, der mit der Blindsignalerzeugungsschaltung
verbunden ist. Ein Fensterkomparator ist dem Pfad des Erfassungssignals
nachgeschaltet, d. h. mit dem Ausgang des Tiefpassfilters verbunden. Das
Blindsignal wird auf eine derartig große Amplitude gesetzt, um die
Pegel des Fensterkomparators zu überschreiten.
Wenn keine Anomalie vorliegt, arbeitet das Tiefpassfilter normal
und das durch die Blindsignalerzeugungsschaltung erzeugte Blindsignal
gelangt nicht durch das Tiefpassfilter. So gibt der Fensterkomparator
ein Signal mit niedrigem Pegel, das einen Normalzustand anzeigt,
aus der Anomaliebeurteilungsschaltung aus. Andererseits arbeitet,
wenn eine Anomalie, wie z. B. eine Unterbrechung von Leitungen in
den Schaltungskomponenten, vorliegt, das Tiefpassfilter nicht normal,
so dass das Blindsignal durch das Tiefpassfilter hindurchgelangt.
In diesem Fall spricht der Fensterkomparator auf das Blindsignal
an und gibt ein Signal mit hohem Pegel, das einen anormalen Zustand
anzeigt, aus der Anomaliebeurteilungsschaltung aus.
-
Zusammenfassung
der Erfindung
-
Entsprechend
besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Vibrationsgyroskop bereitzustellen,
das in der Lage ist, Anomalien zuverlässig zu überprüfen, wenn einige Schaltungskomponenten
nicht normal arbeiten.
-
Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Vibrationsgyroskop
bereitzustellen, das in der Lage ist, Anomalien zuverlässig zu überprüfen, wenn
eine Leistungsversorgung nicht normal arbeitet.
-
Wiederum
eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine
elektronische Vorrichtung bereitzustellen, die ein zuverlässiges System
aufweist, die in einem Vibrationsgyroskop implementiert ist, das
in der Lage ist, Anomalien zuverlässig zu überprüfen.
-
Zu
diesem Zweck umfasst bei einem Aspekt der vorliegenden Erfindung
ein Vibrationsgyroskop einen Vibrator mit einer Treiberelektrode
und einer Sensorelektrode, eine Treiberschaltung zum Anlegen einer
Treiberspannung an die Treiberelektrode, eine Sensorschaltung, die
von der Sensorelektrode ein Signal empfängt, das einer Biegeverschiebung
des Vibrators entspricht, eine Signalverarbeitungsschaltung zum
Verarbeiten eines Signals, das von der Sensorschaltung eingegeben
wird, um eine Winkelgeschwindigkeit zu erfassen, und eine Diagnoseschaltung
zum Überprüfen, ob
die Sensorschaltung, die Treiberschaltung und die Signalverarbeitungsschaltung
alle normal arbeiten oder nicht.
-
Die
Signalverarbeitungsschaltung umfasst eine Schaltvorrichtung und
eine Detektorschaltung. Die Schaltvorrichtung gibt entweder ein
Signal, das von der Sensorschaltung eingegeben wird, oder ein Signal,
das von der Treiberschaltung eingegeben wird, an die Detektorschaltung
aus. Die Detektorschaltung erfasst ein Signal, das von der Schaltvorrichtung
eingegeben wird, in Synchronisation mit der Treiberspannung. Ansprechend
auf eine Eingabe des Signals von der Sensorschaltung durch die Schaltvorrichtung
könnte
die Signalverarbeitungsschaltung eine Winkelgeschwindigkeit erfassen.
Ansprechend auf eine Eingabe des Signals von der Treiberschaltung
durch die Schaltvorrichtung könnte
die Signalverarbeitungsschaltung das Signal, das anzeigt, ob die
Signalverarbeitungsschaltung eine Anomalie aufweist oder nicht,
ausgeben.
-
Die
Diagnoseschaltung könnte
eine erste Bestimmungseinheit zum Vergleichen einer Eingangsleistungsversorgungsspannung
mit einer Referenzspannung, um zu bestimmen, ob die Leistungsversorgungsspannung
in einen vorbestimmten Bereich fällt
oder nicht, umfassen.
-
Die
Diagnoseschaltung könnte
ferner eine erste Gleichrichterschaltung zum Gleichrichten eines Signals,
das von der Sensorschaltung eingegeben wird, eine zweite Gleichrichterschaltung
zum Gleichrichten eines Signals, das von der Treiberschaltung eingegeben
wird, eine Addiererschaltung zum Addieren des Signals, das durch
die erste Gleichrichterschaltung gleichgerichtet wird, und des Signals,
das durch die zweite Gleichrichterschaltung gleichgerichtet wird,
und eine zweite Bestimmungseinheit zum Bestimmen, ob das resultierende
Signal von der Addiererschaltung in einen vorbestimmten Bereich
fällt oder
nicht, umfassen.
-
Bei
einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine elektronische
Vorrichtung ein Vibrationsgyroskop mit beliebigen der vorstehenden Strukturen.
-
Deshalb
besitzt das Vibrationsgyroskop die Fähigkeit zu überprüfen, ob alle Schaltungen sowie die
Leistungsversorgung eine Anomalie aufweisen oder nicht, wobei so
eine zuverlässige Überprüfung von
Anomalien bereitgestellt wird, wenn einige der Schaltungskomponenten
oder die Leistungsversorgung nicht normal arbeiten.
-
Ferner
ermöglicht
es das Vibrationsgyroskop, dass das Vorliegen von Anomalien bestimmt werden
kann, nachdem das Sensorschaltungsausgangssignal und das Treiberschaltungsausgangssignal
addiert wurden, was es möglich
macht, die Anzahl darin verwendeter Komparatoren zu reduzieren, wodurch
eine Vereinfachung des Schaltungsaufbaus bereitgestellt wird.
-
Das
Vibrationsgyroskop umfasst eine Schaltvorrichtung und weist eine
derartige Struktur auf, dass das Vorliegen von Anomalien nur dann
geprüft wird,
wenn eine Überprüfung von
Anomalien erforderlich ist, wodurch eine Vereinfachung des Schaltungsaufbaus
bereitgestellt wird.
-
Eine
elektronische Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst ein Vibrationsgyroskop, das in der Lage ist, zuverlässig Anomalien
zu erfassen, wodurch ein System bereitgestellt wird, das für eine erwünschte Zuverlässigkeit
erforderlich ist.
-
Weitere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der
folgenden Beschreibung der Erfindung, die sich auf die beigefügten Zeichnungen
bezieht, ersichtlich werden.
-
Kurze Beschreibung der
Zeichnung(en)
-
1 ist
ein Blockdiagramm eines Vibrationsgyroskops gemäß einem Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung;
-
2 ist
ein Blockdiagramm einer Vergrößerung einer
Diagnoseschaltung in dem in 1 gezeigten
Vibrationsgyroskop;
-
3 ist
ein Betriebssignalverlaufsdiagramm des in 1 gezeigten
Vibrationsgyroskops;
-
4 ist
ein weiteres Betriebssignalverlaufsdiagramm des in 1 gezeigten
Vibrationsgyroskops;
-
5 ist
ein Blockdiagramm einer weiteren Diagnoseschaltung in dem in 1 gezeigten
Vibrationsgyroskop;
-
6 ist
ein weiteres Betriebssignalverlaufsdiagramm des in 1 gezeigten
Vibrationsgyroskops;
-
7 ist
ein Blockdiagramm eines Vibrationsgyroskops gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
-
8 ist
ein Betriebssignalverlaufsdiagramm des in 7 gezeigten
Vibrationsgyroskops;
-
9 ist
ein Blockdiagramm eines Vibrationsgyroskops gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
-
10 ist
ein Blockdiagramm eines Autotreiberschaltungsbeispiels zur Verwendung
in einer elektronischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
und
-
11 ist
ein Blockdiagramm eines herkömmlichen
Vibrationsgyroskops.
-
Detaillierte
Beschreibung von Ausführungsbeispielen der
Erfindung
-
1 ist
ein Blockdiagramm eines Vibrationsgyroskops 10 gemäß einem
Hintergrundtechnik-Beispiel der vorliegenden Erfindung. In 1 sind
Komponenten des Vibrationsgyroskops 10, die identisch oder äquivalent
zu denjenigen des in 11 gezeigten herkömmlichen
Vibrationsgyroskops 50 sind, die gleichen Bezugszeichen
zugewiesen und eine Beschreibung derselben ist deshalb weggelassen.
-
Bezug
nehmend auf 1 umfasst das Vibrationsgyroskop 10 eine
Diagnoseschaltung 600 anstelle der in 11 gezeigten
Diagnoseschaltung 700. Die Diagnoseschaltung 600 ist
mit der Differenzschaltung 210 in der Sensorschaltung 200,
der Phasenkorrekturschaltung 330 in der Treiberschaltung 300,
der Verstärkerschaltung 430 in
der Signalverarbeitungsschaltung 400 und einer Leistungsversorgungsschaltung 500 verbunden.
-
2 ist
eine vergrößerte Ansicht
der Diagnoseschaltung 600. Unter Bezugnahme auf 2 umfasst
die Diagnoseschaltung 600 eine Sensorbestimmungsschaltung 610,
eine Treiberbestimmungsschaltung 620, eine Signalverarbeitungsbestimmungsschaltung 630,
eine Leistungsversorgungsbestimmungsschaltung 640 und eine
umfassende Bestimmungsschaltung 650.
-
Die
Sensorbestimmungsschaltung 610 umfasst eine Gleichrichterschaltung 611,
eine Glättungsschaltung 612 und
einen Komparator 613. Die Treiberbestimmungsschaltung 620 umfasst
eine Gleichrichterschaltung 621, eine Glättungsschaltung 622 und
einen Komparator 623. Die Signalverarbeitungsbestimmungsschaltung 630 umfasst
eine Gleichrichterschaltung 631, eine Glättungsschaltung 632 und
einen Komparator 633. Die Leistungsversorgungsbestimmungsschaltung 640 umfasst
einen Komparator 643. Die umfassende Bestimmungsschaltung 650 ist
mit der Sensorbestimmungsschaltung 610, der Treiberbestimmungsschaltung 620,
der Signalverarbeitungsbestimmungsschaltung 630 und der
Leistungsversorgungsbestimmungsschaltung 640 verbunden.
-
Die
Sensorbestimmungsschaltung 610 ist unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. 3 stellt
das Sensorschaltungsausgangssignal, das auf der Sensorschaltung 200 ausgegeben
wird, und das Gleichrichterschaltungsausgangssignal, das aus der Glättungsschaltung 612 ausgegeben
wird, dar. Es wird darauf verwiesen, dass die Treiberbestimmungsschaltung 620 und
die Signalverarbeitungsbestimmungsschaltung 630 den gleichen
Schaltungsaufbau und die gleichen Merkmale wie diejenigen der Sensorbestimmungsschaltung 610 besitzen
und deshalb ist eine Beschreibung derselben weggelassen.
-
In
der Sensorbestimmungsschaltung 610 ist die Gleichrichterschaltung 611 mit
der Glättungsschaltung 612 verbunden,
die Glättungsschaltung 612 ist
mit dem Komparator 613 verbunden und der Komparator 613 ist
mit der umfassenden Bestimmungsschaltung 650 verbunden.
Die Gleichrichterschaltung 611 empfängt das Sensorschaltungsausgangssignal,
das aus der Differenzschaltung 210 der Sensorschaltung 200 ausgegeben
wird. Das Sensorschaltungsausgangssignal beinhaltet Informationen bezüglich dessen,
ob die Sensorschaltung 200 eine Anomalie aufweist oder
nicht. Die Gleichrichterschaltung 610 führt eine Vollwellengleichrichtung
des Sensorschaltungsausgangssignals durch und gibt das Ergebnis
an die Glättungsschaltung 612 aus
und die Glättungsschaltung 612 glättet das
Eingangssignal und gibt dasselbe in den Komparator 613 ein.
Wenn das Eingangssignal nicht kleiner ist als die Referenzspannung
der unteren Grenze und nicht größer ist
als die Referenzspannung der oberen Grenze, gibt der Komparator 613 das
Bestimmungsergebnis, das anzeigt, dass die Sensorschaltung 200 keine
Anomalie aufweist, in die umfassende Bestimmungsschaltung 650 ein.
Andererseits gibt, wenn das Eingangssignal unter der Referenzspannung
der unteren Grenze oder über
der Referenzspannung der oberen Grenze ist, der Komparator 613 das
Bestimmungsergebnis, das anzeigt, dass die Sensorschaltung 200 eine
Anomalie aufweist, in die umfassende Bestimmungsschaltung 650 ein.
-
Die
Ausgabe der Differenzschaltung 210 z. B. ist während eines
Normalbetriebs signifikant niedrig und ist während eines anormalen Betriebs
signifikant hoch, z. B. wenn der zweite Ladungsverstärker 221 außer Betrieb
ist. Diesbezüg lich
könnte,
wenn das in den Komparator 613 eingegebene Signal nicht größer als
die Referenzspannung der oberen Grenze ist, der Komparator 613 das
Bestimmungsergebnis, das anzeigt, dass die Sensorschaltung 200 normal arbeitet,
in die umfassende Bestimmungsschaltung 650 eingeben, ohne
die Referenzspannung der unteren Grenze zu verwenden. Alternativ
könnte
die Glättungsschaltung 612 entfernt
werden, wenn sie nicht nötig
ist.
-
Die
Leistungsversorgungsbestimmungsschaltung 640 ist unter
Bezugnahme auf 4 beschrieben. 4 stellt
das Leistungsversorgungsschaltungsausgangssignal dar, das aus der
Leistungsversorgungsschaltung 500 ausgegeben wird. In 4 zeigt
ein Zustand A an, dass die Leistungsversorgungsspannung normal ist,
ein Zustand B zeigt eine anormale Bedingung an, bei der die Leistungsversorgungsspannung
sofort gestoppt wird, und ein Zustand C zeigt eine anormale Bedingung
an, bei der Rauschen an die Leistungsversorgungsspannung angelegt
wird.
-
In
der Leistungsversorgungsbestimmungsschaltung 640 ist der
Komparator 643 mit der umfassenden Bestimmungsschaltung 650 verbunden.
Die Leistungsversorgungsschaltung 500 empfängt das Leistungsversorgungsschaltungsausgangssignal, das
Informationen bezüglich
dessen beinhaltet, ob die Leistungsversorgung 500 eine
Anomalie aufweist oder nicht. Wenn das empfangene Signal nicht kleiner
als die Referenzspannung der unteren Grenze und nicht größer als
die Referenzspannung der oberen Grenze ist, gibt der Komparator 643 das
Bestimmungsergebnis, das anzeigt, dass die Leistungsversorgungsschaltung 500 keine
Anomalie aufweist, in die umfassende Bestimmungsschaltung 650 ein. Wenn
andererseits das empfangene Signal unter der Referenzspannung der
unteren Grenze oder über der
Referenzspannung der oberen Grenze ist, gibt der Komparator 643 das
Bestimmungsergebnis, das anzeigt, dass die Leistungsversorgungsschaltung 500 eine
Anomalie aufweist, in die umfassende Bestimmungsschaltung 650 ein.
Typischerweise besteht keine Neigung, dass eine Anomalie der Leistungsversorgung,
die für
einen sehr kurzen Zeitraum, wie z. B. in Zustand B oder C, in 4 gezeigt,
andauert, als Anomalie an der Sensorschaltung 200 oder
der Treiberschaltung 300 verifiziert wird. Eine Verwendung
des Komparators 643 jedoch ermöglicht eine zuverlässige Überprüfung von
Anomalien.
-
Wenn
die von der Sensorbestimmungsschaltung 610, der Treiberbestimmungsschaltung 620,
der Signalverarbeitungsbestimmungsschaltung 630 und der
Leistungsversorgungsbestimmungsschaltung 640 eingegebenen
Signale alle normal sind, bestimmt die umfassende Bestimmungsschaltung 650, dass
die Schaltungskomponenten, sowie die Leistungsversorgung alle normal
funktionieren. Andernfalls, d. h. wenn zumindest eines der Eingangssignale
anormal ist, bestimmt die umfassende Bestimmungsschaltung 650,
dass die Schaltungskomponenten und die Leistungsversorgung nicht
normal arbeiten.
-
Wie
für Fachleute
auf dem Gebiet zu erkennen ist, ist das Sensorschaltungsausgangssignal nicht
auf das Signal, das aus der Differenzschaltung 210 ausgegeben
wird, eingeschränkt,
sondern könnte
ein Signal sein, das direkt aus dem ersten oder zweiten Ladungsverstärker 220 oder 221 ausgegeben
wird. Das Treiberschaltungsausgangssignal ist nicht auf das aus
der Phasenkorrekturschaltung 330 ausgegebene Signal eingeschränkt, sondern
könnte ein
Signal sein, das direkt aus der Addiererschaltung 310 oder
der AGC-Schaltung 320 ausgegeben
wird. Das Signalverarbeitungsschaltungsausgangssignal ist nicht
auf das aus der Verstärkerschaltung 430 ausgegebene
Signal eingeschränkt,
sondern könnte ein
Signal sein, das direkt aus der Erfassungsschaltung 410 oder
der Glättungsschaltung 420 ausgegeben
wird.
-
Entsprechend
besitzt das Vibrationsgyroskop 10 die Fähigkeit, Anomalien aller Schaltungskomponenten
zu überprüfen, wobei
so eine zuverlässige Überprüfung von
Anomalien bereitgestellt wird, wenn einige Schaltungskomponenten
nicht anormal arbeiten.
-
Das
Vibrationsgyroskop 10 besitzt außerdem die Fähigkeit,
direkt eine Leistungsversorgungsschaltung unter Verwendung einer
Leistungsversorgungsbestimmungsschaltung zu überprüfen, wodurch eine zuverlässige Überprüfung von
Anomalien in dem Vibrationsgyroskop 10 bereitgestellt wird.
-
5 stellt
eine modifizierte Diagnoseschaltung 601 in dem Vibrationsgyroskop
gemäß der vorliegenden
Erfindung dar. In 5 sind Komponenten der Diagnoseschaltung 601,
die identisch oder äquivalent
zu denjenigen der Diagnoseschaltung 600 in dem in 2 gezeigten
Vibrationsgyroskop 10 sind, die gleichen Bezugszeichen
zugewiesen und eine Beschreibung derselben ist deshalb weggelassen.
-
Bezug
nehmend auf 5 umfasst die Diagnoseschaltung 601 in
dem Vibrationsgyroskop 10 eine Sensor/Treiberbestimmungsschaltung 660 anstelle
der Sensorbestimmungsschaltung 610 und der Treiberbestimmungsschaltung 620 der
in 2 gezeigten Diagnoseschaltung 600. Die
Sensor/Treiberbestimmungsschaltung 660 umfasst Gleichrichterschaltungen 661 und 663,
Glättungsschaltungen 662 und 664,
eine Addiererschaltung 665 und einen Komparator 666.
Die Gleichrichterschaltung 661 ist mit der Sensorschaltung 200 und
der Glättungsschaltung 662 verbünden und
die Gleichrichterschaltung 663 ist mit der Treiberschaltung 630 und
der Glättungsschaltung 664 verbunden.
Die Glättungsschaltungen 662 und 664 sind
mit der Addiererschaltung 665 verbunden und die Addiererschaltung 665 ist
mit dem Komparator 666 verbunden. Die Gleichrichterschaltung 661 führt eine
Vollwellengleichrichtung des Sensorschaltungsausgangssignals durch
und gibt das Ergebnis an die Glättungsschaltung 662 aus, während die
Gleichrichterschaltung 663 eine Vollwellengleichrichtung
des Treiberschaltungsausgangssignals in der entgegengesetzten Richtung
zu der Gleichrichterschaltung 661 durchführt und
das Ergebnis an die Glättungsschaltung 664 ausgibt.
Die Glättungsschaltungen 662 und 664 glätten die
empfangenen Signale und geben dieselben an die Addiererschaltung 665 aus
und die Addiererschaltung 665 addiert die Eingangssignale
und gibt das Ergebnis an den Komparator 666 aus. Wenn das
Eingangssignal nicht kleiner als die Referenzspannung der unteren
Grenze und nicht größer als
die Referenzspannung der oberen Grenze ist, gibt der Komparator 666 das
Bestimmungsergebnis, das anzeigt, dass die Sensorschaltung 200 und
die Treiberschaltung 300 keine Anomalie aufweisen, an die
umfassende Bestimmungsschaltung 650 aus. Wenn andererseits das
Eingangssignal unter der Referenzspannung der unteren Grenze oder über der
Referenzspannung der oberen Grenze ist, gibt der Komparator 666 das Bestimmungsergebnis,
das anzeigt, dass die Sensorschaltung 200 und die Treiberschaltung 300 eine Anomalie
aufweisen, an die umfassende Bestimmungsschaltung 650 aus.
-
6 ist
ein Signalverlaufsdiagramm der Sensor/Treiberbestimmungsschaltung 600,
in dem Zustände
D und E eine Normalbedingung anzeigen und Zustände F, G und H eine anormale
Bedingung anzeigen.
-
Der
Zustand D ist ein Zustand, in dem keine Winkelgeschwindigkeit angelegt
ist. In dem Zustand D wird ein Treiberschaltungsausgangssignal mit
einer vorbestimmten Größe in die
Gleichrichterschaltung 663 eingegeben und ein Signal mit
einer vorbestimmten Größe wird
durch die Glättungsschaltung 664 an
die Addiererschaltung 665 ausgegeben. Ein Sensorschaltungsausgangssignal
mit 0 V wird in die Gleichrichterschaltung 661 eingegeben
und ein Signal mit 0 V wird durch die Glättungsschaltung 662 an die
Addiererschaltung 665 ausgegeben. Die Addiererschaltung 665 addiert
die von den Glättungsschaltungen 664 und 662 eingegebenen
Signale und gibt das Ergebnis in den Komparator 666 ein.
Dann bestimmt der Komparator 666, dass das resultierende Signal
aus der Addiererschaltung 665 nicht kleiner ist als die
Referenzspannung der unteren Grenze und nicht größer als die Referenzspannung
der oberen Grenze.
-
Der
Zustand E ist ein Zustand, in dem eine Winkelgeschwindigkeit angelegt
ist. Der Zustand E unterscheidet sich dahingehend von dem Zustand
D, dass ein Signal gemäß der Coriolis-Kraft
an die Gleichrichterschaltung 661 von der Sensorschaltung 220 angelegt
wird und in der entgegengesetzten Richtung zu der Gleichrichterschaltung 663 gleichgerichtet
wird. Das resultierende Signal wird durch die Glättungsschaltung 662 geglättet und
wird an die Addiererschaltung 665 geleitet. Dann bestimmt
der Komparator 666, dass das resultierende Signal aus der
Addiererschaltung 665 nicht kleiner als die Referenzspannung
der unteren Grenze und nicht größer als
die Referenzspannung der oberen Grenze ist.
-
Der
Zustand F ist ein Zustand, in dem das Treiberschaltungsausgangssignal übermäßig hoch ist.
In dem Zustand F wird ein übermäßig hohes
Signal in die Gleichrichterschaltung 663 eingegeben und das übermäßig hohe
Signal wird dann durch die Glättungsschaltung 664 zu
der Addiererschaltung 665 geleitet. Dann bestimmt der Komparator 666,
dass das resultierende Signal aus der Addiererschaltung 665 über der
Referenzspannung der oberen Grenze ist.
-
Der
Zustand G ist ein Zustand, in dem das Treiberschaltungsausgangssignal übermäßig niedrig ist.
In dem Zustand G wird ein übermäßig niedriges Treiberschaltungsausgangssignal
in die Gleichrichterschaltung 663 eingegeben und das übermäßig niedrige
Signal wird dann durch die Glättungsschaltung 664 zu
der Addiererschaltung 665 geleitet. Dann bestimmt der Komparator 666,
dass das resultierende Signal aus der Addiererschaltung 665 nicht
unterhalb der Referenzspannung der unteren Grenze ist.
-
Der
Zustand H ist ein Zustand, in dem das Sensorschaltungsausgangssignal übermäßig hoch ist.
In dem Zustand H wird ein übermäßig hohes
Signal in die Gleichrichterschaltung 661 eingegeben und das übermäßig hohe
Signal wird dann durch die Glättungsschaltung 662 zu
der Addiererschaltung 665 geleitet. Dann bestimmt der Komparator 666,
dass das resultierende Signal aus der Addiererschaltung 665 unterhalb
der Referenzspannung der unteren Grenze ist.
-
Entsprechend
reduziert mit Verwendung der Addiererschaltung 665 das
Vibrationsgyroskop 10, das die Diagnoseschaltung 601 umfasst,
die Anzahl in demselben verwendeter Komparatoren, wodurch eine Vereinfachung
des Schaltungsaufbaus bereitgestellt wird.
-
Ein
Vibrationsgyroskop z. B., das in einem Verhaltenssteuersystem für Motorfahrzeuge
beinhaltet ist, muss Anomalien aller Schaltungen überprüfen und
es ist ausreichend, dass eine Anomalie einer bestimmten der Schaltungen
nur in einer spezifizierten Zeitzone überprüft wird. Eine Sensorschaltung
und eine Treiberschaltung z. B. müssen immer in Bezug auf das
Vorliegen von Anomalien überprüft werden, während eine
Signalverarbeitungsschaltung nur dann, wenn der Motor betätigt wird,
in Bezug auf das Vorliegen von Anomalien überprüft werden muss. Anders ausgedrückt wird
ein Selbstdiagnosebetrieb gemäß einer
Bedeutung des Schaltungsaufbaus durchgeführt, wodurch eine Vereinfachung
des Schaltungsaufbaus bereitgestellt wird.
-
7 ist
ein Blockdiagramm eines Vibrationsgyroskops 20 gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. In 7 sind Komponenten
des Vibrationsgyroskops 20, die identisch oder äquivalent
zu denjenigen des in 1 gezeigten Vibrationsgyroskops 10 sind,
die gleichen Bezugszeichen zugewiesen und eine Beschreibung derselben
ist deshalb weggelassen.
-
Bezug
nehmend auf 7 umfasst das Vibrationsgyroskop 20 eine
Signalverarbeitungsschaltung 401 anstelle der Signalverarbeitungsschaltung 400 in
dem in 1 gezeigten Vibrationsgyroskop 10. Die
Signalverarbeitungsschaltung 401 unterscheidet sich dahingehend
von der Signalverarbeitungsschaltung 400, dass sie ferner
eine Schaltvorrichtung 450 umfasst. Die Schaltvorrichtung 450 gibt entweder
das Signal, das von der Differenzschaltung 210 eingegeben
wird, nämlich
das Sensorschaltungsausgangssignal, oder das Signal, das von der Phasenkorrekturschaltung 330 eingegeben
wird, nämlich
das Treiberschaltungsausgangssignal, in die Detektorschaltung 410 ein.
Die Detektorschaltung 410 erfasst das von der Schaltvorrichtung 450 eingegebene
Signal in Synchronisation mit der Treiberspannung und gibt das Ergebnis
an die Glättungsschaltung 420 aus.
Die Glättungsschaltung 420 glättet das
Eingangssignal und gibt dasselbe in die Verstärkerschaltung 430 ein
und die Verstärkerschaltung 430 führt eine
Gleichstromverstärkung
des Eingangssignals durch und gibt das Ergebnis nach außen aus.
-
8 ist
ein Signalverlaufsdiagramm der Signalverarbeitungsschaltung 401 in
dem Vibrationsgyroskop 20. In 8 zeigt
ein Zustand I an, dass die Schaltvorrichtung 450 mit der
Differenzschaltung 210 verbunden ist, wobei ein Signal,
das der Winkelgeschwindigkeit entspricht, aus der Verstärkerschaltung 430 ausgegeben
wird. Zustände
J, K und L zeigen an, dass die Schaltvorrichtung 450 mit
der Phasenkorrekturschaltung 330 verbunden ist, wobei ein Signal,
das anzeigt, ob die Signalverarbeitungsschaltung 401 eine
Anomalie aufweist oder nicht, in die Diagnoseschaltung 600 von
der Verstärkerschaltung 430 eingegeben
wird. Die Zustände
I und J zeigen einen Zustand an, in dem die Signalverarbeitungsschaltung 401 keine
Anomalie aufweist, während
die Zustände
K und L einen Zustand anzeigen, in dem die Signalverarbeitungsschaltung 401 eine
Anomalie aufweist.
-
In
dem Zustand I wird das von der Differenzschaltung 210 eingegebene
Signal durch die Schaltvorrichtung 450 in die Detektorschaltung 410 eingegeben.
Nachfolgend wird das Eingangssignal durch die Detektorschaltung 410 erfasst,
dann durch die Glättungsschaltung 420 geglättet und
durch die Verstärkerschaltung 430 verstärkt, um
ein Signal auszugeben, das der Winkelgeschwindigkeit entspricht.
-
In
den Zuständen
J, K und L wird das von der Phasenkorrekturschaltung 330 eingegebene
Signal durch die Schaltvorrichtung 450 in die Detektorschaltung 410 eingegeben.
Nachfolgend wird das Eingangssignal durch die Detektorschaltung 410 erfasst, dann
durch die Glättungsschaltung 420 geglättet und durch
die Verstärkerschaltung 430 verstärkt. Dann bestimmt
die Signalverarbeitungsbestimmungsschaltung 630 in der
Diagnoseschaltung 600, ob die Signalverarbeitungsschaltung 401 eine
Anomalie aufweist oder nicht. In dem Zustand J z. B. ist das von der
Verstärkerschaltung 430 in
die Diagnoseschaltung 660 eingegebene Signal nicht kleiner
als die Referenzspannung der unteren Grenze und nicht größer als
die Referenzspannung der oberen Grenze, was zu einer Bestimmung
führt,
dass die Signalverarbeitungsschaltung 401 keine Anomalie
aufweist. In dem Zustand K zeigt das Detektorschaltungsausgangssignal
0 V an, da die Detektorschaltung 410 anormal arbeitet,
und die von der Verstärkerschaltung 430 in
die Diagnoseschaltung 600 eingegebene Spannung ist unterhalb
der Referenzspannung der unteren Grenze, was zu einer Bestimmung
führt, dass
die Signalverarbeitungsschaltung 401 eine Anomalie aufweist.
In dem Zustand L ist die Verstärkungsgröße der Verstärkerschaltung 430 übermäßig hoch
und die aus der Verstärkerschaltung 430 ausgegebene
Spannung ist oberhalb der Referenzspannung der oberen Grenze, was
zu einer Bestimmung führt,
dass die Signalverarbeitungsschaltung 401 eine Anomalie
aufweist.
-
Entsprechend
ist mit Verwendung der Schaltvorrichtung 450 das Vibrationsgyroskop 20 so entworfen,
dass das Vorliegen einer Anomalie der Signalverarbeitungsschaltung 401 nur
dann überprüft wird,
wenn eine derartige Überprüfung der
Anomalie erforderlich ist, wodurch eine Vereinfachung des Schaltungsaufbaus
bereitgestellt wird.
-
9 stellt
ein Vibrationsgyroskop 30 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung dar. In 9 sind Komponenten des
Vibrationsgyroskops 30, die identisch oder äquivalent
zu denjenigen des in 7 gezeigten Vibrationsgyroskops 20 sind,
die gleichen Bezugszeichen zugewiesen und eine Beschreibung derselben
ist deshalb weggelassen.
-
Bezug
nehmend auf 9 umfasst in dem Vibrationsgyroskop 30 die
Sensorschaltung 201 eine erste Pufferschaltung 230,
eine zweite Pufferschaltung 231 und Widerstände 240 und 241 anstelle
des ersten Ladungsverstärkers 220 und
des zweiten Ladungsverstärkers 221 der
Sensorschaltung 200 in dem in 7 gezeigten
Vibrationsgyroskop 20.
-
Die
erste Pufferschaltung 230 und der Widerstand 240 sind
mit der ersten Sensorelektrode 104 verbunden und die zweite
Pufferschaltung 231 und der Widerstand 241 sind
mit der zweiten Sensorelektrode 105 verbunden. Jede der
ersten und der zweiten Pufferschaltung 230 und 231 ist
mit der Addiererschaltung 310 und der Differenzschaltung 210 verbunden.
Die erste Pufferschaltung 230 verteilt die Spannung der
ersten Sensorelektrode 104 an die Addiererschaltung 310 und
die Differenzschaltung 210 und die zweite Pufferschaltung 231 verteilt
die Spannung der zweiten Sensorelektrode 105 an die Addiererschaltung 310 und
die Differenzschaltung 210. Die Widerstände 240 und 241 werden
verwendet, um die Impedanz der ersten Sensorelektrode 104 bzw.
der zweiten Sensorelektrode 105 einzustellen.
-
Mit
dieser Struktur führt
das Vibrationsgyroskop 30 mit der Erfassungsschaltung 201 auch
die gleichen Funktionen wie diejenigen des Vibrationsgyroskops 20 durch.
-
Die
dargestellten Ausführungsbeispiele
wurden in Bezug auf den Vibrator beschrieben, der in einem bimorphen
Vibrator mit zwei piezoelektrischen Substraten, die miteinander
verbunden sind, implementiert ist; der Vibrator könnte jedoch
in einem Vibrator des Stimmbalkentyps implementiert sein, der zylindrisch
ist oder in einen dreieckigen Block geformt ist, oder einem Vibrator
des Stimmgabeltyps. Natür lich
sind die Sensorschaltung, die Treiberschaltung, die Signalverarbeitungsschaltung
und die Diagnoseschaltung der vorliegenden Erfindung nicht auf diejenigen
in den dargestellten Ausführungsbeispielen
eingeschränkt.
-
10 stellt
ein Beispiel einer elektronischen Vorrichtung, die einen Vibrator
gemäß der vorliegenden
Erfindung beinhaltet, dar. 10 ist
ein Blockdiagramm einer Autotreiberschaltung 70 zur Verwendung
in Motorfahrzeugen, die eine elektronische Vorrichtung der vorliegenden
Erfindung beispielhaft ausführt.
-
Die
Autotreiberschaltung 70 umfasst das Vibrationsgyroskop 10 gemäß der vorliegenden
Erfindung, eine Integrationsschaltung 701, eine Servoschaltung 702,
einen Stromtreiber 703, ein Betätigungsglied 704 und
einen Winkelbestimmungssensor 705. In der Autotreiberschaltung 70 sind
das Vibrationsgyroskop 10, die Servoschaltung 702,
der Stromtreiber 703 und das Betätigungsglied 704 in Serie
geschaltet und der Ausgang des Betätigungsglieds 704 bildet
eine Schleife zurück
zu der Servoschaltung 702 durch den Winkelbestimmungssensor 705.
-
In
Betrieb wird nur ein Winkelgeschwindigkeitssignal in Vibration eines
Fahrzeug-Chassis durch das Vibrationsgyroskop 10 in die
Integrationsschaltung 701 eingegeben. Die Integrationsschaltung 701 führt eine
Integration an dem Winkelgeschwindigkeitssignal durch, um dasselbe
in den Winkel umzuwandeln, in dem das Chassis vibriert, und gibt
das Ergebnis an die Servoschaltung 702 aus. Die Servoschaltung 702 verwendet
die Eingangssignale einer Winkelgeschwindigkeit von der Integrationsschaltung 701 und
dem Winkelbestimmungssensor 705, um die Differenz zwischen
dem gegenwärtigen Wert
und dem Zielwert zu berechnen, und gibt das Ergebnis an den Stromtreiber 703 aus.
Der Stromtreiber 703 gibt einen elektrischen Strom gemäß dem Eingangssignal
an das Betätigungsglied 704 aus, wodurch
es ermöglicht
wird, dass das Betätigungsglied 704 das
Lenkrad des Motor fahrzeugs mechanisch treiben kann. Der Winkelbestimmungssensor 705 gibt
den Winkel, in dem sich das Lenkrad dreht, an die Servoschaltung 702 aus.
-
Mit
dieser Struktur umfasst eine elektronische Vorrichtung mit der Autotreiberschaltung 70 gemäß der vorliegenden
Erfindung ein Vibrationsgyroskop, das in der Lage ist, Anomalien
zuverlässig
zu erfassen, wodurch ein zuverlässiges
System bereitgestellt wird, das zu einem umfangreichen System führt, das
für eine
erwünschte
Zuverlässigkeit
erforderlich ist.