JP2002188921A - 角速度センサの故障診断装置および故障診断方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 故障していない場合に故障しているという誤
診頻度の少ない、角速度センサの故障診断装置を提供す
る。 【解決手段】 振動型の角速度センサ１００の故障診断
装置１０は、角速度センサ１００の振動子１０２からの
フィードバック信号の波形が正常および異常のいずれの
状態にあるかを判断するための波形判断手段２０を含
む。故障判定手段４０は、波形判断手段２０による判断
が故障判定のために規定した一定時間または一定周期以
上継続して異常の状態にある場合に、角速度センサ１０
０が故障の状態にあると判定する。自己診断信号発生手
段５０は、故障判定手段４０の判定に基づいて出力信号
が変わる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は角速度センサの故
障診断装置および故障診断方法に関し、特に、たとえば
車両の姿勢検出に利用される振動型の角速度センサの故
障診断装置および故障診断方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】特開平９―１２７１５３号には、この発
明の背景となる従来のヨーレートセンサの異常検出装置
が開示されている。この異常検出装置では、センサの出
力信号の大きさが、正常時にはあり得ないような値たと
えば電源電圧の上下限に振り切った状態を一定時間以上
継続した時に、センサの故障と判断するようにしてい
る。また、図４は従来の振動型の角速度センサの故障診
断装置の一例を示すブロック図である。図４に示す故障
診断装置１は波形判断手段２を含む。波形判断手段２
は、振動型の角速度センサ５の振動子６を駆動するため
の駆動信号または振動子６からのフィードバック信号
が、あらかじめ規定した波形となっているかどうかを判
断するためのものである。なお、その角速度センサ５の
振動子６の入力端には、駆動信号発生手段７の出力端が
接続され、振動子６の出力端は信号検出手段８の入力端
に接続され、信号検出手段８の出力端は駆動信号発生手
段７の入力端に接続される。そして、角速度センサ５の
駆動信号発生手段７の出力端および信号検出手段８の出
力端が、故障診断装置１の波形判断手段２の入力端に接
続される。また、波形判断手段２の出力端は、自己診断
信号発生手段３の入力端に接続される。自己診断信号発
生手段３は、波形判断手段２の判断に基づいて、角速度
センサ５の異常を後段の上位システムに通報するための
信号を発生するためのものである。図４に示す故障診断
装置１では、駆動信号またはフィードバック信号などの
角速度センサ５の振動子６の動作と連動した信号の振
幅、位相、周波数などのいずれかが、ある規格値から外
れたことをもって、振動子６の破損や回路網の断線など
の角速度センサ５の故障と判断するようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】特開平９―１２７１５
３号に開示されている異常検出装置では、センサの出力
信号が振り切った状態にあることをモニタしているが、
センサの出力は、不要なノイズ成分を除去するために、
低域周波数のみを通すローパスフィルタを介しているこ
とが多い。そのため、センサが故障してから出力信号が
異常レベルまで変化するためには、数十ｍｓ〜数秒とい
う時間的な遅れが生じる。この時間的な遅れは、比較的
ゆっくりとした角速度を検出するたとえば車両のヨーコ
ントロールのような用途であれば、問題となりにくい。
しかしながら、振動型の角速度センサの用途として想定
される車両の横転検出の場合には、車両の挙動変化が急
であるため、数ｍｓ周期でまたは常時、センサが正常動
作していることをモニタしておく必要がある。そのた
め、故障発生から時間的な遅れのあるセンサ出力の変化
だけで故障診断するのは、適切ではない。これを解決す
るために、図４に示す振動型の角速度センサ５の故障診
断装置１の場合には、角速度センサ５の振動子６が常に
正常な振幅、位相、周波数で振動しているかどうかをモ
ニタするようにしている。振動子６の発振周波数は５ｋ
〜２０ｋＨｚ程度であるので、数百μｓオーダで角速度
センサ５の故障診断情報が更新できる。ところで、振動
型の角速度センサが利用されるたとえば自動車内では、
さまざまな振動などが発生している。たとえば、走行中
の路面からのロードノイズや車体の振動などによる連続
的な振動、路面の石や凹凸、マンホール、橋梁の継ぎ
目、急カーブや急な坂をドライバーに注意喚起するため
の意図的につけられた路面の凹凸などの路上構造物を踏
んだ場合に発生する瞬間的な振動や衝撃などである。こ
のような外乱振動などを受けると、角速度センサの振動
子の動作も瞬間的に不安定になり、振動状態を示す駆動
信号やフィードバック信号が乱れる場合がある。図４に
示す従来の振動型の角速度センサ５の故障診断装置１で
は、これらの瞬間的な不安定信号も振動子６または回路
網の故障と判断し、故障信号をアクティブにしてしまう
ことがある。上述のように、路面の凹凸などにより頻繁
に故障信号がアクティブになるため、図４に示す従来の
振動型の角速度センサ５の故障診断装置１では、後段の
上位システムに、それが突発的なものなのか恒久的な角
速度センサ５の故障によるものなのかを判断するような
アルゴリズムや判断回路を設ける必要があり、システム
全体を高価なものにしてしまっている。また、そのよう
な故障診断装置１では、故障診断の信憑性が低い。

【０００４】それゆえに、この発明の主たる目的は、故
障していない場合に故障しているという誤診頻度の少な
い、角速度センサの故障診断装置および故障診断方法を
提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明にかかる角速度
センサの故障診断装置は、振動型の角速度センサの故障
診断装置において、角速度センサの振動子を駆動するた
めの駆動信号または振動子からのフィードバック信号の
波形が正常および異常のいずれの状態にあるかを判断す
るための波形判断手段と、波形判断手段による判断が故
障判定のために規定した一定時間または一定周期以上継
続して異常の状態にある場合に、角速度センサが故障の
状態にあると判定するための故障判定手段と、故障判定
手段の判定に基づいて出力信号が変わる自己診断信号発
生手段とを含むことを特徴とする、角速度センサの故障
診断装置である。この発明にかかる角速度センサの故障
診断装置では、自己診断信号発生手段は、故障判定手段
によって角速度センサが故障の状態にあると判定した場
合に、たとえば角速度センサの故障状態を通知する故障
信号を出力する。また、この発明にかかる角速度センサ
の故障診断装置では、自己診断信号発生手段は、波形判
断手段による判断が異常判定のために規定した一定時間
または一定周期以上かつ故障判定のために規定した一定
時間または一定周期未満継続して異常の状態にある場合
に、たとえば角速度センサの異常状態を通知する異常信
号を出力する。この発明にかかる角速度センサの故障診
断方法では、振動型の角速度センサの故障診断方法にお
いて、角速度センサの振動子を駆動するための駆動信号
または振動子からのフィードバック信号の波形が正常お
よび異常のいずれの状態にあるかを判断し、その判断が
故障判定のために規定した一定時間または一定周期以上
継続して異常の状態にある場合に、角速度センサが故障
の状態にあると判定する、角速度センサの故障診断方法
である。この発明にかかる角速度センサの故障診断方法
では、角速度センサが故障の状態にあると判定した場合
に、たとえば角速度センサの故障状態を通知する。ま
た、この発明にかかる角速度センサの故障診断方法で
は、判断が異常判定のために規定した一定時間または一
定周期以上かつ故障判定のために規定した一定時間また
は一定周期未満継続して異常の状態にある場合に、たと
えば角速度センサの異常状態を通知する。

【０００６】この発明にかかる角速度センサの故障診断
装置および故障診断方法では、角速度センサの振動子を
駆動するための駆動信号または振動子からのフィードバ
ック信号の波形が一定時間または一定周期以上継続して
異常の状態にある場合にのみ、角速度センサが故障の状
態にあると判定する。そのため、この発明にかかる角速
度センサの故障診断装置および故障診断方法では、振動
や衝撃などによる角速度センサの駆動信号やフィードバ
ック信号の突発的な波形の乱れを故障と判断しないよう
になる。

【０００７】この発明の上述の目的、その他の目的、特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明の実施
の形態の詳細な説明から一層明らかとなろう。

【０００８】

【発明の実施の形態】（実施例１）図１はこの発明にか
かる振動型の角速度センサの故障診断装置の一例を示す
ブロック図であり、図２はその故障診断装置の回路図で
ある。

【０００９】まず、図１および図２に示す故障診断装置
１０が用いられる図１に示す振動型の角速度センサ１０
０について説明する。

【００１０】図１に示す振動型の角速度センサ１００は
振動子１０２を含む。振動子１０２は、角速度によって
生じるコリオリの力を検出するためのものである。振動
子１０２の入力端には、駆動信号発生手段１０４の出力
端が接続される。駆動信号発生手段１０４は、駆動信号
として振動子１０２を強制振動させるための電気的また
は磁気的エネルギーを振動子１０２に供給するためのも
のである。振動子１０２の出力端は、信号検出手段１０
６の入力端に接続される。信号検出手段１０６は、振動
子１０２が振動することにより生ずる電気的変化を検出
し、電圧信号に変換するためのものである。また、信号
検出手段１０６の出力端は、駆動信号発生手段１０４の
入力端に接続される。

【００１１】図１に示す角速度センサ１００では、振動
子１０２、信号検出手段１０６および駆動信号発生手段
１０４によって、クローズドループが構成される。駆動
信号発生手段１０４は、振動子１０２に駆動信号として
電気的または磁気的なエネルギーを供給する。これによ
り、振動子１０２は強制的に変形させられ、その変形に
よって電気的な状態が変化し、電荷の発生や静電容量の
変化を生ずる。このとき生じた電気的な状態の変化を信
号検出手段１０６によって好適な振幅、波形に増幅し
て、駆動信号発生手段１０４へフィードバックする。駆
動信号発生手段１０４では、クローズドループを一周す
る信号の位相が３６０°となるように、信号検出手段１
０６から入ってくる信号の位相を調整する。このように
クローズドループを構成することで、自励発振回路が形
成され、その発振周波数は、振動子１０２の機械的な固
有振動数と一致する。また、駆動信号発生手段１０４で
は、信号検出手段１０６の出力電圧が周囲温度などによ
らず一定となるように、ＡＧＣ回路（図示せず）が内臓
されていて、駆動信号発生手段１０４の出力電圧を調整
することによって、振動子１０２の駆動力を調整してい
る。なお、角速度センサ１００の振動子１０２として
は、圧電性を有する部材、圧電性を有する部材を貼り付
けた構造物、シリコンマイクロマシニングやメッキなど
化学反応により形成された構造物などのいずれが用いら
れてもよい。

【００１２】次に、図１および図２に示す故障診断装置
１０について説明する。

【００１３】図１および図２に示す故障診断装置１０は
波形判断手段２０を含む。波形判断手段２０は、角速度
センサ１００の振動子１０２からのフィードバック信号
の波形が正常および異常のいずれの状態にあるかを判断
するためのものであり、具体的には、信号検出手段１０
６の出力信号があらかじめ規定した振幅となっているか
どうかを判断するためのものである。波形判断手段２０
は、波形情報検出手段としてたとえば半波整流手段、全
波整流手段またはピークホールド手段などからなる振幅
検出手段２２を含む。振幅検出手段２２は、信号検出手
段１０６の出力信号の振幅を検出するためのものであ
り、その入力端が信号検出手段１０６の出力端に接続さ
れる。振幅検出手段２２の出力端は、振幅検出手段２２
の出力信号があらかじめ規定した電圧となっているかど
うかを判断するための比較判断手段２４の入力端に接続
される。すなわち、比較判断手段２４は、２つのオペア
ンプ２６ａおよび２６ｂを含み、一方のオペアンプ２６
ａの反転入力端および他方のオペアンプ２６ｂの非反転
入力端が、振幅検出手段２２の出力端に接続される。ま
た、一方のオペアンプ２６ａの非反転入力端は、直列に
接続した３つの抵抗２８ａ、２８ｂおよび２８ｃで電源
電圧Ｖｃｃを分圧した電位点のうちあらかじめ規定した
電圧の上限の電位点３０ａに接続され、他方のオペアン
プ２６ｂの反転入力端は、直列に接続した３つの抵抗２
８ａ、２８ｂおよび２８ｃで電源電圧Ｖｃｃを分圧した
電位点のうちあらかじめ規定した電圧の下限の電位点３
０ｂに接続される。さらに、それらのオペアンプ２６ａ
および２６ｂの出力端は、抵抗２８ｄを介して、電源電
圧Ｖｃｃの電位点に接続されプルアップされるととも
に、比較判断手段２４の出力端および波形判断手段２０
の出力端として用いられる。

【００１４】波形判断手段２０の出力端は、故障判定手
段４０の入力端に接続される。故障判定手段４０は、波
形判断手段２０による判断が故障判定のために規定した
一定時間または一定周期以上継続して異常の状態にある
場合に、角速度センサ１００が故障の状態にあると判定
するためのものである。言い換えると、故障判定手段４
０は、故障の診断に冗長性を持たせて、波形判断手段２
０の出力信号の異常が突発的な異常によるものなのかそ
れとも角速度センサ１００の故障によるものなのかを判
定するためのものである。この故障判定手段４０はシフ
トレジスタ４２を含む。シフトレジスタ４２は、３段の
Ｄフリップフロップ４４ａ、４４ｂおよび４４ｃを含
む。そして、波形判断手段２０の出力端は、バッファ４
６ａを介して、初段のＤフリップフロップ４４ａの入力
端Ｄに接続される。また、外部クロック信号が、バッフ
ァ４６ｂを介して、３段のＤフリップフロップ４４ａ、
４４ｂおよび４４ｃのそれぞれのクロック入力端ＣＬＫ
に与えられる。

【００１５】故障判定手段４０の出力端は、故障判定手
段４０の判定に基づいて出力信号が変わる自己診断信号
発生手段５０の入力端に接続される。自己診断信号発生
手段５０はナンド回路５２を含み、ナンド回路５２は３
つの入力端を含む。そして、故障判定手段４０の３段の
Ｄフリップフロップ４４ａ、４４ｂおよび４４ｃの出力
端Ｑの逆の出力端が、ナンド回路５２の３つの入力端に
それぞれ接続される。

【００１６】次に、図１および図２に示す故障診断装置
１０で図１に示す角速度センサ１００の故障状態を診断
する方法について述べる。

【００１７】図１に示す角速度センサ１００が正常であ
るときには、信号検出手段１０６の出力信号の波形は、
あらかじめ設計された振幅、位相、周波数の信号の波形
となる。なお、このときには、駆動信号発生手段１０４
の出力信号の波形も、同様に、あらかじめ設計された振
幅、位相、周波数の信号の波形となる。

【００１８】図１および図２に示す故障診断装置１０で
は、波形判断手段２０において、角速度センサ１００の
信号検出手段１０６の出力信号があらかじめ規定した振
幅となっているかどうかが判断される。この場合、波形
判断手段２０の振幅検出手段２２によって、信号検出手
段１０６の出力信号の振幅が検出される。また、比較判
断手段２４によって、振幅検出手段２２の出力信号があ
らかじめ規定した電圧の上限と下限との間にあるかどう
かが判断される。そして、振幅検出手段２２の出力信号
があらかじめ規定した電圧の上限と下限との間にあると
判断された場合には、信号検出手段１０６の出力信号が
あらかじめ規定した振幅となっていて正常であると判断
され、波形判断手段２０の出力信号の電位が高い電位と
なる。一方、振幅検出手段２２の出力信号があらかじめ
規定した電圧の上限と下限との間にないと判断された場
合には、信号検出手段１０６の出力信号があらかじめ規
定した振幅となっておらず異常であると判断され、波形
判断手段２０の出力信号の電位が低い電位となる。

【００１９】故障判定手段４０では、波形判断手段２０
の出力信号を一定間隔で監視している。この一定間隔
は、角速度センサ１００の振動子１０２の発振周波数に
よって最適な値が異なるが、外部クロック信号によるた
とえば０．１ｍｓ〜２ｍｓ間隔である。そして、この故
障判定手段４０では、その一定間隔が３回以上連続する
間において、波形判断手段２０の出力信号が低い電位で
ある場合に、角速度センサ１００が故障状態であると判
定される。さらに、この故障判定手段４０では、波形判
断手段２０の出力信号が高い電位である場合に、角速度
センサ１００が正常状態であると判定される。

【００２０】そして、自己診断信号発生手段５０は、故
障判定手段４０による判定結果に基づいて、角速度セン
サ１００の故障状態などを上位システムに通知するため
の故障信号などを発生する。この自己診断信号発生手段
５０では、角速度センサ１００の故障時に０．５Ｖ以下
の故障信号を出力し、角速度センサ１００の正常時に
２．５Ｖ以上の正常信号を出力する。

【００２１】なお、Ｄフリップフロップ４４ａ、４４
ｂ、４４ｃおよびナンド回路５２の出力などの関係を表
１に示す。

【００２２】

【表１】

【００２３】この故障診断装置１０では、角速度センサ
１００の振動子１０２からのフィードバック信号の波形
が一定時間または一定周期以上継続して異常の状態にあ
る場合にのみ角速度センサ１００が故障の状態にあると
判定されるので、走行中に発生する突発的な振動、衝撃
による故障通知の誤報頻度を少なくすることができる。
これによって、後段の上位システムには、それが突発的
な異常によるものなのか角速度センサ１００の故障によ
るものなのかを判断するようなアルゴリズムや判断回路
を設ける必要がなくなり、システム構成を単純化し、安
価にすることができる。また、この故障診断装置１０で
は、角速度センサ１００の故障診断精度が向上し、故障
診断の信憑性が向上する。

【００２４】（実施例２）図３はこの発明にかかる振動
型の角速度センサの故障診断装置の他の例を示す回路図
である。図３に示す故障診断装置１０は、図１および図
２に示す故障診断装置１０と比べて、自己診断信号発生
手段５０が、２つのアンド回路５２ａおよび５２ｂと判
断回路５４とからなる。アンド回路５２ａおよび５２ｂ
は、３つずつの入力端を含む。そして、故障判定手段４
０の３段のＤフリップフロップ４４ａ、４４ｂ、４４ｃ
の３つの出力端Ｑおよび出力端Ｑの逆の３つの出力端
が、アンド回路５２ａの３つの入力端およびアンド回路
５２ｂの３つの入力端にそれぞれ接続される。また、ア
ンド回路５２ａの出力端およびアンド回路５２ｂの出力
端は、判断回路５４の２つに入力端にそれぞれ接続され
る。判断回路５４は、アンド回路５２ａの出力が０でア
ンド回路５２ｂの出力が１のときに０．５Ｖ以下の故障
信号を出力し、アンド回路５２ａの出力が０でアンド回
路５２ｂの出力が０のときに１Ｖ以上３Ｖ以下の異常信
号を出力し、アンド回路５２ａの出力が１でアンド回路
５２ｂの出力が０のときに４Ｖ以上の正常信号を出力す
る。

【００２５】図３に示す故障診断装置１０では、図１お
よび図２に示す故障診断装置１０と比べて、角速度セン
サ１００が故障の状態にあると判断した場合に、判断回
路５４は０．５Ｖ以下の故障信号を出力し、角速度セン
サ１００が異常の状態にあると判断した場合に、判断回
路５４は１Ｖ以上３Ｖ以下の異常信号を出力し、角速度
センサ１００が正常の状態にあると判断した場合に、判
断回路５４は４Ｖ以上の正常信号を出力する。

【００２６】なお、Ｄフリップフロップ４４ａ、４４
ｂ、４４ｃ、アンド回路５２ａ、５２ｂおよび判断回路
５４の出力などの関係を表２に示す。

【００２７】

【表２】

【００２８】したがって、図３に示す故障診断装置１０
では、図１および図２に示す故障診断装置１０と比べ
て、角速度センサ１００の故障状態および正常状態だけ
でなく異常状態も判断することができる。すなわち、図
３に示す故障診断装置１０では、突発的に発生した波形
の異常では、角速度センサが異常であることを通知し、
故障信号を発生しないように故障の診断に冗長性を持た
せている。図３に示す故障診断装置１０では、単に角速
度センサの故障状態と正常状態とを判断をするだけでな
く、一時的に動作が異常であったことを上位システムへ
通知することができるため、後段のシステム側ではこの
間の角速度センサの出力をサンプリングしないようにす
るなどより細かい故障の診断が可能になり、高度な車両
制御が可能となる。

【００２９】なお、上述の各故障診断装置１０では、角
速度センサ１００の振動子１０２からのフィードバック
信号の振幅が振幅検出手段２２で検出されているが、こ
の発明では、同期検波手段で同期検波を行ってフィード
バック信号の振幅および位相が検出されてもよく、また
は、ｆ―Ｖコンバータやカウンタなどによってフィード
バック信号の周波数が検出されてもよい。

【００３０】また、上述の各故障診断装置１０では、フ
ィードバック信号の振幅が検出されているが、この発明
では、角速度センサの振動子を駆動するための駆動信号
の振幅が検出されてもよい。

【００３１】

【発明の効果】この発明によれば、故障していない場合
に故障しているという誤診頻度の少ない、角速度センサ
の故障診断装置および故障診断方法が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明にかかる振動型の角速度センサの故障
診断装置の一例を示すブロック図である。

【図２】図１に示す振動型の角速度センサの故障診断装
置の回路図である。

【図３】この発明にかかる振動型の角速度センサの故障
診断装置の他の例を示す回路図である。

【図４】従来の振動型の角速度センサの故障診断装置の
一例を示すブロック図である。

【符号の説明】

１０ 故障診断装置 ２０ 波形判断手段 ２２ 振幅検出手段 ２４ 比較判断手段 ２６ａ、２６ｂ オペアンプ ４０ 故障判定手段 ４２ シフトレジスタ ４４ａ、４４ｂ、４４ｃ Ｄフリップフロップ ４６ａ、４６ｂ バッファ ５０ 故障信号発生手段 ５２ ナンド回路 ５２ａ、５２ｂ アンド回路 ５４ 判断回路

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 振動型の角速度センサの故障診断装置に
   おいて、 前記角速度センサの振動子を駆動するための駆動信号ま
   たは前記振動子からのフィードバック信号の波形が正常
   および異常のいずれの状態にあるかを判断するための波
   形判断手段、 前記波形判断手段による判断が故障判定のために規定し
   た一定時間または一定周期以上継続して異常の状態にあ
   る場合に、前記角速度センサが故障の状態にあると判定
   するための故障判定手段、および前記故障判定手段の判
   定に基づいて出力信号が変わる自己診断信号発生手段を
   含むことを特徴とする、角速度センサの故障診断装置。
2. 【請求項２】 前記自己診断信号発生手段は、前記故障
   判定手段によって前記角速度センサが故障の状態にある
   と判定した場合に、前記角速度センサの故障状態を通知
   する故障信号を出力する、請求項１に記載の角速度セン
   サの故障診断装置。
3. 【請求項３】 前記自己診断信号発生手段は、前記波形
   判断手段による判断が異常判定のために規定した一定時
   間または一定周期以上かつ故障判定のために規定した一
   定時間または一定周期未満継続して異常の状態にある場
   合に、前記角速度センサの異常状態を通知する異常信号
   を出力する、請求項１または請求項２に記載の角速度セ
   ンサの故障診断装置。
4. 【請求項４】 振動型の角速度センサの故障診断方法に
   おいて、 前記角速度センサの振動子を駆動するための駆動信号ま
   たは前記振動子からのフィードバック信号の波形が正常
   および異常のいずれの状態にあるかを判断し、 前記判断が故障判定のために規定した一定時間または一
   定周期以上継続して異常の状態にある場合に、前記角速
   度センサが故障の状態にあると判定する、角速度センサ
   の故障診断方法。
5. 【請求項５】 前記角速度センサが故障の状態にあると
   判定した場合に、前記角速度センサの故障状態を通知す
   る、請求項４に記載の角速度センサの故障診断方法。
6. 【請求項６】 前記判断が異常判定のために規定した一
   定時間または一定周期以上かつ故障判定のために規定し
   た一定時間または一定周期未満継続して異常の状態にあ
   る場合に、前記角速度センサの異常状態を通知する、請
   求項４または請求項５に記載の角速度センサの故障診断
   方法。