JP2002257553A - 重複レートセンサおよび慣性レート感知方法 - Google Patents

重複レートセンサおよび慣性レート感知方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 コストを抑えることが可能なレートセン
サを提供すること。 【解決手段】 本発明にかかる重複レートセンサおよび
方法では、慣性レートが単一エンクロージャ内における
複数の振動性感知要素を用いて監視され、これら感知要
素のそれぞれについて別々のレート出力信号を供給する
ようにこれら感知要素からの信号が処理され、かつ、こ
れら別々のレート出力信号がこのエンクロージャの外部
からアクセス可能なコネクタに対して伝えられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、広くは慣性レート
センサに関し、より詳細には、自動車の安定性制御シス
テムで用いるための内蔵型（built-in）重複性（redund
ancy）を備えたレートセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】安全性が重要である、自動車の安定性制
御システムおよびその他のアプリケーションでは、信頼
性を高めるために重複性（redundancy）が用いられるこ
とがある。この重複性は、現在では、２つの完全に独立
した装置を用い、かつ、適切な整合を行うためにこれら
２つの装置の出力を比較する、自動車ブレーキシステム
において、いくぶん限定的に行われている。これによ
り、センサを１つしか有しないシステムよりもセンサの
誤りに対する許容性の高いシステムが提供される。
【０００３】重複性（Redundancy）自体は、高い信頼性
が必要とされるアプリケーションにおいては、新しい概
念ではなく、先行技術にかかる重複（redundant）シス
テムは、例えば、米国特許第３,５５１,７７６号、第
３,６６３,８７９号、第３,８１３,９９０号、第３,８
８１,６７０号、および、第４,１０５,９００号におい
て見受けられる。これらのシステムでは、主要なセンサ
が機能するということを確かめるために、それぞれが独
立しかつ同一である複数のセンサ（典型的には３つ）の
出力が、重複システムにおける必要不可欠な部分である
制御システムにより比較される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】重複性を実現するため
に多数の独立したセンサを用いると、ある不都合が生ず
る。各センサは、それぞれ、別々の搭載場所、別々の搭
載手順、および、特定の搭載場所にまで到達させなくて
はならない別々のケーブル布線を必要とする。コストが
重要である自動車のようなアプリケーションでは、さら
なるセンサ、多数の搭載位置、さらなる搭載手順、およ
び、さらなるケーブル布線を設けることによってコスト
が増えることは、一般的に禁じられている。
【０００５】本発明の目的は、大まかにいえば、内蔵型
重複性を備えた新規かつ改善されたレートセンサおよび
方法を提供することである。
【０００６】本発明の別の目的は、自動車の安定性制御
システムでの使用に特に適した、上記特徴を有するレー
トセンサおよび方法を提供することである。
【０００７】本発明の別の目的は、上述した重複センサ
についての制限および不都合を解消する、上記特徴を有
するレートセンサおよび方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】これらの目的およびその
他の目的は、本発明に基づき、慣性レート（inertialra
te）が単一エンクロージャ（enclosure）内における複
数の振動性感知要素を用いて監視され、これらの感知要
素からの信号が処理されて各感知要素について別々のレ
ート出力信号が得られ、かつ、これら別々のレート出力
信号がこのエンクロージャの外部からアクセス可能なコ
ネクタに対して伝えられるような、重複レートセンサお
よび方法を提供することにより、達成される。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１に示すように、レートセンサ
は、比較的平坦で全体的に長方形のハウジング１１を有
し、このハウジング１１は、上部セクション１２と、当
該センサとこのセンサが搭載される構造との間に機械的
な分離を設けるために当該ハウジングの角において可撓
性を有するゴムマウント１４を備えた下部セクション１
３と、を含む。
【００１０】振動性音叉１６、１７の形をとる１組の振
動性レート感知要素は、ハウジング内のプリント回路基
板１８の両面に搭載されており、音叉の入力軸１９、２
１は相互に平行となっている。音叉からの信号を処理す
るための回路は、回路基板上に該音叉の隣に搭載された
集積回路２２、２３に含まれており、音叉のそれぞれに
対して別々の集積回路が設けられている。これらの回路
は、感知要素のそれぞれに対して別々のレート出力信号
を供給する。
【００１１】コネクタアセンブリ２４は、ハウジングの
外部からアクセス可能なピンとともに、ハウジングの上
に搭載されている。集積回路への接続は、コネクタピン
を介してなされる。こういった接続は、典型的には、２
つのセンサについての出力信号だけでなく、電力および
キャリブレーション接続をも含む。
【００１２】このシステムは、２つの別々のレート出力
信号、すなわち、各センサに対して１つの信号を供給す
る。これらの出力は、あらゆる点においてほぼ同一であ
り、システムの適切な動作を確実にするために比較され
る。この比較は、概して、ブレーキシステムにおける電
子制御ユニットにより、または、自動車の他の場所にあ
る信号プロセッサにより実行される。センサパッケージ
内にそのような能力を含ませても、さらなる利益は得ら
れない。
【００１３】レートセンサの両チャネルとして機能する
電力調整回路のような他の要素をハウジング内に含ませ
ることができる。
【００１４】図２に示すように、感知要素１６、１７
は、ダブルエンド（double ended）音叉の形をとってい
る。これら音叉のそれぞれは、単一水晶振動（single c
rystalquartz）材料により製造され、一端において励振
枝（drive tines）２６を有し他端において引上枝（pic
k-up tines）２７を持った、Ｈ形状を有する。各ペアの
枝は、音叉の入力軸１９、２１について対称となるよう
に配置されている。
【００１５】励振枝は、励振されて、音叉の固有振動数
で該音叉の平面において振動する。２つの感知要素と、
関連した回路との間における、不必要なクロスカップリ
ング（cross-coupling）を防ぐために、２つの音叉に対
して異なる励振周波数が用いられる。励振周波数は、典
型的には約１ＫＨｚで分離される。音叉がその縦軸につ
いての回転を受けた際には、コリオリの力によって、枝
は、音叉の平面から歪むことになり、振動の引上げ（pi
ckup）モードを励起（stimulate）させる。励振および
引上げ信号は、電極（図示しない）を利用した従来の方
法により枝に接続され、励振信号は、圧電効果により枝
の機械的振動を励起（stimulate）させ、引上げ信号
は、コリオリの力により生じた歪みに応じて逆圧電効果
により発生した電荷の形をとる。
【００１６】いくつかの音叉を用いれば、引上げ周波数
は、励振周波数から分離され、誤り信号が、分離周波数
での回転入力（rotational inputs）の結果として、典
型的にはユニットが振動する間において発生しうる。こ
のような誤りを検出する可能性を高めるために、ユニッ
ト内の異なる感知要素に対して、異なる周波数分離を用
いることができる。よって、例えば、あるユニットにお
ける１つのセンサは、その励振周波数と引上げ周波数と
の間に約３４０Ｈｚの分離を有するかもしれないし、別
のセンサは、約２８０Ｈｚの分離を有するかもしれな
い。これらの値は重要でなく、任意の適当な分離を用い
ることができる。
【００１７】重複センサと、該センサ内のセンサに対し
て異なる周波数分離と、を用いることにより、振動誘導
誤り（vibration induced error）が検出されない可能
性が著しく低減される。なぜならば、両方のセンサの分
離周波数で等しい振動誘導誤りが同時に発生することが
ほとんどありえないからである。
【００１８】感知要素をダブルエンド音叉であるとして
説明したが、所望により、シングルエンド（single end
ed）音叉を含むその他のタイプの振動性感知要素を利用
することができる。
【００１９】レートセンサにおける各チャネルでは、音
叉からの引上げ信号は、電荷増幅器２８を介して前置増
幅器２９を通過した後、復調器３１に到達する。この復
調器からの信号が、ローパスフィルタ３２を通過した
後、出力増幅器３３に到達することにより、レート出力
信号が出力増幅器の出力部においてベースバンド信号と
して現われる。
【００２０】励振信号は、例えば、その開示内容が引用
により本明細書に含められる２０００年９月１５日に出
願された第０９／６６３,７４２号に示されたタイプ、
とすることができる励振回路３４によって、励振枝に供
給される。
【００２１】２チャネルを有する、出力増幅器３３の出
力は、出力コネクタ２４における分離したピンに接続さ
れ、動作電力もまた、ハウジング内のコネクタおよび電
力調整回路を介して上記２チャネルに供給される。重複
（別々の）電力調整回路を、信頼性向上のためにオプシ
ョンとして用いてもよい。
【００２２】さらなる重複性が望まれる状況では、さら
なる感知要素および処理回路をユニット内に含ませるこ
とができる。これにより、ハウジングのサイズを適切に
大きくする必要があるが、そのサイズパッケージは、依
然として、３次元の独立したユニットより著しく小さい
ままとなろう。
【００２３】その他の実施形態として、１以上の軸につ
いての重複性に対して、２自由度のレート感知出力を与
えることができる。これらの実施形態では、３つ以上の
感知要素が１つのパッケージに搭載され、これらの要素
のうち少なくとも１つは、該要素の軸が残りの要素の軸
に対して垂直となるよう、第２の軸についての回転を感
知するために、方向付けられる。出力の重複性は、この
装置におけるこれらの軸のうち１つまたは両方に沿って
配置した複数の感知要素によって得られる。
【００２４】よって、例えば、図３に示す実施形態で
は、感知要素３８、３９は、相互に直交する軸４１、４
２に沿って配置されており、これらの感知要素のそれぞ
れに対して、感知要素４３、４４により重複性が与えら
れている。図１の実施形態と同様に、別々の処理回路
が、これらの実施形態における感知要素のそれぞれにつ
いて別々のレート出力信号を与えている。
【００２５】別の実施形態として、１つの重複感知要素
が、直交させて搭載した２つ以上のセンサの間で共有さ
れる。この実施形態では、重複感知要素の入力軸は、そ
の他の感知要素の入力軸についての回転成分を検出する
ように、その他の感知要素の入力軸に対してある角度を
付けて配置される。
【００２６】例えば、図４に示す実施形態では、２つの
非重複（non-redundant）レート感知要素４６、４７
は、それらの軸４８、４９が相互に直交するように搭載
されており、これらの感知要素は、ともに、上記２つの
非重複レート感知要素の軸に対して４５度の角度で方向
付けた入力軸５２を有する感知要素５１より重複信号が
与えられる。２つの主要な感知軸に対して４５度で方向
付けた感知要素を、その出力を他の２つの出力の適当な
ベクトル和と比較することによる、主要な感知要素の性
能に対するチェックとして、用いることができる。ここ
で、再度言及するに、別々の処理回路が、感知要素のそ
れぞれについて別々のレート出力信号を供給する。
【００２７】図５に示す実施形態において、３つの感知
要素５４、５６、５７は、それらの入力軸５８、５９、
６１を相互に直交させており、第４の感知要素６２は、
その入力軸６３を感知要素５４の入力軸に平行としてい
るので、その感知要素に対して重複性を与える。
【００２８】図６に示す実施形態において、３つの感知
要素６４、６６、６７は、それらの入力軸６８、６９、
７１を相互に直交させており、第４の感知要素７２は、
他の３つの感知要素のうち少なくとも２つの感知要素の
入力軸に直交しない角度でその入力軸７３を有する。こ
の配置により、第４の感知要素は、その軸が直交しない
２つまたは３つの感知要素に対して、重複性を与える。
【００２９】本発明は、多くの重要な特徴および効果を
有する。２つの感知チャネルは、共通のプリント回路基
板、電力調整回路、１つのハウジングおよび共通の機械
的分離を共有しているので、レート出力の２つのチャネ
ルの全体的なコストは、２つの別々のレートセンサユニ
ットのコストよりも、実質的に小さくなる。さらに、１
つのパッケージに重複センサを用いるので、１つの搭載
場所、１セットの接続ケーブル、１セットの搭載ボル
ト、および、１つの搭載手順のみしか、必要でない。
【００３０】さらに、重複センサを用いれば、重複チャ
ネルの精度レベルが減少することは、許容されうる。な
ぜならば、そのチャネルは、主要なチャネルの出力が有
効であるかを確認するためにしか使用されないからであ
る。これにより、製造の間における生産量が増加するこ
とになる。なぜならば、レート感知要素のすべてが必ず
しも主要なチャネルの厳しい性能要求を満たす必要はな
いからである。また、これにより、主要チャネルの性能
が向上することになる。なぜならば、最良の性能を有す
る感知要素をその主要なチャネルにおいて使用すること
ができるからである。最終的な効果とは、重複性の信頼
性を向上させることで、コストを削減しつつ性能を向上
させることができることである。
【００３１】重複出力を処理するために用いられるアル
ゴリズムは、例えば、和信号および差信号の両方のよう
な２つの重複出力を結合することを含む。和信号につい
ては、自動車の安定性制御またはその他の目的のための
主要な出力として用いることができる一方、差信号につ
いては、その出力の有効性を確立するために用いること
ができる。指定された要求より著しく良好に機能する感
知要素については、その要求よりいくぶん悪い要求に整
合させることができる。これらの信号の和、より効果的
にはこれらの平均値については、依然として、もともと
の規格誤り限界（specification error limit）内に抑
えられる。しかしながら、仮に、差信号が所定値を超え
るのであれば、システムが誤りを検出して、誤ったブレ
ーキ動作は実行されない。
【００３２】新規かつ改善された重複レートセンサおよ
び方法が提供されることは、上述した開示から明らかで
ある。現在において最も好ましい実施形態のみしか具体
的に説明していないが、当業者であれば、別記請求項に
より特定される発明の範囲から逸脱することなく、変更
および変形を施すことができる、ということは明らかで
あろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる重複レートセンサの一実施形態
を示す等角分解図
【図２】図１に示した実施形態における重複レートセン
サを簡単に示すブロック図
【図３】本発明にかかる重複レートセンサの別の実施形
態を示す図
【図４】本発明にかかる重複レートセンサの別の実施形
態を示す図
【図５】本発明にかかる重複レートセンサの別の実施形
態を示す図
【図６】本発明にかかる重複レートセンサの別の実施形
態を示す図
【符号の説明】
１１ ハウジング １２ 上部セクション １３ 下部セクション １４ ゴムマウント １６、１７ 振動性音叉 １８ 回路基板 １９、２１ 入力軸 ２２、２３ 集積回路 ２４ コネクタアセンブリ

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 エンクロージャと、 該エンクロージャに搭載される複数の振動性レート感知
    要素と、 該感知要素それぞれからの信号を処理して該感知要素の
    それぞれについて別々のレート出力信号を供給する、前
    記エンクロージャ内の回路手段と、 該回路手段に接続されており、かつ、前記感知要素につ
    いての前記レート出力信号を伝えるために前記エンクロ
    ージャの外部からアクセス可能となっている、出力コネ
    クタと、 を具備することを特徴とする重複レートセンサ。
  2. 【請求項２】 前記振動性レート感知要素のそれぞれ
    は、音叉であることを特徴とする請求項１に記載の重複
    レートセンサ。
  3. 【請求項３】 前記音叉のそれぞれは、水晶で製造され
    ることを特徴とする請求項２に記載の重複レートセン
    サ。
  4. 【請求項４】 前記感知要素のそれぞれは、前記エンク
    ロージャ内の共通回路基板に搭載されることを特徴とす
    る請求項１に記載の重複レートセンサ。
  5. 【請求項５】 前記回路手段もまた前記回路基板に搭載
    されることを特徴とする請求項４に記載の重複レートセ
    ンサ。
  6. 【請求項６】 前記感知要素のそれぞれを異なる励振周
    波数により励起するための、前記エンクロージャ内の手
    段を含むことを特徴とする請求項５に記載の重複レート
    センサ。
  7. 【請求項７】 前記感知要素のそれぞれは、所定値で互
    いに分離された励振周波数および引上げ周波数を有し、 異なる感知要素についての前記励振周波数および引上げ
    周波数は、異なる値により分離されることを特徴とする
    請求項１に記載の重複レートセンサ。
  8. 【請求項８】 前記回路手段は、前記感知要素のそれぞ
    れについて別々の処理回路を含むことを特徴とする請求
    項１に記載の重複レートセンサ。
  9. 【請求項９】 慣性レートを感知する方法であって、 １つのエンクロージャに搭載される複数の振動性感知要
    素を用いて慣性レートを監視する工程と、 前記感知要素からの信号を処理して、該感知要素のそれ
    ぞれについて別々のレート出力信号を供給する工程と、 該別々のレート出力信号を、前記エンクロージャの外部
    からアクセス可能なコネクタに伝える工程と、を具備す
    ることを特徴とする方法。
  10. 【請求項１０】 前記感知要素のそれぞれは、異なる励
    起周波数により励起されることを特徴とする請求項９に
    記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記感知要素のそれぞれは、所定値で
    互いに分離された励振周波数および引上げ周波数により
    作動され、 異なる感知要素についての前記励振周波数および引上げ
    周波数は、異なる値により分離されることを特徴とする
    請求項１０に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 エンクロージャと、 該エンクロージャに搭載された第１および第２振動性レ
    ート感知要素であって、垂直軸についての回転を感知す
    るために入力軸が互いに直交している第１および第２振
    動性レート感知要素と、 パッケージに搭載された第３振動性レート感知要素であ
    って、前記第１感知要素に対して重複性を設けるため
    に、入力軸が前記第１感知要素の前記入力軸に平行とな
    っている第３振動性レート感知要素と、を具備すること
    を特徴とする重複レートセンサ。
  13. 【請求項１３】 前記振動性レート感知要素はそれぞれ
    音叉であることを特徴とする請求項１２に記載の重複レ
    ートセンサ。
  14. 【請求項１４】 前記音叉のそれぞれは、水晶で製造さ
    れることを特徴とする請求項１３に記載の重複レートセ
    ンサ。
  15. 【請求項１５】 エンクロージャと、 該エンクロージャに搭載され、かつ、入力軸が互いに直
    交する、第１および第２振動性レート感知要素と、 パッケージに搭載され、かつ、前記第１および第２感知
    要素に対して重複性を設けるために、入力軸が前記第１
    および第２感知要素の入力軸に直交しない角度で設けら
    れた第３振動性レート感知要素と、を具備することを特
    徴とする重複レートセンサ。
  16. 【請求項１６】 前記振動性レート感知要素のそれぞれ
    は、音叉であることを特徴とする請求項１５に記載の重
    複レートセンサ。
  17. 【請求項１７】 前記音叉のそれぞれは、水晶で製造さ
    れることを特徴とする請求項１６に記載の重複レートセ
    ンサ。
  18. 【請求項１８】 前記第３感知要素の入力軸は、前記第
    １および第２感知要素の入力軸に対して４５度の角度で
    設けられることを特徴とする請求項１５に記載の重複レ
    ートセンサ。
  19. 【請求項１９】 エンクロージャと、 前記エンクロージャに搭載され、かつ、垂直軸について
    の回転を感知するために入力軸が互いに直交している３
    つの振動性レート感知要素と、 前記３つの感知要素のうち少なくとも１つの感知要素に
    対して重複性を設けるためにパッケージに搭載された第
    ４振動性レート感知要素と、を具備することを特徴とす
    る重複レートセンサ。
  20. 【請求項２０】 前記第４感知要素の入力軸は、前記３
    つの感知要素のうちの１つの感知要素の入力軸と平行で
    あることを特徴とする請求項１９に記載の重複レートセ
    ンサ。
  21. 【請求項２１】 前記第４感知要素の入力軸は、前記３
    つの感知要素のうちの少なくとも２つの感知要素の入力
    軸に対して直交しない角度で方向付けられることを特徴
    とする請求項１９に記載の重複レートセンサ。
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