JP2007500337A - 衝突センサおよび衝突センサのテスト方法 - Google Patents

Abstract

本発明は衝突センサおよび衝突センサのテスト方法に関する。衝突センサはセンサエレメントとこのセンサエレメントの信号をフィルタリングするフィルタとを有する。このフィルタは有利にはローパスフィルタである。本発明ではテスト信号を用いてフィルタがテストされ、偏差があった場合にはソフトウェアフィルタリングまたはトリガアルゴリズムのパラメータ化によりフィルタが補正される。

Description

従来技術
本発明は独立請求項の上位概念記載の衝突センサおよび衝突センサのテスト方法に関する。

独国出願第１０００７４２２号明細書から、車両乗員保護システム用の加速度センサの検査方法が公知である。ここではセンサ装置にテスト信号が印加され、テスト出力信号が目標テスト出力信号と比較される。さらにテスト出力信号のダイナミクスも検査される。

本発明の利点
本発明の衝突センサおよび衝突センサのテスト方法は、従来技術に比べて、センサ信号のフィルタリングに用いられる専用のフィルタ（例えばローパスフィルタ）にテスト信号が意図的に印加され、テスト信号に対する応答信号に依存してフィルタ補正が行われるという利点を有する。したがって生じた誤差が補正される。特にハードウェアとして製造されたフィルタでは、製造差により±１０％のばらつきが生じる。乗員拘束手段などの安全性に関わるシステムではこうした製造差に特に注意しなければならないが、本発明の衝突センサおよび衝突センサのテスト方法によりこれが補正される。つまり本発明によれば構造に大きな製造差を有する低コストの素子をフィルタとして使用することができる。±１０％のばらつきがあると信号を導出するときの作用はひどく大きなものとなってしまう。したがって例えばエアバッグシステムのトリガアルゴリズムなど、センサ信号の導出が切迫して必要となるところでは、こうした作用を補償しなければならない。本発明によればこれが電子的に行われる。

従属請求項に記載されている手段により、本発明の衝突センサおよび衝突センサのテスト方法の有利な実施形態が得られる。

特に有利には、フィルタ補正は、このフィルタの直接後方に配置されたソフトウェアフィルタにより実現される。これに代えて、乗員拘束手段のトリガアルゴリズムのパラメータ化によりフィルタ補正を実現してもよい。ここで例えばしきい値に増分を付加するか、またはアルゴリズムへ到来する信号に増分を付加したり減分を差し引いたりすることができる。

さらに有利には、ソフトウェアフィルタは直接に衝突センサにより実現される。特に車両のＢピラーまたはサイドメンバまたは冷却器に配置されるセンサでは、ソフトウェアフィルタはセンサ電子回路（例えば制御論理回路またはスイッチング機構）そのものとして実現することができる。衝突センサが乗員拘束手段の制御装置内に設けられる場合には、有利には、ソフトウェアフィルタを制御装置そのものの内部のプロセッサにより実現することもできる。この手段はもちろんセンサが車載される場合にも可能である。

有利には、フィルタ補正は衝突センサのリセット後に行われる。これにより連続して衝突センサの監視および補正を行うことができる。

さらに有利には、時間に関するフィルタの偏差が監視され、所定の傾向が識別されるか否か、また目標値からひどく隔たった偏差により衝突センサ、フィルタまたは制御装置の交換が指示されているか否かが検査される。このために例えば警報ランプを点灯させるための信号または遠隔メンテナンスセンタへ送信されるメッセージが形成される。

有利には、テスト信号としてジャンプ関数が使用される。ジャンプ関数は簡単に形成可能であり、応答信号でフィルタの特性に関する複数の情報が得られる。

図面
本発明の実施例を図示し、以下に詳細に説明する。図１には第１のブロック図が示されている。図２には第２のブロック図が示されている。図３には第１のフローチャートが示されている。図４には第２のフローチャートが示されている。図５には第３のブロック図が示されている。図６には第１の信号特性が示されている。図７には第２の信号特性が示されている。図８には第３の信号特性が示されている。

実施例の説明
中央または周辺の衝突センサ（クラッシュセンサ）は通常はこのセンサからの信号をフィルタリングするローパスフィルタを使用している。これは衝突センサが所定の周波数スペクトルを備えた信号を伝送しなければならないからである。ここで実際のクラッシュ識別には周波数スペクトルの一部しか関わらず、特に高周波数成分は障害として作用する。共振が発生する場合にはこの信号をスペクトルから消去することが必須であり、そうしないと重大な測定誤差が生じてしまう。ローパスフィルタのほかバンドパスフィルタが用いられることもある。

ローパスフィルタは直接にハードウェアにより実現される。そうでないとエイリアス効果を回避するのにきわめて大きなスキャニングレートが必要となってしまうからである。離散的素子、例えば半導体を用いた構成では、典型的にはフィルタ許容差はエッジ周波数に対して１０％の範囲となる。なぜなら個々の素子がそれぞれ所定の許容差を有するからである。典型的なローパスフィルタでのエッジ周波数に対する１０％のばらつきは信号そのもののばらつきとして現れ、信号の導関数の差はさらに大きくなる。導関数の次数が高くなるにつれてこの効果は大きくなり、システムのローバスト性はひどく制限されてしまう。

本発明によれば、セルフテスト中のテスト信号によりその時点でのフィルタ特性を求めることができる。目標フィルタ特性と比較することにより、偏差が求められる。その後フィルタ特性はさらなるプロセス、例えばソフトウェアフィルタリングにより補正される。ソフトウェアフィルタリングによる補正は衝突センサそのもので直接に行われるか、または制御装置から行われる。前者を自己補正型センサと称する。

以下に本発明の提案の例を説明する。テスト信号としてジャンプ関数を使用する。ジャンプ関数およびこれに属する理想的にフィルタリングされたジャンプ応答は衝突センサ内または制御装置内に格納されている。初期化フェーズでジャンプ関数はフィルタによりフィルタリングされ、理想的な目標ジャンプ応答と比較される。必要な補正値が求められ、衝突センサ内または制御装置内に格納される。このようにして形成された補正のためのソフトウェアフィルタは衝突センサの通常動作中フィルタによりフィルタリングされたセンサ信号をさらにフィルタリングする。別の実施例として、フィルタ補正値をリセット後の初期化フェーズのたびに新たに求め、メモリに格納してもよい。新たに求められた補正値は旧い補正値と比較され、衝突センサは例えば経時劣化および環境影響による自身の変化を知ることができる。目標特性に対する絶対差から、値が専用の許容限界範囲内にあるか否かが検査される。値が限界範囲内にない場合には例えば警報ランプが点灯され、乗員拘束手段のセンサシステムを最寄りの整備工場で検査するよう促される。これに代えて、顧客には見えないが整備工場での読み取りにより欠陥を識別できるサービスフラグをセットし、相応に経時劣化した衝突センサを交換することもできる。さらに別の実施例として、例えば無線コネクションを介して遠隔メンテナンスセンタへ欠陥を表示する信号を送信してもよい。

テスト信号として簡単な信号、例えばふつう０であり、第１のデータ語が１である信号を使用することができる。これはいわば１へ正規化されたデルタ関数であり、全ての離散的周波数スペクトルが１の振幅を有する。例えば、１０２４個の値があり、第１番目の値は１，第２番目から第１０２４番目の値は０である。高速離散フーリエ変換を行う場合には、スペクトルは１のみから成る。理想的に選択されたピーク関数がフィルタリングされ、フーリエ変換が行われる場合、絶対値（規模）を形成する際にフィルタの伝達関数が直接に認められる。２つの異なるローパスフィルタの２つのフーリエスペクトルが図８に示されている。この信号は対応するスペクトルの可能な全ての離散的周波数が等しく１であるという利点を有する。テスト信号はフィルタリングされ、ＦＷＨＭ（Full Width at Half Maximum）、１０‐９０Kriteriumなどの基準により、フィルタ特性の偏差が求められ、そこから必要な補正値が導出される。

大きな計算能力を利用できる場合には、例えば簡単な離散フーリエ変換によりテスト信号の周波数スペクトルを検査することもできる。この手段はエッジ周波数の偏差を直接に読み出すことができるという利点を有する。

これに代えて、完全な変換を省略し、例えば次のような簡単なプロセスを実現してもよい。すなわち、フィルタリングされたテスト信号を変換した変換信号を所定の周波数ごとにのみ計算する。例えば信号をサイン関数またはコサイン関数でたたみ込む。これは時間的に積分値を離散的に計算する（実際には加算を行う）だけでよいので、高い計算速度が得られる。唯一の周波数で取得される偏差からルックアップテーブルを用いて必要な補正値が簡単に求められる。サイン関数またはコサイン関数に代えていわゆるウォルシュ関数を使用すれば、たたみ込みはさらに簡単化される。この場合には計算コストは僅かな回数の加算および減算のみにまで低減される。

これに代えてアプリケーションパラメータのセットを修正することもできる。この場合には専用のソフトウェアフィルタによってセンサ信号が補正されるのではなく、アルゴリズムのしきい値のパラメータのほうが偏差を有するセンサデータに適合される。アルゴリズム内で検査される信号そのものは相応に変更される。さらに衝突センサのセンサエレメントを不活性化するかまたはセンサエレメントの信号出力を少なくとも阻止し、伝達特性および目標状態からの偏差がテスト信号による初期化中に求められるようにする。これにより補正値を求める際に、例えば測定信号との重畳によって発生する誤りがなくなる。

図１には本発明の衝突センサの第１の実施例のブロック図が示されている。センサエレメント１はここではマイクロメカニカルに製造された加速度センサの容量性測定装置であり、測定増幅器２に接続されている。測定増幅器２はスイッチ３に接続されており、このスイッチはローパスフィルタ５に接続されている。ローパスフィルタ５はアナログディジタル変換器およびディジタル制御論理回路を組み込んだモジュール６に接続されている。モジュール６は出力側を介して図示されていない制御装置に接続されており、データ入出力側を介して第２の論理モジュール７に接続されている。第２の論理モジュール７は第１のデータ出力側を介して第１の論理モジュール４に接続されており、この第１の論理モジュール４はスイッチ３にも接続されている。第２の論理モジュール７は第２のデータ出力側を介して警報ランプ８に接続されている。

フィルタ５をテストするために、第２の論理モジュール７は第１の論理モジュール４を駆動し、増幅器２からの信号ではなく第１の論理モジュール４からの信号がフィルタ５へ達するようにスイッチ３を操作する。第１の論理モジュール４からの信号はローパスフィルタ５をテストするためのテスト信号、例えばジャンプ関数である。モジュール６にも第２の論理モジュール７からフィルタ５のテストフェーズが開始されたという情報が与えられ、テスト信号に対するフィルタ５の応答信号がディジタル化されてモジュール６から第２の論理モジュール７へ伝送される。そこで応答信号と目標応答信号との比較が行われる。この比較により第２の論理モジュール７で確認された差はソフトウェアフィルタへ供給され、補正される。ソフトウェアフィルタはモジュール６に組み込まれている。さらに第２の論理モジュール７はこの差について、その絶対値が衝突センサの交換を要するほど大きいか否かを検査する。このとき第２の論理モジュール７は警報ランプ８を操作する。エレメント１〜７は全て１つのケーシング、例えば１つの周辺の加速度センサ内に配置することができる。警報ランプ８は通常は車両の計器パネルに配置される。またソフトウェアフィルタに代えてモジュール６を介して制御装置にも補正値を伝送することができる。このようにすれば制御装置がソフトウェアフィルタをインプリメントしていてもよいし、または乗員拘束手段をトリガするアルゴリズムがこの補正値が考慮されるようにパラメータ化されてもよい。これは例えばしきい値を変更するかまたは信号の値を増減することにより行われる。

図２には本発明の衝突センサの第２の実施例のブロック図が示されている。この実施例では補正は制御装置により行われる。センサエレメント２０は中央エアバッグ制御装置内に配置されており、信号を増幅器２１へ送出する。増幅器２１はスイッチ２２に接続されており、このスイッチはローパスフィルタ２３に接続されている。ローパスフィルタ２３は制御装置のマイクロコントローラである第１の論理モジュール２４に接続されている。第１の論理モジュール２４すなわちマイクロコントローラはローパスフィルタ２３の信号を受け取るアナログ入力側を有している。テストの際には、このマイクロコントローラは第２の論理モジュール２５を介してスイッチ２２を操作し、増幅器２１の信号がローパスフィルタ２３へ達しないようにする。この場合第２の論理モジュール２５に記憶されたテスト信号がローパスフィルタ２３へ伝送され、マイクロコントローラがこのテスト信号に対する応答信号を比較および評価する。つまり前述の場合と同様に応答信号と目標応答信号とが比較され、補正値が求められるのである。補正は前述のようにソフトウェアフィルタを介して行ってもよいし、トリガアルゴリズムの適切なパラメータ化によって行ってもよい。

図３には本発明の衝突センサのテスト方法の第１の実施例のフローチャートが示されている。ステップ３００でフィルタのテストをトリガするイベントが発生する。これは衝突センサのリセット後または設定された初期化フェーズで行われる。ステップ３０１で前述のようにテスト信号がローパスフィルタへ供給され、ステップ３０２でアナログディジタル変換器を介してディジタル化された応答信号が得られ、ディジタルで評価される。ステップ３０３では、ステップ３０２からの応答信号が目標応答信号と比較される。差が０であるかまたはきわめて小さい場合には補正は行われず、ステップ３０４へジャンプしてこのフローは終了される。明らかな差が存在する場合には、ステップ３０５でソフトウェアフィルタリングまたはトリガアルゴリズムの適切なパラメータ化による補正が行われる。

図４には本発明の衝突センサのテスト方法の第２の実施例のフローチャートが示されている。ステップ４００で応答信号と目標応答信号との差が求められる。ステップ４０１でこの差としきい値とが比較される。差がしきい値を上回る場合には、ステップ４０２で前述のように警報ランプの点灯などにより警報が出力されるか、または信号、音声出力またはメッセージが遠隔メンテナンスセンタへ送信される。差がしきい値を下回る場合には、ステップ４０３でこの差が時間に関して展開される。ステップ４０４では連続的な経時劣化などの所定の傾向が認められるか否かが検査される。これはフィルタの誤差の線形の増大として現れる。誤差の増大は指数関数など他の関数にしたがって発生することもある。その場合にはステップ４０５で新たに遠隔メンテナンスを作動させる信号が形成される。ステップ４０４で何らの傾向も認められなかった場合にはステップ４０６でこのフローが終了される。

図５には、乗員拘束システムの基本的なコンフィグレーションのブロック図が示されている。エアバッグ、ベルトテンショナーまたはロールオーバ保護手段などの乗員拘束手段に対する制御装置５３は、第１のデータ入力側を介してセンサ５０から、第２のデータ入力側を介してセンサ５１から、第３のデータ入力側を介してセンサ５５からそれぞれ信号を受け取り、これらを乗員拘束手段５４の制御に使用する。車載センサは例えば加速度センサ、圧力センサ、接触センサまたはプレクラッシュセンサである。これらのセンサを組み合わせて利用してもよい。衝突センサ、例えば加速度センサ、圧力センサまたは接触センサなどに対して本発明の方法を使用することができる。なぜならこれらのセンサはその信号をフィルタリングするローパスフィルタを用いているからである。

図６には、テスト信号およびフィルタリングされたテスト信号と目標応答との関係を表すグラフが示されている。テスト信号としてここではジャンプ関数６２が使用される。曲線６０はフィルタリングされたジャンプ関数であり、曲線６１は理想的な応答関数である。ここでは圧力センサの信号が使用されており、１０００ｍｂａｒ〜１２００ｍｂａｒの瞬時の圧力上昇が生じている。曲線６０，６１間の差は例えばソフトウェアフィルタにより補正される。

図７には、第１のデータ値が１であり、残りのデータ値が０である代替的なテスト関数のグラフが示されている。曲線７０はフィルタリングされたテスト関数を表しており、曲線７１は目標応答を表している。曲線を種々の基準、例えばピークレベル、１／２への降下または１０‐９０Kriteriumと比較することにより、偏差が求められる。

図８には、テスト関数の周波数スペクトルに基づくフィルタエッジ周波数で求められた偏差のグラフが示されている。ここでは正規化されたテスト関数が使用される。第１のデータ値は１であり、残りのデータ値は０である。この関数は振幅１の可能な全ての離散的周波数を含む。曲線８０はフィルタリングされたテスト関数の周波数スペクトルを表しており、曲線８１は目標周波数スペクトルを表している。フィルタエッジ周波数の偏差はここでは簡単に１／√２のところで読み取られる。図８では１／√２＝０．７０７である。振幅０．７０７とすると、図８のローパスフィルタの３ｄＢのエッジ周波数は曲線８０では約４００Ｈｚ，曲線８１では約３８０Ｈｚである。

第１のブロック図である。 第２のブロック図である。 第１のフローチャートである。 第２のフローチャートである。 第３のブロック図である。 第１の信号特性のグラフである。 第２の信号特性のグラフである。 第３の信号特性のグラフである。

Claims (10)

1. センサエレメント（１，２０）および該センサエレメントの第１の信号に対するフィルタ（５，２３）を有しており、セルフテストのためにコンフィグレーションされる
   衝突センサにおいて、
   テスト信号に対するフィルタ（５，２３）の応答信号に依存してフィルタ補正が行われる
   ことを特徴とする衝突センサ。
2. フィルタ補正がソフトウェアフィルタとして実現されている、請求項１記載のセンサ。
3. フィルタ補正が乗員拘束手段のトリガアルゴリズムのパラメータ化として実現されている、請求項１記載のセンサ。
4. センサエレメント（１，２０）の第１の信号のフィルタリングに用いられるフィルタ（５，２３）にテスト信号を印加し、
   該テスト信号に対するフィルタの応答信号をフィルタ補正に用いる
   ことを特徴とする衝突センサのテスト方法。
5. フィルタ（５，２３）に後置接続されたソフトウェアフィルタによりフィルタ補正を行う、請求項４記載の方法。
6. 乗員拘束手段のトリガアルゴリズムのパラメータ化によりフィルタ補正を行う、請求項４記載の方法。
7. ソフトウェアフィルタを衝突センサまたは制御装置を介して使用する、請求項５記載の方法。
8. 衝突センサのリセット後にフィルタ補正を行う、請求項４から７までのいずれか１項記載の方法。
9. 連続するフィルタ補正の評価に依存して第２の信号を形成する、請求項４から８までのいずれか１項記載の方法。
10. テスト信号としてジャンプ関数を用いる、請求項４から９までのいずれか１項記載の方法。

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