JP2008116237A - センサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外部から車速信号を入力することなく、角速度センサの出力のオフセットを診断することができるセンサ装置を提供する。
【解決手段】第１加速度センサ２０を車両が走行する面に対して車両の進行方向側に一定角度傾けると共に、第２加速度センサ３０を車両が走行する面に対して車両の進行方向とは反対側に第１加速度センサ２０と同じ角度で傾けて設置する。そして、マイコン６０にて、各加速度センサ２０、３０の各出力に基づいて取得した車両の速度から車両が停車しているか否かを判定し、車両が停車している場合、各角速度センサ５０の出力のオフセットを自己診断する。
【選択図】図２

Description

本発明は、角速度センサを備え、当該角速度センサの出力のオフセットを診断するセンサ装置に関する。

従来より、車両の旋回を検出する角速度センサを備えると共に、当該角速度センサの出力のオフセットを診断する角速度センサ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような角速度センサ装置は、当該角速度センサ装置の外部から車両の速度を示す車速信号を入力して、この車速信号を用いて車両が停車しているか否かを判定する。そして、角速度センサ装置は、車両が停車していると判定した場合、車両が停車しているときの角速度センサの検出が基準値の範囲内であるか否かを判定する。これにより、角速度センサの出力のオフセットを診断し、角速度センサの故障を診断している。
特開平６−１０７２０８号公報

しかしながら、上記従来の技術では、車両が停車している場合の角速度センサの出力を診断するに際し、車両が走行しているのか否かの判定を行うために角速度センサ装置の外部から車速信号を入力するようにしている。このため、車速信号を出力する装置と角速度センサ装置との間で通信速度や通信データのフォーマット等の仕様が異なる場合、車速信号の入力が途絶した場合等により、角速度センサ装置において角速度センサの出力を診断することができなくなってしまう可能性がある。

本発明は、上記点に鑑み、外部から車速信号を入力することなく、角速度センサの出力のオフセットを診断することができるセンサ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、車両の加速度に応じた検出信号をそれぞれ出力すると共に、加速度の検出方向が互いに逆方向となるように配置される第１加速度検出手段（２０）および第２加速度検出手段（３０）と、車両が走行する面に平行に配置され、車両の角速度に応じた検出信号を出力する角速度検出手段（４０、５０）と、各加速度検出手段から各検出信号をそれぞれ入力すると共に、当該検出信号に基づいて、車両の進行方向における当該車両の傾きに依存した成分を除去した加速度の値を取得すると共に、当該加速度を一定時間で積分することで車両の速度を取得する制御手段（６０）と、を備えたセンサ装置において、第１加速度検出手段を車両が走行する面に対して車両の進行方向側に一定角度傾けると共に、第２加速度検出手段を車両が走行する面に対して車両の進行方向とは反対側に第１加速度検出手段と同じ角度で傾けて設置し、制御手段にて、取得した車両の速度から車両が停車しているか否かを判定し、車両が停車している場合、角速度検出手段の出力のオフセットを自己診断することを特徴とする。

このように、２つの加速度検出手段を設け、各加速度検出手段の出力に基づいてセンサ装置内で車両の速度を取得している。これにより、センサ装置の外部から車両の速度信号を入力することなく、角速度検出手段の出力のオフセットを自己完結的に自己診断することができる。

また、制御手段は、角速度検出手段の出力のオフセットが、角速度検出手段が故障していると推定される基準値の範囲内にない場合、角速度検出手段が故障していることを示すダイアグ信号を外部に出力することができる。これにより、角速度検出手段が故障していることを外部に報知できる。

さらに、制御手段は、車両の速度が０であることが、車両が停車していると推定される一定時間継続した場合、車両は停車していると判定することができる。これにより、車両が停車していることを確実に判定できる。

上記制御手段は、一定時間における角速度検出手段の出力の平均値を角速度検出手段の出力として取得することができる。これにより、角速度検出手段の出力のばらつきの効果を低減できる。

各加速度検出手段、角速度検出手段それぞれを、第１回路基板部（７１）、第２回路基板部（７２）、第３回路基板部（７３）を備えて構成された回路基板（７０）に搭載して、第１加速度検出手段を第１回路基板部に設置し、角速度検出手段を第２回路基板部に設置し、第２加速度検出手段を第３回路基板部に設置することもできる。このように、複数の回路基板部で回路基板を構成することもできる。

上記回路基板においては、第２回路基板部のうち車両の進行側の位置に第３回路基板部を配置すると共に、車両の進行方向とは反対側の位置に第１回路基板部を配置することもできる。

また、回路基板は筐体（１０）内に収納されており、当該筐体は第２回路基板部が車両の走行する面と平行になるように車両に固定されていることが好ましい。すなわち、角速度検出手段は車両の旋回を検出するため、車両の鉛直方向の角速度成分を検出させないようにすることができる。

角速度検出手段は、第１角速度検出手段（４０）と第２角速度検出手段（５０）とを備えて構成されたものすることができ、制御手段は、各角速度検出手段の各出力の各オフセットの差が、各角速度検出手段がオフセットについて故障していると推定される基準値を超える場合、各角速度検出手段のいずれかが故障していることを示すダイアグ信号を出力することができる。

さらに、制御手段は、各角速度検出手段の各出力から各角速度検出手段の出力のオフセットをそれぞれ減算することで各角速度検出手段の各感度を取得して当該各感度の差を得ると共に、各角速度検出手段の各感度の差が、各角速度検出手段の感度について故障していると推定される基準値を超える場合、各角速度検出手段のいずれかが故障していることを示すダイアグ信号を出力することもできる。これにより、角速度検出手段の感度が異常である場合も外部に報知することができる。

また、制御手段は、自己診断を一定時間ごとに行うことができる。これにより、センサ装置が稼働している際には、角速度検出手段の自己診断を頻繁に行うことができ、角速度検出手段の故障を検出することができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態で示されるセンサ装置は、例えば車両の姿勢が乱れた場合に車両の走行安定性を維持する装置等の車両制御に用いられるものである。

図１は、本発明の一実施形態に係るセンサ装置の構成を示す平面図である。この図に示されるように、センサ装置Ｓ１は、筐体１０と、第１加速度センサ２０（本発明の第１加速度検出手段に相当）と、第２加速度センサ３０（本発明の第２加速度検出手段に相当）と、第１角速度センサ４０（本発明の第１角速度検出手段に相当）と、第２角速度センサ５０（本発明の第２角速度検出手段に相当）と、マイクロコンピュータ（本発明の制御手段に相当。以下、マイコンという）６０と、回路基板７０と、を備えて構成されている。

筐体１０は、センサ装置Ｓ１の外観をなすものであり、例えばＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）等の樹脂を型成型することにより形成されたものである。

第１加速度センサ２０および第２加速度センサ３０は、車両の加速度を検出するものである。これら各加速度センサ２０、３０には、例えばシリコン基板等に対して一般に知られている櫛歯構造を有する梁構造体が形成されており、印加された加速度に応じた可動電極と固定電極間の静電容量変化（電気信号）が検出されるようになっている。そして、その電気信号が加速度に応じた検出信号として出力される。

第１角速度センサ４０および第２角速度センサ５０は、物理量として角速度を検出するものである。本実施形態では、例えば、おもりの振動を検出することにより、各角速度センサ４０、５０が受ける角速度を検出する振動式のものが採用される。このような振動式の各角速度センサ４０、５０では、ある一方向に振動（一次振動）するおもりに角速度が加わると、このおもりにいわゆるコリオリ力が発生するが、このコリオリ力によってそのおもりに直交する方向にも振動（二次振動）が発生する事を利用している。本実施形態では、圧電素子にて二次振動が検出されて電気信号に変換され、この電気信号が角速度に応じた検出信号として出力される。

マイコン６０は、各加速度センサ２０、３０から入力される車両の加速度に基づいて、各角速度センサ４０、５０から入力される検出値のオフセットを診断するオフセット診断処理機能を有するものである。このようなマイコン６０は、各角速度センサ４０、５０や各角速度センサ４０、５０から入力されるアナログ値としての検出値をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換する手段や、各角速度センサ４０、５０のオフセットを診断する自己診断手段等を備えており、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ等を備えた制御装置である。

回路基板７０は、各加速度センサ２０、３０、各角速度センサ４０、５０、マイコン６０を搭載したものであり、例えばプリント基板が採用される。このような回路基板７０は、３つのエリアに分かれており、第１加速度センサ２０が設置された第１回路基板部７１、各角速度センサ４０、５０およびマイコン６０が搭載された第２回路基板部７２、第２加速度センサ３０が搭載された第３回路基板部７３で構成されている。そして、各回路基板部７１〜７３には、各加速度センサ２０、３０、各角速度センサ４０、５０、の出力がマイコン６０に入力されるように当該回路基板７０に配線が施されている。

上記各加速度センサ２０、３０、各角速度センサ４０、５０の姿勢を図２に示す。図２は、図１のＡ矢視図である。この図に示されるように、各回路基板部７１〜７３のうち第２回路基板部７２は、車両が走行する面に平行になるように筐体１０と共に車体に取り付けられる。これは、各角速度センサ４０、５０は車両の旋回を検出するために角速度に鉛直方向の成分を含ませないためである。

また、第１回路基板部７１は、車両の進行方向側に角度βだけ傾けられている。これに対し、第２回路基板部７２は、車両の進行方向とは反対側に角度βだけ傾けられている。すなわち、回路基板７０の第１回路基板部７１と第２回路基板部７２とは互いに対称角をなすように配置されている。また、各加速度センサ２０、３０それぞれは、加速度を検出する検出方向が逆向きとなるように配置される。以上が、本実施形態に係るセンサ装置Ｓ１の全体構成である。

次に、上記センサ装置Ｓ１における各角速度センサ４０、５０の出力の自己診断について、図を参照して説明する。本実施形態では、車両がα°の傾斜面８０を走行している場合、もしくは車両がα°の傾斜面８０に停車している場合におけるセンサ装置Ｓ１の各角速度センサ４０、５０の出力の自己診断について説明する。

図３は、α°の傾斜面上の車両に備えられたセンサ装置Ｓ１がα°傾けられた状態を示した図である。この図３は図２と同様に、図１のＡ矢視図に対応した図である。図３に示されるように、車両の進行方向側に角度βだけ傾けられた第１回路基板部７１に設置された第１加速度センサ２０は、車両の進行方向側の加速度成分を検出し、車両の進行方向とは反対側に角度βだけ傾けられた第２回路基板部７２に設置された第２加速度センサ３０は、車両の進行方向とは反対側の加速度成分を検出することとなる。

このような状況において、車両がα°傾斜した路面を走行している際の各加速度センサ２０、３０の出力は以下のように得られる。すなわち、重力加速度をｇ、車両の加速度をａとすると、第１加速度センサ２０の出力Ａ１は、以下の数式１で表される。

（数式１）
Ａ１＝ｇ×ｃｏｓ（α＋β）＋ａ×ｃｏｓβ
同様に、第２加速度センサ３０の出力Ａ２は、以下の数式２で表される。

（数式２）
Ａ２＝ｇ×ｃｏｓ（α−β）−ａ×ｃｏｓβ
上記数式１と数式２とを足し合わせると、Ａ１＋Ａ２＝２×ｇ×ｃｏｓα×ｃｏｓβとなるので、傾斜角αを以下の数式３で表すことができる。

（数式３）
ｃｏｓα＝（Ａ１＋Ａ２）／（２×ｇ×ｃｏｓβ）
したがって、このｃｏｓαを数式１もしくは数式２に代入することにより、車両の傾斜、すなわちセンサ装置Ｓ１の姿勢による出力変動をキャンセルした加速度を得ることができるのである。

続いて、各加速度センサ２０、３０の出力に基づいて、各角速度センサ４０、５０の出力のオフセットを診断するオフセット診断処理について説明する。図４は、図１に示されるセンサ装置Ｓ１のオフセット診断処理の内容を示すフローチャートである。このフローチャートで示される処理は、上記マイコン６０にて実行されるもので、車両に備えられた図示しないイグニッションスイッチがオンされた際に所定の処理周期ごとに実行される。

オフセット診断処理が実行されると、まず、ステップ１００では、ＡＤ変換処理が行われる。すなわち、各加速度センサ２０、３０、各角速度センサ４０、５０から入力された検出信号がＡＤ変換される。

ステップ１１０では、車両の推定速度が取得される。具体的には、各加速度センサ２０、３０の角度β、重力加速度ｇは定数であり、先のステップ１００で各加速度センサ２０、３０の出力Ａ１、Ａ２も取得されるため、上記数式１もしくは数式２から車両の加速度ａが演算により取得される。そして、取得された車両の加速度ａが一定時間積分されることで、車両の傾斜（センサ装置Ｓ１の姿勢）によらない車両の推定速度が取得される。

ステップ１２０では、ステップ１１０で取得された車両の速度が０の場合がＴ１秒間継続するか否かが判定される。すなわち、車両が停車していると推定されるか否かが判定される。本ステップで車両の速度が０の場合がＴ１秒間継続したと判定された場合、ステップ１３０に進み、車両の速度が０の場合がＴ１秒間継続しないと判定された場合、ステップ１４０に進む。

ステップ１３０では、車両の推定速度が０の場合における各角速度センサ４０、５０の出力のオフセットが取得される。これは、例えばＴ２秒間の各角速度センサ４０、５０の出力平均が求められることでそれぞれ得られる。本実施形態では、第１角速度センサ４０のオフセットの値をＯＦＦＳＥＴ１とし、第２角速度センサ５０のオフセットの値をＯＦＦＳＥＴ２とする。

ステップ１４０では、各角速度センサ４０、５０の各感度が取得される。具体的には、ステップ１００で取得された各角速度センサ４０、５０から上記ステップ１３０で取得された各角速度センサ４０、５０のオフセットをそれぞれ減算することで各角速度センサ４０、５０の各感度が取得される。本実施形態では、第１角速度センサ４０の感度をＳ１とし、第２角速度センサ５０の感度をＳ２とする。

ステップ１５０では、各角速度センサ４０、５０の各オフセットの差の絶対値（｜ＯＦＦＳＥＴ１−ＯＦＦＳＥＴ２｜）が、各角速度センサ４０、５０がオフセットについて故障していると推定される基準値Ｘを超えるか否かが判定される。すなわち、本ステップが各角速度センサ４０、５０のオフセット（０点）の自己診断（故障診断）を行うステップとなっている。本ステップにて基準値を超えると判定された場合、ステップ１６０に進む。一方、基準値を超えないと判定された場合、ステップ１７０に進む。

ステップ１６０では、ダイアグ信号出力処理が行われる。すなわち、各角速度センサ４０、５０のうちいずれかが故障しているため、車両の正しい角速度を検出できなくなっているとして、角速度センサ４０、５０のうちいずれかが故障したことを示すダイアグ信号がセンサ装置Ｓ１の外部に出力される。

ステップ１７０では、各角速度センサ４０、５０の各感度の差の絶対値（｜Ｓ１−Ｓ２｜）が、各角速度センサ４０、５０が感度について故障していると推定される基準値Ｙを超えるか否かが判定される。すなわち、本ステップも上記ステップ１５０と同様に、各角速度センサ４０、５０の故障診断を行うステップとなっている。本ステップにて基準値を超えると判定された場合、ステップ１８０に進む。一方、基準値を超えないと判定された場合、上記ステップ１００に戻る。

ステップ１８０では、ステップ１６０と同様にダイアグ信号処理が行われる。この後、再びステップ１００に戻り、上記処理が繰り返し行われる。

以上説明したように、本実施形態では、センサ装置Ｓ１に２つの加速度センサ２０、３０を搭載すると共に、各加速度センサ２０、３０を対称角となる姿勢に配置させ、各加速度センサ２０、３０から得られた車両の推定速度を取得することが特徴となっている。これにより、車両が傾斜面を走行している場合や傾斜面に停車している場合であっても、車両の傾斜に伴って発生する各加速度センサ２０、３０の各出力のうち傾斜の成分を除去し、車両の進行方向の加速度を取得することができる。

さらに、取得した推定速度を用いて各角速度センサ４０、５０の出力のオフセットを自己診断することが特徴となっている。このように、センサ装置Ｓ１内で車両の推定速度を取得しているため、外部から車両の速度信号を入力することなく、センサ装置Ｓ１内で車両の速度を取得することができ、各角速度センサ４０、５０のオフセット（０点）および感度の自己診断（故障診断）を行うことができる。このようにして、センサ装置Ｓ１の内部にて自己診断を完結することができる。

（他の実施形態）
上記実施形態では、２つの角速度センサ４０、５０を使用しているが、センサ装置Ｓ１の用途に応じて１つだけ用いるようにしても構わない。この場合、例えば図４に示されるステップのうちステップ１５０では、角速度センサが故障していると推定される基準値と比較することで角速度センサのオフセット（０点）の故障診断を行うことができる。感度についても同様とすることができる。

上記実施形態では、マイコン６０が第２回路基板部７２に設置されているが、マイコン６０の姿勢は水平面に平行でなくても、各加速度センサ２０、３０、各角速度センサ４０、５０、そして外部と電気的に接続されていれば良く、例えば第１回路基板部７１や第２回路基板部７２に設置しても構わない。

なお、各図中に示したステップは、各種処理を実行する手段に対応するものである。

本発明の一実施形態に係るセンサ装置の構成を示す平面図である。 図１のＡ矢視図である。 α°の傾斜面上の車両に備えられたセンサ装置がα°傾けられた状態を示した図である。 図１に示されるセンサ装置のオフセット診断処理の内容を示すフローチャートである。

符号の説明

１０…筐体、２０…第１加速度センサ、３０…第２加速度センサ、４０…第１角速度センサ、５０…第２角速度センサ、６０…マイクロコンピュータ、７０…回路基板、７１…第１回路基板部、７２…第２回路基板部、７３…第３回路基板部。

Claims (10)

1. 車両の加速度に応じた検出信号をそれぞれ出力すると共に、加速度の検出方向が互いに逆方向となるように配置される第１加速度検出手段（２０）および第２加速度検出手段（３０）と、
   前記車両が走行する面に平行に配置され、前記車両の角速度に応じた検出信号を出力する角速度検出手段（４０、５０）と、
   前記第１加速度検出手段および前記第２加速度検出手段から各検出信号を入力すると共に、当該各検出信号に基づいて、前記車両の進行方向における当該車両の傾きに依存した成分を除去した加速度の値を取得すると共に、当該加速度を一定時間で積分することで前記車両の速度を取得する制御手段（６０）と、を備え、
   前記第１加速度検出手段は前記車両が走行する面に対して前記車両の進行方向側に一定角度傾けられ、前記第２加速度検出手段は前記車両が走行する面に対して前記車両の進行方向とは反対側に前記第１加速度検出手段と同じ角度で傾けられており、
   前記制御手段は、取得した前記車両の速度から当該車両が停車しているか否かを判定し、前記車両が停車している場合、前記角速度検出手段の出力のオフセットを自己診断するようになっていることを特徴とするセンサ装置。
2. 前記制御手段は、前記角速度検出手段の出力のオフセットが、前記角速度検出手段が故障していると推定される基準値の範囲内にない場合、前記角速度検出手段が故障していることを示すダイアグ信号を外部に出力するようになっていることを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
3. 前記制御手段は、前記車両の速度が０であることが、前記車両が停車していると推定される一定時間継続した場合、前記車両は停車していると判定するようになっていることを特徴とする請求項１または２に記載のセンサ装置。
4. 前記制御手段は、一定時間における前記角速度検出手段の出力の平均値を前記角速度検出手段の出力として取得するようになっていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のセンサ装置。
5. 前記各加速度検出手段、前記角速度検出手段それぞれは、第１回路基板部（７１）、第２回路基板部（７２）、第３回路基板部（７３）を備えて構成された回路基板（７０）に搭載されており、
   前記第１加速度検出手段は前記第１回路基板部に設置され、前記角速度検出手段は前記第２回路基板部に設置され、前記第２加速度検出手段は前記第３回路基板部に設置されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載のセンサ装置。
6. 前記回路基板においては、前記第２回路基板部のうち前記車両の進行側の位置に前記第３回路基板部が配置され、前記車両の進行方向とは反対側の位置に前記第１回路基板部が配置されていることを特徴とする請求項５に記載のセンサ装置。
7. 前記回路基板は筐体（１０）内に収納されており、当該筐体は前記第２回路基板部が前記車両の走行する面と平行になるように前記車両に固定されていることを特徴とする請求項５または６に記載のセンサ装置。
8. 前記角速度検出手段は、第１角速度検出手段（４０）と第２角速度検出手段（５０）とを備えて構成されており、
   前記制御手段は、前記第１角速度検出手段および前記第２角速度検出手段の各出力の各オフセットの差が、前記第１角速度検出手段および前記第２角速度検出手段がオフセットについて故障していると推定される基準値を超える場合、前記各角速度検出手段のいずれかが故障していることを示すダイアグ信号を出力するようになっていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載のセンサ装置。
9. 前記制御手段は、前記各角速度検出手段の各出力から前記各角速度検出手段の出力のオフセットをそれぞれ減算することで前記各角速度検出手段の各感度を取得して当該各感度の差を得ると共に、前記各角速度検出手段の各感度の差が、前記各角速度検出手段の感度について故障していると推定される基準値を超える場合、前記各角速度検出手段のいずれかが故障していることを示すダイアグ信号を出力するようになっていることを特徴とする請求項８に記載のセンサ装置。
10. 前記制御手段は、前記自己診断を一定時間ごとに行うようになっていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載のセンサ装置。

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