JP2009513930A - 振動式ジャイロスコープの監視方法 - Google Patents

Abstract

振動式ジャイロスコープの監視方法であって、該振動式ジャイロスコープは共振器であり、少なくとも1つの制御回路の一部であり、該制御回路は振動式ジャイロスコープを、該振動式ジャイロスコープの固有周波数を有する励振信号の供給によって励振し、振動式ジャイロスコープから出力信号が取り出され、該出力信号からフィルタリングと増幅によって励振信号が導出される。共振器のQを測定し、該Qが既知を下回る場合、エラー通報を形成する。

Description

本発明は、振動式ジャイロスコープの監視方法に関するものであり、該振動式ジャイロスコープは共振器であり、かつ制御回路の一部であり、該制御回路は振動式ジャイロスコープを、周波数を備えるエネルギー信号の供給によって励振し、前記振動式ジャイロスコープからは出力信号が取り出され、該出力信号からフィルタリングと増幅によって励振信号が導出される。

例えばEP0461761B1から、振動式ジャイロスコープが主軸に対して半径方向に配向された2つの軸で励振されるヨーレートセンサが公知である。このために相応の変換器を備える一次制御回路と二次制御回路が振動式ジャイロスコープに設けられている。この種のヨーレートセンサが車両運動の安定化のために車両に使用される場合、故障または誤機能によって危険の生じることがある。このことを回避するためには、ヨーレートセンサの機能監視が必要である。

このような監視は本発明の方法では有利には、共振器のQを測定し、Qが閾値を下回る場合にエラー通報を形成することにより行われる。

本発明は、振動式ジャイロスコープは減衰をできるだけ小さくするために真空ケーシングに配置されおり、老化または故障により空気がケーシング内に浸入することがあり、このことは振動式ジャイロスコープの使用可能性を低下ないし排除するものであるという知識に基づく。

本発明の第1実施例によれば、励振信号が遮断され、減衰する出力信号の振幅をエラー通報の形成のために評価する。この構成は実質的に、テストを車両が停止しているときに実行するのに適する。これは例えば点火のスイッチオン後、または製造の枠内でのヨーレートセンサの検査の場合である。

この実施例では有利には、出力信号の振幅が所定時間後に所定値を下回る場合にエラー通報が形成される。しかし回路技術により、減衰する振動の消失時間を検出する他の方法も可能であり、例えば振動を、これが所定値を下回るまで計数する。

本発明の方法の第2実施例では、制御回路において一時的に励振信号の位相を付加的に回転させ、このことによる周波数変化を評価する。この実施例は基本的に、動作中の検査に適する。ここでそれぞれ所期の目的のための、ヨーレート信号の評価を妨げるのが、励振信号の一時的位相回転であるか、または一時的周波数変化であるかは個別事例に依存する。

第2実施例の有利な構成は制御回路のデジタル実現に適する。この場合、出力信号は増幅およびA/D変換後に、同相成分と直交成分に復調され、直交成分はフィルタリング後に搬送波に変調され、該搬送波は励振信号として振動式ジャイロスコープに供給され、同相成分はフィルタリング後にPLL回路に供給され、該PLL回路は搬送波の周波数と位相を制御し、励振信号の位相回転のために周波数変化に相応する信号がPLL回路に供給され、該信号が搬送波の位相変化を引き起こすように構成される。

本発明の方法の第2実施例は有利には、位相回転が搬送波を基準にして約10゜であるように構成される。

本発明によれば多数の実施形態が可能である。次に、本発明の実施例についていくつかの図面を参照しながら以下で説明する。
図１はヨーレートセンサのブロック図である。
図２は、第1実施例で発生する信号のタイムチャートである。
図３は、第2実施例の信号のタイムチャートである。
図４は、第1実施例の方法を実施するに構成されたヨーレートセンサのブロック回路図である。
図５は、第2実施例の方法を実施するに構成されたヨーレートセンサのブロック回路図である。

なお、実施例ならびにそれらの一部分がここではブロック図として描かれているけれども、これは本願発明による装置が各ブロックに対応する個々の回路を用いた実現手法に限定されることを意味するものではない。本発明による装置はむしろ、高密度集積回路を用いてきわめて有利に実現することができる。この場合、適切なプログラミングによってブロック回路図に示されている処理ステップを実行するマイクロプロセッサを使用することができる。

図１は、一次励振信号PDと二次励振信号SDのための２つの入力端2，3を備えた振動式ジャイロスコープ１の設けられた装置構成を示すブロック回路図である。励振は適切な変換器ないしはトランスデューサたとえば電磁変換器によって行われる。振動式ジャイロスコープはさらに、一次出力信号ＰＯと二次出力信号ＳＯのための２つの出力側４，５を有している。これらの信号は、ジャイロスコープが空間的に配置された個所における個々の振動を表している。この種のジャイロスコープはたとえばEP 0 307 321 A1から公知であり、コリオリ力の作用に基づくものである。

振動式ジャイロスコープ１は高いＱのフィルタを成しており、この場合、入力側２と出力側４との間の区間が一次制御回路６の部分を成しており、入力側３と出力側５との間の区間が二次制御回路７の部分を成している。一次制御回路６は、たとえば１４ｋＨｚという振動式ジャイロスコープの共振周波数で振動を励振するために用いられる。この場合、励振は振動式ジャイロスコープの１つの軸において行われ、この軸に対し二次制御回路のために利用される振動方向が90゜ずらされている。二次制御回路７において、信号ＳＯは２つの成分に分けられ、それらのうちの一方がフィルタ８を介して出力側９へ導かれ、そこからヨーレートに比例する信号を取り出すことができる。

両方の制御回路６，７において、信号処理の基本的な部分はデジタルで行われる。信号処理に必要とされる信号は水晶発振器により制御されるデジタル周波数シンセサイザ１０において形成され、そのクロック周波数はここで示す実施例ではたとえば１４．５ＭＨｚである。本発明の方法の適用のためには、実質的に一次制御回路が問題となり、従って図４と図５には一次制御回路に対する実施例が示されている。

図２に基づき説明される実施例では、図２ａに示されたスイッチ信号により時点t1で制御回路が遮断され、これに基づき出力信号PO(図２ｂ)が減衰振動を行う。適切な測定回路が、出力信号POの振幅がもはや所定の閾値に達しなくなる時間を検出する。この時間は図示しない閾値と比較される。この時間が相対的に大きい場合、振動式ジャイロスコープの減衰は十分に小さい。しかし振動式ジャイロスコープが過度に減衰されると、この時間的閾値に達せず、相応のエラー通報が出力される。

第2実施例では、図３ａに示されたスイッチ信号により付加的な位相回転が時点t1とｔ２の間に導入される。共振条件を得るために、制御回路は周波数fPOの変化を以て応答する。このことは図３ｂに示されている。ここで周波数変化が閾値Sを上回る場合、振動式ジャイロスコープのQは十分に高い。これに対して周波数が低ければ、大きな減衰が存在しており、従ってエラー通報がトリガされる。

図４と図５に示された一次制御回路は、出力信号POに対する増幅器11を有しており、この増幅器にはアンチエーリアスフィルタ12とA/D変換器13が接続されている。搬送波Ti1とTq1が供給される乗算器14，15によって、同相成分と直交成分への分離が行われる。2つの成分は引き続きそれぞれ1つのsinx/xフィルタ16，17とローパスフィルタ18，19を通過する。フィルタリンされた実数部はPID調整器20に供給され、このPID調整器はデジタル周波数シンセサイザを制御する。これにより位相制御回路が閉ループされ、搬送波Ti1とTq1の正しい位相状態が得られる。さらに搬送波Tq2が形成され、この搬送波は回路22で別のPID調整器21の出力信号により変調される。この出力信号はローパスフィルタリングされた虚数部を含んでいる。回路22の出力信号は振動式ジャイロスコープ1の入力端2に励振信号PDとして供給される。

マイクロコンピュータ23は、他の過程の他に、本発明の方法を実施するのに必要な手段を制御する。図４の実施例でマイクロコンピュータ23は、図２に示されたスイッチ信号を形成し、これを回路22に供給し、これにより励振信号PDを遮断する。A/D変換器13の出力端には、振幅を測定するための回路24、例えば振幅復調器が接続されている。回路24の出力端は閾値回路25と接続されており、閾値回路の出力信号はマイクロコンピュータ23に供給される。これによりマイクロコンピュータ23では消失時間、およびひいては振動式ジャイロスコープ１のQを検出することができる。

図５の実施例では、マイクロコンピュータ23が図３ａに相応する信号を周波数シンセサイザに供給し、周波数シンセサイザは付加的な位相シフトを行う。位相制御回路の応答により、周波数シンセサイザはクロック周波数から別の分周比を選択し、搬送波の周波数を変化させる。これは周波数偏差に対する尺度としてマイクロコンピュータ23に供給することができ、マイクロコンピュータは図３に関連して説明したように評価を行う。

図１はヨーレートセンサのブロック図である。 図２は、第1実施例で発生する信号のタイムチャートである。 図３は、第2実施例の信号のタイムチャートである。 図４は、第1実施例の方法を実施するに構成されたヨーレートセンサのブロック回路図である。 図５は、第2実施例の方法を実施するに構成されたヨーレートセンサのブロック回路図である。

Claims (6)

1. 振動式ジャイロスコープの監視方法であって、該振動式ジャイロスコープは共振器であり、少なくとも1つの制御回路の一部であり、該制御回路は振動式ジャイロスコープを、該振動式ジャイロスコープの固有周波数を有する励振信号の供給によって励振し、
   振動式ジャイロスコープから出力信号が取り出され、該出力信号からフィルタリングと増幅によって励振信号が導出される形式の監視方法において、
   共振器のQを測定し、該Qが既知を下回る場合、エラー通報を形成する、ことを特徴とする監視方法。
2. 請求項１記載の方法において、励振信号を遮断し、減衰する出力信号の振幅を、エラー通報の形成のために評価する方法。
3. 請求項２記載の方法において、出力信号の振幅が所定時間後に所定値を下回る場合にエラー通報を形成する方法。
4. 請求項１記載の方法において、制御回路において一時的に励振信号を付加的に位相回転させ、これによる周波数変化を評価する方法。
5. 請求項４記載の方法において、出力信号を増幅およびA/D変換後に同相成分と直交成分に復調し、
   直交成分はフィルタリング後に搬送波を変調し、該搬送波を励振信号として振動式ジャイロスコープに供給し、
   同相成分をフィルタリング後にPLL回路に供給し、該PLL回路は搬送波の周波数と位相を制御し、
   励振信号を位相回転させるため、周波数変化に相応する信号をPLL回路に供給し、該信号により搬送波の位相を変化させる方法。
6. 請求項５記載の方法において、位相回転は搬送波を基準にして約10゜である方法。

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