JP2016524147A - 転倒センサ - Google Patents

Abstract

センサは、システムの転倒角度が転倒角度の閾値αを超えるか否かを検出するために、２軸における加速度の値を計測する加速度計を用いる。各加速度の値は、対応する要素ａ、ｂがそれぞれ乗算される。２つの要素ａ、ｂは転倒角度の閾値αの関数として選択される。２つの値が計算され、それぞれの計算された値は０と比較される。計算された値が０より大きい、または０より小さいか否かによって、転倒角度が超過したか否かが決定される。検出器は、転倒状態の検出について、その状態を示す出力信号を与える。出力信号は、転倒した装置の警報を鳴らす、または該装置をシャットダウンするために用いられてもよく、または転倒状態を示すために用いられてもよい。

Description

発明の詳細な説明

〔関連出願〕
本出願は、米国仮出願６１／８３５，１０４号の、「Ｔｉｐ−Ｏｖｅｒ Ｓｅｎｓｏｒ」と題され、２０１３年６月１４日に登録された仮出願について、米国特許法施行規則§１１９（ｅ）にしたがった、仮ではない優先権主張出願である。該仮出願の全文は、すべての目的に対して参照によってここに組み込まれる。

〔背景技術〕
加速度計は、装置の傾斜角を計測するために用いることができることがよく知られている。デジタル熱方位センサ（ＤＴＯＳ）装置は、ＭＥＭＳＩＣ，Ｉｎｃ．社より利用可能であり、さらに、ＭＡは装置が複数のパラメータの範囲内で動作しているかどうかを決定するために、傾斜角の計測に用いることができる。装置が、いくつかの予め決定された角度を超えた、すなわち「転倒した」場合、装置の表示は安全な動作状態を維持するために干渉することを必要とする。

加速度計は傾斜角を決定するために用いられ。加速度計は、しばしば、対象がノイズ、振動および他の不利な状態にある環境下に配置される。加えて、加速度計は携帯機器にしばしば用いられ、したがって、可能な限り小さい必要があり、同時に高レベルの信頼性を満たす必要がある。

それゆえ、過酷な状況下で正確かつ高い信頼性を持って動作する、簡便な構成を有する安価な加速度計が必要とされている。

〔発明の概要〕
転倒センサまたは検出器は、傾きまたは傾き状態を検出し、状態を示す信号を与える。出力信号は、アラームを始動させること、または装置をシャットダウンさせるために用いられる。たとえば、自動二輪、空間暖房機、アイロンなどの、転倒する、または転倒状態を示すものに用いられるが、これに限定されることはない。

本発明のある実施形態において、転倒状態を検出するための方法は、転倒角度の閾値αと、転倒角度の閾値αの関数として第１の乗数値ａおよび第２の乗数値ｂとを設定するための工程を含む。そして、Ｘ軸に沿った加速度の値（Ｘ_ｍ）およびＺ軸に沿った加速度の値（Ｚ_ｍ）が計測される。上記の方法は、第１の合計値Ｆ_１＝（ａ＊Ｚ_ｍ−ｂ＊Ｘ_ｍ）および第２の合計値Ｆ_２＝（ａ＊Ｚｍ＋ｂ＊Ｘｍ）を算出する工程と、第１の合計値Ｆ_１および第２の合計値Ｆ_２の関数で転倒状態が発生したかどうかを決定する工程とを含む。

転倒センサは、本発明の他の実施形態によれば、Ｘ軸に沿った加速度の値Ｘ_ｍおよびＺ軸に沿った加速度の値Ｚ_ｍについて、計測および出力を行う加速度計を含む。乗算器は加速度の値Ｘ_ｍを第１の乗数値（ｂ）で乗算し、加速度の値Ｚ_ｍを第２の乗数値（ａ）で乗算し、（ｂ＊Ｘ_ｍ）および（ａ＊Ｚ_ｍ）を出力する。ここで、第１および第２の乗数値（ａ）および（ｂ）は転倒角度の閾値αの関数として設定される。合計器は、第１の合計値Ｆ_１＝（ａ＊Ｚ_ｍ＋ｂ＊Ｘ_ｍ）および第２の合計値Ｆ_２＝（ａ＊Ｚ_ｍ−ｂ＊Ｘ_ｍ）を出力する。方位検出器は、第１および第２の合計値Ｆ_１およびＦ_２の関数で転倒角度が閾値αに到達したかどうかを決定する。

〔図面の簡単な説明〕
本発明の少なくとも１つの実施形態のさまざまな状況について、添付の図面を参照して以下に明らかにする。実例を単純かつ明確にするために、図面に示す部材は必ずしも正確に書かれてはおらず、または作られていないことが理解されるだろう。たとえば、部材のいくつかの大きさは、明確性のために、他の部材に比例して誇張され、またはいくつかの物理的な部材が、１つの機能ブロックまたは要素に含まれうる。さらに、割り当てを考慮し、複数の図面で繰り返される参照番号は、同一または類似する部材を示す。明確性の目的のために、全ての図面において全ての部材に参照番号が付与されているわけではない。図面は実例および説明の目的のために与えられ、本発明の範囲を決定することを意図するものではない。図面は以下の通りである。

図１は、自動二輪に対する本実施形態の実施形態の概念的な実施図である。

図２は、本発明の実施形態に係る座標系の表示図である。

図３は、本発明の実施形態に係る傾きセンサの機能ブロック図である。

図４は、図３において示した機能ブロックに対応する本発明の実施形態に係る傾きセンサの概要図である。

図５は、プログラム可能なコンデンサのブロック図である。

図６は、動作が別の段階にある図４の傾きセンサの機能ブロック図である。

図７は、動作が別の段階にある図４の傾きセンサの機能ブロック図である。

図８は、本発明の実施形態に係る傾きセンサの機能ブロック図である。

図９は、動作が別の段階にある図８の傾きセンサの機能ブロック図である。

図１０は、動作が別の段階にある図８の傾きセンサの機能ブロック図である。

図１１は、動作が別の段階にある図８の傾きセンサの機能ブロック図である。

図１２は、本発明の実施形態に係る傾きセンサの機能ブロック図である。

図１３は、本発明の実施形態に係る傾きセンサの動作方法のフローチャートである。

〔発明の詳細な説明〕
２０１３年６月１４日に登録され、「Ｔｉｐ−Ｏｖｅｒ Ｓｅｎｓｏｒ」と題された、米国仮出願６１／８３５，１０４号は、本出願にすべての目的に対して全体が参照によってここに組み込まれる。

以下の説明において、多数の具体的な細部が本発明の実施形態の完全な理解を与えるために明らかにされる。本発明のこれらの実施形態は、これらの具体的な細部のいくつかを抜きにしても実行されてもよいことは、当業者によって理解されるであろう。他の例において、よく知られた方法、手順、部材および構造は、本発明の実施形態を不明瞭にしないように、詳細に説明されなくてもよい。

本発明の少なくとも１つの実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、以下の説明または図面の説明において明らかにされる、構造の詳細および部材の配置への適用例に限定されないことが理解されるべきである。本発明は他の実施形態が可能であり、またはさまざまな方法における実践または実行が可能である。また、ここで用いられる表現や用語は、説明を目的とするものであり、これによって本発明が限定されることはないことを理解するべきである。

明確性のために、別の実施形態の本文において説明されたいくつかの特徴は、単一の実施形態において組み合わせてまた与えられてもよいことが理解される。逆に、簡略化のために、単一の実施形態の本文において説明された、本発明のさまざまな特徴は、また、独立して与えられてもよいし、任意の適当な下位概念の組み合わせで与えられてもよい。

本発明は転倒センサを与える。転倒センサは、ある実施形態において、極度に頑丈であり、信頼性が高く、そして耐衝撃性のあるＭＥＭＳ熱加速度計を利用する。この装置は、自動二輪および他の乗り物で使用するなど、過酷または高い振動を有する環境に特によく適する。

本発明に係る転倒センサは、ある実施形態において、複数の閾値から転倒角度の閾値をプログラムする（すなわち選択する）ために、ユーザにインターフェースを与えるように実装される。基準に対する装置の方位が、プログラミングされた転倒角度の閾値を超えるならば、デジタル出力は、転倒（フォールダウン）イベントの警報を与えるために状態を変更する。他の実施形態において、閾値の角度は装置内で予めプログラムされていてもよく、すなわち、予め選択されるかハードワイヤードされていてもよい。

ところで、図１を参照すると、２軸加速度計１０５またはセンサ１０５（大きさは正確ではない）は、たとえば、自動二輪１１０に配置されている。２軸加速度計１０５またはセンサ１０５は、ＸおよびＺの２軸に対する感度を有している。自動二輪１１０が「標準」乗車位置にあるとき、すなわち、垂直であるとき、センサ１０５はＺ軸について１ｇの加速度を検出し、Ｘ軸について０ｇの加速度を検出する。自動二輪１１０が片側へ傾くと、センサ１０５はＺ軸について小さな加速度の値を記録し、Ｘ軸について０ではない加速度の値を記録する。Ｘ軸の信号の値は、前輪に向かう方向、すなわち、オペレータまたはライダーの標準方位を見て、自動二輪１１０が左または右のどちらに傾いたかに基づいた、正または負の値である。

さて、リーンアングル（ＬＡ）が予め決定された転倒角度の閾値（α）に等しい場合を考えると、自動二輪１１０が右に傾いている場合、以下の関係式が保たれる。
Ｚ＝１ｇ＊ｃｏｓ（α） 式（１）
Ｘ＝１ｇ＊ｓｉｎ（α） 式（２）
式１および２は、以下のように書き直すことができる。
Ｚ＊ｓｉｎ（α）＝Ｘ＊ｃｏｓ（α） 式（３）
本発明の実施形態を説明する目的のために、式（３）の両辺は２つのスケールファクタａおよびｂに基づいた係数が乗算される。ａおよびｂの値は、以下の割合を満たすように選択される。
ａ／ｂ＝ｔａｎ（α） 式（４）
式（３）は以下のように書き直すことができる。
ａ＊Ｚ＝ｂ＊Ｘ 式（５）
または、以下のように書き直すことができる。
ａ＊Ｚ−ｂ＊Ｘ＝０ 式（６）
自動二輪１１０が左へ傾いており、転倒角度の閾値がαのまま（または数学的に正しくは−α）であれば、式（５）および（６）は以下のようになる。
ａ＊Ｚ＝−ｂ＊Ｘ 式（７）
および、
ａ＊Ｚ＋ｂ＊Ｘ＝０ 式（８）
議論の目的のために、自動二輪１１０の方位ベクトルを、ライダーのシートからライダーの脊椎を通りライダーの頭から出ていくものとして定義する。すなわち、Ｚ軸として定義する。

いま、図２を参照して、自動二輪１１０が取りうる方位が、４つの象限、すなわち、上、右、下、左の１つの中にあると考える。これらの象限は転倒角度の閾値αによって定義された境界線によって区分けされている。

自動二輪１１０の方位ベクトル、すなわちリーンアングル（ＬＡ）が上の象限の中にある場合、以下の計算式は真である。
ａ＊Ｚ−ｂ＊Ｘ＞０ 式（９）
ａ＊Ｚ＋ｂ＊Ｘ＞０ 式（１０）
自動二輪１１０の方位ベクトルが右の象限の中にある場合、以下の計算式は真である。
ａ＊Ｚ−ｂ＊Ｘ＜０ 式（１１）
ａ＊Ｚ＋ｂ＊Ｘ＞０ 式（１０）
自動二輪１１０の方位ベクトルが下の象限の中にある場合、以下の計算式は真である。
ａ＊Ｚ−ｂ＊Ｘ＜０ 式（１１）
ａ＊Ｚ＋ｂ＊Ｘ＜０ 式（１２）
下の方位は自動二輪では起こりえないが、ジェットスキーまたは類似の乗り物のような船舶では容易に達成しうる。ここでこの方位は、船舶が水中で転覆し、オペレータがうまくいけば無傷な状態で近くで立ち泳ぎしていることをおそらく示す。

自動二輪１１０の方位ベクトルが左の象限の中にある場合、以下の計算式は真である。
ａ＊Ｚ−ｂ＊Ｘ＞０ 式（９）
ａ＊Ｚ＋ｂ＊Ｘ＜０ 式（１２）
したがって、２つの量（ａ＊Ｚ−ｂ＊Ｘ）および（ａ＊Ｚ＋ｂ＊Ｘ）のそれぞれの符号を評価することによって、リーンアングルＬＡが転倒角度の閾値αを超えているか否かを決定することが可能となる。

実際の実施例において、たとえば、上述の自動二輪では、地球の重力ベクトルｇが「下」を向いているため、ここで説明した実施形態に係るセンサは、「下向き」の正のＺ軸方位に配置される。したがって当業者は、Ｚ軸が図２において下向きであり、上と下の象限が交換できることを理解するだろう。

さて、図３を参照すると、本発明のある実施形態において、転倒センサシステム３００は２軸加速度計３０２を含む。２軸加速度計３０２は、Ｘ軸およびＺ軸の加速度のそれぞれに比例した２つの電圧を発生する。２つの乗算器３０４−１および３０４−２は、２つのプログラム可能な係数発生器３０６−１および３０６−２に沿って与えられる。第１のプログラム可能な係数発生器３０６−１が「ｂ」の値を設定すると同時に、第２のプログラム可能な係数発生器３０６−２は「ａ」の値を設定する。第１の乗算器３０４−１は値ｂ＊Ｘを与え、第２の乗算器３０４−２は値ａ＊Ｚを与える。

２軸加速度計３０２の出力は、乗算器に送られる前に、たとえば、事前増幅器、Ｃ／Ｖ変換機、フィルタ、オフセットを調整した回路などである信号処理回路に与えられる。そのような信号処理回路は、加速度計の外部に配置されてもよいし内部に組み込まれてもよい。

加えて、２つの乗算器３０４−１および３０４−２は、当業者によって理解されるとおり、異なるゲイン値を有する複数の増幅器を用いて実現可能である。

（ａ＊Ｚ＋ｂ＊Ｘ）の出力を行う第１の合計器３０８−１、および、値ｂ＊Ｘを受信したら反転入力して（ａ＊Ｚ−ｂ＊Ｘ）と等しい出力を行う第２の合計器３０８−２が与えられる。第１の符号検出器３１０−１は第１の合計器３０８−１からの出力の符号を決定すると同時に、第２の符号検出器３１０−２は第２の合計器３０８−２からの出力の符号を決定する。第１の符号検出器３１０−１および第２の符号検出器３１０−２からのそれぞれの出力は、方位検出器３１２で受信される。方位検出器３１２は、係数値ａ、ｂについてセンサ３０２の傾き状態を示すバイナリ信号を与える。

加えて、第１の増幅器３１４−１および第２の増幅器３１４−２が、ＺおよびＸの加速度の値を直接与えるために用いられる。

あるいは、方位検出器３１２は、第１の符号検出器３１０−１および第２の符号検出器３１０−２の出力に基づく２ビット出力を生成するなどにより装置がどの象限内に位置するかを決定する論理関数、および、象限が許可されたものであるか否かを決定する機能論理ブロックを含んでいてもよい。

本発明の他の実施形態において、次に、図４を参照すると、図３に示した転倒センサシステム３００と同じように動作する他の転倒センサシステム４００が与えられる。しかし、乗算器３０４およびプログラム可能な係数発生器３０６は、以下で詳説するように、調整可能なコンデンサおよびスイッチに置き換えられる。

第１の乗算器３０４−１および対応するプログラム可能な係数発生器３０６−１は、Ｃ_ｂの値を有する調整可能なコンデンサ４０２−１、およびいくつかのスイッチ４０４、４０６，４０８、および４１０によって置き換えられる。同様に、第２の乗算器３０４−２およびプログラム可能な係数発生器３０６−２は、Ｃ_ａの値を有する第２の調整可能なコンデンサ４０２−２、およびスイッチ４１２、４１４、４１６、４１８によって置き換えられる。スイッチ４０６、４１０、４１４、４１８について、一端がそれぞれのコンデンサのノードに接続される一方、他端はアナログ接地面４２０に接続される。しかし、アナログ接地面４２０は、必ずしも０ボルト基準である必要はない。

調整可能なコンデンサ４０２−１、４０２−２、およびそれらに対応するスイッチは、センサ３０２からの正負両方のＸおよびＺ出力電圧をサンプリングするためのサンプリングコンデンサとして動作する。スイッチを備えたコンデンサの回路について、重要な変化は、電荷がそれぞれのコンデンサの上に蓄積されることである。ａ／ｂの割合を確定するために、第１のコンデンサ４０２−１は、ｂピコファラドの値を設定し、第２のコンデンサ４０２−２は、ａピコファラドの値を設定する。

第１のコンデンサ４０２−１および第２のコンデンサ４０２−２のそれぞれは、自身が図５に示す調整可能なコンデンサモジュール５００である。ここで、限定しない例の１つとして、７つのコンデンサＣ１〜Ｃ７が、スイッチＳＷ１Ａ、ＳＷ１Ｂ；ＳＷ２Ａ、ＳＷ２Ｂ；ＳＷ３Ａ、ＳＷ３Ｂ；ＳＷ４Ａ、ＳＷ４Ｂ；ＳＷ５Ａ、ＳＷ５Ｂ；ＳＷ６Ａ、ＳＷ６Ｂの６つの組の間に配置される。当業者によって理解されるように、特定のスイッチを開閉することによって複数のコンデンサを互いに並列および／または直列、またはｔ−ネットワークまたはπネットワークと同等の構成に配置するため、いくつかの異なる静電容量（すなわち、上述のａおよびｂの値）が、選択され、出力端子Ｃ_ＩＮからＣ_ＯＵＴにわたって表れる。

所望する静電容量を得るために、それぞれのスイッチを開閉するための制御信号がスイッチに送信される。この実施形態において、スイッチＳＷ１Ａ、ＳＷ１Ｂ、ＳＷ２Ａ、ＳＷ２Ｂ、ＳＷ３Ａ、ＳＷ３Ｂ、ＳＷ４Ａ、ＳＷ４Ｂ、ＳＷ５Ａ、ＳＷ５Ｂ、ＳＷ６Ａ、ＳＷ６Ｂの６つの組は、それぞれの組において、一方が閉じているときは他方が開いているように動作する。したがって、たとえば、スイッチＳＷ１Ａ、ＳＷ１Ｂは、第１の制御信号がスイッチＳＷ１Ａに送信されると、第１の制御信号とは逆の信号がＳＷ１Ｂに送信されるように動作する。

ある実施形態において、コンデンサＣ１〜Ｃ７はＣＭＯＳ平行板コンデンサとして実現され、スイッチは、たとえばＣＭＯＳ ＦＥＴ装置またはＮＭＯＳトランジスタとしてよく知られるもので実現される。もちろん、コンデンサおよびスイッチの数、および関連する技術は任意のものが利用できる。さらに、制御信号（図示せず）は、必要とされかつ当業者によく理解されている、Ｉ^２Ｃまたは並列論理ピンまたは入力（これらに限定されるものではない）を含むいくつかの既知のシグナリング方式のいずれかを介して、スイッチを開閉するためにモジュール５００に与えられてもよい。

都合よく、コンデンサＣ３、Ｃ６、およびＣ７がそれぞれ５０ｆＦであり、コンデンサＣ１およびＣ４がそれぞれ２００ｆＦであり、Ｃ２およびＣ５がそれぞれ１００ｆＦであるならば、このときスイッチの動作に基づいて、出力容量は０から３９３．７５ｆＦまでの範囲で６．２５ｆＦずつ調整可能である。もちろん、これは単なる例であり、これに限定されることは意図しない。

いま、図６を参照して、スイッチ４０４〜４１０および４１２〜４１８は、サンプリングコンデンサ４０２−１、４０２−２上の電荷を蓄積するために交互に開閉する。図６に示すように、サンプリングコンデンサ上の電荷を取得するとき、スイッチ４０４および４１０は閉じると同時に、スイッチ４０６および４０８は開く。同様に、第２のサンプリングコンデンサ４０２−２上に電荷を蓄積するために、スイッチ４１２、４１８が閉じると同時に、スイッチ４１４、４１６は開く。スイッチの開閉タイミングは、装置の制御にしたがうものであり、ここでは図示しないが、その動作は当業者によって容易に理解されるものである。

そして、サンプリングコンデンサ上に蓄積された電荷は、閉じていたスイッチを開き、開いていたスイッチを閉じることによって合計器３０８−１および合計器３０８−２に伝搬される。スイッチの動作は、当業者によって理解されるように、一般的に、ブレークビフォアメークモードで動作することに留意されたい。当業者によって理解されるように、スイッチの制御信号は、適当な重複しない信号を与えるクロック発生器によって与えられる。

いま、図７を参照すると、スイッチ４０４、４１０が開き、スイッチ４０６、４０８が閉じると同時に、スイッチ４１２、４１８は開き、スイッチ４１４および４１６は閉じる。その結果、サンプリングコンデンサ上の電荷の値は、上述した転倒の決定のための合計器に与えられる。

本発明の他の実施形態において、図８に転倒センサ装置８００を示す。転倒センサ装置８００は、アナログ−デジタル変換機（ＡＤＣ）８０２と、正値合計連結部（ＳＪＰ）８０４と、負値合計連結部（ＳＪＮ）８０６とを含む。図７において上述したものと同じプログラム可能なコンデンサと、それらに対応するスイッチが用いられ、そして既に説明した関数が用いられる。図８で示される実施形態は、差動のＸおよびＺを出力するセンサ３０２を示していることに留意されたい。そのような差動出力は、当業者に良く知られており、前に説明した実施形態の動作は、便宜上片端接地の信号として説明されるが、差動の値に対して容易に変形可能であることはよく理解される。

本発明のある実施形態において、正値合計連結部ＳＪＰ、負値合計連結部ＳＪＮ、第１の合計器３０８−１、第２の合計器３０８−２は、演算増幅器の合計連結を備えたアナログ技術を用いて実現することができることが、当業者に理解されるだろう。

転倒センサシステム８００に戻れば、以下で説明するように、さらなるスイッチ８１０〜８２４が、サンプリングコンデンサ上の電荷を正値合計連結部８０４および負値合計連結部８０６のいずれかに連結するために与えられる。

図９を参照すると、スイッチ４０４、４０４−１、４１０、４１０−１、４１２、４１２−１、４１８、および４１８−１は、サンプリングコンデンサ上の電荷を取得するために閉じられている。次に、それらのスイッチは開き、スイッチ４０６、４０６−１、４１２、４１２−１、４０８、４０８−１、４１６、および４１６−１は図１０に示すように閉じる。加えて、図９に示すように、スイッチ８１２および８２４はＳＪＮ８０６経由でＡＤＣ８０２の負入力にＸ＋およびＺ−信号を配置するために閉じられる。さらに、スイッチ８１４および８１８は図９に示すように、ＡＤＣ８０２の正入力にＸ−およびＺ＋信号を与えるために閉じられる。結果として、ＳＪＰ８０４を経由したＡＤＣ８０２によって、（ａ＊Ｚ−ｂ＊Ｘ）の計算が決定される。当業者は、ここで示した１つ以上のスイッチが必須ではなく、除去されてもよいことを理解するだろう。ここにおける表現は、本発明のさまざまな実施形態の動作を理解する補助を目的とした代表例であり、したがって、ここで示された回路は本発明を限定するものではない。

本発明のある実施形態において、装置の動作は、ＡＤＣでデルタ−シグマまたはオーバーサンプリング動作を与えるために、図９および１０で示した状態間を何度も遷移する。

次に、図１１を参照すると、スイッチ８１２および８１４は開き、スイッチ８１０および８１６は閉じる。結果として、Ｘ＋信号およびＺ＋信号は、正値合計連結部８０４およびＡＤＣ８０２のプラス入力に与えられ、Ｘ−およびＺ−の電荷は負値合計連結部８０６およびＡＤＣ８０２のマイナス入力に与えられる。そしてＡＤＣ８０２は、転倒角度の閾値αを超えたかどうかを決定するための式ａ＊Ｚ＋ｂ＊Ｘを決定する。

動作において、装置の状態は図１０に示す状態から図９に示す状態に遷移し、そして、図１１に示す状態に遷移する。装置の状態は、コンデンサを再充電するために、すなわち、加速度の値の他のサンプルを取得するために、図９の状態に戻る。なぜならば、コンデンサを合計連結部へ供することにより電荷がコンデンサから合計連結部へ伝搬され、そして、この処理の最後ではコンデンサは放電され情報を消失するからである。

上で明らかにしたように、ＪＳＰ８０４およびＪＳＭ８０６はＡＤＣ８０２への入力として与えられる。ＡＤＣ８０２は、電荷の値（ａ＊Ｚ−ｂ＊Ｘ）または（ａ＊Ｚ＋ｂ＊Ｘ）が正負のどちらであるかを決定するために用いられる。動作において、上記決定はＡＤＣ８０２の出力の最上位ビット（ＭＳＢ）を観測することによって行われてもよい。あるいは、ＡＤＣの代わりに比較器を用いてもよい。

図８において点線で示された範囲内にあるＡＤＣ８０２、サンプリングコンデンサ４０２および対応するスイッチを含むものとして、マトリクス／ＡＤＣモジュール８３０を定義することができる。結果として、図１２に示すようなさらなる実施形態は、差動加速度センサ３０２を含む。差動加速度センサ３０２は、差動Ｘ、Ｚ信号を、上述した、転倒角度の閾値を決定するための変数ａ、ｂを設定するためのａ／ｂ制御信号を受信する第１のマトリクス／ＡＤＣモジュールへ、Ｘ、Ｚ信号を出力するためのａ、ｂ制御信号の独立した集合を受信する第２のマトリクス／ＡＤＣモジュール８３０−２へ与えるのと同様に、与える。ここで、第２のマトリクス／ＡＤＣモジュール８３０−２に対して、Ｘ軸およびＺ軸における加速度の大きさの尺度を与えるために、値（ａ）は値（ｂ）に等しいものが設定される。

第１のマトリクス／ＡＤＣモジュール８３０−１の出力は、計測された信号について振動および他の無関係な状態による影響を排除するために、デジタルローパスフィルタ９０２に送信される。次に、ローパスフィルタ９０２の出力は、上で既に説明した動作のために、符号検出器３１０および方位検出器３１２へ送信される。

図１２に示すシステムの他の実施形態において、第２のマトリクス／ＡＤＣモジュール８３０−２は含まれない。その場合、転倒システムは４つの位相で動作する。位相１および位相２の間、第１のマトリクス／ＡＤＣモジュール８３０−１は、その後評価される量（ａ＊Ｚ−ｂ＊Ｘ）および（ａ＊Ｚ＋ｂ＊Ｘ）を算出するために、説明したように、割合ａ／ｂに設定される値ａ、ｂを伴って動作する。そして、方位が決定される。そして、第１のマトリクス／ＡＤＣモジュール８３０−１は、Ｚ軸方向の加速度を計測するために、値ａ、ｂがそれぞれ０、１に設定されているときの位相３の間のＸ軸方向の未加工の加速度の値と、値ａ、ｂがそれぞれ１、０に設定されているときの位相４の間のＸ軸方向の未加工の加速度の値とを計測するために用いられる。

さらに、２つのＡＤＣの代わりに、単一のＡＤＣが、Ｘ、Ｚ、（ａ＊Ｚ−ｂ＊Ｘ）および（ａ＊Ｚ＋ｂ＊Ｘ）を連続して計測するために与えられてもよい。さらにまた、４つのＡＤＣを、変数または計測結果のそれぞれに対して１つずつ用いてもよい。当業者であれば、どのようにしてこれを実現するか、理解するだろう。

図１３に示す動作方法によれば、転倒角度の閾値αはステップ１３０２で設定され、結果としてステップ１３０４で値ａ、ｂが設定される。ステップ１３０６では、Ｘ軸方向およびＺ軸方向の加速度が計測され、２つの計算結果（ａ＊Ｚ−ｂ＊Ｘ）および（ａ＊Ｚ＋ｂ＊Ｘ）がステップ１３０８で計算される。独立したステップ１３０６、１３０８として示されるが、これらは同時に発生するものであり、説明の目的によって、独立したものとしてここに示されるだけのものである。それらの計算結果は、それぞれ閾値と比較される。すなわち０と上述のような比較をすることで、ステップ１３１４で方位を同定する。すなわち象限は２つの式を０と比較することによって同定される。次に、ステップ１３１６において、同定された象限が許可されたものであるかどうかを決定し、リーンアングルを継続して計測するため、ステップ１３０６に戻る。とはいえ、ステップ１３１６では、装置がいま向いている方位が「許可されない」象限内にあるならば、そのとき、ステップ１３１８へ進み、そのような状態を示す信号を出力してもよい。

自動二輪への適用例では、単一の「許可された」象限を有し、残り３つの象限は「禁じられた」象限であると考えられる。ジェットスキーへの適用例では、「禁じられた」象限として単一の「転覆の」象限を有することがまた要求される。ここで３つの他の残りの象限は「許可された」象限である。この場合、センサが「転覆の」象限に配置され、出力の極性が反転されるならば、そのような状態が検出されてもよい。象限を同定し、同定された象限が許可されたものか否かを決定することにより、両方の場合についても実現することができる。

さて、ステップ１３０８に戻ると、他の実施形態において、さらなるステップ１３１０および１３１２がステップ１３０８と１３１４との間に挿入される。ステップ１３１０において、ＸおよびＺの加速度の値はそれぞれ閾値レベルと比較される。そして、ステップ１３１２でこれらの値が適当な閾値の範囲内にあれば、転倒角度の計算結果と比較するためにステップ１３１４へ戻る。とはいえ、ステップ１３１２で、ＸおよびＺが適当な閾値の範囲内に無いことを決定するならば、そのとき、Ｘ、Ｚ信号が十分ではないので、転倒を決定せずに１３０６に戻る。

ステップ１３１０、１３１２における決定は、加速度の信号が転倒角度を決定するのに妥当であることを確認するために与えられる。本発明のある実施形態において、Ｘ軸方向およびＺ軸方向の加速度のうち、大きい方の値が３／８ｇ未満であるならば、転倒角度センサによって計測された信号は、該センサが接続された装置のリーンアングルに対する妥当な決定を行うには不十分な強さである。

前の説明において、本発明のある実施形態は、異なる静電容量を備えた、プログラム可能な２つの可変コンデンサを含む。他の実施形態において、一方のコンデンサの静電容量は固定値であり、他方は可変であってもよい。これは単純な装置を与えるが、選択可能な異なる転倒角度の閾値の数がそれによって制限されるかもしれない。

本発明の実施形態は、１つの装置で実現可能である。たとえば、Ｉ^２Ｃプロトコルにしたがって実行する、たとえば入出力を有するＬＣＣパッケージにおける８ピン装置で実現可能である。もちろん、Ｉ／Ｏコンポーネント、クロック、動力、バイアス発生器、および信号の調整などは必須であり、ここでは説明しないし、本発明の理解に必須でもないが、装置には含まれる。都合よく、入力ピン経由で設定されうる、値ａ、ｂ、および、その結果である転倒角度の閾値αは、いかなる動作プロトコルおよび関連する回路も必要とせず、したがってインターフェースを単純にする。もちろん、既に設定された転倒角度の閾値αを有する装置を与えるために、値ａ、ｂは工場で予め設定され、入力ピンが使用禁止であってもよい。さらに、ＡＳＩＣが、また、上述の他の機能に加え、必要とされる任意のＩ／Ｏ動作と同様に、上述のスイッチを開閉するためのタイミング信号を動作するために、装置に与えられてもよいことが当業者によって理解される。

さらに、２軸加速度センサについて説明すると同時に、ある実施形態において、２軸加速度センサが熱加速度計であるとして、他の型の加速度センサを用いてよいことが想像される。また、さらに、２つの１軸加速度センサを用いてもよい。当業者であれば、どのようにすればこれを実現できるか、理解することができる。

したがって、本発明の少なくとも１つの実施形態で特に示され、いくつかの特徴が説明された、さまざまな変更、修正および改善が当業者にとって容易に見出されることがわかるだろう。そのような変更、修正および改善は、本開示の一部であることが意図され、本発明の範囲に含まれることが意図される。したがって、前に説明し、描写した内容は例としてのみ扱われ、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲の適切な構成、およびそれらに等しいものから決定されるべきものである。

自動二輪に対する本発明の実施形態の概念的な表示図である。 本発明の実施形態に係る座標系の表示図である。 本発明の実施形態に係る傾きセンサの機能ブロック図である。 図３において示した機能ブロックに対応する本発明の実施形態に係る傾きセンサの概略図である。 プログラム可能なコンデンサのブロック図である。 動作が別の段階にある図４の傾きセンサの機能ブロック図である。 動作が別の段階にある図４の傾きセンサの機能ブロック図である。 本発明の実施形態に係る傾きセンサの機能ブロック図である。 動作が別の段階にある図８の傾きセンサの機能ブロック図である。 動作が別の段階にある図８の傾きセンサの機能ブロック図である。 動作が別の段階にある図８の傾きセンサの機能ブロック図である。 本発明の実施形態に係る傾きセンサの機能ブロック図である。 本発明の実施形態に係る傾きセンサの動作方法のフローチャートである。

Claims (28)

1. 転倒状態を検出する方法であって、
   転倒角度の閾値αを定義するための第１の乗数値ａと第２の乗数値ｂとを設定する工程と、
   Ｘ軸に沿った加速度の値（Ｘｍ）を計測する工程と、
   Ｘ軸に直交するＺ軸に沿った加速度の値（Ｚｍ）を計測する工程と、
   第１の合計値Ｆ_１＝（ａ＊Ｚｍ−ｂ＊Ｘｍ）を計算する工程と、
   第２の合計値Ｆ_２＝（ａ＊Ｚｍ＋ｂ＊Ｘｍ）を計算する工程と、
   上記第１の合計値Ｆ_１および上記第２の合計値Ｆ_２の関数で転倒状態が発生するか否かを決定する工程と、を含む方法。
2. 上記第１の乗数値ａと上記第２の乗数値ｂとを設定する上記工程は、
   第１の値の集合から上記第１の乗数値ａを選択する工程と、
   第２の値の集合から上記第２の乗数値ｂを選択する工程と、の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 上記第１の乗数値ａと上記第２の乗数値ｂとを設定する上記工程は、
   １つ以上の論理ピンの対応する状態を設定する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 転倒状態が発生するか否かを決定する上記工程は、
   上記第１の合計値Ｆ_１が０未満であるか否かを決定する工程と、
   上記第２の合計値Ｆ_２が０未満であるか否かを決定する工程と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 転倒状態が発生するか否かを決定する上記工程は、
   上記第１の値Ｆ_１または上記第２の値Ｆ_２のいずれかが０未満であるか否かを決定する関数で動作の象限を決定する工程と、
   上記決定された象限が許可されたものであるか否かを同定する工程と、をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 転倒状態が発生するか否かを決定する上記工程は、
   上記第１の値Ｆ_１または上記第２の値Ｆ_２のいずれかが０未満であるか否かを決定する工程をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
7. 上記Ｆ_１および上記Ｆ_２のうち１つだけが０未満であることを決定する工程と、
   上記Ｆ_１および上記Ｆ_２のうちいずれが０未満であるかの関数で転倒方向を決定する工程と、をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
8. ｔａｎ（α）＝ａ／ｂを満たすように上記第１の乗数値ａおよび上記第２の乗数値ｂを設定する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
9. 上記計測された加速度の値Ｘｍおよび上記計測された加速度の値Ｚｍのそれぞれについて、予め決定された最小加速度の値Ａｍｉｎと比較する工程と、
   上記計測された加速度の値Ｘｍおよび上記計測された加速度の値Ｚｍのそれぞれについて、予め決定された最小加速度の値Ａｍｉｎより大きい、または等しいときにのみ上記転倒状態が発生するかどうかを決定する工程と、をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
10. Ｘ軸に沿った加速度を計測する上記工程は、第１のコンデンサに電荷を蓄積する工程を含み、
    Ｚ軸に沿った加速度を計測する上記工程は、第２のコンデンサに電荷を蓄積する工程を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
11. 上記第１のコンデンサを第１の静電容量の値Ｃ１に設定する工程と、
    上記第２のコンデンサを第２の静電容量の値Ｃ２に設定する工程と、をさらに含み、
    Ｃ１／Ｃ２＝ｂ／ａであることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 上記第１のコンデンサを上記第１の値Ｃ１に設定する上記工程と上記第２のコンデンサを上記第２の値Ｃ２に設定する上記工程とのうち、少なくとも１つについて、
    互いに並列および／または直列に並べられた２つ以上の固定値の静電容量を有するコンデンサを切り替える工程を含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 上記第１の合計値Ｆ_１および上記第２の合計値Ｆ_２を計算する上記工程は、
    （ａ＊Ｚｍ）を得るために上記第１の乗数値ａに第１の増幅ゲインを設定する工程と、
    （ｂ＊Ｘｍ）を得るために上記第２の乗数値ｂに第２の増幅ゲインを設定する工程と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
14. 転倒センサであって、
    計測を行いＸ軸に沿った加速度の値ＸｍおよびＺ軸に沿った加速度の値Ｚｍを出力するように構成された加速度計と、
    上記加速度の値Ｘｍを第１の乗数値（ｂ）で乗算し、上記加速度の値Ｚｍを第２の乗数値（ａ）で乗算し、（ｂ＊Ｘｍ）および（ａ＊Ｚｍ）を出力するように構成された乗算器と、
    上記乗算器に接続され、第１の合計値Ｆ_１＝（ａ＊Ｚｍ＋ｂ＊Ｘｍ）および第２の合計値Ｆ_２＝（ａ＊Ｚｍ−ｂ＊Ｘｍ）を出力するように構成された合計器と、
    上記第１の合計値Ｆ_１および上記第２の合計値Ｆ_２の関数で転倒角度が閾値αに達したか否かを決定するために上記合計器に接続されるように構成された方位検出器と、を含み、
    上記第１の乗数値（ａ）および上記第２の乗数値（ｂ）は上記転倒角度の閾値αの関数として選択されることを特徴とする転倒センサ。
15. 上記合計器は、
    上記乗算器に接続され、上記第１の合計値Ｆ_１を出力するように構成された第１の合計器と、
    上記乗算器に接続され、上記第２の合計値Ｆ_２を出力するように構成された第２の合計器と、を含むことを特徴とする請求項１４に記載の転倒センサ。
16. 上記方位検出器は、
    上記第１の合計器に接続され、上記第１の合計値Ｆ_１のそれぞれの符号を決定するように構成された第１の符号検出器と、
    上記第２の合計器に接続され、上記第２の合計値Ｆ_２のそれぞれの符号を決定するように構成された第２の符号検出器と、を含み、
    上記方位検出器は、上記第１の合計値Ｆ_１の符号および上記第２の合計値Ｆ_２の符号の関数で転倒角度が閾値αに達したか否かを決定するように構成されることを特徴とする請求項１４に記載の転倒センサ。
17. 上記乗算器は、
    上記加速度の値Ｘｍに第１の乗数値（ｂ）を乗算し、（ｂ＊Ｘｍ）を出力するように構成された第１の値の乗算器と、
    上記加速度の値Ｚｍに第２の乗数値（ａ）を乗算し、（ａ＊Ｚｍ）を出力するように構成された第２の値の乗算器と、を含むことを特徴とする請求項１４に記載の転倒センサ。
18. 上記第１の値の乗算器および上記第２の値の乗算器のそれぞれは、第１のコンデンサおよび第２のコンデンサをそれぞれ含むことを特徴とする請求項１７に記載の転倒センサ。
19. 上記第１のコンデンサは第１の静電容量の値Ｃ１を有し、
    上記第２のコンデンサは第２の静電容量の値Ｃ２を有し、
    ここでＣ１／Ｃ２＝ｂ／ａであることを特徴とする請求項１８に記載の転倒センサ。
20. 上記第１のコンデンサおよび上記第２のコンデンサのうち少なくとも１つは、
    複数のスイッチおよび複数の固定値の静電容量を有するコンデンサを含む調整可能なコンデンサモジュールを含むことを特徴とする請求項１８に記載の転倒センサ。
21. 上記第１の合計器は、上記第１のコンデンサおよび上記第２のコンデンサのそれぞれに接続された第１の合計連結部を含み、
    上記第２の合計器は、上記第１のコンデンサおよび上記第２のコンデンサのそれぞれに接続された第２の合計連結部を含む、ことを特徴とする請求項１８に記載の転倒センサ。
22. 上記第１の合計連結部を上記第１のコンデンサに接続するスイッチの第１のネットワークと、
    上記第２の合計連結部を上記第２のコンデンサに接続するスイッチの第２のネットワークと、をさらに含むことを特徴とする請求項２１に記載の転倒センサ。
23. 上記第１の乗数値（ａ）および上記第２の乗数値（ｂ）の少なくとも１つの値を示す１つ以上の信号を受信するように構成された、上記乗算器に接続されたインターフェースをさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載の転倒センサ。
24. 上記インターフェースは複数の入力ピンを含むことを特徴とする請求項２３に記載の転倒センサ。
25. 上記インターフェースは、連続する信号を受信する入力ピンを含むことを特徴とする請求項２３に記載の転倒センサ。
26. 転倒角度の閾値αについて装置の方位を決定するための転倒センサであって、
    Ｘ軸方向の加速度の値ＸｍおよびＺ軸方向の加速度の値Ｚｍを計測するための手段と、
    Ｘｍに第１の乗数値（ｂ）を乗算し、Ｚｍに第２の乗数値（ａ）を乗算し、（ｂ＊Ｚｍ）および（ａ＊Ｘｍ）を出力するための手段と、
    第１の合計値Ｆ_１＝（ａ＊Ｚｍ＋ｂ＊Ｘｍ）および第２の合計値Ｆ_２＝（ａ＊Ｚｍ−ｂ＊Ｘｍ）を出力するための手段と、
    上記第１の合計値Ｆ_１および上記第２の合計値Ｆ_２の関数で上記装置の方位を決定するための手段と、を含む転倒センサであって、
    上記第１の乗数値（ｂ）および上記第２の乗数値（ａ）は、上記転倒角度の閾値αの関数として選択されることを特徴とする転倒センサ。
27. 上記方位を決定するための上記手段は、
    上記第１の合計値Ｆ_１および上記第２の合計値Ｆ_２のそれぞれの符号を決定するための手段をさらに含み、
    上記方位を決定するための上記手段は、さらに上記第１の合計値Ｆ_１および上記第２の合計値Ｆ_２の各々の符号の関数で上記装置の上記方位を決定することを特徴とする請求項２６に記載の転倒センサ。
28. 上記乗算する上記手段は、
    第１の静電容量の値Ｃ１を有する、第１の電荷を蓄積する手段と、
    第２の静電容量の値Ｃ２を有する、第２の電荷を蓄積する手段と、の少なくとも１つを含み、
    Ｃ１／Ｃ２＝ｂ／ａであることを特徴とする請求項２６に記載の転倒センサ。

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