JP2022182708A - 慣性検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】推定値を用いずにジャイロセンサの異常を判断することを可能にする、慣性検出装置を提供する。
【解決手段】検出対象物体に生じる同じ方向の角速度を検出するために、１組のジャイロセンサ２１ａ、２１ｂが、同じ物理量で運動する同物理量範囲に配置されている。１組のジャイロセンサ２１ａ、２１ｂのうちの１つに出力信号に影響する異常が発生したとする。この場合、異常が生じているジャイロセンサ２１が出力する出力信号の大きさと、異常が生じていないジャイロセンサ２１が出力する出力信号の大きさとの違いは、正常時とは異なることになる。したがって、出力信号を比較することで、推定値を用いなくても、ジャイロセンサ２１の異常を判断できる。
【選択図】図３

Description

慣性検出装置に関し、特に、慣性センサの異常を検出しやすい慣性検出装置に関する。

特許文献１には、ヨーレートを検出するとともに、ヨーレートセンサが故障しているかを判断する装置が開示されている。特許文献１に開示された装置は、ヨーレートセンサが検出したヨーレートである検出ヨーレートと、ヨーレートセンサ以外のセンサが検出した情報に基づいて推定したヨーレートである推定ヨーレートとを比較する。比較結果に基づいて、ヨーレートセンサが故障しているか否かを判断する。

特開平１１－２３７４０４号公報

特許文献１に開示された技術では、異常判断の精度は、推定ヨーレートの算出精度に依存し、推定ヨーレートの精度が悪いと異常判断の精度も悪化する。特許文献１の技術を応用して、加速度センサなど、ヨーレートセンサ以外の慣性センサの異常を判断する場合も同様に、推定値の精度が悪いと異常判断の精度は悪化する。

本開示は、この事情に基づいて成されたものであり、その目的とするところは、推定値を用いずに慣性センサの異常を判断することを可能にする、慣性検出装置を提供することにある。

上記目的は独立請求項に記載の特徴の組み合わせにより達成され、また、下位請求項は更なる有利な具体例を規定する。特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的態様との対応関係を示すものであって、開示した技術的範囲を限定するものではない。

上記目的を達成するための１つの開示は、
検出対象物体（Ｃ）に生じる同じ方向の物理量を検出するために、１組の慣性センサ（２１ａ、２１ｂ）が、同じ物理量で運動する同物理量範囲に配置されている慣性検出装置である。

上記１組の慣性センサのうちの１つに、出力信号に影響する異常が発生したとする。この場合、異常が生じている慣性センサが出力する出力信号の大きさと、異常が生じていない慣性センサが出力する出力信号の大きさとの違いは、正常時とは異なることになる。したがって、出力信号を比較することで、推定値を用いなくても、慣性センサの異常を判断できる。

慣性検出装置１０が車両Ｃに搭載されていることを示す図。 慣性検出装置１０の電気的構成を示す図。 ジャイロセンサ２１の配置を示す平面図。 ジャイロセンサ２１の配置を示す側面図。 ヨーレート信号の変化を概念的に示す図。 第２実施形態におけるジャイロセンサ２１ａ、２１ｂの配置を示す図。 第３実施形態におけるジャイロセンサ２１ａ、２１ｂの配置を示す平面図。 第３実施形態におけるジャイロセンサ２１ａ、２１ｂの配置を示す側面図。 第４実施形態におけるジャイロセンサ２１ａ、２１ｂの配置を示す図。 第５実施形態におけるジャイロセンサ２１ａ、２１ｂの配置を示す図。 第６実施形態におけるジャイロセンサ２１ａ、２１ｂの配置を示す図。 第７実施形態におけるジャイロセンサ２１ａ、２１ｂの配置を示す図。

＜第１実施形態＞
以下、実施形態を図面に基づいて説明する。図１に示すように慣性検出装置１０は車両Ｃに搭載されている。以下の説明では、車両Ｃの前後方向をＸｃ軸方向、車幅方向をＹｃ軸方向、上下方向をＺｃ軸方向とする。Ｘｃ軸は車両Ｃの前方向を正、Ｙｃ軸方向は車両Ｃの右方向を正、Ｚｃ軸は車両Ｃの上を正とする。慣性検出装置１０は、検出対象物体である車両Ｃに生じる物理量を検出する。物理量は、具体的には角速度と加速度である。慣性検出装置１０は、車両Ｃに生じる角速度と加速度が検出できれば、車両Ｃにおいて搭載される位置に制限はない。

慣性検出装置１０は、検出した角速度と加速度を車両制御装置２に出力する。車両制御装置２は、角速度、加速度を慣性検出装置１０から取得する。また、車両制御装置２は、車両Ｃの位置、速度など車両Ｃの挙動を決定するために必要な他の情報も取得する。車両制御装置２は取得した情報に基づいて車両Ｃを制御する。

図２は慣性検出装置１０の電気的構成を示す図である。慣性検出装置１０は、信号取得部２０と異常判断部３０とを備えている。

〔信号取得部２０の構成〕
信号取得部２０は、１組のジャイロセンサ２１と、１つの加速度センサ２２を備えている。また、車両Ｃに搭載されている他のセンサから、操舵角信号、車輪速信号も取得する。

２つのジャイロセンサ２１ａ、２１ｂは、同種類のセンサである。同種類とは、検出方式、メーカ、品番あるいは型番が同じであることを意味する。検出方式に制限はない。たとえば振動型のジャイロセンサを用いることができる。本実施形態では、振動型ジャイロセンサであって、ＭＥＭＳ技術により製造したものを用いる。２つのジャイロセンサ２１ａ、２１ｂを区別しないときは、ジャイロセンサ２１と記載する。ジャイロセンサ２１は、車両Ｃに生じる角速度を検出する。本実施形態のジャイロセンサ２１は３軸周りの角速度を検出する。なお、２軸周りの角速度を検出するジャイロセンサ、１軸周りの角速度を検出するジャイロセンサを用いてもよい。

加速度センサ２２は、車両Ｃに生じる加速度を検出する。加速度センサ２２は、３つの軸方向の加速度をそれぞれ検出する。なお、加速度センサが検出する加速度が、１つの軸方向のみ、あるいは２つの軸方向のみであってもよい。

信号取得部２０は、信号の取得および出力をするためのプロセッサを備えた構成である。このプロセッサは、操舵角信号、車輪速信号を取得するために、車両Ｃに搭載された他のセンサあるいはそのセンサを制御する制御装置と通信する。また、プロセッサは、異常判断部３０に、各種のセンサが検出した信号を出力する。

〔ジャイロセンサ２１の配置〕
図３、図４にジャイロセンサ２１の配置を示す。第１実施形態および第２実施形態以降において、ジャイロセンサ２１の取り付け向きは事前に設定されている。１組のジャイロセンサ２１は同じ基板２４に実装されている。ただし、ジャイロセンサ２１ａは基板２４の上面２４ａに実装され、ジャイロセンサ２１ｂは基板２４の下面２４ｂに実装されている。基板２４において、ジャイロセンサ２１ａ、２１ｂが配置されている面を実装面とする。

それぞれのジャイロセンサ２１を基準とした３軸をＸｓ軸、Ｙｓ軸、Ｚｓ軸とする。ジャイロセンサ２１は、Ｘｓ軸回りの角速度、Ｙｓ軸周りの角速度、Ｚｓ軸周りの角速度を検出する。Ｘｓ軸、Ｙｓ軸、Ｚｓ軸は、ジャイロセンサ２１の向きを規定し、どの方向の角速度を検出するかを規定する検出基準軸である。

２つのジャイロセンサ２１とも、Ｘｓ軸、Ｙｓ軸は、実装面に沿っている。一方、Ｚｓ軸は実装面に直交する。２つのジャイロセンサ２１ａ、２１ｂは、Ｘｓ軸は互いに同じ方向になるが、Ｙｓ軸は互いに１８０度反対方向となっている。２つのジャイロセンサ２１ａ、２１ｂのＺｓ軸も、互いに１８０度反対方向となっている。また、Ｘｓ軸はＸｃ軸と平行、Ｙｓ軸はＹｃ軸と平行、Ｚｓ軸はＺｃ軸と平行になっている。Ｚｃ軸は車両Ｃの上下方向であるので、Ｚｓ軸は上下方向軸である。

本実施形態では、ジャイロセンサ２１が検出するＸｓ軸周りの角速度は車両Ｃのロールレートになる。ジャイロセンサ２１が検出するＹｓ軸周りの角速度は車両Ｃのピッチレートになる。ジャイロセンサ２１が検出するＺｓ軸周りの角速度は車両Ｃのヨーレートになる。

本実施形態では、後述するように、ジャイロセンサ２１においてヨーレートを示す信号（以下、ヨーレート信号）、ピッチレートを示す信号（以下、ピッチレート信号）、ロールレートを示す信号（以下、ロールレート信号）が異常であるかどうかを判断する。つまり、本実施形態では、３種類の出力信号について、全部、異常であるかどうかを判断する。ただし、これとは異なり、１種類あるいは２種類の出力信号が異常であるかどうかを判断するようにしてもよい。

図３、図４に示す位置および向きに１組のジャイロセンサ２１が配置されていると、１組のジャイロセンサ２１が出力する出力信号の１つであるヨーレート信号の符号は、ジャイロセンサ２１が正常であれば、互いに反対になる。このように、異常を判断する信号が互いに反対になる配置を反転配置とする。

１組のジャイロセンサ２１が出力するヨーレート信号は、符号は互いに反対になる。しかし、１組のジャイロセンサ２１は同じ基板２４に実装されているので、１組のジャイロセンサ２１が検出する物理量、具体的にはヨーレート、ピッチレート、ロールレートの大きさ（すなわち絶対値）は等しくなる。よって、１組のジャイロセンサ２１が出力する出力信号も等しくなるはずである。なお、出力信号において等しいとは、完全に等しいこと意味するのではない。出力信号の絶対値の差が個体差等に起因する誤差程度の差であれば、等しい状態に含まれる。

本実施形態では、１組のジャイロセンサ２１は同じ基板２４に配置されているが、１組のジャイロセンサ２１は必ずしも同じ基板２４に配置されている必要はなく、同物理量範囲に配置されていればよい。同物理量範囲とは、慣性センサが検出する物理量について、同じ値で運動する範囲である。ジャイロセンサ２１が検出する物理量は、ヨーレート、ロールレート、ピッチレートである。たとえば、同じ車両Ｃに搭載されていても、車両Ｃの中心と車両Ｃの前後端とではヨーレートは異なるなど、実装位置により真値は異なる。しかし、実装位置により生じる真値の違いが、個体差等により生じるジャイロセンサ２１の検出誤差程度である範囲は同物理量範囲である。

図５には、ジャイロセンサ２１ａ、２１ｂが検出するヨーレート信号の変化を概念的に示している。図５において、実線はジャイロセンサ２１ａが検出するヨーレート信号、破線はジャイロセンサ２１ｂが検出するヨーレート信号である。図５の上側は、ジャイロセンサ２１ａ、２１ｂともに正常である場合のヨーレート信号を示しており、図５の下段は、ジャイロセンサ２１ａが異常になった場合のヨーレート信号を示している。

図５に示すように、正常時には、ジャイロセンサ２１ａ、２１ｂが出力するヨーレート信号は、符号が反対になり、大きさは互いに等しい。図５の例では、時刻ｔ０に車両Ｃのイグニッションスイッチがオンになり、時刻ｔ１まで車両Ｃは停車している。時刻ｔ１から時刻ｔ２まで車両Ｃは直進している。車両Ｃが停車、直進している時のヨーレートは０であるので、これらのときのヨーレート信号は一定値で安定する。この一定値をオフセット値とする。

一方、カーブでは、ヨーレート信号は大きく変化する。ただし、図５の正常時の実線と破線を見ると分かるように、２つのジャイロセンサ２１がともに正常であれば、車両Ｃの走行状態によらず、２つのジャイロセンサ２１が出力するヨーレート信号は、大きさが等しく符号が反対になっている。

一方、ジャイロセンサ２１ａが異常になると、図５の下側に一例を示すように、２つのジャイロセンサ２１が出力するヨーレート信号の大きさが同じにならない。このことを利用して、異常判断部３０は、いずれかのジャイロセンサ２１が異常であるかどうかを判断する。

〔異常判断部３０の構成〕
説明を図２に戻す。異常判断部３０は、１つのマイクロコントローラにより実現される。このマイクロコントローラは、少なくとも１つのプロセッサを備えた構成である。たとえば、異常判断部３０は、プロセッサ、不揮発性メモリ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ、およびこれらの構成を接続するバスラインなどを備えている。不揮発性メモリには、汎用的なマイクロコントローラを異常判断部３０として作動させるためのプログラムが格納されている。プロセッサが、ＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつ、不揮発性メモリに記憶されたプログラムを実行することで、異常判断部３０は、停車時オフセット推定部３１、走行時処理部３２として作動する。これらの作動が実行されることは、プログラムに対応する方法が実行されることを意味する。

停車時オフセット推定部３１は、車両Ｃが停車しているときにジャイロセンサ２１が検出する出力信号を用いて、ジャイロセンサ２１が出力する出力信号のオフセット値を推定する。オフセット値は、角速度がゼロである場合に２１が出力する出力信号の大きさである。

停車時オフセット推定部３１が、車両Ｃが停車していることを判断するために種々の信号を用いることができる。たとえば、停車時オフセット推定部３１は、車輪速信号が車速がゼロであることを示している場合に車両Ｃが停車していると判断することができる。あるいは、停車時オフセット推定部３１は、車輪速信号が車速がゼロであることを示していることに加えて、加速度センサ２２が出力する加速度信号が、車両Ｃに前後方向の加速度が生じていないことを示している場合に車両Ｃが停車していると判断してもよい。

停車時オフセット推定部３１は、車両Ｃが停車していると判断している状態での時刻ｔｓ－１と時刻ｔｓの少なくとも２つの時刻において、ジャイロセンサ２１ａ、２１ｂが検出した出力信号を所定のメモリに記憶する。時刻ｔｓと時刻ｔｓ－１との時間差は事前に設定されている。

走行時処理部３２は、常時差動値推定部３３、直進時差動値推定部３４、比較処理部３５を備えている。常時差動値推定部３３は、車両Ｃが走行している間、常時、周期的に差動値を推定する。ジャイロセンサ２１には回転によるコリオリ力が差動で作用するようになっており、差動値はジャイロセンサ２１の出力信号を意味する。常時差動値推定部３３は、車輪速信号をもとに車両Ｃが走行しているかどうかを判断することができる。常時差動値推定部３３は、車両Ｃが停車していると判断したときのジャイロセンサ２１の出力信号を比較処理部３５に提供する。

直進時差動値推定部３４は、車両Ｃが直進している状態で上記差動値を推定する。直進時差動値推定部３４は、車両Ｃが直進していることを、車輪速信号と操舵角信号から判断することができる。なお、車両Ｃが直進しているときは、直進時差動値推定部３４が差動値を推定するので、常時差動値推定部３３は、車両Ｃが直進しているときは差動値を推定しないようにしてもよい。

常時差動値推定部３３、直進時差動値推定部３４は、２つのジャイロセンサ２１からそれぞれ出力信号を取得する。出力信号は、具体的には、ヨーレート信号、ロールレートを示す信号、ピッチレートを示す信号である。

比較処理部３５は、１組のジャイロセンサ２１が出力する出力信号をもとに、ジャイロセンサ２１の異常を判断するための異常判断信号を決定する。異常判断信号は、慣性センサの出力信号の所定の軸成分あるいは軸回り成分の異常を判断するための信号である。慣性センサがジャイロセンサ２１である場合には、異常判断信号は、Ｘｓ軸、Ｙｓ軸、Ｚｓ軸のいずれか少なくとも１つの軸周りの信号成分を判断するための信号である。

後の実施形態で説明するように、異常判断信号は、出力信号の一部の成分である場合がある。出力信号の一部である場合も含まれるので、異常判断信号は異常判断成分と言うこともできる。ただし、本実施形態では、異常判断信号は出力信号の全部である。具体的には、本実施形態での異常判断信号は、ヨーレート信号、ロールレート信号、ピッチレート信号である。本実施形態では、これらヨーレート信号、ロールレート信号、ピッチレート信号を取得することで異常判断信号を決定したことになる。

比較処理部３５は、１組のジャイロセンサ２１からそれぞれ取得した異常判断信号の大きさを比較する。ヨーレート信号とピッチレート信号は、２つのジャイロセンサ２１の間で相互に反対符号になる。反対符号になる場合、Ｓａ＋Ｓｂが異常判断信号の大きさを比較した結果を示す。なお、Ｓａはジャイロセンサ２１ａの出力信号であり、Ｓｂはジャイロセンサ２１ｂの出力信号である。ロールレート信号は、２つのジャイロセンサ２１間で同符号になる。異常判断信号がロールレート信号である場合、２つのロールレート信号の差分が、異常判断信号の大きさを比較した結果を示す値になる。

比較処理部３５は、異常判断信号の大きさを比較した結果を示す値を用いて、いずれかのジャイロセンサ２１が異常であるかどうかを判断する。本実施形態では、比較処理部３５は、異常判断信号の大きさの差と差分値閾値ＴＨｄとを比較することで、いずれかのジャイロセンサ２１が異常であるかどうかを判断する。異常判断信号の大きさの差が差分値閾値ＴＨｄよりも小さい場合、比較処理部３５は、全部のジャイロセンサ２１は正常であると判断する。異常判断信号の大きさの差が差分値閾値ＴＨｄよりも大きい場合、比較処理部３５は、いずれかのジャイロセンサ２１が異常であると判断する。ヨーレート信号およびピッチレート信号は、異常判断信号の大きさの差がＳａ＋Ｓｂで表されるので、下記式１が成立する場合、比較処理部３５は、いずれかのジャイロセンサ２１が異常であると判断する。

（式１） Ｓａ＋Ｓｂ＞ＴＨｄ
比較処理部３５は、いずれかのジャイロセンサ２１が異常であると判断した場合、さらに、どのジャイロセンサ２１が異常であるかを決定する。どのジャイロセンサ２１が異常であるかを決定するために、比較処理部３５は、安定状態における出力信号の変化と、センサ別に定めた出力信号閾値ＴＨａ、ＴＨｂと比較する。

出力信号閾値ＴＨａはジャイロセンサ２１ａの出力信号に対する閾値であり、出力信号閾値ＴＨｂはジャイロセンサ２１ｂの出力信号に対する閾値である。これらの出力信号閾値ＴＨａ、ＴＨｂは、各ジャイロセンサ２１ａ、２１ｂの個体差等を考慮して事前に設定しておく。また、出力信号閾値ＴＨａ、ＴＨｂは、車両Ｃが安定状態であるときに検出する出力信号に基づいて更新するようになっていてもよい。

ジャイロセンサ２１において、安定状態とは、車両Ｃが停車しているとき、および、車両Ｃが直進走行しているときである。車両Ｃが停車しているとき、および、車両Ｃが直進走行しているときは、車両Ｃに生じるヨーレート、ピッチレート、ロールレートはいずれもゼロで安定しているはずだからである。

本実施形態では、安定状態における出力信号の変化として、停車時のオフセット値の時間変化を示すオフセット変化量ΔＳａ、ΔＳｂを算出する。ジャイロセンサ２１ａのオフセット変化量をΔＳａ、ジャイロセンサ２１ｂのオフセット変化量をΔＳｂとする。これらは、それぞれ、式２、式３により算出できる。

（式２） ΔＳａ＝Ｓａ（ｔｓ）－Ｓａ（ｔｓ－１）
（式３） ΔＳｂ＝Ｓｂ（ｔｓ）－Ｓｂ（ｔｓ－１）
Ｓａ（ｔｓ）は時刻ｔｓにおけるジャイロセンサ２１ａの出力信号である。出力信号は、たとえばヨーレート信号である。Ｓａ（ｔｓ－１）は時刻ｔｓ－１におけるジャイロセンサ２１ａの出力信号である。Ｓｂ（ｔｓ）は時刻ｔｓにおけるジャイロセンサ２１ｂの出力信号である。Ｓｂ（ｔｓ－１）は時刻ｔｓ－１におけるジャイロセンサ２１ｂの出力信号である。つまり、オフセット変化量ΔＳａ、ΔＳｂは、時刻ｔｓにおいてジャイロセンサ２１ａ、２１ｂが検出した出力信号（すなわちオフセット値）と時刻ｔｓ－１においてジャイロセンサ２１ａ、２１ｂが検出した出力信号の差である。

オフセット変化量ΔＳａ、ΔＳｂは理想的にはゼロになり、センサ故障等が生じて出力信号が異常になると、オフセット変化量ΔＳａ、ΔＳｂはゼロから離れた値になる可能性がある。

比較処理部３５は、いずれかのジャイロセンサ２１が異常であると判断した時点ですでにメモリに記憶されているオフセット値を用いてオフセット変化量ΔＳａ、ΔＳｂを算出することができる。ただし、いずれかのジャイロセンサ２１が異常であると判断した時点とメモリに記憶されている出力信号の検出時刻との時間差が、事前に決定した一定時間差よりも大きければ、メモリに記憶されている出力信号を用いない。現時点でいずれかのジャイロセンサ２１が異常であったとしても、出力信号の検出時刻が古すぎる場合、その出力信号の検出時点では、いずれのジャイロセンサ２１も異常ではなかった可能性が高くなるからである。

比較処理部３５は、メモリに記憶されている出力信号を用いない場合、いずれかのジャイロセンサ２１が異常であると判断した後に停車時オフセット推定部３１が検出した出力信号を用いてオフセット変化量ΔＳａ、ΔＳｂを算出する。あるいは、直進時差動値推定部３４が直進時に取得した出力信号を用いてオフセット変化量ΔＳａ、ΔＳｂを算出してもよい。

比較処理部３５は、オフセット変化量ΔＳａ、ΔＳｂと出力信号閾値ＴＨａ、ＴＨｂを比較する。ΔＳａ＞ＴＨａ、かつ、ΔＳａ＜ＴＨｂであれば、比較処理部３５は、ジャイロセンサ２１ａが異常であると判断する。ΔＳａ＜ＴＨａ、かつ、ΔＳａ＞ＴＨｂであれば、比較処理部３５はジャイロセンサ２１ｂが異常であると判断する。どのジャイロセンサ２１が異常であるかは、ヨーレート信号、ロールレート信号などの信号の種類別に行う。

異常判断部３０は、比較処理部３５が判断した異常判断結果を車両制御装置２へ出力する。異常判断結果には、異常であると判断したジャイロセンサ２１を特定する情報を含ませることができる。また、異常判断部３０は、信号取得部２０から取得したセンサ信号を車両制御装置２へ出力する機能も備える。異常と判断した出力信号を車両制御装置２へ出力しないことを異常判断結果としてもよい。異常判断部３０は、２つのジャイロセンサ２１がともに正常であると判断した場合、２つのジャイロセンサ２１が出力した出力信号をともに車両制御装置２へ提供してもよい。また、事前に設定してある一方のみを提供してもよし、２つの出力信号の絶対値を平均して、車両制御装置２へ提供する信号を決定してもよい。

〔第１実施形態のまとめ〕
以上、説明した第１実施形態の慣性検出装置１０は、車両Ｃに生じるヨーレートを検出するために１組（具体的には２つ）のジャイロセンサ２１ａ、２１ｂを備えており、これら２つのジャイロセンサ２１ａ、２１ｂは同物理量範囲に配置されている。

この配置になっているので、仮に、どちらかのジャイロセンサ２１に、出力信号に影響する異常が発生したとすると、２つの出力信号の大きさの違いは正常時とは異なる。これを利用して、異常判断部３０は、２つのジャイロセンサ２１が出力した出力信号の大きさを比較して、いずれかのジャイロセンサ２１が異常であるかどうかを判断できる。このようにして、ジャイロセンサ２１が異常であるかどうかを判断するので、推定値を用いなくても、ジャイロセンサ２１が異常であるかどうかを判断できる。

２つのジャイロセンサ２１は、ヨーレート信号とピッチレート信号の符号が互いに反対になる反転配置になっている。反転配置とすることで、感度誤差を効果的に取り除いて異常判断をすることができる。

詳しく説明する。センサには信号の変化方向による感度誤差がある。信号をヨーレート信号として具体的に説明する。ジャイロセンサ２１は、車両Ｃが右旋回したときと左旋回したときとで感度が異なることがある。右に旋回したときの真値との差が＋δであるとし、左に旋回したときの真値との差が－δであるとする。真値をωとすると、一方のヨーレート信号がω＋δ、他方のヨーレート信号がω－δになる。これら２つを加算すると２ωになる。よって、感度誤差が相殺されるので、感度誤差を効果的に取り除いて異常判断をすることができるのである。一方、２つのヨーレート信号ともω＋δである場合、２つのヨーレート信号を加算すると、２ω＋２δになる。この場合、２δが感度誤差によるものか、異常によるものかを区別することができない。

また、異常判断部３０は、停車時に推定したオフセット値の変化量であるオフセット変化量ΔＳａ、ΔＳｂと出力信号閾値ＴＨａ、ＴＨｂとを比較して、どのジャイロセンサ２１が異常であるかを判断することもできる。

なお、本実施形態では、いずれかのジャイロセンサ２１に異常があるかどうかは、オフセット変化量ΔＳａ、ΔＳｂではなく、走行時に得られる出力信号の大きさの差に基づいて判断する。この理由は、出力信号の大きさの差を比較することで、上述した感度誤差など、正常時でも複数のジャイロセンサ２１に生じる誤差を効果的に取り除いて異常判断ができるからである。

異常判断部３０は、１つのマイクロコントローラにより実現されており、このマイクロコントローラが全部のジャイロセンサ２１から出力信号を取得する。この構成により、複数のマイクロコントローラが別々にジャイロセンサ２１からの出力信号を取得する場合と異なり、複数のマイクロコントローラ間での時刻同期が不要になる。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態を説明する。この第２実施形態以下の説明において、それまでに使用した符号と同一番号の符号を有する要素は、特に言及する場合を除き、それ以前の実施形態における同一符号の要素と同一である。また、構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分については先に説明した実施形態を適用できる。

図６に、第２実施形態におけるジャイロセンサ２１ａ、２１ｂの配置を示す。第２実施形態は、基板２４の上面２４ａにおけるジャイロセンサ２１ａの向き、および、基板２４の下面２４ｂにおけるジャイロセンサ２１ｂの向きが第１実施形態と相違するのみである。

２つのジャイロセンサ２１ａ、２１ｂのＺｓ軸の向きは互いに１８０度反対であり、この図６の配置も反転配置の一例である。第２実施形態では、ジャイロセンサ２１ａ、２１ｂは、Ｘｓ軸およびＹｓ軸が、車両ＣのＸｃ軸、Ｙｃ軸と４５度の角度をなしている。異常判断部３０は、第１実施形態と同じ処理をして、ジャイロセンサ２１に異常があるかどうかを判断する。第２実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果が得られる。

車両制御装置２は、慣性検出装置１０が出力するＸｓ軸周りの角速度を示す出力信号と、Ｙｓ軸周りの角速度を示す出力信号の一方または両方を用い、それらの出力信号が示すＸｃ軸周りの角速度成分とＹｃ軸周りの角速度成分とを算出する。

このようにするので、いずれか１つのジャイロセンサ２１が異常であり、かつ、残りの１つのジャイロセンサ２１も、Ｘｓ、Ｙｓ軸周りの角速度を示す出力信号の一方が異常であっても、Ｘｓ、Ｙｓ軸周りの角速度を示す出力信号の他方の信号により、車両制御装置２は車両制御を継続できる。なお、慣性検出装置１０がＸｃ軸周りの角速度成分とＹｃ軸周りの角速度成分とを算出して車両制御装置２に出力してもよい。

＜第３実施形態＞
図７に、第３実施形態におけるジャイロセンサ２１ａ、２１ｂの配置を示す。第３実施形態では、２つのジャイロセンサ２１ａ、２１ｂがともに、基板２４の同一面、具体的には上面２４ａに実装されている。２つのジャイロセンサ２１をともに同一面に実装すればよいので、基板２４への実装作業が容易である。

ジャイロセンサ２１ａの配置は第１実施形態と同じである。ジャイロセンサ２１ｂは、ジャイロセンサ２１ａを、Ｚｓ軸周りに１８０度回転させた配置である。したがって、図７に示すように、第３実施形態では、ジャイロセンサ２１ａ、２１ｂのＸｓ軸、Ｙｓ軸は、互いに反対向きになっている。図７に示す配置も反転配置の一例である。一方、図８に示すように、第３実施形態では、ジャイロセンサ２１ａ、２１ｂのＺｓ軸は互いに同じ向きである。

２つのジャイロセンサ２１ａ、２１ｂの配置が図７、図８のようになっている場合、異常判断部３０は、ロールレート信号とピッチレート信号については、前述した式１を用いて、いずれかのジャイロセンサ２１が異常であるかどうかを判断する。Ｚｓ軸回りの信号であるヨーレート信号は、ＳａとＳｂの差分の絶対値と差分値閾値ＴＨｄとを比較して、いずれかのジャイロセンサ２１が異常であるかどうかを判断する。

＜第４実施形態＞
図９に、第４実施形態におけるジャイロセンサ２１ａ、２１ｂの配置を示す。第３実施形態と同様、２つのジャイロセンサ２１ａ、２１ｂがともに、基板２４の同一面に実装されている。また、第４実施形態では、第２実施形態と同様、ジャイロセンサ２１ａ、２１ｂは、Ｘｓ軸およびＹｓ軸が、車両ＣのＸｃ軸、Ｙｃ軸と４５度の角度をなしており、かつ、ジャイロセンサ２１ａ、２１ｂは、Ｘｓ軸、Ｙｓ軸が互いに反対向きである。図９に示す配置も反転配置の一例である。

この配置により、第２実施形態と同様、いずれか１つのジャイロセンサ２１が異常であり、かつ、残りの１つのジャイロセンサ２１も、Ｘｓ、Ｙｓ軸周りの角速度を示す出力信号の一方が異常であっても、車両制御装置２は車両制御を継続できる。

また、この第４実施形態では、２つのジャイロセンサ２１ａ、２１ｂがともに基板２４の上面２４ａに実装されており、ジャイロセンサ２１ａ、２１ｂはＺｓ軸が互いに同じ向きである。したがって、異常判断部３０は、ヨーレート信号については、ＳａとＳｂの差分の絶対値と差分値閾値ＴＨｄとを比較して異常の有無を判断する。

＜第５実施形態＞
図１０に、第５実施形態におけるジャイロセンサ２１ａ、２１ｂの配置を示す。第５実施形態の慣性検出装置は、２つの基板２５、２６を備える。１つの基板２５は、これまでの実施形態の基板２４と同じ姿勢で車両Ｃに固定されている。この基板２５の上面にジャイロセンサ２１ａが実装されている。もう一つの基板２６は、基板２５とは別部材であるが、基板２５に近接した位置に配置されている。この基板２６の上面にジャイロセンサ２１ｂが実装されている。この実施形態でも、２つのジャイロセンサ２１は、同物理量範囲に配置されている。

基板２６の角度は基板２５をＸｃ軸周りに４５度回転させた角度である。１つの基板２５の上面にジャイロセンサ２１ａが実装されており、他の基板２６の上面にもう一つのジャイロセンサ２１ｂが実装されている。したがって、ジャイロセンサ２１ａのＺｓ軸とジャイロセンサ２１ｂのＺｓ軸とのなす角度、および、ジャイロセンサ２１ａのＸｓ軸とジャイロセンサ２１ｂのＸｓ軸とのなす角度はともに４５度である。

この実施形態では、異常判断部３０は、１組のジャイロセンサ２１のＺｓ軸周りの信号およびＸｓ軸回りの信号が異常であるか否かを次のようにして判断する。すなわち、一方の出力信号において、他方の出力信号と同方向になる信号成分抽出する。そして、抽出した信号成分に、軸の相対的な傾きに応じて定まる係数を乗じる。係数を乗じて得られた値を、これまでの実施形態の出力信号に代えて用いる。抽出した信号成分は異常判断に使うので、異常判断成分と言うことができる。これまでの実施形態では、出力信号の全部が異常判断成分であったのに対して、本実施形態では、出力信号の一部が異常判断成分である。

Ｚｓ軸周りの出力信号を例に具体的に説明する。ジャイロセンサ２１ｂが検出するＺｓ軸周りの角速度を示す信号、あるいは、Ｘｓ軸周りの角速度を示す信号から、Ｚｃ軸周りの信号成分を算出する。そして、算出したＺｃ軸周りの信号成分に、Ｚｓ軸あるいはＸｓ軸の傾きに応じて定まる係数を乗じた値を算出する。この値をＳｂとして用いて出力信号が異常であるか否かを判断する。Ｚｓ軸あるいはＸｓ軸の傾きに応じて定まる係数は、ジャイロセンサ２１ｂのＺｓ軸あるいはＸｓ軸と、ジャイロセンサ２１ａのＺｓ軸あるいはＸｓ軸とのなす角度をθとすると１／ｃｏｓθである。

この第５実施形態の構成のように、２つのジャイロセンサ２１を複数の基板２５、２６に分けて実装する場合、２つのジャイロセンサ２１をともに１つの基板２４に実装する場合に比較して、基板２５、２６を小型化することができるので、実装の自由度が向上する。

加えて、ジャイロセンサ２１ｂのＺｓ軸周りの出力信号と、Ｘｓ軸周りの出力信号とから、それぞれ、ジャイロセンサ２１ａのＺｓ軸周りの出力信号と比較する信号を算出できる。また、ジャイロセンサ２１ｂのＺｓ軸周りの出力信号と、Ｘｓ軸周りの出力信号とから、それぞれ、ジャイロセンサ２１ａのＸｓ軸周りの出力信号と比較する信号も算出できる。したがって、たとえば、ジャイロセンサ２１ｂのＺｓ軸周りの出力信号が異常になったとしても、異常判断部３０は、ジャイロセンサ２１ｂのＸｓ軸周りの出力信号を用いて、ジャイロセンサ２１ａのＺｓ軸周りの出力信号の異常判断を継続できる。また、異常判断を継続でき、その結果が、いずれかの出力信号が正常であると判断できれば、車両制御装置２も車両制御を継続できる。

＜第６実施形態＞
図１１に第６実施形態におけるジャイロセンサ２１ａ、２１ｂの配置を示す。第６実施形態におけるジャイロセンサ２１ａ、２１ｂの基板２４に対する配置は第１実施形態と同じである。ただし、基板２４が、Ｘｃ軸とＹｃ軸とを含む平面に対して傾斜している点が第１実施形態と相違する。

２つのジャイロセンサ２１ａ、２１ｂの相対的な位置と向きは、第１実施形態と同じであるので、異常判断部３０は、第１実施形態と同じ処理により、２つのジャイロセンサ２１ａ、２１ｂが出力する出力信号が異常であるかどうかを判断できる。また、それぞれのジャイロセンサ２１ａ、２１ｂが出力する出力信号から、Ｘｃ軸周りの角速度成分、Ｙｃ軸周りの角速度成分、Ｚｃ軸周りの角速度成分を異常判断信号として、ジャイロセンサ２１ａ、２１ｂが異常であるかどうかを判断してもよい。

＜第７実施形態＞
図１２に第７実施形態におけるジャイロセンサ２１ａ、２１ｂの配置を示す。第７実施形態では、２つのジャイロセンサ２１ａ、２１ｂは、ともに基板２４の上面２４ａに配置されており、かつ、ジャイロセンサ２１ａのＸｓ軸、Ｙｓ軸、Ｚｓ軸は、全部、ジャイロセンサ２１ａのＸｓ軸、Ｙｓ軸、Ｚｓ軸と同じ向きになっている。

２つのジャイロセンサ２１ａ、２１ｂの配置になっている場合、異常判断部３０は、いずれか一方のジャイロセンサ２１が出力する出力信号の符号を反転させた信号を異常判断信号とする。

以上、実施形態を説明したが、開示した技術は上述の実施形態に限定されるものではなく、次の変形例も開示した範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。

＜変形例１＞
実施形態では、１組のジャイロセンサ２１に含まれるジャイロセンサ２１の数が２つであった。しかし、１組のジャイロセンサ２１に含まれるジャイロセンサ２１の数は３つ以上でもよい。

＜変形例２＞
第１～４、６、７実施形態において、２つのジャイロセンサ２１が実装されている基板２４を別々の基板としてもよい。

＜変形例３＞
第２、４実施形態において、Ｘｓ軸とＸｃ軸とがなす角度、Ｙｓ軸とＹｃ軸とがなす角度は４５度であったが、上記なす角度が既知であれば４５度以外でもよい。

また、第５実施形態においてジャイロセンサ２１ａのＺｓ軸とジャイロセンサ２１ｂのＺｓ軸とのなす角度およびジャイロセンサ２１ａのＸｓ軸とジャイロセンサ２１ｂのＸｓ軸とのなす角度も、０度よりも大きく１８０度よりも小さい範囲において４５度以外の角度であってもよい。

＜変形例４＞
比較処理部３５は、ジャイロセンサ２１の異常を判断する異常判断信号を、車両Ｃが直進しているときに得た信号に限定してもよい。直進時には、角速度がゼロであるはずなので、異常判断信号を車両Ｃが直進しているときに得た信号に限定することで、異常の判断精度が向上する可能性がある。反対に、比較処理部３５は、異常判断に用いる異常判断信号として、走行時に得られる異常判断信号から、車両Ｃが直進しているときの信号を除外してもよい。このようにすると、車両Ｃがカーブ走行しているときの出力信号に限定して異常判断することになる。ジャイロセンサ２１は、カーブ走行時の検出精度が重要であるので、重要な状況において得られる出力信号に限定して異常判断することができる。

＜変形例５＞
１組の慣性センサとして、１組の加速度センサを備えていてもよい。

＜変形例６＞
第５実施形態において、ジャイロセンサ２１ｂをＺｓ軸周りに１８０度回転させてもよい。このようにすると、Ｘｓ軸周りの角速度信号のＺｃ軸周りの成分とＸｃ軸周りの成分は、ジャイロセンサ２１ａのＺｓ軸周りの角速度信号とＸｓ軸周りの角速度信号に対して符号が反対になる。この態様も反転配置の一例である。

２：車両制御装置 １０：慣性検出装置 ２０：信号取得部 ２１、２１ａ、２１ｂ：ジャイロセンサ（慣性センサ） ２２：加速度センサ ２４：基板 ２４ａ：上面（実装面） ２４ｂ：下面（実装面） ２５：基板 ２６：基板 ３０：異常判断部 ３１：停車時オフセット推定部 ３２：走行時処理部 ３３：差動値推定部 ３４：直進時差動値推定部 ３５：比較処理部 Ｃ ：車両 ＴＨａ、ＴＨｂ：出力信号閾値 ＴＨｄ：差分値閾値 ΔＳａ：オフセット変化量

Claims (12)

1. 検出対象物体（Ｃ）に生じる同じ方向の物理量を検出するために、１組の慣性センサ（２１ａ、２１ｂ）が、同じ物理量で運動する同物理量範囲に配置されている慣性検出装置。
2. 請求項１に記載の慣性検出装置であって、
   １組の前記慣性センサは、少なくとも１種類の出力信号について、前記出力信号の一部あるいは全部である異常判断成分の符号が互いに反対になる反転配置になっている慣性検出装置。
3. 請求項２に記載の慣性検出装置であって、
   前記反転配置は、前記慣性センサの向きを規定する軸の１つであって１種類の前記出力信号により定まる検出基準軸の方向が、互いに反対になる１組の前記慣性センサの配置である、慣性検出装置。
4. 請求項３に記載の慣性検出装置であって、
   前記反転配置は、１組の前記慣性センサが同一の基板の同一面に実装され、前記慣性センサにおいて、実装面（２４ａ、２４ｂ）に沿った少なくとも１つの検出基準軸の向きが互いに１８０度反対方向になる配置である、慣性検出装置。
5. 車両に搭載される請求項３または４に記載の慣性検出装置であって、
   １組の前記慣性センサは、前記車両のヨーレートを検出する１組のジャイロセンサであり、
   前記反転配置は、１組の前記ジャイロセンサが前記車両に搭載された場合に、１組の前記ジャイロセンサの上下方向軸（Ｚｓ）が互いに１８０度反対方向になる配置である、慣性検出装置。
6. 請求項２に記載の慣性検出装置であって、
   前記出力信号の前記異常判断成分は、１種類の前記出力信号の一部であり、
   前記慣性センサの向きを規定する軸の１つであって１種類の前記出力信号により定まる１つの軸を検出基準軸とした場合に、
   前記反転配置は、１組の前記慣性センサにおけるそれぞれの前記検出基準軸が互いになす角度が、０度より大きく１８０度より小さくなる配置である、慣性検出装置。
7. 請求項１に記載の慣性検出装置であって、
   １組の前記慣性センサは、それぞれ、取り付け向きが事前に設定されており、
   １組の前記慣性センサが異常であるか否かを判断する異常判断部（３０）を備え、
   前記異常判断部は、
   １組の前記慣性センサが出力した出力信号から、事前に設定されている前記取り付け向きに基づいて、前記慣性センサが正常である場合には大きさが等しくなる信号であり、前記慣性センサの異常を判断するための異常判断信号を決定し、
   １組の前記慣性センサの前記出力信号からそれぞれ決定した前記異常判断信号の大きさを比較して、いずれかの前記慣性センサが異常であるかどうかを判断する、慣性検出装置。
8. 請求項２～６のいずれか１項に記載の慣性検出装置であって、
   １組の前記慣性センサは、それぞれ、取り付け向きが事前に設定されており、
   １組の前記慣性センサが異常であるか否かを判断する異常判断部（３０）を備え、
   前記異常判断部は、
   １組の前記慣性センサが出力した前記出力信号から、前記慣性センサが正常である場合には、大きさが等しくなり、かつ、符号が互いに逆である信号であり、前記慣性センサの異常を判断するための異常判断信号を決定し、
   １組の前記慣性センサの出力信号からそれぞれ決定した前記異常判断信号の大きさを比較して、いずれかの前記慣性センサが異常であるかどうかを判断する、慣性検出装置。
9. 請求項７または８に記載の慣性検出装置であって、
   前記異常判断部は、いずれかの前記慣性センサに異常があると判断した場合には、前記出力信号が安定すると推定される安定状態において、前記出力信号の変化が閾値以上である前記慣性センサを異常であると判断する、慣性検出装置。
10. 車両に搭載される請求項９に記載の慣性検出装置であって、
    前記安定状態には前記車両の停車時が含まれる慣性検出装置。
11. 請求項１０に記載の慣性検出装置であって、
    前記慣性センサは、前記車両のヨーレートを検出するジャイロセンサであり、
    前記安定状態には前記車両の直進時が含まれる、慣性検出装置。
12. 請求項７～１１のいずれか１項に記載の慣性検出装置であって、
    １つのマイクロコントローラを備え、
    前記マイクロコントローラは、すべての前記慣性センサからの出力信号を取得し、
    前記マイクロコントローラが、前記異常判断部を備える、慣性検出装置。

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