JP2551778Y2 - 加速度検出装置の異常診断回路 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この考案は、衝撃吸収用のエアー
バッグシステム等の車両用乗員保護装置に適用する、例
えばシリコン マイクロ マシニングなどの半導体加速
度センサを用いた加速度検出装置の異常診断回路に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】衝撃吸収用のエアーバッグシステムに半
導体加速度センサを用いた従来の加速度検出装置５１の
構成を図３に示す。この図において、５２はフルブリッ
ジ方式の加速度センサブリッジであり、四つの半導体拡
散抵抗５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄにより構成され
ている。図５は加速度センサブリッジ５２が装着された
加速度センサチップ５３の平面図を示し、図６は図５に
おけるＡ−Ａ′断面を示す断面図である。加速度センサ
チップ５３の電気的な等価回路図を図４に示す。図６，
図５において、５４は加速度センサチップ５３を構成す
る枠体、５５は枠体５４の内側に形成された矩形状の空
間部、５５ｂは枠体５４の外側に形成された空間部、５
６は矩形状の空間部５５のほぼ中央で空中に浮いた状態
で支持された重錘、５７ａは枠体５４と重錘５６を連結
する第１の橋絡部、５７ｂ，５７ｃ，５７ｄは同様に枠
体５４と重錘５６を連結する第２，第３，第４の橋絡部
である。これら橋絡部５７ａ，５７ｂ，５７ｃ，５７ｄ
に半導体拡散抵抗５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄがそ
れぞれ配置固定されている。この半導体加速度センサは
加速度センサチップ５３に加速度が加えられると重錘５
６の慣性により橋絡部が歪、この歪に応じて抵抗値が変
化する。図３に戻り、５８は一次増幅回路、５９はハイ
パスフィルタ回路、６０は二次増幅回路、６１は二次増
幅回路６０に加える基準電圧Ｖｒｅｆを発生する基準電
圧源、６２は出力端子である。

【０００３】上述した加速度検出装置５１では加速度セ
ンサチップ５３の重錘５６に衝撃による加速度が加わる
と加速度センサブリッジ５２のバランスが崩れ、加速度
センサブリッジ５２の不平衡出力が一次増幅回路５８に
より増幅され、更にハイパスフィルタ回路５９において
直流分が阻止される一方、交流分が二次増幅回路６０に
より増幅され、出力端子６２より出力される。この出力
信号によりエアーバッグが動作する。また、加速度セン
サブリッジ５２のバランスが取れている状態では、不平
衡出力はゼロであり出力端子６２より出力される電圧信
号は基準電圧Ｖｒｅｆ一定である。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】上述した従来の加速度
検出装置には次に述べるような問題点がある。すなわ
ち、重錘に最大許容値以上の加速度が加わった場合には
加速度センサチップが破損する場合がある。また、セン
サ回路を構成する一次増幅回路あるいは二次増幅回路、
ハイパスフィルタ回路等が破損する場合もある。この様
な状態になった場合、従来の加速度検出装置では異常を
識別する手段が設けられていないので、破損箇所あるい
は異常を来した回路を的確に識別して異常であるという
判断を下すことができない。特に問題なのは加速度セン
サブリッジの出力信号を処理する回路の途中にハイパス
フィルタ回路が挿入されており、ハイパスフィルタ回路
を構成するコンデンサーにより直流分が遮断されている
点である。ハイパスフィルタ回路の手前において加速度
センサブリッジあるいは一次増幅回路に異常が生じ、ハ
イパスフィルタ回路の手前での信号が電源電圧側あるい
はグランド側に振切れた状態にあっても出力端子より出
力される電圧信号は基準電圧Ｖｒｅｆ一定となり、正常
時の加速度センサブリッジ５２のバランスが取れている
状態と区別が付かないという問題がある。

【０００５】この考案は上記した課題を解決するために
なされたものであり、加速度センサブリッジ又はセンサ
回路が異常を来しているか否かをセンサ回路の出力信号
を基に的確に識別すると共に異常箇所をも的確に判断す
ることのできる加速度検出装置の異常診断回路を提供す
ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この考案に係る加速度検
出装置の異常診断回路は、平衡状態に調整されたブリッ
ジを構成する抵抗素子の少なくとも一つの抵抗素子に該
抵抗素子よりも抵抗値が大きな異常検出用抵抗素子を接
続し、所定の時間前記ブリッジのバランスを崩すブリッ
ジ不平衡状態発生手段と、該ブリッジ不平衡状態発生手
段によりバランスがくずされた前記ブリッジの出力をセ
ンサ回路より出力させ、この出力を基にブリッジを構成
する抵抗素子の異常あるいは前記センサ回路の増幅系の
異常を識別する第１異常識別手段と、前記センサ回路か
らの出力を基に該センサ回路のハイパスフィルタ回路の
異常を識別する第２異常識別手段とから構成したもので
ある。

【０００７】

【作用】この考案では、ブリッジ不平衡状態発生手段に
よりバランスがくずされたブリッジの出力をセンサ回路
より出力させ、この出力を基にブリッジを構成する抵抗
素子の異常あるいはセンサ回路の増幅系の異常を第１異
常識別手段により識別し 、センサ回路からの出力に基づ
いてセンサ回路のハイパスフィルタ回路の異常を第２異
常識別手段により識別するので異常な状態と正常な状態
とを区別して確実に判断することが出来ると共に異常箇
所も的確に判断することができる。

【０００８】

【実施例】以下、図面を参照してこの考案の一実施例を
図に基づいて説明する。図１は従来の加速度検出装置に
この実施例における加速度検出装置の異常診断回路を付
加した電気回路図である。この図において、１は加速度
センサチップ、２は加速度センサチップ１に形成されて
いる加速度センサブリッジ（ブリッジ）であり、半導体
拡散抵抗（抵抗素子）２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄにより構
成されている。そして、半導体拡散抵抗２ａ，２ｃの接
続点には電源電圧Ｖｓｕｐが供給されている。この加速
度センサブリッジ２からは半導体拡散抵抗２ｃ，２ｄの
接続点電位Ｖ１と半導体拡散抵抗２ａ，２ｂの接続点電
位Ｖ２との電位差Ｖ１−Ｖ２が出力信号として取り出さ
れる。また、加速度センサチップ１の電気的な等価回路
は図４に示したものと同様であり、メカニカルな構成も
図５，図６に示したものと同様である。

【０００９】３は高抵抗値の抵抗（異常検出用抵抗素
子、ブリッジ不平衡状態発生手段）であり、歪が生じて
いない状態の半導体拡散抵抗２ｄの抵抗値と比較して抵
抗値はおおきく設定されている。この抵抗３の一端は加
速度センサブリッジ２を構成する半導体拡散抵抗２ｃ，
２ｄの接続点に接続されている。４はＮＰＮトランジス
タ（ブリッジ不平衡状態発生手段）であり、コレクタ端
子は前記抵抗３の他端に接続されると共にエミッタ端子
はグランドに接続されている。そして、ベース端子に加
えられる診断信号Ｖｄｎによりスイッチング動作を行
う。５，６はバイアス抵抗（ブリッジ不平衡状態発生手
段）である。７は一次増幅回路、８はハイパスフィルタ
回路、９は二次増幅回路、１０は二次増幅回路９に加え
る基準電圧Ｖｒｅｆを発生する基準電圧源、１１は出力
端子である。尚、この一次増幅回路７、ハイパスフィル
タ回路８及び二次増幅回路９ によりセンサ回路を構成す
る。

【００１０】１２は故障診断部であり、診断信号発生回
路（ブリッジ不平衡状態発生回路）１３，加速度センサ
ブリッジ２および増幅系の異常識別回路（第１異常識別
手段）１４，ハイパスフィルタ回路８の異常識別回路
（第２異常識別手段）１５により構成されている。そし
て、この故障診断部１２の電源はセンサ回路とは独立し
ており、故障診断部１２へ電源を接続するためのメイン
スイッチ（図示せず）が設けられている。故障診断部１
２を動作させるためにメインスイッチを閉じると故障診
断部１２に電力が供給されると共に次に述べる診断信号
発生回路１３のスイッチＳＷが連動して閉じる構成とな
っている。

【００１１】診断信号発生回路１３はスイッチＳＷがオ
ンされることにより図２（イ）に示す矩形波の診断信号
Ｖｄｎを前記トランジスタ４のベース端子に供給する。
加速度センサブリッジ２および増幅系の異常識別回路１
４はピーク間電圧検出回路１４ａ，コンパレータ１４
ｂ，コンパレータ１４ｂの非反転入力端子に基準電圧Ｖ
ｒｅｆ２を加えるためのポテンショメータ１４ｃにより
構成されている。この異常識別回路１４では二次増幅回
路９の出力する最終出力信号Ｖｏｕｔがピーク間電圧検
出回路１４ａに供給される。また、この異常識別回路１
４では最終出力信号Ｖｏｕｔのピーク間電圧値Ｖｐ−ｐ
（図２のロ参照）が予め設定された基準電圧Ｖｒｅｆ２
（加速度センサーブリッジ２および増幅系が正常な場合
のピーク間電圧値Ｖｐ−ｐに対応している）より小さく
なると加速度センサブリッジ２および増幅系の異常と判
断し、Ｈアクティブの異常信号を出力する。

【００１２】ハイパスフィルタ回路８の異常識別回路１
５はコンパレータ１５ａ，コンパレータ１５ａの反転入
力端子に基準電圧Ｖｒｅｆ３を加えるためのポテンショ
メータ１５ｂ，２入力アンド回路１５ｃ，一定周期のパ
ルス信号を出力する矩形波発振回路１５ｄ，２入力アン
ド回路１５ｃの出力するパルス列信号をカウントするカ
ウンタ１５ｅ，カウンタ１５ｅの計数値を表示する表示
器１５ｆにより構成されている。この異常識別回路１５
では二次増幅回路９の出力する最終出力信号Ｖｏｕｔが
コンパレータ１５ａの非反転入力端子に加えられ、図２
の（ロ）に示す時間幅ｔが測定されて表示器１５ｆに表
示される。表示器で表示された値が、予め求められた正
常と判断される範囲に入らなければ、ハイパスフィルタ
回路８の異常と判断される。

【００１３】次に、上記構成による動作について説明す
る。加速度センサチップ１には加速度は加えられておら
ず、従って加速度センサブリッジ２の半導体拡散抵抗２
ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄそれぞれには歪が生じていない。
この状態でまず、メインスイッチが閉じられて故障診断
部１２に電源が投入される。一方、メインスイッチと連
動して診断信号発生回路１３のスイッチＳＷが閉じられ
ると、トランジスタ４のベース端子には図２（イ）に示
す診断信号Ｖｄｎが供給される。供給された診断信号に
よりトランジスタ４はオン／オフを繰り返す。この結
果、トランジスタ４がオンの時は抵抗Ｒが半導体拡散抵
抗２ｄに並列に接続された状態となる。抵抗Ｒが半導体
拡散抵抗２ｄに並列に接続された状態では加速度センサ
ブリッジ２の出力Ｖ１−Ｖ２は、半導体拡散抵抗２ａ，
２ｂ，２ｃ，２ｄの抵抗値をそれぞれｒ１，ｒ２，ｒ
３，ｒ４とすると次式の値となる。

【００１４】

【数１】

【００１５】一方、トランジスタ４がオフのときは抵抗
Ｒは回路より外された状態であるから次式の値となる。

【００１６】

【数２】

【００１７】上述した加速度センサブリッジ２の出力信
号Ｖ１−Ｖ２は一次増幅回路７に供給されて増幅され
る。一次増幅回路７の出力はハイパスフィルタ回路８に
加えられて直流分が阻止されると共に交流分が抽出さ
れ、抽出された交流分は二次増幅回路９で増幅され図２
（ロ）に示す最終出力信号Ｖｏｕｔとして出力される。
なお、一次増幅回路７，二次増幅回路９の総合的な増幅
率をαとすれば、最終出力信号Ｖｏｕｔは次式の値とな
る。

【００１８】

【数３】

【００１９】この最終出力信号Ｖｏｕｔは故障診断部１
２の異常識別回路１４，１５に供給される。加速度セン
サブリッジ２および増幅系の異常識別回路１４ではピー
ク間電圧検出回路１４ａにより最終出力信号Ｖｏｕｔの
ピーク間電圧値Ｖｐ−ｐ（図２のロ参照）が検出されコ
ンパレータ１４ｂに出力される。コンパレータ１４ｂで
はピーク間電圧値Ｖｐ−ｐが予め設定された基準電圧Ｖ
ｒｅｆ２より小さくなると加速度センサブリッジ２ある
いは増幅系の異常と判断し、Ｈアクティブの異常信号を
出力する。

【００２０】ハイパスフィルタ回路８の異常識別回路１
５では供給された最終出力信号Ｖｏｕｔはコンパレータ
１５ａにより基準電圧Ｖｒｅｆ３と比較される。そし
て、最終出力信号ＶｏｕｔにおけるＶｏｕｔ＞Ｖｒｅｆ
３と判断された期間に対応した時間幅ｔのパルス信号が
アンド回路１５ｃの一方の入力端子に加えられる。アン
ド回路１５ｃでは矩形波発振回路１５ｄの出力するパル
ス列信号と論理積演算が行われ、時間ｔに対応したパル
ス数がカウンタに送られカウンタで計数される。この計
数値は時間幅ｔに対応しており表示器１５ｆにより時間
ｔが表示される。ハイパスフィルタ回路８が異常の場合
は図２の（ロ）に示す最終出力Ｖｏｕｔの電圧波形の傾
斜部分の傾きはハイパスフィルタ回路のＣ，Ｒの時定数
に比例する。ハイパスフィルタ回路８のコンデンサある
いは抵抗が異常を来し、ＣあるいはＲの定数が異なった
ものとなれば前記傾斜部分の傾きは異なったものとなり
時間幅ｔも変化する。従って、表示器で表示された値が
予め求められた正常と判断される範囲に入らなければハ
イパスフィルタ回路８の異常と判断される。

【００２１】この実施例では半導体拡散抵抗２ｄに抵抗
３を並列接続し加速度センサブリッジ２のバランスを崩
す構成としたが、半導体拡散抵抗２ａ，２ｂ，２ｃのい
ずれかに抵抗を接続するようにして加速度センサブリッ
ジ２のバランスを崩すようにしてもよい。また、図２の
（ロ）に示す最終出力信号Ｖｏｕｔのピーク間電圧値Ｖ
ｐ−ｐが、加速度センサチップに１Ｇから２Ｇ程度の加
速度が加わった際のピーク間電圧値程度になるように抵
抗３等の値を設定するのが適当である。この理由は、万
が一トランジスタ４がショートしたような場合でも、加
速度センサブリッジ２が衝撃により出力する信号には影
響が現われないようにするためである。

【００２２】

【考案の効果】この考案によれば、ブリッジ不平衡状態
発生手段によりバランスがくずされたブリッジの出力を
センサ回路より出力させ、この出力を基に第１異常識別
手段によりブリッジを構成する抵抗素子の異常あるいは
センサ回路の増幅系の異常を識別し、またセンサ回路か
らの出力を基に第２異常識別手段によりセンサ回路のハ
イパスフィルタ回路の異常を識別するので、ブリッジ及
びセンサ回路の異常な状態と正常な状態とを区別して確
実に判断することができると共に、ブリッジを構 成する
抵抗素子、センサ回路の増幅系、あるいはセンサ回路の
ハイパスフィルタ回路といった個別的な異常箇所の判断
も的確に行うことができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案の一実施例における加速度検出装置の
異常診断回路の構成を示す電気回路図である。

【図２】診断信号Ｖｄｎと最終出力信号Ｖｏｕｔとの関
係を示す波形図である。

【図３】半導体加速度センサーを用いた従来の加速度検
出装置の構成を示す電気回路図である。

【図４】加速度センサブリッジの電気的な等価回路図で
ある。

【図５】加速度センサブリッジが装着された加速度セン
サチップの構成を示す平面図である。

【図６】図４におけるＡ−Ａ′断面を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

２ 加速度センサブリッジ（ブリッジ） ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ 半導体拡散抵抗（抵抗素子） ３ 抵抗（異常検出用抵抗素子、ブリッジ不平衡状態
発生回路） ４ トランジスタ（ブリッジ不平衡状態発生回路） ５ バイアス抵抗（ブリッジ不平衡状態発生回路） ６ バイアス抵抗（ブリッジ不平衡状態発生回路） ７ 一次増幅回路（センサ回路） ８ ハイパスフィルタ回路（センサ回路） ９ 二次増幅回路（センサ回路） １２ 故障診断部 １３ 診断信号発生回路（ブリッジ不平衡状態発生回
路） １４ 加速度センサブリッジおよびセンサ回路の増幅系
の異常識別回路（第１異常識別手段） １５ ハイパスフィルタ回路の異常識別回路（第２異常
識別手段）

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 平衡状態に調整されたブリッジを構成す
   る抵抗素子の少なくとも一つの抵抗素子に該抵抗素子よ
   りも抵抗値が大きな異常検出用抵抗素子を接続し、所定
   の時間前記ブリッジのバランスを崩すブリッジ不平衡状
   態発生手段と、該ブリッジ不平衡状態発生手段によりバ
   ランスがくずされた前記ブリッジの出力をセンサ回路よ
   り出力させ、この出力を基にブリッジを構成する抵抗素
   子の異常あるいは前記センサ回路の増幅系の異常を識別
   する第１異常識別手段と、前記センサ回路からの出力を
   基に該センサ回路のハイパスフィルタ回路の異常を識別
   する第２異常識別手段とから構成されることを特徴とす
   る加速度検出装置の異常診断回路。