JP2930729B2 - 加速度検出用のマイクロメカニクスセンサユニット - Google Patents
加速度検出用のマイクロメカニクスセンサユニットInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、加速度検出のためのマイクロメカニクスセ
ンサユニットに関する。このマイクロメカニクスセンサ
ユニットは、スパイラル・スプリングに配置された振動
質量を有する少なくとも２つの振り子を有し、振り子ご
とに位置センサを有する。各振り子及びこの位置センサ
は共働してスイッチを成し、各スイッチは応答閾値を有
する。この応答閾値は、スイッチの構成要素固有の特性
によって決定される。十分に大きな加速力の作用によっ
て振り子が位置センサに到達又は接触するやいなや、各
スイッチはセンサ信号を送出する。少なくとも２つのス
イッチが１つの加速度方向に対して敏感である。センサ
ユニットに作用する加速力が大きくなる場合、この加速
度方向に対して敏感に応答しセンサ信号を送出するスイ
ッチの数も増加する。このようなセンサユニットによっ
て、例えば、自動車の乗員保護システム、例えばエアバ
ック及びシートベルトを制御することができる。
ンサユニットに関する。このマイクロメカニクスセンサ
ユニットは、スパイラル・スプリングに配置された振動
質量を有する少なくとも２つの振り子を有し、振り子ご
とに位置センサを有する。各振り子及びこの位置センサ
は共働してスイッチを成し、各スイッチは応答閾値を有
する。この応答閾値は、スイッチの構成要素固有の特性
によって決定される。十分に大きな加速力の作用によっ
て振り子が位置センサに到達又は接触するやいなや、各
スイッチはセンサ信号を送出する。少なくとも２つのス
イッチが１つの加速度方向に対して敏感である。センサ
ユニットに作用する加速力が大きくなる場合、この加速
度方向に対して敏感に応答しセンサ信号を送出するスイ
ッチの数も増加する。このようなセンサユニットによっ
て、例えば、自動車の乗員保護システム、例えばエアバ
ック及びシートベルトを制御することができる。
あるセンサユニット（ヨーロッパ特許第0567938号公
開公報）では、各スイッチは、水平な平面に配向された
担体上に配置されており、スイッチのスパイラル・スプ
リングの長手方向の軸に垂直な加速度に対して敏感であ
る。ｚ方向に十分な大きさの加速力が発生した場合、振
り子は担体の方に運動し、そこで振り子の下に配置され
た電極に接触し、センサ信号を発生する。各センサ信号
はメモリセルに記憶される。評価ユニットが所定の周波
数でメモリセルを読み取り、その内容を評価し、次いで
場合によっては自動車の乗員保護システムを制御する。
開公報）では、各スイッチは、水平な平面に配向された
担体上に配置されており、スイッチのスパイラル・スプ
リングの長手方向の軸に垂直な加速度に対して敏感であ
る。ｚ方向に十分な大きさの加速力が発生した場合、振
り子は担体の方に運動し、そこで振り子の下に配置され
た電極に接触し、センサ信号を発生する。各センサ信号
はメモリセルに記憶される。評価ユニットが所定の周波
数でメモリセルを読み取り、その内容を評価し、次いで
場合によっては自動車の乗員保護システムを制御する。
このような制御装置においては、評価ユニットの故障
又は誤作動が乗員保護システムのエラートリガを引き起
こす可能性がある。
又は誤作動が乗員保護システムのエラートリガを引き起
こす可能性がある。
本発明の課題は、公知の装置の不利な点を回避し、特
にセンサユニットを小型化し、軽量化し、製造し易くす
ることである。
にセンサユニットを小型化し、軽量化し、製造し易くす
ることである。
上記課題は、特許請求の範囲の請求項１の特許部分記
載の構成によって解決される。
載の構成によって解決される。
本発明のセンサユニットは、少なくとも１つの振り子
と少なくとも２つの位置センサとを有する。この場合、
複数の位置センサが振り子の横に配置されるか、又は位
置センサそれぞれが少なくとも２つの振り子の横に配置
される。振り子及び振り子にそれぞれ対応配置された位
置センサは、決まった応答閾値を有するスイッチとして
共働する。マイクロスイッチのうちの少なくとも１つ
は、セーフィング・センサ（sajing sensor）として使
用される。このセーフィング・センサのセンサ信号は、
他のスイッチのセンサ信号とは別個に評価される。セー
フィング・センサがセンサ信号を送出しない場合には、
たとえば乗員保護システムのための点弧回路に点弧信号
が供給されても乗員保護システムはトリガされない。こ
の点弧信号は他のセンサ信号の評価に基づいて発生さ
れ、乗員保護システムのための点弧回路に供給される。
集積化されたセーフィング・センサは低い応答閾値を有
し、他のスイッチと共に大規模集積化法による同一の方
法ステップで製造される。
と少なくとも２つの位置センサとを有する。この場合、
複数の位置センサが振り子の横に配置されるか、又は位
置センサそれぞれが少なくとも２つの振り子の横に配置
される。振り子及び振り子にそれぞれ対応配置された位
置センサは、決まった応答閾値を有するスイッチとして
共働する。マイクロスイッチのうちの少なくとも１つ
は、セーフィング・センサ（sajing sensor）として使
用される。このセーフィング・センサのセンサ信号は、
他のスイッチのセンサ信号とは別個に評価される。セー
フィング・センサがセンサ信号を送出しない場合には、
たとえば乗員保護システムのための点弧回路に点弧信号
が供給されても乗員保護システムはトリガされない。こ
の点弧信号は他のセンサ信号の評価に基づいて発生さ
れ、乗員保護システムのための点弧回路に供給される。
集積化されたセーフィング・センサは低い応答閾値を有
し、他のスイッチと共に大規模集積化法による同一の方
法ステップで製造される。
本発明の有利な実施態様は、従属請求項に記されてい
る。
る。
本発明及び本発明の改良実施例を図面に基づいて説明
する。
する。
図１は、自動車乗員保護システムのトリガのための制
御装置を図示している。
御装置を図示している。
図２は、センサユニットの平面図である。
本発明のセンサユニットは、マイクロメカニクス技術
で構造された少なくとも１つの振り子を有している。各
振り子は１つの振動質量Ｐ及び１つのスパイラル・スプ
リングＢを有している（図２参照）。この振動質量Ｐ
は、スパイラル・スプリングＢを介して、次の様に振動
可能に支持部Ｅに固定されている。すなわち、この振動
質量Ｐは少なくともスパイラル・スプリングＢの長手方
向に対して横方向に振動変位することができ、その結果
この方向の加速度に対して敏感である様に振動可能に支
持部Ｅに固定されている。この振り子は、スパイラル・
スプリングＢ固有の慣性質量だけで形成される振動質量
Ｐを有していてもよい。支持部Ｅは、ケーシング部、フ
レーム又はその他の担体CH（図１）に固定されている。
で構造された少なくとも１つの振り子を有している。各
振り子は１つの振動質量Ｐ及び１つのスパイラル・スプ
リングＢを有している（図２参照）。この振動質量Ｐ
は、スパイラル・スプリングＢを介して、次の様に振動
可能に支持部Ｅに固定されている。すなわち、この振動
質量Ｐは少なくともスパイラル・スプリングＢの長手方
向に対して横方向に振動変位することができ、その結果
この方向の加速度に対して敏感である様に振動可能に支
持部Ｅに固定されている。この振り子は、スパイラル・
スプリングＢ固有の慣性質量だけで形成される振動質量
Ｐを有していてもよい。支持部Ｅは、ケーシング部、フ
レーム又はその他の担体CH（図１）に固定されている。
各振り子の横には少なくとも１つの位置センサＳが配
置されている。図２の位置センサＳは導電性のストッパ
である。振り子が位置センサＳのうちの１つに達するか
又は接触するかした場合、電流の形の電気的センサ信号
が発生される。このセンサ信号は、準２値状態（the qu
asi−binary states）ONとOFFとを有している。それぞ
れの位置センサＳ及びこれに対応配置された振り子は、
スイッチとして共働する。センサユニットは、加速度方
向に対して敏感に応答する少なくとも２つのスイッチを
有する。
置されている。図２の位置センサＳは導電性のストッパ
である。振り子が位置センサＳのうちの１つに達するか
又は接触するかした場合、電流の形の電気的センサ信号
が発生される。このセンサ信号は、準２値状態（the qu
asi−binary states）ONとOFFとを有している。それぞ
れの位置センサＳ及びこれに対応配置された振り子は、
スイッチとして共働する。センサユニットは、加速度方
向に対して敏感に応答する少なくとも２つのスイッチを
有する。
スイッチの応答閾値は、このスイッチの幾何学的構造
の特性及び構成要素固有の特性に依存し、例えば、スパ
イラル・スプリングＢに沿った振動質量Ｐの配置、静止
位置にある振り子と位置センサＳとの間の間隔（図
２）、スパイラル・スプリングＢの復元力すなわちスパ
イラル・スプリングＢの形と設計仕様、そして振動質量
Ｐの大きさに依存する。同じ加速度方向に対する感受性
能を有していても、異なるスイッチならばスイッチの応
答閾値は異なっている。センサスニットに弱い加速度が
加えられた場合、ほんの少数のスイッチがセンサ信号を
送出する。センサユニットに強い加速度が加えられた場
合には、相応してより多くのスイッチがセンサ信号を送
出する。この加速度方向に加わる加速度が増加した場合
でも減少した場合でも、異なるスイッチが次々にセンサ
信号が発生する。
の特性及び構成要素固有の特性に依存し、例えば、スパ
イラル・スプリングＢに沿った振動質量Ｐの配置、静止
位置にある振り子と位置センサＳとの間の間隔（図
２）、スパイラル・スプリングＢの復元力すなわちスパ
イラル・スプリングＢの形と設計仕様、そして振動質量
Ｐの大きさに依存する。同じ加速度方向に対する感受性
能を有していても、異なるスイッチならばスイッチの応
答閾値は異なっている。センサスニットに弱い加速度が
加えられた場合、ほんの少数のスイッチがセンサ信号を
送出する。センサユニットに強い加速度が加えられた場
合には、相応してより多くのスイッチがセンサ信号を送
出する。この加速度方向に加わる加速度が増加した場合
でも減少した場合でも、異なるスイッチが次々にセンサ
信号が発生する。
自動車用エアバックをトリガするための制御装置（図
１）は、セーフィング・センサSSを有するセンサユニッ
トBSならびに点弧命令ｚにより制御され固有の決定論理
を有する点弧回路ZKを、担体CHとしてのASIC半導体チッ
プ上に有している。この点弧回路ZK自体は、その端部AZ
に自動車用エアバックを最終的にトリガするための点弧
電流を送出する。センサユニットと、このセンサユニッ
トのセンサ信号を評価する評価回路μＰと、場合によっ
ては別の回路部分とが共に半導体チップの上にハイブリ
ッド方式又は集積化方式で配置されるならば、センサユ
ニットの容積、重量、製造コストは減少する。点弧回路
ZKは、構造的には評価回路μＰ、例えばマイクロプロセ
ッサと共に１つの共通の集積回路ユニットをASICチップ
上に形成することもできる。
１）は、セーフィング・センサSSを有するセンサユニッ
トBSならびに点弧命令ｚにより制御され固有の決定論理
を有する点弧回路ZKを、担体CHとしてのASIC半導体チッ
プ上に有している。この点弧回路ZK自体は、その端部AZ
に自動車用エアバックを最終的にトリガするための点弧
電流を送出する。センサユニットと、このセンサユニッ
トのセンサ信号を評価する評価回路μＰと、場合によっ
ては別の回路部分とが共に半導体チップの上にハイブリ
ッド方式又は集積化方式で配置されるならば、センサユ
ニットの容積、重量、製造コストは減少する。点弧回路
ZKは、構造的には評価回路μＰ、例えばマイクロプロセ
ッサと共に１つの共通の集積回路ユニットをASICチップ
上に形成することもできる。
本発明においては、前述したスイッチのうちの少なく
とも１つがセーフィング・センサSSとして形成されてい
る。セーフィング・センサSSは、他のスイッチのセンサ
信号とは別個に自動車の乗員保護システムのトリガを制
御することを任務としている。これは、乗員保護システ
ムの制御の信頼性を向上させるためである。セーフィン
グ・センサSSは、例えば事故の際に加速力が発生した後
で短時間センサ信号を発生するように設計されている。
このために、セーフィング・センサSSは大きな振動質量
及び低い固有周波数を有している。点弧信号ｚと共にセ
ーフィング・センサSSがセンサ信号を点弧回路ZKに供給
した場合にのみ安全装置がトリガされる。
とも１つがセーフィング・センサSSとして形成されてい
る。セーフィング・センサSSは、他のスイッチのセンサ
信号とは別個に自動車の乗員保護システムのトリガを制
御することを任務としている。これは、乗員保護システ
ムの制御の信頼性を向上させるためである。セーフィン
グ・センサSSは、例えば事故の際に加速力が発生した後
で短時間センサ信号を発生するように設計されている。
このために、セーフィング・センサSSは大きな振動質量
及び低い固有周波数を有している。点弧信号ｚと共にセ
ーフィング・センサSSがセンサ信号を点弧回路ZKに供給
した場合にのみ安全装置がトリガされる。
セーフィング・センサSSは、その低い応答閾値にのた
めに、概して他のスイッチユニットのセンサ信号より前
にセンサ信号を発生する。従って、このセーフィング・
センサSSのセンサ信号によって時間窓が決定される。こ
の時間窓以内でのみ乗員保護装置をトリガすることがで
きる。
めに、概して他のスイッチユニットのセンサ信号より前
にセンサ信号を発生する。従って、このセーフィング・
センサSSのセンサ信号によって時間窓が決定される。こ
の時間窓以内でのみ乗員保護装置をトリガすることがで
きる。
評価回路μＰは、他のスイッチのセンサ信号に基づい
て点弧命令ｚを点弧回路ZKに供給するか決定する。この
ために、他のスイッチのセンサ信号は、直接評価回路μ
Ｐ、例えばマイクロプロセッサのデジタル入力側に供給
されるか、又は抵抗回路網を用いて重畳されて準アナロ
グ加速度信号（a quasi−analog acceleration signa
l）ａにされてこの形で評価回路μＰに供給される。例
えばマイクロプロセッサの故障又は道路の穴ぼこによっ
て発生する誤った点弧命令は、セーフィング・センサが
あるためもはや乗員保護システムのトリガを引き起こさ
ない。
て点弧命令ｚを点弧回路ZKに供給するか決定する。この
ために、他のスイッチのセンサ信号は、直接評価回路μ
Ｐ、例えばマイクロプロセッサのデジタル入力側に供給
されるか、又は抵抗回路網を用いて重畳されて準アナロ
グ加速度信号（a quasi−analog acceleration signa
l）ａにされてこの形で評価回路μＰに供給される。例
えばマイクロプロセッサの故障又は道路の穴ぼこによっ
て発生する誤った点弧命令は、セーフィング・センサが
あるためもはや乗員保護システムのトリガを引き起こさ
ない。
セーフィング・センサSSが複数のスイッチによって形
成される場合、そのセンサ信号を抵抗回路網を用いて重
畳し準アナログセーフィング・センサ信号にすることも
できる。セーフィング・センサSSは、他のスイッチユニ
ットBSと一緒に、同じ方法ステップによってマイクロメ
カニクス技術で共通の担体CHの上に、例えばASIC半導体
モジュールの上に製造される。
成される場合、そのセンサ信号を抵抗回路網を用いて重
畳し準アナログセーフィング・センサ信号にすることも
できる。セーフィング・センサSSは、他のスイッチユニ
ットBSと一緒に、同じ方法ステップによってマイクロメ
カニクス技術で共通の担体CHの上に、例えばASIC半導体
モジュールの上に製造される。
セーフィング・センサも含めて各スイッチには振り子
の横に配置されたテスト素子を備え付けることができ
る。このテスト素子は、振り子を振動させるために使用
され、これによりすでに自動車の中に組み込まれた状態
のセンサユニット／セーフィング・センサをテストする
ことができる。このテスト素子は振り子とともにキャパ
シタを形成する。そして、テスト素子に電圧を印加する
ことによって振り子に静電気力が強く作用し、その結果
振り子はその位置センサＳのうちの少なくとも１つによ
ってセンサ信号を発生する。
の横に配置されたテスト素子を備え付けることができ
る。このテスト素子は、振り子を振動させるために使用
され、これによりすでに自動車の中に組み込まれた状態
のセンサユニット／セーフィング・センサをテストする
ことができる。このテスト素子は振り子とともにキャパ
シタを形成する。そして、テスト素子に電圧を印加する
ことによって振り子に静電気力が強く作用し、その結果
振り子はその位置センサＳのうちの少なくとも１つによ
ってセンサ信号を発生する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シュテッフェン シュルツェ ドイツ連邦共和国 Ｄ−28865 リーリ エンタール ドクトル ヒューナーホフ シュトラーセ 321 (56)参考文献 特開 平５−188084（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−43180（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−38998（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−254382（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−302832（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−176758（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−43058（ＪＰ，Ｕ) 特表 平５−500644（ＪＰ，Ａ) 特表 平７−507903（ＪＰ，Ａ) 米国特許4855544（ＵＳ，Ａ) 国際公開93／25915（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01P 15/00 G01P 15/135
Claims (4)
- 【請求項１】自動車の安全装置をトリガするための制御
装置であって、 センサ信号（ａ）を送出する加速度センサ（BS）を有
し、 前記センサ信号（ａ）を評価する評価回路（μＰ）を有
し、該評価回路（μＰ）は、点弧信号（ｚ）を点弧回路
（ZK）に供給するものであり、 加速度を検出するための別のセンサ信号を送出するセー
フィング・センサ（SS）を有し、 前記加速度センサ（BS）は電気的に前記評価回路（μ
Ｐ）の入力側に接続され、さらに前記セーフィング・セ
ンサ（SS）は電気的に前記点弧回路（ZK）の入力側に接
続されており、 同時に前記点弧信号（ｚ）と別のセンサ信号とが前記点
弧回路（ZK）に印加された場合、該点弧回路（ZK）によ
って安全装置がトリガされる制御装置において、 加速度センサ（BS）は、マイクロメカニクス技術で作成
されており、 前記加速度センサ（BS）は、スパイラル・スプリング
（Ｂ）及び振動質量（Ｐ）を有する少なくとも１つの振
り子（P/B）と、各振り子（P/B）に対する１つの支持部
（Ｅ）と、少なくとも２つの位置センサ（Ｓ）とを有し
ており、 各位置センサ（Ｓ）及びこれに対応配置された振り子
（P/B）は、所定のトリガ閾値を有するスイッチを形成
し、 少なくとも２つのスイッチが、同じ加速度方向に応答
し、 前記セーフィング・センサ（SS）はマイクロメカニクス
技術で作成されており、 前記セーフィング・センサ（SS）は、スパイラル・スプ
リング（Ｂ）及び振動質量（Ｐ）を有する振り子（P/
B）と該振り子（P/B）に対する支持部（Ｅ）と、位置セ
ンサ（Ｓ）とを有し、 該位置センサ（Ｓ）及びこれに対応配置された振り子
（P/B）は、決まったトリガ閾値を有するスイッチを形
成し、 前記加速度センサ（BS）及びセーフィング・センサ（S
S）は、共通の担体（CH）上に配置されており、さらに
同一の方法ステップで製造されることを特徴とする自動
車の安全装置をトリガするための制御装置。 - 【請求項２】担体（CH）は、半導体チップとして形成さ
れていることを特徴とする請求項１記載の制御装置。 - 【請求項３】点弧回路（ZK）は、前記半導体チップ（C
H）上に配置されていることを特徴とする請求項２記載
の制御装置。 - 【請求項４】評価回路（μＰ）は前記半導体チップ（C
H）上に配置されていることを特徴とする請求項３記載
の制御装置。
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