JP3714974B2 - 振動型角速度検出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、例えば４ＷＳ等の車両に対して取り付けられ、車両姿勢制御やナビゲーションシステムにヨーレート検出機構等として適用される振動型角速度検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば４ＷＳの車両等において、その車両の姿勢を制御するに際しては、この車両に作用するヨーレート等の角速度情報を検出する必要があり、このために車両に作用するヨーレート等の角速度を検出するセンサ機構が、この種の車両に搭載されている。
【０００３】
車両に搭載される角速度検出用センサ機構としては、振動型の角速度センサが使用されるもので、例えば図４で示すような音片型や図５で示す音叉型の振動体を構成することが考えられている。
【０００４】
図４の角速度センサは、長方形状の立方体に構成された振動体51の対向する面に駆動用圧電素子52を接着すると共に、この振動体51の他の対向する面に検出用圧電素子53を接着して構成されるもので、駆動用圧電素子52に対して交流の駆動信号を供給して、振動体51が振動されるようにする。そして、振動体51に作用する角速度を検出用圧電素子53において検出されるようにしている。
【０００５】
また、図５で示す音叉型の角速度センサは、駆動体55を一対の脚片551 および552 を有する音叉型に構成し、その各脚片551 および552 に対してそれぞれ駆動用圧電素子56接着する。そして、この各脚片551 および552 のそれぞれ先端に、この脚片551 および552 の振動面と直角に交差するように検出片571 および572 を一体的に連結して構成されるもので、この検出片571 および572 の面にそれぞれ検出用圧電素子581 および582 が接着されている。
【０００６】
この様に構成される角速度センサにあっては、図４で示した音片型および図５で示した音叉型共に、振動体51および駆動体55の長手方向（Ｚ軸）と角速度の入力軸とが一致されるようにして使用される。したがって、例えばこの角速度センサを車両に搭載して、この車両のヨー角速度を検出させるようにした場合、センサ機構としてその高さ方向の寸法を小さくすることができない。
【０００７】
車両の姿勢を制御するシステムやナビゲーションシステムのような電子制御システムにおいては、車両のヨー角速度を検出する必要があるもので、このため角速度検出センサ機構を、電子制御システム内に組み込むことが要望される。しかし、図４および図５で示したような構成の角速度センサの振動体構造では、振動体の高さ方向の大きさによって組み込みが困難となる。
【０００８】
この様な振動型に限らず角速度検出機構は構成できるもので、その全体構成を小型化する手段も考えられるが、充分な検出性能を発揮させるためには、振動体の小型化と共にその相対精度も充分に高める必要が生じて、その製造コストが必然的に増大する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は上記のような点に鑑みなされたもので、特に角速度の入力軸方向の振動体寸法を充分に小型化して構成できるようにして、車両制御用の電子制御機器に対しても容易に組み込むことができ、例えば４ＷＳの車両の車両姿勢制御やナビゲーションシステムに対して効果的に適用できるようにした振動型角速度検出装置を提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明では、振動自在に支持された駆動体と、この駆動体をその長手方向と一致する第１の方向に対して垂直な第２の方向に駆動させる駆動手段と、前記駆動体に対して、それぞれが前記振動方向と同じ方向に対称的に延びる状態で一体的に取り付けられた検出体と、前記第１および第２の方向で設定される平面に対して、垂直な第３の方向の軸回りに発生する回転角速度によって、前記検出体に前記第１の方向に作用する前記コリオリ力を検出する検出手段と、を備え、前記駆動体は、音叉型であり、一端部が連結片で連結された一対の駆動片が前記第１の方向へ延びており、前記検出体は、前記駆動片の先端から前記第２の方向へ延びていることを特徴とする。
【００１１】
【作用】
この様に構成される振動型角速度検出装置にあっては、駆動手段を交流信号によって駆動することによって、第１の方向（Ｙ軸方向）に延びるように構成された駆動体が第２の方向（Ｘ軸方向）振動され、これと一体の検出体も第２の方向に振動される。この状態で第３の方向（Ｚ軸方向）の回転角速度が作用すると、検出体はコリオリ力によって第１の方向に振動されるようになり、検出手段によってこのコリオリ力が検出されるようになる。この場合、駆動体の振動によって検出体に作用する第２の方向の振動の大きさが一定であるとすると、検出手段によって前記回転角速度に比例した信号が検出され、例えば車両のヨーレートが精度良く検出されるようになり、この際の回転角速度の入力軸方向の検出体寸法は充分に小さくすることができる。
【００１２】
【実施例】
以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。図１はその構成を示すもので、振動体11は一対の駆動片121 および122 によって構成される駆動部12を備え、この一対の駆動片121 および122 はその基端部分で連結片13によって一体的に連結して音叉型に構成されている。そして、連結片13の中央部に溶接等で一体的に形成した支持部材14によって支持されるようにする。
【００１３】
この様に音叉型の一対の脚の状態で構成された駆動片121 および122 のそれぞれ先端には、それぞれ駆動片121 および122 の並ぶ方向の外側に向けて折曲して検出片151 および152 が一体的に形成されるもので、これら振動体11を構成する連結片13、駆動片121 および122 、検出片151 および152 は、一枚の細片状の金属板、具体的には恒弾性材料、例えば鉄ーニッケル合金の金属板をコ字型に折り曲げ、さらに外側に折曲することにより構成される。
【００１４】
そして、駆動片121 および122 のそれぞれ外側の面には、長方形状の駆動用圧電素子161 および162 を接着剤を用いて貼付け、詳細は図示していないがこの駆動用圧電素子161 および162 には交流電圧信号が印加設定されるようにする。この駆動用圧電素子161 および162 に対して駆動用の交流電圧が印加されると、この図において駆動片121 および122 の並ぶＸ軸方向に、互いに向きが逆とされるように対称振動される。
【００１５】
検出片151 および152 のそれぞれの面には、長方形状の検出用圧電素子171 および172 が接着剤を用いて貼付けられ、これらの検出用圧電素子171 および172 においては、検出片151 および152 それぞれのＸ軸方向と直角のＹ軸方向の振動が検出され、図では示されない検出回路に出力されるようにする。
【００１６】
この様に構成される振動体11に対して、駆動用圧電素子161 および162 に交流電圧が印加され、駆動片121 および122 がＸ軸方向に振動された状態で、Ｘ軸およびＹ軸で形成される平面に垂直なＺ軸回りに回転角速度が作用すると、検出片151 および152 においてＹ軸方向のコリオリ力が発生し、このコリオリ力が検出用圧電素子171 および172 から電圧として検出される。
【００１７】
すなわち、この様に構成される角速度検出装置を角速度センサとして作動させるために、駆動用圧電素子161 および162 に対して、この振動体11の共振周波数（Ｘ軸対称振動）に等しい周波数の交流電圧を印加する。この交流電圧の印加によって、逆圧電効果によって駆動片121 と122 とは互いに逆の方向に対称振動を始め、振動体11としては支持部材14を中心に音叉振動を始める。
【００１８】
この音叉振動によって、一対の検出片151 および152 においては、Ｘ軸の方向に互いに向きが異なる速度Ｖが発生する。振動体11に対してＺ軸回りの角速度が作用していない状態では、検出片151 および152 に対してはＹ軸方向の力が加わっていないものであるため、この検出片151 および152 の貼付けた検出用圧電素子171 および172 から検出信号は発生しない。
【００１９】
この様な状態でこの振動体11に対してＺ軸回りの回転角速度ωが作用すると、Ｘ軸方向で逆向きに速度Ｖで振動する検出片151 および152 に対して、Ｙ軸方向で互いに異なる方向に“２×ｍ×Ｖ×ω”（但しｍは検出片151 および152 の質量）のコリオリの力が作用する。このため、検出片151 および152 はＹ軸方向に振動し、検出用圧電素子171 および172 における圧電効果によって、この振動に対応した交流信号がこの検出用圧電素子171 と172 に発生する。
【００２０】
したがって、駆動片121 および122 から与えられた検出片151 および152 の速度Ｖの大きさを一定に保つことによって、検出用圧電素子171 および172 から角速度ωに比例した信号が出力される。
【００２１】
図２はこの様に構成される振動体11を、車両用電子制御機器20に対して取り付けられた状態を説明する図で、振動体11はプリント基板21の面上に支持部材14によって取り付け固定される。そして、駆動用圧電素子161 および162 、検出用圧電素子171 および172 は、それぞれ細い導電線によってプリント基板21の回路配線部に接続されるようにする。そして、この全体がケース22によって適宜囲まれている。
【００２２】
すなわち、この様に構成される角速度検出装置において、角速度入力軸方向であるＺ軸方向の振動体11の寸法を、駆動片121 および122 、さらに検出片151 および152 の幅方向の寸法に対応して小さくすることができ、このため電子制御機器20内にこの振動体11を組み込むに際して、ケース22の高さ方向の寸法Ｌz を充分に小さくすることができる。さらに、この電子制御機器20を構成するプリント基板21をＸおよびＹ方向の平面と平行に配置できるものであるため、駆動片121 および122 、さらに検出片151 および152 それぞれからのプリント基板21に対する配線も容易とされる。
【００２３】
上記実施例においては振動体11を音叉型に構成したが、この振動体11を特に音叉型に構成する必要がない。例えば、図３で示すように振動体111 を音片型に構成することもできる。この場合には、音片型の振動体111 の本体部の両側に突出して一対の検出片151 および152 が形成されるようにするもので、この音片状振動体111 の検出片151 および152 の両側の面に、駆動用圧電素子161 および162 が貼付けられるようにする。そして、この駆動用圧電素子161 および162 によって発生される交流信号による振動の方向に対応して検出片151 および152 が突設されるもので、この検出片151 および152 それぞれの前記交流信号による振動方向と直角の面に、検出用圧電素子171 および172 が貼付けられる。
【００２４】
ここで、振動体111 は針金状の支持部材141 および142 によって振動自在に支持されているもので、振動片111 が交流信号によって振動された状態で、Ｚ軸回りに回転角速度が作用すると、コリオリ力によって検出片151 および152 がＹ軸方向に振動し、検出用圧電素子171 および172 からコリオリ力に対応して信号が出力されるようになる。
【００２５】
【発明の効果】
以上のようにこの発明に係る振動型角速度検出装置にあっては、振動体の長手方向に対して垂直の方向にこの振動体を振動駆動し、振動体の長手方向に作用するコリオリ力を検出するようにしているので、振動体の長手方向と角速度の入力軸が一致することなく、特に角速度の入力軸方向の振動体寸法を充分に小型化して構成できる。したがって、車両制御用の電子制御機器に対しても容易に組み込むことができ、例えば４ＷＳの車両の車両姿勢制御やナビゲーションシステムに対して効果的に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例に係る振動型角速度検出装置を説明するための斜視図。
【図２】上記角速度検出装置を電子機器に組み込む状態を説明する図。
【図３】この発明の第２の実施例を示す図。
【図４】従来の角速度検出装置の例を示す図。
【図５】従来の角速度検出装置の他の例を示す図。
【符号の説明】
11、111 …振動体、121 、122 …駆動片、13…連結片、14…支持部材、151 、152 …検出片、161 、162 …駆動用圧電素子、171 、172 …検出用圧電素子。

Claims (2)

1. 振動自在に支持された駆動体と、
   この駆動体をその長手方向と一致する第１の方向に対して垂直な第２の方向に駆動させる駆動手段と、
   前記駆動体に対して、それぞれが前記振動方向と同じ方向に対称的に延びる状態で一体的に取り付けられた検出体と、
   前記第１および第２の方向で設定される平面に対して、垂直な第３の方向の軸回りに発生する回転角速度によって、前記検出体に前記第１の方向に作用する前記コリオリ力を検出する検出手段と、
   を備え、前記駆動体は、音叉型であり、一端部が連結片で連結された一対の駆動片が前記第１の方向へ延びており、前記検出体は、前記駆動片の先端から前記第２の方向へ延びていることを特徴とする振動型角速度検出装置。
2. 振動自在に支持された駆動体と、
   この駆動体をその長手方向と一致する第１の方向に対して垂直な第２の方向に駆動させる駆動手段と、
   前記駆動体に対して、それぞれが前記振動方向と同じ方向に対称的に延びる状態で一体的に取り付けられた検出体と、
   前記第１および第２の方向で設定される平面に対して、垂直な第３の方向の軸回りに発生する回転角速度によって、前記検出体に前記第１の方向に作用する前記コリオリ力を検出する検出手段と、
   を備え、前記駆動体は音片型であり、前記検出体は、前記駆動体の長手方向の途中にそれぞれが前記振動方向と同じ方向に対称的に延びる状態で一体的に取り付けられていることを特徴とする振動型角速度検出装置。

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