JP3937334B2 - 振動型角速度センサの異常検出装置、異常検出方法、異常検出用プログラム並びに車両制御システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、車両制御などに用いられる振動型角速度センサの異常状態を検出する振動型角速度センサの異常検出装置、異常検出方法、異常検出用プログラム並びに車両制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、角速度センサを用いて車両を正常状態に保つ車両制御を行うシステムとして、車両の横滑りを検出して各車輪のブレーキやトルクを最適に制御する車両安定制御システムや、車両の後輪又は前輪の舵角を制御する４輪舵角制御システムなどが周知である。従来のこの種のシステムでは、車両の横滑りといった車両の異常状態をヨーレート信号、つまり角速度センサによって検出しているが、このヨーレート信号が異常となると車両が思わぬ挙動を呈し、車両の走行特性が不安定になる問題が発生する。
【０００３】
このような問題を解決する手段の１つとして、下記の特許文献１に記載されている技術が存在する。例えば、車両走行中に車両が大きな石などに乗り上げた場合などのように、外部要因によって車両に大きな衝撃が加わった場合、車両に搭載された角速度センサにも大きな衝撃が加わることになる。この際、衝撃によって角速度センサ内の処理回路の信号が飽和し、車両本来のヨーレート信号とは異なる信号を発生し得る。下記の特許文献１に記載の技術によれば、角速度センサ内の処理回路の信号が所定のレベルを超えていないかどうかを検出し、所定のレベルを超えた場合には車両制御システムに異常を伝達することによって、制御システム全体の安全性を図っている。
【０００４】
以下、図６を参照しながら、下記の特許文献１に記載されている従来の技術について説明する。図６は、従来の技術に係る角速度センサ及びその周辺の回路の一例を示す回路図である。角速度センサ５０１に過大な衝撃が加わった場合、角速度センサ５０１に振動が発生して、角速度、すなわちヨーレート（車両が回転する速度）が発生する。このヨーレートを検知用圧電体５０６、５０７が検知して、検知用圧電体５０６、５０７がヨーレート信号を含む信号を発生する。
【０００５】
過大な衝撃などによる加速度が印加された場合、検知用圧電体５０６、５０７からは、通常発生し得る信号レベルと比較して波高値の高い信号が発生し、その結果、ＡＣ増幅器５１２からは異常なピーク値の出力電圧Ｖ1が発生する。そして、ウィンドコンパレータ５１６ａ、５１６ｂを含む判定手段５１６が、この出力電圧Ｖ1が所定のレベルに基づく範囲内に収まっているか否かを判定し、その判定結果をＲＥＡＤＹ信号Ｖ4として出力する。
【０００６】
しかしながら、このような過大衝撃の印加時のみならず、車両本来のヨーレートと異なる信号を発生し得る場合が、そのほかにも存在する。例えば、振動型角速度センサ内振動体の駆動系共振周波数ｆｄ、その奇数高調波３ｆｄ、５ｆｄ、・・・、駆動系共振周波数ｆｄと検知系共振周波数ｆｓとの差の周波数Δｆ＝｜ｆｄ−ｆｓ｜などの成分を含む振動が角速度センサに加わった場合にも、車両本来のヨーレートとは異なる信号が発生する。この中でも、特に、ｆｄや検知系の機械的Ｑ値が高い場合のΔｆである周波数成分を含む振動が加わった場合には、小さな振動レベルでも異常信号が発生する可能性がある。
【０００７】
これは、角速度センサ内処理回路の信号として、上記のような周波数成分の振動により発生する信号と、実際の角速度信号との見分けがつかないことが原因である。そのため、例えば、下記の特許文献２に記載されているように、角速度センサ内振動体の防振構造を強化・最適化して、異常信号が発生し得る周波数帯を含む振動が角速度センサに加わらないように対応している状況である。
【０００８】
【特許文献１】
特許第２５０４２３３号（第２頁右欄４５行目〜第３頁左欄４６行目、図１）
【特許文献２】
特許第３０３７７７４号（段落０００７、０００８、図１）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、異常信号が発生し得る周波数帯の大きな振動がさらに印加される可能性や、防振構造の劣化などを考慮した場合には、従来の技術では、角速度センサの誤出力を招くおそれがある周波数帯の影響を完全に防ぐことは不可能である。
【００１０】
本発明は、上記問題点に鑑み、角速度センサが誤動作を起こす可能性のある異常状態を検出して車両制御システムの安全性を向上させ、さらに、角速度センサの防振構造の簡素化を図ることを可能とする振動型角速度センサの異常検出装置、異常検出方法、異常検出用プログラム並びに車両制御システムを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、振動型角速度センサの異常状態を検出する振動型角速度センサの異常検出装置が、振動型角速度センサに隣接して配置された加速度センサによって検出された加速度の検出信号から、角速度センサが誤出力を発生するおそれのある前記角速度センサの駆動系に係る駆動系共振周波数と前記角速度センサの検知系に係る検知系共振周波数との差の周波数成分を抽出する周波数成分抽出手段と、周波数成分抽出手段によって抽出された周波数成分のレベルと所定のレベルとを比較して、周波数成分のレベルが所定のレベルより大きい場合には、角速度が異常状態にあることを通知する信号を出力する判定手段とを有するよう構成されている。
この構成により、加速度センサの出力から、角速度センサの誤出力が発生するおそれのある周波数成分（特に、実際の角速度信号と見分けがつきにくく、角速度センサの誤出力が発生する可能性が高い、角速度センサの駆動系に係る駆動系共振周波数と検知系共振周波数との差の周波数）を抽出し、そのレベルが所定の値を超えた場合には、角速度センサが異常状態にあることを判定できるようになり、車両制御システムの安全性を向上させ、さらに、角速度センサの防振構造の簡素化を図ることが可能となる。
【００１３】
さらに、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の振動型角速度センサの異常検出装置において、振動型角速度センサと加速度センサとが同一の筐体に実装されている。
この構成により、振動型角速度センサに加わる加速度を、加速度センサによって確実に検出することが可能となり、角速度センサの異常状態を正確に検出することが可能となる。
【００１４】
さらに、請求項３に記載の発明では、振動型角速度センサの異常状態を検出する振動型角速度センサの異常検出方法が、振動型角速度センサに隣接して配置された加速度センサによって検出された加速度の検出信号から、角速度センサが誤出力を発生するおそれのある前記角速度センサの駆動系に係る駆動系共振周波数と前記角速度センサの検知系に係る検知系共振周波数との差の周波数成分を抽出するステップと、周波数成分を抽出するステップで抽出された周波数成分のレベルと所定のレベルとを比較し、周波数成分のレベルが所定のレベルより大きい場合には、角速度が異常状態にあることを通知する信号を出力するステップとを有している。
これにより、加速度センサの出力から、角速度センサの誤出力が発生するおそれのある周波数成分（特に、実際の角速度信号と見分けがつきにくく、角速度センサの誤出力が発生する可能性が高い、角速度センサの駆動系に係る駆動系共振周波数と検知系共振周波数との差の周波数）を抽出し、そのレベルが所定の値を超えた場合には、角速度センサが異常状態にあることを判定できるようになり、車両制御システムの安全性を向上させ、さらに、角速度センサの防振構造の簡素化を図ることが可能となる。
【００１６】
さらに、請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の振動型角速度センサの異常検出方法において、振動型角速度センサと加速度センサとが同一の筐体に実装されている。
これにより、振動型角速度センサに加わる加速度を、加速度センサによって確実に検出することが可能となり、角速度センサの異常状態を正確に検出することが可能となる。
【００１７】
さらに、請求項５に記載の発明では、請求項３又は４に記載の振動型角速度センサの異常検出方法において、電気回路によるハードウェア処理、又は、コンピュータで所定のアルゴリズムを実行するソフトウェア処理によって、各ステップを行うようにしている。
これにより、ハードウェア処理、ソフトウェア処理のいずれかを用いて、加速度センサの出力から、角速度センサの誤出力が発生するおそれのある周波数成分を抽出し、そのレベルが所定の値を超えた場合には、角速度センサが異常状態にあることを判定することが可能となる。
【００１８】
さらに、請求項６に記載の発明では、請求項３又は４に記載の振動型角速度センサの異常検出方法をコンピュータにより実行させるための振動型角速度センサの異常検出用プログラムが提供される。
これにより、角速度センサが異常状態にあるか否かの検出をコンピュータにより判定することが可能となる。
【００１９】
さらに、請求項７に記載の発明では、車両に搭載され、請求項１又は２に記載の振動型角速度センサの異常検出装置と、車両のブレーキ制御を行うアクチュエータと、アクチュエータにより行われるブレーキ制御を行う車両用安定制御装置とにより構成される車両制御システムで、異常検出装置から角速度センサが異常状態にあることが通知された場合には、車両用安定制御装置がアクチュエータによるブレーキ制御の制限を行うよう構成されている。
この構成により、角速度センサが異常状態となって誤出力を行った場合でも、振動型角速度センサの異常検出装置が角速度センサの異常状態を検出して車両用安定制御装置に通知し、車輪のブレーキ制御にその影響が及ぼされないようすることが可能となり、車両制御システムの安全性が向上する。特に、実際の角速度信号と見分けがつきにくく、角速度センサの誤出力が発生する可能性が高い周波数（角速度センサの駆動系に係る駆動系共振周波数と検知系共振周波数との差の周波数）に基づいて、角速度センサが異常状態を検出することが可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施の形態＞
以下、図面を参照しながら、本発明の振動型角速度センサの異常検出装置、異常検出方法、異常検出用プログラム並びに車両制御システムの実施の形態について説明する。まず、本発明の第１の実施の形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態における角速度センサの異常検出装置を示す回路図である。車両に搭載されるイナーシャセンサ１００には、角速度センサ１、Ｇセンサ（加速度センサ）１０、判定回路２０が１つの筐体に実装されている。このように、近年では、搭載性の向上や標準化などにより、車両制御システムで必須となる角速度センサ１とＧセンサ１０とを１つの筐体に実装し、イナーシャセンサ１００として用いられるようになってきている。
【００２１】
角速度センサ１は、振動体２、検出回路３、駆動回路４を有している。例えば、音叉型の振動体２は、駆動用圧電素子などを含む駆動回路４によって駆動され、所定の振動を行っている。この振動体２に角速度が印加された場合にはコリオリの力が生じ、検出用圧電素子などを含む検出回路３によって振動成分が検出される。角速度センサ１における検出結果は、ヨーレート信号Ｖｙａｗとして出力される。なお、角速度の検出に関しては、上記のような音叉型の振動体２に限らず、その他の形状の振動体２を用いたりマイクロマシーニングによる容量式を採用したりするなど、あらゆる種類の振動型角速度センサを用いることが可能である。
【００２２】
また、Ｇセンサ１０は、Ｇ検出素子１１、ＤＣ増幅器１２、ローパスフィルタ１３を有している。外部から加速度（Ｇ）が加えられた場合、例えば、電圧感度型のＧ検出素子１１によって加速度が検出されて、その検出結果を電圧として出力する。車両制御システムで必要な周波数のみを取り出すため、このＧ検出素子１１からの出力は、ＤＣ増幅器１２で増幅されて出力信号Ｖｓとなり、さらに、ローパスフィルタ１３で不要な高周波成分が除去されて、Ｇ信号Ｖｇとして出力される。なお、加速度の検出に関しては、上記のような電圧感度型のＧ検出素子１１を利用した検出のほかに、電荷感度型のＧ検出素子１１を利用した検出など、様々な種類の検出方法が存在するが、本発明は、その検出方法を限定するものではない。また、高精度な加速度検出を行うため、Ｇセンサ１０を車両の前後・左右・上下の振動が検出できるように構成することも可能である。
【００２３】
また、Ｇセンサ１０内でローパスフィルタ１３によってフィルタリングされる前段の信号（ＤＣ増幅器１２からの出力信号Ｖｓ）から、角速度センサ１が誤出力を発生するおそれのある振動周波数成分（駆動系共振周波数ｆｄや、駆動系共振周波数ｆｄと検知系共振周波数ｆｓとの差の周波数Δｆ＝｜ｆｄ−ｆｓ｜）を抽出するため、出力信号Ｖｓが、判定回路２０に供給される。判定回路２０は、第１のバンドパスフィルタ２１（以下、第１のＢＰＦ２１と呼ぶ）、第２のバンドパスフィルタ２２（以下、第２のＢＰＦ２２と呼ぶ）、第１のウィンドコンパレータ２３、第２のウィンドコンパレータ２４、プルアップ抵抗Ｒを有している。
【００２４】
ＤＣ増幅器１２からの出力信号Ｖｓは、中心周波数ｆ０＝ｆｄに設定された第１のＢＰＦ２１と、中心周波数ｆ０＝Δｆに設定された第２のＢＰＦ２２に供給される。第１のＢＰＦ２１では、ｆｄ付近の周波数成分が抽出されて、出力信号Ｖｓ１として出力される。また、第２のＢＰＦ２２では、Δｆ付近の周波数成分が抽出されて、出力信号Ｖｓ２として出力される。すなわち、第１及び第２のＢＰＦ２１、２２は、供給された信号から、所定の周波数成分を抽出する周波数成分抽出手段である。なお、本実施の形態では、ＤＣ増幅器１２からの出力信号Ｖｓから、角速度センサの駆動系に係る駆動系共振周波数、及び、駆動系共振周波数と検知系共振周波数との差の周波数の両方を抽出しているが、どちらか一方のみを抽出するよう構成することも可能であり、また、上記以外の前記角速度センサが誤出力を発生するおそれのある周波数成分を抽出して利用することも可能である。
【００２５】
第１のＢＰＦ２１からの出力信号Ｖｓ１は、所定の基準電圧Ｖｒ１、Ｖｒ２（＜Ｖｒ１）が設定された第１のウィンドコンパレータ２３に供給される。また、第２のＢＰＦ２２からの出力信号Ｖｓ２は、所定の基準電圧Ｖｒ３、Ｖｒ４（＜Ｖｒ４）が設定された第２のウィンドコンパレータ２４に供給される。第１及び第２のウィンドコンパレータ２３、２４は、電圧の変動値が所定の範囲を超えたか否かを検出する回路である。
【００２６】
すなわち、図２を用いて後述するように、第１のウィンドコンパレータ２３によって、第１のＢＰＦ２１からの出力信号Ｖｓ１が、Ｖｓ１＞Ｖｒ１又はＶｓ１＜Ｖｒ２となる状態が検出され、第２のウィンドコンパレータ２４によって、第２のＢＰＦ２２からの出力信号Ｖｓ２が、Ｖｓ２＞Ｖｒ３又はＶｓ２＜Ｖｒ４となる状態が検出される。そして、第１及び第２のウィンドコンパレータ２３、２４からの出力は、プルアップ抵抗Ｒで論理和（ＯＲ）がとられて、ダイアグ信号Ｖｄとして出力される。なお、出力信号Ｖｄは、角速度センサ１の異常状態を通知する信号であり、本明細書では、これをダイアグ信号Ｖｄ（ダイアグノスティック信号：diagnostic signal）と呼ぶことにする。
【００２７】
上記の判定回路２０における動作について、さらに詳細に説明する。図２は、本発明の第１の実施の形態におけるＤＣ増幅器からの出力信号Ｖｓ、第１のＢＰＦからの出力信号Ｖｓ１、第２のＢＰＦからの出力信号Ｖｓ２、第１及び第２のウィンドコンパレータの出力信号の論理和のそれぞれの一例を示す波形図である。
【００２８】
図２に示す出力信号Ｖｓは、Ｇセンサ１０内のローパスフィルタ１３の前段の信号（出力増幅器から出力された信号）である。この出力信号Ｖｓには、Ｇ検出素子１１の周波数特性で決定される高周波信号も含まれており、当然、角速度センサの誤出力が発生するおそれのある駆動系共振周波数ｆｄ付近（周波数帯ｆｄ）や駆動系と検知系との共振周波数の差の周波数Δｆ付近（周波数帯Δｆ）の各周波数成分も含まれている。
【００２９】
一方、出力信号Ｖｓ１は、第１のＢＰＦ２１によって周波数ｆ１付近の周波数成分が抽出されて出力された信号である。また、出力信号Ｖｓ２は、第２のＢＰＦ２２によって周波数ｆ２付近の周波数成分が抽出されて出力された信号である。このとき、第１のＢＰＦ２１によって抽出される周波数ｆ0を角速度センサの駆動系共振周波数ｆｄに設定し、第２のＢＰＦ２２によって抽出される周波数ｆ0を角速度センサの駆動系と検知系との共振周波数の差の周波数Δｆに設定しておく。これによって、出力信号Ｖｓ１は駆動系共振周波数ｆｄ付近の周波数成分となり、出力信号Ｖｓ２は角速度センサの駆動系と検知系との共振周波数の差の周波数Δｆ付近の周波数成分となる。
【００３０】
第１及び第２のウィンドコンパレータ２３、２４は、この出力信号Ｖｓ１及び出力信号Ｖｓ２のそれぞれに関して、所定の閾値を超えたことを検出するものである。すなわち、第１のウィンドコンパレータ２３の出力信号は、出力信号Ｖｓ１がＶｒ１より高い信号又はＶｒ２より低い信号の場合にはＬｏ（ＧＮＤ）、それ以外の場合にはＨｉ（Ｖｃｃ）となる。また、同様に、第２のウィンドコンパレータ２４の出力信号は、出力信号Ｖｓ２がＶｒ３より高い信号又はＶｒ４より低い信号の場合にはＬｏ（ＧＮＤ）、それ以外の場合にはＨｉ（Ｖｃｃ）となる。この第１及び第２のウィンドコンパレータ２３、２４の出力信号の論理和（ＯＲ）が出力信号Ｖｄであり、駆動系共振周波数ｆｄ又は駆動系と検知系との共振周波数の差の周波数Δｆが所定の閾値の範囲内を逸脱した場合に、出力信号Ｖｄは、異常を示すＬｏ（ＧＮＤ）となる。
【００３１】
このように、判定回路２０は、車両振動などの影響によって角速度センサの誤出力が発生するおそれのある周波数帯ｆｄや周波数帯Δｆが、角速度センサ１に加えられた場合を検出し、その検出結果をダイアグ信号（出力信号Ｖｄ）として出力することが可能である。そして、ダイアグ信号（出力信号Ｖｄ）は、車両制御システムに供給されることによって、角速度センサ１の異常状態が通知される。
【００３２】
また、図３は、本発明の第１の実施の形態における車両制御システムを示すブロック図である。図３に示す車両制御システム５０は、上記のイナーシャセンサ１００と、ヨーレート信号Ｖｙａｗを含む信号に基づいて車両のブレーキを制御する車両用安定制御装置６０と、車輪の制動駆動（車輪のトルクやブレーキング量などの変更）を行うアクチュエータ７０とにより構成される。角速度センサ１の異常状態がイナーシャセンサ１００から通知された場合には、車両用安定制御装置６０は、例えば、車輪の制動駆動を行うアクチュエータ７０の動作を中断するなどの制御を行うことによって、車両の安定制御において、角速度センサ１が異常状態となった場合の影響が現れないようにすることが可能となる。
【００３３】
＜第２の実施の形態＞
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図４は、本発明の第２の実施の形態における角速度センサの異常検出装置を示すブロック図である。車両に搭載されるイナーシャセンサ２００には、角速度センサ１、Ｇセンサ１０、マイコン（コンピュータ）３０、通信ドライバ４０が１つの筐体に実装されている。このように、近年では、標準化のため、イナーシャセンサ２００の出力として、例えば、シリアル通信であるＣＡＮ（Controller Area Network）などのデジタル出力が採用されており、そのために、角速度センサ１及びＧセンサ１０に加え、マイコン３０が搭載されたイナーシャセンサ２００が登場してきている。このマイコン３０を用いることによって、第１の実施の形態における図１に示す回路のように、ハードウェアによる判定回路２０を追加することなく、ソフトウェア処理でＦＦＴ（高速フーリエ変換：Fast Fourier Transform）処理を行い、必要な周波数成分を抽出することが可能である。
【００３４】
図４に示す角速度センサ１及びＧセンサ１０は、第１の実施の形態における図１に示す角速度センサ１及びＧセンサ１０と同一である。角速度センサ１からのヨーレート信号Ｖｙａｗ、Ｇセンサ１０からのＧ信号Ｖｇ及び出力信号Ｖｓ（以下、この出力信号ＶｓをＧセンサ信号Ｖｓと呼ぶ）は、マイコン３０のＡＤＣ（Analog Digital Converter）入力端子に供給されるよう構成されている。マイコン３０は、ソフトウェアによって、サンプリングされたデジタル値である信号Ｖｓｄ（Ｇセンサ信号Ｖｓがデジタル化された信号）の周波数分析を行う。
【００３５】
そして、角速度センサ１の誤出力が発生するおそれのある周波数成分が抽出され、通信ドライバ４０を用いて、シリアル通信を介して角速度センサ１の異常状態が車両制御システムに通知される。車両制御システムにおいて、角速度センサ１の異常状態が通知された場合には、例えば、ヨーレート信号Ｖｙａｗを含む信号に基づいて車両のブレーキを制御する車両用安定制御装置６０が、車輪のトルクやブレーキ量を変更するアクチュエータの動作を無効にするなどの制御を行うことにより、角速度センサ１が異常状態となった場合の影響を制限することが可能となる。
【００３６】
次に、マイコン３０のソフトウェアにより実行されるアルゴリズムについて説明する。図５は、本発明の第２の実施の形態におけるマイコンのソフトウェアにより実行されるアルゴリズムの一例を示すフローチャートである。ここでは、１／（ｆｄ×ｎ）秒ごとにＧセンサ信号ＶｓをＡＤ変換し、Ｇセンサ信号Ｖｓがデジタル化された信号Ｖｓｄに関し、Ｖｓｄ（０）、Ｖｓｄ（１）、…、Ｖｓｄ（ｉ）、・・・、Ｖｓｄ（ｎ−１）のｎ個のデータを取得する（ステップＳ４０１）。すなわち、周波数ｆｄの周期（１／ｆｄ）秒をｎ分割して、各分割時間帯における信号Ｖｓｄの大きさを取得する。そして、下記の式（Ａ）、（Ｂ）によって、Ｖｓｄ（０）〜Ｖｓｄ（ｎ−１）のｎ個のデータに、ｓｉｎ及びｃｏｓの１周期分のデータを掛け合わせた総和Ｘｓ及びＸｃをそれぞれ求める（ステップＳ４０２）。
【００３７】
（Ａ）Ｘｓ＝ΣＶｓｄ（ｉ）×cos［２π／（ｎ−１）×ｉ］
（Ｂ）Ｘｃ＝ΣＶｓｄ（ｉ）×sin［２π／（ｎ−１）×ｉ］
【００３８】
さらに、下記の式（Ｃ）によって、Ｘｓ及びＸｃのそれぞれの２乗和の平方根Ｘｆｄを求めることにより、Ｇセンサ信号Ｖｓに含まれる周波数ｆｄ成分の大きさＸｆｄを算出する（ステップＳ４０３）。
【００３９】
（Ｃ）Ｘｆｄ＝√（Ｘｓ2＋Ｘｃ2）
【００４０】
そして、算出したＸｆｄを所定値Ｖｒと比較し（ステップＳ４０４）、Ｘｆｄ＞Ｖｒの場合には、周波数ｆｄ成分の周波数帯を持つ振動が角速度センサ１に加わったと判定し、異常フラグをセットする（ステップＳ４０５）。一方、Ｘｆｄ≦Ｖｒの場合には、異常フラグをリセットする（ステップＳ４０６）。このように、マイコン３０によるアルゴリズムの実行によって、第１の実施の形態におけるダイアグ信号に相当する信号（異常状態を示す信号）を算出することが可能となる。
【００４１】
なお、本発明は、上記のアルゴリズムに限定されず、Ｇセンサ信号Ｖｓを用いて角速度センサ１の異常状態を検出するその他のアルゴリズムを用いることも可能である。例えば、第１の実施の形態の判定回路２０をソフトウェアによって実現して、周波数ｆｄを中心周波数とするバンドパスフィルタをソフトウェアによるデジタルフィルタで構成し、その出力値を規定値と比較して、角速度センサ１の異常状態を判定する方法を行うことも可能である。
【００４２】
また、第１の実施の形態におけるハードウェア処理と、第２の実施の形態におけるソフトウェア処理とを組み合わせて利用することも可能であり、例えば、特定の周波数成分の抽出に関しては、図１に示されている第１及び第２のＢＰＦ２１、２２で行い、抽出された周波数成分のレベル判定に関しては、図４に示されているマイコン３０で行うことも可能である。
【００４３】
また、本発明は、第１の実施の形態で説明したように、ハードウェアによる構成とすることも可能であり、第２の実施の形態で説明したように、ソフトウェアによる構成とすることも可能である。また、上記の第１の実施の形態では、角速度センサ１、Ｇセンサ１０、判定回路２０が同一のイナーシャセンサ１００内に実装された構成とし、上記の第２の実施の形態では、角速度センサ１、Ｇセンサ１０、マイコン３０が同一のイナーシャセンサ２００内に実装された構成としているが、各構成要素をそれぞれ独立して配置することも可能である。ただし、本発明では、角速度センサ１の異常状態をＧセンサ１０によって検出するため、角速度センサ１とＧセンサ１０とが隣接して配置されるほうがより効果的であり、角速度センサ１とＧセンサ１０とが１つの筐体に実装されている場合が、最も効果的である。
【００４４】
以上説明したように、本発明によれば、Ｇセンサ１０の出力から、角速度センサの誤出力が発生するおそれのある周波数成分を抽出し、そのレベルが所定の値を超えた場合には、角速度センサ１が異常状態にあることを判定するので、角速度センサ１が誤動作を起こす可能性のある異常状態を検出して車両制御システムの安全性を向上させ、さらに、角速度センサ１の防振構造の簡素化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における角速度センサの異常検出装置を示す回路図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態におけるＤＣ増幅器からの出力信号Ｖｓ、第１のＢＰＦからの出力信号Ｖｓ１、第２のＢＰＦからの出力信号Ｖｓ２、第１及び第２のウィンドコンパレータの出力信号の論理和のそれぞれの一例を示す波形図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における車両制御システムを示すブロック図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態における角速度センサの異常検出装置を示すブロック図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態におけるマイコンのソフトウェアにより実行されるアルゴリズムの一例を示すフローチャートである。
【図６】従来の技術に係る角速度センサ及びその周辺の回路の一例を示す回路図である。
【符号の説明】
１、５０１ 角速度センサ
２ 振動体
３ 検出回路
４ 駆動回路
１０ Ｇセンサ（加速度センサ）
１１ Ｇ検出素子
１２ ＤＣ増幅器
１３ ローパスフィルタ
２０ 判定回路
２１ 第１のＢＰＦ（バンドパスフィルタ）
２２ 第２のＢＰＦ（バンドパスフィルタ）
２３ 第１のウィンドコンパレータ
２４ 第２のウィンドコンパレータ
３０ マイコン（コンピュータ）
４０ 通信ドライバ
５０ 車両制御システム
６０ 車両用安定制御装置
７０ アクチュエータ
１００、２００ イナーシャセンサ
５０６、５０７ 検知用圧電体
５１２ ＡＣ増幅器
５１６ 判定手段
５１６ａ、５１６ｂ ウィンドコンパレータ
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、車両制御などに用いられる振動型角速度センサの異常状態を検出する振動型角速度センサの異常検出装置、異常検出方法、異常検出用プログラム並びに車両制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、角速度センサを用いて車両を正常状態に保つ車両制御を行うシステムとして、車両の横滑りを検出して各車輪のブレーキやトルクを最適に制御する車両安定制御システムや、車両の後輪又は前輪の舵角を制御する４輪舵角制御システムなどが周知である。従来のこの種のシステムでは、車両の横滑りといった車両の異常状態をヨーレート信号、つまり角速度センサによって検出しているが、このヨーレート信号が異常となると車両が思わぬ挙動を呈し、車両の走行特性が不安定になる問題が発生する。
【０００３】
このような問題を解決する手段の１つとして、下記の特許文献１に記載されている技術が存在する。例えば、車両走行中に車両が大きな石などに乗り上げた場合などのように、外部要因によって車両に大きな衝撃が加わった場合、車両に搭載された角速度センサにも大きな衝撃が加わることになる。この際、衝撃によって角速度センサ内の処理回路の信号が飽和し、車両本来のヨーレート信号とは異なる信号を発生し得る。下記の特許文献１に記載の技術によれば、角速度センサ内の処理回路の信号が所定のレベルを超えていないかどうかを検出し、所定のレベルを超えた場合には車両制御システムに異常を伝達することによって、制御システム全体の安全性を図っている。
【０００４】
以下、図６を参照しながら、下記の特許文献１に記載されている従来の技術について説明する。図６は、従来の技術に係る角速度センサ及びその周辺の回路の一例を示す回路図である。角速度センサ５０１に過大な衝撃が加わった場合、角速度センサ５０１に振動が発生して、角速度、すなわちヨーレート（車両が回転する速度）が発生する。このヨーレートを検知用圧電体５０６、５０７が検知して、検知用圧電体５０６、５０７がヨーレート信号を含む信号を発生する。
【０００５】
過大な衝撃などによる加速度が印加された場合、検知用圧電体５０６、５０７からは、通常発生し得る信号レベルと比較して波高値の高い信号が発生し、その結果、ＡＣ増幅器５１２からは異常なピーク値の出力電圧Ｖ1が発生する。そして、ウィンドコンパレータ５１６ａ、５１６ｂを含む判定手段５１６が、この出力電圧Ｖ1が所定のレベルに基づく範囲内に収まっているか否かを判定し、その判定結果をＲＥＡＤＹ信号Ｖ4として出力する。
【０００６】
しかしながら、このような過大衝撃の印加時のみならず、車両本来のヨーレートと異なる信号を発生し得る場合が、そのほかにも存在する。例えば、振動型角速度センサ内振動体の駆動系共振周波数ｆｄ、その奇数高調波３ｆｄ、５ｆｄ、・・・、駆動系共振周波数ｆｄと検知系共振周波数ｆｓとの差の周波数Δｆ＝｜ｆｄ−ｆｓ｜などの成分を含む振動が角速度センサに加わった場合にも、車両本来のヨーレートとは異なる信号が発生する。この中でも、特に、ｆｄや検知系の機械的Ｑ値が高い場合のΔｆである周波数成分を含む振動が加わった場合には、小さな振動レベルでも異常信号が発生する可能性がある。
【０００７】
これは、角速度センサ内処理回路の信号として、上記のような周波数成分の振動により発生する信号と、実際の角速度信号との見分けがつかないことが原因である。そのため、例えば、下記の特許文献２に記載されているように、角速度センサ内振動体の防振構造を強化・最適化して、異常信号が発生し得る周波数帯を含む振動が角速度センサに加わらないように対応している状況である。
【０００８】
【特許文献１】
特許第２５０４２３３号（第２頁右欄４５行目〜第３頁左欄４６行目、図１）
【特許文献２】
特許第３０３７７７４号（段落０００７、０００８、図１）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、異常信号が発生し得る周波数帯の大きな振動がさらに印加される可能性や、防振構造の劣化などを考慮した場合には、従来の技術では、角速度センサの誤出力を招くおそれがある周波数帯の影響を完全に防ぐことは不可能である。
【００１０】
本発明は、上記問題点に鑑み、角速度センサが誤動作を起こす可能性のある異常状態を検出して車両制御システムの安全性を向上させ、さらに、角速度センサの防振構造の簡素化を図ることを可能とする振動型角速度センサの異常検出装置、異常検出方法、異常検出用プログラム並びに車両制御システムを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、振動型角速度センサの異常状態を検出する振動型角速度センサの異常検出装置が、振動型角速度センサに隣接して配置された加速度センサによって検出された加速度の検出信号から、角速度センサが誤出力を発生するおそれのある前記角速度センサの駆動系に係る駆動系共振周波数と前記角速度センサの検知系に係る検知系共振周波数との差の周波数成分を抽出する周波数成分抽出手段と、周波数成分抽出手段によって抽出された周波数成分のレベルと所定のレベルとを比較して、周波数成分のレベルが所定のレベルより大きい場合には、角速度が異常状態にあることを通知する信号を出力する判定手段とを有するよう構成されている。
この構成により、加速度センサの出力から、角速度センサの誤出力が発生するおそれのある周波数成分（特に、実際の角速度信号と見分けがつきにくく、角速度センサの誤出力が発生する可能性が高い、角速度センサの駆動系に係る駆動系共振周波数と検知系共振周波数との差の周波数）を抽出し、そのレベルが所定の値を超えた場合には、角速度センサが異常状態にあることを判定できるようになり、車両制御システムの安全性を向上させ、さらに、角速度センサの防振構造の簡素化を図ることが可能となる。
【００１３】
さらに、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の振動型角速度センサの異常検出装置において、振動型角速度センサと加速度センサとが同一の筐体に実装されている。
この構成により、振動型角速度センサに加わる加速度を、加速度センサによって確実に検出することが可能となり、角速度センサの異常状態を正確に検出することが可能となる。
【００１４】
さらに、請求項３に記載の発明では、振動型角速度センサの異常状態を検出する振動型角速度センサの異常検出方法が、振動型角速度センサに隣接して配置された加速度センサによって検出された加速度の検出信号から、角速度センサが誤出力を発生するおそれのある前記角速度センサの駆動系に係る駆動系共振周波数と前記角速度センサの検知系に係る検知系共振周波数との差の周波数成分を抽出するステップと、周波数成分を抽出するステップで抽出された周波数成分のレベルと所定のレベルとを比較し、周波数成分のレベルが所定のレベルより大きい場合には、角速度が異常状態にあることを通知する信号を出力するステップとを有している。
これにより、加速度センサの出力から、角速度センサの誤出力が発生するおそれのある周波数成分（特に、実際の角速度信号と見分けがつきにくく、角速度センサの誤出力が発生する可能性が高い、角速度センサの駆動系に係る駆動系共振周波数と検知系共振周波数との差の周波数）を抽出し、そのレベルが所定の値を超えた場合には、角速度センサが異常状態にあることを判定できるようになり、車両制御システムの安全性を向上させ、さらに、角速度センサの防振構造の簡素化を図ることが可能となる。
【００１６】
さらに、請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の振動型角速度センサの異常検出方法において、振動型角速度センサと加速度センサとが同一の筐体に実装されている。
これにより、振動型角速度センサに加わる加速度を、加速度センサによって確実に検出することが可能となり、角速度センサの異常状態を正確に検出することが可能となる。
【００１７】
さらに、請求項５に記載の発明では、請求項３又は４に記載の振動型角速度センサの異常検出方法において、電気回路によるハードウェア処理、又は、コンピュータで所定のアルゴリズムを実行するソフトウェア処理によって、各ステップを行うようにしている。
これにより、ハードウェア処理、ソフトウェア処理のいずれかを用いて、加速度センサの出力から、角速度センサの誤出力が発生するおそれのある周波数成分を抽出し、そのレベルが所定の値を超えた場合には、角速度センサが異常状態にあることを判定することが可能となる。
【００１８】
さらに、請求項６に記載の発明では、請求項３又は４に記載の振動型角速度センサの異常検出方法をコンピュータにより実行させるための振動型角速度センサの異常検出用プログラムが提供される。
これにより、角速度センサが異常状態にあるか否かの検出をコンピュータにより判定することが可能となる。
【００１９】
さらに、請求項７に記載の発明では、車両に搭載され、請求項１又は２に記載の振動型角速度センサの異常検出装置と、車両のブレーキ制御を行うアクチュエータと、アクチュエータにより行われるブレーキ制御を行う車両用安定制御装置とにより構成される車両制御システムで、異常検出装置から角速度センサが異常状態にあることが通知された場合には、車両用安定制御装置がアクチュエータによるブレーキ制御の制限を行うよう構成されている。
この構成により、角速度センサが異常状態となって誤出力を行った場合でも、振動型角速度センサの異常検出装置が角速度センサの異常状態を検出して車両用安定制御装置に通知し、車輪のブレーキ制御にその影響が及ぼされないようすることが可能となり、車両制御システムの安全性が向上する。特に、実際の角速度信号と見分けがつきにくく、角速度センサの誤出力が発生する可能性が高い周波数（角速度センサの駆動系に係る駆動系共振周波数と検知系共振周波数との差の周波数）に基づいて、角速度センサが異常状態を検出することが可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施の形態＞
以下、図面を参照しながら、本発明の振動型角速度センサの異常検出装置、異常検出方法、異常検出用プログラム並びに車両制御システムの実施の形態について説明する。まず、本発明の第１の実施の形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態における角速度センサの異常検出装置を示す回路図である。車両に搭載されるイナーシャセンサ１００には、角速度センサ１、Ｇセンサ（加速度センサ）１０、判定回路２０が１つの筐体に実装されている。このように、近年では、搭載性の向上や標準化などにより、車両制御システムで必須となる角速度センサ１とＧセンサ１０とを１つの筐体に実装し、イナーシャセンサ１００として用いられるようになってきている。
【００２１】
角速度センサ１は、振動体２、検出回路３、駆動回路４を有している。例えば、音叉型の振動体２は、駆動用圧電素子などを含む駆動回路４によって駆動され、所定の振動を行っている。この振動体２に角速度が印加された場合にはコリオリの力が生じ、検出用圧電素子などを含む検出回路３によって振動成分が検出される。角速度センサ１における検出結果は、ヨーレート信号Ｖｙａｗとして出力される。なお、角速度の検出に関しては、上記のような音叉型の振動体２に限らず、その他の形状の振動体２を用いたりマイクロマシーニングによる容量式を採用したりするなど、あらゆる種類の振動型角速度センサを用いることが可能である。
【００２２】
また、Ｇセンサ１０は、Ｇ検出素子１１、ＤＣ増幅器１２、ローパスフィルタ１３を有している。外部から加速度（Ｇ）が加えられた場合、例えば、電圧感度型のＧ検出素子１１によって加速度が検出されて、その検出結果を電圧として出力する。車両制御システムで必要な周波数のみを取り出すため、このＧ検出素子１１からの出力は、ＤＣ増幅器１２で増幅されて出力信号Ｖｓとなり、さらに、ローパスフィルタ１３で不要な高周波成分が除去されて、Ｇ信号Ｖｇとして出力される。なお、加速度の検出に関しては、上記のような電圧感度型のＧ検出素子１１を利用した検出のほかに、電荷感度型のＧ検出素子１１を利用した検出など、様々な種類の検出方法が存在するが、本発明は、その検出方法を限定するものではない。また、高精度な加速度検出を行うため、Ｇセンサ１０を車両の前後・左右・上下の振動が検出できるように構成することも可能である。
【００２３】
また、Ｇセンサ１０内でローパスフィルタ１３によってフィルタリングされる前段の信号（ＤＣ増幅器１２からの出力信号Ｖｓ）から、角速度センサ１が誤出力を発生するおそれのある振動周波数成分（駆動系共振周波数ｆｄや、駆動系共振周波数ｆｄと検知系共振周波数ｆｓとの差の周波数Δｆ＝｜ｆｄ−ｆｓ｜）を抽出するため、出力信号Ｖｓが、判定回路２０に供給される。判定回路２０は、第１のバンドパスフィルタ２１（以下、第１のＢＰＦ２１と呼ぶ）、第２のバンドパスフィルタ２２（以下、第２のＢＰＦ２２と呼ぶ）、第１のウィンドコンパレータ２３、第２のウィンドコンパレータ２４、プルアップ抵抗Ｒを有している。
【００２４】
ＤＣ増幅器１２からの出力信号Ｖｓは、中心周波数ｆ０＝ｆｄに設定された第１のＢＰＦ２１と、中心周波数ｆ０＝Δｆに設定された第２のＢＰＦ２２に供給される。第１のＢＰＦ２１では、ｆｄ付近の周波数成分が抽出されて、出力信号Ｖｓ１として出力される。また、第２のＢＰＦ２２では、Δｆ付近の周波数成分が抽出されて、出力信号Ｖｓ２として出力される。すなわち、第１及び第２のＢＰＦ２１、２２は、供給された信号から、所定の周波数成分を抽出する周波数成分抽出手段である。なお、本実施の形態では、ＤＣ増幅器１２からの出力信号Ｖｓから、角速度センサの駆動系に係る駆動系共振周波数、及び、駆動系共振周波数と検知系共振周波数との差の周波数の両方を抽出しているが、どちらか一方のみを抽出するよう構成することも可能であり、また、上記以外の前記角速度センサが誤出力を発生するおそれのある周波数成分を抽出して利用することも可能である。
【００２５】
第１のＢＰＦ２１からの出力信号Ｖｓ１は、所定の基準電圧Ｖｒ１、Ｖｒ２（＜Ｖｒ１）が設定された第１のウィンドコンパレータ２３に供給される。また、第２のＢＰＦ２２からの出力信号Ｖｓ２は、所定の基準電圧Ｖｒ３、Ｖｒ４（＜Ｖｒ４）が設定された第２のウィンドコンパレータ２４に供給される。第１及び第２のウィンドコンパレータ２３、２４は、電圧の変動値が所定の範囲を超えたか否かを検出する回路である。
【００２６】
すなわち、図２を用いて後述するように、第１のウィンドコンパレータ２３によって、第１のＢＰＦ２１からの出力信号Ｖｓ１が、Ｖｓ１＞Ｖｒ１又はＶｓ１＜Ｖｒ２となる状態が検出され、第２のウィンドコンパレータ２４によって、第２のＢＰＦ２２からの出力信号Ｖｓ２が、Ｖｓ２＞Ｖｒ３又はＶｓ２＜Ｖｒ４となる状態が検出される。そして、第１及び第２のウィンドコンパレータ２３、２４からの出力は、プルアップ抵抗Ｒで論理和（ＯＲ）がとられて、ダイアグ信号Ｖｄとして出力される。なお、出力信号Ｖｄは、角速度センサ１の異常状態を通知する信号であり、本明細書では、これをダイアグ信号Ｖｄ（ダイアグノスティック信号：diagnostic signal）と呼ぶことにする。
【００２７】
上記の判定回路２０における動作について、さらに詳細に説明する。図２は、本発明の第１の実施の形態におけるＤＣ増幅器からの出力信号Ｖｓ、第１のＢＰＦからの出力信号Ｖｓ１、第２のＢＰＦからの出力信号Ｖｓ２、第１及び第２のウィンドコンパレータの出力信号の論理和のそれぞれの一例を示す波形図である。
【００２８】
図２に示す出力信号Ｖｓは、Ｇセンサ１０内のローパスフィルタ１３の前段の信号（出力増幅器から出力された信号）である。この出力信号Ｖｓには、Ｇ検出素子１１の周波数特性で決定される高周波信号も含まれており、当然、角速度センサの誤出力が発生するおそれのある駆動系共振周波数ｆｄ付近（周波数帯ｆｄ）や駆動系と検知系との共振周波数の差の周波数Δｆ付近（周波数帯Δｆ）の各周波数成分も含まれている。
【００２９】
一方、出力信号Ｖｓ１は、第１のＢＰＦ２１によって周波数ｆ１付近の周波数成分が抽出されて出力された信号である。また、出力信号Ｖｓ２は、第２のＢＰＦ２２によって周波数ｆ２付近の周波数成分が抽出されて出力された信号である。このとき、第１のＢＰＦ２１によって抽出される周波数ｆ0を角速度センサの駆動系共振周波数ｆｄに設定し、第２のＢＰＦ２２によって抽出される周波数ｆ0を角速度センサの駆動系と検知系との共振周波数の差の周波数Δｆに設定しておく。これによって、出力信号Ｖｓ１は駆動系共振周波数ｆｄ付近の周波数成分となり、出力信号Ｖｓ２は角速度センサの駆動系と検知系との共振周波数の差の周波数Δｆ付近の周波数成分となる。
【００３０】
第１及び第２のウィンドコンパレータ２３、２４は、この出力信号Ｖｓ１及び出力信号Ｖｓ２のそれぞれに関して、所定の閾値を超えたことを検出するものである。すなわち、第１のウィンドコンパレータ２３の出力信号は、出力信号Ｖｓ１がＶｒ１より高い信号又はＶｒ２より低い信号の場合にはＬｏ（ＧＮＤ）、それ以外の場合にはＨｉ（Ｖｃｃ）となる。また、同様に、第２のウィンドコンパレータ２４の出力信号は、出力信号Ｖｓ２がＶｒ３より高い信号又はＶｒ４より低い信号の場合にはＬｏ（ＧＮＤ）、それ以外の場合にはＨｉ（Ｖｃｃ）となる。この第１及び第２のウィンドコンパレータ２３、２４の出力信号の論理和（ＯＲ）が出力信号Ｖｄであり、駆動系共振周波数ｆｄ又は駆動系と検知系との共振周波数の差の周波数Δｆが所定の閾値の範囲内を逸脱した場合に、出力信号Ｖｄは、異常を示すＬｏ（ＧＮＤ）となる。
【００３１】
このように、判定回路２０は、車両振動などの影響によって角速度センサの誤出力が発生するおそれのある周波数帯ｆｄや周波数帯Δｆが、角速度センサ１に加えられた場合を検出し、その検出結果をダイアグ信号（出力信号Ｖｄ）として出力することが可能である。そして、ダイアグ信号（出力信号Ｖｄ）は、車両制御システムに供給されることによって、角速度センサ１の異常状態が通知される。
【００３２】
また、図３は、本発明の第１の実施の形態における車両制御システムを示すブロック図である。図３に示す車両制御システム５０は、上記のイナーシャセンサ１００と、ヨーレート信号Ｖｙａｗを含む信号に基づいて車両のブレーキを制御する車両用安定制御装置６０と、車輪の制動駆動（車輪のトルクやブレーキング量などの変更）を行うアクチュエータ７０とにより構成される。角速度センサ１の異常状態がイナーシャセンサ１００から通知された場合には、車両用安定制御装置６０は、例えば、車輪の制動駆動を行うアクチュエータ７０の動作を中断するなどの制御を行うことによって、車両の安定制御において、角速度センサ１が異常状態となった場合の影響が現れないようにすることが可能となる。
【００３３】
＜第２の実施の形態＞
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図４は、本発明の第２の実施の形態における角速度センサの異常検出装置を示すブロック図である。車両に搭載されるイナーシャセンサ２００には、角速度センサ１、Ｇセンサ１０、マイコン（コンピュータ）３０、通信ドライバ４０が１つの筐体に実装されている。このように、近年では、標準化のため、イナーシャセンサ２００の出力として、例えば、シリアル通信であるＣＡＮ（Controller Area Network）などのデジタル出力が採用されており、そのために、角速度センサ１及びＧセンサ１０に加え、マイコン３０が搭載されたイナーシャセンサ２００が登場してきている。このマイコン３０を用いることによって、第１の実施の形態における図１に示す回路のように、ハードウェアによる判定回路２０を追加することなく、ソフトウェア処理でＦＦＴ（高速フーリエ変換：Fast Fourier Transform）処理を行い、必要な周波数成分を抽出することが可能である。
【００３４】
図４に示す角速度センサ１及びＧセンサ１０は、第１の実施の形態における図１に示す角速度センサ１及びＧセンサ１０と同一である。角速度センサ１からのヨーレート信号Ｖｙａｗ、Ｇセンサ１０からのＧ信号Ｖｇ及び出力信号Ｖｓ（以下、この出力信号ＶｓをＧセンサ信号Ｖｓと呼ぶ）は、マイコン３０のＡＤＣ（Analog Digital Converter）入力端子に供給されるよう構成されている。マイコン３０は、ソフトウェアによって、サンプリングされたデジタル値である信号Ｖｓｄ（Ｇセンサ信号Ｖｓがデジタル化された信号）の周波数分析を行う。
【００３５】
そして、角速度センサ１の誤出力が発生するおそれのある周波数成分が抽出され、通信ドライバ４０を用いて、シリアル通信を介して角速度センサ１の異常状態が車両制御システムに通知される。車両制御システムにおいて、角速度センサ１の異常状態が通知された場合には、例えば、ヨーレート信号Ｖｙａｗを含む信号に基づいて車両のブレーキを制御する車両用安定制御装置６０が、車輪のトルクやブレーキ量を変更するアクチュエータの動作を無効にするなどの制御を行うことにより、角速度センサ１が異常状態となった場合の影響を制限することが可能となる。
【００３６】
次に、マイコン３０のソフトウェアにより実行されるアルゴリズムについて説明する。図５は、本発明の第２の実施の形態におけるマイコンのソフトウェアにより実行されるアルゴリズムの一例を示すフローチャートである。ここでは、１／（ｆｄ×ｎ）秒ごとにＧセンサ信号ＶｓをＡＤ変換し、Ｇセンサ信号Ｖｓがデジタル化された信号Ｖｓｄに関し、Ｖｓｄ（０）、Ｖｓｄ（１）、…、Ｖｓｄ（ｉ）、・・・、Ｖｓｄ（ｎ−１）のｎ個のデータを取得する（ステップＳ４０１）。すなわち、周波数ｆｄの周期（１／ｆｄ）秒をｎ分割して、各分割時間帯における信号Ｖｓｄの大きさを取得する。そして、下記の式（Ａ）、（Ｂ）によって、Ｖｓｄ（０）〜Ｖｓｄ（ｎ−１）のｎ個のデータに、ｓｉｎ及びｃｏｓの１周期分のデータを掛け合わせた総和Ｘｓ及びＸｃをそれぞれ求める（ステップＳ４０２）。
【００３７】
（Ａ）Ｘｓ＝ΣＶｓｄ（ｉ）×cos［２π／（ｎ−１）×ｉ］
（Ｂ）Ｘｃ＝ΣＶｓｄ（ｉ）×sin［２π／（ｎ−１）×ｉ］
【００３８】
さらに、下記の式（Ｃ）によって、Ｘｓ及びＸｃのそれぞれの２乗和の平方根Ｘｆｄを求めることにより、Ｇセンサ信号Ｖｓに含まれる周波数ｆｄ成分の大きさＸｆｄを算出する（ステップＳ４０３）。
【００３９】
（Ｃ）Ｘｆｄ＝√（Ｘｓ2＋Ｘｃ2）
【００４０】
そして、算出したＸｆｄを所定値Ｖｒと比較し（ステップＳ４０４）、Ｘｆｄ＞Ｖｒの場合には、周波数ｆｄ成分の周波数帯を持つ振動が角速度センサ１に加わったと判定し、異常フラグをセットする（ステップＳ４０５）。一方、Ｘｆｄ≦Ｖｒの場合には、異常フラグをリセットする（ステップＳ４０６）。このように、マイコン３０によるアルゴリズムの実行によって、第１の実施の形態におけるダイアグ信号に相当する信号（異常状態を示す信号）を算出することが可能となる。
【００４１】
なお、本発明は、上記のアルゴリズムに限定されず、Ｇセンサ信号Ｖｓを用いて角速度センサ１の異常状態を検出するその他のアルゴリズムを用いることも可能である。例えば、第１の実施の形態の判定回路２０をソフトウェアによって実現して、周波数ｆｄを中心周波数とするバンドパスフィルタをソフトウェアによるデジタルフィルタで構成し、その出力値を規定値と比較して、角速度センサ１の異常状態を判定する方法を行うことも可能である。
【００４２】
また、第１の実施の形態におけるハードウェア処理と、第２の実施の形態におけるソフトウェア処理とを組み合わせて利用することも可能であり、例えば、特定の周波数成分の抽出に関しては、図１に示されている第１及び第２のＢＰＦ２１、２２で行い、抽出された周波数成分のレベル判定に関しては、図４に示されているマイコン３０で行うことも可能である。
【００４３】
また、本発明は、第１の実施の形態で説明したように、ハードウェアによる構成とすることも可能であり、第２の実施の形態で説明したように、ソフトウェアによる構成とすることも可能である。また、上記の第１の実施の形態では、角速度センサ１、Ｇセンサ１０、判定回路２０が同一のイナーシャセンサ１００内に実装された構成とし、上記の第２の実施の形態では、角速度センサ１、Ｇセンサ１０、マイコン３０が同一のイナーシャセンサ２００内に実装された構成としているが、各構成要素をそれぞれ独立して配置することも可能である。ただし、本発明では、角速度センサ１の異常状態をＧセンサ１０によって検出するため、角速度センサ１とＧセンサ１０とが隣接して配置されるほうがより効果的であり、角速度センサ１とＧセンサ１０とが１つの筐体に実装されている場合が、最も効果的である。
【００４４】
以上説明したように、本発明によれば、Ｇセンサ１０の出力から、角速度センサの誤出力が発生するおそれのある周波数成分を抽出し、そのレベルが所定の値を超えた場合には、角速度センサ１が異常状態にあることを判定するので、角速度センサ１が誤動作を起こす可能性のある異常状態を検出して車両制御システムの安全性を向上させ、さらに、角速度センサ１の防振構造の簡素化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における角速度センサの異常検出装置を示す回路図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態におけるＤＣ増幅器からの出力信号Ｖｓ、第１のＢＰＦからの出力信号Ｖｓ１、第２のＢＰＦからの出力信号Ｖｓ２、第１及び第２のウィンドコンパレータの出力信号の論理和のそれぞれの一例を示す波形図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における車両制御システムを示すブロック図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態における角速度センサの異常検出装置を示すブロック図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態におけるマイコンのソフトウェアにより実行されるアルゴリズムの一例を示すフローチャートである。
【図６】従来の技術に係る角速度センサ及びその周辺の回路の一例を示す回路図である。
【符号の説明】
１、５０１ 角速度センサ
２ 振動体
３ 検出回路
４ 駆動回路
１０ Ｇセンサ（加速度センサ）
１１ Ｇ検出素子
１２ ＤＣ増幅器
１３ ローパスフィルタ
２０ 判定回路
２１ 第１のＢＰＦ（バンドパスフィルタ）
２２ 第２のＢＰＦ（バンドパスフィルタ）
２３ 第１のウィンドコンパレータ
２４ 第２のウィンドコンパレータ
３０ マイコン（コンピュータ）
４０ 通信ドライバ
５０ 車両制御システム
６０ 車両用安定制御装置
７０ アクチュエータ
１００、２００ イナーシャセンサ
５０６、５０７ 検知用圧電体
５１２ ＡＣ増幅器
５１６ 判定手段
５１６ａ、５１６ｂ ウィンドコンパレータ
Claims (7)
- 振動型角速度センサの異常状態を検出する振動型角速度センサの異常検出装置であって、
前記振動型角速度センサに隣接して配置された加速度センサによって検出された加速度の検出信号から、前記角速度センサが誤出力を発生するおそれのある前記角速度センサの駆動系に係る駆動系共振周波数と前記角速度センサの検知系に係る検知系共振周波数との差の周波数成分を抽出する周波数成分抽出手段と、
前記周波数成分抽出手段によって抽出された前記周波数成分のレベルと所定のレベルとを比較して、前記周波数成分のレベルが前記所定のレベルより大きい場合には、前記角速度が異常状態にあることを通知する信号を出力する判定手段とを、
有する振動型角速度センサの異常検出装置。 - 前記振動型角速度センサと前記加速度センサとが同一の筐体に実装されていることを特徴とする請求項１に記載の振動型角速度センサの異常検出装置。
- 振動型角速度センサの異常状態を検出する振動型角速度センサの異常検出方法であって、
前記振動型角速度センサに隣接して配置された加速度センサによって検出された加速度の検出信号から、前記角速度センサが誤出力を発生するおそれのある前記角速度センサの駆動系に係る駆動系共振周波数と前記角速度センサの検知系に係る検知系共振周波数との差の周波数成分を抽出するステップと、
前記周波数成分を抽出するステップで抽出された前記周波数成分のレベルと所定のレベルとを比較し、前記周波数成分のレベルが前記所定のレベルより大きい場合には、前記角速度が異常状態にあることを通知する信号を出力するステップとを、
有する振動型角速度センサの異常検出方法。 - 前記振動型角速度センサと前記加速度センサとが同一の筐体に実装されていることを特徴とする請求項３に記載の振動型角速度センサの異常検出方法。
- 電気回路によるハードウェア処理、又は、コンピュータで所定のアルゴリズムを実行するソフトウェア処理によって、前記各ステップを行うことを特徴とする請求項３又は４に記載の振動型角速度センサの異常検出方法。
- 請求項３又は４に記載の振動型角速度センサの異常検出方法をコンピュータにより実行させるための振動型角速度センサの異常検出用プログラム。
- 車両に搭載され、請求項１又は２に記載の振動型角速度センサの異常検出装置と、前記車両のブレーキ制御を行うアクチュエータと、前記アクチュエータにより行われる前記ブレーキ制御を行う車両用安定制御装置とにより構成される車両制御システムであって、
前記異常検出装置から前記角速度センサが異常状態にあることが通知された場合には、前記車両用安定制御装置が前記アクチュエータによる前記ブレーキ制御の制限を行うよう構成されている車両制御システム。
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