JP4185055B2 - 振動ジャイロスコープを有する回転レートセンサ - Google Patents

Description

本発明は、振動ジャイロスコープを有する回転レートセンサであって、この振動ジャイロスコープは少なくとも１つの閉ループ制御回路の部分であり、この閉ループ制御回路は振動ジャイロスコープをその固有周波数を有する励振信号を供給することによって励振し、振動ジャイロスコープから出力信号が取り出すことができ、この出力信号から雑音の付随した回転レート信号が導出される、振動ジャイロスコープを有する回転レートセンサに関する。

振動ジャイロスコープを有する回転レートセンサではコリオリ力により惹起される回転レートを示す出力信号には雑音が付随し、これによって後続評価が損なわれる。本発明の課題は、回転レート信号をできるだけ雑音から解放することである。

上記課題は次のことによって解決される、すなわち、雑音の付随した回転レート信号は開ループ制御可能な帯域幅を有するローパスフィルタ及びバンドパスフィルタの入力側に供給され、このバンドパスフィルタの出力側は閾値回路を介してローパスフィルタの制御入力側に接続されていることによって解決される。閾値回路が回転レート信号の変化にだけ応答することをバンドパスフィルタは保証する。さらに、閾値回路の入力側における雑音成分は前置接続されるバンドパスフィルタによって低減される。

本発明の回転レートセンサでは、一定の又はゆっくりと変化する回転レート信号において、雑音がローパスフィルタによって十分に抑圧される。しかし、回転レート信号の比較的迅速な変化が生じる場合には、ローパスフィルタの帯域制限が高められ、この結果、この迅速な変化も後続に転送され、短時間の間、相応の雑音成分を甘受する。

有利には、本発明の回転レートセンサでは、閾値回路とローパスフィルタの制御入力側との間にはバンドセレクタが設けられており、このバンドセレクタは閾値回路の出力信号の遷移に応じてローパスフィルタの制御入力側に供給される信号を徐々に遷移させる。遷移時間は両方向に調整可能であり、すなわちローパスフィルタの低い帯域幅から高い帯域幅へと及びその逆方向にも調整可能である。これによって回転レート信号における妨害がローパスフィルタの突然の切り替えによって低下する。

本発明の回転レートセンサの有利な実施形態では、バンドパスフィルタは、次のような変化周波数を有する回転レート信号を通過させる、すなわち該変化周波数は、帯域幅が最小に調整されたローパスフィルタを通過する変化周波数よりも高く、かつ振動ジャイロスコープの回転に起因する最も高い変化周波数と等しいか、またはそれ以下の周波数である。これによって、ローパスフィルタの帯域幅が必要ならば高められ、しかし、高周波雑音がこのローパスフィルタの制御に影響を及ぼさないことが保証される。

ローパスフィルタが回転レート信号の正の変化の場合でも負の変化の場合でも相応に制御されるように、もう１つの有利な実施形態では、閾値回路の出力信号は第１のレベルと第２のレベルをとり、バンドパスフィルタの出力信号の絶対値が予め設定された閾値より小さい場合には第１のレベルをとる。

回転レートセンサに対する要求、例えば回転レート測定領域又は信号対雑音比は、適用事例毎に異なる。それゆえ、改善実施形態では、バンドパスフィルタの帯域制限値及び閾値回路の閾値はプログラミング可能である。この場合、さらにローパスフィルタの調整領域の制限値と最小制限値から最大制限値までの遷移時間と最大帯域幅から最小帯域幅までの遷移時間とはプログラミング可能である。

本発明は多数の実施形態を許容する。これらのうちの１つを概略的に図面に図示し、以下において記述する。

図１はフィルタを有する回転レートセンサのブロック回路図を示し、
図２はフィルタの詳細な図面を示す。

この実施例ならびにこの実施例の部分はなるほどブロック回路図として図示されている。しかし、これは本発明の装置が個々のブロックに相応する回路による実現に限定されることを意味しない。本発明の装置はむしろとりわけ有利にはＬＳＩ回路、例えばデジタルシグナルプロセッシングによって実現可能である。マイクロプロセッサも使用でき、このマイクロプロセッサは適当なプログラミングにおいてブロック回路図に図示された処理ステップを実施する。

図１は一次励振信号ＰＤ及び二次励振信号ＳＤに対する２つの入力側２、３を有する振動ジャイロスコープ１を有する装置のブロック回路図を示す。励振は適当な変換器、例えば電磁変換器によって行われる。さらに、振動ジャイロスコープは一次出力信号ＰＯ及び二次出力信号ＳＯに対する２つの出力側を有する。これらの信号はジャイロスコープの空間的にずれた位置におけるそれぞれの振動を表す。このようなジャイロスコープは例えばＥＰ０３０７３２１Ａ１から公知であり、コリオリ力の作用に基づく。

振動ジャイロスコープ１は高いＱ値のフィルタであり、入力側２と出力側４との間の区間は一次閉ループ制御回路６の一部分であり、入力側３と出力側５との間の区間は二次閉ループ制御回路７の一部分である。一次閉ループ制御回路６は例えば１４ｋＨｚの振動ジャイロスコープの共振周波数を有する振動の励振に使用される。この場合、励振は二次閉ループ制御回路のために利用される振動方向とは９０°ずれている振動ジャイロスコープの１つの軸において行われる。二次閉ループ制御回路７では信号ＳＯが同相成分及び直交成分に分離され、これらのうちの一方がフィルタ８を介して出力側９に導かれ、この出力側９から回転レートに比例する信号が取り出される。

両方の閉ループ制御回路６、７では、信号処理の主要部分はデジタルに行われる。信号処理に必要なクロック信号はクォーツ制御されるデジタル周波数シンセサイザ１０において発生され、このシンセサイザ１０のクロック周波数は図示された例では１４．５ＭＨｚである。他の詳細の説明はしない。なぜなら、この実施例の理解のためには必要ではないからである。

図２はフィルタ８を詳しく図示している。入力側１０から出力側９への回転レート信号の経路において、制御可能なローパスフィルタ１１が存在する。雑音の付随した回転レート信号はさらにバンドパスフィルタ１２に供給され、このバンドパスフィルタ１２の出力側は閾値回路１３に接続されている。この閾値回路１３はバンドパスフィルタ１２の出力信号の絶対値を１４において供給される閾値Ｓと比較する。閾値回路１３の出力側はバンドセレクタ１５に接続されており、このバンドセレクタ１５は、閾値回路１３の出力信号の遷移に応じてローパスフィルタ１１のカットオフ周波数の変化が予め設定された期間に行われるように、このローパスフィルタ１１を制御する。この期間は異なる方向に対して異なるようにプリセットされる。

本発明をより良く理解するために図２にはローパスフィルタ１１及びバンドパスフィルタ１２の振幅周波数特性ならびに閾値回路の特性が概略的に示されている。既述のように、周波数領域はそれぞれの適用事例に依存し、自動車における適用事例では主に回転レート信号雑音成分及び車両の機械的な慣性に依存する。

フィルタを有する回転レートセンサのブロック回路図を示す。 フィルタの詳細な図面を示す。

符号の説明

１ 振動ジャイロスコープ
２ 入力側
３ 入力側
４ 出力側
５ 出力側
６ 一次閉ループ制御回路
７ 二次閉ループ制御回路
８ フィルタ
９ 出力側
１０ クォーツ制御されるデジタル周波数シンセサイザ
１１ ローパスフィルタ
１２ バンドパスフィルタ
１３ 閾値回路
１４ 閾値入力側
Ｓ 閾値

Claims (6)

1. 振動ジャイロスコープを有する回転レートセンサであって、
   前記振動ジャイロスコープは少なくとも１つの閉ループ制御回路の一部分であり、
   該閉ループ制御回路は前記振動ジャイロスコープをその固有周波数を有する励振信号を供給することによって励振し、
   前記振動ジャイロスコープから出力信号が取り出すことができ、該出力信号から雑音の付随した回転レート信号が導出される、振動ジャイロスコープを有する回転レートセンサにおいて、
   前記雑音の付随した回転レート信号は開ループ制御可能な帯域幅を有するローパスフィルタ（１１）及びバンドパスフィルタ（１２）の入力側に供給され、
   該バンドパスフィルタ（１２）の出力側は閾値回路（１３）を介してローパスフィルタ（１１）の制御入力側に接続されている
   ことを特徴とする、振動ジャイロスコープを有する回転レートセンサ。
2. 閾値回路（１３）とローパスフィルタ（１１）の制御入力側との間にはバンドセレクタ（１５）が設けられており、
   該バンドセレクタ（１５）は閾値回路（１３）の出力信号の遷移に応じて前記ローパスフィルタ（１１）の制御入力側に供給される信号を徐々に遷移させる
   ことを特徴とする、請求項１記載の回転レートセンサ。
3. バンドパスフィルタ（１２）は、次のような変化周波数を有する回転レート信号を通過させる、
   すなわち該変化周波数は、帯域幅が最小に調整されたローパスフィルタ（１１）を通過する変化周波数よりも高く、かつ振動ジャイロスコープ（１）の回転に起因する最も高い変化周波数と等しいか、またはそれ以下の周波数である
   ことを特徴とする、請求項１又は２記載の回転レートセンサ。
4. 閾値回路（１３）の出力信号は第１のレベルと第２のレベルをとり、
   バンドパスフィルタの出力信号の絶対値が予め設定された閾値より小さい場合には第１のレベルをとる
   ことを特徴とする、請求項１〜３のうちの１項記載の回転レートセンサ。
5. バンドパスフィルタ（１２）の帯域制限値及び閾値回路（１３）の閾値はプログラミング可能である
   ことを特徴とする、請求項１〜４のうちの１項記載の回転レートセンサ。
6. さらにローパスフィルタ（１１）の調整領域の制限値と最小制限値から最大制限値までの遷移時間と最大帯域幅から最小帯域幅までの遷移時間とはプログラミング可能である
   ことを特徴とする、請求項５記載の回転レートセンサ。

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