JPH01153966A - 加速度検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、例えば走行する物体である自動車等に取付
は設定され、この自動車に作用する加速度の状態を検出
して各種制御用に用いられるようにする半導体加速度セ
ンサを備えた加速度検出装置に関する。

［従来の技術］ 例えば、自動車においてブレーキのアンチスキッド制御
あるいはサスペンションの自動制御等を実行しようとす
る場合には、自動車の車体に作用する前後方向さらには
左右方向に作用する加速度を検出する必要がある。この
ような加速度の検出手段としては、種々の構造のものが
考えられているものであるが、小形に構成されると共に
精度の高い加速度検出動作が実行されるものとして、半
導体による加速度検出センサが多く使用されるようにな
っている。

半導体加速度検出センサは、例えばシリコン等の単結晶
で構成される半導体基板から、単結晶シリコンによる振
動片を形成し、この振動片が加速度が作用したときに、
この加速度の大きざに対応して曲がるようにして構成さ
れる。そして、この振動片にはピエゾ抵抗素子を添着し
、このピエゾ抵抗素子から上記振動片の曲がりの大きざ
に対応した電気的信号が検出されるようにしている。

すなわち、この半導体加速度検出装置からは、作用され
た加速度の大きさに対応した電気的な信号が得られるも
ので、アンチスキッドあるいはサスペンションを電子的
に制御しようとする場合、この検出信号が効果的に使用
できるようになるものである。

しかし、このような半導体加速度検出センサにあっては
、長期間に亙り、特に自然環境の激しい条件で使用され
る自動車に搭載して使用される場合、ピエゾ抵抗素子の
抵抗値の経時変化、温度変化等による直流的なドリフト
が無視できないようになることがある。このため、例え
ばコンデンサによる交流カップリング回路等によって、
信号の低周波成分の除去等を行うようにしている。

第６図はこのコンデンサカップリングを使用した加速度
検出装置の構成を示すもので、例えば２つの辺に半導体
による加速度センサＳ１および＄２を設定したブリッジ
回路からの出力信号を、差動増幅器Ａ１で増幅検出する
ようにしている。

そして、この差動増幅器Ａ１からの出力信号は、コンデ
ンサＣおよび抵抗Ｒからなるフィルタ回路によって構成
されるカップリング回路を介して増幅器Ａ２に供給され
、この増幅器Ａ２からの出力信りが加速度検出信号とし
て使用されるようになるものである。

このように構成される装置において、出力信号における
低周波のカット量は、コンデンサＣおよび抵抗Ｒのそれ
ぞれ値によって決定されるようになり、コンデンサＣの
値あるいは抵抗Ｒの値を無限に大きくすれば、カットさ
れる周波数の値は無限に低くなるものであるが、このコ
ンデンサＣおよび抵抗Ｒの値には限界があり、通常カッ
トオフ周波数は０．１〜０．０５Ｈｚ程度が限界である
。

しかし、自動車のアンチスキッド制御、サスペンション
制御等の電子的な制御を行う場合、これまで交流カップ
リング回路等で除去されていた直流に近い加速度変化を
計測することが要求されるようになっている。しかし、
上記のようにコンデンサによるカップリング回路では、
その要領値に限界があるものであるため、直流成分に近
い加速度の変化を検出するような需要の条件を満たすよ
うに構成することはできないものである。

［発明が解決しようとする問題点］ この発明は上記のような点に鑑みなされたもので、充分
に小形軽量に構成することができて、例えば自動車等に
効果的に搭載して電子制御用に使用できるようにすると
共に、充分に低周波の加速度変化をも確実に検出できる
ようにし、例えば電子的なアンチスキッド制御、サスペ
ンション制御等のための検出要素として効果的に使用で
きるようにする加速度検出装置を提供しようとするもの
である。

［問題点を解決するための手段〕 すなわち、この発明に係る加速度検出装置にあつては、
半導体検出センサを含むセンサ回路からの検出信号を増
幅する増幅手段の基準動作点を可変制御するようにして
いるものであり、この基準動作点がドリフトを除去する
方向に補正制御されるようにしているものである。

［作用］ 上記のように構成される加速度検出装置にあっては、セ
ンサ回路からの出力信号を増幅する増幅手段の基準動作
点が、ドリフトの発生状態に対応して修正補正されるよ
うになっている。したがって、この増幅手段から出力さ
れる信号がそのまま加速度検出信号として使用されるよ
うになるものであり、しかもこの出力信号からはドリフ
ト成分が除去されているものである。すなわち、直流成
分に近い状態の加速度変化に対応した信号も確実に出力
されるようになるもので、例えば自動車のアンチスキッ
ド制御、自動サスペンション制御等の電子制御が確実に
実行させられるようにする加速度検出信号が得られるよ
うになるものである。

［発明の＊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
。第１図はその構成を示しているものア１１、半導体に
よる抵抗１１１および１１２は、抵抗１２１および１２
２と共にブリッジ回路を構成するように接続される。こ
の場合、上記抵抗１１１．１１２は、例えばそれぞれ半
導体によって構成される撮動片に取付は設定されるピエ
ゾ抵抗素子によって構成され、上記振動片の曲りに対応
した抵抗値に設定されるようになる。そして、このブリ
ッジ回路からの出力信号は差動増幅器１３に供給される
もので、この差動増幅器１３から加速度に対応した検出
信号が出力される。この差動増幅器１３からの出力信号
は出力増幅器１４で増幅され、ドリフトを含めた全ての
周波数成分が増幅されて、出力として取出されるように
なっている。

ここで上記出力増幅器１４は、動作点補正回路１５によ
って基準動作点が補正変化されるようになっている。こ
の動作点補正回路１５には、出力増幅器１４からの出力
信号が供給されているもので、この増幅器１４からの出
力信号の状態に対応して補正点が設定されるようにして
いる。またこの動作点補正回路１５には、自動車停止判
定回路１Ｂからの停止状態の判定信号が供給されており
、この自動車の停止状態の停止状態判定時においてのみ
、上記補正動作が実行されるようにしている。

この加速度検出装置は、自動車に搭載設定されるもので
、自動車の発進および停止時に車体に作用する加速度、
さらにカーブ走行する場合等の横方向に作用する加速度
を検出するもので、現実に加速度が作用することがない
自動車の停止時において、増幅器１４からの出力信号を
検出し、この出力信号の偏差量を検出する。そして、こ
の偏差量に対応して増幅器１４の動作点を修正するよう
にする。すなわち、この動作点補正回路１５によるフィ
ードバック系によって、加速度の計測の必要のない自動
車の停止時において、直流ドリフトによる出力誤差をキ
ャンセルさせるようにしている。したがって、この増幅
器１４からの出力信号が車体に作用した加速度に正確に
対応したものとされるように補正しているものである。

第２図は上記装置をより具体化して示しているものであ
り、上記ブリッジ回路および差動増幅器１３よりなるセ
ンサ回路２１部からの出力信号は、増幅器１４の一部を
構成するようになるオペアンプ２２に供給するもので、
このオペアンプ２２からの出力信号が動作点の制御され
た増幅器出力信号として使用されるようにしている。− オペアンプ２２からの出力信号は、さらにコンパレータ
２３および２４にそれぞれ供給される。このコンパレー
タ２３および２４には、さらに抵抗Ｒ１〜Ｒ３による電
圧設定回路で設定された基準値に対する＋Δ■および−
Δ■の基準電圧がそれぞれ供給設定されている。ここで
、上記基準値は例えば加速度“０”の状態に対応した電
圧値であり、センサ回路２１から加速度を検出する状態
では、コンパレータ２３および２４からの出力はかなり
頻度の高い状態でオン・オフが繰返されるようになって
いる。

このコンパレータ２３および２４からの出力信号は、エ
クスクル−シブオア２５に供給し、このエクスクル−シ
ブオア２５からの出力信号によって単安定マルチバイブ
レータ２６にセット指令として供給するようにしている
。

ここで、この単安定マルチバイブレータ２６には、リト
リガ機能が設定されているもので、このマルチバイブレ
ータ２６で設定される時定数以内に入ってきた最新のト
リが（セット指令）によって、それぞれ新たに出力の立
上がりが設定されるようになっている。

したがって、この単安定マルチバイブレータ２６の時定
数を、自動車が動いている間に発生する加速度の最大周
期より長く設定すれば、このマルチバイブレータ２６か
らの出力信号は、“自動車の動いている時間範囲十時定
数”の間、ハイレベルに設定されるようになる。

この単安定マルチバイブレータ２６からの出力信号は、
インバータ２７で反転してアンド回路２８に供給される
ようになっている。このアンド回路２８には、クロック
発生器２９からのクロック信号が供給されているもので
あるが、上記マルチバイブレータ２６からの出力信号が
ハイレベルである間は、このアンド回路２８からクロッ
ク信号が出力されることがない。

コンパレータ２３および２４からの出力信号は、フリッ
プフロップ回路３０にセットおよびリセット指令として
供給されるもので、コンパレータ２３および２４からの
出力が繰返される毎に、フリップフロップ回路３０がセ
ットおよびリセットを繰返すようになる。そして、この
フリップフロップ回路３０のセット状態、すなわちコン
パレータ２３から出力が発生される状態で、アップ／ダ
ウンカウンタ３１にカウントダウン指令を与え、またコ
ンパレータ２４から出力が発生されてフリツプフロツプ
回路３０がリセットされた状態で、上記カウンタ３１に
カウントアツプ指令が与えられるようにする。

上記アップ／ダウンカウンタ３１は、エクスクル−シブ
オア２５からの出力信号の供給されるインバータ３２の
出力によってイネーブルの状態に設定され、アンド回路
２８からのクロック信号を、上記アップカウントあるい
はダウンカウントの指令に対応して計数する。そして、
このカウンタ３１の計“数値データは、抵抗ラダー回路
３３よって電圧値に変換、すなわちＤ／Ａ変換して適宜
増幅して前記オペアンプ２２に供給するものである。

上記のように構成される装置において、この加速度検出
措置を搭載して自動車が走行−状態にあって、車体に加
速度が頻繁に作用する状態にあっては、オペアンプ２２
からの出力信号が頻繁に変動し、この変動に伴ってコン
パレータ２３および２４からの出力が頻繁に反転して発
生されるようになる。そして、エクスクルージ□ブオア
２５からの出力によって単安定マルチバイブレータ２６
がセット状態に保持され、アンド回路２８がクロック信
号の出力を阻止する状態とされ”る。した−がって、抵
抗ラダー回路３３からの出力も変化せず、増幅器１４の
”動作点の補正動作は実行されない。

これに対して自動車が停止して車体に作用、する加速度
が存在しない状態となると、オペアンプ２２からの出力
信号が安定する。この状態でオペアンプ２２かうの出力
にドリフトによる偏差が存在すると、コンパレータ２３
あるいは２４の一方から出力信号が発生するようになり
、エクスクル−シブオア２５からの出力がローレベルと
なってアップ／ダウンカウンタ３１をイネーブルの状態
とする。また、エクスクル−シブオア２６の出力は安定
した状態に設定されるようになるものであるため、単安
定マルチバイブレータ２６はオペアンプ２２からの出力
が安定してから、設定された時定数に相当する時間が経
過した後、すなわち自動車の停止が確認された状態でリ
セット状態とされるようになり、アンド回路２８にゲー
ト信号を与えて、クロック発生器２９で発生されたクロ
ック信号をカウンタ３１に与えるようになる。

そして、この状態ではコンパレータ２３あるいは２４か
らの出力信号に対応してカウンタ３１がアップカウント
状態あるいはダウンカウント状態に設定されているもの
であって、この設定状態に応じて上記人力クロックを計
数するよ・うになり、このカウンタ３１の計数値に対応
した抵抗ラダー回路３３からの電圧信号がオペアンプ２
２に供給されるようになる。すなわち、オペアンプ２２
からの出力の基準値からの偏差に対応した方向に動作点
が補正されるようになり、その補正が完了した状態でコ
ンパレータ２３および２４からの出力信ｑが共にローレ
ベルとされる。

コンパレータ２３および２４からの出力が共にローレベ
ルとなると、エクスクル−シブオア２５の出力がハイレ
ベルとなり、インバータ３２からの出力信号がローレベ
ルとなりてアップ／ダウンカウンタ３１は非動作状態に
設定され、動作点の補正動作が停止された状態とされ、
動作点の補正動作が終了された状態となる。したがうて
、この後センサ回路２１からの出力に対応してオペアン
プ２２から得られるセンサ出力は、ドリフト分を含まな
い加速度検出信号とされるものである。

このように構成される加速度検出装置にあっては、自動
車が動いているときには、特に急ブレーキあるいは急ハ
ンドル等の操作を行わなくとも、常に何らかの加速度が
作用していることを利用して、ある一定値以下の加速度
変化しかない状態が特定される時間範囲継続したときに
、これ奪自動車の停止と判断させるようにしている。そ
して、この自動車の停止を判定したときに、出力信号に
含まれる直流ドリフト成分をキャンセルするように補正
し、直流ドリフト成分がカットされるようにしているも
のであり、その他の自動車が動いていると判断されたと
きには、直流成分までも含めて出力させるようにしてい
る。

したがって、自動車が停止と判断されない状態のときに
は、直流ドリフトを無くすることはできないものである
が、このときに起こるドリフトは充分に軽微なものであ
り、充分に実用に耐える範囲のものである。ここで、実
質的に自動車が動いていると判断される状態が継続する
のは、長くとも１日程度と考えられ、この間に発生する
ドリフトは実質的に極く微量である。

自動車におけるアンチスキッド制御、自動サスペンショ
ン＃ＪＩ１１等で要求される加速度周波数範囲は、例え
ば定常旋回時に作用する横方向加速度がハンドルを切り
続ける限り継続する状態に対応する直流レベルから、サ
スペンションの動作範囲の上限である約１００８Ｚ程度
までである。したがうて、検出機構および信号処理回路
のドリフトを、低い周波数の加速度と完全に分離でき、
ドリフトをキャンセルできるようにすれば、理論的に直
流成分の加速度まで検出可能となる。

したがって、実施例で示されるようにドリフトに対応す
る信号成分をキャンセルするような動作点補正動作を実
行することによって、ドリフトがキャンセルされるよう
に愈るものであり、また自動車に作用する充分低い周波
数の加速度までも確実に検出できるようになり、各種車
両の電子的制御が行なえるようになる。

第３図は他の実施例を示しているもので、この実施例に
あっても前実施例と同様にピエゾ環かを有する抵抗１１
１．１１２、および１２１　、１２２によって構成され
るプリフジ回路からの出力を差動増幅器１３で検出する
ように構成されるもので、この差動増幅器１３からの出
力信号は、出力増幅器１４に供給し、この出力増幅器１
４から加速度検出出力信号が得られるようにしている。

そして、この出力増幅器１４からの出力信号は、動作点
補正回路１５に供給Ｃ１この動作点補正回路１５からの
信号で出力増幅器１４の動作点が補正されるようにフィ
ードバックｉｌｌ　ｌｉｔ　しているものである。

ここでこの実施例にあっては、動作点補正回路１５はタ
イミング回路１γからのタイミング信号によって補正動
作が実行されるようにしている。すなわち、特定される
タイミング毎に出力増幅器１４からの出力信号を監視し
、この出力信号の状態に対応して出力増幅器１４の動作
点が補正されるようにしているものである。

第４図は上記実施例を具体化した構成を示しているもの
で、上記ブリッジ回路および差動増幅器１３からなるセ
ンサ回路２１からの出力信号の供給される出力増幅器１
４からの出力信号が、一対のコンパレータ４１および４
２に供給されるようになっている。このコンパレータ４
１および４２には、それぞれ抵抗Ｒ４〜Ｒ６−で一構成
される抵抗分圧回路で設定される基準電圧ＶＡおよび■
８が比較電圧として供給されているもので、出力増幅器
１４からの出力信号が正のレベルにあるときはコンパレ
ータ４１の出力がハイレベルとされ、上記出力信号が負
のレベルのときはコンパレータ４２からの出力信号がハ
イレベルとされるようにしている。そして、このコンパ
レータ４１および４２それぞれからの出力信号は、アッ
プ／ダウンカウンタ３１にダウンカウント指令およびア
ップカウント指令として供給されるようにする。

上記カウンタ３１にはクロック発生器２９からのクロッ
ク信号が供給され、コンパレータ４１あるいは４２から
供給される指令に対応してダウンカウントあるいはアッ
プカウントされるようになる。このカウンタ３１の計数
値情報は、抵抗ラダー回路３３でアナログ電圧信号に変
換し、３／２増幅器４３で適宜増幅して出力増幅器１４
にフィードバックするもので、この増幅器１４において
はフィードバックされた信号に基づいてその動作点が設
定されるようにしている。

ここで、通常に発生する加速度波形が第５図の（Ａ）で
示すようになるものと仮定し、さらに直流ドリフトによ
る動作点変動波形が第５図の（Ｂ）で示すようになるも
のと仮定すると、センサ回路２１からの出力信号の波形
は、上記第５図の（Ａ）および（Ｂ）の波形を加算した
第５図の（Ｃ）に破線で示すような波形となる。

この装置においては、出力増幅器１４からの出力信号を
コンパレータ４１および４２においてそれぞれ設定され
た基準電圧ＶＡおよびＶｅと比較する。

そして、出力信号がＶＡより高い正極性であるときはコ
ンパレータ４１の出力がハイレベルに、負極性のときに
はコンパレータ４２からの出力がハイレベルとされるも
ので、出力信号がＶＡより高い状態ではアップ／ダウン
カウンタ３１の計数値をクロック信号のタイミング−で
“−１″し、出力信号が■８より低いときには、上記カ
ウンタ３１をクロック信号のタイミングで“＋１″する
。そして、出力信号がＯボルトに近い“ＶＡ≦出力信号
電圧・≦Ｖａ”のときには、カウンタ３１の計数動作は
行われず、それまでの状態が保持される。

すなわち、第５図の（Ｃ）に実線で示すようにクロック
発生器２９からのクロック信号に対応する補正タイミン
グ毎に、出力信号が正極性の状態でこの信号のレベルが
１ビット分低く補正され、負極性のときには１ビット分
高くするように補正されるものである。

このような補正はクロック発生器２９に相当するタイミ
ング回路１１のタイミング時間間隔（クロック発生器２
９の周波数）によって出力波形が“０″点に復帰するま
での時間（コンデンサカップリングのカットオフ周波数
に対応）が変化されるようになり、実質的に従来実現が
困難であった極低いカットオフ周波数の回路が実現でき
るようになる。

ここで、上記補正幅は例えば１０ｍＶ程度であり、また
タイミング周波数はＩＨ２程度に設定すればよい。

この実施例におけるドリフトのキャンセル動作は、クロ
ック信号周波数とカウンタ３１および抵抗ラダー回路３
３からなるＤ／Ａ変換回路のピット数（１回の動作で変
化させられる電圧補正幅）によって、疑似的な時定数が
自由に設定できる。そして、その設定条件によって充分
に低いカットオフ周波数が実現できるようになるもので
ある。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明に係る加速度検出装置によれば、
例えば経時的変化温度変化等に対応して発生する直流ド
リフトが効果的にキャンセルされる状態とされ、直流成
分に近い加速度変化をも確実に検圧できるようになる。

したがって、例えば自動車等に搭載した場合、この自動
車の走行時における加速、ブレーキ操作さらにはハンド
ル操作に対応して車体に作用する加速度が確実に検出で
きるものであり、自動車のアンチスキッド制御、自動サ
スペンション制御等の電子制御等が確実に実行きるよう
になる。−

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る加速度検出装置を説
明する構成図、第２図は上記実施例をより詳細にして示
す構成図、第３図はこの発明の他の実施例を説明する構
成図、第４図は上記実施例をより詳細にして示す構成図
、第５図は上記実施例を説明するための信号波形の状態
を示す図、第６図は従来の加速度検出装置を説明する図
である。 １１１．１１２．１２１．１２２・・・抵抗（加速度検
知用）、１３・・・差動増幅器、１４・・・出力増幅器
、１５・・・動作点補正回路、１６・・・自動車停止判
定回路、１７・・・タイミング回路、２１・・・センサ
回路、２３．２４．４１．４２・・・コンパレータ、３
１・・・アップ／ダウンカウンタ、３３・・・抵抗ラダ
ー回路。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦第１因 第２ＵＡ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）作用する加速度の大きさを検出する半導体式の加
   速度検出センサと、 この加速度検出センサを含むセンサ回路からの検出信号
   の供給される増幅手段と、 この増幅手段の基準動作点を補正する手段と、上記増幅
   手段からの出力信号レベルの変化を検出し、この検出結
   果に対応した補正値を上記動作点補正手段に指令する補
   正指令手段とを具備し、上記基準動作点補正手段によつ
   て、上記増幅手段の動作基準点が直流ドリフトを除去す
   る動作点に設定されるようにしたことを特徴とする加速
   度検出装置。
2. （２）上記補正指令手段は加速度の作用しない停止状態
   を検出する停止判別手段によって構成され、上記基準動
   作点補正手段は上記停止判別手段で停止が判別された状
   態で上記増幅手段からの出力信号の偏差方向を判別する
   手段、および上記判別された偏差方向に対応した補正値
   を設定する手段によって構成されるようにした特許請求
   の範囲第１項記載の加速度検出装置。
3. （３）上記基準点補正手段は、上記増幅手段からの出力
   信号の極性を判別する極性判別手段、およびこの極性判
   別結果に対応して補正値を修正する手段によって構成さ
   れ、上記補正指令手段はクロック信号発生手段によつて
   構成されるようにするもので、上記クロック信号発生手
   段からのクロック信号に対応して上記補正値の修正が行
   われるようにした特許請求の範囲第１項記載の加速度検
   出装置。