JPH03156312A - 振動型角速度検出装置 - 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〕 本発明は移動物体、例えば、車両等の角速度を検出する
ためのものであり、特には、振動片に働くコリオリの力
を検出して、前記移動体の角速度を検出する振動型角速
度検出装置に関するものであり、例えば車両の後輪操舵
角の制御に使用するものである。

〔従来の技術〕

従来のこの種の角速度検出装置として特開昭６１−２０
４５１６に開示されたものが公知である。

この公知技術は駆動用圧電体と検知用圧電体および参照
用圧電体とを有し、駆動用圧電体からの交流駆動電圧と
検知用圧電体からの検出交流電圧とを信号処理して不要
信号を少なくするところの検知部処理回路を有し、かつ
この検知部信号処理回路の前段に調整回路を有している
。

そして、この調整回路にて前記参照用圧電体からの参照
用交流電気信号を用いて、前記検知部信号処理回路に入
力される検出交流電圧の電圧値を調整することによって
、検出すべき角速度信号以外の不要信号（主としてオフ
セット信号）を少なくするようにしていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、］−述の公知技術では調整回路の電圧値を調整
する度合が固定であるため、製造値に於いてこの調整度
合を製品ごとに調整しなければならないという問題を生
ずる。また、調整の済んだ製品であっても経年変化によ
って調整が合わなくなり不要な信号のレベルが増加する
という問題点があった。

本発明はこのような問題点に迄み、調整回路の調整レベ
ルを自動的に変え得る振動型角速度検出装置を提供する
ことを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

このために本発明は、前記調整回路の出力信号と前記参
照用交流電気信号との同相成分信号を取出し、該同相成
分信号から前記不要信号の度合を演算し、該不要信号の
度合を前記参照用交流電気信号に乗算して、フィードバ
ック出力信号を算出し、該フィードバック出力信号を前
記調整回路の入力信号となる前記検出交流電圧に加算し
たことを特徴とする。

〔作用］ 本発明においては、調整回路の出力信号を調整回路の入
力にフィードバックするフィードバック手段を有してい
る。すなわち、調整回路の出力信号を用いてこの出力信
号と参照用交流電気信号との同相成分の信号を演算して
いる。この場合、参照用交流電気信号は駆動部の実際の
振動に基づいた交流信号であり、調整回路の出力信号は
角速度検出装置本体の出力、つまり、検知用圧電体から
の検出交流電圧に基づく信号である。よって、これらの
同相成分の信号とは検知用圧電体から発生した検出交流
電圧の中に含まれる不要信号の度合を表している。すな
わち、この不要信号は駆動部の現実の振動に起因して発
生する電圧であるため、この振動を表す参照用交流電気
信号と同期した前記検出交流電圧からの信号成分は、不
要信号が太ければ多いほど大きな信号成分として表れる
のである。なお、不要信号の発生メカニズムを簡単に説
明すると以下の通りである。駆動部と検知部とは本来直
角に交わっているが、これは製造時の誤差等により若干
の狂いが生じる。また、温度変化による機械的寸法ズレ
或いは各回路部分の定数の変化等に基づいて、不要信号
が発生するが、この不要信号の主たる原因は前述の駆動
部と検知部との直交関係のズレにあり、駆動部の振動が
大きければ、大きいほどこのズレに基づいた不要信号の
発生度合が増加する。また、この不要信号は駆動部の振
動に基づくものであるため、駆動部の振動と位相が同じ
成分を多く含んでいる。したがって、駆動部の現実の振
動をモニターする参照用交流電気信号と検出交流電圧か
らの信号との同相成分は不要信号の度合を表しているこ
とになるのである。

したがって、この不要信号の度合を参照用交流電気信号
に乗算してフィードバック出力信号を演算し、このフィ
ードバック出力信号を調整回路の入力信号とするような
フィードバック系を調整回路内に設けることによって、
不要信号のレベルを自動的に低減することが可能である
。

〔発明の効果〕

本発明では調整回路の中にフィードバック系を設けて、
調整回路の調整レベルが駆動部の振動に応じて自動的に
調整されるようにしたため、角速度検出装置の製造にあ
たって、個々の製品の調整回路の調整レベルの調整作業
が不要となる。また、経年変化により電気的１機械的に
各部の寸法や回路定数等が変化しても調整回路での調整
レベルが自動的に設定されるため、特性が経年劣化しに
くい振動型角速度検出装置を得ることができる。

〔実施例〕

以下本発明装置を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明装置の一実施例を示す電気回路図、第２
図は前記回路図の各部波形図である。

まず、本発明の要部の作動から説明する。第３図は第１
図の回路の概要を示したブロック図であり、この第３図
と第２図とを用いて作動の概要を説明すると、駆動用圧
電体には信号■４が加えられて、駆動部が振動し、この
駆動信号によって角速度が働いていない場合においても
、検知部から信号Ｖｓ（Ｖ、）が発生する。この信号Ｖ
５（Ｖ６）が調整回路に入力され調整回路からは出力信
号Ｖ、が取出され、信号■、は検知部信号処理回路２ｏ
に入力され、この検知部信号処理回路から目的とする角
速度信号が出力される。

次に、信号■７からどのようにして信号■、。を作るか
を説明する。まず、信号Ｖｌ（Ｖりから信号■、の矩形
波を作り、この信号■ｌＩの矩形波を用いて信号■、を
同期検波する。同期検波された結果が信号■。の様な脈
流信号となる。そして、この脈流信号を直流に平滑した
のが信号Ｖ、であり、このＶ、の信号の大きさは本発明
に言う不要信号の度合を表している０次に、この不要度
合を表す信号■、と信号Ｖｌ（Ｖりとの積を求める。そ
して、この積が信号■１゜である。このフィードバンク
信号■１゜は信号■、に加算され、その結果、調整回路
の入力信号ＶＳ（Ｖ６）は、不要信号の度合に応じてレ
ベルが低減された信号■７として取出される。

したがって、不要信号の度合に関係なく調整回路の出力
信号■、の電圧レベルは小さなものとなる。なお、以上
は角速度が働いていない場合を示したが、角速度が作用
すると角速度に基づく信号がＶ、（Ｖ＆）に重畳され、
かつ信号Ｖ、にも重畳されるが上述のフィードバック系
によるレベル低減作用はこの角速度を表す信号には作用
せず、角速度を表す信号のレベルは低減されない。

以下、具体的に説明する。

第１図においてｌはセンサ本体であり、駆動用圧電体２
．３を有する駆動部４．５と検知用圧電体６，７を有す
る検知部８．９を有し、駆動用圧電体２．３に交流駆動
電圧を印加して駆動部４゜５を振動させることにより、
この駆動部の振動方向と直角に交わる検知部８，９の振
動により検知用圧電体６．７から発生する検出交流電圧
にて角速度を得るようにしている。

なお、理想的には角速度が作用していない状態では、駆
動部４．５の振動によって検知部８．９が検知用圧電体
６．７から検出交流電圧を出力する方向に振れることは
ない、この理由は駆動部４゜５と検知部８．９とが直角
方向にねじれて結合されているためである。しかし、駆
動部４．５に対して検知部８．９を完全に直角方向に交
わる形で結合することは困難であり、角速度がないのに
検知用圧電体６，７より出力電圧がＶ、の如く生じてし
まう、すなわち、オフセット電圧を生じてしまうという
問題がある。

次に、駆動部４．５の内側にはこの駆動部の振動を電気
信号に変換する参照用圧電体１０．１１が設けられてお
り、駆動部４．５の振動をモニタあるいはフィードバッ
クしている。１２．１３゜１４はアンプであり、１５は
９０度位相をずらせる９０度移相器である。そして、前
述の参照用圧電体１０，１１、アンプ１３，１４．９０
度移相器１５、駆動用圧電体２．３の系で自動発振回路
を構成し、駆動用圧電体に交流駆動電圧が印加されるよ
うになっている。

次に、ＢＰＦはバンドパスフィルタ、ＰＳＤは同期検波
回路、ＬＰＦはローパスフィルタであり、この種の振動
型角速度検出装置においては周知のものである。１６は
調整回路であり、バントパスフィルタＢＰＦと検出用圧
電体６，７の出力側との間に接続され、検出用圧電体６
．７から出力される検出交流電圧の電圧値を調整する。

言い換えれば、この検出交流電圧の中に含まれる角速度
信号以外の不要信号のレベルを低減させる働きを行う。

そして、この調整のレベルは従来の様に固定ではなく、
駆動部４，５の振動に応したレベル、すなわち、不要信
号のレベルに応じて調整作用を行い不要信号が多ければ
多いほど、不要信号のレベルを低減して次の段のバンド
パスフィルタＢＰＦに出力するものである。

抵抗１７．１８．１９及びオペアンプ２０、トランジス
タ２１で同期検波回路を構成している。

次に、抵抗２２．２３およびコンデンサ２４，２５、オ
ペアンプ２６でローパスフィルタを構成している。また
、コンパレータ２７は波形成形器を構成するものである
。Ｍ　Ｕ　Ｌは乗算器であり、ごの乗１．２Ｎ　Ｍ　Ｕ
　Ｌの出力は抵抗２日を介して抵抗２９とオペアンプ３
０の間に接続されている。そして、これら抵抗２８．２
９およびオペアンプ３０で加算器を構成している。

次に、第２図において■１は駆動部４，５の振動に基づ
いた交流出力すなわち、参照用交流電気信号であり、■
２はその増巾されたものであって波形■１　と同様な形
を有する。■４は波形■２に対し９０度位相がずれた波
形を増巾した後の波形であり、これは、交流駆動電圧を
構成する。■、５■、は検出交流電圧とその増巾された
ものである。

また、■、。は調整回路のフィードバック信号、■７は
調整後の電圧、■、は同期検波回路に入力されるコンパ
レータ２７の出力である矩形波であり、波形■２と同相
の信号である。次にＶ、は同期検波出力であり、■、は
前記同期検波出力■、を整流平滑した直流電圧であり、
正又は負の値を持っている。

以上がすべてセンサ本体１が振動しているが、角速度が
作用していない場合の波形である。すなわち、この場合
理想的には角速度が作用していないのであるから出力電
圧■、は０でなければならない。つまり、駆動部４．５
の振動に伴って検知用圧電体６，７から出力電圧が発生
ずることは理想的には存在しない。なぜなら、駆動部４
．５と検知部８．９とは直角に交わって、すなわち、ね
じれて配置されており、駆動部４，５の振動により検知
部８．９が、その検知方向に振れることがないからであ
る。しかし、現実には完全に直交して配置させることは
困難であるため、駆動部の振動によって検知用圧電体６
，７から出力■、が発生し、角速度が働いていないのに
電圧が出力されるという問題を生じる。そして、この様
な問題のために特開昭６１２０４５１６でも述べたよう
に、周知のバンドパスフィルタＢＰＦ、同期検波回路Ｐ
ＳＤ、ローパスフィルタＬＰＦが設けられているのであ
る。

しかしながら、駆動部４，５の振動に伴って角速度が存
在しないのに発生する電圧としては以上の他、温度変化
等により、交流駆動電圧■４の周波数が変化した場合等
に発生する不要な信号が含まれる。これを詳しく述べる
と、９０度移相器１５が完全に９０度の移相信号を発生
せず、９０度より若干ずれた信号を発生するため、角速
度がないのに不要な信号■、を発生しうる。また、調整
このことも誤差の原因となる。このようなことから、従
来の検知部信号処理回路のみでは正確に角速度信号のみ
をうることが困難である。そして、この原因は９０度移
相器１５の移相が正確に９０度ではないことおよびバン
ドパスフィルタＢＰＦの中での位相ずれが原因である。

そして、９０度移相器１５の９０度移相の不完全さに基
づく不要な信号■、は参照用交流電気信号■、と同相ま
たは、１８０度ずれた電圧であることが見出された。

すなわち、角速度がないのに発生する検出交流電圧■、
は駆動部４，５の振動に基づく電気信号と同相または、
１８０度ずれた信号成分を多く含んでいる。したがって
、この信号■５に基づいた出力電圧■、のレベルを出来
る限り小さくしておけば、後段のバンドパスフィルタＢ
ＰＦで位相ずれが発生しても、誤差を極力小さくするこ
とが可能となる、このため、前にも述べたように電圧■
１から基準位相信号Ｖ　Ｉ　Ｉを求め、次に、この基準
位相信号Ｖ、を基準にｖ７を同期検波し・Ｖ、を得てい
る。すなわち、出力電圧Ｖ７の中から電圧ｖ１と同相成
分を抽出しているのである。言い換えれば、出力電圧■
７の中に含まれる不要信号の成分を抽出しているのであ
る。ついに、この電圧■。

から直流成分を取出して電圧■、を得ている。そして、
電圧■２と直流電圧■、との間で乗算を行い正弦波Ｖ、
。を得ている。この正弦波ＶＩ６は調整回路のフィー１
′ハツク系のフィードバック信号に相当する。そして、
■１゜と■６とが加算され電圧■６の中に含まれる■１
と同相成分が打ち消される。すなわち、出力電圧■、の
中に含まれる不要な信号の成分が少なくされるのである
。そして、この不要な信号の原因は前述したように９０
度移相器１５において、完全に９０度位相がずれた出力
電圧が発生することがなく温度等の影響で不完全に９０
度移相されるためである。なお、電圧Ｖ、。

からＶ７．Ｖ、、Ｖ、の回路の増巾度を大きくすれば、
フィードバックが大きくかかり、出力■。

に含まれる■１と同相又は１８０度ずれた位相を持つ成
分を大きく減衰することができる。結局９０度移相器Ｉ
５の不完全さに基づく不要な信号電圧■５のレベルを低
減し、たとえ後段の検知部信号処理回路２０内のバンド
パスフィルタＢＰＦ内で位相ずれが発生したとしても、
実用レベルとして十分な角速度信号を得られる。

以上述べたように本発明では、従来の検知部信号処理回
路２０のみではなく、調整回路１６を備えている。この
ようなものは、公知であるが調整回路の調整レベルを固
定とせず、フィードバンク系を構成して温度の変化ある
いは経年変化等により、９０度移相器１５の出力信号の
位相が変動しても、この変動に基づ（不要な信号■、の
レベルを自動調整された調整レベルを持った調整回路に
よって自動的に低減させることができる。したがって、
製造時において不要な電圧レベルを低減するための調整
を固定的に行っていた従来の方法に比べると、製造時の
調整作業を省略することができる。また、使用中におい
て固定された調整レベルからずれると従来のものでは大
きな誤差を発生する原因となったが、本発明では調整レ
ベルが自動化されているため、たとえ経年劣化等により
回路の周波数特性等がずれたとしても、調整レベル自体
も自動的に追従するため、交流駆動電圧の周波数変化に
関わらず、言い換えれば９０度移相器１５等の特性の変
化に関わらず、センサ本体ｌの出力信号から不要な信号
やオフセット電圧を極力取り除いたところの正確な角速
度信号を得ることができる。

ＰＳＤ・・・同期検波回路、ＬＰＦ・・・ローパスフィ
ルタ、■４・・・交流駆動電圧、■、・・・角速度が作
用していない状態における検出交流電圧、■、・・・参
照用交流電気信号、Ｖｓ・・・調整回路の出力信号と参
照用交流電気信号との同相成分信号ｒ　■９・・・不要
信号の度合を示す直流電圧、ＭＵＬ・・・乗算器、■、
６・・・フィードバック出力信号。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 駆動用圧電体を有する駆動部と、検知用圧電体を有する
   検知部とを直交するように結合して配置し、 交流駆動電圧を前記駆動用圧電体に印加して前記駆動部
   および前記検知部を角速度を受けながら振動させたとき
   に、その振動方向と直交する方向の前記検知部の振動に
   て、前記検知用圧電体より発生する角速度信号を含む検
   出交流電圧を取出し、前記交流駆動電圧と前記検出交流
   電圧とを信号処理して、前記角速度信号以外の不要信号
   を少なくするところの、少なくとも同期検波手段を含む
   検知部信号処理回路を有し、前記駆動部の振動に基づく
   交流電気信号を取出す参照用圧電体を有し、該参照用圧
   電体からの参照用交流電気信号を用いて前記検知部信号
   処理回路に入力される、前記検出交流電圧の電圧値を調
   整する調整回路を有する振動型角速度検出装置において
   、 前記調整回路の出力信号と前記参照用交流電気信号との
   同相成分信号を取出し、該同相成分信号から前記不要信
   号の度合を演算し、該不要信号の度合を前記参照用交流
   電気信号に乗算して、フィードバック出力信号を算出し
   、該フィードバック出力信号を前記調整回路の入力信号
   となる前記検出交流電圧に加算したことを特徴とする振
   動型角速度検出装置。