JPH0324467A

JPH0324467A - 加速度センサの故障診断装置

Info

Publication number: JPH0324467A
Application number: JP15916189A
Authority: JP
Inventors: Toyohei Nakajima; 中島　豊平
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1989-06-21
Filing date: 1989-06-21
Publication date: 1991-02-01

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ｆり用分野）本発明は、加速度センサの故障診断装置に関し、特に、
加速度センサの劣化等を検出して誤動作を未然に防止で
きるようにした加速度センサの故障診断装置に関する。

（従来の技術）衝突■，′７にその衝撃を検知してエアバッグを膨らま
せ、運転者が受ける衝撃を和げるようにした安全装置が
自動車に搭載されるようになってきた。

このような車載の安全装置、およびその他、衝撃を検出
してその検出結果をもとに各種制御をｉテう装置では、
加速度センサによって前記衝撃を検出するようにしてい
ることが多い。この加速度センサとしては歪みゲージを
応用したセンサが一般に知られている。

例えば、加速度の検出媒体である検出板の一端に重りを
装着し、他端は基板上に片持ち状態で固定し、この検出
板に歪みゲージを張付けた構造を有する加速度センサが
ある。このような加速度センサにおいて、加速度を受け
て前記検出板が撓むと、これに応じてゲージが歪む。こ
の歪みの多少によって加速度を検出するようにしている
。すなわち、基準となるｔｉｔ位肋間における歪み量の
多少に基づいて加速度の大小が検出できる。

前記車載の安全装置では、予定の値を超える大きな加速
度が検出された場合に、エアバッグを膨らますためのイ
ンフレークを起動させるようにしている。

（発明が解決しようとする課題）上記の加速度センサにおいて、歪みゲージや、このゲー
ジの出力を処理して加速度を検出するための電気部品の
劣化してくると、加速度検出誤差が生じてくる。

本発明の目的は、上記電気部品の劣化を、予定値に対す
る加速度検出値の偏差に基づいて診断できるようにした
加速度センサの故障診断装置を堤供することにある。

（課題を解決するための手段および作用）上記の問題点
を解決し、目的を達成するために、本発明は、加速度検
出板に設けられた歪み検知素子の出力電圧を電流に変換
する電圧／電流変換手段と、この電圧／電流変換手段で
得られる電流に対応した周波数信号を出力する発振手段
とを有し、この発振手段の出力周波数に基づいて加速度
の大きさを検出する加速度センサの故障診断装置におい
て、前記歪み検知素子の出力電圧を予定値に固定させ、
この場合に前記発振手段から出力される信号の周波数を
予定の基準周波数と比較し、両者の差に基づいて故障検
出信号を出力するようにした点に特徴がある。

また、本発明は、前記歪み検知素子の出力電圧を予定量
だけ変化させ、この出力電圧の予定ｊｔ＆化に伴って変
化する前記発振手段から出力される信号の周波数変化量
を予定の周波数変化量と比較し、両者の差に基づいて故
障検出信号を出力するようにした点に第２の特徴がある
。

また、本発明は、歪み検知素子として加速度検出板に設
けられた電界効果トランジスタと、前記加速度検出板の
撓みによって変化する前記電界効果トランジスタのソー
スψドレイン電流に対応した周波数信号を出力する発振
手段とを有し、この発振手段の出力周波数に基づいて加
速度の大きさを検出する加速度センサの故障診断装置に
おいて、前記電界効果トランジスタのゲートに供給する
電圧を予定値に固定させ、この場合に前記発振手段から
出力される信号の周波数を予定の基準周波数と比較し、
両者の差に基づいて故障検出信号を出力するようにした
点に第３の特徴がある。

さらに、本発明は、前記電界効果トランジスタのゲート
に供給する電圧を予定量だけ変化させ、この電圧の予定
量変化に伴って変化する前記発振手段から出力される信
号の周波数変化量を予定の周波数変化量と比較し、両者
の差に基づいて故障検出信号を出力するようにした点に
第４の特徴がある。

上記の特徴を有する本発明では、予定値に固定した電圧
または予定量変化させた電圧に基づいて得られる電流ま
たは電流の変化量によって得られる信号の周波数または
、その変化量と、予定の基準値との差に基づいて加速度
センサの穴常を検出できる。

（実施例）以下に図面を参照して本発明の丈施例を説明する。第３
図は本発明を適用する加速度センサの斜視図、およびそ
の要部拡大図、第４図，第５図．第６図は本発明の一実
施例を示す加速度検出のための回路図である。

第３図（ａ）において、セラミック基板１には加速度検
出板（以下、ｑｔに検出板という）２の一端が接合され
、他端には重り３が設けられている。

さらに、前記検出板２には電界効果トランジスタ（以下
、ＦＥＴという）４が設けられている。

第３図（ｂ）に、前記ＦＥＴ４の細部を拡大して示す。

同図において、前記検出板２の上には半導体４ａと、こ
の半導体４ａの一端に設けられたドレインＤおよび他端
に設けられたソースＳ１ならびに半導体４ａの中央部に
設けられたゲートＧが形或される。

なお、このＦＥＴ４はそのチャネル方向が前記検出板２
の長手方向（矢印Ａ方向）と一致するように設けられる
。

前記半導体４ａとしては、例えばガリウムひ素が使用さ
れ、検出板２もこれらと同一または同等の半導体材料で
形成することができる。

なお、検出仮２の上に別個の材料でＦＥＴ４を形成する
代わりに、ドレインＤおよびソースＳならびにゲートＧ
を検出板２の上に直接形成してＦＥＴを構成してもよい
。

上記の構成からなる加速度センサでは、この加速度セン
サが装着された彼検出体に加速度が加わると、その加速
度の方向によって検出板２が矢印ＢまたはＣの方向に撓
む。この撓みによってＦＥＴ４は歪み検知素子として機
能する。

すなわち、検出板２の撓みに応じてＦＥＴ４のチャネル
部に応力がかかり、この応力によって生じる圧電効果に
よってゲートＧにかかる電圧が変化する。その結果、ゲ
ートＧに印加されている電圧が一定であっても、この一
定の電圧に前記圧電効果によって生じる電圧が加わって
ゲート電圧が変化し、それに伴ってソース・ドレイン電
流が変化する。この電流変化に基づき、後述の回路によ
って加速度の大きさを検出することができる。

また、第３図（Ｃ）において、検出板２の応力発生部に
は歪み検知素子としてピエゾ抵抗ＰＲＯが設けられてい
て、検出板２とＪ！仮との取付部、すなわち応力が発生
しない部分にはＦＥＴ１３が設けられている。前記ピエ
ゾ抵抗ＰＲＱの一端はＦＥＴ１３に接続され、他端は図
示しない制御回路に接続されていて、後述の回路におけ
る分圧用の批抗、またはブリッジ回路の一部を構或して
いる。

なお、このビエゾ抵抗ＰＲＯを設ける検出板２は半導体
材料に限らず、セラミック材料で形成することもできる
。

次に、前記電流の変化に基づく加速度検出回路について
説明する。第４図は第３図（ａ）　．（ｂ）に示したよ
うな、ＦＥＴ４を歪み検知素子として加速度を検出する
加速度センナの回路である。

第４図において、電源電圧Ｖｃｃは抵抗Ｒｌ，Ｒ２で分
圧され、その分圧された電圧がスイッチＳＷを介してＦ
ＥＴ４のゲートに印加される。

このゲートに印加される電圧、およびＦＥＴ４のソース
・ドレイン間に印加される電圧に応じてＦＥＴ４のソー
ス・ドレイン電流ＩＤが決定される。

ＦＥＴ４のドレインはトランジスタＴｒｉのコレクタ、
およびＴｒｉ，Ｔｒ２のベースに接続されている。一方
、トランジスタＴｒ２のコレクタには発振回路５の抵抗
ＲＯとコンデンサＣＯならびに抵抗Ｒ３の一端が接続さ
れている。

上記トランジスタＴｒｉ，Ｔｒ２、およびこれらと接続
されるラインによってカレントミラ−回路が構成されて
いる。すなわち、トランジスタＴｒ２のコレクタに流込
む電流Ｉｓは、トランジスタＴｒｉ，Ｔｒ２のベースに
供給される電流、つまりソース・ドレイン電流ＩＤに応
じて、このソース・ドレイン電流と一致するように変化
させられる。

また、発振回路５のＦＥＴ６およびＦＥＴ７のそれぞれ
のゲートには、コンデンサＣＯの容量、および抵抗ＲＯ
の抵抗値に従った時定数で決定される周期で交互に電圧
が印加される。したがって、ＦＥＴ６およびＦＥＴ７は
交互に導通、非導通の状態を繰返し、周波数ｆｓのパル
ス状出力が得られる。

前記パルス状出力の周波数ｆｓは、前記コレクタ電流■
Ｓによっても変化する。すなわち、電流Ｉｓの増加に応
じて発振凹路５の出力周波数ｆｓが高くなる。

したがって、この周波数ｆｓの変化を検出することによ
って、電流Ｉｓの変化を検出できる。

上述のように電流Ｉｓはソース・ドレイン電流ＩＤの変
化に伴って変化するので、電流Ｉｓの変化は、ソース・
ドレイン電流ＩＤの変化をも意味することになる。

さらに、ソース・ドレイン電流ＩＤは、ゲート電圧によ
って決定されるが、このゲート電圧は前述のようにＦＥ
Ｔ４にかかる応力によって変化するため、印加されるゲ
ート電江が一定の場合の、ソース・ドレイン電流ＩＤの
変化は、ＦＥＴ４にかかる応力の変化、すなわちこのＦ
ＥＴ４が設けられた検出板２にかかる加速度の変化を示
していることになる。

このように、発振回路５の出力周波数ｆｓの変化に基づ
いてＦＥＴ４にかかる応力の変化を検出できるので、単
位特開あたりの周波数ｆｓの変化量を演算することによ
って前記ＦＥＴ４が設けられた検出板２に加わった加速
度の大きさを検知することができる。

この加速度検出回路において、スイッチＳＷを開くとＦ
ＥＴ４のゲートに対する電圧印加が停止され、電流ＩＤ
が“Ｏｍになる。これに伴って電流Ｉｓも″０”になる
ので、前記パルス出力の周波数ｆｓは発振回路５を構戊
する部品（ＦＥＴ６，７、抵抗ＲＯ、コンデンサＣＯ等
）の定数にのみ依存して決定される。

したがって、これらの部品が劣化していなければ、前記
パルス出力の周波数ｆｓは電流Ｉｓが“０“の場合の予
定の基準周波数ｆｓＯになるはずである。これを換言す
れば、この状態での発振同路５の出力周波数ｆｓを基準
周波数ｆｓＯと比較することによって前記部品の劣化を
検出することができるということになる。

また、ＦＥＴ４の劣化があったり、トランジスタＴｒｉ
，Ｔｒ２にリーク電流が流れたりしたような場合には電
流ＩＤは″０”にはならないので、この場合には前記発
振回路５の出力周波数ｆｓは基準周波数ｆｓＯにならな
い。

上記のようなＦＥＴ４の劣化や、トランジスタＴｒｉ，
Ｔｒ２のリーク電流の有無は第７図のフローに示した手
順によって検知できる。

第７図において、まず、ステップＳ１でスイッチＳＷを
開いて発振回路５の出力周波数ｆｓｌを読む。

ステップＳ２では、周波数ｆｓｌと基準周波数ｆｓＯと
の偏差Δｆｓを算出する。

ステップＳ３では、偏差Δｆｓが予定の範囲内か否かを
判断する。偏差Δｆｓが予定の範囲内であれば、発振回
路５の構成部品は正常と判断してステップＳ４に進む。

偏差Δｆｓが予定の範囲を超えていると、ステップＳ７
に移行して故障表示を行う。

ステップＳ４では、スイッチＳＷを閉じ、その時の発振
回路５のパルス出力周波数ｆｓ２を読む。

ステップＳ５では、前記周波数ｆｓｌと周波数ｆｓ２と
の偏差Δｆｓｃを算出する。

ステップＳ６では、偏差Δｆｓｃが予定の範囲内か否か
を判断する。偏差Δｆｓが予定の範囲内であれば、発振
回路５の構成部品も正常、ＦＥＴ４の劣化やトランジス
タＴｒｉ，Ｔｒ２のリーク電流も生じていないと判断し
てこの処理を終了する。

偏差Δｆｓが予定の範囲からはずれていると、発振回路
５の構成部品は正常だが、ＦＥＴ４の劣化やトランジス
タＴｒｉ，Ｔｒ２のリーク電流が生じていると判断して
ステップＳ７に移行して故障表示を行う。

このように、ＦＥＴ４のゲートに対する電圧印加を停止
した状態における発振同路５の出力に基づいて加速度検
出同路全体の故障を検出できる。

次に、第３図（ｅ）に示したような、歪み検知素子とし
てビエゾ抵抗を用いた加速度検出回路を説明する。

第５図，第６図は歪み検知素子としてピエゾ抵抗を用い
た加速度検出回路の要部を示す。同図において、第４図
と同符号は同一または同等部分を示す。

第５図において、ＦＥＴ１３のゲートには電源７［Ｓ１
１ＥＶｃｃがピエゾ抵抗ＰＲＩ，ＰＲ２で分圧されて印
加される。このビエゾ抵抗ＰＲＩ，ＰＲ２の少なくとも
一方は、前記第３図＜Ｑ’）に示した検出板２に設けら
れて歪み検知素子を構成するピエゾ抵浣ＰＲＯに相当す
る。

したがって、前記検出板２に加速度が加わると検出板２
上に形成されたピエゾ抵抗が撓んでこのビエゾ抵杭の抵
抗値が変化し、ＦＥＴ１３のゲートに印加される電圧が
変化する。その結果、ＦＥＴ１３のソース・ドレイン電
流ＩＤが変化する。

第６図では、ブリッジ回路１４を構成する抵抗ＲＩＯ〜
Ｒ１３の少なくとも１つが前記検出板２に設けられて歪
み検知素子を構成する。ブリッジ回路１４の出力電圧は
増幅器１５を介してＦＥＴ１３のゲートに印加される。

第６図に示した回路でも第５図の回路と同様、前記検出
板２に加速度が加わると検出板２に設けられた抵抗が撓
んでこの批抗の抵抗値が変化し、ＦＥＴ１３のゲートに
印加される電圧が変化する。

その結果、ＦＥＴ１３のソース・ドレイン電流ＩＤが変
化する。

第５．６図において、ＦＥＴ１３のゲートに対する前記
歪み検知素子、すなわちピエゾ抵抗ＰＲＩ，ＰＲ２、ま
たはブリッジ回路１４の出力信号をスイッチＳＷで遮断
すると、ＦＥＴ１３のゲートに電圧が印加されないので
、ＦＥＴ１３のソース・ドレイン電流ＩＤは“Ｏ“にな
るはずである。したがって、この電流ＩＤが′０“の場
合の発振回路５の周波数によって、上述したと同様、発
振回路５の構成部品の異常を検出できる。

また、スイッチＳＷを切換えてゲート電圧を予定量変化
させた場合の前記電流ＩＤの変化に什う発振回路５の周
波数の変化量に基づき、第４図および第７図に関して説
明したと同様、加速度検出回路全体の異常を検出できる
。

なお、ＦＥＴ１３は歪み検知素子ではないので、第３図
（ｅ）に示したように、検出板２上の応力を生じない場
所、または基板１上に固定して使用される。

次に、上記構成の加速度検知回路の故障を険知する故障
診断装置をブロック図を参照して説明する。第１図は故
障診断装置の機能を示すブロック図である。

同図において、Ｖｃｃ電源回路８からゲート電圧設定部
８ａに電源が供給される。このゲート電圧設定部８ａで
予定の電圧が設定され、スイッチＳＷを介してＦＥＴ４
のゲートにその電圧が印加される。前記ゲート電圧設定
部８ａは、例えば前記抵抗Ｒｌ，Ｒ２等のような分圧手
段によって構成される。前記スイッチＳＷは切換信号発
生部９の出力に応じて切換えられる。スイッチＳＷがａ
側に切換られると、ＦＥＴ４のゲートに対する電源の供
給は俸止される。

切換信号発生部９から切換信号を出力するタイミングは
任意のタイミングでもよいが、加速度検知回路の出力を
コンピュータに読込んで処理するような場合には、プロ
グラムされた手順に従い、加速度検知回路の出力の読込
み処理と関連して電源遮断のための切換ｔｃｉ号を出力
するようにする。

前記切換信号によってＦＥＴ４のゲートに対する電圧の
印加が停止されると、ＦＥＴ４のソース●ドレイン電流
ＩＤは“Ｏｍになり、これに追従して前記電流Ｉｓも“
０”になる。

この時の発振回路５の出力は比較部１０に入力され、基
準周波数設定部１１に設定されている基準周波数ｆｓＱ
と比較される。

前記ＦＥＴ４の劣化、およびトランジスタＴｒｉ，Ｔｒ
２のリーク等かない場合には、ソース・ドレイン電流Ｉ
Ｄと共１こ屯流Ｉｓも“０“１こなり、この場合に発振
同路５の構成部品の劣化、あるいは発振回路５の故障が
ないかぎり、パルス信号の周波数ｆｓは、前記ＦＥＴ４
の劣化、およびトランジスタＴｒｉ，Ｔｒ２のリーク等
に影響されない基準周波数ｆｓＱ，つまり、ｆｓＱ鳩ｋ
−ＲＯ−ＣＯ　（ｋ：定数）になるはずである。

基準周波数ｆｓＱと検出された周波数との比較結果に基
づいて故障表示部１２では故障表示のためのランプの点
灯等の故障表示が行われる。

一方、ＦＥＴ４の劣化、およびトランジスタＴｒｉ，Ｔ
ｒ２のリーク等の異常を検出する場合の機能は第２図の
ようになる。

同図において、周波数変化量算出部１６ではスイッチＳ
Ｗをａおよびｂに切換えた場合のそれぞれにおける発振
回路５からの出力周波数ｆ　ｓ　１，ｆｓ２の差が算出
される。そして、その算出結果は比較部１８において予
定変化量記憶部１７に格納してある変化瓜と比較される
。比較の結果、両者の差が予定範囲内に存ｌ１：シない
場合には故障表示部１２て故障表示が行われる。

なお、切換信号発生部９の出力によって切換えられるス
イッチＳＷによって、ゲート電圧設定部８ａの出力を切
換えるための構成に限定されず、Ｖｃｃ電源回路８から
ゲート電圧設定部８ａに出力される電圧を切換えるよう
に構成してもよい。

要は、ＦＥＴ４のゲートに印加する電圧を予定の値に固
定するか、または予定量だけ変化させるように構戊して
あればよい。同様に、歪みゲージを使用した加速度セン
サにおいても、歪みゲージからＦＥＴ１３に印加される
箪圧を、予定の値に固定するか、予定量だけ変化させる
ように構成してあればよい。

なお、前記ＦＥＴ１３は、ゲート電圧設定部８ａから人
力される電圧を電流に変換する電圧／電流変換手段とし
て機能するような、例えばバイボーラトランジスタとオ
ペアンプとを組合わせて構成される電圧／電流変換口路
であってもよい。

（発明の効果）以上の説明から明らかなように、本発明によれば、加速
度検出回路を構成する部品の劣化を、通常の加速状態で
検出できる。したがって、車載のエアバッグを作動させ
る判断基準を得るために使用されるような、高い安全性
が要求される加速度センサの信頼性を向上させることか
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図．第２図は本発明の大施例を示すブロック図、第
３図は加速度センサの斜祖図、第４図．第５図，第６図
は本発明の実施例における要部目路図、第７図は本発明
の実施例の動作を示すフローチャートである。２・・・検出板、４・・・ＦＥＴ，５・・・発振回路、
８ａ・・・ゲート電圧設定部、９・・・遮断信号発生部
、１０・・・比較部、１１・・・基準周波数設定部、１
２・・・故障表示部、１６・・・周波数変化量算出部、
１７・・・予定変化量記憶部

Claims

【特許請求の範囲】

（１）加速度検出板に設けられた歪み検知素子の出力電
圧を電流に変換する電圧／電流変換手段と、この電圧／
電流変換手段で得られる電流に対応した周波数信号を出
力する発振手段とを有し、この発振手段の出力周波数に
基づいて加速度の大きさを検出する加速度センサの故障
診断装置において、前記歪み検知素子の出力電圧を予定
値に固定させる手段と、この予定値に固定された出力電圧に対応して前記発振手
段から出力される信号の周波数を予定の基準周波数と比
較して両者の差を検出する手段と、検出された前記両者
の差に基づいて故障検出信号を出力する手段とを具備し
たことを特徴とする加速度センサの故障診断装置。
（２）加速度検出板に設けられた歪み検知素子の出力電
圧を電流に変換する電圧／電流変換手段と、この電圧／
電流変換手段で得られる電流に対応した周波数信号を出
力する発振手段とを有し、この発振手段の出力周波数に
基づいて加速度の大きさを検出する加速度センサの故障
診断装置において、前記歪み検知素子の出力電圧を予定
量だけ変化させる手段と、この出力電圧の予定量変化に伴って変化する前記発振手
段から出力される信号の周波数変化量を予定の周波数変
化量と比較する手段と、検出された前記両者の差に基づいて故障検出信号を出力
する手段とを具備したことを特徴とする加速度センサの
故障診断装置。
（３）歪み検知素子として加速度検出板に設けられた電
界効果トランジスタと、前記加速度検出板の撓みによっ
て変化する前記電界効果トランジスタのソース・ドレイ
ン電流に対応した周波数信号を出力する発振手段とを有
し、この発振手段の出力周波数に基づいて加速度の大き
さを検出する加速度センサの故障診断装置において、前記電界効果トランジスタのゲートに供給する電圧を予
定値に固定させる手段と、この予定値に固定された出力電圧に対応して前記発振手
段から出力される周波数を予定の基準周波数と比較して
両者の差を検出する手段と、検出された前記両者の差に
基づいて故障検出信号を出力する手段とを具備したこと
を特徴とする加速度センサの故障診断装置。
（４）歪み検知素子として加速度検出板に設けられた電
界効果トランジスタと、前記加速度検出板の撓みによっ
て変化する前記電界効果トランジスタのソース・ドレイ
ン電流に対応した周波数信号を出力する発振手段とを有
し、この発振手段の出力周波数に基づいて加速度の大き
さを検出する加速度センサの故障診断装置において、前記電界効果トランジスタのゲートに供給する電圧を予
定量だけ変化させる手段と、この電圧の予定量変化に伴って変化する前記発振手段か
ら出力される信号の周波数変化量を予定の周波数変化量
と比較して両者の差を検出する手段と、検出された両者の差に基づいて故障検出信号を出力する
手段とを具備したことを特徴とする加速度センサの故障
診断装置。