JPH07225244A

JPH07225244A - 加速度センサの故障検出装置

Info

Publication number: JPH07225244A
Application number: JP1620794A
Authority: JP
Inventors: Norihiko Nagae; 典彦長江; Masahiro Shindo; 政廣神藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1994-02-10
Filing date: 1994-02-10
Publication date: 1995-08-22

Abstract

(57)【要約】【目的】加速度センサの故障検出装置において、故障診
断パルス信号が入力された時の加速度センサの出力信号
に重畳している外乱成分を検出し、この外乱成分を加速
度センサの出力信号から相殺した値で加速度センサの故
障検出を行うことにより故障検出の誤検出を防止する。【構成】ステップ１４０で２つある加速度センサの一方
に故障診断パルス信号を入力し、ステップ１５０で故障
診断パルス信号が入力された加速度センサの出力値と入
力されていない加速度センサの出力値を読み込む。ステ
ップ１７０でこの両者の差の絶対値を演算することで、
故障診断パルス信号が入力された加速度センサの出力信
号に重畳している外乱成分を相殺することができる。ス
テップ１８０にて外乱成分が相殺された値に基づいて故
障診断を行っているので誤検出が防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車両の加速度を検出す
る加速度センサを搭載した装置に関し、特に加速度セン
サの故障を検出する故障検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】車両の衝突を加速度センサで検出する衝
突検出装置のための故障検出装置として、例えば特開昭
６３─２４１４６７号公報が知られている。この故障検
出装置は圧電素子を含む加速度センサを用いているた
め、この加速度センサに故障診断のための電気信号を入
力すると圧電素子の逆電圧効果により、入力された電気
信号に基づいた信号が出力され、この出力信号の値に基
づいて加速度センサの故障診断を行っているものであ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
故障検出装置においては以下に述べるような問題点があ
る。例えば車両が悪路を走行している時に加速度センサ
に故障診断のための電気信号が入力されると、この電気
信号に基づく出力成分に、走行中の路面から車両が受け
る加速度に基づく出力成分が重畳してしまい、加速度セ
ンサが正常であるにもかかわらず故障と検出されたり、
故障しているにもかかわらず故障が検出されないといっ
た不具合が生じることがある。

【０００４】本発明は上述の問題点を解決するために、
電気信号が入力された時の加速度センサの出力信号に重
畳している外乱成分を検出し、この外乱成分を加速度セ
ンサの出力信号から相殺した値で加速度センサの故障検
出を行うことにより、故障検出手段の誤検出を防止する
ことを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めの手段として請求項１の本発明の加速度センサの故障
検出装置は図１に示すように、車両の加速度に基づいた
信号を出力するとともに所定の電気信号が入力された時
に前記電気信号に基づいた信号を出力する加速度センサ
（Ａ）と、該加速度センサに前記電気信号を入力する電
気信号入力手段（Ｂ）と、前記電気信号が入力された時
の前記加速度センサの出力信号に含まれている前記電気
信号に基づいた信号成分以外の外乱成分を検出する外乱
成分検出手段（Ｃ）と、該外乱成分検出手段により検出
された前記外乱成分を前記電気信号が入力された時の前
記加速度センサの出力信号から相殺する外乱成分相殺手
段（Ｄ）と、該外乱成分相殺手段により前記外乱成分が
相殺された信号成分に基づいて前記加速度センサの故障
を検出する故障検出手段（Ｅ）を有することを特徴とす
る。

【０００６】

【作用】上述のように構成することによって本発明は、
車両の加速度に基づいた信号を出力するとともに所定の
電気信号が入力された時に前記電気信号に基づいた信号
を出力する加速度センサ（Ａ）に電気信号入力手段
（Ｂ）より電気信号が入力される。加速度センサの出力
信号に含まれている外乱成分を外乱成分検出手段（Ｃ）
により検出し、検出された外乱成分を加速度センサの出
力信号から外乱成分相殺手段（Ｄ）により相殺する。こ
の外乱成分が相殺された信号成分に基づいて故障検出手
段（Ｅ）により加速度センサの故障が検出される。

【０００７】

【実施例】続いて、本発明の実施例について、図２至図
６に基づいて以下に説明する。図３は車両のエアバッグ
装置用の衝突検出装置の故障検出装置として構成された
本発明の第１実施例を示す概略構成図である。

【０００８】加速度センサ１および２は、ともに周知の
圧電素子型の加速度センサであり、圧電素子に押圧力が
加わることで歪が起こり、この歪により電圧が発生する
圧電効果を利用して加速度に相応する電圧を出力する。
図２にあるように加速度センサ１および２は、車両が受
ける加速度に対する出力信号が同じ値になるように同じ
向きに配置されている。言い換えると、２つの加速度セ
ンサの出力値が、個々の加速度センサに個別にのるノイ
ズ以外は略同一の出力値となるように配置されている。
また、図４の簡略図に示されているように加速度センサ
１および２は、電圧出力用端子１４と故障診断パルス信
号入力用端子１５を有している。図３において信号処理
回路３および４は、加速度センサ１および２の電圧出力
用端子１４から出力された電圧からバンドパスフィルタ
等によって直流成分等の低周波成分および電圧ノイズ等
の高周波成分を除去するものであるが、車両に加わる加
速度に基づく出力および後述の故障診断パルス信号が入
力された時の出力は除去されないようなカットオフ周波
数に設定されている。信号処理回路３および４は、上記
処理が行われた後の加速度センサの出力Ｐ1 およびＰ2
をＡ／Ｄ変換器５に出力する。

【０００９】Ａ／Ｄ変換器５はＰ1 、Ｐ2 のアナログ出
力をデジタル出力に変換してマイクロコンピュータ６に
入力する。マイクロコンピュータ６は、Ａ／Ｄ変換器５
からの値に基づいて予め設定された制御プログラムを実
行する。診断パルス信号発生回路７および８は、マイク
ロコンピュータ６からの指令信号に応答して故障診断パ
ルス信号Ｐs を加速度センサ１および２の故障診断パル
ス信号入力用端子１５に入力するようになっている。

【００１０】エアバッグ装置９は、車両進行方向の衝突
による衝撃力を加速度センサ１で検出し、マイクロコン
ピュータ６で衝突と判定された場合には運転者を保護す
るために図示しないエアバッグを展開させる。駆動用ト
ランジスタ１０は、マイクロコンピュータ６からの信号
によりオン、オフする。マイクロコンピュータ６は、加
速度センサ１の出力値Ｐ1 と予め設定された衝突判定基
準値を比較し、衝突と判定した場合には駆動用トランジ
スタ１０をオンするための信号を出力する。機械式加速
度センサ１１は、セーフィングセンサとして働き、車両
の衝突により閉成し、同時に駆動用トランジスタ１０が
オンになると電源１２から電気雷管１３に電流が流れ、
図示しないエアバッグが展開される。

【００１１】次に、図５に示されたフローチャートに基
づいて本発明の第１実施例における加速度センサの故障
検出ルーチンについて説明する。この故障検出ルーチン
は、イグニッションスイッチの閉成により開始され、車
両走行中にも任意のタイミングで実行される。ステップ
１１０ではフラグＦが０に設定され、ステップ１２０で
はタイマｔのカウントが０にリセットされる。ステップ
１３０においてはフラグＦの値が０であるか否かが判定
され、０である場合はステップ１４０に進み、０でない
場合はステップ１４２に進む。ステップ１４０では診断
パルス信号発生回路７から加速度センサ１の故障診断パ
ルス信号入力用端子１５に図６に示されているような故
障診断パルス信号Ｐs が入力される。

【００１２】ステップ１５０では電圧出力用端子１４か
ら出力された電圧が信号処理回路３、４で処理された後
Ａ／Ｄ変換され、それぞれの出力値Ｐ1 、Ｐ2 が読み込
まれ、それぞれＰa1、Ｐa2に設定される。Ｐa1の値は、
ステップ１４０で故障診断パルス信号Ｐs が加速度セン
サ１に入力されているので、圧電素子の逆電圧効果によ
り故障診断パルス信号Ｐs に基づく出力成分と、該出力
成分以外の外乱成分が重畳した値となっており、Ｐa2は
外乱成分のみの値である。ここで外乱成分について説明
すると、故障診断パルス信号が入力された時の故障診断
パルス信号に基づく加速度センサの出力成分以外の成分
であり、前述の図３の信号処理回路３、４が除去できな
いような周波数帯域の成分である。例えば故障診断時の
車両が走行中の路面から受ける加速度による影響、電源
電圧の変動による影響あるいはエアバッグ装置のＣＰＵ
（中央処理ユニット）がＥＭＩ（電磁波障害）の強い環
境下におかれた時の影響などが挙げられる。ステップ１
６０ではタイマｔのカウントがスタートされる。

【００１３】ステップ１７０ではステップ１５０にて求
めたＰa1とＰa2の差が演算され、この演算結果の絶対値
がＰa3に設定される。Ｐa1、Ｐa2それぞれは上述の如く
の値であるので、Ｐa3の値は加速度センサ１の出力値か
ら外乱成分が相殺された値であり、よってこの値は故障
診断パルス信号Ｐs に対応した出力値であるといえる。
ステップ１８０においてはステップ１７０にて求めたＰ
a3が下限基準値Ｐthl（正の定数）以上であり、かつ、
上限基準値Ｐthh （Ｐthl よりも大きい正の定数）以下
であるか否かの判定が行われる。Ｐthl ≦Ｐa3≦Ｐthh
であると判定された場合はステップ１９０に進み、Ｐth
l ≦Ｐa3≦Ｐthh ではないと判定された場合はステップ
１９２に進み、加速度センサが故障であると判断してこ
のルーチンを終了する。

【００１４】ステップ１９０ではタイマｔのカウントが
Δｔ以上か否かの判定が行われる。Δｔは予め設定され
た正の定数であり、後述の減衰量Ｐc が正常か否かを判
定することができるような時間に設定されている。ｔ≧
Δｔではないと判定された場合はステップ１９０を繰り
返すことで最終的にステップ２００に進む。ステップ２
００ではステップ１５０でＰa1、Ｐa2が読み込まれてか
ら時間Δｔ後の加速度センサ１、２のそれぞれの出力値
Ｐ1 、Ｐ2 が読み込まれ、それぞれＰb1、Ｐb2に設定さ
れる。ステップ２１０ではタイマｔは停止され、ステッ
プ２２０ではステップ２００にて求めたＰb1とＰb2の差
が演算され、この演算結果の絶対値がＰb3に設定され
る。

【００１５】ステップ２３０においてはステップ１７０
で求められたＰa3とステップ２２０で求められたＰb3の
差が演算され、この演算結果がＰc に設定される。この
Ｐcの値が信号処理回路の減衰量であり、続いてステッ
プ２４０において減衰量Ｐcが下限基準値Ｒthl （正の
定数）以上であり、かつ、上限基準値Ｒthh （Ｒthlよ
りも大きい正の定数）以下であるか否かの判定が行われ
る。上述のように信号処理回路のカットオフ周波数は所
定の値に設定されているが、信号処理回路に故障が発生
すると、カットオフ周波数が異常な値になり、その結果
減衰量が異常な値になる。そこで、Ｒthl ≦Ｐc ≦Ｒth
h であると判定された場合はステップ２５０に進み、Ｒ
thl ≦Ｐc ≦Ｒthh ではないと判定された場合はステッ
プ２５２に進み、信号処理回路が故障であると判断して
このルーチンを終了する。

【００１６】ステップ２５０ではフラグＦが１であるか
否かの判定が行われ、１である場合はこのルーチンを終
了し、１でない場合はステップ２６０に進み、フラグＦ
の値が１に設定され、ステップ１２０に進む。ステップ
１２０でタイマｔが０にリセットされ、ステップ１３０
にてフラグＦが０であるか否かの判定が行われ、フラグ
Ｆが０でない場合はステップ１４２に進み、今度は加速
度センサ２に故障診断パルス信号Ｐs を入力し、上述の
故障診断を行い、故障がない場合はこのルーチンを終了
する。

【００１７】ここで図６の故障診断時の解析波形につい
て説明すると、（ａ）の診断パルス信号Ｐs はマイクロ
コンピュータ６からの信号により、診断パルス信号発生
回路７、８より加速度センサ１および２の故障診断パル
ス信号入力用端子１５に入力されるものである。（ｂ）
の加速度センサ出力波形は（ａ）の診断パルス信号Ｐs
が入力された加速度センサの出力波形であり、故障診断
パルス信号Ｐs が入力されていない他方の加速度センサ
の出力波形は（ｃ）になる。矢印で示された各値は加速
度センサ出力波形（ｂ）、（ｃ）のある時間においての
出力値を示しており、Ｐa1、Ｐa2は（ａ）の故障診断パ
ルス信号Ｐs が入力された時刻の（ｂ）、（ｃ）の各出
力値である。Ｐa1とＰa2の差がＰa3であり、同様に時間
Δｔ後の（ｂ）、（ｃ）の出力値Ｐb1とＰb2の差がＰb3
である。（ｄ）は（ｂ）と（ｃ）の差分波形を表してお
り、図にあるようにＰa3とＰb3はこの差分波形上にあ
り、この両者の差が減衰量Ｐc である。また、加速度セ
ンサの故障診断パルス信号入力時の各加速度センサの出
力値の差であるＰa3は、加速度センサが正常であれば図
にあるようにＰthl とＰthh の各値の間になるような値
である。なお上述の各値Ｐthl 、Ｐthh 、Ｒthl 、Ｒth
h 、Δｔは故障診断パルス信号Ｐs および信号処理回路
の特性に基づいて求められる値である。

【００１８】上述のように本発明の第１実施例において
は、ステップ１５０にて故障診断パルス信号が入力され
た加速度センサの出力成分の値Ｐa1と外乱成分の値Ｐa2
を検出し、ステップ１７０でこの両者の差をとることに
より外乱成分を相殺し、ステップ１８０で外乱成分が相
殺された値Ｐa3が所定範囲内にあるか否かを判定してい
る。このように外乱成分を検出し、故障診断パルス信号
が入力された加速度センサの出力信号から検出された外
乱成分を相殺し、外乱成分が相殺された信号に基づいて
加速度センサの故障診断をすることで加速度センサの故
障の誤検出が防止される。

【００１９】次に、車両のエアバッグ装置用の衝突判定
装置の故障検出装置として構成された本発明の第２実施
例を図８の概略構成図に基づいて以下に説明する。な
お、第１実施例で述べた説明と重複する説明は省略す
る。加速度センサ２１および２２は第１実施例と同様の
圧電素子を用いた加速度センサであり、本実施例では図
７のように、加速度センサ２１および２２は車両の進行
方向に対して両側にそれぞれπ／４ラジアンの角度をな
すように配置されており、すべての方向の加速度を検出
することができる。上記のように加速度センサを配置す
ることにより、車両の前方からの衝突だけではなく、側
方からの衝突も検出することができる。

【００２０】エアバッグ装置２９は、第１実施例の運転
席前方に加えて運転席ドア側、助手席前方、助手席ドア
側から図示しないエアバッグが展開する構成となってい
る。駆動用トランジスタ３０、３１および３２は、それ
ぞれ電気雷管３３、３４、３５および３６への電源４０
からの通電をマイクロコンピュータ２６からの信号によ
り制御する。電気雷管３３、３４、３５および３６はそ
れぞれ運転席前方、助手席前方、運転席ドア側、助手席
ドア側に配置されたエアバッグを展開させるためのもの
である。機械式加速度センサ３７、３８および３９は、
セーフィングセンサとして機能し、実際の衝突の際には
閉成し、図示しないエアバッグがそれぞれ展開される。

【００２１】ここで、第２実施例における衝突判定方法
および衝突方向の判定方法について図９に基づいて簡単
に述べる。加速度センサ２１および２２のそれぞれの出
力を図のように大きさと方向をもつＰ1 ベクトルおよび
Ｐ2 ベクトルとしてこの両者の和をとりＰベクトルとす
る。このＰベクトルの大きさは（Ｐ1²＋Ｐ2²）の平方根
をとることにより求められ、このＰベクトルの大きさで
衝突判定を行う。衝突したと判定された場合は衝突方向
の判定が行われる。図のようにＰ1 ベクトルとＰベクト
ルのなす角度をθと定義するとθは（tan ^-1（Ｐ2 ／Ｐ
1 ））によって求められる。求められたθを予め設定さ
れた値と比較することで衝突方向が判定され、例えばθ
1 ＜θ＜θ2 の場合は正面からの衝突と判定し、θ3 ＜
θ＜θ4の場合は右側面からの衝突と判定し、θ5 ＜θ
＜θ6 の場合は左側面からの衝突と判定する。衝突方向
が判定された後、それぞれの衝突方向に対応するエアバ
ッグが展開される。

【００２２】第２実施例の衝突検出装置の加速度センサ
の故障判定ルーチンについては、図５に示されているフ
ローチャートが適用できるが、第２実施例における故障
診断時に車両が走行中の路面から受ける加速度に基づく
外乱成分のうち相殺することができる外乱成分について
は、車両の進行方向からの加速度成分についてのみに限
定される。その他のＥＭＩの影響および電源電圧の変動
に対する影響等に基づく外乱成分はすべて相殺すること
ができる。これらの外乱成分は第１実施例と同様に検出
することができ、この検出された外乱成分に基づいて診
断パルス信号が入力された加速度センサの出力信号から
外乱成分を相殺し、外乱成分が相殺された信号に基づい
て加速度センサの故障診断をすることで加速度センサの
故障の誤検出が防止される。

【００２３】また、第２実施例においては本来衝突方向
を判定するために用いている２つの加速度センサを故障
検出用にそのまま用いることができるため、新たに加速
度センサを設ける必要がないという特有の効果がある。

【００２４】また、本発明の各実施例においては、故障
診断パルス信号が入力された時の加速度センサの出力値
から外乱成分を相殺することで、信号処理回路によって
信号処理された故障診断パルス信号に基づく加速度セン
サの出力の時間Δｔ後の正確な減衰量を求めることがで
きるため、信号処理回路の故障判定も正確にできるとい
う特有の効果がある。

【００２５】また、本発明の各実施例においては、前述
の外乱成分をより正確に検出するために、加速度センサ
の近傍に前記外乱成分を検出するための加速度センサを
配置した方がよい。

【００２６】また、本発明の各実施例においては、加速
度センサの故障が検出された場合には、加速度センサが
故障であることを示す警報ランプが点灯されてもよく、
同様に信号処理回路の故障が検出された場合にも、信号
処理回路が故障であることを示す警報ランプが点灯され
てもよい。また、イグニションがオフされてもバッテリ
ー電圧が供給されて記憶内容が消滅しないＢ−ＲＡＭ
（バックアップラム）に加速度センサおよび信号処理回
路の故障を記憶させておいて、一旦エンジンを停止した
後再始動する時にも故障を示す警報ランプが点灯される
ようにしてもよいし、あるいは、車両点検時に前記Ｂ−
ＲＡＭの内容を外部に出力するようにして故障の内容が
わかるようにしてもよい。

【００２７】また、本発明の各実施例における加速度セ
ンサに入力される故障診断パルス信号については、この
信号が入力されたときの加速度センサの出力が信号処理
回路のバンドパスフィルタ等によって除去されてしまわ
ない限り任意のパルス信号を用いてもよい。

【００２８】更に、本発明の各実施例においては、加速
度センサは圧電素子型の加速度センサであるが、電気的
な信号が入力されるとその電気信号により加速度検出素
子に力が加わり、その結果あたかも加速度がセンサに加
わったような状態になり、それに応答して電気的な出力
信号を出力する限り例えばピエゾ抵抗式の加速度センサ
や静電容量式の加速度センサ等であってもよい。ピエゾ
抵抗式の加速度センサは、疑似加速度を加速度センサに
加えるための電気的な信号が入力されるとピエゾ抵抗部
の抵抗値が変化することで応答信号が出力される。静電
容量式の加速度センサは、同様な電気的な信号が入力さ
れると電極間に静電気力が働き、この力によって静電容
量が変化することで応答信号が出力される。これらの出
力信号に基づいて加速度センサの故障検出が行われる。

【００２９】更に、本発明の各実施例においては、車両
の衝突を検出してエアバッグ装置を作動させる衝突検出
装置の故障検出装置について述べたが、これ以外にも車
両の加速度を加速度センサによって検出して車両の状態
を制御する装置の加速度センサの故障検出装置について
も適用でき、例えば加速度センサを用いたアンチロック
ブレーキ装置等であってもよい。

【００３０】以上においては本発明を特定の実施例につ
いて詳細に説明したが、本発明はこれらの実施例に限定
されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実
施例が可能であることは当業者にとって明らかであろ
う。

【００３１】

【発明の効果】以上の説明より本発明によれば、加速度
センサに電気信号を入力して加速度センサの故障を診断
する場合、この電気信号に基づく出力成分とこの出力成
分以外の外乱成分が重畳した信号が加速度センサから出
力されるが、外乱成分検出手段により外乱成分を検出
し、外乱成分相殺手段によって外乱成分を電気信号が入
力された加速度センサの出力値から相殺することがで
き、この外乱成分が相殺された後の加速度センサの出力
値に基づいて故障検出を行うので、誤検出を防止するこ
とができる。

【００３２】また、本発明の加速度センサの故障検出
は、車両の走行中にも任意のタイミングで行うことがで
きるので、エンジン始動時にのみ行う場合あるいは車両
が悪路を走行していると判定すると故障診断をやめてし
まう場合等に比べて、故障検出する頻度が高いので加速
度センサの故障をいち早く検出することができるという
特有の効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による加速度センサの故障検出装置の構
成を特許請求の範囲の記載に対応させて示す説明図であ
る。

【図２】第１実施例におけるエアバッグ装置用衝突検出
装置の故障検出装置の２つの加速度センサの配置図であ
る。

【図３】第１実施例におけるエアバッグ装置用衝突検出
装置の故障検出装置を示す概略構成図である。

【図４】圧電素子を用いた加速度センサの入力端子およ
び出力端子を説明するための簡略図である。

【図５】第１実施例における故障検出ルーチンのフロー
チャートを示す図である。

【図６】故障診断パルス信号、加速度センサに故障診断
パルス信号が入力された時の加速度センサ出力波形およ
び差分波形を示す図である。

【図７】第２実施例におけるエアバッグ装置用衝突検出
装置の故障検出装置の２つの加速度センサの配置図であ
る。

【図８】第２実施例におけるエアバッグ装置用衝突検出
装置の故障検出装置を示す概略構成図である。

【図９】第２実施例におけるエアバッグ装置用衝突検出
装置の衝突および衝突方向を判定する方法を説明するた
めの図である。

【符号の説明】

１、２、２１、２２・・・加速度センサ３、４、２３、２４・・・信号処理回路６、２６・・・・・・・・マイクロコンピュータ７、８、２７、２８・・・診断パルス信号発生回路９、２９・・・・・・・・エアバッグ装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車両の加速度に基づいた信号を出力する
とともに所定の電気信号が入力された時に前記電気信号
に基づいた信号を出力する加速度センサと、該加速度セ
ンサに前記電気信号を入力する電気信号入力手段と、前
記電気信号が入力された時の前記加速度センサの出力信
号に含まれている前記電気信号に基づいて出力される信
号成分以外の外乱成分を検出する外乱成分検出手段と、
該外乱成分検出手段により検出された前記外乱成分を前
記電気信号が入力された時の前記加速度センサの出力信
号から相殺する外乱成分相殺手段と、該外乱成分相殺手
段により前記外乱成分が相殺された信号成分に基づいて
前記加速度センサの故障を検出する故障検出手段を有す
ることを特徴とする加速度センサの故障検出装置。