JPH09505149A - 加速度検出用のマイクロメカニクスセンサユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 加速度検出のためのマイクロメカニクスセンサユニットは、スパイラル・スプリング（Ｂ）及び振動質量（Ｐ）を有する少なくとも１つの振り子（Ｐ／Ｂ）と、各振り子（Ｐ／Ｂ）のための支持部（Ｅ）と、少なくとも２つの位置センサ（Ｓ）とを有している。各位置センサ（Ｓ）及びこれに対応配置された振り子（Ｐ／Ｂ）は、決まったトリガ閾値を有するスイッチを形成し、そして少なくとも２つのスイッチが、同じ加速度方向に応答する。少なくとも１つのスイッチは、センサ信号の別個のタップを有するセーフィング・センサ（ＳＳ）である。

Description

【発明の詳細な説明】 加速度検出用のマイクロメカニクスセンサユニット 本発明は、加速度検出のためのマイクロメカニクスセンサユニットに関する。 このマイクロメカニクスセンサユニットは、スパイラル・スプリングに配置され た振動質量を有する少なくとも２つの振り子を有し、振り子ごとに位置センサを 有する。各振り子及びこの位置センサは共働してスイッチを成し、各スイッチは 応答閾値を有する。この応答閾値は、スイッチの構成要素固有の特性によって決 定される。十分に大きな加速力の作用によって振り子が位置センサに到達又は接 触するやいなや、各スイッチはセンサ信号を送出する。少なくとも２つのスイッ チが１つの加速度方向に対して敏感である。センサユニットに作用する加速力が 大きくなる場合、この加速度方向に対して敏感に応答しセンサ信号を送出するス イッチの数も増加する。このようなセンサユニットによって、例えば、自動車の 乗員保護システム、例えばエアバック及びシートベルトを制御することができる 。 あるセンサユニット（ヨーロッパ特許第０５６７９３８号公開公報）では、各 スイッチは、水平な平面に配向された担体上に配置されており、スイッチのスパ イラル・スプリングの長手方向の軸に垂直な加速度に 対して敏感である。ｚ方向に十分な大きさの加速力が発生した場合、振り子は担 体の方に運動し、そこで振り子の下に配置された電極に接触し、センサ信号を発 生する。各センサ信号はメモリセルに記憶される。評価ユニットが所定の周波数 でメモリセルを読み取り、その内容を評価し、次いで場合によっては自動車の乗 員保護システムを制御する。 このような制御装置においては、評価ユニットの故障又は誤作動が乗員保護シ ステムのエラートリガを引き起こす可能性がある。 本発明の課題は、公知の装置の不利な点を回避し、特にセンサユニットを小型 化し、軽量化し、製造し易くすることである。 上記課題は、特許請求の範囲の請求項１の特徴部分記載の構成によって解決さ れる。 本発明のセンサユニットは、少なくとも１つの振り子と少なくとも２つの位置 センサとを有する。この場合、複数の位置センサが振り子の横に配置されるか、 又は位置センサそれぞれが少なくとも２つの振り子の横に配置される。振り子及 び振り子にそれぞれ対応配置された位置センサは、決まった応答閾値を有するス イッチとして共働する。マイクロスイッチのうちの少なくとも１つは、セーフィ ング・センサ（safing sensor）として使用される。このセーフィング・センサ のセンサ信号は、他のスイッチのセンサ信号とは別個 に評価される。セーフィング・センサがセンサ信号を送出しない場合には、たと え乗員保護システムのための点弧回路に点弧信号が供給されても乗員保護システ ムはトリガされない。この点弧信号は他のセンサ信号の評価に基づいて発生され 、乗員保護システムのための点弧回路に供給される。集積化されたセーフィング ・センサは低い応答閾値を有し、他のスイッチと共に大規模集積化法による同一 の方法ステップで製造される。 本発明の有利な実施態様は、従属請求項に記されている。 本発明及び本発明の改良実施例を図面に基づいて説明する。 図１は、自動車乗員保護システムのトリガのための制御装置を図示している。 図２は、センサユニットの平面図である。 本発明のセンサユニットは、マイクロメカニクス技術で製造された少なくとも １つの振り子を有している。各振り子は１つの振動質量Ｐ及び１つのスパイラル ・スプリングＢを有している（図２参照）。この振動質量Ｐは、スパイラル・ス プリングＢを介して、次の様に振動可能に支持部Ｅに固定されている。すなわち 、この振動質量Ｐは少なくともスパイラル・スプリングＢの長手方向に対して横 方向に振動変位することができ、その結果この方向の加速度に対して敏感である 様に振動可能に支持部Ｅに固定されている。この振り子は、スパイラル・スプリ ングＢ固有の慣性質量だけで形成される振動質量Ｐを有していてもよい。支持部 Ｅは、ケーシング部、フレーム又はその他の担体ＣＨ（図１）に固定されている 。 各振り子の横には少なくとも１つの位置センサＳが配置されている。図２の位 置センサＳは導電性のストッパである。振り子が位置センサＳのうちの１つに達 するか又は接触するかした場合、電流の形の電気的センサ信号が発生される。こ のセンサ信号は、準２値状態（the quasi-binary states）ＯＮとＯＦＦとを有 している。それぞれの位置センサＳ及びこれに対応配置された振り子は、スイッ チとして共働する。センサユニットは、加速度方向に対して敏感に応答する少な くとも２つのスイッチを有する。 スイッチの応答閾値は、このスイッチの幾何学的構造の特性及び構成要素固有 の特性に依存し、例えば、スパイラル・スプリングＢに沿った振動質量Ｐの配置 、静止位置にある振り子と位置センサＳとの間の間隔（図２）、スパイラル・ス プリングＢの復元力すなわちスパイラル・スプリングＢの形と設計仕様、そして 振動質量Ｐの大きさに依存する。同じ加速度方向に対する感受性能を有していて も、異なるスイッチならばスイッチの応答閾値は異なっている。センサユニット に弱い加速度が加えられた場合、ほんの少数のスイッ チがセンサ信号を送出する。センサユニットに強い加速度が加えられた場合には 、相応してより多くのスイッチがセンサ信号を送出する。この加速度方向に加わ る加速度が増加した場合でも減少した場合でも、異なるスイッチが次々にセンサ 信号を発生する。 自動車用エアバックをトリガするための制御装置（図１）は、セーフィング・ センサＳＳを有するセンサユニットＢＳならびに点弧命令ｚにより制御され固有 の決定論理を有する点弧回路ＺＫを、担体ＣＨとしてのＡＳＩＣ半導体チップ上 に有している。この点弧回路ＺＫ自体は、その端部ＡＺに自動車用エアバックを 最終的にトリガするための点弧電流を送出する。センサユニットと、このセンサ ユニットのセンサ信号を評価する評価回路μＰと、場合によっては別の回路部分 とが共に半導体チップの上にハイブリッド方式又は集積化方式で配置されるなら ば、センサユニットの容積、重量、製造コストは減少する。点弧回路ＺＫは、構 造的には評価回路μＰ、例えばマイクロプロセッサと共に１つの共通の集積回路 ユニットをＡＳＩＣチップ上に形成することもできる。 本発明においては、前述したスイッチのうちの少なくとも１つがセーフィング ・センサＳＳとして形成されている。セーフィング・センサＳＳは、他のスイッ チのセンサ信号とは別個に自動車の乗員保護システムのトリガを制御することを 任務としている。これは、 乗員保護システムの制御の信頼性を向上させるためである。セーフィング・セン サＳＳは、例えば事故の際に加速力が発生した後で短時間センサ信号を発生する ように設計されている。このために、セーフィング・センサＳＳは大きな振動質 量及び低い固有周波数を有している。点弧信号ｚと共にセーフィング・センサＳ Ｓがセンサ信号を点弧回路ＺＫに供給した場合にのみ安全装置がトリガされる。 セーフィング・センサＳＳは、その低い応答閾値にのために、概して他のスイ ッチユニットのセンサ信号より前にセンサ信号を発生する。従って、このセーフ ィング・センサＳＳのセンサ信号によって時間窓が決定される。この時間窓以内 でのみ乗員保護装置をトリガすることができる。 評価回路μＰは、他のスイッチのセンサ信号に基づいて点弧命令ｚを点弧回路 ＺＫに供給するか決定する。このために、他のスイッチのセンサ信号は、直接評 価回路μＰ、例えばマイクロプロセッサのデジタル入力側に供給されるか、又は 抵抗回路網を用いて重畳されて準アナログ加速度信号（a quasi-analog acceler ation signal）ａにされてこの形で評価回路μＰに供給される。例えばマイクロ プロセッサの故障又は道路の穴ぼこによって発生する誤った点弧命令は、セーフ ィング・センサがあるためもはや乗員保護システムのトリガを引き起こさない。 セーフィング・センサＳＳが複数のスイッチによって形成される場合、そのセ ンサ信号を抵抗回路網を用いて重畳し準アナログセーフィング・センサ信号にす ることもできる。セーフィング・センサＳＳは、他のスイッチユニットＢＳと一 緒に、同じ方法ステップによってマイクロメカニクス技術で共通の担体ＣＨの上 に、例えばＡＳＩＣ半導体モジュールの上に製造される。 セーフィング・センサも含めて各スイッチには振り子の横に配置されたテスト 素子を備え付けることができる。このテスト素子は、振り子を振動させるために 使用され、これによりすでに自動車の中に組み込まれた状態のセンサユニット／ セーフィング・センサをテストすることができる。このテスト素子は振り子とと もにキャパシタを形成する。そして、テスト素子に電圧を印加することによって 振り子に静電気力が強く作用し、その結果振り子はその位置センサＳのうちの少 なくとも１つによってセンサ信号を発生する。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９６年６月２１日 【補正内容】 請求の範囲 １．自動車の安全装置をトリガするための制御装置であって、 センサ信号（ａ）を送出する加速度センサ（ＢＳ）を有し、 前記センサ信号（ａ）を評価する評価回路（μＰ）を有し、該評価回路（μＰ ）は、点弧信号（ｚ）を点弧回路（ＺＫ）に供給するものであり、 加速度を検出するための別のセンサ信号を送出するセーフィング・センサ（Ｓ Ｓ）を有し、 同時に前記点弧信号（ｚ）と別のセンサ信号とが前記点弧回路（ＺＫ）に印加 された場合、該点弧回路（ＺＫ）によって安全装置がトリガされる制御装置にお いて、 加速度センサ（ＢＳ）は、マイクロメカニクス技術で作成されており、 前記加速度センサ（ＢＳ）は、スパイラル・スプリング（Ｂ）及び振動質量（ Ｐ）を有する少なくとも１つの振り子（Ｐ／Ｂ）と、各振り子（Ｐ／Ｂ）に対す る１つの支持部（Ｅ）と、少なくとも２つの位置センサ（Ｓ）とを有しており、 各位置センサ（Ｓ）及びこれに対応配置された振り子（Ｐ／Ｂ）は、所定のト リガ閾値を有するスイッチを形成し、 少なくとも２つのスイッチが、同じ加速度方向に応答し、 前記セーフィング・センサ（ＳＳ）はマイクロメカニクス技術で作成されてお り、 前記セーフィング・センサ（ＳＳ）は、スパイラル・スプリング（Ｂ）及び振 動質量（Ｐ）を有する振り子（Ｐ／Ｂ）と該振り子（Ｐ／Ｂ）に対する支持部（ Ｅ）と、位置センサ（Ｓ）とを有し、 該位置センサ（Ｓ）及びこれに対応配置された振り子（Ｐ／Ｂ）は、決まった トリガ閾値を有するスイッチを形成し、 加速度センサ（ＢＳ）及びセーフィング・センサ（ＳＳ）は共通の担体（ＣＨ ）上に配置されていることを特徴とする自動車の安全装置をトリガするための制 御装置。 ２．担体（ＣＨ）は、半導体チップとして形成されていることを特徴とする請 求項１記載の制御装置。 ３．点弧回路（ＺＫ）は、前記半導体チップ（ＣＨ）上に配置されていること を特徴とする請求項２記載の制御装置。 ４．評価回路（μＰ）は前記半導体チップ（ＣＨ）上に配置されていることを 特徴とする請求項３記載の制御装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．加速度を検出するためのマイクロメカニクスセンサユニットであって、 スパイラル・スプリング（Ｂ）及び振動質量（Ｐ）を有する少なくとも１つの 振り子（Ｐ／Ｂ）と、 各振り子（Ｐ／Ｂ）のための支持部（Ｅ）と、 少なくとも２つの位置センサ（Ｓ）とを有するマイクロメカニクスセンサユニ ットにおいて、 各位置センサ（Ｓ）及びこれに対応配置された振り子（Ｐ／Ｂ）は、決まった トリガ閾値を有するスイッチを形成し、 少なくとも２つのスイッチが同じ加速度方向に応答し、 少なくとも１つのスイッチは、センサ信号の別個のタップを有するセーフィン グ・センサ（ＳＳ）であることを特徴とするマイクロメカニクスセンサユニット 。 ２．評価回路（μＰ）によって処理された他のスイッチのセンサ信号は点弧回 路（ＺＫ）に供給され、 セーフィング・センサ（ＳＳ）のセンサ信号は別個に前記点弧回路（ＺＫ）に 供給されることを特徴とする請求項１記載のマイクロメカニクスセンサユニット 。 ３．センサユニット、評価ユニット（μＰ）そして 点弧回路（ＺＫ）は、共に１つの半導体チップ上にハイブリッド方式又は集積化 方式で配置されることを特徴とする請求項１記載のマイクロメカニクスセンサユ ニット。