JPH10104267A - 加速度センサの自己診断方法 - Google Patents

加速度センサの自己診断方法

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JPH10104267A
JPH10104267A JP8255814A JP25581496A JPH10104267A JP H10104267 A JPH10104267 A JP H10104267A JP 8255814 A JP8255814 A JP 8255814A JP 25581496 A JP25581496 A JP 25581496A JP H10104267 A JPH10104267 A JP H10104267A
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JP
Japan
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self
acceleration
movable electrode
diagnosis
voltage
Prior art date
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Pending
Application number
JP8255814A
Other languages
English (en)
Inventor
Masanori Kubota
正則 久保田
Yasuhiro Asano
保弘 浅野
Terumi Nakazawa
照美 仲沢
Masahiro Matsumoto
昌大 松本
Keiji Hanzawa
恵二 半沢
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Hitachi Car Engineering Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH10104267A publication Critical patent/JPH10104267A/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P2015/0805Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
    • G01P2015/0822Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass
    • G01P2015/0825Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass
    • G01P2015/0828Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass the mass being of the paddle type being suspended at one of its longitudinal ends

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  • Pressure Sensors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】センサの増幅回路のゲインがばらついても、診
断特性のばらつきが小さく、正確なセンサの自己診断を
可能とし、常に高い信頼性を確保することが可能な加速
度センサを提供する。 【解決手段】ゲイン調整値(増幅率)と連動して自己診
断電圧が変えるよう、また、少なくとも一つのゲイン調
整値(増幅率)を基準に、自己診断電圧を変えるように
した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車の衝突を検
出し、エアバッグを開いて搭乗者の身体を保護するエア
バッグシステムに係り、特に、自動車の衝突を検出する
加速度センサの自己診断方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、エアバッグシステムのキーセ
ンサである種々の加速度センサ、及びその自己診断の方
法が知られている。
【0003】例えば、センサの構造や特性に関しては、
特開平6−148234 号公報や、特開平6−281667 号公報が
ある。これらは、センサ自身を診断する自己診断機能を
有することが記載されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来のエアバッグシス
テムのキーセンサである、加速度センサの自己診断方法
としては、センサが動作しているか否かの診断にとどま
っていた。例えば、検出部の製造上のばらつきにより、
増幅回路部にてゲイン(増幅率)を調整する。この場
合、増幅率を変えれば、診断特性はばらつき、正確さに
ついて考慮されていなかった。つまり、診断特性の信頼
性に課題があった。
【0005】本発明の目的は、センサの増幅回路のゲイ
ン(増幅率)がばらついても、診断特性のばらつきが小
さく、正確なセンサの自己診断を可能とし、常に高い信
頼性を確保することが可能な加速度センサを提供するこ
とにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明はゲイン調整値(増幅率)と連動して自己診
断電圧を変えるように構成した。
【0007】また、少なくとも一つのゲイン調整値(増
幅率)を基準に、自己診断電圧を変えるように構成し
た。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図面を
参照して説明する。図1は、本発明の加速度センサのブ
ロック図である。図2はゲイン調整値(増幅率)と自己
診断電圧との関係を表す説明図。
【0009】半導体容量式加速度センサ1は、加速度検
出部2,カスタムIC21,ハイブリッドIC22より
構成される。さらに、カスタムIC21は、容量検出部
3,増幅部4,制御部5より構成される。ハイブリッド
IC22には、加速度検出部2,カスタムIC21がマ
ウントされ、さらに、コンデンサCa,Cb,Cc,C
dが半田付けにより配置される。
【0010】この時、コンデンサCa,Cbは回路動作
の他に、図示のように、加速度検出部2の位置決め用と
しても使用される。コンデンサCa,Cbは半田の電極
パターンにより位置が決まる。図示の場合、Caにより
加速度検出部2の側面の位置が決まり、Cbにより下部
の位置が決まる。
【0011】加速度検出部2は、ガラス,シリコン,ガ
ラスの三層サンドイッチ構造よりなる。中央のシリコン
層6には重錘の機能を有する可動電極7と、これを支持
するシリコンカンチレバー8が、シリコンを両面からエ
ッチングして一体形成される。このシリコンカンチレバ
ー8は単数、または、複数で構成される。一方、両側の
ガラス層9,10には、可動電極7に対向して上下に一
対の固定電極11,12を配置している。固定電極1
1,12は、アルミニウム等の金属材よりなり、それぞ
れ、ガラス層9,10に蒸着その他適宜の方法により形
成される。
【0012】そして、このような加速度検出部2を構成
する場合には、ガラス層9,10に設けた固定電極1
1,12と可動電極7とを位置合わせして、ガラス層
9,10にシリコン層6を介して平行配置し、ガラス層
9,10の各々とシリコン層6を陽極接合する。このよ
うにして、可動電極7を介在させた状態で、固定電極1
1,12が対向配置されるが、可動電極7と各固定電極
11,12間には初期ギャップdoが確保される。
【0013】可動電極7、及び固定電極11,12は、
容量検出部3と電気的に接続されている。図示しない車
両に加わる加速度の大きさと方向に応じて、図示の例で
は上下方向に加速度が加わると、可動電極7は慣性力に
よって加速度と逆方向に移動する。例えば、可動電極7
が下側に移動したとすると、可動電極7と固定電極11
間の静電容量C1は小さくなり、反対の可動電極7と固
定電極12間の静電容量C2は大きくなる。
【0014】図3は可動電極7の変位に対する静電容量
C1,C2及びC1とC2の差分△Cの関係を示す特性
図である。横軸に可動電極7の変位Xを示し、初期ギャ
ップdoを保持する中立点を零とし、正方向の変位は可
動電極7が固定電極11側に移動した状態を、負方向の
変位は可動電極7が固定電極12側に移動した状態を表
す。
【0015】図3からも明かなように、可動電極7が固
定電極11側に移動する程、静電容量C1が大きくな
り、逆に固定電極12側に移動する程、静電容量C2が
大きくなる。また、静電容量C1,C2の差分△Cもこ
れに対して、中立点を零とし、それぞれ正方向,負方向
に大きくなる。つまり、C1,C2,△Cのいずれか一
つを検出することにより可動電極7の変位、言い替えれ
ば、加速度を知ることができる。但し、このC1,C
2,△Cのいずれも非線形特性(非直線性)を有する。
【0016】加速度検出部2の構造、特に可動電極7と
各固定電極11,12間の初期ギャップdo,可動電極
7の質量,可動電極7の面積のばらつきにより、この非
線形特性の大きさ(直線性の大きさ)は、ばらつく。こ
の初期ギャップdo,可動電極7の質量,可動電極7の
面積は製造上ばらつきを有する。
【0017】次に、容量検出部3の動作について図4,
図5に基づき説明する。図4は容量検出部3の詳細回
路、図5は容量検出部3の動作を示すタイムチャートで
ある。図5中、(イ)〜(ホ)はそれぞれの動作を示す動
作波形である。これらの波形は制御部5で制御される。
【0018】スイッチ15は通常オン状態(φR)にあ
り、容量Cfであるコンデンサ16を放電させ、演算増
幅器17の出力VcをVR1にする。固定電極11に印
加する第一の矩形波V1の立ち上がり、固定電極12に
印加する第二の矩形波V2の立ち下がりにほぼ同期して
スイッチ15がオフ状態になる。すると、C1は充電さ
れC2は放電される。この時、C1からCfに移動する
電荷Q1(充放電時に流れる電流により電荷が移動する
ように見える)、及びC2からCfに移動する電荷Q2
は次式のようになる。
【0019】
【数1】 Q1=C1*VR1 …(数1)
【0020】
【数2】 Q2=−C2*VR1 …(数2) ここで、VR1は第一の矩形波V1,第二の矩形波V2
の振幅値である。また、容量Cfに蓄えられる電荷Qf
は、Q1,Q2の和になるから次式となる。
【0021】
【数3】 Qf=Q1+Q2 …(数3) さらに、容量Cfの両端の電圧Vf,演算増幅器17の
出力Vcは次式となる。
【0022】
【数4】
【0023】
【数5】
【0024】この電圧Vcを、サンプルホールド回路1
8のスイッチ19を一定時間オン(φS)にし、コンデ
ンサ20に充電し、演算増幅器17の出力Vcをサンプ
リングすることにより、静電容量C1,C2の差分△C
を電圧Vsとして検出する。このことにより、加速度検
出部2に作用する加速度を電気的に検出することができ
る。さらに、電圧Vsを増幅部4に入力し、オフセット
調整回路101,ゲイン調整回路100で、所定の電圧
値Voに調整する。
【0025】なお、このような構成にすることにより、
加速度検出部2は、高加速度(例えば、±50G:1G
=9.8m/s2)を、高周波(例えば、2kHz)まで
検出できる。また、静電容量C1,C2の差分を検出す
るため、加速度に比例し、温度特性に優れた出力電圧V
oを得ることができる。
【0026】つまり、自動車の衝突によって生じる急激
な衝突加速度を検出することで自動車の衝突を検出でき
る。
【0027】次に、半導体容量式加速度センサ1の自己
診断動作について図1,図2,図6,図7を基に説明す
る。図6は自己診断電圧Vdを加速度検出部2へ印加し
た状態を示す。図7は加速度Gと自己診断電圧Vdの関
係を示す特性図である。
【0028】加速度検出部2の可動電極7と固定電極1
2間へある自己診断電圧Vd1を印加すると、静電気力
により可動電極7は移動する。これは、加速度検出部2
へ加速度G1が加わった状態に等しくなる。また、自己
診断電圧Vd1を可動電極7と固定電極11間へ印加す
れば、前述の加速度G1をプラスの加速度とすれば、マ
イナスの加速度−G1が加わった状態に等しくなる。
【0029】つまり、可動電極7と固定電極12間と可
動電極7と固定電極11間へ交互に自己診断電圧Vdを
印加し、半導体容量式加速度センサ1の出力電圧Voを
モニタすることにより正負の加速度に対し自己診断をす
ることが可能となる。
【0030】ここで、図2を基に、ゲイン調整値(増幅
率)と自己診断電圧との関係を説明する。電圧制御部1
02にて、ゲイン調整回路100のゲイン調整値(増幅
率)G1,G2,G3に対応した、自己診断電圧Vdを
それぞれ、Vd1,Vd2,Vd3に制御する。本実施
例の場合、増幅率が大きくなるほど自己診断電圧Vdの
値を小さくする。
【0031】一方、半導体容量式加速度センサ1の、通
常の加速度検出を検出するモードと自己診断モードの切
り替えは、図1に示すように、制御信号S1で与えられ
る。例えば、制御信号S1がローレベルの時は、スイッ
チSW1をオンし、可動電極7と固定電極11,12間
へ交互に自己診断電圧Vdを印加し、自己診断モードに
する。自己診断電圧Vdは、可動電極7が十分応答する
低周波の矩形波信号の振幅値である。この場合、低周波
の矩形波信号は外部からクロック信号S2として入力さ
れる。制御信号S1がハイレベルの時は、スイッチSW
1をオフし、比較的高周波の矩形波信号を固定電極1
1,12に印加し、通常の加速度検出を検出するモード
にする。
【0032】これらの動作から、加速度検出部2に直接
加速度を加えなくても、静電気力により強制的に可動電
極に変位を与え、等価的な加速度印加状態を得ることが
できる。よって、等価的な加速度とセンサの出力特性の
関係がもとまる。
【0033】ここで、コンデンサCa,Ccは、ノイズ
キラーやフィルタ用、Cbは、ローパスフィルタ用、C
dは、昇圧電圧用である。これらのコンデンサは、通常
電気回路として使用しているものである。
【0034】さらに、半導体容量式加速度センサ1は、
電源供給用の電源Vcc,出力電圧Vo,回路のグラン
ドGND,制御信号S1,クロック信号S2用のそれぞ
れの端子を備える。
【0035】
【発明の効果】本発明によれば、ゲイン調整値(増幅
率)と連動して自己診断電圧を変えるように構成したた
め、自己診断特性のばらつきが小さく、正確なセンサの
自己診断を可能とし、常に高い信頼性を確保することが
可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の加速度センサのブロック図。
【図2】ゲイン調整値と自己診断電圧との関係を表す説
明図。
【図3】可動電極の変位に対する静電容量C1,C2及
びC1とC2の差分△Cの関係を示す特性図。
【図4】容量検出部の回路図。
【図5】容量検出部の動作を示すタイミングチャート。
【図6】自己診断電圧Vdを加速度検出部へ印加した状
態を示す説明図。
【図7】加速度Gと自己診断電圧Vdの関係を示す特性
図。
【符号の説明】
1…半導体容量式加速度センサ、2…加速度検出部、3
…容量検出部、4…増幅部、5…制御部、7…可動電
極、8…シリコンカンチレバー、11,12…固定電
極、21…カスタムIC、22…ハイブリッドIC、1
00…ゲイン調整回路、101…オフセット調整回路、
102…電圧制御部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 仲沢 照美 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者 松本 昌大 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 半沢 恵二 茨城県ひたちなか市高場2477番地 株式会 社日立カーエンジニアリング内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】センサのゲイン調整回路を備え、上記セン
    サ自身の自己診断機能を有する加速度センサにおいて、
    ゲイン調整値と連動して自己診断電圧を変えるように構
    成したことを特徴とする加速度センサの自己診断方法。
  2. 【請求項2】センサのゲイン調整回路を備え、上記セン
    サ自身の自己診断機能を有する加速度センサにおいて、
    少なくとも一つのゲイン調整値を基準に、自己診断電圧
    を変えるように構成したことを特徴とする加速度センサ
    の自己診断方法。
  3. 【請求項3】請求項1または2において、上記自己診断
    電圧は、上記センサ自身の自己診断に使用する加速度セ
    ンサの自己診断方法。
JP8255814A 1996-09-27 1996-09-27 加速度センサの自己診断方法 Pending JPH10104267A (ja)

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JP8255814A JPH10104267A (ja) 1996-09-27 1996-09-27 加速度センサの自己診断方法

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003521675A (ja) * 1999-03-17 2003-07-15 インプット/アウトプット,インコーポレーテッド センサ
JP5304652B2 (ja) * 2008-04-04 2013-10-02 パナソニック株式会社 加速度センサ

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003521675A (ja) * 1999-03-17 2003-07-15 インプット/アウトプット,インコーポレーテッド センサ
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