JPH1163999A

JPH1163999A - 角速度検出装置

Info

Publication number: JPH1163999A
Application number: JP9225184A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Matsuhiro; 泰松広; Muneo Yorinaga; 宗男頼永; Takashi Ito; 岳志伊藤; Kazushi Asaumi; 一志浅海; Yoshi Yoshino; 好吉野
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 1997-08-21
Filing date: 1997-08-21
Publication date: 1999-03-05

Abstract

(57)【要約】【課題】振動型の角速度検出装置において、増幅器等
の能動素子による位相のずれに影響されないでオフセッ
ト出力を低減する。【解決手段】振動部材１には、振動部材１をｘ軸方向
に励振させるための駆動用圧電素子１０ａ、１０ｂと、
振動部材１に発生するｚ軸方向への振動を検出する検出
用圧電素子２０ａ、２０ｂと、振動部材１のｘ軸方向へ
の振動変位と同位相もしくは逆位相の調整信号を発生す
る調整用圧電素子３０ａ、３０ｂとが設けられている。
検出用圧電素子２０ａ、２０ｂからの検出信号は、差動
増幅器４２、同期検波器５５を経て角速度として検出さ
れる。検出手段２０と差動増幅器４２との間には、調整
信号を検出信号に加算または減算すべくパッド６１ａ〜
６３ａ、６１ｂ〜６３ｂにてワイヤ接続可能とした接続
手段６０が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両等に採用する
に適した振動型角速度検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、車両用振動型角速度検出装置
は、一般に図４および図５に示すように、振動子Ｓと、
各素子に信号を入出力するための信号回路１０４とを備
えている。振動子Ｓは、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸からなる直
交座標系にてｙ軸方向を軸として可動体に支持される音
叉型の振動部材１００と、この振動部材１００に貼着し
た圧電体からなる駆動用素子（駆動手段）１０１、検出
用素子（検出手段）１０２及び参照用素子（参照手段）
１０３とを備えている。

【０００３】そして、この角速度検出装置では、車両に
角速度が発生している状態で振動部材１００が駆動用素
子１０１の駆動によりｘ軸方向に振動（以下、駆動振動
という）するとき、この駆動振動に基づき振動部材１０
０にｚ軸方向に発生するコリオリ力に伴う振動（以下、
検知振動という）を検出用素子１０２により検出する。

【０００４】同時に、振動部材１００のｘ軸方向の振動
を参照用素子１０３によりモニターし、この参照用素子
１０３からの参照信号の位相を、位相調節器１０５にて
ｚ軸方向の振動変位の位相に合わせるように調整し、こ
の位相調整信号に基づき検出用素子１０２からの検出信
号を、同期検波器１０８にて同期検波して角速度として
取り出す。なお、図５中、Ｐ１〜Ｐ６は増幅器である。

【０００５】ここで、上記装置においては、振動部材１
００の加工誤差等により、駆動振動の方向（ｘ軸方向）
の乱れ等によるｚ軸方向への振動の漏れが発生する。そ
して、角速度が０の場合でも、このｚ軸方向への漏れ振
動が検出されてしまうと、検出用素子１０２の検出信号
において角速度の誤差信号（オフセット出力）となって
しまう。

【０００６】そのため上記装置では、同期検波器１０８
の前に設けられた加算器１０９にて、検出用素子１０２
の検出信号中のオフセット出力に対して、参照用素子１
０３からの参照信号を増幅器Ｐ３を通った後の参照信号
を位相調節器１０６を通して加算することでオフセット
出力の低減を行っている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、装置全
体の小型化のために、振動部材の小型化がすすみ、振動
部材の共振周波数が高く（例えば数１０ｋＨｚ）なって
きており、増幅器（オペアンプ）における位相のずれ
（位相の回転）も大きくなっている。そのため、上記の
オフセット低減方法では、増幅器Ｐ３を通った後の参照
信号の位相のずれが大きく、位相調節器１０６による位
相調整だけでは不十分であり、検出信号中のオフセット
出力の十分に低減できないという問題が生じている。

【０００８】本発明は、上記点に鑑みて、振動型の角速
度検出装置において、増幅器等の能動素子による位相の
ずれに影響されないでオフセット出力を低減することを
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】ここで、角速度Ω入力時
の検知振動はコリオリ力により発生するが、コリオリ力
Ｆは、Ｆ＝２ｍ（Ｖ×Ω）にて表される。ここで、ｍは
振動部材の質量、Ｖは駆動振動速度である。従って、振
動部材がｘ軸方向への振動変位の中心位置にある（つま
り、駆動振動速度が最大速度の状態）時に、検知振動に
よる検出用素子からの検出信号は最大となる。

【００１０】一方、参照用素子のように、振動部材にお
いて駆動用素子と同一面に位置し、駆動振動をモニター
する素子から出力される参照信号の大きさは、振動部材
の駆動振動の変位に依存するものであり、振動部材のｘ
軸方向への振動変位が最大である（つまり、駆動振動速
度が０の状態）時に最大となる。つまり、参照信号は、
振動部材のｘ軸方向への振動変位と同位相もしくは逆位
相となる。

【００１１】また、上記したように、検出用素子からの
オフセット出力は、駆動振動の方向（ｘ軸方向）の乱れ
等によるｚ軸方向への振動の漏れによるものであるた
め、その大きさは、上記の例えば参照信号と同様に、振
動部材のｘ軸方向への振動変位に依存する。従って、オ
フセット出力は、検出信号とは９０度の位相差を有して
いるが、そもそも、参照信号とは同位相もしくは逆位相
である。

【００１２】本発明者等は、この点にオフセット出力と
参照信号との位相関係に着目した。そして、信号処理回
路の手前において、検出信号に対して、参照信号と同等
の信号、すなわち振動部材のｘ軸方向への振動変位と同
位相もしくは逆位相の信号を加算もしくは減算すること
で、検出信号中のオフセット出力を減少させることとし
た。

【００１３】すなわち、請求項１記載の発明によれば、
振動部材（１）と、振動部材（１）に設けられた駆動手
段（１０ａ、１０ｂ）および検出手段（２０ａ、２０
ｂ）と、検出手段（２０ａ、２０ｂ）からの出力信号を
処理して角速度を検出する信号処理手段（４２、４２
ａ、４２ｂ、５５）とを備えた角速度検出装置におい
て、振動部材（１）のｘ軸方向への振動変位と同位相も
しくは逆位相の調整信号を発生する調整信号発生手段
（３０ａ、３０ｂ）を備え、検出手段（２０ａ）と信号
処理手段（４２、４２ａ、４２ｂ、５５）との間には、
調整信号を、検出手段（２０ａ）からの出力信号に対し
て加算もしくは減算すべくワイヤ接続可能とした接続手
段（６０）が設けられていることを特徴とする。

【００１４】それによって、振動部材のｘ軸方向への振
動変位と同位相もしくは逆位相の信号を、検出信号に対
して能動素子（例えば増幅器等）を通さず、ワイヤ接続
によって直接加算または減算するから、能動素子の影響
を受けることなくオフセット出力を低減することがで
き、良好な精度を有する角速度検出装置を提供すること
ができる。

【００１５】また、請求項２記載の発明においては、調
整信号発生手段は、振動部材（１）のｘ軸方向への振動
変位に対して、同位相の調整信号を発生する第１の調整
信号発生手段（３０ａ）および逆位相の調整信号を発生
する第２の調整信号発生手段（３０ｂ）を備えており、
接続手段（６０）は、第１および第２の調整信号発生手
段（３０ａ、３０ｂ）のどちらか一方からの調整信号を
選択し、検出手段（２０ａ）からの出力信号に対して加
算もしくは減算すべくワイヤ接続可能としたことを特徴
とする。

【００１６】上記のように、オフセット出力と参照信号
とは同位相もしくは逆位相であるから、本発明によれ
ば、検出手段（２０ａ）からの出力信号のずれに応じ
て、互いに１８０°の位相差を持った第１および第２の
調整信号発生手段（３０ａ、３０ｂ）のどちらか一方か
らの調整信号を適宜選択して、加算または減算すること
ができ、容易にオフセット出力を減少することができ
る。

【００１７】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すもの
である。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。図１及び図２は、車両用振動型角速
度検出装置に本発明が適用された一例を示している。こ
の角速度検出装置は、図１にて示すごとく、振動子Ｓを
備えており、この振動子Ｓは、音叉型板状振動部材１を
備えている。

【００１９】この振動部材１は、その板厚方向を鉛直方
向（図１にて図示ｚ軸方向）に向け、その基部２にて、
バー状支持部２ａを介し取付部Ｔに支持されている。こ
の取付部Ｔは、当該車両（可動体）の適所に固定支持さ
れている。また、振動部材１の基部２の長手方向（図１
にて図示ｘ軸方向）は、当該車両の左右方向に一致して
いる。また、この振動部材１の両振動片３、４は、基部
２の両端部から当該車両の後方（図１にて図示ｙ軸方
向）に向けて互いに平行に水平状に延出している。な
お、ｙ軸は振動部材１の軸（即ち、支持部２ａの軸）に
一致している。

【００２０】振動子Ｓは、両振動片３、４と基部２とが
同一平面を成す振動部材１の面上に、一対の駆動用圧電
素子（駆動手段）１０ａ、１０ｂと、一対の検出用圧電
素子（検出手段）２０ａ、２０ｂと、一対の調整用圧電
素子（調整信号発生手段）３０ａ、３０ｂと、一対の参
照用圧電素子（参照手段）３０ｃ、３０ｄを備えてい
る。

【００２１】一対の駆動用圧電素子１０ａ、１０ｂは、
図１にて示すごとく、基部２表面にその長手方向に沿い
平行に装着されている。ここで、一対の駆動用圧電素子
１０ａ、１０ｂに加えられる駆動信号の各位相は、互い
に１８０度異なっている。この場合、駆動用圧電素子１
０ａに加えられる駆動信号の位相が基部２をその長手方
向に縮ませる方向（伸ばす方向）の位相になっていると
き、駆動用圧電素子１０ｂに加えられる駆動信号の各位
相が基部２をその長手方向に伸ばす方向（縮ませる方
向）の位相になっている。

【００２２】これにより、振動部材１の両振動片３、４
は、各駆動用圧電素子１０ａ、１０ｂの振動に伴い、ｘ
ｙ平面内にてｘ軸方向に振動（駆動振動）する。なお、
この振動は共振振動となるように調整されている。ま
た、各振動片３、４は、図１にて示すごとく、それぞ
れ、重り部３ａ、４ａを一体に備えている。検出用圧電
素子２０ａは、振動片３の基部２側に装着されており、
一方、検出用圧電素子２０ｂは、振動片４の基部２側に
装着されている。

【００２３】これにより、振動部材１のｘ軸方向の振動
状態にて当該車両が旋回等したときに上下方向にローリ
ングすると、これにより発生する角速度に基づきコリオ
リ力が発生して両振動片３、４に作用する。このため、
振動部材１が両振動片３、４にてｚ軸方向に互いに逆位
相にて振動する。よって、一対の検出用圧電素子２０
ａ、２０ｂが、両振動片３、４のｚ軸方向の各振動を検
出する。このことは、一対の検出用圧電素子２０ａ、２
０ｂが上記コリオリ力に応じた振動を検出することを意
味する。従って、各振動片３、４がｘ軸方向への振動変
位の中心位置にある（つまり、駆動振動速度が最大速度
の状態）時に、検知振動による検出用素子２０ａ、２０
ｂからの検出信号（検出電流）は最大となる。

【００２４】一対の調整用圧電素子（第１の調整信号発
生手段）３０ａおよび調整用圧電素子（第２の調整信号
発生手段）３０ｂは、振動片３の重り部３ａ寄りに装着
されており、一方、一対の参照用圧電素子３０ｃ、３０
ｄは、振動片４の重り部４ａ寄りに装着されている。そ
して、一対の調整用圧電素子３０ａ、３０ｂは、振動片
３のｘ軸方向の振動に応じて振動し調整用電流（調整信
号）を発生し、一対の参照用圧電素子３０ｃ、３０ｄ
は、振動片４のｘ軸方向の振動に応じて振動し参照用電
流（参照信号）を発生する。

【００２５】これらの調整信号および参照信号の大きさ
は、駆動振動の変位に依存するものであり、各振動片
３、４のｘ軸方向への振動変位が最大である（つまり、
駆動振動速度が０の状態）時に最大となる。つまり、調
整信号および参照信号は、各振動片３、４のｘ軸方向へ
の振動変位と同位相もしくは逆位相となる。ここで、各
振動片３、４のｘ軸方向の振動に伴う各重り３ａ、４ａ
の振動は、各重り３ａ、４ａが、互いにｘ軸方向に離れ
たり近づいたりするように振動する。そのため、調整用
圧電素子３０ａ、３０ｂの各調整信号の位相は、互いに
１８０°の位相差を有し、参照用圧電素子３０ｃ、３０
ｄの各参照信号の位相は互いに１８０°の位相差を有し
ている。なお、このような現象は、各重り３ａ、４ａが
なくても同様に生ずる。

【００２６】次に、本実施形態の角速度検出装置の作動
について、図２のブロック図を参照して述べる。角速度
検出装置は、差動増幅器４０を備えており、この差動増
幅器４０はその正側入力端子にて、電流電圧変換器４０
ａを介して参照用圧電素子３０ｃと接続されおり、ま
た、この差動増幅器４０負側入力端子は、電流電圧変換
器４０ｂを介して参照用圧電素子３０ｄに接続されてい
る。

【００２７】そして、両参照用圧電素子３０ｃ、３０ｄ
の各参照信号が、各電流電圧変換器４０ａ、４０ｂで電
圧変換され、差動増幅器４０にて差動増幅されて差動増
幅電圧を発生する。位相調節器５０は、差動増幅器４０
の差動増幅電圧の位相を、上記コリオリ力の位相（ｚ軸
方向の振動の位相）と同位相にするように、９０度だけ
負側に調整して位相調整電圧を発生する。

【００２８】差動増幅器４２は、電流電圧変換器４２
ａ、４２ｂを介して、一対の検出用圧電素子２０ａ、２
０ｂと接続され、一対の検出用圧電素子２０ａ、２０ｂ
の各検出信号を、電圧変換し差動増幅して差動増幅電圧
を発生する。同期検波器５５は、位相調節器５０の位相
調整電圧に基づき差動増幅器４２の差動増幅電圧を同期
検波して、当該車両の角速度（即ち、振動部材１の角速
度に相当する）をヨーレート出力として発生する。

【００２９】従って、これら差動増幅器４２、電流電圧
変換器４２ａ、４２ｂおよび同期検波器５５により、検
出用圧電素子２０ａ、２０ｂの各検出信号を処理して角
速度を検出する信号処理手段が構成されている。ところ
で、検出用圧電素子２０ａと電流電圧変換器４２ａとの
間には、接続手段６０が設けられている。この接続手段
６０は、両調整用圧電素子３０ａ、３０ｂの各調整信号
を、検出用圧電素子２０ａの検出信号に、ｚ軸方向への
漏れ振動による角速度の誤差信号（オフセット出力）を
低減するように電流加算するようになっている。接続手
段６０の詳細については後述する。

【００３０】また、位相調節器５１は、差動増幅器４０
の差動増幅電圧の位相を、その誤差分の位相ずれをなく
するように調整し位相調整電圧を発生する。この位相調
節器５１の位相調整電圧に基づき、一対の駆動用圧電素
子１０ａ、１０ｂに駆動信号が加えられるが、駆動用圧
電素子１０ｂには、位相反転器５２が接続され、両駆動
信号の各位相は、互いに１８０度異なっている。

【００３１】つまり、本実施形態では、駆動用圧電素子
１０ａ、１０ｂによって、振動片３、４がｘ軸方向に駆
動振動し、この駆動振動状態を参照用圧電素子３０ｃ、
３０ｄにてモニターして、駆動用圧電素子１０ａ、１０
ｂにフィードバックするという自励発振を行っている。
そして、振動部材１が駆動振動しているときに、ｙ軸回
りの角速度が入力されることで発生する振動部材１のｚ
軸方向への検知振動を、検出用圧電素子２０ａ、２０ｂ
にて検出し、参照用圧電素子３０ｃ、３０ｄからの参照
信号にて同期検波して、角速度を求めるようになってい
る。

【００３２】次に、接続手段６０について述べる。図３
は、接続手段６０の構成を示すブロック図である。６１
ａ、６２ａおよび６３ａは、振動子側パッド（振動子側
接続手段）であり、例えば、図１における基部２あるい
は取付部Ｔ等に設けられる。６１ｂ、６２ｂおよび６３
ｂは、回路側パッド（回路側接続手段）であり、例え
ば、上記各能動素子（４０、４０ａ、４０ｂ、４２、４
２ａ、４２ｂ、５０〜５２、５５）を備える回路基板
（図示せず）等に設けられる。

【００３３】振動子側パッド６１ａは調整用圧電素子３
０ａと、振動子側パッド６２ａは検出用圧電素子２０ａ
と、振動子側パッド６３ａは調整用圧電素子３０ｂと導
通している。回路側パッド６１ｂ〜６３ｂは、直列に導
通しており、回路側パッド６２ｂは、上記の電流電圧変
換器４２ａに導通している。そして、振動子側パッド６
２ａと回路側パッド６２ｂとは、ボンディングワイヤ６
５によって結線されている。

【００３４】ここで、上述したように、振動片３、４を
駆動振動させたときには、各振動片３、４の振動変位と
の関係で、調整用圧電素子３０ａの参照信号の位相と、
調整用圧電素子３０ｂの参照信号の位相とは、互いに逆
位相となる。そのため、本実施形態では、検出用圧電素
子２０ａの検出信号（電流）のオフセットの方向がプラ
スの場合には、調整用圧電素子３０ｂの参照信号（電
流）を加算し、オフセットの方向がマイナスの場合に
は、調整用圧電素子３０ａの参照信号（電流）を加算す
る。

【００３５】それによって、オフセットがキャンセルさ
れるように、参照信号が加算されるので、オフセット出
力を低減することができる。ここで、加算手段として
は、ボンディングワイヤを用いて行うことができる。例
えば、調整用圧電素子３０ａの参照信号を加算する場合
には、振動子側パッド６１ａと回路側パッド６１ｂとを
ワイヤボンディングする。一方、調整用圧電素子３０ｂ
の参照信号を加算する場合には、振動子側パッド６３ａ
と回路側パッド６３ｂとをワイヤボンディングする。

【００３６】ここで、オフセットの方向の検出は、各装
置毎に行う。加算のためのボンディングワイヤを接続し
ない状態、すなわちボンディングワイヤ６５のみの結線
とした状態にて求め、その後、ワイヤボンディングす
る。なお、結線はワイヤボンディング以外にも、導電性
リード線のはんだ付け等でもよいし、あらかじめＡｌ配
線で結合してもよい。

【００３７】なお、加算する参照信号の大きさは、各調
整用圧電素子３０ａ、３０ｂ、各パッド６１ａ〜６３ａ
および６１ｂ〜６３ｂの面積を違えておくことで、多段
階の調整が可能とできる。以上のように、本実施形態に
よれば、振動部材１のｘ軸方向への振動変位と同位相も
しくは逆位相の信号を、検出信号に対して能動素子であ
る差動増幅器４２を通さず、ワイヤ接続によって直接加
算または減算するから、能動素子の影響を受けることな
くオフセット出力を低減することができ、良好な精度を
有する角速度検出装置を提供することができる。

【００３８】また、本実施形態によれば、検出用圧電素
子２０ａからの検出信号のオフセットの方向に応じて、
互いに１８０°の位相差を持った調整用圧電素子３０
ａ、３０ｂのどちらか一方からの調整信号を適宜選択し
て、加算または減算することができ、容易にオフセット
出力を減少することができる。なお、本例では、振動片
４側の参照用圧電素子３０ｃ、３０ｄの参照信号だけを
上記の同期検波用および駆動信号のフィードバック制御
用の信号として用いているが、さらに、振動片３側の調
整用圧電素子３０ａ、３０ｂの信号も、振動片４側の参
照用圧電素子３０ｃ、３０ｄの参照信号と同様にして用
いることができる。つまり、調整信号発生手段が参照手
段を兼ねるものであってもよい。

【００３９】また、振動片４側の参照用圧電素子３０
ｃ、３０ｄの参照信号も、振動片３側の調整用圧電素子
３０ａ、３０ｂの信号と同様に、調整手段として用いて
もよい。また、上記実施形態の振動子は、振動部材自身
が圧電体からなるものであり、その振動部材の表面に駆
動手段、参照手段、検出手段および調整手段としての複
数の電極を設けたものとしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る角速度検出装置の振動
子を示す構成図である。

【図２】上記実施形態のブロック図である。

【図３】上記実施形態の信号調整手段の構成を示すブロ
ック図である。

【図４】従来の角速度検出装置の振動子を示す構成図で
ある。

【図５】従来の角速度検出装置を示す構成図である。

【符号の説明】

１…振動部材、１０ａ、１０ｂ…駆動用圧電素子、２０
ａ、２０ｂ…検出用圧電素子、３０ａ、３０ｂ…調整用
圧電素子、３０ｃ、３０ｄ…参照用圧電素子、４２…差
動増幅器、４２ａ、４２ｂ…電流電圧変換器、５５…同
期検波器、６０…信号調整手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者伊藤岳志愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地株式会社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者浅海一志愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地株式会社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者吉野好愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸からなる直交座標系
にてｙ軸方向を軸として可動体に支持される振動部材
（１）と、前記振動部材（１）に設けられ、前記振動部材（１）を
前記ｘ軸方向に励振させるための駆動手段（１０ａ、１
０ｂ）と、前記振動部材（１）に設けられ、前記振動部材（１）の
前記ｘ軸方向への振動のもと前記可動体の角速度に応じ
て、前記振動部材（１）に発生する前記ｚ軸方向への振
動に感度を持つ検出手段（２０ａ、２０ｂ）と、前記検出手段（２０ａ、２０ｂ）からの出力信号を処理
して角速度を検出する信号処理手段（４２、４２ａ、４
２ｂ、５５）とを備えた角速度検出装置において、前記振動部材（１）の前記ｘ軸方向への振動変位と同位
相もしくは逆位相の調整信号を発生する調整信号発生手
段（３０ａ、３０ｂ）を備え、前記検出手段（２０ａ）と前記信号処理手段（４２、４
２ａ、４２ｂ、５５）との間には、前記調整信号を、前
記検出手段（２０ａ）からの出力信号に対して加算もし
くは減算すべくワイヤ接続可能とした接続手段（６０）
が設けられていることを特徴とする角速度検出装置。
【請求項２】前記調整信号発生手段は、前記振動部材
（１）の前記ｘ軸方向への振動変位に対して、同位相の
調整信号を発生する第１の調整信号発生手段（３０ａ）
および逆位相の調整信号を発生する第２の調整信号発生
手段（３０ｂ）を備えており、前記接続手段（６０）は、前記第１および第２の調整信
号発生手段（３０ａ、３０ｂ）のどちらか一方からの調
整信号を選択し、前記検出手段（２０ａ）からの出力信
号に対して加算もしくは減算すべくワイヤ接続可能とし
たことを特徴とする請求項１に記載の角速度検出装置。