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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abnormitätserfassungsvorrichtung, ein Abnormitätserfassungsverfahren und ein Abnormitätserfassungsprogramm für einen Vibrationswinkelgeschwindigkeitssensor, die eine abnorme Bedingung des Vibrationswinkelgeschwindigkeitssensors erfassen, und außerdem ein Fahrzeugsteuersystem, das die Abnormitätserfassungsvorrichtung beinhaltet.
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Ein herkömmliches Fahrzeugsteuersystem, das einen Winkelgeschwindigkeitssensor verwendet, um das Fahrzeug in einer normalen Bedingung zu halten, ist zum Beispiel ein Fahrzeugstabilitätssteuersystem, das die Bremskraft oder das Drehmoment jeweiliger Räder auf die Erfassung eines Seitenschlupfes des Fahrzeugs hin optimiert, oder ein Vierradlenkwinkelsteuersystem, das den Lenkwinkel der hinteren und/oder vorderen Räder des Fahrzeugs steuert.
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Diese Art eines herkömmlichen Steuersystems benötigt ein Gierratensignal, das den Seitenschlupf des Fahrzeugs als eine abnorme Bedingung des Fahrzeugs darstellt. Der Winkelgeschwindigkeitssensor erzeugt das Gierratensignal. Wenn das Gierratensignal abnorm ist, besteht die Möglichkeit, dass das Fahrzeug ein unvorhersagbares Verhalten zeigt und dass dementsprechend die Fahreigenschaften des Fahrzeugs instabil werden.
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Zur Lösung des obigen Problems schlägt das japanische Patent
JP-2504233 B2 die folgende Technik vor (siehe Seite 2, rechte Spalte, Zeile 45 bis Seite 3, linke Spalte, Zeile 46, und
1).
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Wenn zum Beispiel ein fahrendes Fahrzeug über einen relativ großen Stein auf einer Straße fährt, wird das Fahrzeug einem großen Stoß bzw. einer großen Erschütterung ausgesetzt. In einem derartigen Fall wird der im Fahrzeug installierte Winkelgeschwindigkeitssensor ebenfalls einem großen Stoß ausgesetzt. Die Verarbeitungsschaltung des Winkelgeschwindigkeitssensors gerät auf Grund dieses Stoßes in der Signalverarbeitung in die Sättigung, und demzufolge wird sie ein unterschiedliches oder ein weit von dem inhärenten Gierratensignal des Fahrzeugs abweichendes Signal erzeugen.
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Im Hinblick auf das oben gesagte überprüft das japanische Patent
JP-2504233 B2 , ob das Verarbeitungsschaltungssignal des Winkelgeschwindigkeitssensors einen vorbestimmten Pegel überschreitet und meldet dann die Abnormität des Winkelgeschwindigkeitssensors an das Fahrzeugsteuersystem, wenn das Verarbeitungsschaltungssignal den vorbestimmten Pegel überschreitet. Somit kann das gesamte Steuersystem stabilisiert werden.
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Im Folgenden wird das herkömmliche Abnormitätserfassungssystem, das in dem japanischen Patent
JP-2504233 B2 beschrieben ist, mit Bezug auf
6 erläutert.
6 ist ein Schaltungsdiagramm, das einen herkömmlichen Winkelgeschwindigkeitssensor und den peripheren Schaltungsaufbau gemäß diesem Stand der Technik zeigt.
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Wenn ein übermäßiger Stoß auf einen Winkelgeschwindigkeitssensor 501 einwirkt, vibriert der Winkelgeschwindigkeitssensor 501, und dementsprechend wird eine Winkelgeschwindigkeit, d. h. eine Gierrate (eine Rotationsgeschwindigkeit des Fahrzeugs um eine vertikale Achse) erzeugt. Zwei piezoelektrische Erfassungselemente 506 und 507 erfassen diese Gierrate und erzeugen ein Gierratensignal.
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Im Falle, dass ein übermäßiger Stoß oder eine übermäßige Beschleunigung einwirkt, erzeugen die piezoelektrischen Erfassungselemente 506 und 507 ein Signal, das einen höheren Spitzenwert im Vergleich zu einem gewöhnlichen Signalpegel aufweist. Demzufolge erzeugt ein AC-Verstärker 512 eine Ausgangsspannung V1 mit einem abnormen Spitzenwert. Die Beurteilungseinrichtung 516, die zwei Fenstervergleicher 516a und 516b enthält, trifft eine Entscheidung, ob die Ausgangsspannung V1 innerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegt, und gibt ein READY-Signal V4 aus, das das Entscheidungsergebnis darstellt.
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Die bestimmte Gelegenheit, bei der das erzeugte Signal unterschiedlich ist oder weit von dem inhärenten Fahrzeuggierrate abweicht, ist nicht auf die Anwendung eines derartigen übermäßigen Stoßes begrenzt. Der Winkelgeschwindigkeitssensor kann zum Beispiel eine Vibration empfangen, die die Komponenten einer Ansteuersystemresonanzfrequenz fd eines Vibratorelementes, das im Vibrationswinkelgeschwindigkeitssensor angeordnet ist, deren ungeradzahligen Harmonischen 3fd, 5fd, ..., und eine Differenzfrequenz (Δf = |fd – fs|) zwischen der Ansteuersystemresonanzfrequenz fd und einer Erfassungssystemresonanzfrequenz fs enthält. In derartigen Fällen erzeugt der Winkelgeschwindigkeitssensor möglicherweise ein Signal, das unterschiedlich ist oder weit von der inhärenten Fahrzeuggierrate abweicht. Insbesondere besteht in dem Fall, in dem der Winkelgeschwindigkeitssensor die Vibration empfängt, die eine Frequenzkomponente enthält, die Δf entspricht, wobei fd oder ein mechanischer Q-Wert des Erfassungssystems hoch ist, eine größere Wahrscheinlichkeit, dass der Winkelgeschwindigkeitssensor sogar dann ein Abnormitätssignal erzeugt, wenn der Vibrationspegel niedrig ist.
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Es wird angenommen, dass dieses daher rührt, dass die Verarbeitungsschaltung des Winkelgeschwindigkeitssensors nicht zwischen einem Winkelgeschwindigkeitssignal und einem Signal unterscheiden kann, das von der Vibration der oben beschriebenen Frequenzkomponente herrührt. Dementsprechend ist es zum Beispiel, wie es in dem japanischen Patent
JP-3037774 B2 beschrieben ist, möglich, die Vibrationsschutzstruktur eines Vibrationselementes, das im Winkelgeschwindigkeitssensor angeordnet ist, zu verbessern oder zu optimieren, sodass die Vibration, die ein Frequenzband beinhaltet, das ein Abnormitätssignal verursacht, nicht in den Winkelgeschwindigkeitssensor eingegeben werden kann (siehe Paragraphen [0007] und [0008], und
1).
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Wenn jedoch die Möglichkeit berücksichtigt werden muss, dass der Winkelgeschwindigkeitssensor außerdem die Vibration empfangen könnte, die ein weites Frequenzband aufweist, das das Abnormitätssignal verursacht, oder die Möglichkeit, dass sich die Vibrationsschutzstruktur eines Tages verschlechtern kann, ist die oben beschriebene herkömmliche Technik unzureichend, da der Winkelgeschwindigkeitssensor durch das Frequenzband, das einen fehlerhaften Ausgang verursacht, nachteilig beeinflusst werden kann.
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Die
JP 2003-021516 A beschreibt eine Messvorrichtung zum Messen einer physikalischen Größe. Die Messvorrichtung weist zwei Vibratoren, eine Vibratoransteuerschaltung und eine Erfassungsschaltung zum Verarbeiten des Vibratorausgangssignals und zum Ausgeben eines der physikalischen Größe entsprechenden Ausgangssignals auf. Die Erfassungsschaltung weist einen Detektor zum Erfassen des Ausgangssignals unter Verwendung eines Bezugssignals mit einer entsprechenden Resonanzfrequenz in einem Ansteuervibrationsmodus, einen Bandpassfilter stromauf des Detektors und einen Tiefpassfilter stromab des Detektors auf. Der Bandpassfilter lässt das Signal mit der entsprechenden Resonanzfrequenz in dem Ansteuervibrationsmodus, das in dem Ausgangssignal enthalten ist, durch. Der Tiefpassfilter entfernt das Signal mit der entsprechenden Resonanzfrequenz in dem Ansteuervibrationsmodus, das in dem Ausgangssignal des Detektors enthalten ist.
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Die
JP 11-064376 A beschreibt einen Sensorabnormalitätsdetektor in einer Fahrzeugbewegungssteuerung, die die Bewegung eines Fahrzeugs auf der Grundlage eines Erfassungswertes eines Gierratensensors und eines Horizontalbeschleunigungssensors steuert.
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Die
DE 603 17 436 T2 beschreibt ein Mikrogyroskop mit einer Schwingmasse, die über einem Wafer schwebt, um in einer ersten Richtung zu schwingen, einer Antriebselektrode, um die Schwingmasse in Schwingung zu versetzen, einer Sensormasse, die zusammen mit der Schwingmasse schwingt und sich gleichzeitig in einer zweiten Richtung bewegt, wobei die zweite Richtung senkrecht zu der ersten Richtung verläuft, und einer Sensorelektrode zum Erfassen einer Bewegung der Sensormasse relativ zu der Sensorelektrode. Das Mikrogyroskop umfasst außerdem einen Sensorelektrodenstützabschnitt, um die Sensorelektrode beweglich so zu halten, dass sich die Sensorelektrode in der zweiten Richtung mit der Sensormasse bewegen kann.
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Die
US 2002/0019719 A1 beschreibt ein Verfahren zum Erzeugen eines Aktivierungsalgorithmus zum Erfassen eines Überrollens für sicherheitsrelevante Vorrichtungen in Kraftfahrzeugen, wobei ein Kreiselsensor eingesetzt wird.
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Die
WO 03/069279 A2 beschreibt ein Kreiselnavigationssystem mit einem ersten Sensormodul zum Bereitstellen von mehreren Drehratensignalen, einem zweiten Sensormodul zum Bereitstellen von mehreren Kompensationssignalen und einem Mikrocontrollermodul zum Verarbeiten der Drehratensignale und der Kompensationssignale und zum Senden der Signale an eine Anzeige zum Anzeigen von Lageinformationen, Richtungsinformationen und Drehkoordinateninformationen.
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Die
EP 1 310 770 A1 beschreibt ein Verfahren zum Kalibrieren einer Winkelmessvorrichtung unter Verwendung einer Beschleunigungsmessvorrichtung.
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Die
DE 101 13 772 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Erfassen einer Abnormität eines Fahrzeugsensors, wobei, wenn ein Haftungsgrad eines Rads von einem Fahrzeug in Bezug auf eine Fahrbahnoberfläche geringer als ein vorbestimmter Grad ist, das Erfassen eines Vorhandenseins einer Abnormität bei einem Giergeschwindigkeitssensor, einem Querbeschleunigungssensor und einem Lenkwinkelsensor unterbunden wird.
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Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Abnormitätserfassungsvorrichtung, ein Abnormitätserfassungsverfahren und ein Abnormitätserfassungsprogramm für einen Vibrationswinkelgeschwindigkeitssensor und ein betreffendes Fahrzeugsteuersystem anzugeben, die die abnorme Bedingung erfassen können, die zu einer Fehlfunktion des Winkelgeschwindigkeitssensors führt, wodurch die Sicherheit des Fahrzeugsteuersystems verbessert und außerdem die Vibrationsschutzstruktur des Winkelgeschwindigkeitssensors vereinfacht wird.
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Zur Lösung der obigen und weiterer bezogenen Aufgaben stellt die vorliegende Erfindung eine Abnormitätserfassungsvorrichtung für einen Vibrationswinkelgeschwindigkeitssensor gemäß Anspruch 1 bereit.
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Mit dieser Anordnung kann die bestimmte Frequenzkomponente, bei der der Winkelgeschwindigkeitssensor einen fehlerhaften Ausgang erzeugen kann, auf der Grundlage eines Ausgangs des Beschleunigungssensors extrahiert werden. Wenn der Pegel dieser bestimmten Frequenzkomponente den vorbestimmten Wert überschreitet, wird festgestellt, dass der Winkelgeschwindigkeitssensor abnorm ist. Somit wird es möglich, die Sicherheit des Fahrzeugsteuersystems zu verbessern und die Vibrationsschutzstruktur des Winkelgeschwindigkeitssensors zu vereinfachen.
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Außerdem ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die bestimmte Frequenzkomponente eine Differenz aus einer Resonanzfrequenz eines Ansteuersystems, das die Ansteuerschaltung und das Vibratorelement aufweist, und einer Resonanzfrequenz eines Erfassungssystems, das die Erfassungsschaltung und das Vibratorelement aufweist.
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Mit dieser Anordnung wird es möglich, zwischen dem tatsächlichen Winkelgeschwindigkeitssignal und demjenigen Signal zu unterscheiden, das von der Vibration der bestimmten Frequenzkomponente abgeleitet wird, bei der die größere Möglichkeit besteht, dass der Winkelgeschwindigkeitssensor einen fehlerhaften Ausgang erzeugen kann (d. h. der Differenzfrequenz zwischen der Resonanzfrequenz des Ansteuersystems und der Resonanzfrequenz des Erfassungssystems).
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Außerdem sind gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Abnormitätserfassungsvorrichtung für einen Vibrationswinkelgeschwindigkeitssensor gemäß der vorliegenden Erfindung der Vibrationswinkelgeschwindigkeitssensor und der Beschleunigungssensor in demselben Gehäuse installiert.
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Mit dieser Anordnung kann die auf den Vibrationswinkelgeschwindigkeitssensor einwirkende Beschleunigung durch den Beschleunigungssensor sicher erfasst werden, wobei die abnorme Bedingung des Winkelgeschwindigkeitssensors genau erfasst werden kann.
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Außerdem stellt die vorliegende Erfindung zur Lösung der obigen Aufgabe ein Abnormitätserfassungsverfahren gemäß Anspruch 3 bereit.
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Mit diesem Verfahren kann die bestimmte Frequenzkomponente, bei der der Winkelgeschwindigkeitssensor einen fehlerhaften Ausgang erzeugen kann, auf der Grundlage eines Ausgangs des Beschleunigungssensors extrahiert werden. Wenn der Pegel dieser bestimmten Frequenzkomponente den vorbestimmten Wert überschreitet, wird festgestellt, dass der Winkelgeschwindigkeitssensor abnorm ist. Somit ist es möglich, die Sicherheit des Fahrzeugsteuersystems zu verbessern und die Vibrationsschutzstruktur des Winkelgeschwindigkeitssensors zu vereinfachen.
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Außerdem ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die bestimmte Frequenzkomponente eine Differenz aus einer Resonanzfrequenz eines Ansteuersystems, das die Ansteuerschaltung und das Vibratorelement aufweist, und einer Resonanzfrequenz eines Erfassungssystems, das die Erfassungsschaltung und das Vibratorelement aufweist.
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Mit diesem Verfahren wird es möglich, zwischen dem tatsächlichen Winkelgeschwindigkeitssignal und demjenigen Signal zu unterscheiden, das aus der Vibration der bestimmten Frequenzkomponente hergeleitet wird, bei der die Möglichkeit besteht, dass der Winkelgeschwindigkeitssensor einen fehlerhaften Ausgang erzeugen kann (d. h. der Differenzfrequenz zwischen der Resonanzfrequenz des Ansteuersystems und der Resonanzfrequenz des Erfassungssystems).
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Außerdem werden gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Abnormitätserfassungsverfahrens für einen Vibrationswinkelgeschwindigkeitssensor gemäß der vorliegenden Erfindung der Vibrationswinkelgeschwindigkeitssensor und der Beschleunigungssensor in demselben Gehäuse installiert.
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Mit diesem Verfahren kann die auf den Vibrationswinkelgeschwindigkeitssensor einwirkende Beschleunigung durch den Beschleunigungssensor sicher erfasst werden, wobei die abnorme Bedingung des Winkelgeschwindigkeitssensors genau erfasst werden kann.
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Außerdem werden gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Abnormitätserfassungsverfahrens für einen Vibrationswinkelgeschwindigkeitssensor gemäß der vorliegenden Erfindung die obigen Schritte des Abnormitätserfassungsverfahrens von einer elektrischen Schaltung, die eine Hardwareverarbeitung ausführen kann, oder von einem Computer, der eine Softwareverarbeitung gemäß einem vorbestimmten Algorithmus ausführen kann, durchgeführt.
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Mit diesem Verfahren wird es möglich, die bestimmte Frequenzkomponente zu extrahieren, bei der die Möglichkeit besteht, dass der Winkelgeschwindigkeitssensor einen fehlerhaften Ausgang erzeugen kann, auf der Grundlage des Ausgangs des Beschleunigungssensors, der von der Hardwareverarbeitung oder der Softwareverarbeitung erhalten wird. Wenn der Pegel dieser bestimmten Frequenzkomponente den vorbestimmten Wert überschreitet, wird festgestellt, dass der Winkelgeschwindigkeitssensor in einer abnormen Bedingung bzw. abnorm ist.
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Außerdem stellt die vorliegende Erfindung ein Abnormitätserfassungsprogramm gemäß Anspruch 6 bereit.
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Mit diesem Abnormitätserfassungsprogramm kann der Computer eine Feststellung treffen, ob der Geschwindigkeitssensor in einer abnormen Bedingung ist.
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Außerdem stellt die vorliegende Erfindung ein Fahrzeugsteuersystem gemäß Anspruch 7 bereit.
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Mit dieser Anordnung erfasst die Abnormitätserfassungsvorrichtung des Vibrationswinkelgeschwindigkeitssensors die abnorme Bedingung des Winkelgeschwindigkeitssensors sogar dann, wenn der Winkelgeschwindigkeitssensor in der abnormen Bedingung ist und einen fehlerhaften Ausgang erzeugt, und meldet die erfasste abnorme Bedingung an die Fahrzeugstabilitätssteuervorrichtung. Somit wird es möglich, die Sicherheit des Fahrzeugsteuersystems wie z. B. einer Bremsensteuervorrichtung für die Räder zu verbessern.
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Die obigen und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
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1 ein Schaltungsdiagramm, das eine Abnormitätserfassungsvorrichtung für einen Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
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2 ein Kurvendiagramm, das Beispiele eines Ausgangssignals Vs eines DC-Verstärkers, eines Ausgangssignals Vs1 eines ersten BPF, eines Ausgangssignals Vs2 eines zweiten BPF und einer logischen Summe der Ausgangssignale von ersten und zweiten Fenstervergleichen gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
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3 ein Blockdiagramm, das ein Fahrzeugsteuersystem gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
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4 ein Blockdiagramm, das eine Abnormitätserfassungsvorrichtung für einen Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
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5 ein Flussdiagramm, das ein Beispiel des Algorithmus zeigt, der in der in einem Mikrocomputer ausgeführten Softwareverarbeitung verwendet wird, gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und
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6 ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel eines herkömmlichen Winkelgeschwindigkeitssensors und dessen periphere Schaltungsanordnung zeigt.
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben.
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Erste Ausführungsform
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Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hinsichtlich einer Abnormitätserfassungsvorrichtung, eines Abnormitätserfassungsverfahrens und eines Abnormitätserfassungsprogramms für einen Vibrationswinkelgeschwindigkeitssensor ebenso wie eines betreffenden Fahrzeugsteuersystems mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen erläutert.
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1 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Abnormitätserfassungsvorrichtung für einen Vibrationswinkelgeschwindigkeitssensor, im Folgenden auch nur als Winkelgeschwindigkeitssensor bezeichnet, gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Ein Trägheitssensor 100, der an einem Fahrzeug angebracht ist, enthält einen Winkelgeschwindigkeitssensor 1, einen G-Sensor bzw. Beschleunigungssensor 10 und eine Feststellungsschaltung 20, die gemeinsam in demselben Gehäuse untergebracht sind.
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In den vergangenen Jahren wurden der Winkelgeschwindigkeitssensor 1 und der Beschleunigungssensor 10 zur Verbesserung der Unterbringung oder zum Zwecke der Standardisierung zusammen in einem einzigen Gehäuse als notwendige Komponenten des Fahrzeugsteuersystems installiert, um kooperativ als Trägheitssensor 100 zu arbeiten.
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Der Winkelgeschwindigkeitssensor 1 besteht aus einem Vibratorelement 2, einer Erfassungsschaltung 3 und einer Ansteuerschaltung 4. Das Vibratorelement 2 weist z. B. eine Gabelform auf und wird durch die Ansteuerschaltung 4 angesteuert, die ein piezoelektrisches Ansteuerelement enthält, um zu bewirken, dass das Vibratorelement 2 mit einer vorbestimmten Resonanzfrequenz vibriert. Wenn eine Winkelgeschwindigkeit in das Vibratorelement 2 eingegeben wird, wird eine Corioliskraft erzeugt. Die Erfassungsschaltung 3, die ein piezoelektrisches Erfassungselement enthält, erfasst eine Vibrationskomponente. Die Winkelgeschwindigkeit wird auf der Grundlage einer Verschiebung des Vibratorelements 2 in einer Erfassungsrichtung normal zur Vibrationsrichtung des Vibrationselementes 2 erfasst. Der Winkelgeschwindigkeitssensor 1 erzeugt ein Gierratensignal Vyaw, dass das Erfassungsergebnis der erfassten Vibrationskomponente darstellt. Hinsichtlich der Erfassung der Winkelgeschwindigkeit ist der Vibrationswinkelgeschwindigkeitssensor nicht auf das oben beschriebene gabelförmige Vibrationselement 2 beschränkt, sondern es können auch entsprechend andere Vibrationselemente verwendet werden. Es kann z. B. ein Kapazitätsvibratorelement verwendet werden, das durch ein maschinelles Mikroverfahren hergestellt wird.
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Der Beschleunigungssensor 10 besteht aus einem G-Erfassungselement 11, einem DC-Verstärker 12 und einem Tiefpassfilter 13. Das G-Erfassungselement 11 ist z. B. vom Spannungsempfindlichkeitstyp, erfasst eine Beschleunigung (d. h. G), wenn die Beschleunigung von außen einwirkt, und erzeugt eine Ausgangsspannung, die das Erfassungsergebnis darstellt. Zur Aufnahme der für das Fahrzeugsteuersystem benötigten Frequenzkomponenten verstärkt der DC-Verstärker 12 die Ausgangsspannung des G-Erfassungselementes 11 und erzeugt ein Ausgangssignal Vs. Der Tiefpassfilter 13 entfernt unnötige Hochfrequenzkomponenten des Ausgangssignals Vs des DC-Verstärkers 12 und gibt ein G-Signal VG aus.
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Hinsichtlich der Erfassung der Beschleunigung ist das G-Erfassungselement 11 nicht auf den oben beschriebenen Spannungsempfindlichkeitstyp beschränkt, sondern es können entsprechend auch ein Element vom Ladungsempfindlichkeitstyp oder irgendein anderer Typ von Erfassungselement verwendet werden. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf irgendein bestimmtes Erfassungsverfahren beschränkt. Außerdem ist es möglich, einen einzigen oder mehrere Beschleunigungssensoren 10 anzuordnen, um Vibrationen in Rückwärts- und Vorwärts-, Rechts- und Links-, und Aufwärts- und Abwärtsrichtungen zu erfassen, wodurch eine genaue Beschleunigungserfassung realisiert wird. Außerdem wird das Ausgangssignal Vs des DC-Verstärkers 12 der Feststellungsschaltung 20 zugeführt. Auf der Grundlage des eingegebenen Ausgangssignals Vs extrahiert die Feststellungsschaltung 20 eine bestimmte Vibrationsfrequenzkomponente (d. h. eine Ansteuersystemresonanzfrequenz fd oder eine Differenzfrequenz Δf = |fd – fs| zwischen der Ansteuersystemresonanzfrequenz fd und einer Erfassungssystemresonanzfrequenz fs), bei der die Möglichkeit besteht, dass der Winkelgeschwindigkeitssensor 1 einen fehlerhaften Ausgang erzeugen kann. Die Feststellungsschaltung 20 enthält einen ersten Bandpassfilter 21 (im Folgenden als erster BPF 21 bezeichnet), einen zweiten Bandpassfilter 22 (im Folgenden als zweiter BPF 22 bezeichnet), einen ersten Fenstervergleicher 23, einen zweiten Fenstervergleicher 24 und einen Hochziehwiderstand (pull-up resistor) R.
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Das Ausgangssignal Vs des DC-Verstärkers 12 wird dem ersten BPF 21 zugeführt, dessen Mittelfrequenz f0 auf die Ansteuersystemresonanzfrequenz fd eingestellt ist (d. h. f0 = fd). Das Ausgangssignal Vs des DC-Verstärkers 12 wird außerdem dem zweiten BPF 22 zugeführt, dessen Mittelfrequenz f0 auf die Differenzfrequenz Δf eingestellt ist (d. h. f0 = Δf). Der erste BPF 21 extrahiert die Frequenzkomponenten in der Nähe der Ansteuersystemresonanzfrequenz fd und erzeugt ein Ausgangssignal Vs1. Außerdem extrahiert der zweite BPF 22 die Frequenzkomponenten in der Nähe der Differenzfrequenz Δf und erzeugt ein Ausgangssignal Vs2. Die ersten und zweiten BPFs 22 und 21 extrahieren nämlich jeweils vorbestimmte Frequenzkomponenten aus einem zugeführten Signal und dienen kooperativ als Frequenzkomponentenextraktionseinrichtung der vorliegenden Erfindung. Gemäß dieser Ausführungsform extrahiert die Feststellungsschaltung 20 (d. h. erste und zweite BPFs 21 und 22) die Ansteuersystemresonanzfrequenz, die das Ansteuersystem des Winkelgeschwindigkeitssensors betrifft, und die Differenzfrequenz zwischen der Ansteuersystemresonanzfrequenz und der Erfassungssystemresonanzfrequenz. Es ist jedoch auch möglich, entweder die Ansteuersystemresonanzfrequenz oder die Differenzfrequenz aus dem Ausgangssignal Vs des DC-Verstärkers 12 zu erfassen. Außerdem kann die Feststellungsschaltung 20 irgendeine Frequenzkomponente extrahieren, bei der die Möglichkeit besteht, dass der Winkelgeschwindigkeitssensor einen fehlerhaften Ausgang erzeugen kann.
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Das Ausgangssignal Vs1 des ersten BPF 21 wird dem ersten Fenstervergleicher 23 zugeführt, in dem vorbestimmte Bezugsspannungen Vr1 und Vr2 (< Vr1) im Voraus eingestellt sind. Das Ausgangssignal Vs2 des zweiten BPF 22 wird dem zweiten Fenstervergleicher 24 zugeführt, in dem vorbestimmte Bezugsspannungen bzw. Spannungspegel Vr3 und Vr4 (< Vr3) im Voraus eingestellt sind. Die ersten und zweiten Fenstervergleicher 23 und 24 wirken als Schaltung zur Überprüfung, ob die Spannungsänderung einen vorbestimmten Bereich überschreitet.
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Genauer gesagt erfasst, wie es später mit Bezug auf 2 beschrieben wird, der erste Fenstervergleicher 23 die Bedingung, dass das Ausgangssignal Vs1 des ersten BPF 21 der Beziehung Vs1 > Vr1 oder Vs1 < Vr2 genügt, und der zweite Fenstervergleicher 24 erfasst die Bedingung, dass das Ausgangssignal Vs2 des zweiten BPF 22 der Beziehung Vs2 > Vr3 oder Vs < Vr4 genügt. Eine Summe der Ausgänge der ersten und zweiten Fenstervergleicher 23 und 24 wird als eine logische Summe (OR) erfassbar, die am Hochziehwiderstand R auftritt als ein Diagnosesignal Vd ausgegeben wird. Das Diagnosesignal Vd dient als ein Signal zum Melden der abnormen Bedingung des Winkelgeschwindigkeitssensors 1.
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Die oben beschriebene Feststellungsschaltung 20 wird wie folgt betrieben.
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2 ist ein Kurvendiagramm, das Beispiele des Ausgangssignals Vs des DC-Verstärkers 12, des Ausgangssignals Vs1 des ersten BPF 21, des Ausgangssignals Vs2 des zweiten BPF 22 und des Diagnosesignals Vd, das die logische Summe (OR) der Ausgangssignale der ersten und zweiten Fenstervergleicher 23 und 24 darstellt, gemäß der ersten Ausführungsform der ersten Erfindung zeigt.
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Das in 2 gezeigte Ausgangssignal Vs ist ein Signal, das von dem DC-Verstärker 12 erzeugt wird und das anschließend dem Tiefpassfilter 13 im Beschleunigungssensor zugeführt wird. Das Ausgangssignal Vs enthält ein Hochfrequenzsignal in Abhängigkeit von den Frequenzeigenschaften des G-Erfassungselementes 11. Außerdem braucht nicht erwähnt zu werden, dass das Ausgangssignal Vs die Frequenzkomponenten in der Nähe der Ansteuersystemresonanzfrequenz fd (d. h. das Frequenzband von fd) oder in der Nähe der Differenzfrequenz Δf zwischen der Ansteuersystemresonanzfrequenz und der Erfassungssystemresonanzfrequenz (d. h. das Frequenzband von Δf) enthält, bei denen der Winkelgeschwindigkeitssensor einen fehlerhaften Ausgang erzeugen kann.
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Andererseits ist das Ausgangssignal Vs1 ein Signal, das von dem ersten BPF 21 erzeugt wird, der die Frequenzkomponenten benachbart zur Frequenz fd extrahiert. Das Ausgangssignal Vs2 ist ein Signal, das von dem zweiten BPF 22 erzeugt wird, der die Frequenzkomponente benachbart zur Frequenz Δf extrahiert. In diesem Fall wird die Mittelfrequenz f0 des ersten BPF 21 auf die Ansteuersystemresonanzfrequenz fd des Winkelgeschwindigkeitssensors eingestellt, und die Mittelfrequenz f0 des zweiten BPF 22 wird auf die Differenzfrequenz Δf zwischen der Ansteuersystemresonanzfrequenz und der Erfassungssystemresonanzfrequenz des Winkelgeschwindigkeitssensors eingestellt. Dementsprechend besitzt das Ausgangssignal Vs1 diejenige Frequenzkomponente in der Nähe der Ansteuersystemresonanzfrequenz fd, und das Ausgangssignal Vs2 besitzt diejenige Frequenzkomponente in der Nähe der Differenzfrequenz Δf zwischen der Ansteuersystemresonanzfrequenz und der Erfassungssystemresonanzfrequenz des Winkelgeschwindigkeitssensors.
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Der erste Fenstervergleicher 23 überprüft, ob das Ausgangssignal Vs1 einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, während der zweite Fenstervergleicher 24 überprüft, ob das Ausgangssignal Vs2 einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet. Genauer gesagt erzeugt der erste Fenstervergleicher 23 ein Ausgangssignal vom Lo(GND)-Pegel, wenn das Ausgangssignal Vs1 größer als die Bezugsspannung Vr1 oder kleiner als die Bezugsspannung Vr2 ist, und ansonsten ein Ausgangssignal vom Hi(Vcc)-Pegel. Ähnlich erzeugt der zweite Fenstervergleicher 24 ein Ausgangssignal vom Lo(GND)-Pegel, wenn das Ausgangssignal Vs2 größer als die Bezugsspannung Vr3 oder kleiner als die Bezugsspannung Vr4 ist, und ansonsten ein Ausgangssignal vom Hi(Vcc)-Pegel. Das Diagnosesignal Vd, das die logische Summe (OR) der Ausgangssignale der ersten und zweiten Fenstervergleicher 23 und 24 darstellt, wird ein Ausgangssignal vom Lo(GND)-Pegel, das die Abnormität des Winkelgeschwindigkeitssensors meldet, wenn die Ansteuersystemresonanzfrequenz fd von einem vorbestimmten Bereich abweicht, der durch die vorbestimmten Schwellenwertpegel definiert ist, oder wenn die Differenzfrequenz Δf zwischen der Ansteuersystemresonanzfrequenz und der Erfassungssystemresonanzfrequenz von einem vorbestimmten Bereich abweicht, der durch die vorbestimmten Schwellenwertpegel definiert ist.
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Auf diese Weise erfasst die Feststellungsschaltung 20 die Vibration, die dem Frequenzband von fd oder dem Frequenzband von Δf entspricht, bei denen die Möglichkeit besteht, dass der Winkelgeschwindigkeitssensor aufgrund einer Fahrzeugvibration oder anderen Einflüssen einen fehlerhaften Ausgang erzeugt, wenn eine derartige Vibration auf einen Winkelgeschwindigkeitssensor 1 einwirkt. Danach erzeugt die Feststellungsschaltung 20 das Diagnosesignal Vd, das das Erfassungsergebnis darstellt. Das Diagnosesignal Vd wird dem Fahrzeugsteuersystem zugeführt, um die abnorme Bedingung des Winkelgeschwindigkeitssensors 1 zu melden.
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3 ist ein Blockdiagramm, das ein Fahrzeugsteuersystem gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Das in 3 gezeigte Fahrzeugsteuersystem besteht aus dem oben beschriebenen Trägheitssensor 100, einer Fahrzeugstabilitätssteuervorrichtung 60, die den Fahrzeugbremsbetrieb auf der Grundlage des Gierratensignals Vyaw und anderen Signalen steuert, und einem Stellglied 70, das das Bremsen und Ansteuern der Räder durchführt (d. h. Anpassung des Raddrehmomentes und der – bremsgröße). Wenn der Trägheitssensor 100 der Fahrzeugstabilitätssteuervorrichtung 60 die abnorme Bedingung des Winkelgeschwindigkeitssensors 1 meldet, unterbricht die Fahrzeugstabilitätssteuervorrichtung 60 den Betrieb des Stellgliedes 70 oder führt andere notwendige Steuerungen aus. Somit kann die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verhindern, dass die Fahrzeugstabilisierungssteuerung von der abnormen Bedingung des Winkelgeschwindigkeitssensors 1 nachteilig beeinflusst wird.
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Zweite Ausführungsform
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Im Folgenden wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. 4 ist ein Blockdiagramm, das eine Abnormitätserfassungsvorrichtung für einen Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Ein Trägheitssensor 200, der am Fahrzeug angebracht ist, enthält einen Winkelgeschwindigkeitssensor 1, einen G-Sensor bzw. Beschleunigungssensor 10, einen Mikrocomputer (d. h. einen Computer) 30 und eine Kommunikationsansteuerung 40, die gemeinsam in demselben Gehäuse untergebracht sind. In den vergangenen Jahren bestand zum Zwecke der Standardisierung die Tendenz, dass der Trägheitssensor 200 zum Ausgeben von digitalen Signalen gefordert wird, die z. B. in einen CAM (Controller Area Network) oder einem vergleichbaren seriellen Kommunikationssystem verwendet werden. Dementsprechend beinhaltet der Trägheitssensor 200 zusätzlich zum Winkelgeschwindigkeitssensor 1 und dem Beschleunigungssensor 10 den Mikrocomputer 30. Unter Verwendung des Mikrocomputers 30 wird es möglich, die Frequenzkomponenten durch Ausführung der Softwareverarbeitung (Softwareprogramm) wie z. B. der FFT(d. h. schnelle Fouriertransformations)-Verarbeitung ohne Hinzufügen irgendeiner Hardwareschaltung wie z. B. der Feststellungsschaltung 20 der ersten Ausführungsform der 1 zu extrahieren.
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Der Winkelgeschwindigkeitssensor 1 und der Beschleunigungssensor 10 der in der 4 gezeigten Ausführungsform sind identisch zu dem Winkelgeschwindigkeitssensor 1 und dem Beschleunigungssensor 10 der ersten Ausführungsform der 1. Das Gierratensignal Vyaw des Winkelgeschwindigkeitssensors 1 wird einem ADC(d. h. Analog/Digital-Wandler)-Eingangsanschluss des Mikrocomputers 30 zugeführt. Auf ähnliche Weise werden das G-Signal Vg und das Ausgangssignal Vs des Beschleunigungssensors 10 (im Folgenden als Ausgangssignal Vs bezeichnet) den ADC-Eingangsanschlüssen des Mikrocomputers 30 zugeführt. Der Mikrocomputer 30 führt die Frequenzanalyse des Signals Vsd (d. h. digitalisiertes Signal des Ausgangssignals Vs) aus, das einen durch eine Softwareabtastverarbeitung erhaltenen digitalen Wert aufweist.
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Danach extrahiert der Mikrocomputer 30 die Frequenzkomponente, bei der die Möglichkeit besteht, dass der Winkelgeschwindigkeitssensor 1 einen fehlerhaften Ausgang erzeugen kann, und bewirkt, dass die Kommunikationsansteuerung 40 dem Fahrzeugsteuersystem die abnorme Bedingung des Winkelgeschwindigkeitssensors 1 über das serielle Kommunikationssystem meldet. Wenn das Fahrzeugsteuersystem diese Meldung empfängt, unterbricht die Fahrzeugstabilitätssteuervorrichtung 60 den Betrieb des Stellgliedes 70 oder führt andere notwendige Steuerungen aus. Wie es in der ersten Ausführungsform erläutert wurde, steuert die Fahrzeugstabilitätssteuervorrichtung 60 den Fahrzeugbremsbetrieb auf der Grundlage des Gierratensignals Vyaw und anderen Signalen, und das Stellglied 70 führt den Brems- und Ansteuerungsbetrieb der Räder (d. h. Anpassung des Raddrehmomentes und der -bremsgröße) aus. Somit kann die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verhindern, dass die Fahrzeugstabilisierungssteuerung durch die abnorme Bedingung des Winkelgeschwindigkeitssensors 1 nachteilig beeinflusst wird.
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Im Folgenden wird der Algorithmus, der in der im Mikrocomputer 30 ausgeführten Softwareverarbeitung verwendet wird, erläutert.
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5 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel des Algorithmus zeigt, der in der vom Mikrocomputer 30 ausgeführten Softwareverarbeitung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, zeigt.
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Im Schritt S401 wird das Ausgangssignal Vs mit einem Intervall von 1/(fd × n)s A/D-gewandelt, um insgesamt n Daten von Vsd(0), Vsd(1), ... Vsd(i), ..., und Vsd(n – 1) in Bezug auf das Signal Vsd zu erhalten, das ein digitales Signal des Ausgangssignals Vs ist. Genauer gesagt wird die Periode der Frequenz fd (d. h. 1/fd)s in insgesamt n Zeitschlitze bzw. Zeitabschnitte unterteilt, und es wird die Intensität des Signals Vsd in einem jeweiligen geteilten Zeitschlitz erhalten.
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Danach wird im Schritt S402 die Berechnung auf der Grundlage der folgenden Gleichungen (A) und (B) ausgeführt, um Xs und Xc als eine Summe der Multiplikation der n Daten von Vsd(0) bis Vsd(n – 1) mit den Sinus- und Kosinus-Daten einer vollständigen Periode zu erhalten. Xs = ΣVsd(i) × cos[2π/(n – 1) × i] (A) Xc = ΣVsd(i) × sin[2π/(n – 1) × i] (B)
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Außerdem wird die Berechnung im Schritt S403 auf der Grundlage der folgenden Gleichung (C) ausgeführt, um Xfd als Quadratwurzel aus der Summe von Xs2 und Xc2 zu erhalten, wodurch der Betrag Xfd der Frequenzkomponente fd, die in dem Ausgangssignal Vs enthalten ist, berechnet wird. Xfd = √/(Xs2 + Xc2) (C)
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Danach wird im Schritt S404 der berechnete Xfd mit einem vorbestimmten Wert Vr verglichen. Wenn die Beziehung Xfd > Vr zutrifft (d. h. JA im Schritt S404), wird festgestellt, dass die Vibration, die das Frequenzband der Frequenz fd enthält, auf den Winkelgeschwindigkeitssensor 1 einwirkt, und dementsprechend wird im Schritt S405 ein Abnormitätsflag gesetzt. Wenn andererseits die Beziehung Xfd ≤ Vr zutrifft (d. h. NEIN im Schritt S404), wird im Schritt S406 das Abnormitätsflag zurückgesetzt. Auf diese Weise ermöglicht es die zweite Ausführungsform durch den vom Mikrocomputer 30 verwendeten Algorithmus, das zum Diagnosesignal der ersten Ausführungsform äquivalente Signal (d. h. ein Signal, das die abnorme Bedingung des Winkelgeschwindigkeitssensor meldet) zu berechnen.
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Die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist nicht auf den oben beschriebenen Algorithmus beschränkt, sondern es können auch andere Algorithmen zur Erfassung der abnormen Bedingung des Winkelgeschwindigkeitssensors 1 auf der Grundlage des Ausgangssignals Vs verwendet werden. Zum Beispiel ist es möglich, die Feststellungsschaltung 20 der ersten Ausführungsform durch die vergleichbare Softwareverarbeitung zu ersetzen. Der Bandpassfilter, der eine zur Frequenz fd äquivalente Mittelfrequenz aufweist, kann durch einen digitalen Filter auf der Grundlage der Softwareverarbeitung ersetzt werden. Entsprechend diesem System wird der Ausgangswert mit einem regulierten Wert verglichen, um festzustellen, ob der Winkelgeschwindigkeitssensor 1 in einer abnormen Bedingung ist.
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Außerdem ist es möglich, die in der ersten Ausführungsform beschriebene Hardwareverarbeitung mit der in der zweiten Ausführungsform beschriebenen Softwareverarbeitung zu kombinieren. Es ist z. B. möglich, die ersten und zweiten BPFs 21 und 22 der 1 zu verwenden, um die bestimmte Frequenzkomponente zu extrahieren, und den Mikrocomputer 30 der 4 zu verwenden, um den Pegel der extrahierten Frequenzkomponente festzustellen.
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Auf jeden Fall kann die vorliegende Erfindung durch den in der ersten Ausführungsform erläuterten Hardwareaufbau und auch durch den in der zweiten Ausführungsform erläuterten Softwareaufbau realisiert werden. Gemäß der oben beschriebenen ersten Ausführungsform sind der Winkelgeschwindigkeitssensor 1, der Beschleunigungssensor 10 und die Feststellungsschaltung 20 in demselben Trägheitssensor 100 untergebracht. Gemäß der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform sind der Winkelgeschwindigkeitssensor 1, der Beschleunigungssensor 10 und der Mikrocomputer 30 in demselben Trägheitssensor 200 untergebracht. Alternativ ist es möglich, jeweilige Bestandteile oder Komponenten unabhängig voneinander anzuordnen. Es ist jedoch wünschenswert, dass der Winkelgeschwindigkeitssensor 1 und der Beschleunigungssensor 10 benachbart zueinander angeordnet sind, um die abnorme Bedingung des Winkelgeschwindigkeitssensors 1 auf der Grundlage des Signals des Beschleunigungssensors 10 wirksam zu erfassen. In dieser Hinsicht ist die Unterbringung des Winkelgeschwindigkeitssensors 1 und des Beschleunigungssensors 10 in einem Gehäuse ideal.
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Wie es oben erläutert ist, extrahiert die vorliegende Erfindung die bestimmte Frequenzkomponente, bei der die Möglichkeit besteht, dass der Winkelgeschwindigkeitssensor einen fehlerhaften Ausgang erzeugen kann, auf der Grundlage eines Ausgangs des Beschleunigungssensors und stellt fest, dass der Winkelgeschwindigkeitssensor 1 in einer abnormen Bedingung ist, wenn der Pegel der bestimmten Frequenzkomponente einen vorbestimmten Pegel überschreitet. Somit ist es möglich, die Sicherheit des Fahrzeugsteuersystems zu verbessern und die Vibrationsschutzstruktur des Winkelgeschwindigkeitssensors 1 zu vereinfachen.