-
HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
-
(Technischer Gegenstand)
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung einer
physikalischen Größe, welche
mit einem kapazitiven Sensor ausgestattet ist, sowie ein Verfahren
zur Erfassung einer physikalischen Größe, welches in der Erfassungsvorrichtung durchgeführt wird,
und welche auf die Erfassung einer physikalischen Größe, beispielsweise
einer Beschleunigung, gerichtet sind und insbesondere auf ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur Erfassung der physikalischen Größe, welche
in der Lage sind, eine Selbstdiagnose bezüglich eines Anhaftphänomens durchzuführen, welches
zwischen Elektroden bewirkt wird, die in dem kapazitiven Sensor
enthalten sind.
-
(Stand der Technik)
-
In
den letzten Jahren hat das menschliche Sicherheitsbewußtsein bei
Kraftfahrzeugen beachtlich zugenommen, so daß ein Airbag-System als Grundausstattung
in Fahrzeuge eingebaut wird. Aufgrund dieser Situation ist eine
hohe Nachfrage nach kompakten Beschleunigungssensoren höherer Genauigkeit
und höherer
Zuverlässigkeit
als Sensor zur Erfassung eines Fahrzeugzusammenstoßes entstanden.
-
Ein
Beschleunigungssensor umfaßt
verschiedene Arten von Sensoren abhängig davon, wie die Beschleunigung
zu erkennen ist, beispielsweise einen Sensor des piezoelek trischen
Typs und einen Sensor des kapazitiven Typs. Den Hauptanteil machen
Beschleunigungssensoren des kapazitiven Typs aus, da der Sensor
mit einigen Vorteilen hergestellt werden kann, beispielsweise höherer Erkennungsempfindlichkeit
und geringerer Temperaturdrift.
-
Ein
Halbleiter-Beschleunigungssensor des kapazitiven Typs ist als ein
Typ für
derartige Sensoren vorhanden. Dieser Beschleunigungssensor ist mit
einem Paar von festen Elektroden und einer beweglichen Elektrode
ausgestattet, welche so angeordnet sind, daß sie jeder festen Elektrode
gegenüberliegt
und zwischen den festen Elektroden ist. Die bewegliche Elektrode
dient als ein bewegliches Bauteil, welches abhängig von Amplituden einer Beschleunigung
verschoben werden kann, welche auf den Sensor einwirkt. Ein Differenzkondensator
wird zwischen den beiden variablen Kondensatoren gebildet, von denen
jeder aus der beweglichen Elektrode und einer der festen Elektroden
aufgebaut ist. Kapazitätsänderungen
in dem Differenzkondensator werden als Signale erfaßt, welche
die angelegte Beschleunigung angeben.
-
In
Fällen,
bei denen ein derartiger Sensor des kapazitiven Typs Beschleunigungen
mit überhoher
Amplitude erfährt
oder sich im Herstellungsprozeß befindet,
kann ein Phänomen
auftreten, welches Anhaftphänomen
genannt wird und welches es unmöglich
oder schwierig macht, die bewegliche Elektrode von einer festen
Elektrode abzulösen,
nachdem sich die bewegliche Elektrode an der festen Elektrode angeheftet
hat. In einem Anhaftzustand der beweglichen Elektrode an einer festen
Elektrode ist eine genaue Beschleunigungserkennung schwierig. Somit
ist es notwendig, eine Selbstdiagnose bezüglich möglicher Anhaftphänomene durchzuführen, um
zu erkennen, ob die normale Erkennung durchgeführt werden kann oder nicht.
-
Einige
Sensortypen, welche mit der obigen Schwierigkeit umgehen, wurden
bereits vorgeschlagen. Ein Typ von Sensor, der in der japanischen
Patentoffenlegung Nr. 8110355 vorgeschlagen ist, ist ein Sensor
des kapazitiven Typs, der die Funktion des Bestimmens hat, daß ein von
dem Sensor ausgegebenes Beschleunigungssignal einen wahren Wert
hiervon zeigt; es zeigte sich eine fehlerhafte Erkennung seitens
des Sensors oder Ergebnisse aufgrund eines fehlerhaften Betriebs
eines elektrischen Gerätes,
welches das Signal zu verarbeiten hatte.
-
Ein
anderer Typ von Sensor, der bereits von der vorliegenden Anmelderin
in der japanischen Patentoffenlegung Nr. 202-040047 vorgeschlagen
wurde, wurde bereits als Winkelgeschwindigkeitssensor realisiert.
Dieser Sensor hat eine Selbstdiagnosefunktion, um zu diagnostizieren,
ob der Sensor ein genaues Signal ausgibt oder nicht, ohne daß Anschlußkissen
notwendig sind, welche der Selbstdiagnose zugeordnet sind, oder
eine weitere Elektrode notwendig ist, welche der Erzeugung einer
elektrostatischen Anziehung zugeordnet ist.
-
Die
voranstehenden bekannten Sensoren haben jedoch nach wie vor den
Nachteil, daß die
den Sensoren zu eigene Selbstdiagnose nur dann durchgeführt werden
kann, wenn das bewegliche Bauteil bis zu einem Betrag verschoben
wird, daß ein
Ausgangssignal von dem Sensor innerhalb eines bestimmten Pegels
beschränkt
ist. Mit anderen Worten, es ist ein unerwarteter Umstand bei herkömmlichen Sensoren,
eine überhohe
Beschleunigung aufnehmen zu müssen,
so daß die
herkömmlichen
Sensoren nicht dahingehend getestet werden können, ob das bewegliche Bauteil
in der Lage ist, sicher in seine Ausgangslage zurückzukehren
oder nicht, wenn die bewegliche Elektrode erheblich verschoben wird,
um eine feste Elektrode zu berühren.
-
Zusätzlich kann
die Beobachtung von Sensorzuständen
vor und nach der Anwendung einer überhohen Beschleunigung mittels
eines Schlagtests durchgeführt
werden, der real eine überhohe
Beschleunigung auf einen Sensor ausübt. Dieser Test macht jedoch
einige Schwierigkeiten, da eine Vorrichtung für den Test groß baut und
macht eine nicht vernachlässigbare
Zeit notwendig, da er mechanisch durchgeführt wird. Somit ist es in der
Praxis annähernd
unmöglich,
alle im großen
Maßstab
hergestellten Sensoren zu testen.
-
ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung der obengenannten
Schwierigkeiten gemacht und es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung einer physikalischen
Größe, beispielsweise
einer Beschleunigung, bereitzustellen, welche in der Lage sind,
die Anhaftcharakteristik einfach selbst zu diagnostizieren (selbst
zu testen), welche einem jeden kapazitiven Sensor inhärent ist,
der sich in der Vorrichtung befindet, wobei die Selbstdiagnose durchgeführt wird,
wenn das Anheften mit Sicherheit unter der Annahme bewirkt wird,
daß eine
physikalische Größe überhoher
Amplitude an der Vorrichtung angelegt worden ist.
-
Zur
Lösung
der genannten Aufgabe ist gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur Erfassung
einer physikalischen Größe vorgesehen.
Die Vorrichtung weist einen kapazitiven Sensor, einen Einstellschaltkreis
und einen Erkennungsschaltkreis auf. von diesen ist der kapazitive
Sensor mit einer ersten festen Elektrode und einer zweiten Elektrode
ausgestattet, welche aufeinander zuweisend angeordnet sind, wobei
eine bewegliche Elektrode zwischen den ersten und zweiten festen Elektroden
angeordnet ist und in Antwort auf die physika lische Größe beweglich
ist und zwischen der ersten und zweiten festen Elektrode jeweils
auf diese zuweisend liegt. Der Einstellschaltkreis stellt zunächst eine
erste Vorspannung ein, welche zwischen die erste feste Elektrode
und die bewegliche Elektrode angelegt ist und eine zweite Spannungein,
welche zwischen die bewegliche Elektrode und die zweite feste Elektrode
angelegt ist, so daß die
bewegliche Elektrode in Kontakt mit entweder der ersten oder der zweiten
festen Elektrode gebracht wird. Der Einstellschaltkreis stellt dann
die ersten und zweiten Vorspannungen so ein, daß die bewegliche Elektrode
in ihre Ausgangslage zurückkehrt.
Der Erkennungsschaltkreis erkennt ein Ausgangssignal entsprechend
einer Kapazitätsbeziehung
zwischen den ersten und zweiten festen Elektroden und der beweglichen
Elektrode. Das Ausgangssignal wird einer Bestimmung unterworfen,
ob das Ausgangssignal gestört
ist, wenn ein Testmodus der Vorrichtung angewiesen wird.
-
Wenn
somit im Testmodus die bewegliche Elektrode an einer festen Elektrode
anhaftet, nachdem die ersten und zweiten Vorspannungen eingestellt
wurden, um die bewegliche Elektrode in ihre Ausgangslage zurückzuführen, zeigt
das Ausgangssignal von dem Erkennungsschaltkreis einen Wert unterschiedlich
zu dem normalen. Unter Verwendung dieses Ausgangssignals ist es
möglich,
zu bestimmen, daß ein
Anhaftphänomen
zwischen der beweglichen Elektrode und einer festen Elektrode aufgetreten
ist. Infolgedessen kann die Vorrichtung geschaffen werden, welche
in der Lage ist, die Anhaftcharakteristik leicht selbst zu diagnostizieren
(selbst zu testen), welche einem jeden kapazitiven Sensor inhärent ist,
der sich in der Vorrichtung befindet. Die Selbstdiagnose kann somit
durchgeführt
werden, wobei das Anhaften mit Sicherheit auf der Grundlage der
Annahme durchgeführt
wird, daß eine
physikalische Größe überhoher
Amplitude an die Vorrichtung angelegt worden ist.
-
Als
zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur
Erfassung einer physikalischen Größe unter Verwendung eines kapazitiven Sensors
geschaffen, der mit einer ersten festen Elektrode und einer zweiten
festen Elektrode ausgestattet ist, welche aufeinander zuweisend
angeordnet sind, sowie einer beweglichen Elektrode, welche zwischen den
ersten und zweiten festen Elektroden angeordnet ist und in Antwort
auf die physikalische Größe beweglich
ist und zwischen den ersten und zweiten festen Elektroden auf diese
zuweisend angeordnet ist. Das Verfahren weist einen Schritt des
ersten Einstellens einer ersten Vorspannung zum Anlegen zwischen
die erste feste Elektrode und die bewegliche Elektrode und einer
zweiten Spannung zum Anlegen zwischen die bewegliche Elektrode und
die zweite feste Elektrode auf, so daß die bewegliche Elektrode in
Kontakt mit einer der ersten und zweiten festen Elektroden gebracht
wird; einen Schritt des zweiten Einstellens der ersten und zweiten
Vorspannungen, um die bewegliche Elektrode in eine Ausgangslage hiervon
zurückzubringen,
wobei die erste Einstellung vor der zweiten Einstellung erfolgt;
und einen Schritt des Erkennens eines Ausgangssignals entsprechend einer
Kapazitätsbeziehung
zwischen den ersten und zweiten festen Elektroden und der beweglichen
Elektrode. Das Ausgangssignal wird der Bestimmung unterworfen, ob
das Ausgangssignal gestört
ist oder nicht, wenn ein Testmodus angewiesen wird.
-
Somit
können
die gleiche Vorteile wie bei der voranstehenden Erfassungsvorrichtung
erhalten werden.
-
Als
dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein fahrzeugseitiges
Airbag-System geschaffen, mit einer Air bag-Einheit, die in einem
Fahrzeug angeordnet ist und so ausgebildet ist, daß sie einen
Airbag aufweist; einer Vorrichtung zur Erfassung einer physikalischen
Größe, welche
eine physikalische Größe als ein
Signal erfaßt,
welches die erfaßte
physikalische Größe angibt;
und einer Steuerung, welche eine Entfaltung des Airbags in Antwort
auf das von der Erfassungseinheit ausgegebene Signal steuert. Die Vorrichtung
zur Erfassung der physikalischen Größe weist einen kapazitiven
Sensor mit einer ersten festen Elektrode und einer zweiten festen
Elektrode, die aufeinander zuweisend angeordnet sind, und einer beweglichen
Elektrode auf, die zwischen den ersten und zweiten festen Elektroden
in Antwort auf die physikalische Größe beweglich und auf die ersten
und zweiten festen Elektroden zuweisend angeordnet ist; einen Einstellschaltkreis
zum ersten Einstellen einer ersten Vorspannung, die zwischen die
erste feste Elektrode und die bewegliche Elektrode angelegt wird
und einer zweiten Vorspannung, die zwischen die bewegliche Elektrode
und die zweite feste Elektrode angelegt wird, so daß die bewegliche
Elektrode in Kontakt mit einer der ersten und zweiten festen Elektroden
gebracht wird und dann zum Einstellen der ersten und zweiten Vorspannungen,
um die bewegliche Elektrode in ihre Ausgangsposition zurückzubewegen,
wobei die erste Einstellung vor der zweiten Einstellung erfolgt;
einen Erkennungsschaltkreis zur Erkennung eines Signals entsprechend
einer Kapazitätsbeziehung
zwischen den ersten und zweiten festen Elektroden und der beweglichen
Elektrode; und eine Bestimmungseinheit auf zur Bestimmung, ob das
von dem Erkennungsschaltkreis erkannte Ausgangssignal beim Abschluß der zweiten
Einstellung gestört
ist oder nicht.
-
Auch
bei diesem fahrzeugseitigen Airbag-System wird die Erfassungsvorrichtung
für die physikalische
Größe angeordnet,
so daß die
gleichen Vorteile erreicht werden können, wie diejenigen, welche
bei der voranstehenden Erfassungsvorrichtung erhalten werden.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNG
-
Weitere
Einzelheiten und Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich
aus der folgenden Beschreibung und den Ausführungsformen unter Bezugnahme
auf die beigefügte
Zeichnung, in der:
-
1 ein Blockdiagramm ist,
welches den Aufbau einer kapazitiven Erfassungsvorrichtung für eine Beschleunigung
gemäß einer
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung darstellt, wobei die Erfassungsvorrichtung
eine Selbstdiagnosefunktion bezüglich
des Anhaftphänomens
hat;
-
2 ein Zeitdiagramm ist,
zur Erläuterung der
Arbeitsweise des kapazitiven Beschleunigungssensors der Ausführungsform;
-
3 ein vereinfachtes Blockdiagramm
ist, welches ein fahrzeugseitiges Airbag-System zeigt, das den kapazitiven
Beschleunigungssensor verwendet; und
-
4 ein Blockdiagramm ist,
welches den Aufbau einer kapazitiven Beschleunigungserfassungseinheit
gemäß einer
Abwandlung der vorliegenden Ausführungsform
zeigt, wobei die Erfassungseinheit eine Selbstdiagnosefunktion für das Anhaftphänomen hat.
-
GENAUE BESCHREIBUNG
BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Bezugnehmend
auf die beigefügte
Zeichnung werden bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung nun beschrieben.
-
(Erste Ausführungsform)
-
Bezugnehmend
auf die 1 bis 2 wird eine kapazitive Beschleunigungserfassungsvorrichtung gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung nun beschrieben. In der ersten Ausführungsform
wird die Erfassungsvorrichtung für
eine physikalische Größe der vorliegenden
Erfindung in der Praxis als kapazitive Beschleunigungserfassungsvorrichtung
umgesetzt.
-
1 zeigt in Blockdiagrammdarstellung den
Aufbau der kapazitiven Beschleunigungserfassungsvorrichtung 1,
die in der Lage ist, in einem Selbstdiagnosemodus einen Test bezüglich des
Anhaftphänomens
durchzuführen.
So ein Test wird daher häufig "Anhaft-Selbstdiagnose" oder einfach "Anhafttest" genannt.
-
Die
kapazitive Beschleunigungserfassungsvorrichtung 1 ist mit
einem kapazitiven Sensor 10 und einem Erkennungsschaltkreis 100 versehen,
der elektrisch mit dem Sensor 10 verbunden ist. Der kapazitive
Sensor 10 weist zwei feste Elektroden 11 und 12 und
eine einzelne bewegliche Elektrode 13 auf. Der Erkennungsschaltkreis 100 ist
dafür ausgelegt,
eine Beschleunigung (d.h., eine Art von physikalischer Größe) auf
der Grundlage von Änderungen
in der elektrischen Ladung des kapazitiven Sensors 10 zu
erfassen. Solche Änderungen
ergeben sich in Antwort auf Bewegungen der beweglichen Elektrode 13.
-
Der
kapazitive Sensor 10 kann als jeglicher Typ hergestellt
werden, so lange zwei Steuerspannungssignale CW1 und CW2, deren
Polaritäten
periodisch zwischen niedrigen und hohen Pegeln und entgegengesetzt
zueinander umgekehrt werden, an die festen Elektroden 11 und 12 angelegt
werden, so daß eine
Beschleunigung auf der Grundlage von Änderungen der elektrischen
Ladung in Antwort auf Bewegun gen des beweglichen Sensors 13 erkannt
werden kann. Den festen Elektroden 11 bzw. 12 des
Sensors 10 werden die Steuerspannungssignale CW1 bzw. CW2
zugeführt.
-
Der
Erkennungsschaltkreis 100 ist mit verschiedenen Schaltkreisen
ausgestattet wie in 1 gezeigt.
Diese verschiedenen Schaltkreise umfassen einen Ladungs/Spannungs-Wandlerschaltkreis
(CV) 20, einen Abtast- und
Halteschaltkreis (SH) 30, einen Filterschaltkreis 40,
einen Verstärkungsfaktoreinstellschaltkreis 50,
einen Energieversorgungsschaltkreis 60, einen Steuerschaltkreis 70,
einen Schalterschaltkreis 80 und einen Taktgenerator 90.
-
Von
diesen Schaltkreisen hat der CV-Wandlerschaltkreis 20 einen
Eingangsanschluß,
der elektrisch mit der beweglichen Elektrode 13 des kapazitiven
Sensors 10 verbunden ist und der SH-Schaltkreis 30 hat
einen Eingangsanschluß,
der elektrisch mit einem Ausgangsanschluß des CV-Wandlerschaltkreises 30 verbunden
ist. Ein Ausgangsanschluß des
SH-Schaltkreises 30 ist elektrisch mit einem Eingangsanschluß des Filterschaltkreises 40 verbunden,
der auch einen Ausgangsanschluß hat, der
elektrisch mit einem Eingangsanschluß des Verstärkungsfaktoreinstellschaltkreises 50 verbunden ist.
-
Weiterhin
ist der Energieversorgungsschaltkreis 60 so ausgelegt,
daß er
drei Spannungstypen von 7[V], Vcc (z.B. 5[V] und Vcc/2 an notwendige Bauteile
der kapazitiven Beschleunigungserfassungsvorrichtung 1 liefert.
Der Steuerschaltkreis 70 hat die Fähigkeit, verschiedene Steuersignale
an notwendige Bauteile der Erfassungsvorrichtung 1 zu liefern.
Der Schalterschaltkreis 80 hat eine Ausgestaltung, mit
der selektiv Spannungen von Vcc/2 und Vcc (oder 7[V]) umgeschaltet
werden, wobei diese Ausgestaltungen schaltbare Anschlüsse A und
B beinhaltet, an wel che die Spannungen von Vcc/2 und Vcc (oder 7[V])
jeweils geliefert werden. Der Taktgenerator 90 erzeugt
ein Taktsignal zur Zufuhr an den Steuerschaltkreis 70.
-
Der
CV-Wandlerschaltkreis 20 ist aus einem Ladungsverstärker zum
Wandeln einer Menge an elektrischer Ladung, welche von der beweglichen Elektrode 13 in
dem kapazitiven Sensor 10 erfaßt worden ist, in ein Spannungssignal,
aufgebaut. Der Ladungsverstärker
hat einen Operationsverstärker 22,
einen Kondensator 24 und einen elektrischen Schalter 26.
Der Operationsverstärker 22 hat
einen nicht invertierenden Eingangsanschluß, der elektrisch mit der beweglichen
Elektrode 13 verbunden ist und einen invertierenden Eingangsanschluß, der elektrisch
mit einem Ausgang des Schalterschaltkreises 80 verbunden
ist. Sowohl der Kondensator 24 als auch der Schalter 26 sind
parallel zueinander angeordnet und verbinden den Ausgang und den
nicht invertierenden Eingangsanschluß des Verstärkers 22. Zusätzlich wird
der Schalter 26 durch ein Signal SW, welches von dem Steuerschaltkreis 70 kommt, ein-/ausgeschaltet. Über den
Schalterschaltkreis 80 empfängt der invertierende Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 22 entweder
das Spannungssignal Vcc/2 oder eine Anhafttestspannung Vcc (oder 7[V]).
Wenn die Energieversorgungsspannung Vcc 5[V] beträgt, wird
Vcc/2 zu 2,5[V], Mittelspannung genannt. Die Anhafttestspannung
von 7[V] ist ein Wert, der vorab bestimmt wird, so daß die Selbstdiagnose für das Anhaftphänomen in
einer Art Bereitschaft durchgeführt
werden kann.
-
Der
Schalterschaltkreis 80 ist so ausgelegt, daß er auf
ein Modusumschaltsignal MS anspricht, welches von dem Steuerschaltkreis 70 ausgegeben wird,
so daß die
Eingangsanschlüsse
A und B selektiv eingeschaltet werden. Der Modus besteht aus zwei
Moden eines Meßmodus
zur Messung der Beschleunigung, welche auf gleiche Weise wie üb lich durchgeführt wird
und einem Selbstdiagnosemodus für
den Anhafttest. Wenn von dem Modusumschaltsignal MS der Meßmodus angewiesen
wird, schaltet der Schalterschaltkreis 80 die Mittenspannung
Vcc/2 über
den Anschluß A,
wohingegen, wenn der Selbstdiagnosemodus vom Signal MS angewiesen
wird, der Schalterschaltkreis 80 die Spannung Vcc als Testspannung über den
Anschluß B
schaltet. Anstelle der Spannung von Vcc selbst kann die Spannung 7[V],
also höher
als die Spannung Vcc verwendet werden.
-
Der
SH-Schaltkreis 30 ist dafür ausgelegt, sowohl ein Abtastzeitsteuersignal
SH vom Steuerschaltkreis 70 als auch ein Ausgangssignal
vom CV-Wandlerschaltkreis 20 zu empfangen, um das Ausgangssignal
mit einem festgelegten Zeitverhalten durch das Steuersignal SH abzutasten
und zu halten.
-
Der
Filterschaltkreis 40 ist mit einem Vorfilter 42,
einem geschalteten Kondensatorfilter (SCF) 44, und einem
Nachfilter 46 ausgestattet. von diesen Filtern hat der
Vorfilter 42 einen Eingangsanschluß, der elektrisch mit dem SH-Schaltkreis 30 verbunden
ist. Der SCF 44 hat einen Eingangsanschluß, der elektrisch
mit einem Ausgangsanschluß des
Vorfilters 42 verbunden ist, um selektiv nur bestimmte
Frequenzkomponenten des empfangenen Signals in Antwort auf einen
Treibertakt FC zu übertragen,
der von dem Steuerschaltkreis 70 empfangen wird. Somit
ist der SH-Schaltkreis 30 in der Lage, bestimmte Frequenzkomponenten
aus dem Ausgang des SH-Schaltkreises 30 zu entnehmen. Der
Verstärkungsfaktoreinstellschaltkreis 50 hat
eine Ausgestaltung zur Einstellung des Pegels eines Ausgangs vom
SH-Schaltkreis 30 abhängig
von einem Steuersignal OL, welches zum Steuerschaltkreis 70 kommt.
-
In
Verbindung mit den 1 und 2 wird die Arbeitsweise der
kapazitiven Beschleunigungserfassungsvorrichtung 1 nun
erläutert.
-
Diese
kapazitive Beschleunigungserfassungsvorrichtung 1 ändert ihren
Betriebsmodus in Antwort auf einen Betriebsmodusbefehl OM, der dem Steuerschaltkreis 70 von
außen
der Erfassungsvorrichtung 1 her zugeführt wird. Während der Steuerschaltkreis 70 noch
den Betriebsmodusbefehl zu empfangen hat, der einen bestimmten Betriebsmodus
der Erfassungsvorrichtung 1 angibt, arbeitet der Schaltkreis 70 im
Meßmodus,
um eine Beschleunigung zu messen, welche in der Erfassungsvorrichtung 1 erzeugt
wurde. Weiterhin, wenn der Steuerschaltkreis 70 eine Steuerung
notwendig für
einen bestimmten Test, beispielsweise einen Anhafttest durchführt, was
in Antwort auf einen bestimmten Testbefehl erfolgt, führt der
Schaltkreis 70 die Steuerung durch Ausgabe der notwendigen
Signale durch, bevor er wieder in den Meßmodus zurückkehrt.
-
Für den Fall,
daß die
Erfassungsvorrichtung 1 im Meßmodus ist, der wie oben erläutert realisiert worden
ist, ermöglicht
das Modusumschaltsignal MS, daß der
Schalterschaltkreis 80 so gesteuert wird, daß der Eingangsanschluß A geschlossen
ist (EIN ist), um die Mittenspannung Vcc/2 (= 2,5[V]) durchzuschalten.
Weiterhin spricht der Schalter 26 des Ladungsverstärkers 20 auf
das Steuersignal SW an, so daß der
Schalter 26 abhängig
von den EIN/AUS-Zuständen
des Signals SB ein- und ausschaltet.
-
Somit
ist eine von der beweglichen Elektrode 13 erkannte Spannung
gleich einem Betrag von annähernd
Vcc/2.
-
Andererseits
sind die Spannungen CW1 und CW2, welche entsprechend an die festen
Elektroden 11 und 12 angelegt werden, entweder
Null[V] oder Vcc[V] und werden in In tervallen mit Polaritäten (entsprechend
den logischen Werten "1" und "0") einander entgegengesetzt zwischen
den Spannungen CW1 und CW2 wiederholt. Infolgedessen sind sowohl
eine Potentialdifferenz zwischen einer festen Elektrode 11 und
der beweglichen Elektrode 13 und eine weitere Potentialdifferenz
zwischen der beweglichen Elektrode 13 und der anderen festen
Elektrode 12 Vcc/2, also gleich zueinander. Somit kann
die bewegliche Elektrode 13 nicht verschoben werden, solange
nicht eine externe Kraft auf die Erfassungsvorrichtung 1 einwirkt.
-
Nebenbei
gesagt, bei dieser Erfassungsvorrichtung 1 sind die Frequenzen
der Steuerungsspannungen CW1 und CW2 weit über die erste Resonanzfrequenz
der beweglichen Elektrode 13 gesetzt. Jede der Steuerspannungen
CW1 und CW2 wird ein-/ausgeschaltet mit einer hohen Geschwindigkeit, welche
ermöglicht,
daß Einflüsse des
Umschaltens auf die Verschiebung der beweglichen Elektrode 13 vernachlässigbar
sind.
-
In
Fällen,
in denen die kapazitive Beschleunigungserfassungsvorrichtung 1 eine
Beschleunigung erfaßt,
so daß die
bewegliche Elektrode 13 entweder in Richtung der festen
Elektrode 11 oder 12 verschoben wird, ändert sich
der Betrag einer elektrischen Ladung, welche zwischen den festen
Elektroden 11 oder 12 und der beweglichen Elektrode 13 angesammelt
ist, entsprechend. Somit ändert
sich ein Betrag an elektrischer Ladung, der von der beweglichen
Elektrode 13 erfaßt
wird, ebenfalls. Diese Änderung
wird durch den CV-Wandlerschaltkreis 20 in einen entsprechenden
Spannungswert umgewandelt. Die umgewandelte Spannung, d.h. die Ausgangsspannung
vom CV-Wandlerschaltkreis 20 wird dann einem Abtast- und
Halteverarbeitungsvorgang unterworfen, der vom SH-Schaltkreis 30 durchgeführt wird,
und zwar zu jedem zeitlichen Moment, der durch das Zeitsignal SH
vom Steuerschaltkreis 70 bestimmt wird.
-
Ein
abtast-/haltebearbeitetes Ausgangssignal vom SH-Schaltkreis 30 wird dann dem
Filterschaltkreis 40 zugeführt, wo nur bestimmte Frequenzkomponenten
von dem Ausgangssignal des SH-Schaltkreises 30 entnommen
werden. Solche bestimmten Frequenzkomponenten bilden eine Spannung
abhängig
von der Amplitude der Beschleunigung, welche die Erfassungsvorrichtung 1 erfaßt hat. Die
Spannung vom Filterschaltkreis 40 wird dann in dem Verstärkungsfaktoreinstellschaltkreis 50 in
ihrem Verstärkungsfaktor
erhöht,
so daß ein
Ausgangssignal V0 erzeugt wird, wie in 2 dargestellt.
-
Der
Steuerschaltkreis 70 ist in der Lage, auf einen Betriebsmodusbefehl
anzusprechen, der einen Anhafttest angibt und von einer externen
Vorrichtung, beispielsweise einer Steuerung für ein fahrzeugseitiges Airbagsystem
kommt, wobei der Anhaft-Testbefehl den Selbstdiagnosemodus angibt.
In einem Fall arbeitet die Erfassungsvorrichtung 1 im Selbstdiagnosemodus.
-
Wenn
in den Selbstdiagnosemodus eingetreten wird, ändert das Modusschaltsignal
MS vom Steuerschaltkreis 70 seinen logischen Wert "1 (gegebener hoher
Pegel)" während einer
bestimmten Zeitdauer Tmea, wie in 2 gezeigt. Somit wird den
Innenkontakten A und B des Schalterschaltkreises 80 ermöglicht,
vom Kontakt A auf den Kontakt B umzuschalten, so daß eine Diagnosespannung
von Vcc (oder 7[V]) dem Ladungsverstärker 20 zugeführt wird.
Gleichzeitig hiermit wird während
der bestimmten Zeitdauer Tmea der Schalter 26 des
CV-Wandlerschaltkreises 20 durch einen logischen Wert "1 (gegebener hoher
Pegel)" des Steuersignals
SW vom Steuerschaltkreis 70 "EIN" gehalten.
Im Ergebnis wird die Spannung an der beweglichen Elektrode 13 auf
Vcc (oder 7[V]) gehalten.
-
Zusätzlich wird
während
der obigen Zeitdauer Tmea von den beiden Steuersignalen CW1 und CW2
ein Steuersignal CW1 auf Vcc gehalten, während das andere Steuersignal
CW2 auf Null[V] gehalten wird, wie in 2 gezeigt.
Diese Steuerung bewirkt eine Potentialdifferenz "Vs-CW1" (entsprechend einer ersten Vorspannung)
zwischen der festen Elektrode 11 und der beweglichen Elektrode 13 von
Null, sowie eine weitere Potentialdifferenz "Vs-CW2" (entsprechend einer zweiten Vorspannung)
zwischen der beweglichen Elektrode 13 und der festen Elektrode 12 von
Vcc. Infolgedessen tritt eine Differenz in den elektrostatischen
Kräften
auf, welche auf die bewegliche Elektrode 13 wirken, wodurch
die bewegliche Elektrode 13 auf eine Seite gezogen wird,
d.h. in Richtung der festen Elektrode 12. Somit haftet
die bewegliche Elektrode 13 an der festen Elektrode 12 an.
-
Bei
diesem Anhafttest kann bei Bedarf Vcc, welche als Anhafttestspannung
dient, durch eine höhere
Spannung von 7[V] ersetzt werden. Eine derart höhere Spannung stellt sicher,
daß die
bewegliche Elektrode 13 an der festen Elektrode 12 anhaftet
(d.h. in Kontakt hiermit gelangt).
-
Bei
Beendigung der voranstehenden bestimmten Zeitdauer Tmea führt der
Steuerschaltkreis 70 eine Verarbeitung durch, um den Betriebsmodus auf
automatische Weise unter Zwang in den genannten Meßmodus zurückzuführen.
-
Es
versteht sich somit, daß die
Anhaftung freigegeben wird, vorausgesetzt, daß die bewegliche Elektrode 13 ohne
Fehler in ihre Zwischenlage zwischen den festen Elektroden 11 und 12 zurückkehrt, welche
beim Betrieb der Erfassungsvorrichtung 1 normal ist. In
einem solchen normalen Zustand, in welchem der Schalterschaltkreis 80 die
Mittenspannung an den Ladungsverstärker 20 legt, kehrt
auch die Ausgangsspannung V0, welche vom
Verstärkungsfaktor einstellschaltkreis 50 erhalten
wird, auf ihren normalen Wert VN zurück, wenn
die bewegliche Elektrode 13 in ihre Zwischenposition zurückgezogen
wird, um sich hierbei weich von der festen Elektrode 12 zu
lösen.
-
Im
Gegensatz hierzu, wenn eine solche weiche und sichere Abtrennung
nicht erhalten werden kann, d.h., wenn die bewegliche Elektrode 13 an
der festen Elektrode 12 angehaftet verbleibt, zeigt die Ausgangsspannung
V0 fest einen höheren oder niedrigen Wert VH oder VL, als der
normale Rückkehrpegel
VN, wie in 2 gezeigt.
Es ist daher für
eine nicht dargestellte Verarbeitungseinheit möglich, zu erkennen, ob in dem
kapazitiven Sensor 10 das Anhaftphänomen aufgetreten ist oder
nicht, indem die Ausgangsspannung V0 nach
dem Ende des Testmodus untersucht wird.
-
Wie
beschrieben, kann bei der kapazitiven Beschleunigungserfassungsvorrichtung 1,
bei der das Verfahren und die Vorrichtung zur Erfassung einer physikalischen
Größe, beispielsweise
einer Beschleunigung angewendet wird, problemlos auf automatische
Weise getestet werden, ob die bewegliche Elektrode in Berührung mit
einer festen Elektrode innerhalb des kapazitiven Sensors 10 ist
oder nicht. Infolgedessen ist es möglich, die Anhaftcharakteristik, welche
jedem kapazitivem Sensor in der Vorrichtung inhärent ist, einfach und fortlaufend
selbst zu diagnostizieren (selbst zu testen). Die Selbstdiagnose wird
durchgeführt,
wobei mit Sicherheit davon ausgegangen werden kann, daß eine physikalische
Größe mit überhoher
Amplitude an die Vorrichtung angelegt worden ist.
-
(Zweite Ausführungsform)
-
Bezugnehmend
auf 3 wird nun eine zweite
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben. In die ser vorliegenden Ausführungsform
werden aus Gründen
einer vereinfachten Erläuterung
identische Bauteile zu denjenigen der ersten Ausführungsform
mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, die in der ersten Ausführungsform
verwendet wurden.
-
Diese
Ausführungsform
betrifft die Anwendung an die voranstehende kapazitive Beschleunigungserfassungsvorrichtung 1,
die in der ersten Ausführungsform
erläutert
wurde. Eine praktische Anwendung richtet sich auf ein fahrzeugseitiges
Airbagsystem 2.
-
Wie
in 3 gezeigt, ist das
fahrzeugseitige Airbagsystem 2 zusätzlich zu der in der ersten
Ausführungsform
erläuterten
kapazitiven Beschleunigungserfassungsvorrichtung 1 mit
einem Sitzbelegungsdetektor 210, einer Airbagsystemsteuerung 220 und
einer oder mehrerer Airbageinheiten 230 ausgestattet. Der
Sitzbelegungsdetektor 210 ist angeordnet dafür, den Typ
eines Sitzinsassens (Erwachsener, Kind, Kleinkind oder Kindersitz)
zu erkennen. Dieser Sitzbelegungsdetektor 210 kann wenn
nötig weggelassen
werden.
-
Wenn
von der Erfassungsvorrichtung 1 ein Spannungssignal V0 empfangen wird, welches die Beschleunigung
mit einer Amplitude größer als
ein bestimmter Wert anzeigt, beispielsweise aufgrund eines Zusammenstoßes des
Fahrzeugs, verwendet die Airbagsystemsteuerung 220 ein
Ausgangssignal von dem Detektor 210, um die Arbeitsweisen
der Airbags (nicht gezeigt) in den Airbageinheiten 230 zu
steuern.
-
Die
Airbabsystemsteuerung 220 antwortet auch auf die Erkennung
einer Beschleunigung, deren Amplitude über dem bestimmten Pegel liegt,
indem ein Befehl zum Testen des Anhaftzustandes des kapazitiven
Sensors 10 ausgegeben wird. In der Praxis schickt die Steuerung 220 den
Betriebsmodusbefehl OM, der den Anhafttestbefehl angibt, an den
Steuerungsschaltkreis 70 der Erfassungsvorrichtung 1.
Als Ergebnis hiervon tritt der Steuerschaltkreis 70 in
den Selbstdiagnosemodus ein, um den Anhafttest durchzuführen, wie
er in der ersten Ausführungsform
beschrieben worden ist.
-
Wie
beschrieben macht es das Airbagsystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform
möglich,
die Airbags zu steuern, während
sie durchgehend bestimmt, ob der kapazitive Sensor 10 in
dem Anhaftzustand ist oder nicht. Dies ist sehr hilfreich bei der
zuverlässigen
Steuerung der fahrzeugseitigen Airbags.
-
(Abwandlungen)
-
In
dem Selbstdiagnosemodus der voranstehenden Ausführungsformen wird die Vorspannung, die
an die bewegliche Elektrode 13 angelegt wird, gesteuert,
so daß die
bewegliche Elektrode 13 veranlaßt wird, mit der einen festen
Elektrode 12 in Anlage zu geraten. Dies ist jedoch nicht
eine ausschließliche Tatsache.
Die Vorspannung, die an die bewegliche Elektrode 13 angelegt
wird, wird so gesteuert, daß die
bewegliche Elektrode 13 die andere feste Elektrode 11 berührt.
-
Weiterhin
kann der Selbstdiagnosemodus wie folgt festgesetzt werden: wenn
der Selbstdiagnosemodus beginnt, wird die bewegliche Elektrode 13 veranlaßt, die
eine feste Elektrode 12 zu berühren und dann die andere feste
Elektrode 11 nach Abschluß der ersten Berührung mit
der festen Elektrode 12 zu berühren, bevor der Selbstdiagnosemodus
beendet wird. Dann kann bestimmt werden, ob die Ausgangsspannung
V0 der Erfassungsvorrichtung 1 niedriger oder
höher als
der normale Pegel zur Diagnose des Anhaftphänomens ist oder nicht.
-
Weiterhin
kann gemäß 4 die kapazitive Beschleunigungserfassungsvorrichtung 1 so
ausgebildet sein, daß sie
einen Verarbeitungsschaltkreis 95 beinhaltet. Dieser Verarbeitungsschaltkreis 95,
der beispielsweise aus einer CPU (zentrale Verarbeitungseinheit)
aufgebaut ist, empfängt
die Ausgangsspannung V0 und verwendet sie
zur Bestimmung, ob die Ausgangsspannung V0 einen
Anhaftzustand im kapazitiven Sensor 10 angibt oder nicht.
-
Die
vorliegende Erfindung kann auf andere bestimmte Weisen ausgeführt werden,
ohne vom Umfang oder den wesentlichen Eigenschaften hiervon abzuweichen.
Die vorliegenden Ausführungsformen
sind somit in jeder Hinsicht als darstellend und nicht einschränkend zu
verstehen, wobei der Umfang der vorliegenden Erfindung durch die
beigefügten Ansprüche und
weniger durch die voranstehende Beschreibung angegeben ist; sämtliche Änderungen, welche
unter die Bedeutung und den Bereich der Äquivalente der Ansprüche fallen,
sind somit als mit umfaßt
beabsichtigt.
-
Auf
den gesamten Offenbarungsgehalt der japanischen Patentanmeldung
Nr. 2003-279960, angemeldet am 25. Juni 2003 mit der Beschreibung, den
Ansprüchen,
der Zeichnung und der Zusammenfassung wird hier vollinhaltlich Bezug
genommen.