JP2006105598A

JP2006105598A - 加速度・角速度センサユニット

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Publication number: JP2006105598A
Application number: JP2004288361A
Authority: JP
Inventors: Kazuyoshi Saito; 和敬斎藤; Akira Nakamuta; 旭中牟田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2004-09-30
Publication date: 2006-04-20
Also published as: US20060065050A1; DE102005046986A1; DE102005046986B4; US7325454B2

Abstract

【課題】基板の実装密度が低下する点を解決することで、基板の実装密度を向上させることを可能にするとともに、センサの実装精度が悪化する点を解決することで、センサの実装精度の向上を図ることを可能にする。
【解決手段】基板６１の裏面６１ｂに、前後Ｇセンサ５１及びロールレートセンサ５４をＸ軸に平行に実装し、且つ左右Ｇセンサ５２及びピッチレートセンサ５５をＹ軸に平行に実装するとともに、前後Ｇセンサ５１及び左右Ｇセンサ５２を近接させ、且つロールレートセンサ５４及びピッチレートセンサ５５を近接させて実装し、基板６１の表面６１ａに、上下Ｇセンサ５３及びヨーレートセンサ５６をＺ軸に垂直に実装するとともに、上下Ｇセンサ５３及びヨーレートセンサ５６を近接させ実装した。
【選択図】図６

Description

本発明は、加速度・角速度を検出することができる加速度・角速度センサユニットに関するものである。

加速度・角速度センサユニットとして、基板に加速度センサや角速度センサを実装したものが実用に供されている。
実用の加速度・角速度センサユニットは、例えば、ナビゲーションシステムであれば加速度センサや車速センサを搭載し、横滑り制御システムであれば横方向の加速度を検出する加速度センサなどの専用のセンサを搭載し、クルーズコントロールシステムであれば操舵角センサや角速度センサなどの専用のセンサを搭載すれば実用上十分であった。

図７（ａ）〜（ｃ）は従来のナビゲーションシステム、横滑り制御システム及びクルーズコントロールシステムのブロック図である。
（ａ）において、ナビゲーションシステム２１０は、車両に角速度センサ２１１及び車速センサ２１２を設け、これらの角速度センサ２１１及び車速センサ２１２の情報で推定航法位置を算出し、この推定航法位置、ＧＰＳ（Global Positioning System）情報及び地図データ情報からマップマッチング位置を算出し、このマップマッチング位置をモニタ画面などに表示するものである。

（ｂ）において、横滑り制御システム２２０は、車両に横方向加速度センサ２２１、車輪速度センサ２２２、舵角センサ２２３及び角速度センサ２２４を設け、横方向加速度センサ２２１、車輪速度センサ２２２及び舵角センサ２２３の情報から目標角速度を算出し、この目標角速度及び角速度センサ２２４からずれ量を算出し、このずれ量をもとにアクチュエータ２２５を作動させるものである。

（ｃ）において、クルーズコントロールシステム２３０は、車両に車輪速度センサ２３１、舵角センサ２３２、角速度センサ２３３及びレーダ２３４を設け、角速度センサ２３３及びレーダ２３４の情報で前車両を捕捉し、この捕捉した前車両との距離、車輪速度センサ２３１及び舵角センサ２３２の情報から制御量を算出し、この算出量をもとにアクチュエータ２３５を作動させるものである。

しかし、ナビゲーションシステム２１０、横滑り制御システム２２０及びクルーズコントロールシステム２３０では、個別に専用のセンサを備えるものなので、３つのシステム２１０〜２３０の中に、例えば、角速度センサ２１１、角速度センサ２２４、角速度センサ２３３のように車両に同一機能を有するセンサが複数個存在し、各システム２１０〜２３０の車両への搭載が煩雑となるという欠点がある。

例えば、各システム２１０〜２３０のセンサの故障診断を行うことを考える場合に、各システム２１０〜２３０で個別に故障診断をする必要があり、故障診断が困難であるという問題がある。
すなわち、複数のセンサを一つのユニットにまとめ、複数のシステムで共用して使用したいものである。

このような加速度・角速度センサユニットとして、基板に複数の加速度センサを搭載したものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２０００−３１４７４４号公報（第８頁、図５）

図８は従来のセンサユニットの基本構成を説明する図であり、加速度・角速度センサユニット２００は、基台２０１にセンサ用基板２０２を装着し、このセンサ用基板２０２上に複数のセンサである積層圧電素子２０３を配置し、これらの積層圧電素子２０３に直交させてセンサ用基板２０２上に複数のセンサである積層圧電素子２０４を配置し、これらのセンサ用基板２０２及び複数の積層圧電素子２０３，２０４の上から信号処理用基板２０５を配置し、この信号処理用基板２０５上に信号処理するための抵抗、コンデンサ，ＩＣなどの素子２０６を配置し、基台２０１にカバー２０８を被せたものである。

しかし、加速度・角速度センサユニット２００では、センサ用基板２０２に複数の積層圧電素子２０３，２０４を配列し、信号処理用基板２０５に素子２０６を配置したものなので、例えば、積層圧電素子２０３，２０４、素子２０６の大きさも異なり、センサ用基板２０２及び信号処理用基板２０５の実装密度のバランスが崩れ、センサ用基板２０２若しくは信号処理用基板２０５の実装密度の悪化を招くという問題があった。

また、加速度・角速度センサユニットでは、センサ用基板２０２上に複数のセンサとしての積層圧電素子２０３を配置し、これらの積層圧電素子２０３に直交させてセンサ用基板２０２上に積層圧電素子２０４を配置しただけのものなので、例えば、関連あるセンサ同士が遠くに離れて実装されることもあり、基板のそり等の影響により実装精度の低下を招くという欠点もあった。

すなわち、実装密度を向上させることができるともに、実装精度を向上させることができる加速度・角速度センサユニットが望まれる。

本発明は、基板の実装密度が低下する点を解決し、基板の実装密度を向上させることのできるとともに、センサの実装精度が悪化する点を解決し、センサの実装精度の向上を図ることのできる加速度・角速度センサユニットを提供することを課題とする。
さらに、本発明は、

請求項１に係る発明は、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の、Ｘ軸方向の加速度を検出するＸ方向加速度センサと、Ｙ軸方向の加速度を検出するＹ方向加速度センサと、Ｚ軸方向の加速度を検出するＺ方向加速度センサと、Ｘ軸まわりの角速度を検出するＸ軸角速度センサと、Ｙ軸まわりの角速度を検出するＹ軸角速度センサと、Ｚ軸まわりの角速度を検出するＺ軸角速度センサと、を同一の基板に実装する加速度及び角速度センサユニットであって、基板の表面若しくは裏面のいずれかの一方側に、Ｘ軸およびＹ軸が平行となるようにＸ方向加速度センサ、Ｘ軸角速度センサ、Ｙ軸方向加速度センサおよびＹ軸角速度センサを実装し、基板の裏面若しくは表面のいずれかの他方側に、Ｚ軸が垂直となるようにＺ方向加速度センサ、Ｚ軸角速度センサを実装したことを特徴とする。

例えば、基板の実装密度を向上させることのできるとすれば、加速度・角速度センサユニットを小型にすることができるので好都合であり、センサの実装精度の向上を図ることのできるとすれば、センシングの精度の向上を図ることができるので好ましいことである。

そこで、基板の表面若しくは裏面のいずれかの一方側に、Ｘ軸およびＹ軸が平行となるようにＸ方向加速度センサ、Ｘ軸角速度センサ、Ｙ軸方向加速度センサおよびＹ軸角速度センサを実装し、基板の裏面若しくは表面のいずれかの他方側に、Ｚ軸が垂直となるようにＺ方向加速度センサ、Ｚ軸角速度センサを実装した。

すなわち、基板の表面若しくは裏面のいずれかの一方側に、Ｘ軸およびＹ軸が平行となるようにＸ方向加速度センサ、Ｘ軸角速度センサ、Ｙ軸方向加速度センサおよびＹ軸角速度センサを実装し、基板の裏面若しくは表面のいずれかの他方側に、Ｚ軸が垂直となるようにＺ方向加速度センサ、Ｚ軸角速度センサを実装することで、基板の実装密度を向上することができる。

また、基板の表面若しくは裏面のいずれかの一方側に、Ｘ軸およびＹ軸が平行となるようにＸ方向加速度センサ、Ｘ軸角速度センサ、Ｙ軸方向加速度センサおよびＹ軸角速度センサを実装し、基板の裏面若しくは表面のいずれかの他方側に、Ｚ軸が垂直となるようにＺ方向加速度センサ、Ｚ軸角速度センサを実装することで、Ｘ方向加速度センサ、Ｘ軸角速度センサ、Ｙ軸方向加速度センサおよびＹ軸角速度センサに対するＺ方向加速度センサ、Ｚ軸角速度センサの垂直精度の向上を図ることができる。

請求項２に係る発明は、基板に、Ｘ方向加速度センサ、Ｙ方向加速度センサ、Ｚ方向加速度センサ、Ｘ軸角速度センサ、Ｙ軸角速度センサ及びＺ軸角速度センサの各検出値を処理するプロセッサを実装し、このプロセッサに、Ｘ方向加速度センサ、Ｙ方向加速度センサ、Ｚ方向加速度センサ、Ｘ軸角速度センサ、Ｙ軸角速度センサ及びＺ軸角速度センサの故障を診断する故障診断手段を備えたことを特徴とする。

プロセッサに、Ｘ方向加速度センサ、Ｙ方向加速度センサ、Ｚ方向加速度センサ、Ｘ軸角速度センサ、Ｙ軸角速度センサ及びＺ軸角速度センサの故障を診断する故障診断手段を備えることで、Ｘ方向加速度センサ、Ｙ方向加速度センサ、Ｚ方向加速度センサ、Ｘ軸角速度センサ、Ｙ軸角速度センサ及びＺ軸角速度センサの故障を迅速に見つけることができる。

請求項１に係る発明では、基板の表面若しくは裏面のいずれかの一方側に、Ｘ軸およびＹ軸が平行となるようにＸ方向加速度センサ、Ｘ軸角速度センサ、Ｙ軸方向加速度センサおよびＹ軸角速度センサを実装し、基板の裏面若しくは表面のいずれかの他方側に、Ｚ軸が垂直となるようにＺ方向加速度センサ、Ｚ軸角速度センサを実装したので、基板の実装密度を向上することができる。この結果、加速度・角速度センサユニットの小型化を図ることができるという利点がある。

また、基板の表面若しくは裏面のいずれかの一方側に、Ｘ軸およびＹ軸が平行となるようにＸ方向加速度センサ、Ｘ軸角速度センサ、Ｙ軸方向加速度センサおよびＹ軸角速度センサを実装し、基板の裏面若しくは表面のいずれかの他方側に、Ｚ軸が垂直となるようにＺ方向加速度センサ、Ｚ軸角速度センサを実装したので、Ｘ方向加速度センサ、Ｘ軸角速度センサ、Ｙ軸方向加速度センサおよびＹ軸角速度センサに対するＺ方向加速度センサ、Ｚ軸角速度センサの垂直精度の向上を図ることができる。この結果、センシングの精度の向上を図ることができるという利点がある。

これにより、相互に関連するＸ方向加速度センサ及びＹ方向加速度センサ同士の位置精度を保つことができ、相互に関連するＸ軸角速度センサ及びＹ軸角速度センサ同士の位置精度を保つことができ、相互に関連するＺ方向加速度センサ及びＺ軸角速度センサ同士の位置精度を保つことができる。この結果、センサの実装精度の向上を図ることのでき、センシングの精度の向上を図ることができるという利点がある。

請求項２に係る発明では、プロセッサに、Ｘ方向加速度センサ、Ｙ方向加速度センサ、Ｚ方向加速度センサ、Ｘ軸角速度センサ、Ｙ軸角速度センサ及びＺ軸角速度センサの故障を診断する故障診断手段を備えることで、Ｘ方向加速度センサ、Ｙ方向加速度センサ、Ｚ方向加速度センサ、Ｘ軸角速度センサ、Ｙ軸角速度センサ及びＺ軸角速度センサの故障を迅速に見つけることができる。この結果、車両のメンテナンス性の向上を図ることができるという利点がある。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係る加速度・角速度センサユニットを採用した車両の斜視図であり、１０は車両、１１は車体、１３はフロントバンパ、１４はフロントグリル、１５は前照灯、１６はボンネット、１７はフロントフェンダ、１８は前輪、１９は後輪、２１はルーフ、２２は前ドア、２３は後ドア、２４，２４はドアミラー、２５はリヤバンパ、２６フロントワイパ、２７はフロントウインド、３１は制御部（ＥＣＵ；Electronic Control Unit）、３２はエンジン、３３はリヤブレーキ、３４はリヤペンション、３５はパワーステアリング、３６はエアバッグ、５０は加速度・角速度センサユニットとしての車両の加速度・角速度センサユニット（以下「センサユニット５０」と略記する）を示す。

本発明に係るセンサユニット５０は、車両１０の重心位置付近に配置するユニットであって、実装密度の向上を図ることができるとともに実装精度の向上を図ることができるユニットである。また、センサユニット５０は、自己診断を作用を有するユニットでもある。なお、車両１０の前後方向をＸ軸、車両１０の幅方向をＹ軸、車両１０の上下方向をＺ軸と定義する。以下その詳細を説明する。

図２は本発明に係る加速度・角速度センサユニット採用した車両の周辺装置のブロック図である。
車両の周辺装置４０は、車両の加速度及び角速度を検出するセンサユニット５０と、車両１０（図１参照）の左右の前輪１８，１８の速度を検出する第１・第２車輪速度センサ４１，４２と、車両１０の左右の後輪１９，１９の速度を検出する第３・第４車輪速度センサ４３，４４と、ＧＳＰ衛星（Global Positioning System）からの信号で車両案内をするナビゲーションシステム４５と、車両の横滑りを防止する横滑り制御システム４６と、前車両との車間距離を一定に保つ若しくは一定の車速に保つ等の車両制御を行うアダプティブクルーズ制御システム（オートクルーズ制御システム）４７と、ナビゲーションシステムやセンサユニットの異常（故障表示）などの車両情報を表示する表示システム４８と、これらのセンサユニット５０、第１〜第４車輪速度センサ４１〜４４、データナビゲーションシステム４５、横滑り制御システム４６及びアダプティブクルーズ制御システム４７及び表示システム４８を接続するＬＡＮ（Local Area Network）４９と、からなる。

第１・第２車輪速度センサ４１，４２は、それぞれ左駆動輪速度ＶＤＬ及び左駆動輪速度ＶＤＲを検出し、第３・第４車輪速度センサ４３，４４は、それぞれ左従動輪速度ＶＶＬ及び右従動輪速度ＶＶＲを検出する。

ナビゲーションシステム４５は、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号により得ることのできるる位置データ、センサユニット５０（加速度センサ及び角速度センサ）の出力を積分することで算出する位置データ、及び予めナビゲーションシステム４５内に蓄積した地図情報に基づいて、車両１０（図１参照）の現在位置を、案内情報及び地図情報とともに表示システム４８に表示するものである。

横滑り制御システム４６は、操舵角や車速から定まる目標値、及びヨーレートや横加速度等の検出値を比較すすることで、車両１０のオーバステア状態やアンダーステア状態などの挙動を判定し、その判定結果に基づいてオーバステアやアンダーステアを打ち消すように（検出値が目標値に近づくように）、例えば、旋回外側の車輪にブレーキをかけたり、旋回内側の車輪にブレーキをかけたり等で車両の横滑りを制御するものである。

アダプティブクルーズ制御システム４７は、車間距離センサ（図示せず）を備え、オートクルーズ走行などの一定車速制御に加えて、車間距離が安全車間距離以下に達したときに、シフトダウンを行う若しくは自動ブレーキをかけるなどの制御を行うものである。

表示システム４８は、ナビゲーションシステム４５からの情報、及びその他の車両情報を表示する液晶表示装置である。

図３は本発明に係る加速度・角速度センサユニットのブロック図であり、センサユニット５０は、車両１０（図１参照）のＸ軸（前後軸）方向の加速度を検出するＸ方向加速度センサとしての前後Ｇセンサ（前後加速度センサ）５１と、車両１０のＹ軸（左右軸）方向の加速度を検出するＹ方向加速度センサとしての左右Ｇセンサ（左右加速度センサ）５２と、車両１０のＺ軸（上下軸）方向の加速度を検出するＺ方向加速度センサとしての上下Ｇセンサ（上下加速度センサ）５３と、Ｘ軸まわりの角速度であるロールレートを検出するＸ軸角速度センサとしてのロールレートセンサ５４と、Ｙ軸まわりの角速度であるピッチレートを検出するＹ軸角速度センサとしてのピッチレートセンサ５５と、Ｚ軸まわりの角速度であるヨーレートを検出するＺ軸角速度センサとしてのヨーレートセンサ５６と、これらのセンサ５１〜５６の情報を演算するプロセッサ（演算部）５７と、からなる。

なお、これらのセンサ５１〜５６及びプロセッサ（演算部）５７は、後述する基板６１（図５参照）に搭載するものである。
前後Ｇセンサ５１、左右Ｇセンサ及び上下Ｇセンサは、９．８ｍｍ／ｓｅｃ^２程度の分解能を有する車載用の一般的な低加速度センサである。

ロールレートセンサ５４及びピッチレートセンサ５５は、中点電位の安定性がそれほど高くない比較的安価なセンサである。ロールレートセンサ５４及びピッチレートセンサ５５で検出するロールレートφ及びピッチレートθは、常時継続的に発生することがないので、検出信号にハイパスフィルタを施して使用することできることに基づく。

ヨーレートセンサ５６は、横滑り制御等で直接制御に用いるヨーレートωを検出するセンサであり、中点電位（静止時）の安定性が重要な因子となるので、従来から横滑り制御に用いる比較的高価な±１ｄｅｇ／ｓｅｃ程度の安定性を確保できるセンサである。

プロセッサ（演算部）５７は、センサ５１〜５６の出力信号をアナログ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換素子７１と、後述する各種演算処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）７２と、演算プログラムなどを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）及び演算データを格納するＲＡＭ（Random Access Memory）からなるメモリ回路７３と、ＬＡＮ４９（図２参照）を介して他のシステムとの間でデータの伝送を行うインタフェース回路７４と、表示システム４８に信号を供給する表示出力回路７５と、車両走行中の検出データを記録するデータ記録装置７６と、からなる。

ＣＰＵ７２は、センサ５１〜５６で検出する検出データ（出力信号）に基づいて、前後方向の加速度、前後方向の速度、左右方向の加速度、左右方向の速度、上下方向の加速度、上下方向の速度、及び車体のＸ軸（前後軸）まわりの傾斜角であるロール角Φ、車体のＹ軸（左右軸）まわりの傾斜角であるピッチ角Θ、及び車体のＺ軸（上下軸）まわりの回転角であるヨー角Ωを算出し、算出した各種データを、ＬＡＮ４９を介して図２に示すナビゲーションシステム４５、横滑り制御システム４６、アダプティブクルーズ制御システム４７及び表示システム４８に供給する。

図４は本発明に係る加速度・角速度センサユニットのプロセッサの（ＣＰＵ）の演算処理を説明するブロック図であり、プロセッサ５７（図３参照）のＣＰＵ７２は、前後速度算出部１０１、ピッチ角算出部１０２、純前後加速度算出部１０３、純前後速度算出部１０４、左右速度算出部１０５、ロール角算出部１０６、純左右加速度算出部１０７、純左右速度算出部１０８、上下速度算出部１０９、全傾斜角算出部１１０、積分全傾斜角算出部１１１、静止全傾斜角算出部１１２、座標変換部１１３、積分ピッチ角算出部１１４、積分ロール角算出部１１５、積分ヨー角算出部１１６、左右加速度算出部１１７及び故障診断手段としての第１〜第３の故障診断手段１２１〜１２３の機能ブロックの演算処理を実行するものである。

前後Ｇセンサ５１（図３参照）、左右Ｇセンサ５２及び上下Ｇセンサ５３で、前後加速度ａ、左右加速度ｂ及び上下加速度ｃが検出する。また、ピッチレートセンサ５５、ロールレートセンサ５４、及びヨーレートセンサ５６により、ピッチレートθ、ロールレートφ、及びヨーレートωが検出する。

座標変換部１１３は、座標変換演算を実行し、変換ピッチレートθｒ、変換ロールレートφｒ及び変換ヨーレートωｒを算出する。積分ピッチ角算出部１１４は、変換ピッチレートθｒを積分することにより、積分ピッチ角Θを算出する。積分ロール角算出部１１５は、変換ロールレートφｒを積分することにより、積分ロール角Φを算出する。積分ヨー角算出部１１６は、変換ヨーレートωｒを積分することにより、積分ヨー角Ωを算出する。

前後速度算出部１０１は、検出前後加速度ａを積分することにより、前後速度Ｕを算出する。ピッチ角算出部１０２は、下記式（１）により、ピッチ角αを算出する。
α＝ａｓｉｎ（ａ／ｇ）（１）
ここで、ａｓｉｎはサイン（ｓｉｎ）の逆関数であり、ｇは重力加速度である。

純前後加速度算出部１０３は、下記式（２）に検出前後加速度ａ及び積分ピッチ角Θを適用し、純前後加速度Ａを算出する。式（２）により、車両の左右軸（Ｙ軸）まわりの傾きに起因する前後加速度の検出誤差が補正する。
Ａ＝ａ−ｇ×ｓｉｎ（Θ）（２）
純前後速度算出部１０４は、純前後加速度Ａを積分することにより、純前後速度Ｕｃを算出する。

左右速度算出部１０５は、検出左右加速度ｂを積分することにより、左右速度Ｖを算出する。ロール角算出部１０６は、下記式（３）により、ロール角βを算出する。
β＝ａｓｉｎ（ｂ／ｇ）（３）
純左右加速度算出部１０７は、下記式（４）に検出左右加速度ｂび積分ロール角Φを適用し、純左右加速度Ｂを算出する。式（４）により、車両の前後軸（Ｘ軸）まわりの傾きに起因する左右加速度の検出誤差が補正する。
Ｂ＝ｂ−ｇ×ｓｉｎ（Φ）（４）

純左右速度算出部１０８は、純左右加速度Ｂを積分することにより、純左右速度Ｖｃを算出する。上下速度算出部１０９は、検出上下加速度ｃを積分することにより、上下速度Ｗを算出する。

全傾斜角算出部１１０は、下記式（５）に検出上下加速度ｃを適用し、全傾斜角γを算出する。
γ＝ａｃｏｓ（ｃ／ｇ）（５）
静止全傾斜角算出部１１２は、車両の停車時に検出されるピッチ角α及びロール角βを下記式（６）に適用し、静止全傾斜角γ’を算出する。車両の停止状態は、例えば純前後速度Ｕｃが「０」であることにより検出する。
γ’＝ａｃｏｓ（ｃｏｓα×ｃｏｓβ）（６）

積分全傾斜角算出部１１１は、下記式（６ａ）に静止全傾斜角γ’、積分ピッチ角Θ及び積分ロール角Φを適用し、積分全傾斜角Γを算出する。
Γ＝γ’＋ａｃｏｓ（ｃｏｓΘ×ｃｏｓΦ）（６ａ）
ここで、静止全傾斜角γ’を適用するのは初期値補正を行うためである。ロールレートセンサ５４及びピッチレートセンサ５５は、車両の停止時は出力が「０」であるため、車両停止時において路面が傾斜している場合には、積分全傾斜角Γは、正確な全傾斜角とならない。そこで、静止全傾斜角γ’を加算することにより、初期値補正が行われる。これにより、正確な積分全傾斜角を得ることができる。

第１の故障診断手段１２１は、全傾斜角γと積分全傾斜角Γとの比較を常時行い、両者の差（γ−Γ）の絶対値が所定しきい値ＤＧＡＭＭＡ１を超えたとき、上下Ｇセンサ５３（図３参照）、ロールレートセンサ５４またはピッチレートセンサ５５のいずれかが故障したと判定する。

第３の故障診断手段１２３は、車両の停止時において、全傾斜角γと静止全傾斜角γ’との比較を行い、両者の差（γ−γ’）の絶対値が所定しきい値ＤＧＡＭＭＡ２を超えたとき、前後Ｇ度センサ５１（図３参照）、左右Ｇセンサ５２、または上下Ｇセンサ５３のいずれかが故障したと判定する。

左右加速度算出部１１７は、ヨーレートω及び純前後速度Ｕｃを下記式（７）に適用し、左右加速度Ｒを算出する。
Ｒ＝ω×Ｕｃ（７）
第２の故障診断手段１２２は、純左右加速度Ｂと左右加速度Ｒとの比較を常時行い、両者の差（Ｂ−Ｒ）の絶対値が所定しきい値ＤＢＲを超えたとき、前後Ｇセンサ５１（図３参照）、左右Ｇセンサ５２、ロールレートセンサ５４、またはヨーレートセンサ５６のいずれかが故障したと判定する。

すなわち、センサユニット５０（図３参照）は、図５に示す基板６１に、前後Ｇセンサ（Ｘ方向加速度センサ）５１、左右Ｇセンサ（Ｙ方向加速度センサ）５２、上下Ｇセンサ（Ｚ方向加速度センサ）５３、ロールレートセンサ（Ｘ軸角速度センサ）５４、ピッチレートセンサ（Ｙ軸角速度センサ）５５及びヨーレートセンサ（Ｚ軸角速度センサ）５６の各検出値を処理するプロセッサ５７を実装し、このプロセッサ５７に、前後Ｇセンサ５１、左右Ｇセンサ５２、上下Ｇセンサ５３、ロールレートセンサ５４、ピッチレートセンサ５５及びヨーレートセンサ５６の故障を診断する第１〜第３の故障診断手段１２１〜１２３を備えたものと言える。

プロセッサ５７に、前後Ｇセンサ５１、左右Ｇセンサ５２、上下Ｇセンサ５３、ロールレートセンサ５４、ピッチレートセンサ５５及びヨーレートセンサ５６の故障を診断する第１〜第３の故障診断手段１２１〜１２３を備えることで、前後Ｇセンサ５１、左右Ｇセンサ５２、上下Ｇセンサ５３、ロールレートセンサ５４、ピッチレートセンサ５５及びヨーレートセンサ５６の故障を迅速に見つけることができる。この結果、車両１０（図１参照）のメンテナンス性の向上を図ることができる

次に、センサユニット５０の部品マウント構造を説明する。
図５は本発明に係る加速度・角速度センサユニットの平面図であり、図６は本発明に係る加速度・角速度センサユニットの底面図である。
センサユニット５０は、略矩形の基板６１と、この基板６１の表面６１ａに搭載した上下加速度（Ｚ軸廻り加速度）を検出する上下Ｇセンサ５３と、基板６１の表面６１ａに搭載した上下角速度（Ｚ軸廻りの角速度；ヨーレート）を検出するヨーレートセンサ５６と、基板６１の表面６１ａに搭載することで信号処理をするプロセッサ５７と、基板６１の表面６１ａに搭載することでプロセッサ５７などに電源を供給する電源ＩＣ（Integrated Circuit）６２と、基板６１の表面６１ａに搭載することでＬＡＮ４９（図２参照）を構築するＣＡＮ（Controller Area Network）トランシーバ６３と、基板６１の表面６１ａに搭載した端子６４と、図６に示すように、基板６１の裏面６１ｂに搭載した前後加速度を検出する前後加速度（Ｘ軸廻り加速度）を検出する前後Ｇセンサ５１と、基板６１の裏面６１ｂに搭載した左右加速度（Ｙ軸廻り加速度）を検出するの左右Ｇセンサ５２と、基板６１の裏面６１ｂに搭載した左右角速度（Ｘ軸廻り角速度；ロールレート）ロールレートセンサ５４と、基板６１の裏面６１ｂに搭載した前後角速度（Ｙ軸廻り角速度；ピッチレート）ピッチレートセンサ５５と、基板６１の裏面６１ｂに搭載した抵抗、コンデンサなどの複数の受動部品６５と、からなる。なお、基板６１は両面基板である。

上下Ｇセンサ５３及びヨーレートセンサ５６は、基板６１の表面６１ａに搭載するときに近接させて配置し、前後Ｇセンサ５１及び左右Ｇセンサ５２は、基板６１の裏面６１ｂに搭載するときに近接させて配置し、ロールレートセンサ５４及びピッチレートセンサ５５は、基板６１の裏面６１ｂに搭載するときに近接させて配置したものである。

センサユニット５０は、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の、Ｘ軸方向の加速度を検出する前後Ｇセンサ（Ｘ方向加速度センサ）５１と、Ｙ軸方向の加速度を検出する左右Ｇセンサ（Ｙ方向加速度センサ）５２と、Ｚ軸方向の加速度を検出する上下Ｇセンサ（Ｚ方向加速度センサ）５３と、Ｘ軸まわりの角速度を検出するロールレートセンサ（Ｘ軸角速度センサ）５４と、Ｙ軸まわりの角速度を検出するピッチレートセンサ（Ｙ軸角速度センサ）５５と、Ｚ軸まわりの角速度を検出するヨーレートセンサ（Ｚ軸角速度センサ）５６と、を同一の基板に実装する加速度及び角速度センサユニットであって、基板６１の裏面６１ｂに、Ｘ軸およびＹ軸が平行となるように前後Ｇセンサ５１、ロールレートセンサ５４、左右Ｇセンサ５２およびピッチレートセンサ５５を実装し、Ｚ軸が垂直となるように基板６１の表面６１ａに、上下Ｇセンサ５３およびヨーレートセンサ５６を実装したものと言える。

すなわち、基板６１の裏面６１ｂに、Ｘ軸およびＹ軸が平行となるように前後Ｇセンサ５１、ロールレートセンサ５４、左右Ｇセンサ５２およびピッチレートセンサ５５を実装し、Ｚ軸が垂直となるように基板６１の表面６１ａに、上下Ｇセンサ５３およびヨーレートセンサ５６を実装することで、基板６１の実装密度を向上することができる。この結果、センサユニット５０の小型化を図ることができる。

また、基板６１の裏面６１ｂに、Ｘ軸およびＹ軸が平行となるように前後Ｇセンサ５１、ロールレートセンサ５４、左右Ｇセンサ５２およびピッチレートセンサ５５を実装し、Ｚ軸が垂直となるように基板６１の表面６１ａに、上下Ｇセンサ５３およびヨーレートセンサ５６を実装することで、前後Ｇセンサ５１、ロールレートセンサ５４、左右Ｇセンサ５２およびピッチレートセンサ５５に対する上下Ｇセンサ５３およびヨーレートセンサ５６の垂直精度の向上を図ることができる。この結果、センシングの精度の向上を図ることができる。

言い換えれば、センサユニット５０は、車両１０（図１参照）の前後方向をＸ軸、左右方向をＹ軸、上下方向をＺ軸とするときに、車両１０の前後方向の加速度を検出する前後Ｇセンサ（Ｘ方向加速度センサ）５１と、車両１０の左右方向の加速度を検出する左右Ｇセンサ（Ｙ方向加速度センサ）５２と、車両１０の上下方向の加速度を検出する上下Ｇセンサ（Ｚ方向加速度センサ）５３と、Ｘ軸まわりの角速度を検出するロールレートセンサ（Ｘ軸角速度センサ）５４と、Ｙ軸まわりの角速度を検出するピッチレートセンサ（Ｙ軸角速度センサ）５５と、Ｚ軸まわりの角速度を検出するヨーレートセンサ（Ｚ軸角速度センサ）５６と、を同一の基板６１に実装する加速度及び角速度センサユニットであって、基板６１の前後、左右、上下をそれぞれ図１に示すＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に沿わせて車両１０に基板６１を実装するときに、基板６１の裏面６１ｂに、前後Ｇセンサ５１及びロールレートセンサ５４をＸ軸に平行に実装し、且つ左右Ｇセンサ５２及びピッチレートセンサ５５をＹ軸に平行に実装するとともに、前後Ｇセンサ５１及び左右Ｇセンサ５２を近接させ、且つロールレートセンサ５４及びピッチレートセンサ５５を近接させて実装し、基板６１の表面６１ａに、上下Ｇセンサ５３及びヨーレートセンサ５６をＺ軸に垂直に実装するとともに、上下Ｇセンサ５３及びヨーレートセンサ５６を近接させ実装したものと言える。

そこで、基板６１の裏面６１ｂに、前後Ｇセンサ５１及びロールレートセンサ５４をＸ軸に平行に実装し、且つ左右Ｇセンサ５２及びピッチレートセンサ５５をＹ軸に平行に実装するとともに、前後Ｇセンサ５１及び左右Ｇセンサ５２を近接させ、且つロールレートセンサ５４及びピッチレートセンサ５５を近接させて実装し、基板６１の表面６１ａに、上下Ｇセンサ５３及びヨーレートセンサ５６をＺ軸に垂直に実装するとともに、上下Ｇセンサ５３及びヨーレートセンサ５６を近接させ実装することで、基板６１の表面６１ａ及び裏面６１ｂの実装密度のバランスを保つことができる。
これにより、基板６１の実装密度を上げることができる。この結果、車両１０（図１参照）のセンサユニット５０の小型化を図ることができる。

また、センサユニット５０は、前後Ｇセンサ５１及び左右Ｇセンサ５２を近接させ、且つロールレートセンサ５４及びピッチレートセンサ５５を近接さて実装するとともに、
上下Ｇセンサ５３及びヨーレートセンサ５６を近接させ実装することで、基板６１の反りなどの影響を受けにくくすることができる。これにより、相互に関連する前後Ｇセンサ５１及び左右Ｇセンサ５２同士の位置精度を保つことができ、相互に関連するロールレートセンサ５４及びピッチレートセンサ５５同士の位置精度を保つことができ、相互に関連する上下Ｇセンサ５３及びヨーレートセンサ５６同士の位置精度を保つことができる。この結果、センサ５１〜５６の実装精度の向上を図ることのでき、センシングの精度の向上を図ることができる。

センサユニット５０は、先に説明したように、第１〜第３の故障診断手段１２１〜１２３（図４参照）を備えたので、システム４５〜４７の信頼性の向上を図ることもできる。

センサユニット５０は、複数のセンサ５１〜５６を一つのユニットにまとめ、図２に示したようにナビゲーションシステム４５、横滑り制御システム４６やアダプティブクルーズ制御システム４７などの複数のシステムで共用して使用することができる。この結果、システム４５〜４７の簡素化を図ることができる。また、ナビゲーションシステム４５、横滑り制御システム４６やアダプティブクルーズ制御システム４７で個別に故障診断をする必要もなく、システム４５〜４７のメンテナンス性の向上をも図ることができる。

尚、本発明に係る加速度・角速度センサユニットは、図５及び図６に示すように、基板６１の裏面６１ｂに、前後Ｇセンサ５１及びロールレートセンサ５４を実装し、且つ左右Ｇセンサ５２及びピッチレートセンサ５５を実装するとともに、基板６１の表面６１ａに、上下Ｇセンサ５３及びヨーレートセンサ５６を実装したが、これに限るものではなく、基板６１の表面６１ａに、前後Ｇセンサ５１及びロールレートセンサ５４を実装し、且つ左右Ｇセンサ５２及びピッチレートセンサ５５を実装するとともに、基板６１の裏面６１ｂに、上下Ｇセンサ５３及びヨーレートセンサ５６を実装したものであってもよい。

本発明に係る加速度・角速度センサユニットは、図１に示すように、車両の加速度・角速度センサユニット５０（センサユニット５０）であったが、これに限るものではなく、加速度・角速度センサユニットは車両に限定するものではない。

本発明に係る加速度・角速度センサユニットは、ナビゲーションシステム、横滑り制御システム、オートクルーズ制御システムなどのシステムを搭載する車両に採用するのに好適である。

本発明に係る加速度・角速度センサユニットを採用した車両の斜視図である。本発明に係る加速度・角速度センサユニット採用した車両の周辺装置のブロック図である。本発明に係る加速度・角速度センサユニットのブロック図である。本発明に係る加速度・角速度センサユニットのプロセッサの（ＣＰＵ）の演算処理を説明するブロック図である。本発明に係る加速度・角速度センサユニットの平面図である。本発明に係る加速度・角速度センサユニットの底面図である。従来のナビゲーションシステム、横滑り制御システム及びクルーズコントロールシステムのブロック図である。である。従来のセンサユニットの基本構成を説明する図である。

符号の説明

１０…車両、５０…加速度・角速度センサユニット（車両の加速度・角速度センサユニット）、５１…Ｘ方向加速度センサ（前後Ｇセンサ）、５２…Ｙ方向加速度センサ（左右Ｇセンサ）、５３…Ｚ方向加速度センサ（上下Ｇセンサ）、５４…Ｘ軸角速度センサ（ロールレートセンサ）、５５…Ｙ軸角速度センサ（ピッチレートセンサ）、５６…Ｚ軸角速度センサ（ヨーレートセンサ）、５７…プロセッサ、６１…基板、６１ａ…表面、６１ｂ…の裏面、１２１〜１２３…故障診断手段（第１〜第３の故障診断手段）。

Claims

互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の、Ｘ軸方向の加速度を検出するＸ方向加速度センサと、Ｙ軸方向の加速度を検出するＹ方向加速度センサと、Ｚ軸方向の加速度を検出するＺ方向加速度センサと、前記Ｘ軸まわりの角速度を検出するＸ軸角速度センサと、前記Ｙ軸まわりの角速度を検出するＹ軸角速度センサと、前記Ｚ軸まわりの角速度を検出するＺ軸角速度センサと、を同一の基板に実装する加速度及び角速度センサユニットであって、
前記基板の表面若しくは裏面のいずれかの一方側に、前記Ｘ軸およびＹ軸が平行となるように前記Ｘ方向加速度センサ、前記Ｘ軸角速度センサ、前記Ｙ軸方向加速度センサおよび前記Ｙ軸角速度センサを実装し、
前記基板の裏面若しくは表面のいずれかの他方側に、前記Ｚ軸が垂直となるように前記Ｚ方向加速度センサ、前記Ｚ軸角速度センサを実装したことを特徴とする加速度・角速度センサユニット。
前記基板に、前記Ｘ方向加速度センサ、Ｙ方向加速度センサ、Ｚ方向加速度センサ、Ｘ軸角速度センサ、Ｙ軸角速度センサ及びＺ軸角速度センサの各検出値を処理するプロセッサを実装し、
このプロセッサは、前記Ｘ方向加速度センサ、Ｙ方向加速度センサ、Ｚ方向加速度センサ、Ｘ軸角速度センサ、Ｙ軸角速度センサ及びＺ軸角速度センサの故障を診断する故障診断手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の加速度・角速度センサユニット。