JP2920530B2 - 圧電型加速度センサを備えた乗員拘束装置の制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、エアバッグ装置等
の乗員拘束装置の作動を制御する乗員拘束装置の制御装
置に関するもので、特に、車両の加速度に応じた電圧を
発生する圧電素子からなる圧電型加速度センサを用いた
乗員拘束装置の制御装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】自動車においては、衝突時における乗員
の保護のために、エアバッグ装置等の乗員拘束装置が装
備されることが多くなってきている。そのような乗員拘
束装置は、通常、自動車の衝突時にのみ作動するように
される。したがって、乗員拘束装置の作動を制御する制
御装置には、車両の衝突を検知するセンサを用いること
が必要となっている。その衝突検知センサとしては、一
般に加速度センサが用いられている。加速度センサによ
って所定値よりも大きい車両の減速度、すなわちマイナ
スの加速度が検出されたときには、その車両に衝突が生
じたと判断され、乗員拘束装置が駆動される。 【０００３】そのような加速度センサを用いた乗員拘束
装置の制御装置として従来知られているものには、例え
ば特公昭５８−２２３７７号公報に示されているような
エアバッグ装置の作動制御装置がある。その制御装置に
おいては、自動車の衝突時にエアバッグ装置を作動させ
るために、圧電型の加速度センサが用いられている。圧
電型加速度センサは、板状の圧電素子を、そのときの加
速度の大きさに応じて歪むようにして取り付け、その歪
みに伴って発生する電気量の変化を取り出すようにした
ものである。したがって、その圧電素子には、一方ある
いは両方の面に、電気量の変化を検出するための電極が
設けられる。そのような圧電型加速度センサは、構造が
簡単で小形軽量であり、しかも測定レベル範囲が広いの
で、自動車に搭載される乗員拘束装置等の制御装置には
最も多く用いられている。上記公報記載の制御装置は、
そのような圧電型加速度センサによって車両に生ずる加
速度を常時検出し、そのときの加速度の大きさに対応し
た電圧を発生させて、その検出電圧が所定値以上のと
き、インフレータを作動させてエアバッグを膨張展開さ
せるようにしたものである。 【０００４】このような乗員拘束装置の制御装置に用い
る圧電型加速度センサも、従来は、加速度検出のみを目
的とするもので十分と考えられ、その圧電素子の一面に
設けられる電極は単一のものとされていた。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】ところで、エアバッグ
装置等の乗員拘束装置は、車両の衝突時には確実に作動
するようにされていなければならない。一方、通常走行
中においても作動するようでは、運転の支障となるおそ
れがある。したがって、その衝突を検知する加速度セン
サは、そのとき車両に生ずる加速度を正確に検出すべ
く、常に正常に保たれていることが必要である。そのた
めに、そのような乗員拘束装置の制御装置に用いられる
加速度センサは、定期的に診断することが不可欠となっ
ている。 【０００６】しかしながら、従来の圧電型加速度センサ
は、上述のように加速度を検出するセンサ機能しか有し
ていない。したがって、その診断を行うためには、加振
装置等の特別の付帯設備を設けて、そのセンサに振動や
衝撃等を機械的に与えることが必要となっている。その
ような付帯設備は一般に大形であり、それを乗用車等の
一般的な自動車に常時搭載するということはできない。
しかも、例えばエアバッグ装置の場合には、一度作動さ
せると再使用することができないので、そのようにして
センサの診断を行うとき、インフレータが誤って作動す
ることのないようにしなければならない。そのために、
圧電型加速度センサの診断時には、そのセンサ部分のみ
を車両から取り外すことが必要となる。その結果、従来
のような圧電型加速度センサを用いた乗員拘束装置を装
備した自動車の場合には、その加速度センサの診断を行
うために、自動車自体を定期的に整備工場などに持ち込
むことを余儀なくされている。 【０００７】本発明は、このような実情に鑑みてなされ
たものであって、その目的は、乗員拘束装置を車両に設
置したままの状態で、その制御装置に用いられている圧
電型加速度センサの診断をいつでも簡単に行うことがで
きるようにした、乗員拘束装置の制御装置を得ることで
ある。 【０００８】 【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明では、圧電型加速度センサによって車両の加
速度に対応した電圧を発生させ、その検出電圧が所定値
以上のとき乗員拘束装置を作動させるようにした乗員拘
束装置の制御装置において、その加速度センサの圧電素
子に取り付けられる電極を複数個に分割し、それらの電
極の一部を、圧電素子の歪みに対応した信号を出力する
出力端子として用いるとともに、それらの電極の残り
を、診断電圧信号が入力される入力端子として用いるよ
うにしている。その出力端子には、乗員拘束装置を作動
させる駆動回路と、圧電型加速度センサを自己診断する
診断回路とが接続される。その診断電圧信号は、その診
断電圧信号が入力されたときに出力端子から出力される
信号によっては乗員拘束装置の駆動回路が働かない信
号、例えば十分に低い電圧信号とされる。 【０００９】このように構成することにより、車両に加
速度が生じたときには、圧電型加速度センサの圧電素子
が歪んで、その出力端子からそのときの加速度に対応し
た電圧信号が出力される。すなわち、そのセンサによっ
て加速度が検出される。そして、そのときの加速度が著
しく大きく、その加速度センサから所定値以上の電圧が
出力されたときには、車両が衝突したと判断されるの
で、乗員拘束装置を作動させる駆動回路が駆動される。
一方、圧電型加速度センサの入力端子に診断電圧信号を
入力すると、そのセンサが正常であるときには、その入
力電圧に比例して圧電素子に歪みが生じる。すなわち、
車両の加速度によって圧電素子に歪みが生じた状態と等
価になる。そして、圧電型加速度センサの出力端子から
所定の大きさの電圧信号が出力される。したがって、そ
の電圧信号により、センサが正常であることが確認され
る。また、センサが異常であると、診断電圧信号を入力
しても、出力端子からはその入力信号に対応した大きさ
の電圧信号が出力されない。あるいは電圧信号が全く出
力されない。それによって、センサが異常であることが
認識される。その場合、診断電圧信号は乗員拘束装置の
駆動回路を働かせない信号とされているので、圧電型加
速度センサに診断電圧信号を入力しても、乗員拘束装置
が作動することはない。このようにして、その圧電型加
速度センサは、加速度を検出するセンサ機能とセンサ自
体の異常を検出する自己診断機能とを有するものとな
る。 【００１０】 【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態を説明する。図中、図１及び図２は本発明による
乗員拘束装置の制御装置に用いられる圧電型加速度セン
サの一例を示すもので、図１はそのセンサの縦断面図で
あり、図２は図１の矢印Ａ方向から見たそのセンサの要
部の平面図である。図１から明らかなように、この圧電
型加速度センサは円筒形のケース１を備えている。その
ケース１は金属又は導電性樹脂によって形成されてお
り、その底面の中央部には突出部１ａが設けられてい
る。そして、その突出部１ａに、金属薄板からなる円形
の振動子２の中心部が適宜の固定手段によって固定され
ている。その振動子２の外周端縁部は自由とされてい
て、振動子２が撓み変形することにより、その外周端縁
部がケース１に対して相対的に変位可能とされている。
振動子２には、圧電セラミックスによって形成された圧
電素子３の一方の面が面接合されている。また、その圧
電素子３の他方の面には、銀によって形成された薄板状
の電極４が貼り付けられている。図２から明らかなよう
に、その電極４は４個に分割して形成されている。そし
て、それら分割された第１ないし第４電極４ａ〜４ｄ
は、それぞれ互いに絶縁されている。このようにして、
圧電型加速度センサ５が形成されている。 【００１１】この圧電型加速度センサ５を車両の衝突検
知センサとして用いる場合には、その衝突によって振動
子２が撓むようにしてケース１が車体に固定される。例
えばそのケース１の軸線が車両の走行方向に一致するよ
うにされる。そして、その振動子２は、ケース１及び車
体を介してアースされる。 【００１２】図３は、その圧電型加速度センサ５が組み
込まれた、本発明による乗員拘束装置の制御装置の一例
としての自動車用エアバッグ装置の作動制御装置を示す
回路図である。この図から明らかなように、圧電型加速
度センサ５の互いに対向する第１及び第３電極４ａ，４
ｃには、第１及び第２出力線６，７がそれぞれ接続され
ている。それらの出力線６，７は１本に結線されて増幅
器８の非反転入力端子に接続されている。その増幅器８
の出力端子は第１計算回路９に接続されている。また、
その計算回路９の出力側は第１駆動回路１０に接続され
ている。そして、その駆動回路１０は、エアバッグを膨
張展開させるインフレータ１１の第１スイッチを構成す
る第１トランジスタ１２のベースに接続されている。イ
ンフレータ１１の通電回路には、そのインフレータ１１
の第２スイッチとして、もう１つの第２トランジスタ１
３が第１トランジスタ１２と並列に設けられている。増
幅器８の出力端子は、その第２トランジスタ１３のベー
スにも、第２計算回路１４及び第２駆動回路１５を介し
て接続されている。さらに、インフレータ１１は、第３
スイッチ１６を介して電源１７に接続されている。その
第３スイッチ１６は、例えば慣性体によって加速度を検
出する機械的な加速度センサ等によって作動されるもの
である。第１及び第２計算回路９，１４は、車両の衝突
時にその車両に生じるような極めて大きい減速度に対応
する大きさの増幅器８の出力が入力されたときにのみ、
第１及び第２駆動回路１０，１５にそれぞれ出力信号を
送るようにされている。したがって、増幅器８の出力が
比較的小さいときには、計算回路９，１４のいずれから
も信号は出力されない。 【００１３】一方、圧電型加速度センサ５の第２及び第
４電極４ｂ，４ｄには、第１及び第２入力線１８，１９
がそれぞれ接続されている。それらの入力線１８，１９
は１本に結線されてパルス発生回路２０に接続されてい
る。そのパルス発生回路２０には、診断回路２１も接続
されている。また、その診断回路２１には増幅器８の出
力端子が接続されており、診断回路２１の出力側は表示
ランプ２２に接続されている。パルス発生回路２０から
発生されるパルス信号は、比較的電圧の低いものとされ
ている。 【００１４】次に、このように構成されたエアバッグ装
置の作動制御装置の作用について説明する。前述したよ
うに、圧電型加速度センサ５は、例えばそのケース１の
軸線が自動車の走行方向に一致するようにして車体に固
定されている。したがって、自動車が走行を始め、車両
に加速度が生じると、その加速度に応じてセンサ５の振
動子２が撓み、その外周端縁部がケース１に対して相対
的に変位する。そして、そのような振動子２の相対変位
によって圧電素子３にその相対変位に比例した歪みが生
じ、圧電素子３がその歪み量に比例した大きさの電圧を
発生する。その電圧は、第１及び第３電極４ａ，４ｃか
ら出力される。すなわち、第１及び第３電極４ａ，４ｃ
はセンサ５の出力端子を構成している。その場合、第１
及び第３電極４ａ，４ｃは互いに対向して配置されてい
るので、それらの出力は平均化されたものとなる。した
がって、それらの電極４ａ，４ｃから出力される電圧信
号は精度のより高いものとなる。こうして、圧電型加速
度センサ５によって、車両に生じた加速度が検出され
る。 【００１５】第１及び第３電極４ａ，４ｃからの出力信
号は、第１及び第２出力線６，７を通して増幅器８の非
反転入力端子に入力され、増幅される。増幅された出力
信号は第１及び第２計算回路９，１４に入力される。車
両の加速度が所定値より小さいときには、増幅器８の出
力も小さいので、各計算回路９，１４は出力信号を何ら
発することがない。したがって、エアバッグ装置は作動
しない。 【００１６】自動車が衝突等によって所定値を超える大
きな減速度を受けると、センサ５の出力信号も極めて大
きくなる。したがって、各計算回路９，１４が演算によ
りそれを判断し、出力信号を発する。そして、その出力
信号によって各駆動回路１０，１５が作動して、第１及
び第２トランジスタ１２，１３を導通させる。すなわ
ち、第１及び第２スイッチが閉じる。一方、そのように
大きな減速度が車両に生じると、機械的な加速度センサ
も作動するので、第３スイッチ１６も閉じる。したがっ
て、インフレータ１１の通電回路が閉成される。その結
果、インフレータ１１が作動して火薬を爆発させ、エア
バッグ（図示せず）を膨らませる。それによって、乗員
は座席に保持される。その場合、第１計算回路９、第１
駆動回路１０、及び第１トランジスタ１２からなる回路
と、第２計算回路１４、第２駆動回路１５、及び第２ト
ランジスタ１３からなる回路とが並列に設けられている
ので、どちらか一方の回路が故障したとしても、エアバ
ッグ装置は作動する。すなわち、圧電型加速度センサ５
からの信号伝達回路は冗長系を構成している。また、車
両の減速度が大きくないのに、何らかの原因で第１及び
第２スイッチと第３スイッチ１６とのいずれか一方が閉
成したとしても、インフレータ１１の通電回路は閉成さ
れない。したがって、インフレータ１１は作動せず、エ
アバッグ装置の誤作動が防止される。 【００１７】このようにして、このエアバッグ装置の作
動制御装置により、自動車に生じる加速度を常時監視し
て、車両の衝突時にはそのエアバッグ装置を確実に作動
させるとともに、通常走行時における誤作動は防止され
るようにすることができる。 【００１８】一方、圧電型加速度センサ５が正常に作動
するかどうかを診断するに当たっては、パルス発生回路
２０から、診断電圧パルス信号を出力させる。そのパル
ス信号は、センサ５の第２及び第４電極４ｂ，４ｄに入
力される。すなわち、その第２及び第４電極４ｂ，４ｄ
は、診断電圧信号の入力端子となっている。センサ５が
正常に作動する場合には、そのようなパルス信号による
電圧を受けると、圧電素子３は歪みを生じる。すなわ
ち、圧電素子３は機械的に力が加えられた場合と同等の
状態となる。したがって、圧電素子３はその歪みに比例
した電圧を発生する。そして、その発生電圧は、出力端
子である第１及び第３電極４ａ，４ｃから出力され、そ
の出力信号が増幅器８により増幅されて診断回路２１に
入力される。その診断回路２１には、パルス発生回路２
０からの診断パルス信号も入力されている。診断回路２
１は、その診断パルス信号に対して、センサ５から出力
される信号が設定された信号となっているかどうかを判
断する。出力信号が設定どおりの信号となっている場合
には、センサ５が正常であると判定し、診断回路２１は
表示ランプ２２を点灯させる。したがって、圧電型加速
度センサ５が正常に作動することが確認される。 【００１９】また、センサ５が故障等の異常な状態にあ
る場合には、パルス発生回路２０からの診断パルス信号
による電圧を受けても、圧電素子３は歪みを全く生じな
いか、あるいは歪みを生じても、その歪みが診断パルス
信号の電圧の大きさに比例しない歪みとなる。そして、
その歪みによって発生する電圧の大きさも、診断パルス
信号の電圧の大きさに比例しないものとなる。したがっ
て、センサ５からは全く信号が出力されないか、あるい
は出力されたとしても、診断パルス信号に対応した設定
信号ではない不良信号となる。診断回路２１は、パルス
発生回路２０からの信号が入力されたとき、センサ５か
らの信号が入力されないか、そのような不良信号が入力
されるかした場合には、センサ５が異常であると判断
し、表示ランプ２２を点灯させない。それによって、圧
電型加速度センサ５が異常であることが認識される。 【００２０】このようにして、第２及び第４電極４ｂ，
４ｄに診断電圧信号を入力することにより、圧電型加速
度センサ５の自己診断を行うことができる。 【００２１】ところで、このような圧電型加速度センサ
５の自己診断時におけるセンサ５の出力信号は、エアバ
ッグ装置の駆動回路にも入力される。そのために、その
信号によってインフレータ１１が誤作動することが考え
られる。そこで、そのような誤作動を回避するために、
診断時におけるセンサ５の出力信号が計算回路９，１４
に入力されても、駆動回路１０，１５は働かないように
されている。すなわち、前述したように、計算回路９，
１４は所定の大きさの信号、すなわち車両の衝突等によ
る極めて大きな信号が入力されたときにのみ、駆動回路
１０，１５に信号を出力するようにされている。一方、
パルス発生回路２０は比較的電圧の低い診断パルス信号
を発信するように設計され、診断時におけるセンサ５の
出力信号が比較的小さくなるようにされている。したが
って、圧電型加速度センサ５の自己診断時に駆動回路１
０，１５が作動することはない。 【００２２】図４は、本発明による乗員拘束装置の制御
装置に用いられる圧電型加速度センサの他の例を示す、
図２と同様の平面図である。この圧電型加速度センサ５
の場合には、第１電極４ａと第３電極４ｃとは、一対の
第１連結部２３，２３によって互いに電気的に連結され
ている。また、第２電極４ｂと第４電極４ｄとは、同様
に一対の第２連結部２４，２４によって互いに電気的に
連結されている。このように構成することにより、その
センサ５を例えば図３に示されているエアバッグ装置の
作動制御装置に組み込んだ場合を考えると、第１及び第
３電極４ａ，４ｃに接続される出力線６，７のいずれか
一方が断線しても、他方の出力線７，６から出力を確実
に得ることができる。その場合、第１及び第３電極４
ａ，４ｃに生じた電圧がともに出力されるので、センサ
５のセンサ機能が低下するようなことはない。すなわ
ち、この圧電型加速度センサ５においては、第１及び第
３電極４ａ，４ｃを連結するとともに、それらの各電極
４ａ，４ｃにそれぞれ出力線６，７を接続することによ
り、冗長系が形成される。同様に、第２及び第４電極４
ｂ，４ｄにそれぞれ接続される入力線１８，１９のいず
れか一方が断線しても、他方の入力線１９，１８からそ
れら第２及び第４電極４ｂ，４ｄに診断パルス信号を確
実に入力することができるので、センサ５の自己診断機
能が低下することはない。すなわち、この場合にも、冗
長系が形成される。 【００２３】以上説明したように、本発明において用い
られる圧電型加速度センサ５は、加速度を検出するセン
サ機能に加えて、センサ自体の正常又は異常を診断する
自己診断機能をも有するものとなっている。そして、そ
の診断時にエアバッグ装置等の乗員拘束装置が誤作動す
ることもないようにされている。したがって、その圧電
型加速度センサ５を備えた乗員拘束装置の制御装置の診
断は、その乗員拘束装置を車両に搭載したままの状態で
行うことができる。その結果、診断が極めて正確に行わ
れるようになり、センサ５を常に正常状態に維持するこ
とが可能となる。 【００２４】なお、上記説明においては、圧電型加速度
センサ５の電極４を４分割するようにしているが、本発
明はこれに限定されるものではなく、分割数は適宜設定
することができる。例えばその電極４は２分割したもの
とすることもできる。その場合には、電極４の一方を信
号出力用として使用し、他方を診断パルス信号入力用と
して使用するようにすればよい。しかしながら、そのよ
うにすると、入出力線がそれぞれ１本ずつとなるので、
冗長系は形成されない。冗長系が形成されるようにする
ためには、電極４は４分割以上に分割することが望まし
い。また、その圧電型加速度センサ５を用いる乗員拘束
装置として、エアバッグ装置を例に挙げて説明したが、
その加速度センサ５を用いた制御装置は、自動車の衝突
時に作動する安全ベルト装置など、他の乗員拘束装置に
も適用することができる。 【００２５】 【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、圧電型加速度センサの圧電素子に設けられる
電極を複数個に分割して、分割した電極の一部を信号出
力用の出力端子とするとともに、残りを診断電圧信号入
力用の入力端子とするようにしているので、そのセンサ
は、車両の加速度を検出するセンサ機能のほかに、セン
サ自体の状態を自己診断する診断機能をも併せ有するも
のとなる。そして、その出力端子から出力される電圧が
所定値より大きいときには乗員拘束装置を作動させるよ
うにしているので、従来の乗員拘束装置の制御装置と同
様に機能させることができる。また、入力端子に入力す
る診断電圧信号を、そのとき出力端子から出力される信
号によっては乗員拘束装置の駆動回路が働かない信号と
しているので、診断時に乗員拘束装置が誤作動すること
も防止することができる。したがって、乗員拘束装置を
車両に搭載したまま、いつでもその診断を行うことが可
能となり、その制御装置を常に正常状態に保つことがで
きる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明による乗員拘束装置の制御装置に用いら
れる圧電型加速度センサの一例を示す縦断面図である。 【図２】その圧電型加速度センサを図１の矢印Ａ方向か
ら見た要部の平面図である。 【図３】本発明による乗員拘束装置の制御装置の一例と
しての自動車のエアバッグ装置の作動制御装置を示す回
路図である。 【図４】本発明において用いられる圧電型加速度センサ
の他の例を示す、図２と同様の平面図である。 【符号の説明】 ３ 圧電素子 ４ 電極 ４ａ 第１電極（出力端子） ４ｂ 第２電極（入力端子） ４ｃ 第３電極（出力端子） ４ｄ 第４電極（入力端子） ５ 圧電型加速度センサ ９ 第１計算回路 １０ 第１駆動回路 １１ インフレータ １４ 第２計算回路 １５ 第２駆動回路 ２０ パルス発生回路 ２１ 診断回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01P 21/00 G01P 15/00 G01P 15/09 B60R 21/32

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．少なくとも一方の面に電極が設けられ、車両に加速
   度が生じたときその加速度の大きさに応じて歪むように
   して前記車両に取り付けられる圧電素子からなり、その
   圧電素子の歪みに伴う電気量の変化を前記電極から取り
   出すことにより、そのときの加速度に対応した電圧を発
   生する圧電型加速度センサを備え、 その圧電型加速度センサから出力される検出電圧が所定
   値以上のとき乗員拘束装置を作動させるように構成され
   ている乗員拘束装置の制御装置において；前記電極が複
   数個に分割して形成されており、その分割された電極の
   一部は前記圧電素子の歪みに対応した信号を出力する出
   力端子とされるとともに、前記電極の他部は診断電圧信
   号が入力される入力端子とされていて、 前記出力端子に、前記乗員拘束装置を作動させる駆動回
   路と、前記圧電型加速度センサを自己診断する診断回路
   とが接続され、 前記入力端子に入力される前記診断電圧信号が、そのと
   き前記出力端子から出力される信号によっては前記駆動
   回路が働かない信号とされていることを特徴とする、圧
   電型加速度センサを備えた乗員拘束装置の制御装置。