JP4449074B2 - センサシステム - Google Patents

Description

この発明は、車両用角速度センサシステムに関する。

特表２００２−５３７５４９号公報

従来、角速度センサを用いて車両制御を行なうシステムとして、車両の横滑りを検出し、各車輪のブレーキやトルクを最適に制御することにより、車両を正常状態に保つ車両安定制御システムや、車両の後輪あるいは前輪の舵角を制御する４輪舵角制御システム等が周知である。この種のシステムは、車両の横滑りといった車両の異常状態を角速度信号つまり角速度センサにて検出しており、この角速度信号の信頼性を高めることが求められている。

車両制御用のセンサの多くは、車両制御用センサの信頼性向上の手段として、ハードウェア構成が同一の２組ないしそれ以上のセンサにて冗長的に構成する場合がある。この際、それら複数のセンサの出力比較による故障診断を行なう。例えば２組の角速度センサを冗長的に組み合わせて用いる場合、２つの角速度センサ出力の差を監視することにより故障検出が可能である。

他方、車両用角速度センサの場合、角速度の検出感度やゼロ点オフセットなどに関しては、センサ個体間のバラツキもあるので、故障判定にはそれらのバラツキの吸収マージンも考慮して判定の閾値を設定する必要がある。従って、その閾値を超えた出力が見込まれる角速度が発生している場合には、センサの感度エラーやゼロ点エラーを問題なく検出できるが、角速度信号レベルに小さな変化しか与えないような軽微な故障までも検出することは不可能である。そこで、特許文献１には、角速度信号出力を時間微分するための微分回路を追加し、その微分信号も併用して監視することで、故障診断の精度向上を図る提案がなされている。

しかしながら、特許文献１のような微分回路を用いた故障監視方法においては、微分回路の追加が必要だけでなく、正規の角速度信号の他に微分信号も処理しなければならないから、故障監視にかかる信号処理の負担が増大する欠点がある。また、ヨーレート検出の場合を例にとると、高速道路を走行時などヨーレートの発生が非常に小さい状況においては、角速度信号のレベル自体が相当に低くなり、微分信号を用いても感度エラーの検出が困難となる。加えて、微分回路は周波数が高いほど利得が高くなるため、微分されたセ角速度信号は、センサ系の機械的構造に由来した共振の影響を受けやすくなり、これも感度エラーの検出を困難にする要因となりうる。

本発明の課題は、信号処理負担の過度の増加を招くことなく角速度センサの感度エラーを効果的に検出でき、また、高速走行時など角速度信号の出力レベルが小さい場合でも故障検知を確実に行なうことができる角速度センサシステムを提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

上記の課題を解決するために、本発明の角速度センサシステムは、
各々個別に角速度信号を出力可能な複数の角速度センサを備え、それら角速度センサの角速度信号の出力状態の比較に基づいて、該角速度センサの異常検知処理を行なうようにした車両用角速度センサシステムにおいて、
角速度センサの角速度信号の出力前段側に個別に設けられ、車両制御用として不要となる高域側不要成分を角速度信号から除去する、第一カットオフ周波数を有した第一ローパスフィルタ部と、
角速度信号が入力される、第一カットオフ周波数よりも低域側の第二カットオフ周波数を有する第二ローパスフィルタ部と、
第一ローパスフィルタ部は通過し、第二ローパスフィルタ部は通過していない角速度信号を車両制御用に外部に出力する角速度信号出力部と、
第二ローパスフィルタ部の通過により、第二カットオフ周波数と第一カットオフ周波数との間の帯域の信号成分を減じられた低域側角速度信号成分を用いて異常検知処理を行なう異常検知処理部と、を備えたことを特徴とする。

車両制御に使用する角速度センサの測定対象は、主として車両の走行状況により車体にマクロに発生する角速度であり、図２に示すように、通常の走行状況で検出される角速度信号の周波数は、グリップ走行時の交差点や曲がり角での右左折時あるいはＵターン時等において、数秒間で９０°〜１８０゜程度の角度変化が高々最大のレベルであるから、該して低い。また、高速走行時や雪道走行時には、急激な操舵等が行なわれないことから、検出すべき角速度はますます低周波化する傾向にある。他方、路面状態や突風などの外的要因による車体のスリップ、スピン、ローリング、緊急時の急操舵、さらには車両の内部不具合などの異常時には、比較的周波数の高い角速度が突発的に発生することがある。車両制御における角速度の検出周波数域の上限は、このような突発角速度にも対応できるように、定常時に予測される角速度周波数の上限よりもかなり高めに設定されている。

しかし、角速度センサの故障検知やバックアップは、上記のような周波数の高い突発的な角速度がいつ発生しても問題なく検出できるように、通常走行時においても常に実施しなければならない。このとき問題となるのは、上記のように、通常時に検出される角速度の周波数帯域（以下、通常角速度域という）が低く、かつ信号レベルも小さいことである。具体的には、突発時の角速度検出を考慮して検出上限周波数が拡張されているために、その検出上限周波数と通常角速度域の上限周波数との間には相当の隔たりがある（以下、この間の角速度周波数域を突発角速度マージン域という）。該突発角速度マージン域が広ければ、該帯域で拾うノイズが、低周波側の通常角速度域で検出される角速度信号に重畳し、感度エラーやゼロ点オフセットエラー等の検出を妨げる要因ともなる。この傾向は、高速走行時や雪道走行時など、発生する角速度信号のレベルが小さい場合に特に顕著である。

そこで、本発明では、車両制御用として不要となる高域側不要成分を角速度信号から除去する、第一カットオフ周波数を有した第一ローパスフィルタ部（上記の突発角速度マージン域の上限周波数を与えるものである）に加えて、該第一カットオフ周波数よりも低域側の第二カットオフ周波数を有する第二ローパスフィルタ部を設け、第一ローパスフィルタ部は通過し、第二ローパスフィルタ部は通過していない角速度信号を車両制御用に外部に出力する一方、第二ローパスフィルタ部の通過により、第二カットオフ周波数と第一カットオフ周波数との間の帯域の信号成分（つまり、感度エラー検出を妨げる、突発角速度マージン域の信号成分である）を減じられた低域側角速度信号成分を用いて異常検知処理を行なうようにした。これにより、通常角速度域の角速度信号から突発角速度マージン域のノイズ成分を効果的に除去でき、特に、高速走行時や雪道走行時など、発生する角速度信号のレベルが小さい場合においても、感度エラーやゼロ点オフセットエラーの検出を確実に行なうことができるようになる。

本発明の上記効果を高めるには、第二カットオフ周波数は、角速度センサシステムが搭載される車両がグリップ走行状態で右左折する際に発生する角速度の周波数域（上記の通常角速度域に相当する）の信号は通過させ、異常時に車両に発生することが見込まれる、それよりも大きな角速度の周波数域（突発角速度マージン域に相当する）の信号は遮断するように定めておくことが望ましい。車両スピン時等における、異常走行時も含めて想定される最大角速度周波数が１０Ｈｚ以上３０Ｈｚ以（例えば２０Ｈｚ）であることを想定すれば、第一カットオフ周波数は１０Ｈｚ以上３０Ｈｚ以下に設定することが望ましい。他方、通常角速度域では、右左折時やＵターン時に、例えば１秒で９０°〜１８０゜程度の角度変化があったとしても、１周期（３６０°）には２〜４秒を有し、発生する角速度の周波数は高々１Ｈｚ程度までである。従って、第二カットオフ周波数が１Ｈｚ以下に設定されることが望ましい。なお、高速走行時などでは検出角速度の周波数は１／５０〜１／１００Ｈｚ程度にまで下がることも予測されるが、第二カットオフ周波数は、当然、これよりは高く設定する必要がある。

次に、第二ローパスフィルタ部は、これを通過する低域側角速度信号の増幅機能を有したものとして構成することができる。通常角速度域では、感度エラー検出に使用する角速度信号レベルが低いため、これを増幅することで感度エラーの検出精度をさらに高めることができる。このとき、第二ローパスフィルタ部は、第二カットオフ周波数よりも高い周波数のノイズ成分を遮断するので、通過させたい信号成分とともに該ノイズ成分が増幅されることが効果的に抑制でき、感度エラー検出に使用する角速度信号のＳ／Ｎ比向上に寄与する。上記の場合、第二ローパスフィルタ部は、ユニティゲインよりも大きな出力ゲインを有するものとして構成しておく必要がある。

以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
図１Ａは、本発明の加速度センサシステムの一実施形態を示すブロック図である。該加速度センサシステム１は自動車等の車両制御用に、当該車両に搭載して使用されるもので、各々個別に角速度信号ＶｙＡ，ＶｙＢを出力可能な複数、本実施形態では２つの角速度センサ２Ａ，２Ｂを備え、それら角速度センサ２Ａ，２Ｂの角速度信号ＶｙＡ，ＶｙＢの出力状態の比較に基づいて、該角速度センサ２Ａ，２Ｂの異常検知処理を行なうものである。

角速度センサ２Ａ，２Ｂは互いに等価なハードウェア構成を有する。図３は、その構成例を示すものである。以下、１つの角速度センサ２Ａ，２Ｂの一方で代表させ、単に角速度センサ２ともいう。角速度センサ２は振動型の角速度センサとして構成され、その本体部（第一ローパスフィルタ部２３を除いた部分）２Ｍが、第一のセンサユニット１００及び第二のセンサユニット２００と、振動駆動制御部６及び角速度検出部７とを有する。各センサユニットは１００、２００は、図４に示すように、予め定められたＸ方向（基準方向）に振動する振動子４１ａ，４１ｂを備え、それら振動子４１ａ，４１ｂに角速度が加わるに伴い、Ｘ方向と直交するように定められたＹ方向（角速度検出方向）への被検出振動成分を検出するものである。なお、被検出振動波形は、並進的な加速度が加わっている場合は角速度波形成分に加速度波形成分が重畳したものとなる。第一のセンサユニット１００と第二のセンサユニット２００とは、振動子４１ａ，４１ｂの逆相振動駆動により、それらの被検出振動波形が、角速度波形成分とこれに重畳する加速度波形成分との一方において互いに同相となり、他方において互いに逆相となるように（すなわち、加算又は差分により、加速度波形成分又は角速度波形成分の一方をキャンセルできるように）、上記の基準方向と角速度検出方向とが定められている。本実施形態においては、第一のセンサユニット１００と第二のセンサユニット２００とはＸ方向に互いに隣接して配置され、該Ｘ方向において振動子４１ａ，４１ｂとが鏡映的な対称関係にて振動駆動されるようになっているが、これに限られるものではない。

振動ユニット４は、例えばＳｉ等の半導体マイクロマシニングの技術を用いて形成される。図４に例示した構成では、第一のセンサユニット１００の振動子４１ａは梁４２ａにより、第二のセンサユニット２００の振動子４１ｂは梁４２ｂにより、一体のフレーム４０に対し、それぞれ互いに直交するＸ方向とＹ方向とに独立に振動可能に結合されている。

両センサユニット１００，２００の各フレーム４０には、Ｘ方向（つまり振動駆動方向）の互いに遠い側の端部内面に、Ｘ方向の単位電極がＹ方向に一定間隔で配列した櫛歯状の駆動側固定電極５６ａ，５６ｂが取り付けられている。また、振動子４１ａ，４１ｂのＸ方向側端面には、Ｘ方向の単位電極がＹ方向に一定間隔で配列した櫛歯状の駆動側可動電極６６ａ，６６ｂが、駆動側固定電極５６ａ，５６ｂとの間に隙間をもって交互に配列する形で取り付けられている。

一方、両センサユニット１００，２００の、Ｙ方向（つまり角速度検出方向）の各端部（都合４箇所）には振動検出用コンデンサ４５ａ１，４５ｂ１，４５ｂ２，４５ａ２が設けられている。具体的には、フレーム４０のＹ方向の各端部内面に、Ｙ方向の単位電極がＸ方向に一定間隔で配列した櫛歯状の検出側固定電極５５ａ，５５ｂが取り付けられている。また、振動子４１ａ，４１ｂの対応するＹ方向側端面には、Ｙ方向の単位電極がＸ方向に一定間隔で配列した櫛歯状の検出側可動電極６５ａ，６５ｂが検出側固定電極５５ａ，５５ｂとの間に隙間をもって交互に配列する形で取り付けられている。これら検出側可動電極６５ａ，６５ｂと検出側固定電極５５ａ，５５ｂとが、上記振動検出用コンデンサ４５ａ１，４５ｂ１，４５ｂ２，４５ａ２を形成している。なお、Ｙ方向の互いに反対側に位置する振動検出用コンデンサ（４５ａ１と４５ｂ１及び４５ｂ２，４５ａ２）の間では、角速度波形成分も加速度波形成分も互いに逆相となって表れる。

さらに、両センサユニット１００，２００のＸ方向の互いに近い側の端部には、駆動振動数をフィードバック制御するための振幅モニタ用コンデンサ４７ａ，４７ｂが設けられている。具体的には、フレーム４０の対応する端部（隣接するセンサユニット１００，２００を仕切る隔壁部となっている）内面に、Ｘ方向の単位電極がＹ方向に一定間隔で配列した櫛歯状のモニタ側固定電極５７ａ，５７ｂが取り付けられている。また、振動子４１ａ，４１ｂの対応するＸ方向側端面には、Ｘ方向の単位電極Ｙ方向に一定間隔で配列した櫛歯状のモニタ側可動電極６７ａ，６７ｂが、モニタ側固定電極５７ａ，５７ｂとの間に隙間をもって交互に配列する形で取り付けられている。これらモニタ側可動電極６７ａ，６７ｂとモニタ側固定電極５７ａ，５７ｂとが、上記振幅モニタ用コンデンサ４７ａ，４７ｂを形成している。

振動子４１ａ，４１ｂは、その表面に形成された各電極６５ａ，６６ａ，６７ａ，６５ｂ，６６ｂ，６７ｂとともに、梁４２ｂ及びフレーム４０を介してＧＮＤ端子Ｇ１，Ｇ２に接続され、外部でＧＮＤに接続されるようになっている。また、フレーム４０の表面には、駆動側固定電極５６ａ，５６ｂに接続される駆動端子Ｄ１，Ｄ２、検出側固定電極５５ａ，５５ｂに接続され加速度波形検出端子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４、及びモニタ側固定電極５７ａ，５７ｂに接続される振動モニタ端子Ｍが形成されており、アイソレーション部６０で互いに電気的に分離されている。

図３に戻り、振動検出用コンデンサ４５ａ１，４５ａ２及び振動検出用コンデンサ４５ｂ１，４５ｂ２は、振動検出に伴う蓄積電荷の変化がチャージアンプ等で構成された電荷電圧変換器２０ａ，２０ｂにて電圧変換され、電圧波形として出力される。これら電荷電圧変換器２０ａと電荷電圧変換器２０ｂと、それらの出力同士を差動増幅する差動増幅器２１（差分波形演算手段）と、予め定められた周波数帯域の加速度成分を抽出する同期検波部２２が角速度検出部７を構成する。

振動駆動制御部６は、振幅モニタ用コンデンサ４７ａ，４７ｂの蓄積電荷を電圧変換する電荷電圧変換器１０、その振動交流電圧出力を直流変換するＡＣ／ＤＣ変換器１１、ＡＣ／ＤＣ変換器１１の出力電圧を振幅モニタ値として、その基準電圧Ｖｒｅｆを与える基準電圧発生部１２、振幅モニタ値と基準電圧Ｖｒｅｆとの差分を増幅する差動増幅器１３、電荷電圧変換器１０からの振動電圧出力を９０°移相する移相器１４、差動増幅器１３と移相器１４との各出力を乗算する乗算器１５とを有する。乗算器１５の出力が振動駆動電圧波形として、第一のセンサユニット１００及び第二のセンサユニット２００の各駆動端子Ｄ１，Ｄ２に入力される。

上記構成において振動駆動制御部６は、振動子４１ａ，４１ｂのＸ方向の振動が、振幅モニタ用コンデンサ４７ａ，４７ｂの容量変化により、振動モニタ信号としてモニタ端子Ｍから取り出され、電荷電圧変換器１０にて電圧信号に変換後、駆動端子Ｄ１，Ｄ２に帰還させることにより自励式振動駆動機構を構成する。移相器１４は、梁６０を介した振動子４１ａ，４１ｂの共振点付近での機械的振動を持続させる役割を果たす。また、電荷電圧変換器１０にからの振動モニタ信号は、別途ＡＣ／ＤＣ変換器１１で平滑化されて振幅レベル信号とされ、制御振幅レベルに対応した基準電圧発生部１２からの基準電圧信号との差分が差動増幅器１３にて演算される。この差動増幅器１３の出力を振幅補正信号として、乗算器１５にて振動モニタ信号と乗ずることにより、駆動振幅が一定に制御されることとなる。なお、第一のセンサユニット１００と第二のセンサユニット２００との駆動端子Ｄ１，Ｄ２は、フレーム４０に対し、Ｘ方向にて互いに異なる端部側に形成されており、乗算器１５からの駆動出力が同相入力される。これにより、両ユニット１００，２００の振動子４１ａ，４１ｂは、Ｘ方向において、その共振周波数で互いに逆位相で振動駆動される。

上記の状態で、Ｘ，Ｙ両方向のいずれとも直交するＺ方向（例えば路面と直交する向き）周りに角速度が入力されると、振動子４１ａ，４１ｂにはコリオリ力により、その角速度の大きさに応じた振幅でＹ方向の角速度振動成分が互いに逆位相にて発生する。この振動は、振動検出用コンデンサ４５ａ１，４５ｂ１，４５ｂ２，４５ａ２の容量変化として検知され、端子Ｓ１，Ｓ２及び端子Ｓ３，Ｓ４から取り出された後、電荷電圧変換器２０ａ，２０ｂにて電圧変換され、角速度検出波形Ｓａ，Ｓｂとして出力される。

なお、同じユニット内で、角速度も加速度も互いに逆相となる振動検出用コンデンサ４５ａ１，４５ｂ１及び振動検出用コンデンサ４５ａ２，４５ｂ２（図３において、端子Ｓ１，Ｓ３同士及びＳ２，Ｓ４同士）は、図３の電荷電圧変換器２０ａ，２０ｂにそれぞれ差動入力され（つまり、同相合成されることなる）、角速度検出感度を高める工夫がなされている。

次に、角速度検出部７においては、電荷電圧変換器２０ａ，２０ｂからのそれぞれの角速度検出波形信号Ｓａ，Ｓｂは互いに逆位相となっているので、差動増幅器２１により差分演算することで、これら２つの波形信号がさらに振幅加算され、角速度検出感度が一層向上する。また、逆相振動駆動される両ユニット１００，２００においては、図４に示すように、Ｚ方向周りに角速度が加わった時にＹ方向に発生するコリオリ力は互いに逆方向に検知されるが、回転遠心力や突発振動などによるＹ方向への並進的な加速度に対しては同一方向に検知され、角速度信号から見れば一種のノイズ成分となる。しかし、両ユニット１００，２００の角速度検出波形信号を差分演算すれば、この加速度成分はキャンセルされ、角速度信号のみを取り出すことができる。

差動増幅器２１からの角速度信号の出力は、同期検波部２２にて振幅変調された角速度信号が復調され、入力角速度に比例した直流の信号Ｖｙとして出力される。同期検波部２２の参照周波数信号は、本実施形態では移相器１４からの振動モニタ信号力が流用される。コリオリ力は、振動子の速度と加わる角速度とのベクトル積に比例して発生するので、駆動振動波形に対し、コリオリ力の検出波形は必ず９０°進角して検知される。従って、移相器１４にて９０°進角した駆動振動波形はコリオリ力の検出波形（つまり、角速度波形）と位相が一致し、同期検波用の参照周波数信号として好適に採用できる。

次に、図１Ａにおいて、角速度センサ２Ａ，２Ｂの角速度信号ＶｙＡ，ＶｙＢの出力側には、図３に示すように、車両制御用として不要となる高域側不要成分を角速度信号Ｖｙ（ＶｙＡ又はＶｙＢ）から除去する、第一カットオフ周波数ｆｃ１を有した第一ローパスフィルタ部２３が設けられている。図２に示すように、通常の走行状況では、検出される角速度信号ＶｙＡ，ＶｙＢの周波数は、交差点や曲がり角での右左折時あるいはＵターン時等における精々１Ｈｚ以下の低周波の信号である。また、高速走行時や雪道走行時には、急激な操舵等が行なわれないことから、該周波数はさらに低くなる。しかし、路面状態や突風などの外的要因による車体のスリップ、スピン、ローリング、緊急時の急操舵、さらには車両の内部不具合などの異常時には、１０〜３０Ｈｚ程度までの比較的周波数の高い角速度が突発的に発生する。図２に示すように、第一ローパスフィルタ部２３の第一カットオフ周波数ｆｃ１は、これに対応して１０Ｈｚ以上３０Ｈｚ以下（例えば２０Ｈｚ）に設定される。

また、角速度信号ＶｙＡ，ＶｙＢは、異常検知処理用に、第二ローパスフィルタ部１２３Ａ，１２３Ｂへもそれぞれ入力される。第二ローパスフィルタ部１２３Ａ，１２３Ｂは、第一カットオフ周波数ｆｃ１よりも低域側設定される第二カットオフ周波数ｆｃ２を有する。そして、第一ローパスフィルタ部２３は通過し、第二ローパスフィルタ部１２３Ａ，１２３Ｂは通過していない角速度信号ＶｙＡ，ＶｙＢが、車両制御用に外部に出力される。他方、第二ローパスフィルタ部１２３Ａ，１２３Ｂの通過により、第二カットオフ周波数ｆｃ２と第一カットオフ周波数ｆｃ１との間の帯域の信号成分を減じられた低域側角速度信号ＶｘＡ，ＶｘＢ成分は異常検知処理部１１０に入力され、そこで異常検知処理に使用される。

角速度センサ２Ａ，２Ｂの異常検知処理（故障検知）は、周波数の高い突発的な角速度がいつ発生しても問題なく検出できるように、通常走行時においても常に実施する必要がある。しかし、図２に示すように、突発時の角速度検出を考慮して第一ローパスフィルタ部２３の検出上限周波数が拡張されているので、検出上限周波数と通常角速度域の上限周波数との間の周波数域である突発角速度マージン域が広く、該帯域で拾うノイズが、低周波側の通常角速度域で検出される角速度信号ＶｙＡ，ＶｙＢに重畳する。特に、高速走行時や雪道走行時などでは、通常角速度域で検出される角速度信号ＶｙＡ，ＶｙＢのレベルが小さいので、ノイズが重畳していると信号がこれに埋もれてしまい、角速度センサ２Ａ，２Ｂの感度やゼロ点に異常が生じても全く検出できない場合がある。

そこで、上記のように角速度信号ＶｙＡ，ＶｙＢを、検出上限周波数に対応した第一カットオフ周波数ｆｃ１よりも低域側の第二カットオフ周波数ｆｃ２を有する第二ローパスフィルタ部１２３Ａ，１２３Ｂを通過させることで、突発角速度マージン域のノイズを遮断した低域側角速度信号ＶｘＡ，ＶｘＢ成分を作り、これを用いて異常検知処理を行なうよことで、高速走行時や雪道走行時など、発生する角速度信号ＶｙＡ，ＶｙＢのレベルが小さい場合においても、感度エラーやゼロ点オフセットエラーの検出を確実に行なうことができる。

通常角速度域では、右左折時やＵターン時に発生する角速度の周波数は高々１Ｈｚ程度までであり、第二カットオフ周波数ｆｃ２もこれに対応して１Ｈｚ以下に設定される。これにより、高速走行時等における１／５０〜１／１００Ｈｚ程度の低周波の角速度に加え、グリップ走行となる比較的低速での右左折時あるいはＵターン時に発生する１／４〜１／２Ｈｚ程度の角速度についても、信号出力のモニタリングを行なうことができる。その結果、車両の速度に関係なくセンサの感度エラーやゼロ点オフセットエラーなどを容易に検出できる。

第二ローパスフィルタ部１２３Ａ，１２３Ｂは、図１Ｂに一例を示すように、これを通過する低域側角速度信号ＶｘＡ，ＶｘＢに対する増幅機能を有したものが使用される。図１Ｂの構成では、演算増幅器１２３ａと周辺のコンデンサＣ１，Ｃ２及び抵抗Ｒ１，Ｒ２にて構成された二次アクティブフィルタ１２３Ｆが用いられており、その通過出力を増幅器１２３Ａで増幅した形で低域側角速度信号Ｖｘとして出力するようにしている。二次アクティブフィルタ１２３Ｆで、第二カットオフ周波数ｆｃ２よりも高い周波数のノイズ成分が遮断された後、増幅器１２３Ａで増幅されるので、ノイズ成分の増幅が抑制され、異常検知に使用する低域側角速度信号ＶｘのＳ／Ｎ比が向上する。

また、図１Ａと図３とを合わせ見れば明らかであるが、第二ローパスフィルタ部１２３Ａ，１２３Ｂに入力される信号は、第一ローパスフィルタ部２３を通過後の角速度信号ＶｙＡ，ＶｙＢである。ローパスフィルタの減衰特性は、カットオフ周波数から高域側への隔たりが大きくなると、再び増加に転ずる場合がある。従って、低域側角速度信号Ｖｘを、第一ローパスフィルタ部２３と第二ローパスフィルタ部１２３とを順次通過させて生成することで、高域側での信号減衰効果をより確実なものとすることができる。一方、第二ローパスフィルタ部１２３の減衰特性が高域側まで十分広く平坦化している場合は、図３に一点鎖線で示すように、本体部２Ｍからの角速度出力を、第一ローパスフィルタ部２３をバイパスさせて第二ローパスフィルタ部１２３へ直接入力することも可能である。

本実施形態では、図１Ａに示すように、各角速度センサ２Ａ，２Ｂからの角速度信号ＶｙＡ，ＶｙＢの出力経路ＬＭ１，ＬＭ２から異常検知用経路ＬＢ１，ＬＢ２が個別に分岐して設けられ、該異常検知用経路ＬＢ１，ＬＢ２を経て角速度信号ＶｙＡ，ＶｙＢが第二ローパスフィルタ部１２３Ａ，１２３Ｂへ入力されている。そして、異常検知処理部１１０は、各異常検知用経路ＬＢ１，ＬＢ２へ分配される角速度信号ＶｙＡ，ＶｙＢの差分演算を行なう差分演算部１２１を有する。角速度信号ＶｙＡ，ＶｙＢの出力経路ＬＭ１，ＬＭ２とは別に異常検知用経路ＬＢ１，ＬＢ２を分岐させることで、例えば図５に示すように、マイクロコンピュータ１３０により、角速度信号及び異常検知信号の出力インターフェースを構成する場合、異常検知のための低域側角速度信号ＶｘＡ，ＶｘＢの比較演算処理を、マイクロコンピュータ１３０への入力前段側で差分演算部１２１により実施できる。これにより、異常検知処理を高速化でき、マイクロコンピュータ１３０への処理負担も軽減することができる。なお、角速度センサモジュールの多くは、図１Ａの本体部２Ｍと第一ローパスフィルタ部２３とが基板上に一体化され、第一ローパスフィルタ部２３を通過した信号を取り出す出力端子しか形成されていない構造になっているものも多い。この場合、その端子から角速度信号ＶｙＡ，ＶｙＢの出力経路ＬＭ１，ＬＭ２と、異常検知用経路ＬＢ１，ＬＢ２とを分配して引き出すことで、基板の設計変更等は不要となる。

本実施形態では、図１Ａに示すように、差分演算部１２１が差動増幅器にて構成され、その出力がウィンドコンパレータ１１３に入力される。２つの角速度センサ２Ａ，２Ｂに異常が生じていなければ、両センサ２Ａ，２Ｂはほぼ等価な低域側角速度信号ＶｘＡ，ＶｘＢを出力するので、両社の差分演算を行なうことで波形が互いにキャンセルしあい、差動増幅器１２１の出力Ｓｋは中立点に近い位置でフラットな波形を示すことになる。しかし、どちらかの角速度センサ２Ａ，２Ｂの出力に異常を生じていれば、角速度信号ＶｘＡ，ＶｘＢに差が生じ、キャンセルのバランスが崩れる結果、差動増幅器１２１の出力Ｓｋの振幅値は中立点からシフトする。従って、上記中立点を包含した基準電圧範囲［Ｖｒｅｆ２，Ｖｒｅｆ３］を有するウィンドコンパレータ１１３に差分信号出力Ｓｋを入力することで、該信号出力Ｓｋが規定範囲内か否か、つまり異常かどうかを異常検知信号ＶＤとして該ウィンドコンパレータ１２３から出力することができる。

図５において、角速度信号ＶｙＡ，ＶｙＢと異常検知信号ＶＤとは、前者がアナログ波形信号としてＡ／Ｄ変換ポートＡ／Ｄ１，Ａ／Ｄ２に、後者が二値のレベル信号としてデータポートＤ１にそれぞれ入力される。マイクロコンピュータ１３０内での演算処理により角速度信号ＶｙＡ，ＶｙＢを用いて生成された最終的な角速度データＪｙと、異常検知信号ＶＤに基づく異常検知データＪＤとは、いずれもディジタルデータとしてシリアル通信ドライバ１４０に入力され、搬送波と合成されてシリアルポート１４０Ｐより車両制御部等に向けて外部出力される。

図１Ａの構成においては、第二ローパスフィルタ部１２３Ａ，１２３Ｂが異常検知用経路ＬＢ１，ＬＢ２上に個別に設けられ、該第二ローパスフィルタ部１２３Ａ，１２３Ｂを通過後の角速度信号ＶｙＡ，ＶｙＢが差分演算部１２１に入力されるようになっている。例えば、第二ローパスフィルタ部を通過前の角速度信号ＶｙＡ，ＶｙＢに対する差分演算を先に行なった後、その差分信号を第二ローパスフィルタ部１２３Ａ，１２３Ｂに入力することも可能であるが、上記のように個別の第二ローパスフィルタ部１２３Ａ，１２３Ｂによりノイズ除去（及び増幅）してから差分演算するようにしたほうが、異常検知に使用する低域側角速度信号のＳ／Ｎ比をより高めることができ、ひいては感度エラー検出等の異常検知の精度をより向上することができる。

以下、上記本発明の角速度センサの変形例について説明する。
図６の構成においては、図１Ａの構成における差分演算部１２１が、２つの角速度センサ２Ａ，２Ｂからの角速度信号ＶｙＡ，ＶｙＢを差動入力とする、第二ローパスフィルタ部に兼用されたアクティブフィルタ１２３’とされている。これにより、差分演算部と、第二ローパスフィルタ部とが共通化され、回路の簡略化に寄与する。本実施形態においてアクティブフィルタ１２３’は、演算増幅器１２１’と、周辺の抵抗Ｒ１〜Ｒ４及びコンデンサＣとからなる一次フィルタとして構成されている。なお、アクティブフィルタ１２３’は、角速度信号ＶｙＡ，ＶｙＢを２つの入力とする差動増幅器としても構成され、そのゲインは抵抗Ｒ１〜Ｒ４の値によって決定される。

図７の構成においては、複数の角速度センサ２Ａ，２Ｂからの角速度信号ＶｙＡ，ＶｙＢが入力されるマイクロコンピュータ１３０を備え、第二ローパスフィルタ部１２３Ａ，１２３Ｂは、マイクロコンピュータ１３０内でのプログラム処理に基づきソフトウェア的に構成されている。具体的には、角速度信号ＶｙＡ，ＶｙＢがＡ／Ｄ変換ポートＡ／Ｄ１，Ａ／Ｄ２からデジタル波形データとして取り込まれ、ＣＰＵが各デジタル波形データに対し、周知の高速フーリエ変換アルゴリズムに基づくフィルタプログラム１３０ａを実行することで、第二カットオフ周波数ｆｃ２以上の帯域の信号成分を除去するフィルタリングを行なう。なお、本実施形態では、フィルタリング後の波形データ（つまり、低周波側角速度信号の波形データ）の差分演算も、自己診断用比較出力プログラムによりマイクロコンピュータ１３０内で実行するようにしている。

また、図１Ａの構成では、第二カットオフ周波数ｆｃ２を、グリップ走行時の比較的低速での右左折時あるいはＵターン時に発生する１／４〜１／２Ｈｚ程度の角速度についてもカバーできるように、比較的高めに設定していたが、高速走行時等において角速度発生信号の出力レベルが極めて小さくなる状況下では、このグリップ走行時の角速度周波数帯域（例えば１／４Ｈｚ〜１Ｈｚ）のノイズが、高速走行時等の低周波の角速度信号による感度エラー検知等に悪影響を及ぼすこともありえる。そこで、車両の走行速度に応じて第二カットオフ周波数ｆｃ２を異なる値に設定すると、こうした懸念を解消することができる。具体的には、車両の走行速度が比較的小さいとき（例えば６０ｋｍ／ｈ以下、グリップ走行時）は、第二カットオフ周波数ｆｃ２を比較的高い周波数（例えば、１／４Ｈｚ以上１Ｈｚ以下）に設定し、車両の走行速度が大きいとき（例えば６０ｋｍ／ｈ超過）は逆に低い周波数（例えば、１／１０Ｈｚ以上１／４Ｈｚ以下）に設定するのである。

図８はその場合のハードウェア構成の一例を示すもので、マイクロコンピュータ１３０に対し、第二カットオフ周波数ｆｃ２の互いに異なる第二ローパスフィルタ部１２３Ａ，１２３Ｂの組を複数設け、角速度信号ＶｙＡ，ＶｙＢをそれら複数の第二ローパスフィルタ部１２３Ａ，１２３Ｂに分配入力する。そして、マイクロコンピュータ１３０に別途入力される速度センサ１３１からの速度信号を参照して、現在の速度に対応した第二ローパスフィルタ部１２３Ａ，１２３Ｂからの異常検知信号（ＶＤ１，ＶＤ２‥）の入力ポートを選択して読み取るようにする。

本発明の角速度センサシステムの第一実施形態を示すブロック図。 図１Ａの角速度センサシステムに使用するローパスフィルタの一例を示す回路図。 第一ローパスフィルタ部と第二ローパスフィルタ部とのカットオフ周波数の設定概念を説明する図。 個々の角速度センサの電気的構造を例示する回路図。 個々の角速度センサの内部構造を例示する模式図。 図１Ａの角速度センサシステムに出力用のマイクロコンピュータを接続した状態を示す図。 本発明の角速度センサシステムの第二実施形態を示すブロック図。 本発明の角速度センサシステムの第三実施形態を示すブロック図。 本発明の角速度センサシステムの第四実施形態を示すブロック図。

符号の説明

１ 車両用角速度センサシステム
２Ａ，２Ｂ 角速度センサ
ＶｙＡ，ＶｙＢ 角速度信号
２３ 第一ローパスフィルタ部
１１０ 異常検知処理部
１２１ 差分演算部
１２３Ａ，１２３Ｂ 第二ローパスフィルタ部
ＬＭ１，ＬＭ２ 出力経路
ＬＢ１，ＬＢ２ 異常検知用経路

Claims (10)

1. 各々個別に角速度信号を出力可能な複数の角速度センサを備え、それら角速度センサの前記角速度信号の出力状態の比較に基づいて、該角速度センサの異常検知処理を行なうようにした車両用角速度センサシステムにおいて、
   前記角速度センサの前記角速度信号の出力前段側に個別に設けられ、車両制御用として不要となる高域側不要成分を前記角速度信号から除去する、第一カットオフ周波数を有した第一ローパスフィルタ部と、
   前記角速度信号が入力される、前記第一カットオフ周波数よりも低域側の第二カットオフ周波数を有する第二ローパスフィルタ部と、
   前記第一ローパスフィルタ部は通過し、前記第二ローパスフィルタ部は通過していない角速度信号を車両制御用に外部に出力する角速度信号出力部と、
   前記第二ローパスフィルタ部の通過により、前記第二カットオフ周波数と前記第一カットオフ周波数との間の帯域の信号成分を減じられた低域側角速度信号成分を用いて前記異常検知処理を行なう異常検知処理部と、
   を備えたことを特徴とする角速度センサシステム。
2. 第二カットオフ周波数は、角速度センサシステムが搭載される車両がグリップ走行状態で右左折する際に発生する角速度の周波数域は通過させ、異常時に車両に発生することが見込まれる、それよりも大きな角速度の周波数域は遮断するように定められている請求項１記載の角速度センサシステム。
3. 前記第一カットオフ周波数が１０Ｈｚ以上３０Ｈｚ以下に設定され、前記第二カットオフ周波数が１Ｈｚ以下に設定される請求項１又は請求項２に記載の角速度センサシステム。
4. 前記第二ローパスフィルタ部は、これを通過する前記低域側角速度信号に対する増幅機能を有したものが使用される請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の角速度センサシステム。
5. 前記第一ローパスフィルタ部を通過後の前記角速度信号が前記第二ローパスフィルタ部に入力される請求項１ないしは請求項４のいずれか１項に記載の角速度センサシステム。
6. 前記角速度センサが２組設けられ、各角速度センサからの前記角速度信号の出力経路から異常検知用経路が個別に分岐して設けられ、該異常検知用経路を経て前記角速度信号が前記第二ローパスフィルタ部へ入力されるとともに、前記異常検知処理部は、各異常検知用経路へ分配される前記角速度信号の差分演算を行なう差分演算部を有する請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の角速度センサシステム。
7. 前記第二ローパスフィルタ部が前記異常検知用経路上に個別に設けられ、該第二ローパスフィルタ部を通過後の前記角速度信号が前記差分演算部に入力される請求項６記載の角速度センサシステム。
8. 前記差分演算部は、２つの前記角速度センサからの前記角速度信号を差動入力とする、前記第二ローパスフィルタ部に兼用されたアクティブフィルタとされている請求項６記載の角速度センサシステム。
9. 複数の前記角速度センサからの前記角速度信号が入力されるマイクロコンピュータを備え、前記第二ローパスフィルタ部は、前記マイクロコンピュータ内でのプログラム処理に基づきソフトウェア的に構成されている請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の角速度センサシステム。
10. 車両の走行速度に応じて前記第二カットオフ周波数を異なる値に設定する請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の角速度センサシステム。

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