JP4481258B2 - オフセット補正診断装置ならびにロールオーバー対応エアバッグシステム - Google Patents

Description

この発明は、車両が回転した際の角速度に応じた信号を出力する角速度センサにおけるオフセット補正診断装置ならびにロールオーバー対応エアバッグシステムに関するものである。

センサ類の経時変化等によるオフセットずれが生じてもシステム側でそれを補正することにより誤動作を防止することができる車両衝突検出方法が従来から知られている。
具体的には、車両のイグニッションＯＮ時に取得したセンサ信号と、システムにあらかじめ記憶してあるオフセット値とを比較してオフセットずれを求め、以降、取得したセンサ信号に対してオフセットずれを加えてセンサ信号を補正するようにしたものである。また、オフセット値が許容値を越えて補正しきれなくなった場合は警報を出力して注意を喚起するように構成したものである（例えば、特許文献１参照）。

特開平５−２５４３８７号公報（段落「０００５」〜「０００６」、図１、図３）

ところで、最近、ロールオーバーの事故形態における乗員保護の観点から、車両にロールオーバー対応エアバッグシステム装備の必要性が高まっている。このロールオーバー対応エアバッグシステムには角速度センサが搭載される。
角速度センサは、車両が傾斜するときの角速度（deg／s）や傾斜角度（deg）を検知するために設けられるセンサである。この角速度センサは、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を利用して作られており、センサ固有のオフセットが大きく、計測値の誤差に大きく影響するため、電源印加直後にあらかじめ補正する必要がある。

また、イグニッションＯＮ直後に発進あるいは乗員の乗降があった場合、車両が振動する。この振動により、角速度センサの出力が感応し、角速度センサ固有のオフセット値への振動による交流成分が重畳する。
この現象が、角速度センサに対する電源印加直後の高速オフセット処理前、あるいは高速オフセット処理中に発生すると、オフセット補正は、振動による交流成分を含んだ値に基づき処理するため、正確な値を出力することができないことが考えられる。従って、この間のオフセット補正処理は短時間で終了する必要がある。

また、この角速度センサは長時間使用されることが想定され、この場合、車両の実際の振動やセンサの温度変化等によって緩やかに変化するオフセットも生じる。従って、常時、低速のオフセット処理も必要である。
このように、オフセット処理が正確に行われていない角速度センサの出力を用いてロールオーバー判定を行うとエアバッグに誤作動を生じさせることがある。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、角速度や傾斜角度の診断の精度を向上させ、ロールオーバー判定において誤判定となる要因を低減させた、オフセット補正診断装置ならびにロールオーバー対応エアバッグシステムを得ることを目的とする。

この発明にかかわるオフセット補正診断装置は、車両が回転した際の角速度に応じた信号を出力する角速度センサと、前記角速度センサの出力に基づき前記角速度センサのオフセットを除去するオフセット補正手段を備え、オフセット補正後の前記角速度センサの出力を一定間積分することにより生成された積分値を判定閾値と比較することで、前記オフセット補正の成否を判定するものである。

この発明にかかわるロールオーバー対応エアバッグシステムは、電源印加直後に発生する角速度に対してオフセット値の追従が高速である第１のオフセット補正処理と、前記第１のオフセット補正処理終了後、前記追従が前記第１のオフセット補正処理に比較して低速である第２のオフセット補正処理とを実行する角速度センサと、前記第２のオフセット補正処理中に前記角速度センサの出力値を取込み、一定時間だけ積分演算することによって生成される積分値を判定閾値と比較演算することにより前記第１のオフセット補正処理の成否を判定し、前記第１のオフセット補正処理が成功したことを条件に前記車両のロールオーバー状態の検出を行い、エアバッグの駆動を制御する制御装置と、を備えたものである。

この発明によれば、診断装置が角速度センサの出力値を取込み、一定時間だけ積分演算することにより生成される積分値を判定閾値と比較演算してオフセット補正の成否を判定することにより、角速度や傾斜角度の診断の精度を向上させ、ロールオーバー判定において誤判定となる要因を低減させることができる。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１にかかわるロールオーバー対応エアバッグシステムの内部構成を示すブロック図である。

図１において、この発明の実施の形態１にかかわるロールオーバー対応エアバッグシステムは、車両が回転した際の角速度に応じた信号を出力する角速度センサ１と、後述するＣＰＵ制御により角速度センサ１を擬似的に動作させて回路診断を行う自己診断回路２と、車両がロールオーバー時の挙動を示す要因となる旋回状態を検知する舵角センサ３と、角速度センサ１と舵角センサ３から出力されるアナログ信号をデジタル信号に、もしくはデジタル信号をアナログ信号に変換して内部に取り込む他、後述するＣＰＵ５から自己診断回路２に対して制御信号を供給する入出力インタフェース回路４と、プログラムを実行するＣＰＵ５と、ＣＰＵ５が実行するプログラムが格納されるＲＯＭ６と、ＣＰＵ５がプログラムを実行するときの作業領域として使用されるＲＡＭ７と、ＣＰＵ制御に基づき、デジタル信号をエアバッグ駆動用のアナログ信号に変換する出力インタフェース回路８と、ＣＰＵ制御に基づき、エアバッグ展開用の発熱抵抗体であるスクイブに電流を供給するエアバッグ駆動回路９と、角速度センサ１のオフセット補正処理の正否の結果を表示して注意喚起する警報表示回路１０とで構成される。

上記した角速度センサ１は、後述するように、電源印加直後に発生する角速度に対してオフセット補正値の追従が高速である第１のオフセット補正処理（高速オフセット補正）と、追従が第１のオフセット補正処理に比較して低速である第２のオフセット補正処理（低速オフセット補正）を実行するオフセット補正手段を含む。上記した高速オフセット処理と低速オフセット処理を組み合わせてオフセット補正処理を行う技術は周知である。

なお、上記した入力インタフェース回路４と、ＣＰＵ５と、ＲＯＭ６と、ＲＡＭ７と、出力インタフェース回路８は、角速度センサ１が、第２のオフセット補正処理を実行中、角速度センサ１の出力値を取込み、一定時間だけ積分演算することにより生成される積分値を判定閾値と比較演算することによりオフセット補正の成否を判定し、このオフセット補正が成功したことを条件に車両のロールオーバー状態の検出を行う診断装置１１として機能する。
また、上記構成（入力インタフェース回路４、ＣＰＵ５、ＲＯＭ６、ＲＡＭ７、出力インタフェース回路８）に、更に、エアバッグ駆動回路９を付加することにより、ロールオーバー状態の検出結果に基づきエアバッグの駆動を制御する制御装置１００として機能する。制御装置１００は、上記した診断装置１１を含み、診断装置１１によりオフセット補正が正常に行われたことを条件にロールオーバー判定を行い、エアバッグ展開用の発熱抵抗体であるスクイブに電流を供給してエアバッグを作動させることにより、信頼性の高いロールオーバー対応エアバッグシステムを提供するものである。詳細は後述する。

図２は、この発明の実施の形態１にかかわるオフセット補正診断装置の動作を時系列的に示したタイミング図である。
ここでは、イグニッションＯＮ（ＩＧＮ−ＯＮ）から走行状態に至る、車両が振動する区間を時間軸上に表現し、角速度センサ１と診断装置１１による処理が、点線を境に上下に区分して示してある。

図２に示されるように、角速度センサ１は、そのオフセット補正手段により、電源印加直後に発生するオフセットを高速で補正する第１のオフセット補正処理（ステップＳＴ１０）と、第１のオフセット補正処理終了後、温度変化等によって緩やかに変化するオフセットを低速で補正する第２のオフセット補正処理（ステップＳＴ２０）とを組み合わせて実行する。第１のオフセット補正処理（ステップＳＴ１０）、第２のオフセット補正処理（ステップＳＴ２０）は、ともに、周知のハイパスフィルタを用いた演算により実行される。

一方、診断装置１１は、第１のオフセット補正終了後に、角速度センサ１の出力値を取り込んで一定時間だけ積分演算し、得られる積分値を判定閾値と比較演算することによりオフセット補正処理の成否を判定するオフセット処理判定を行う（ステップＳＴ４０）。続いて、オフセット補正処理が正常に行われたことを条件にロールオーバー判定を実行する（ステップＳＴ５０）。オフセット処理判定（ステップＳＴ４０）、ロールオーバー判定（ステップＳＴ５０）の詳細手順については後述する。

図３は、この発明の実施の形態１にかかわるオフセット補正診断装置の内部構成を機能展開して示したブロック図である。
上記したように、オフセット補正が正常に行われたか否かの判定は、第１のオフセット補正処理中は、オフセット値が実際の角速度に高速で追従し、角速度センサ１から出力される角速度は、“出力角速度＝実際に発生している角速度−オフセット値”となるため、その時点での角速度は正確に判定できない。このため、発生している角速度に対してオフセット値の追従が低速である第２のオフセット補正処理時に実行する必要がある。このため、診断は、第２のオフセット補正処理中に実行するものとする。

オフセット処理判定（ステップＳＴ４０）は、図３に示されるように、積分演算部５１において、取り込まれた角速度センサ１の出力値に対して、積分不感レベルと積分値減算機能を付加した積分演算を一定時間実行する。そして、比較演算部５２において、積分演算部５１出力である積分値ωと、判定閾値ωrefとを比較演算し、積分値ωが判定閾値ωrefを越えない場合にのみオフセット補正処理が正常に行われたと判定する。
また、このときに使用される積分不感レベルおよび判定閾値ωrefは、続いて実行されるロールオーバー判定（ステップＳＴ５０）に誤動作を生じないような値に設定され、運用上問題が発生しないように配慮している。なお、積分不感レベルおよび判定閾値ωrefは、ＲＯＭ６もしくはＲＡＭ７に登録されるものとする。

なお、上記した積分演算部５１と、比較演算部５２が持つそれぞれの機能は、具体的には、診断装置１１を構成するＣＰＵ５が、ＲＯＭ６に格納されたプログラムを読み出し、周辺のＬＳＩ（ＲＡＭ７、入出力インタフェース回路４、出力インタフェース回路８）を使用して逐次実行することにより、実現されるものとする。

図４、図５は、この発明の実施形態１にかかわるオフセット補正診断装置による動作を説明するために引用したフローチャートである。図４は、図２に示すオフセット処理判定（ステップＳＴ４０）、図５は、図２に示すロールオーバー判定（ステップＳＴ５０）のそれぞれの詳細手順を示す。
以下、図４、図５のフローチャートを参照しながら、この発明の実施の形態１にかかわるオフセット補正診断装置の動作説明を行う。

図４のフローチャートにおいて、診断装置１１（ＣＰＵ５）は、イグニッションＯＮを検知したことによる角速度センサ１への電源印加直後（ステップＳＴ４０１“ＹＥＳ”）、入出力インタフェース回路４を介して自己診断回路２に対する角速度センサ１の第１のオフセット補正処理を起動する（ステップＳＴ４０２）。
ここで、第１のオフセット補正処理は、電源印加直後に発生する角速度に対してオフセット値の追従が高速であり、短時間で終了するものとする。続いて、ＣＰＵ５は、第１のオフセット補正処理終了後（ステップＳＴ４０３“ＹＥＳ”）、入出力インタフェース回路４を介して自己診断回路２に対し、角速度センサ１の温度変化等により緩やかに変化するオフセットを低速度で補正する第２のオフセット補正処理を起動する（ステップＳＴ４０４）。

また、ＣＰＵ５は、第１のオフセット補正処理が終了後、第２のオフセット補正処理中に、角速度センサ１の出力値（“出力角速度＝実際に発生している角速度−オフセット値”）を読み取り（ステップＳＴ４０５）、取り込まれた角速度センサ１の出力値を積分演算部５１において所定時間だけ積分演算する（ステップＳＴ４０６）。
続いて、ＣＰＵ５は、比較演算部５２において積分演算により生成される角速度センサ１出力の積分値ωと、ＲＯＭ６に格納された判定閾値ωrefとを比較演算し、第１のオフセット補正処理により取り込まれた角速度センサ１のオフセット補正の成否を判定（閾値判定）する（ステップＳＴ４０７）。

比較演算部５２によるオフセット補正の閾値判定の結果、積分値ωが判定閾値ωrefを越えていないと判定された場合（ステップＳＴ４０７“ω＜ωref”）、ＣＰＵ５は、角速度センサ１によるオフセット補正処理が正常に行われたと判定する。ＣＰＵ５は、このオフセット補正処理が成功したことを条件に、角速度センサ１が搭載される車両のロールオーバー状態の検出を行うために図５に示すロールオーバー判定処理を起動する（ステップＳＴ４０８）。また、積分値ωが判定閾値ωrefを越えた場合（ステップＳＴ４０７“ω≧ωref”）、ＣＰＵ５は、出力インタフェース回路８を介して警報表示回路１０を駆動し、図示せぬ警報ランプを点灯して注意を喚起する（ステップＳＴ４０９）。
ここで、閾値判定に使用される判定閾値ωrefは、あらかじめＲＯＭ６に格納されてあるものとし、続いて実行されるロールオーバー判定（ステップＳＴ４０８）に誤動作を生じない範囲の値に設定され、運用上問題が発生しないような配慮がなされている。

次に、ロールオーバー判定（ステップＳＴ５０）の詳細手順について説明する。図５のフローチャートにおいて、診断装置１１（ＣＰＵ５）は、上記した角速度センサ１のオフセット処理判定が正常に行われたことを条件に（ステップＳＴ５０１“ＹＥＳ”）、角速度センサ１から入出力インタフェース回路４を介してオフセット補正処理後の出力値（以下、ロールレートωという）を読み込む（ステップＳＴ５０２）。
次に、ＣＰＵ５は、読み込まれたロールレートωに基づき、周知の積分演算によりロール角θを演算する（ステップＳＴ５０３）。そして、舵角センサ３から入出力インタフェース回路４を介して取り込まれる信号に基づき、所定値以上の舵角が所定値以上継続したことが検知されたときに、車両が旋回モードにあると判定する（ステップＳＴ５０４“ＹＥＳ”）。

ここで、車両が旋回モードにないと判定された場合（ＳＴ５０４“ＮＯ”）、ＣＰＵ５は、ロールレートωとロール角θとの関係から、例えばＲＯＭ６に格納された特性判定マップを参照し、車両の状態がロールオーバー状態を示す領域にあるか否かを判定する（ステップＳＴ５０９）。なお、車両の状態がロールオーバー状態を示すか否かの判定は演算により算出してもよい。
ここで、車両の状態がロールオーバー状態を示す領域内にあると判定された場合は（ステップＳ５０９“ＹＥＳ”）、車両はロールオーバー状態にあると判定し（ステップＳＴ５１０）、このとき、制御装置１００（ＣＰＵ５）は、出力インタフェース回路８を経由してエアバッグ駆動回路９を制御し、エアバッグ展開用の発熱抵抗体であるスクイブに電流を供給してエアバッグを作動させる。また、車両の状態がロールオーバー領域に無いと判定された場合（ステップＳＴ５０９“ＮＯ”）は、上記したステップＳＴ５０２以降の処理を繰り返す。

一方、ステップＳＴ５０４の処理において、車両が旋回モードにあると判定された場合（ステップＳＴ５０４“ＹＥＳ”）、ＣＰＵ５は、ロールレートωとＲＯＭ６に格納された閾値とを比較し、大小判定を行う（ステップＳＴ５０５）。ここで、ロールレートωが閾値より大きいと判定された場合（ステップＳＴ５０５“ＹＥＳ”）、ＣＰＵ５は、そのロールレートωに基づき、周知の微分演算によりロール角加速度ＲＡｃを演算する（ステップＳＴ５０６）。ロールレートωが閾値より小さいと判定された場合（ステップＳＴ５０５“ＮＯ”）、ＣＰＵ５は、上記したステップＳＴ５０９の処理を実行する。
ロール角加速度ＲＡｃを演算後（ステップＳＴ５０６）、ＣＰＵ５は、ロール角加速度ＲＡｃが負（ＴＡｃ＜０）であるか否かの判定を行う（ステップＳＴ５０７）。ここで、ロール角加速度ＲＡｃが負であると判定された場合は（ステップＳＴ５０７“ＹＥＳ”）、ＣＰＵ５は、横方向加速度Ｇｙとロール角θとの関係からＲＯＭ６に格納された特性判定マップを参照し（ステップＳＴ５０８）、横方向加速度Ｇｙとロール角θとの関係がロールオーバー領域に含まれるか否かを判定する。ここで、ロールオーバー領域に無いと判定された場合は（ステップＳＴ５０８“ＮＯ”）、上記したステップＳＴ５０９の処理に移行する。

ここで、車両の状態がロールオーバー領域にあると判定された場合（ステップＳＴ５０８“ＹＥＳ”）は、車両がロールオーバー状態にあると判定し、制御装置１００は、出力インタフェース回路８を介してエアバッグ駆動回路９を制御し、エアバッグ展開用の発熱抵抗体であるスクイブに電流を供給してエアバッグを作動させる（ステップＳＴ５１０）。

ロールオーバー時の車両の挙動は複雑であり、さまざまな要因が車両の挙動に影響を与えるが、ここでは、地面に対する車両の傾きを示すロール角θ、車両の前後方向を軸とする回転速度を示すロールレートω、車両に対する横方向の加速度であるＧｙを、ロールオーバー状態検知のためのパラメータとして示した。
ロールオーバーの形態には、車両の急旋回時に路面とタイヤの摩擦により発生する、横方向加速度Ｇｙとロール角θとの関係がほぼ比例関係にある特性を持つ「ターンオーバー」、横滑り中、縁石等への衝突により力が生じ、ロール開始時は、Ｇｙ大、ロール角θ小、ロールレートω大となる特性を持つ「トリップオーバー」、走行中、片輪が障害物や斜面にかかった場合に発生し、ロールオーバー全工程にわたってＧｙ小、ロール角θ大となる特性を持つ「フリップオーバー」、車両が突起物に乗り上げ、乗り越えて転倒する場合に発生する、Ｇｙ小の特性を持つ「クライムオーバー」、車両走行中、障害物に衝突したときに発生する「バランスオーバー」、走行中、片輪が溝等に落ちた場合に発生し、Ｇｙ小、ロールレートω大の特性を持つ「フォールオーバー」等がある。以上の特性に基づき、ＲＯＭ６中に特性判定マップが格納されているものとする。

以上説明のようにこの発明の実施の形態１によれば、角速度センサ１の出力値を取込み、一定時間だけ積分演算し、生成される積分値を判定閾値と比較演算してオフセット補正の成否を判定することにより、角速度や傾斜角度の診断の精度を向上させ、ロールオーバー判定において誤判定となる要因を低減させたオフセット補正診断装置を提供することができる。
また、上記したオフセット補正診断装置により、オフセット補正が正常に行われたことを条件にロールオーバー判定を行い、エアバッグ展開用の発熱抵抗体であるスクイブに電流を供給してエアバッグを作動させることにより、信頼性の高いロールオーバー対応エアバッグシステムを提供することができる。

この発明の実施の形態１にかかわるロールオーバー対応エアバッグシステムの内部構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１にかかわるオフセット補正診断装置の動作を時系列的に示したタイミング図である。 この発明の実施の形態１にかかわるオフセット補正診断装置の内部構成を機能展開して示したブロック図である。 この発明の実施の形態１にかかわるオフセット補正診断装置の動作を説明するために引用したフローチャートである。 この発明の実施の形態１にかかわるオフセット補正診断装置の動作を説明するために引用したフローチャートである。

符号の説明

１ 角速度センサ、２ 自己診断回路、３ 舵角センサ、４ 入出力インタフェース回路、５ ＣＰＵ、６ ＲＯＭ、７ ＲＡＭ、８ 出力インタフェース回路、９ エアバッグ駆動回路、１０ 警報表示回路、１１ 診断装置、５１ 積分演算部、５２ 比較演算部、１００ 制御装置。

Claims (6)

1. 車両が回転した際の角速度に応じた信号を出力する角速度センサと、
   前記角速度センサの出力に基づき前記角速度センサのオフセットを除去するオフセット補正手段を備え、
   オフセット補正後の前記角速度センサの出力を一定時間積分することにより生成された積分値を判定閾値と比較することで、前記オフセット補正の成否を判定することを特徴とするオフセット補正診断装置。
2. 前記オフセット補正手段は、
   オフセット補正値の追従が高速である第１のオフセット補正処理ステップと、
   オフセット補正値の追従が低速である第２のオフセット補正処理ステップを含み、
   前記第２のオフセット補正処理ステップの処理中に、オフセット補正後の角速度センサの出力を一定時間積分することにより生成された積分値を判定閾値と比較することで、前記第１のオフセット補正処理ステップの成否を判定することを特徴とする請求項１記載のオフセット補正診断装置。
3. 前記オフセット補正が成功したことを条件に、前記角速度センサが搭載される車両のロールオーバー状態の検出を行うことを特徴とする請求項１に記載のオフセット補正診断装置。
4. 前記判定閾値として、前記ロールオーバー状態の検出に誤動作を生じない範囲の値を設定することを特徴とする請求項１記載のオフセット補正診断装置。
5. 前記角速度センサの電源印加直後に発生する角速度に対して前記オフセット補正値の追従が高速である第１のオフセット補正処理終了後、前記追従が前記第１のオフセット補正処理に比較して低速である第２のオフセット補正処理中に、前記第１のオフセット補正処理の成否の判定を行うことを特徴とする請求項１記載のオフセット補正診断装置。
6. 車両に搭載されるロールオーバー対応エアバッグシステムであって、
   電源印加直後に発生する角速度に対してオフセット補正値の追従が高速である第１のオフセット補正処理と、前記第１のオフセット補正処理終了後、前記追従が前記第１のオフセット補正処理に比較して低速である第２のオフセット補正処理とを実行する角速度センサと、
   前記第２のオフセット補正処理中に前記角速度センサの出力値を取込み、一定時間だけ積分演算することによって生成される積分値を判定閾値と比較演算することにより前記第１のオフセット補正処理の成否を判定し、前記第１のオフセット補正処理が成功したことを条件に前記車両のロールオーバー状態の検出を行い、エアバッグの駆動を制御する制御装置と、
   を備えたことを特徴とするロールオーバー対応エアバッグシステム。

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