JPH05322921A - 加速度センサ及びこれを用いたエアバッグシステム - Google Patents
加速度センサ及びこれを用いたエアバッグシステムInfo
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- JPH05322921A JPH05322921A JP4125897A JP12589792A JPH05322921A JP H05322921 A JPH05322921 A JP H05322921A JP 4125897 A JP4125897 A JP 4125897A JP 12589792 A JP12589792 A JP 12589792A JP H05322921 A JPH05322921 A JP H05322921A
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- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 加速度センサの故障，性能低下，経時変化の
自己診断を行なってセンサやシステムのフェイルセーフ
機能を高める。 【構成】 診断モードになると、信号印加部１９に設け
た診断用電源２２から診断信号ＶＧが発生し、これが検
出用の電圧ＶＳ１に加算器２３により加算されてセンサ
の固定電極７に印加される。これにより、固定電極７・
可動電極６間に加速度相当の静電気力が生じ、健全の場
合には質量部６が適正に変位する。診断用信号発生時の
可動電極・固定電極間の静電容量の変化を検知して加速
度センサを自己診断する。加速度相当の力は、電磁力や
電歪素子による機械的振動であってもよい。
自己診断を行なってセンサやシステムのフェイルセーフ
機能を高める。 【構成】 診断モードになると、信号印加部１９に設け
た診断用電源２２から診断信号ＶＧが発生し、これが検
出用の電圧ＶＳ１に加算器２３により加算されてセンサ
の固定電極７に印加される。これにより、固定電極７・
可動電極６間に加速度相当の静電気力が生じ、健全の場
合には質量部６が適正に変位する。診断用信号発生時の
可動電極・固定電極間の静電容量の変化を検知して加速
度センサを自己診断する。加速度相当の力は、電磁力や
電歪素子による機械的振動であってもよい。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は加速度センサ及びこれを
用いたエアバッグシステムに関する。
用いたエアバッグシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、自動車等の加速度を検出するセ
ンサとしては、静電容量式，歪ゲージ式等が知られてい
る。これらは、加速度に応じて変位する質量部の状態を
静電容量の変化或いは歪量からとらえている。
ンサとしては、静電容量式，歪ゲージ式等が知られてい
る。これらは、加速度に応じて変位する質量部の状態を
静電容量の変化或いは歪量からとらえている。
【０００３】一例を挙げれば、静電容量式の加速度セン
サは、シリコン等の微細加工技術を利用したものが知ら
れており、特開平１−２５３６５７号公報に開示される
ようにパルス幅変調サーボ技術を適用したものがある。
サは、シリコン等の微細加工技術を利用したものが知ら
れており、特開平１−２５３６５７号公報に開示される
ようにパルス幅変調サーボ技術を適用したものがある。
【０００４】これは加速度に応じて変位する可動電極
（質量部に相当）と、これに対向して配置される少なく
とも一対の固定電極を有し、固定電極の一方にパルス列
状の電圧を印加し、他方にはその反転電圧を印加してい
る。これらの印加電圧により、固定電極・可動電極間に
可動電極の位置制御（静電サーボ制御）が可能な静電気
力を働かせ、可動電極が基準位置より変位した時には、
その変位を可動電極・固定電極間の静電容量の変化より
とらえている。
（質量部に相当）と、これに対向して配置される少なく
とも一対の固定電極を有し、固定電極の一方にパルス列
状の電圧を印加し、他方にはその反転電圧を印加してい
る。これらの印加電圧により、固定電極・可動電極間に
可動電極の位置制御（静電サーボ制御）が可能な静電気
力を働かせ、可動電極が基準位置より変位した時には、
その変位を可動電極・固定電極間の静電容量の変化より
とらえている。
【０００５】そして、この静電量量の変化信号に基づ
き、可動電極が基準位置位置に戻れるよう（前記静電容
量が基準値となるよう）に、前記静電気力を前記固定電
極印加電圧の単位周期当たりの印加時間割合を変化させ
ることで可変制御し、この固定電極印加電圧の平均値或
いは前記静電容量の変化信号に基づき加速度を検出して
いる。
き、可動電極が基準位置位置に戻れるよう（前記静電容
量が基準値となるよう）に、前記静電気力を前記固定電
極印加電圧の単位周期当たりの印加時間割合を変化させ
ることで可変制御し、この固定電極印加電圧の平均値或
いは前記静電容量の変化信号に基づき加速度を検出して
いる。
【０００６】その他、静電サーボをかけない静電容量式
の加速度センサもある。
の加速度センサもある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、自動車用に
使われる加速度センサは、サスペンション制御，アンチ
スキッドブレーキ制御等の車両制御やエアバッグシステ
ムに用いられているが、その使用環境が厳しい反面、高
い信頼性が求められる。そのため、センサの故障や性能
低下に対してはフェイルセーフ対策が要求される。
使われる加速度センサは、サスペンション制御，アンチ
スキッドブレーキ制御等の車両制御やエアバッグシステ
ムに用いられているが、その使用環境が厳しい反面、高
い信頼性が求められる。そのため、センサの故障や性能
低下に対してはフェイルセーフ対策が要求される。
【０００８】特に、エアバッグは、センサの故障や性能
低下や特性の経時変化が車両衝突時の非動作や、衝突時
以外の誤動作につながるため、重大事故の原因となる可
能性があり、他のセンサ以上に高信頼性が求められる。
低下や特性の経時変化が車両衝突時の非動作や、衝突時
以外の誤動作につながるため、重大事故の原因となる可
能性があり、他のセンサ以上に高信頼性が求められる。
【０００９】本発明は以上の点に鑑みてなされ、その目
的は、加速度センサの故障，性能低下等の異常や特性の
経時変化等を検知してフェイルセーフ機能を高めること
にある。
的は、加速度センサの故障，性能低下等の異常や特性の
経時変化等を検知してフェイルセーフ機能を高めること
にある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、基本的には次のような課題解決手段を提
案する。
成するために、基本的には次のような課題解決手段を提
案する。
【００１１】すなわち、加速度に応じて変位する質量部
を有し、この質量部の変位を電気信号に変換して加速度
を検出する加速度センサにおいて、診断用の信号により
前記質量部に加速度相当の力を与える手段と、この診断
用信号発生時のセンサ出力から加速度センサを自己診断
する手段とを設けた。
を有し、この質量部の変位を電気信号に変換して加速度
を検出する加速度センサにおいて、診断用の信号により
前記質量部に加速度相当の力を与える手段と、この診断
用信号発生時のセンサ出力から加速度センサを自己診断
する手段とを設けた。
【００１２】
【作用】上記構成よりなる本発明によれば、通常の加速
度検出モードから診断モードに変わり、診断用の信号が
生じると、この診断用信号に基づいて質量部を加速度相
当の力（例えば静電気力，電磁力，機械振動等）が与え
られる。
度検出モードから診断モードに変わり、診断用の信号が
生じると、この診断用信号に基づいて質量部を加速度相
当の力（例えば静電気力，電磁力，機械振動等）が与え
られる。
【００１３】この場合には、質量部が正常に変位してそ
れに対応の検出信号が出力されれば異常はないが、検出
系に故障や性能劣化等の異常をきたすと、検出信号が出
力されなかったり、その出力特性が適正な形で表れな
い。これらの診断信号に起因するセンサ出力態様を、診
断用の判定レベルにかけることで質量部等のセンサの状
態を自己診断でき、診断結果に基づきシステムのフェイ
ルセーフ機能を動作させることが可能となる。
れに対応の検出信号が出力されれば異常はないが、検出
系に故障や性能劣化等の異常をきたすと、検出信号が出
力されなかったり、その出力特性が適正な形で表れな
い。これらの診断信号に起因するセンサ出力態様を、診
断用の判定レベルにかけることで質量部等のセンサの状
態を自己診断でき、診断結果に基づきシステムのフェイ
ルセーフ機能を動作させることが可能となる。
【００１４】
【実施例】本発明の実施例を図面により説明する。
【００１５】図１の（ａ）は本発明の第１実施例に係る
静電容量式加速度センサの動作原理図、（ｂ）はその回
路図である。
静電容量式加速度センサの動作原理図、（ｂ）はその回
路図である。
【００１６】本センサは信号印加部１９、加速度検出素
子１８、容量検出部１３、増幅部１４，自己診断手段と
なる回路１５により構成されている。
子１８、容量検出部１３、増幅部１４，自己診断手段と
なる回路１５により構成されている。
【００１７】加速度検出素子１８は、シリコンビーム５
により支持される可動電極６と、これに対向配置される
一対の固定電極７、８より成る。
により支持される可動電極６と、これに対向配置される
一対の固定電極７、８より成る。
【００１８】シリコンビーム５と可動電極６は、シリコ
ン９を両面からエッチング（微細加工技術）して一体形
成され、ビーム５は単数、複数のいずれで構成してもよ
く、その先端に加速度に応動する質量部たる可動電極６
が形成してあり、また、残りの部分が可動電極６を囲む
スペーサ９ａ，１２となる。
ン９を両面からエッチング（微細加工技術）して一体形
成され、ビーム５は単数、複数のいずれで構成してもよ
く、その先端に加速度に応動する質量部たる可動電極６
が形成してあり、また、残りの部分が可動電極６を囲む
スペーサ９ａ，１２となる。
【００１９】固定電極７，８は、アルミニウム等の金属
材で、それぞれがガラス板１０，１１に蒸着、その他適
宜の方法により形成される。ガラス板１０、１１は、固
定電極７，８のそれぞれを可動電極６と位置合わせしつ
つ、スペーサ９ａ，１２を介して平行配置され、且つこ
のスペーサ９ａ，１２と陽極接合してある。可動電極６
と各固定電極７，８間には、初期ギャップｄｏが確保さ
れる。
材で、それぞれがガラス板１０，１１に蒸着、その他適
宜の方法により形成される。ガラス板１０、１１は、固
定電極７，８のそれぞれを可動電極６と位置合わせしつ
つ、スペーサ９ａ，１２を介して平行配置され、且つこ
のスペーサ９ａ，１２と陽極接合してある。可動電極６
と各固定電極７，８間には、初期ギャップｄｏが確保さ
れる。
【００２０】信号印加部１９は、通常の加速度検出モー
ド時に固定電極７，８のそれぞれに加速度検出に必要な
信号ＶＳ１，ＶＳ２（このＶＳ１，ＶＳ２については後
述する）を印加する手段と、診断モード時に診断信号Ｖ
ＧをＶＳ１に加算して一方の固定電極７に印加して、可
動電極６に加速度相当の力を与える手段としての役割を
なす。
ド時に固定電極７，８のそれぞれに加速度検出に必要な
信号ＶＳ１，ＶＳ２（このＶＳ１，ＶＳ２については後
述する）を印加する手段と、診断モード時に診断信号Ｖ
ＧをＶＳ１に加算して一方の固定電極７に印加して、可
動電極６に加速度相当の力を与える手段としての役割を
なす。
【００２１】可動電極６は、検出すべき加速度により慣
性力を受け変位する。可動電極６が変位すると、可動電
極６・固定電極間７間の静電容量Ｃ１、及び可動電極６
・固定電極８間の静電容量Ｃ２は変化する。
性力を受け変位する。可動電極６が変位すると、可動電
極６・固定電極間７間の静電容量Ｃ１、及び可動電極６
・固定電極８間の静電容量Ｃ２は変化する。
【００２２】容量検出部１３は、信号印加部１９により
作られる矩形波状の交流電圧ＶＳ２，その反転電圧ＶＳ
１により、このＣ１とＣ２の差分△Ｃを検出し（△Ｃの
検出メカニズムは後述してある）、電圧に変換して出力
する。容量検出部１３からの出力電圧Ｖｏが増幅部１４
により増幅，調整されることにより、加速度に比例した
直線的な出力電圧Ｖｏｕｔを得る。
作られる矩形波状の交流電圧ＶＳ２，その反転電圧ＶＳ
１により、このＣ１とＣ２の差分△Ｃを検出し（△Ｃの
検出メカニズムは後述してある）、電圧に変換して出力
する。容量検出部１３からの出力電圧Ｖｏが増幅部１４
により増幅，調整されることにより、加速度に比例した
直線的な出力電圧Ｖｏｕｔを得る。
【００２３】このような構成によれば、安価でかつ簡単
な構成で高加速度（±１００Ｇ程度）を比較的高周波
（１ｋＨｚ程度）まで検出できる。
な構成で高加速度（±１００Ｇ程度）を比較的高周波
（１ｋＨｚ程度）まで検出できる。
【００２４】ここで、図１（ｂ）により、上記加速度セ
ンサの具体的回路の一例を説明する。
ンサの具体的回路の一例を説明する。
【００２５】このセンサ回路において、発振器２０及び
反転器２１は信号印加部１９の要素で、反転器２１によ
り反転された出力電圧ＶＳ１は、自己診断用電源２２か
らの電圧ＶＧが発生していない非診断モード（通常の加
速度検出モード）では、そのまま加算器２３を通して固
定電極７に印加され、発振器２０の出力電圧ＶＳ２が固
定電極８に印加される。
反転器２１は信号印加部１９の要素で、反転器２１によ
り反転された出力電圧ＶＳ１は、自己診断用電源２２か
らの電圧ＶＧが発生していない非診断モード（通常の加
速度検出モード）では、そのまま加算器２３を通して固
定電極７に印加され、発振器２０の出力電圧ＶＳ２が固
定電極８に印加される。
【００２６】加速度検出素子１８は、等価的にコンデン
サＣ１，Ｃ２を直列に接合してその中間が容量検出部１
３の要素となるオペアンプ２５の反転端子側に接続さ
れ、オペアンプ２５の非反転端子側には基準電圧Ｖαの
定電圧源３７が接続される。
サＣ１，Ｃ２を直列に接合してその中間が容量検出部１
３の要素となるオペアンプ２５の反転端子側に接続さ
れ、オペアンプ２５の非反転端子側には基準電圧Ｖαの
定電圧源３７が接続される。
【００２７】矩形波状の交流電圧ＶＳ１が立ち上がると
（ＶＳ２が立ち下がると）、Ｃ１は充電され、Ｃ２は放
電される。この時、Ｃ１からオペアンプ２５側のコンデ
ンサＣｆに移動する（充放電時に流れる電流により電荷
が移動するように見える）電荷Ｑ１、及びＣ２からＣｆ
に移動する電荷Ｑ２は、
（ＶＳ２が立ち下がると）、Ｃ１は充電され、Ｃ２は放
電される。この時、Ｃ１からオペアンプ２５側のコンデ
ンサＣｆに移動する（充放電時に流れる電流により電荷
が移動するように見える）電荷Ｑ１、及びＣ２からＣｆ
に移動する電荷Ｑ２は、
【００２８】
【数１】Ｑ１＝Ｃ１・ＶＳ Ｑ２＝−Ｃ２・ＶＳ で表される。
【００２９】ここで、ＶＳは交流電圧ＶＳ１、ＶＳ２の
電圧値（波高値）である。また、ＶＳは後述の自己診断
用電圧ＶＧに較べて小さく、ＶＳのみの印加時には、可
動電極に加わる静電気力は無視できるほど小さくなるよ
うにしてある。
電圧値（波高値）である。また、ＶＳは後述の自己診断
用電圧ＶＧに較べて小さく、ＶＳのみの印加時には、可
動電極に加わる静電気力は無視できるほど小さくなるよ
うにしてある。
【００３０】容量Ｃｆに蓄えられる電荷Ｑｆは、Ｑ１と
Ｑ２の和になるので、次式で表される。
Ｑ２の和になるので、次式で表される。
【００３１】
【数２】Ｑｆ＝Ｑ１＋Ｑ２＝（Ｃ１−Ｃ２）ＶＳ さらに、容量Ｃｆの両端の電圧Ｖは、次式で表される。
【００３２】
【数３】Ｖ＝Ｑｆ／Ｃｆ＝（Ｃ１−Ｃ２）ＶＳ／Ｃｆ オペアンプ２４の出力Ｖｏは、容量Ｃｆの両端の電圧Ｖ
と正負反対の電圧であるから、Ｖｏは次式で表される。
と正負反対の電圧であるから、Ｖｏは次式で表される。
【００３３】
【数４】Ｖｏ＝−（Ｃ１−Ｃ２）ＶＳ／Ｃｆ＋Ｖα このようにして、加速度に応じて可動電極６が変位した
時のＣ１とＣ２静電容量差△Ｃが電圧Ｖｏに変換され
る。そして、電圧ＶＳ１の立ち上がりに同期してスイッ
チ３４が閉じ、コンデンサ３５によって電圧Ｖｏがサン
プルホールドされ、増幅器２６により増幅されて出力電
圧Ｖｏｕｔとなる。このようにして、加速度が電気信号
に変換されて検出される。
時のＣ１とＣ２静電容量差△Ｃが電圧Ｖｏに変換され
る。そして、電圧ＶＳ１の立ち上がりに同期してスイッ
チ３４が閉じ、コンデンサ３５によって電圧Ｖｏがサン
プルホールドされ、増幅器２６により増幅されて出力電
圧Ｖｏｕｔとなる。このようにして、加速度が電気信号
に変換されて検出される。
【００３４】ここで、加速度センサの自己診断モードの
動作について説明する。
動作について説明する。
【００３５】本実施例では、診断用の信号ＶＧにより可
動電極（質量部）６に加速度相当の静電気力を与える手
段を、加速度検出用の一方の固定電極７、診断用電圧源
２２、加算器２３により構成する。
動電極（質量部）６に加速度相当の静電気力を与える手
段を、加速度検出用の一方の固定電極７、診断用電圧源
２２、加算器２３により構成する。
【００３６】診断用電圧源２２からの電圧ＶＧは、診断
モードにのみ加算器２３に入力されて反転器２１からの
電圧ＶＳ１に加算され、この時の検出素子１８に印加さ
れる電圧波形を図２に示す。図２に示すように、電圧Ｖ
Ｇ＋ＶＳ１は、固定電極７に印加され、その大きさは加
速度に相当する程度の静電気力を固定電極７・可動電極
６間に発生させるもので、これにより可動電極６が固定
電極７側に強制変位する。
モードにのみ加算器２３に入力されて反転器２１からの
電圧ＶＳ１に加算され、この時の検出素子１８に印加さ
れる電圧波形を図２に示す。図２に示すように、電圧Ｖ
Ｇ＋ＶＳ１は、固定電極７に印加され、その大きさは加
速度に相当する程度の静電気力を固定電極７・可動電極
６間に発生させるもので、これにより可動電極６が固定
電極７側に強制変位する。
【００３７】ここで、固定電極７と可動電極６の間の距
離をｄ、可動電極６の面積をＳ、固定電極７・可動電極
６間の誘電率をεとすると、固定電極７・可動電極６間
に働く静電気力Ｆｓは次式で表される。
離をｄ、可動電極６の面積をＳ、固定電極７・可動電極
６間の誘電率をεとすると、固定電極７・可動電極６間
に働く静電気力Ｆｓは次式で表される。
【００３８】
【数５】Ｆｓ＝εＳＶＧ2／２ｄ2 すなわち、この静電気力により可動電極６が固定電極７
側に変位することにより、固定電極７・可動電極６間に
形成される静電容量Ｃ１が増加し、反対に固定電極８・
可動電極６間に形成される静電容量Ｃ２は減少する。
側に変位することにより、固定電極７・可動電極６間に
形成される静電容量Ｃ１が増加し、反対に固定電極８・
可動電極６間に形成される静電容量Ｃ２は減少する。
【００３９】この状態で、固定電極７と８にそれぞれ容
量検出用の交流電圧ＶＳ１とＶＳ２が印加されることに
より、コンデンサ２４とオペアンプ２５により構成され
る容量検出部１３によって、静電容量Ｃ１と静電容量Ｃ
２との差△Ｃが上記加速度検出と同様の原理により検出
される。図３に測定加速度Ｇと自己診断用の直流電圧Ｖ
Ｇとの関係を示す。
量検出用の交流電圧ＶＳ１とＶＳ２が印加されることに
より、コンデンサ２４とオペアンプ２５により構成され
る容量検出部１３によって、静電容量Ｃ１と静電容量Ｃ
２との差△Ｃが上記加速度検出と同様の原理により検出
される。図３に測定加速度Ｇと自己診断用の直流電圧Ｖ
Ｇとの関係を示す。
【００４０】カンチレバー５のばね定数をｋｔとする
と、加速度測定時には、慣性力Ｆａとカンチレバーから
の抗力Ｆｔが釣り合うことから、可動電極６の基準位置
からの変位ｘは、次式により表される。
と、加速度測定時には、慣性力Ｆａとカンチレバーから
の抗力Ｆｔが釣り合うことから、可動電極６の基準位置
からの変位ｘは、次式により表される。
【００４１】
【数６】ｘ＝ｍＧ／ｋｔ 上記数５及び数６式より、数７式が導かれる。
【００４２】
【数７】（ｄ−ｘ）2ｘ＝εＳＶＧ2／２ｋｔ 数６及び数７式から数８式が導かれる。
【００４３】
【数８】
【００４４】この数８式により表される加速度Ｇと自己
診断用の電圧ＶＧの関係をグラフかしたものが図３であ
る。
診断用の電圧ＶＧの関係をグラフかしたものが図３であ
る。
【００４５】図３より、自己診断用にある電圧ＶＧ１を
印加した場合、その静電気力Ｆｓによる可動電極６の変
位量は、加速度Ｇ１が加わった場合に等しいことが理解
される。
印加した場合、その静電気力Ｆｓによる可動電極６の変
位量は、加速度Ｇ１が加わった場合に等しいことが理解
される。
【００４６】従って、自己診断用の電圧ＶＧ１を印加し
た時のセンサの出力電圧は、加速度Ｇ１が加わった時の
出力と等しくなる。この特性を利用して、センサ出力の
静特性（加速度に対して本来得るべきセンサ出力値特
性）が経時変化しているかどうかを診断することができ
る。また、センサの出力電圧があるレベルに到達するま
での時間を測定することで、センサ動特性（ここで、動
特性とは加速度に対するセンサ出力応答特性である）を
診断することができる。診断手段（診断部）について
は、図９のエアバッグシステムに一例として後述してあ
る。
た時のセンサの出力電圧は、加速度Ｇ１が加わった時の
出力と等しくなる。この特性を利用して、センサ出力の
静特性（加速度に対して本来得るべきセンサ出力値特
性）が経時変化しているかどうかを診断することができ
る。また、センサの出力電圧があるレベルに到達するま
での時間を測定することで、センサ動特性（ここで、動
特性とは加速度に対するセンサ出力応答特性である）を
診断することができる。診断手段（診断部）について
は、図９のエアバッグシステムに一例として後述してあ
る。
【００４７】図４に上記診断に用いる自己診断用の信号
（矩形波ＶＧ）と、センサの出力電圧Ｖｏｕｔの関係を
示す。
（矩形波ＶＧ）と、センサの出力電圧Ｖｏｕｔの関係を
示す。
【００４８】例えば、出力の最高電圧Ｖｏｈの６３％の
電圧Ｖｒになる時間Ｔｒ（時定数）を電子回路やマイコ
ン等で読み込み、これがある比較基準時間以内か或いは
それ以上になっているかを判断することで、センサの故
障を自己診断することができる。すなわち、曲線４０の
ような応答波形が出力されるのが正常である時、曲線４
１，４２のような応答波形の場合には、Ｖｒになる時間
Ｔｒは長くなり動特性の自己診断ができる。
電圧Ｖｒになる時間Ｔｒ（時定数）を電子回路やマイコ
ン等で読み込み、これがある比較基準時間以内か或いは
それ以上になっているかを判断することで、センサの故
障を自己診断することができる。すなわち、曲線４０の
ような応答波形が出力されるのが正常である時、曲線４
１，４２のような応答波形の場合には、Ｖｒになる時間
Ｔｒは長くなり動特性の自己診断ができる。
【００４９】また、前記したように、診断モード時に得
られたセンサ出力の最高電圧を正常値と比較することに
より、センサの故障や静特性の経時変化の自己診断が可
能である（例えば、曲線４２のような場合）。
られたセンサ出力の最高電圧を正常値と比較することに
より、センサの故障や静特性の経時変化の自己診断が可
能である（例えば、曲線４２のような場合）。
【００５０】本実施例では、以上のセンサ動特性，静特
性からセンサの故障及び特性の劣化，経時変化を自己診
断する。
性からセンサの故障及び特性の劣化，経時変化を自己診
断する。
【００５１】このような、自己診断機能を有すること
で、加速度センサ検出系の故障の旨を表示をしたり、或
いはセンサの静特性，動特性の経時変化が故障に至らな
い程度のレベルである場合には、その特性の経時変化分
を補正するような手段（例えばマイコン）を備えること
で、常にセンサの適正管理を保証し、且つ誤動作等を防
止する等のフェイルセーフ機能を働かせることができ
る。また、後者の補正機能を与えれば、システム誤動作
防止の他に部品を交換する必要がなく、コストや作業時
間を低減できる効果がある。
で、加速度センサ検出系の故障の旨を表示をしたり、或
いはセンサの静特性，動特性の経時変化が故障に至らな
い程度のレベルである場合には、その特性の経時変化分
を補正するような手段（例えばマイコン）を備えること
で、常にセンサの適正管理を保証し、且つ誤動作等を防
止する等のフェイルセーフ機能を働かせることができ
る。また、後者の補正機能を与えれば、システム誤動作
防止の他に部品を交換する必要がなく、コストや作業時
間を低減できる効果がある。
【００５２】図５に本発明の第２実施例の回路構成を示
す。なお、図中、第１実施例と同一符号は同一或いは共
通する要素を示す。
す。なお、図中、第１実施例と同一符号は同一或いは共
通する要素を示す。
【００５３】本実施例が第１実施例と異なる点は、信号
印加部１９が第１の発振器２０，第２の発振器２８を備
え、第１の発振器２０が加速度検出用の信号ＶＳを発生
させ、第２の発振器２８が診断用の信号ＶＧを発生さ
せ、これらの発振器をスイッチ２７により切り替えるよ
うにした点にある。
印加部１９が第１の発振器２０，第２の発振器２８を備
え、第１の発振器２０が加速度検出用の信号ＶＳを発生
させ、第２の発振器２８が診断用の信号ＶＧを発生さ
せ、これらの発振器をスイッチ２７により切り替えるよ
うにした点にある。
【００５４】図６に加速度検出素子１８に印加される電
圧の波形を示す。
圧の波形を示す。
【００５５】診断モード時には、スイッチ２７が第２の
発振器２８に接続される。ここで、第１の発振器２０の
矩形波の振幅Ｖｓに対し、第２の発振器２８の矩形波の
振幅ＶＧは大きく、しかもデューティ比を大きく（例え
ば９５〜９９％）してある。
発振器２８に接続される。ここで、第１の発振器２０の
矩形波の振幅Ｖｓに対し、第２の発振器２８の矩形波の
振幅ＶＧは大きく、しかもデューティ比を大きく（例え
ば９５〜９９％）してある。
【００５６】このように、矩形波ＶＧを検出素子１に印
加すると静電気力が働き、可動電極６は基準位置から変
位する。この時の可動電極６の変位量、及び時間的な変
化をセンサ出力から検出することにより、センサの故
障、特性変化等を自己診断できる。
加すると静電気力が働き、可動電極６は基準位置から変
位する。この時の可動電極６の変位量、及び時間的な変
化をセンサ出力から検出することにより、センサの故
障、特性変化等を自己診断できる。
【００５７】このときのオペアンプ２５の出力電圧は、
次式で表すことができる。
次式で表すことができる。
【００５８】
【数９】Ｖｏ＝−（Ｃ１−Ｃ２）ＶＧ／Ｃｆ＋Ｖα これは、図２に示した実施例において数５式に対し、電
圧ＶＳを電圧ＶＧ（ＶＳ＜ＶＧ）に置き換えたものと同
じである。
圧ＶＳを電圧ＶＧ（ＶＳ＜ＶＧ）に置き換えたものと同
じである。
【００５９】従って、本実施例を用いれば、センサの診
断を感度を上げて正確に行ない得るという効果がある。
断を感度を上げて正確に行ない得るという効果がある。
【００６０】また、加算回路を必要としないため、より
簡単な回路構成で実現できる効果もある。
簡単な回路構成で実現できる効果もある。
【００６１】図７に、上記実施例に適用する自己昇圧回
路の一例を示す。
路の一例を示す。
【００６２】センサの電源電圧は通常５Ｖ程度と比較的
低い電圧であるため、自己診断用の電圧は昇圧する方が
より効果的である。
低い電圧であるため、自己診断用の電圧は昇圧する方が
より効果的である。
【００６３】本昇圧回路は、発振器５０（発振器２０と
共用してもよい）、ＦＥＴトランジスタ５１，５２、コ
ンデンサ５３，５６、ダイオード５４，５５により構成
されるチャージポンプ回路である。
共用してもよい）、ＦＥＴトランジスタ５１，５２、コ
ンデンサ５３，５６、ダイオード５４，５５により構成
されるチャージポンプ回路である。
【００６４】トランジスタ５１，５２のスイッチングに
よりコンデンサ５３に蓄積された電荷は、コンデンサ５
６にチャージされる。これを発振周波数で繰り返される
ことによって、ほゞ−ＶＣＣに近い電圧が昇圧される。
よりコンデンサ５３に蓄積された電荷は、コンデンサ５
６にチャージされる。これを発振周波数で繰り返される
ことによって、ほゞ−ＶＣＣに近い電圧が昇圧される。
【００６５】このような回路構成にすることによって、
自己診断用の昇圧電圧を簡単な回路構成で実現でき、回
路を集積化できる効果がある。
自己診断用の昇圧電圧を簡単な回路構成で実現でき、回
路を集積化できる効果がある。
【００６６】図８に、昇圧回路の他の実施例を示す。
【００６７】本実施例は発振器５０（発振器２０と共用
してもよい）、スイッチ６０、電源電圧６１、トランス
６２、抵抗６３により構成されている。
してもよい）、スイッチ６０、電源電圧６１、トランス
６２、抵抗６３により構成されている。
【００６８】このような回路構成にすることにより、よ
り高く昇圧された矩形波が簡単に生成できるという効果
がある。
り高く昇圧された矩形波が簡単に生成できるという効果
がある。
【００６９】図９にシステム構成の一実施例を示す。
【００７０】本実施例は、加速度センサ７０、マイコン
７５、エアバッグ７６によって構成され、更に、マイコ
ン７５はエアバッグ起動部７１、診断部７２、フェイル
セーフ機能部７３により構成されている。
７５、エアバッグ７６によって構成され、更に、マイコ
ン７５はエアバッグ起動部７１、診断部７２、フェイル
セーフ機能部７３により構成されている。
【００７１】加速度センサ７０は、例えば今までに述べ
てきたような静電容量式のセンサが使用される。
てきたような静電容量式のセンサが使用される。
【００７２】上記システムの制御フローチャートを図１
１により説明する。
１により説明する。
【００７３】診断部７２から診断開始信号が出力されな
い通常の場合（自己診断を行なわない場合）、加速度セ
ンサ７０から出力される加速度信号は、エアバッグ起動
部７１にてエアバッグを動作させるか否かを判断し、エ
アバッグ７６を制御する。
い通常の場合（自己診断を行なわない場合）、加速度セ
ンサ７０から出力される加速度信号は、エアバッグ起動
部７１にてエアバッグを動作させるか否かを判断し、エ
アバッグ７６を制御する。
【００７４】自己診断時には、診断部７２から診断開始
信号が出力され、加速度センサ７０が診断モードとな
る。そして、加速度センサ７０から出力される信号は再
び診断部７２を通って故障かどうかが判断され、故障の
場合には、フェイルセーフ機能部７３を働かせ、エアバ
ッグ７６が誤動作しないように、エアバッグ起動部７１
の動作をロックすると共に、インジケータ等によって運
転者に故障を知らせる。
信号が出力され、加速度センサ７０が診断モードとな
る。そして、加速度センサ７０から出力される信号は再
び診断部７２を通って故障かどうかが判断され、故障の
場合には、フェイルセーフ機能部７３を働かせ、エアバ
ッグ７６が誤動作しないように、エアバッグ起動部７１
の動作をロックすると共に、インジケータ等によって運
転者に故障を知らせる。
【００７５】さらに、加速度センサからの診断信号が特
性変化を示す場合には、診断部から補正信号をエアバッ
グ起動部へ出力されるよう設定してある。
性変化を示す場合には、診断部から補正信号をエアバッ
グ起動部へ出力されるよう設定してある。
【００７６】以上のようなシステム構成にすることによ
り、システムの信頼性を従来に較べ向上させることがで
きる。
り、システムの信頼性を従来に較べ向上させることがで
きる。
【００７７】図１１に本発明の自己診断の他の実施例を
示す。
示す。
【００７８】本実施例では、検出素子１８の回りを、金
属線等の微細線８０でコイル上に巻くことにより、電磁
力が上方向に働き、可動電極６が上方向に変位する。こ
の時の電磁力の大きさと可動電極６の変位量（最終的に
は△Ｃの変化）から、センサの自己診断を行なうことが
できる。
属線等の微細線８０でコイル上に巻くことにより、電磁
力が上方向に働き、可動電極６が上方向に変位する。こ
の時の電磁力の大きさと可動電極６の変位量（最終的に
は△Ｃの変化）から、センサの自己診断を行なうことが
できる。
【００７９】このような構成によっても、容易に自己診
断を行ない得る効果がある。
断を行ない得る効果がある。
【００８０】その他、圧電素子を使って、疑似的に加速
度を加えても自己診断が可能である。また、これまで述
べた方法を使って、センサやシステムの出荷前の検査装
置に応用することも可能である。
度を加えても自己診断が可能である。また、これまで述
べた方法を使って、センサやシステムの出荷前の検査装
置に応用することも可能である。
【００８１】さらに、質量部となる重錘と、該重錘を支
持する歪ゲージ付き弾性支持体とを備えた歪ゲージ式の
加速度センサにおいても、上記各実施例と同様の診断系
の手段を構成することが可能である。
持する歪ゲージ付き弾性支持体とを備えた歪ゲージ式の
加速度センサにおいても、上記各実施例と同様の診断系
の手段を構成することが可能である。
【００８２】例えば、同じような構成にすることが重錘
が半導体の微細加工により形成され、この重錘に対向し
て診断専用の固定電極が対向配置され、前記診断用の信
号による静電気力が前記重錘・固定電極間に与えられ、
歪ゲージの抵抗値変化を検知して加速度センサを自己診
断するか、又はこの診断用信号発生時の前記重錘・固定
電極間の静電容量の変化を検知して加速度センサを自己
診断するよう設定すればよい。
が半導体の微細加工により形成され、この重錘に対向し
て診断専用の固定電極が対向配置され、前記診断用の信
号による静電気力が前記重錘・固定電極間に与えられ、
歪ゲージの抵抗値変化を検知して加速度センサを自己診
断するか、又はこの診断用信号発生時の前記重錘・固定
電極間の静電容量の変化を検知して加速度センサを自己
診断するよう設定すればよい。
【００８３】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、加速度セ
ンサを自己診断することで、センサの故障，性能低下等
の異常を知らせることができ、システムの信頼性を向上
できる。
ンサを自己診断することで、センサの故障，性能低下等
の異常を知らせることができ、システムの信頼性を向上
できる。
【００８４】また、センサの出力特性の経時変化も診断
可能であり、この診断結果に基づき特性の補正を行なえ
ば、検出素子の交換を行なうことなく、センサやシステ
ムの健全性を保つことができる。
可能であり、この診断結果に基づき特性の補正を行なえ
ば、検出素子の交換を行なうことなく、センサやシステ
ムの健全性を保つことができる。
【図１】本発明の第１実施例に係る加速度センサのブロ
ック構成図及びその回路図
ック構成図及びその回路図
【図２】第１実施例に用いる検出素子に印加される診断
モード時の電圧波形図
モード時の電圧波形図
【図３】測定加速度Ｇに対する自己診断用直流電圧ＶＧ
の関係を示す線図
の関係を示す線図
【図４】自己診断用の矩形波ＶＧと出力電圧Ｖｏｕｔの
時間変化を示す説明図
時間変化を示す説明図
【図５】本発明の第２実施例に係る加速度センサの回路
図
図
【図６】第２実施例の検出素子に印加される電圧波形図
【図７】上記各実施例に用いる昇圧回路の一例を示す回
路図
路図
【図８】上記各実施例に用いる昇圧回路の他の例を示す
回路図
回路図
【図９】本発明の第３実施例に係るエアバッグシステム
のブロック図
のブロック図
【図１０】上記エアバッグシステムの制御フローチャー
ト
ト
【図１１】本発明の第４実施例に係る加速度センサを示
す斜視図
す斜視図
【符号の説明】 ６…可動電極（質量部）、７，８…固定電極、１３…容
量検出部、１８…加速度センサの検出素子部、１９…信
号印加部（加速度検出用信号及び診断信号の印加
部、）、２２…診断用電圧源、８０…コイル
量検出部、１８…加速度センサの検出素子部、１９…信
号印加部（加速度検出用信号及び診断信号の印加
部、）、２２…診断用電圧源、８０…コイル
フロントページの続き (72)発明者 松倉 哲夫 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会社 日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者 藤田 弘和 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会社 日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者 鈴木 政善 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会社 日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者 松本 昌大 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内
Claims (15)
- 【請求項１】 加速度に応じて変位する質量部を有し、
この質量部の変位を電気信号に変換して加速度を検出す
る加速度センサにおいて、 診断用の信号により前記質量部に加速度相当の力を与え
る手段と、この診断用信号発生時のセンサ出力から加速
度センサを自己診断する手段とを備えて成ることを特徴
とする加速度センサ。 - 【請求項２】 加速度に応じて変位する質量部を有し、
この質量部の変位を電気信号に変換して加速度を検出す
る加速度センサにおいて、 診断用の信号により前記質量部に加速度相当の力を与え
る手段と、この診断用信号発生時のセンサ出力から加速
度センサを自己診断する手段と、前記自己診断結果が故
障との診断であればその旨を報知する手段と、前記自己
診断の結果が故障に至らない程度のセンサ出力特性の経
時変化であるとの診断である場合はその特性を補正する
手段とを備えて成ることを特徴とする加速度センサ。 - 【請求項３】 請求項１又は請求項２において、前記質
量部に加速度相当の力を与える手段は、前記診断用の信
号を基に前記質量部に静電気力，電磁力或いは外部から
機械的振動を与えるいずれかの機構より成ることを特徴
とする加速度センサ。 - 【請求項４】 請求項１ないし請求項３のいずれか１項
において、前記加速度センサは、前記質量部となる可動
電極と、これに対向して配置される固定電極との間の静
電容量の変化をとらえて加速度を検出する静電容量式の
加速度センサで、前記質量部に加速度相当の力を与える
手段は、前記診断用の信号を前記固定電極（固定電極が
可動電極の両面に対向配置してある場合は、一方の固定
電極）に印加して前記可動電極を変位させるための静電
気力を発生させる信号印加部により構成され、前記自己
診断をする手段は、前記診断用信号発生時の前記可動電
極・固定電極間の静電容量の変化を検知して加速度セン
サを自己診断するよう設定してあることを特徴とする加
速度センサ。 - 【請求項５】 請求項１ないし請求項３のいずれか１項
において、前記加速度センサは、質量部となる重錘と、
該重錘を支持する歪ゲージ付き弾性支持体とを備えた歪
ゲージ式の加速度センサで、前記重錘が半導体の微細加
工により形成され、前記質量部に加速度相当の力を与え
る手段は、前記重錘に対向して配置される診断専用の固
定電極と、前記診断用信号を前記固定電極に印加して前
記重錘を変位させるための静電気力を発生する信号印加
部とにより構成され、前記自己診断をする手段は、前記
歪ゲージの抵抗値変化を検知するか、又は前記診断用信
号発生時の前記重錘・固定電極間の静電容量の変化を検
知して加速度センサを自己診断するよう設定してあるこ
とを特徴とする加速度センサ。 - 【請求項６】 請求項１ないし請求項３のいずれか１項
において、前記質量部に加速度相当の力を与える手段
は、前記診断用の信号により電磁力を発生するコイル
で、このコイルでセンサの周囲を巻装して成ることを特
徴とする加速度センサ。 - 【請求項７】 請求項１ないし請求項６のいずれか１項
において、前記自己診断する手段は、前記診断用の信号
と前記センサ出力値、或いは前記診断用の信号と前記セ
ンサ出力値の所定レベルに到達するまでの時間的変化か
ら、加速度センサの故障の有無を診断する機能を有して
成ることを特徴とする加速度センサ。 - 【請求項８】 請求項１ないし請求項７のいずれか１項
において、前記自己診断する手段は、前記診断用の信号
とセンサ出力値とからセンサ静特性（ここで、静特性と
は加速度に対して本来得るべきセンサ出力値の特性であ
る）を自己診断する機能を有して成ることを特徴とする
加速度センサ。 - 【請求項９】 請求項１ないし請求項８のいずれか１項
において、前記自己診断する手段は、前記診断用の信号
とセンサ出力値の所定レベルに到達するまでの時間的変
化とからセンサ動特性（ここで、動特性とは加速度に対
するセンサ出力応答特性である）を診断する機能を有し
て成ることを特徴とする加速度センサ。 - 【請求項１０】 請求項１ないし請求項９のいずれか１
項において、前記診断用の信号は、ＩＣ化したチャージ
ポンプ回路を用いて増幅され、この増幅した信号電圧
が、前記加速度相当の力を与える手段に印加されること
を特徴とする加速度センサ。 - 【請求項１１】 請求項１ないし請求項９のいずれか１
項において、前記診断用の信号をトランスを用いて増幅
し、この増幅した信号電圧が、前記加速度相当の力を与
える手段に印加されることを特徴とする加速度センサ。 - 【請求項１２】 請求項４ないし請求項６のいずれか１
項において、前記診断用の信号が発生すると、バッテリ
電源電圧が加速度検出系の回路と別の端子を介して、前
記固定電極或いはコイルに直接印加するよう設定してあ
ることを特徴とする加速度センサ。 - 【請求項１３】 車両衝突を検出すると、エアバッグを
起動させるエアバッグシステムにおいて、 前記車両衝突の検出系が、車両衝突時に生じる加速度に
応動する質量部を有する加速度センサと、この質量部の
変位を電気信号に変換して衝突を判定する手段とで構成
され、且つ、フェイルセーフ系として、診断用の信号に
より前記質量部に加速度相当の力を与える手段と、この
診断用信号発生時のセンサ出力から加速度センサを自己
診断する手段と、前記自己診断結果が異常であるとの診
断であればその旨を報知する手段とを備えたことを特徴
とするエアバッグシステム。 - 【請求項１４】 請求項１３において、前記自己診断の
結果が補正可能なセンサ出力に関する特性の経時変化で
あるとの診断である場合はその特性を補正する手段とを
備えたことを特徴とするエアバッグシステム。 - 【請求項１５】 請求項１４において、前記自己診断す
る手段は、前記診断用の信号とセンサ出力値とからセン
サ静特性の経時変化を診断し、前記診断用の信号とセン
サ出力値の所定レベルに到達するまでの時間的変化とか
らセンサ動特性の経時変化を診断する機能を有して成る
ことを特徴とするエアバッグシステム。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4125897A JPH05322921A (ja) | 1992-05-19 | 1992-05-19 | 加速度センサ及びこれを用いたエアバッグシステム |
| US08/059,069 US5506454A (en) | 1991-03-20 | 1993-05-10 | System and method for diagnosing characteristics of acceleration sensor |
| DE4316263A DE4316263C2 (de) | 1992-05-19 | 1993-05-14 | System und Verfahren zum Diagnostizieren von Charakteristiken eines Beschleunigungssensors |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4125897A JPH05322921A (ja) | 1992-05-19 | 1992-05-19 | 加速度センサ及びこれを用いたエアバッグシステム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05322921A true JPH05322921A (ja) | 1993-12-07 |
Family
ID=14921618
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4125897A Pending JPH05322921A (ja) | 1991-03-20 | 1992-05-19 | 加速度センサ及びこれを用いたエアバッグシステム |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05322921A (ja) |
| DE (1) | DE4316263C2 (ja) |
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