JPH06324071A - 衝撃センサおよび制御方法 - Google Patents
衝撃センサおよび制御方法Info
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- JPH06324071A JPH06324071A JP6068469A JP6846994A JPH06324071A JP H06324071 A JPH06324071 A JP H06324071A JP 6068469 A JP6068469 A JP 6068469A JP 6846994 A JP6846994 A JP 6846994A JP H06324071 A JPH06324071 A JP H06324071A
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- B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- B60R21/01—Electrical circuits for triggering passive safety arrangements, e.g. airbags, safety belt tighteners, in case of vehicle accidents or impending vehicle accidents
- B60R21/013—Electrical circuits for triggering passive safety arrangements, e.g. airbags, safety belt tighteners, in case of vehicle accidents or impending vehicle accidents including means for detecting collisions, impending collisions or roll-over
- B60R21/0132—Electrical circuits for triggering passive safety arrangements, e.g. airbags, safety belt tighteners, in case of vehicle accidents or impending vehicle accidents including means for detecting collisions, impending collisions or roll-over responsive to vehicle motion parameters, e.g. to vehicle longitudinal or transversal deceleration or speed value
- B60R21/0133—Electrical circuits for triggering passive safety arrangements, e.g. airbags, safety belt tighteners, in case of vehicle accidents or impending vehicle accidents including means for detecting collisions, impending collisions or roll-over responsive to vehicle motion parameters, e.g. to vehicle longitudinal or transversal deceleration or speed value by integrating the amplitude of the input signal
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- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P15/125—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by capacitive pick-up
-
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- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P2015/0805—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
- G01P2015/0822—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass
- G01P2015/0825—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass
- G01P2015/0831—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass the mass being of the paddle type having the pivot axis between the longitudinal ends of the mass, e.g. see-saw configuration
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 莫大な信号処理を行うことなく容易に衝撃状
態特性を評価することができる出力信号を発生する加速
度計を備えたシングルポイント衝撃センサを提供する。 【構成】 シングルポイント衝撃センサ10は車輌の加
速度に比例する容量差を発生する全差動容量感知素子1
2を有している。容量差はデジタルパルス列へ変換され
それは容量変動によりパルス密度変調される。パルス列
のパルス密度はカウンタおよびタイマ階層に従って評価
されて、起動に値する事象を示すものであるかどうかが
判断される。一実施例では、非揮発性プログラマブルメ
モリ140を設けて衝撃センサ10の動作が制御され
る。
態特性を評価することができる出力信号を発生する加速
度計を備えたシングルポイント衝撃センサを提供する。 【構成】 シングルポイント衝撃センサ10は車輌の加
速度に比例する容量差を発生する全差動容量感知素子1
2を有している。容量差はデジタルパルス列へ変換され
それは容量変動によりパルス密度変調される。パルス列
のパルス密度はカウンタおよびタイマ階層に従って評価
されて、起動に値する事象を示すものであるかどうかが
判断される。一実施例では、非揮発性プログラマブルメ
モリ140を設けて衝撃センサ10の動作が制御され
る。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は一般的に車輌乗員保護装
置(vehicle passengerrestra
int mechanism)の起動に使用する衝撃セ
ンサに関し、特に加速度計を使用して車輌に発生する高
衝撃状態を検出する衝撃センサに関する。
置(vehicle passengerrestra
int mechanism)の起動に使用する衝撃セ
ンサに関し、特に加速度計を使用して車輌に発生する高
衝撃状態を検出する衝撃センサに関する。
【0002】
【従来の技術】エアバッグや自動車シートベルト等の受
動保護装置は正面衝突中に乗員を保護するために車輌内
で次第に使用されつつある。この種の保護装置では乗員
は特別な起動操作を行う必要はない。受動保護装置は起
動に値する衝撃が発生すると自動的に起動される。
動保護装置は正面衝突中に乗員を保護するために車輌内
で次第に使用されつつある。この種の保護装置では乗員
は特別な起動操作を行う必要はない。受動保護装置は起
動に値する衝撃が発生すると自動的に起動される。
【0003】所与の衝撃事象に対してエアバッグの膨張
等の受動保護が必要かどうかを判断し、エアバッグ保護
を必要とする場合だけエアバッグを膨張させることを保
証するさまざまな種類の衝撃センサが設計されている。
衝撃センサは起動に値する事象と起動に値しない事象と
を識別できることが理想的である。
等の受動保護が必要かどうかを判断し、エアバッグ保護
を必要とする場合だけエアバッグを膨張させることを保
証するさまざまな種類の衝撃センサが設計されている。
衝撃センサは起動に値する事象と起動に値しない事象と
を識別できることが理想的である。
【0004】一種の衝撃センサシステムでは車輌の前面
領域で複数個の閾値スイッチが使用されている。これら
のスイッチは高衝撃事象がスイッチを閉成するのに充分
過酷なものである場合にエアバッグを膨張させる衝撃信
号を送る。この種の機械センサベースシステムは任意の
センサ故障による悪影響を最少限に抑えるのにセンサの
冗長性に依存することが非常に多い。そのため各車輌内
に多数のスイッチを必要とし、衝撃感知システム全体の
複雑性が増す。この種のシステムでは付加アセンブリを
必要とするワイヤハーネスも使用しなければならない。
さらに、さまざまな種類の衝撃を検出し識別する機会が
最も高い車輌内の戦略的場所に閾値センサを配置しなけ
ればならない。このような位置を決定するために車輌の
広範な衝撃テストおよび衝撃効果の調査を行って閾値ス
イッチセンサの最適場所が決定される。
領域で複数個の閾値スイッチが使用されている。これら
のスイッチは高衝撃事象がスイッチを閉成するのに充分
過酷なものである場合にエアバッグを膨張させる衝撃信
号を送る。この種の機械センサベースシステムは任意の
センサ故障による悪影響を最少限に抑えるのにセンサの
冗長性に依存することが非常に多い。そのため各車輌内
に多数のスイッチを必要とし、衝撃感知システム全体の
複雑性が増す。この種のシステムでは付加アセンブリを
必要とするワイヤハーネスも使用しなければならない。
さらに、さまざまな種類の衝撃を検出し識別する機会が
最も高い車輌内の戦略的場所に閾値センサを配置しなけ
ればならない。このような位置を決定するために車輌の
広範な衝撃テストおよび衝撃効果の調査を行って閾値ス
イッチセンサの最適場所が決定される。
【0005】別の種類の衝撃感知システムではマルチプ
ルスイッチの替りにシングルポイント衝撃センサが使用
される。この種のセンサでは車室内に加速度計が配置さ
れていて車輌の加速度が常時監視され車輌の突然の減速
が感知される。加速度計の出力を連続的に分析して減速
がいつ生じたのかまたその減速はエアバッグや他の乗員
保護装置の起動を要するのに充分過酷な衝撃によるもの
であるかが判断される。衝撃感知システムは安全装置の
不注意による起動を充分防止するように精巧であってし
かも迅速かつ頻繁にテストを行って適切な作動を保証す
るように簡単でなければならない。
ルスイッチの替りにシングルポイント衝撃センサが使用
される。この種のセンサでは車室内に加速度計が配置さ
れていて車輌の加速度が常時監視され車輌の突然の減速
が感知される。加速度計の出力を連続的に分析して減速
がいつ生じたのかまたその減速はエアバッグや他の乗員
保護装置の起動を要するのに充分過酷な衝撃によるもの
であるかが判断される。衝撃感知システムは安全装置の
不注意による起動を充分防止するように精巧であってし
かも迅速かつ頻繁にテストを行って適切な作動を保証す
るように簡単でなければならない。
【0006】シングルポイント衝撃センサはまた加速度
計の出力を迅速かつ効率的に評価して所与の衝撃により
安全機構を起動させる必要があるかどうかを判断できな
ければならない。加速度計の出力特性は容易に分析を行
って起動に値する事象と値しない事象とを識別できるも
のでなければならない。衝撃センサは減速の振幅だけで
なく持続時間も測定して最も正確な応答を与えるもので
なければならない。
計の出力を迅速かつ効率的に評価して所与の衝撃により
安全機構を起動させる必要があるかどうかを判断できな
ければならない。加速度計の出力特性は容易に分析を行
って起動に値する事象と値しない事象とを識別できるも
のでなければならない。衝撃センサは減速の振幅だけで
なく持続時間も測定して最も正確な応答を与えるもので
なければならない。
【0007】多くの種類のシングルポイント衝撃センサ
は加速度計の周波数応答を使用して所与の衝撃により乗
員保護装置を起動させる必要があるかどうかを判断して
いる。一種のシングルポイント衝撃センサがMazur
等の米国特許第5,065,322号に記載されてい
る。加速度計からの信号がアナログ/デジタルコンバー
タへ送られてデジタル化時間領域振動電気信号へ変換さ
れる。次に高速フーリエ変換装置によりデジタル化され
た信号は周波数領域信号へ変換される。周波数領域信号
の振幅が全周波数スペクトルにわたって加算され評価さ
れて所定種別の車輌衝撃の発生を示す周波数成分がある
かどうかが判断される。少くとも一つの選定周波数にお
ける振幅の和が所定の閾値よりも大きい場合に乗員保護
装置が起動される。加速度計信号を最初にデジタル化し
次に周波数領域へ変換しその後で初めて任意種別の信号
評価が行われるため、この種の衝撃感知方法はそれを実
施する回路と共に非常に複雑なものとなる。変換装置や
所望の周波数範囲外の信号を除去するフィルタを使用し
て加速度信号を分析しなければならないため、衝撃セン
サ内の電気装置の総数が増大してシングルチップ上に集
積させる適応性が低下する。
は加速度計の周波数応答を使用して所与の衝撃により乗
員保護装置を起動させる必要があるかどうかを判断して
いる。一種のシングルポイント衝撃センサがMazur
等の米国特許第5,065,322号に記載されてい
る。加速度計からの信号がアナログ/デジタルコンバー
タへ送られてデジタル化時間領域振動電気信号へ変換さ
れる。次に高速フーリエ変換装置によりデジタル化され
た信号は周波数領域信号へ変換される。周波数領域信号
の振幅が全周波数スペクトルにわたって加算され評価さ
れて所定種別の車輌衝撃の発生を示す周波数成分がある
かどうかが判断される。少くとも一つの選定周波数にお
ける振幅の和が所定の閾値よりも大きい場合に乗員保護
装置が起動される。加速度計信号を最初にデジタル化し
次に周波数領域へ変換しその後で初めて任意種別の信号
評価が行われるため、この種の衝撃感知方法はそれを実
施する回路と共に非常に複雑なものとなる。変換装置や
所望の周波数範囲外の信号を除去するフィルタを使用し
て加速度信号を分析しなければならないため、衝撃セン
サ内の電気装置の総数が増大してシングルチップ上に集
積させる適応性が低下する。
【0008】デジタル出力を発生する加速度計が鈴木等
の米国特許第5,095,750号に記載されている。
加速度は2個の固定電極間に可動電極を有し2個の可変
キャパシタを形成する。加速力により可動電極が変位し
て可動電極と固定電極間の間隙サイズが変化ししたがっ
て2つの容量が変動する。容量検出器が間隙を測定して
間隙長さの差を表わす出力電圧を発生する。パルス幅変
調器が出力電圧の大きさに従って変調されたパルス幅を
有する出力信号を発生する。この出力信号のパルス幅は
被検出加速度に正確に比例する。しかしながら、この出
力信号を簡単に解釈して車輌の衝撃状態を判断すること
はできず、したがって加速度計をシングルポイント衝撃
センサに使用するように容易に適合することができな
い。また、この種の加速度計の応答は温度変化の影響を
受け易く、さらに温度補償回路を付加して変化を相殺す
る必要がある。
の米国特許第5,095,750号に記載されている。
加速度は2個の固定電極間に可動電極を有し2個の可変
キャパシタを形成する。加速力により可動電極が変位し
て可動電極と固定電極間の間隙サイズが変化ししたがっ
て2つの容量が変動する。容量検出器が間隙を測定して
間隙長さの差を表わす出力電圧を発生する。パルス幅変
調器が出力電圧の大きさに従って変調されたパルス幅を
有する出力信号を発生する。この出力信号のパルス幅は
被検出加速度に正確に比例する。しかしながら、この出
力信号を簡単に解釈して車輌の衝撃状態を判断すること
はできず、したがって加速度計をシングルポイント衝撃
センサに使用するように容易に適合することができな
い。また、この種の加速度計の応答は温度変化の影響を
受け易く、さらに温度補償回路を付加して変化を相殺す
る必要がある。
【0009】したがって、莫大な信号処理を行うことな
く容易に衝撃状態特性を評価することができる出力信号
を発生する加速度計を備えたシングルポイント衝撃セン
サを提供することが本発明の目的である。
く容易に衝撃状態特性を評価することができる出力信号
を発生する加速度計を備えたシングルポイント衝撃セン
サを提供することが本発明の目的である。
【0010】シングルチップ上に集積される最少限の部
品数しか必要としない衝撃センサを提供することが本発
明のもう一つの目的である。
品数しか必要としない衝撃センサを提供することが本発
明のもう一つの目的である。
【0011】個別のフィルタ(discrete fi
lters)や温度補償回路を必要とせずに設計される
衝撃センサを提供することが本発明のさらにもう一つの
目的である。
lters)や温度補償回路を必要とせずに設計される
衝撃センサを提供することが本発明のさらにもう一つの
目的である。
【0012】
【課題を解決するための手段】したがって、集積化され
たシリコン自動車加速度計および衝撃センサ(anin
tegrated silicon automoti
ve accelerometer and impa
ct sensor)は加速度感知素子、感知素子の出
力を電気信号へ変換する回路、および電気信号を分析す
る展開判断回路(deployment decisi
on circuit)を含んでいる。衝撃センサ部品
を全てシングルチップ上に集積される。実施例では、チ
ップ上に不揮発性プログラマブルメモリも配置される。
このメモリはセンサの動作を制御する特定車輌パラメー
タを記憶するのに使用される。
たシリコン自動車加速度計および衝撃センサ(anin
tegrated silicon automoti
ve accelerometer and impa
ct sensor)は加速度感知素子、感知素子の出
力を電気信号へ変換する回路、および電気信号を分析す
る展開判断回路(deployment decisi
on circuit)を含んでいる。衝撃センサ部品
を全てシングルチップ上に集積される。実施例では、チ
ップ上に不揮発性プログラマブルメモリも配置される。
このメモリはセンサの動作を制御する特定車輌パラメー
タを記憶するのに使用される。
【0013】好ましくは、感知素子は全差動(full
y differential)容量感知素子である。
具体的には、感知素子は好ましくは実質的に平面状の絶
縁基板を有し少くとも2枚の導電板と半導性ペデスタル
が基板に取り付けられている。実質的に平面状の半導性
上板が基板上にそれと平行に配置されペデスタルを包囲
する内部開口を有している。一対の逆向きのトーション
アーム(torsion arms)により上板がペデ
スタルに接続されて屈曲軸(又はたわみ軸)(flex
ure axis)を画定し、それにより上板は第1お
よび第2の可動部へ分割される。上板は感知素子に垂直
に発生する加速度に応答して屈曲軸周りに傾倒すること
ができる。感知素子の感度および上板の周波数応答は上
板を貫通する複数個の開口により調整することができ
る。基板上の固定導電板および上板の第1および第2の
部分により第1および第2のキャパシタが画定されその
容量は上板の偏向量(amount of defle
ction)に従って変動する。2つの容量の差の変動
が衝撃センサが経験する加速量の変動を表わす。
y differential)容量感知素子である。
具体的には、感知素子は好ましくは実質的に平面状の絶
縁基板を有し少くとも2枚の導電板と半導性ペデスタル
が基板に取り付けられている。実質的に平面状の半導性
上板が基板上にそれと平行に配置されペデスタルを包囲
する内部開口を有している。一対の逆向きのトーション
アーム(torsion arms)により上板がペデ
スタルに接続されて屈曲軸(又はたわみ軸)(flex
ure axis)を画定し、それにより上板は第1お
よび第2の可動部へ分割される。上板は感知素子に垂直
に発生する加速度に応答して屈曲軸周りに傾倒すること
ができる。感知素子の感度および上板の周波数応答は上
板を貫通する複数個の開口により調整することができ
る。基板上の固定導電板および上板の第1および第2の
部分により第1および第2のキャパシタが画定されその
容量は上板の偏向量(amount of defle
ction)に従って変動する。2つの容量の差の変動
が衝撃センサが経験する加速量の変動を表わす。
【0014】感知素子の容量差のこのような変動はデジ
タルパルス列のパルス密度の変動へ変換される。パルス
密度は単位時間ごとに発生するパルス数として定義さ
れ、本発明では単位時間にわたる平均加速度にほぼ線形
に比例する。展開判断回路内のタイマおよびカウンタの
階層構成により信号のパルス密度が監視され評価され
る。パルス幅の替りに単位時間当りのパルスカウントを
変調すれば、回路は所与の時間内のパルス数を測定する
だけでよくその幅を測定する必要がないため、パルス列
の監視および評価は比較的簡単なままとされる。展開判
断回路はさまざまな時間間隔で固定時間量内におけるパ
ルス数をカウントすることによりパルス列を評価し解釈
する。パルス数がある閾値を越えるたびにフラグが設定
される。選定時間間隔内に設定されるフラグ数が所定の
限界を越えると、起動信号が発生されて乗員保護装置が
起動される。
タルパルス列のパルス密度の変動へ変換される。パルス
密度は単位時間ごとに発生するパルス数として定義さ
れ、本発明では単位時間にわたる平均加速度にほぼ線形
に比例する。展開判断回路内のタイマおよびカウンタの
階層構成により信号のパルス密度が監視され評価され
る。パルス幅の替りに単位時間当りのパルスカウントを
変調すれば、回路は所与の時間内のパルス数を測定する
だけでよくその幅を測定する必要がないため、パルス列
の監視および評価は比較的簡単なままとされる。展開判
断回路はさまざまな時間間隔で固定時間量内におけるパ
ルス数をカウントすることによりパルス列を評価し解釈
する。パルス数がある閾値を越えるたびにフラグが設定
される。選定時間間隔内に設定されるフラグ数が所定の
限界を越えると、起動信号が発生されて乗員保護装置が
起動される。
【0015】チップ上のプログラマブルメモリはパルス
列の選定オフセットおよび利得を記憶しかつ校正値を記
憶するのに使用される。メモリはまた各種車輌に対して
異なる特定車輌展開アルゴリズム係数を記憶するのにも
使用される。これにより、プログラムされた値を修正す
るだけでセンサ構造全体を修正することなく、同じ衝撃
センサをさまざまな車輌モデルに使用することができ
る。オンチップマイクロプロセッサインターフェイスを
使用してメモリに対する読取りおよび書込みが行われ
る。好ましくは、衝撃センサの全ての部品を従来の集積
回路パッケージ内に収納してセンサ組立ておよび自動ボ
ード配置を容易にする。
列の選定オフセットおよび利得を記憶しかつ校正値を記
憶するのに使用される。メモリはまた各種車輌に対して
異なる特定車輌展開アルゴリズム係数を記憶するのにも
使用される。これにより、プログラムされた値を修正す
るだけでセンサ構造全体を修正することなく、同じ衝撃
センサをさまざまな車輌モデルに使用することができ
る。オンチップマイクロプロセッサインターフェイスを
使用してメモリに対する読取りおよび書込みが行われ
る。好ましくは、衝撃センサの全ての部品を従来の集積
回路パッケージ内に収納してセンサ組立ておよび自動ボ
ード配置を容易にする。
【0016】
【実施例】図1は衝撃センサ10の実施例を示すブロッ
ク図である。容量感知素子12である第1のブロックを
さらに図2、図3、図4に示す。
ク図である。容量感知素子12である第1のブロックを
さらに図2、図3、図4に示す。
【0017】感知素子12は基板16上方に配置された
偏向可能(deflectable)な上板14を有し
ている。好ましくは、感知素子12は中央開口15を有
する実質的に平面状のホウ素ドープシリコン可偏向上板
14および実質的に平面状の絶縁基板16を具備してい
る。感知素子12にこのような材料を使用すると、差分
熱膨張および収縮による塑性変形や応力が無く、強度が
増大し製造効率および経済性が改善されるという利点が
得られる。
偏向可能(deflectable)な上板14を有し
ている。好ましくは、感知素子12は中央開口15を有
する実質的に平面状のホウ素ドープシリコン可偏向上板
14および実質的に平面状の絶縁基板16を具備してい
る。感知素子12にこのような材料を使用すると、差分
熱膨張および収縮による塑性変形や応力が無く、強度が
増大し製造効率および経済性が改善されるという利点が
得られる。
【0018】好ましくは、上板14は加速度応答能力が
0.5〜1000gの範囲内であり、測定帯域幅は0〜
5000ヘルツであり、減衰比は2〜20である。この
ような値は上板14に開口17を形成して調整すること
ができ、詳細については後記する。さらに、上板12の
長さは0.1〜10mmであり幅はおよそ0.05〜
5.0mmである。最も好ましくは、上板12の長さは
およそ1mmであり幅はおよそ0.5mmである。
0.5〜1000gの範囲内であり、測定帯域幅は0〜
5000ヘルツであり、減衰比は2〜20である。この
ような値は上板14に開口17を形成して調整すること
ができ、詳細については後記する。さらに、上板12の
長さは0.1〜10mmであり幅はおよそ0.05〜
5.0mmである。最も好ましくは、上板12の長さは
およそ1mmであり幅はおよそ0.5mmである。
【0019】好ましくは、上板12のシリコンのホウ素
濃度は1×1019cm-3以上である。ホウ素ドープシリ
コンを使用して上板12を形成すれば高応力状態および
機械力により生じる望ましくない塑性変形だけでなくヒ
ステリシスおよびクリープ(creep)等の問題も解
消される。ヒステリシスが解消されるのはホウ素ドープ
シリコン上板12の形成に粒界の無い単結晶シリコンウ
ェハが使用されるためである。
濃度は1×1019cm-3以上である。ホウ素ドープシリ
コンを使用して上板12を形成すれば高応力状態および
機械力により生じる望ましくない塑性変形だけでなくヒ
ステリシスおよびクリープ(creep)等の問題も解
消される。ヒステリシスが解消されるのはホウ素ドープ
シリコン上板12の形成に粒界の無い単結晶シリコンウ
ェハが使用されるためである。
【0020】好ましくは、基板16はガラス、セラミッ
ク、窒化物もしくはプラスチック等の固体絶縁材(so
lid dielectric material)で
ある。理想的には基板16はガラス製とされシリコンと
同様の熱膨張係数を有している。基板16に使用するの
に適したガラスは米国、ニューヨーク州、コーニングの
ダウコーニング社から入手できるコーニングコード#7
740である。好ましくは、基板16の厚さは0.2〜
1.5ミクロンであり、最も好ましくは0.5〜0.8
ミクロン(μ)厚である。ホウ素ドープシリコン上板1
4と絶縁基板16を組合せて使用すると、熱膨張係数が
著しく異なる材料を使用する時に生じる応力が実質的に
低減される。
ク、窒化物もしくはプラスチック等の固体絶縁材(so
lid dielectric material)で
ある。理想的には基板16はガラス製とされシリコンと
同様の熱膨張係数を有している。基板16に使用するの
に適したガラスは米国、ニューヨーク州、コーニングの
ダウコーニング社から入手できるコーニングコード#7
740である。好ましくは、基板16の厚さは0.2〜
1.5ミクロンであり、最も好ましくは0.5〜0.8
ミクロン(μ)厚である。ホウ素ドープシリコン上板1
4と絶縁基板16を組合せて使用すると、熱膨張係数が
著しく異なる材料を使用する時に生じる応力が実質的に
低減される。
【0021】感知素子12の平面に垂直な加速度および
重力が無い場合には、上板14および基板16は互いに
実質的に平行である。上板14はペデスタル18により
基板16上に支持される。次に図3を参照すると、ペデ
スタル18は基板16の上面に取り付けられている。好
ましくは、ペデスタル18は基板16に陽極固着(an
odically bonded)される。ペデスタル
パッド19がペデスタル18の頂部に取り付けられる。
好ましくは、ペデスタルパッド19はアルミニウムであ
るが任意の導電材を使用することができる。中央開口1
5周りのトーションアーム20により屈曲軸(flex
ure axis)22が画定され、上板14はその表
面に垂直な加速力に応答して屈曲軸22周りに傾倒す
る。ペデスタル18および上板14を支持するトーショ
ンアーム20が小さいためねじれ感度の高い感知素子1
2が得られる。
重力が無い場合には、上板14および基板16は互いに
実質的に平行である。上板14はペデスタル18により
基板16上に支持される。次に図3を参照すると、ペデ
スタル18は基板16の上面に取り付けられている。好
ましくは、ペデスタル18は基板16に陽極固着(an
odically bonded)される。ペデスタル
パッド19がペデスタル18の頂部に取り付けられる。
好ましくは、ペデスタルパッド19はアルミニウムであ
るが任意の導電材を使用することができる。中央開口1
5周りのトーションアーム20により屈曲軸(flex
ure axis)22が画定され、上板14はその表
面に垂直な加速力に応答して屈曲軸22周りに傾倒す
る。ペデスタル18および上板14を支持するトーショ
ンアーム20が小さいためねじれ感度の高い感知素子1
2が得られる。
【0022】屈曲軸22により上板は第1および第2の
可動部24,26へ分割される。好ましくは、半導性可
偏向上板12は第1および第2の可動部24,26の各
々が上板14の総モーメントよりも小さい屈曲軸22周
りの総モーメント(すなわち、質量×モーメントアー
ム)を有するような形状とされる。この構成によれば、
感知素子12の面に垂直に生じる加速度により上板14
は屈曲軸22周りに傾倒する。偏向度は加速度の大きさ
にほぼ比例する。さらに、上板14の偏向方向は加速度
方向の関数となる。
可動部24,26へ分割される。好ましくは、半導性可
偏向上板12は第1および第2の可動部24,26の各
々が上板14の総モーメントよりも小さい屈曲軸22周
りの総モーメント(すなわち、質量×モーメントアー
ム)を有するような形状とされる。この構成によれば、
感知素子12の面に垂直に生じる加速度により上板14
は屈曲軸22周りに傾倒する。偏向度は加速度の大きさ
にほぼ比例する。さらに、上板14の偏向方向は加速度
方向の関数となる。
【0023】固定導電板28,29が基板16上に載置
され図2および図3に破線で示されている。固定板2
8,29を形成するのにさまざまな金属が適している
が、好ましくはある組合せの金属が使用される。適切な
組合せはクロム下地白金であり、クロムは50〜100
0Å厚、白金は50〜3000Å厚である。好ましく
は、クロム層は150〜300Å厚であり白金層は50
0〜1500Å厚である。最も好ましくはクロム層は2
00Å厚であり白金層は1000Å厚である。当業者で
あれば総金属膜厚は100Åからおよそ4000Åの範
囲となることがお判りと思われる。好ましくは、導電板
28,29は基板16上で屈曲軸22の両側に対称的に
配置して上板14の第1および第2の可動部24,26
の下側に配置されるようにする。
され図2および図3に破線で示されている。固定板2
8,29を形成するのにさまざまな金属が適している
が、好ましくはある組合せの金属が使用される。適切な
組合せはクロム下地白金であり、クロムは50〜100
0Å厚、白金は50〜3000Å厚である。好ましく
は、クロム層は150〜300Å厚であり白金層は50
0〜1500Å厚である。最も好ましくはクロム層は2
00Å厚であり白金層は1000Å厚である。当業者で
あれば総金属膜厚は100Åからおよそ4000Åの範
囲となることがお判りと思われる。好ましくは、導電板
28,29は基板16上で屈曲軸22の両側に対称的に
配置して上板14の第1および第2の可動部24,26
の下側に配置されるようにする。
【0024】ボンドパッド30により感知素子12の部
品は衝撃センサ10の残部へ電気的に接続される。より
詳細には、導電リード31により固定板28,29およ
びペデスタルパッド19からボンドパッド30への接続
がなされ、ボンドパッド30は衝撃センサの次の部品に
電気的に接続される。導電リード31およびボンドパッ
ド30は導電材、好ましくはアルミニウム、により作成
される。本発明の他の特徴を良く示すために図2および
図3から導体は省かれている。
品は衝撃センサ10の残部へ電気的に接続される。より
詳細には、導電リード31により固定板28,29およ
びペデスタルパッド19からボンドパッド30への接続
がなされ、ボンドパッド30は衝撃センサの次の部品に
電気的に接続される。導電リード31およびボンドパッ
ド30は導電材、好ましくはアルミニウム、により作成
される。本発明の他の特徴を良く示すために図2および
図3から導体は省かれている。
【0025】上板14の第1および第2の部分24,2
6は固定板28,29と対応して、図5に略示する第1
および第2の可変キャパシタ32,34を形成する。上
板14の第1および第2部分24,26と屈曲軸22の
両側の固定板28,30により生成されるキャパシタ3
2,34を設けると、加速中に上板14の傾倒により両
キャパシタ32,34の容量が変動する。上板14の偏
向したがって2つの容量32,34の差は感知素子12
が感知する加速力に比例する。1個ではなく2個のキャ
パシタ32,34を使用することによりセンサ10は絶
対容量値を監視するのではなく2個のキャパシタ間の差
の変動を監視することができる。キャパシタの温度によ
る変動は両キャパシタに同等に影響を及ぼし両者間の差
は変化しないため、これにより独立した温度補償回路は
不要となる。さらに、この種の全差動感知素子12を使
用すれば、容量測定に固定基準点を使用していないため
に、感知素子12に生じることがあるいかなる製造上の
ばらつきも補償される。
6は固定板28,29と対応して、図5に略示する第1
および第2の可変キャパシタ32,34を形成する。上
板14の第1および第2部分24,26と屈曲軸22の
両側の固定板28,30により生成されるキャパシタ3
2,34を設けると、加速中に上板14の傾倒により両
キャパシタ32,34の容量が変動する。上板14の偏
向したがって2つの容量32,34の差は感知素子12
が感知する加速力に比例する。1個ではなく2個のキャ
パシタ32,34を使用することによりセンサ10は絶
対容量値を監視するのではなく2個のキャパシタ間の差
の変動を監視することができる。キャパシタの温度によ
る変動は両キャパシタに同等に影響を及ぼし両者間の差
は変化しないため、これにより独立した温度補償回路は
不要となる。さらに、この種の全差動感知素子12を使
用すれば、容量測定に固定基準点を使用していないため
に、感知素子12に生じることがあるいかなる製造上の
ばらつきも補償される。
【0026】感知素子12の感度は上板14の質量に対
応するため、本発明では上板14を出来るだけ大きくす
ることが有利である。好ましくは、上板14は基板16
上に1〜10ミクロンの間に配置される。しかしなが
ら、小さな空間は自由な空気流を拘束する傾向があるた
め板14と基板16との間に捕捉された空気は通常より
も高い粘度を示す傾向がある。その結果、感知素子12
の振動応答は空気により機械的に減衰される。大概の場
合、この点における感知素子12は著しく過剰減衰され
その応答は望ましいレベルよりも低い。
応するため、本発明では上板14を出来るだけ大きくす
ることが有利である。好ましくは、上板14は基板16
上に1〜10ミクロンの間に配置される。しかしなが
ら、小さな空間は自由な空気流を拘束する傾向があるた
め板14と基板16との間に捕捉された空気は通常より
も高い粘度を示す傾向がある。その結果、感知素子12
の振動応答は空気により機械的に減衰される。大概の場
合、この点における感知素子12は著しく過剰減衰され
その応答は望ましいレベルよりも低い。
【0027】前記したように、感知素子12の減衰量を
制御するために上板14に開口17が設けられる。開口
17の数とサイズを調整することにより上板14の減衰
特性を修正することができる。好ましくは、複数個の開
口17が上板14の第1および第2の可動部24,26
を貫通している。図2及び図3には複数個の開口17が
個別の丸穴として示されているが、他の形状および構成
も可能である。好ましくは、開口17は上板14上にジ
グザグ配置され0.1〜50μ程度の比較的小さい直径
を有している。この小さいサイズの開口はキャパシタ3
2,34の容量に及ぼす影響が少いと思われる。さら
に、少数の大きな開口ではなく多数の小さな開口を使用
することにより、特定の応答特性を達成するために製作
中に感知素子12の減衰特性を制御する度合いが高くな
る。
制御するために上板14に開口17が設けられる。開口
17の数とサイズを調整することにより上板14の減衰
特性を修正することができる。好ましくは、複数個の開
口17が上板14の第1および第2の可動部24,26
を貫通している。図2及び図3には複数個の開口17が
個別の丸穴として示されているが、他の形状および構成
も可能である。好ましくは、開口17は上板14上にジ
グザグ配置され0.1〜50μ程度の比較的小さい直径
を有している。この小さいサイズの開口はキャパシタ3
2,34の容量に及ぼす影響が少いと思われる。さら
に、少数の大きな開口ではなく多数の小さな開口を使用
することにより、特定の応答特性を達成するために製作
中に感知素子12の減衰特性を制御する度合いが高くな
る。
【0028】感知素子の作動中に、上板14の開口17
により感知素子の全体減衰比が低下しかつ空気流の経路
が付加されるため応答速度が向上するという効果が得ら
れる。好ましくは、感知素子12の上板14は0〜50
0ヘルツの発振周波数に応答するように機械的に減衰さ
れる。周波数範囲は0〜275ヘルツとするのが最適で
ある。感知素子12の周波数応答をこのように機械的に
制限すれば回路は全周波数スペクトルにわたって感知素
子12の応答を分析する必要がなくなる。大部分のノイ
ズ信号は感知素子により機械的に濾波されるため、後の
ステップにおいて外来ノイズを電気的に濾波する必要が
ない。
により感知素子の全体減衰比が低下しかつ空気流の経路
が付加されるため応答速度が向上するという効果が得ら
れる。好ましくは、感知素子12の上板14は0〜50
0ヘルツの発振周波数に応答するように機械的に減衰さ
れる。周波数範囲は0〜275ヘルツとするのが最適で
ある。感知素子12の周波数応答をこのように機械的に
制限すれば回路は全周波数スペクトルにわたって感知素
子12の応答を分析する必要がなくなる。大部分のノイ
ズ信号は感知素子により機械的に濾波されるため、後の
ステップにおいて外来ノイズを電気的に濾波する必要が
ない。
【0029】前記したように、2個のキャパシタ32,
34間の容量差は感知素子12が感知する加速度に関し
て変化する。ボンドパッド30によりキャパシタ32,
34と容量値を処理する容量−パルスカウントコンバー
タ回路35との間の電気的接続が行われる。容量−パル
スカウントコンバータ回路35の実施例を図5に示す。
回路35は感知素子12の変動する容量差をデジタルパ
ルス列信号へ変換する。パルス列のパルス密度がデルタ
−シグマ変調により容量変動に従って変調される。
34間の容量差は感知素子12が感知する加速度に関し
て変化する。ボンドパッド30によりキャパシタ32,
34と容量値を処理する容量−パルスカウントコンバー
タ回路35との間の電気的接続が行われる。容量−パル
スカウントコンバータ回路35の実施例を図5に示す。
回路35は感知素子12の変動する容量差をデジタルパ
ルス列信号へ変換する。パルス列のパルス密度がデルタ
−シグマ変調により容量変動に従って変調される。
【0030】一般的に、デルタ−シグマ変調では入力信
号を取り込みそれを使用して積分器を起動しその出力が
比較器により別の信号と比較される。比較器の出力に応
じて、クロックが遷移するたびに固定長パルスが加算器
へ切り替えられる。
号を取り込みそれを使用して積分器を起動しその出力が
比較器により別の信号と比較される。比較器の出力に応
じて、クロックが遷移するたびに固定長パルスが加算器
へ切り替えられる。
【0031】好ましくは、衝撃センサ内で2個の差動容
量感知素子を使用して合計4個の感知素子キャパシタが
得られる。図5を参照して、前記したように、キャパシ
タ32,34および付加キャパシタ36,38は衝撃セ
ンサ10に垂直な加速度に依存する。加速中の容量変化
の方向をキャパシタ32〜38の矢符で示す。
量感知素子を使用して合計4個の感知素子キャパシタが
得られる。図5を参照して、前記したように、キャパシ
タ32,34および付加キャパシタ36,38は衝撃セ
ンサ10に垂直な加速度に依存する。加速中の容量変化
の方向をキャパシタ32〜38の矢符で示す。
【0032】容量変化中に、ノード42,44,46,
48の電圧を変動させることによりキャパシタの電荷は
一定値に維持される。これは次式を調べれば一層明確に
示され、
48の電圧を変動させることによりキャパシタの電荷は
一定値に維持される。これは次式を調べれば一層明確に
示され、
【数1】C=qV ここに、Cはキャパシタの容量、qはキャパシタの電
荷、Vはその両端間電圧である。Cの変動に対して一定
電荷qを維持するためには、式が成立するようにVを調
整しなければならない。入力段50の閉ループ電荷再平
衡構成により、容量が加速により変化してもキャパシタ
32,34,36,38の電荷は一定に維持される。
荷、Vはその両端間電圧である。Cの変動に対して一定
電荷qを維持するためには、式が成立するようにVを調
整しなければならない。入力段50の閉ループ電荷再平
衡構成により、容量が加速により変化してもキャパシタ
32,34,36,38の電荷は一定に維持される。
【0033】図6aおよび図6bに容量−パルスカウン
トコンバータの入力段50の動作をより詳細に示す。入
力段50は図6aに示す単位相と図6bに示す積分相と
の間で連続的にクロックされる。ノード42,44,4
6,48の電圧はデジタル−アナログコンバータ52,
54により印加され、前の積分相の終りにおける比較器
51からの出力電圧(VOD)の符号およびクロック位
相に依存する。
トコンバータの入力段50の動作をより詳細に示す。入
力段50は図6aに示す単位相と図6bに示す積分相と
の間で連続的にクロックされる。ノード42,44,4
6,48の電圧はデジタル−アナログコンバータ52,
54により印加され、前の積分相の終りにおける比較器
51からの出力電圧(VOD)の符号およびクロック位
相に依存する。
【0034】図6aに示す単位相(unity pha
se)中に、演算増幅器(オペアンプ)74の負入力端
子66、正入力端子68、負出力端子70、および正出
力端子72に共通モード電圧VCMが確立される。閉ル
ープ電荷再平衡構成によりオペアンプ74は一定動作点
に維持される。比較器51の出力電圧VODは正出力端
子72と負入力端子70の電圧間の差である。デジタル
−アナログ変換器52,54により予め定められる電圧
がノード42,44,46,48に印加されて全体回路
35が静止状態となることができる。
se)中に、演算増幅器(オペアンプ)74の負入力端
子66、正入力端子68、負出力端子70、および正出
力端子72に共通モード電圧VCMが確立される。閉ル
ープ電荷再平衡構成によりオペアンプ74は一定動作点
に維持される。比較器51の出力電圧VODは正出力端
子72と負入力端子70の電圧間の差である。デジタル
−アナログ変換器52,54により予め定められる電圧
がノード42,44,46,48に印加されて全体回路
35が静止状態となることができる。
【0035】図6bに示す積分相中に、積分キャパシタ
76,78がオペアンプ74に接続される。ノード4
2,44,46,48の電圧はキャパシタ32〜38の
電荷が一定に維持されるように調整される。キャパシタ
32,34,36,38の値と単位および積分相間(b
etween unity and integrat
ion phaces)で生じるノード42,44,4
6,48の電圧の変化量に基づいて積分キャパシタ7
6,78の電荷も変化する。積分キャパシタ76,78
の総電荷は所与サイクルの前に累積される電荷とそのサ
イクル中に累積される電荷の和である。各積分サイクル
中のVODの変化はそのサイクル中に寄与する電荷に比
例する。単位および積分の両相中に、共通モード電圧V
CMおよび出力電圧VODは等しく維持される。
76,78がオペアンプ74に接続される。ノード4
2,44,46,48の電圧はキャパシタ32〜38の
電荷が一定に維持されるように調整される。キャパシタ
32,34,36,38の値と単位および積分相間(b
etween unity and integrat
ion phaces)で生じるノード42,44,4
6,48の電圧の変化量に基づいて積分キャパシタ7
6,78の電荷も変化する。積分キャパシタ76,78
の総電荷は所与サイクルの前に累積される電荷とそのサ
イクル中に累積される電荷の和である。各積分サイクル
中のVODの変化はそのサイクル中に寄与する電荷に比
例する。単位および積分の両相中に、共通モード電圧V
CMおよび出力電圧VODは等しく維持される。
【0036】次に出力電力VODは調整回路80へ送ら
れて分析されパルス密度変調デジタルパルス列信号が発
生する。理想的には、単位時間当りパルス数は衝撃セン
サ10が感知する加速度に線形比例する。調整を行う前
は、(ゼロ加速度を示す)ゼロGにおけるパルス列内の
パルス数はオフセット値に等しく、それは製作公差や部
品のバリエーション等により各センサ10ごとに幾分異
っている。この段階におけるパルス列内のパルス数はセ
ンサ10が正のG−力を経験しておればオフセット値よ
りも大きく、センサ10が負のG−力を経験しておれば
フオセット値よりも小さく、負のフルスケールG−力に
おける単位時間当り最適パルス数はゼロである。ゼロG
およびゼロ加速度が単位時間当りゼロパルスと一致する
ならばパルス列の分析は著しく簡単化されるため、調整
回路80はオフセットに等しい量だけパルス列を修正し
てこの規定を成立させる。
れて分析されパルス密度変調デジタルパルス列信号が発
生する。理想的には、単位時間当りパルス数は衝撃セン
サ10が感知する加速度に線形比例する。調整を行う前
は、(ゼロ加速度を示す)ゼロGにおけるパルス列内の
パルス数はオフセット値に等しく、それは製作公差や部
品のバリエーション等により各センサ10ごとに幾分異
っている。この段階におけるパルス列内のパルス数はセ
ンサ10が正のG−力を経験しておればオフセット値よ
りも大きく、センサ10が負のG−力を経験しておれば
フオセット値よりも小さく、負のフルスケールG−力に
おける単位時間当り最適パルス数はゼロである。ゼロG
およびゼロ加速度が単位時間当りゼロパルスと一致する
ならばパルス列の分析は著しく簡単化されるため、調整
回路80はオフセットに等しい量だけパルス列を修正し
てこの規定を成立させる。
【0037】図6c、図6dを参照して、VOCをハイ
もしくはローに調整する回数を観察し、ハイの数とロー
の数の差を比較し、この差に基いてパルス列のパルス密
度を調整することにより、パルス密度が変調される。例
えば、図6cはゼロ加速度におけるVODおよびパルス
列を示す。VOD内のハイの数はローの数に等しいた
め、ハイおよびローの数の差はゼロでありしたがってパ
ルス列内のパルス数は予め選定されたオフセット値に等
しく、加速度が存在しないことを示す。好ましくは、ゼ
ロ加速度においてパルス列は実質的に平坦である。
もしくはローに調整する回数を観察し、ハイの数とロー
の数の差を比較し、この差に基いてパルス列のパルス密
度を調整することにより、パルス密度が変調される。例
えば、図6cはゼロ加速度におけるVODおよびパルス
列を示す。VOD内のハイの数はローの数に等しいた
め、ハイおよびローの数の差はゼロでありしたがってパ
ルス列内のパルス数は予め選定されたオフセット値に等
しく、加速度が存在しないことを示す。好ましくは、ゼ
ロ加速度においてパルス列は実質的に平坦である。
【0038】しかしながら、第6d図において、フルス
ケール加速度におけるVOD内のハイおよびローの数の
差はハイの総数に等しく、したがってパルス列のパルス
密度はクロックパルス密度に等しく設定される。ゼロと
フルスケールとの間の加速により発生されるパルス密度
は両極端間で線形に比例する。
ケール加速度におけるVOD内のハイおよびローの数の
差はハイの総数に等しく、したがってパルス列のパルス
密度はクロックパルス密度に等しく設定される。ゼロと
フルスケールとの間の加速により発生されるパルス密度
は両極端間で線形に比例する。
【0039】デジタル信号のパルス密度は図7に示す展
開判断回路100により連続的に監視される。展開判断
回路100の出力は乗員保護装置を起動させる1個のパ
ルスである。回路100は容量−パルスカウントコンバ
ータ35の出力を常時調べる移動閾値検出器(MTD)
102を有している。調整回路80の出力は感知素子容
量差の積分に関連する情報を含んでいる。容量差は好ま
しくはキャパシタ32,34,36,38の応答速度の
およそ1000倍速い速度でサンプルされる。このオー
バサンプリング技術により任意の容量変動がセンサ10
により検出されることが保証される。
開判断回路100により連続的に監視される。展開判断
回路100の出力は乗員保護装置を起動させる1個のパ
ルスである。回路100は容量−パルスカウントコンバ
ータ35の出力を常時調べる移動閾値検出器(MTD)
102を有している。調整回路80の出力は感知素子容
量差の積分に関連する情報を含んでいる。容量差は好ま
しくはキャパシタ32,34,36,38の応答速度の
およそ1000倍速い速度でサンプルされる。このオー
バサンプリング技術により任意の容量変動がセンサ10
により検出されることが保証される。
【0040】MTD102は移動時間窓および所定のパ
ルスカウント閾値を有している。特定期間にわたって出
力信号をサンプルすることにより、窓に含まれる情報は
信号が表示する平均加速レベルを表わすようになる。デ
ジタル信号内のパルス数がこの所定の閾値104を越え
ると、この信号はある加速レベルを越える加速事象を示
すようになる。この点において、閾値検出器はMTDフ
ラグをトリガーし、ブロック106で始まる展開アルゴ
リズムを開始して減速事象が乗員保護装置の展開を必要
とするかどうかを判断する。
ルスカウント閾値を有している。特定期間にわたって出
力信号をサンプルすることにより、窓に含まれる情報は
信号が表示する平均加速レベルを表わすようになる。デ
ジタル信号内のパルス数がこの所定の閾値104を越え
ると、この信号はある加速レベルを越える加速事象を示
すようになる。この点において、閾値検出器はMTDフ
ラグをトリガーし、ブロック106で始まる展開アルゴ
リズムを開始して減速事象が乗員保護装置の展開を必要
とするかどうかを判断する。
【0041】展開アルゴリズムは最初に衝撃過酷度検出
器(CSD)を使用してデジタル信号を分析する10
6。これはMTDフラグの設定後最初の数ミリ秒の間に
衝撃の過酷度を決定する静止弁別器である。CSDの開
始点はMTDフラグのトリガーにより確立され終止点は
予めプログラムされた値により確立される。この時間値
はCSDタイマにより監視される。
器(CSD)を使用してデジタル信号を分析する10
6。これはMTDフラグの設定後最初の数ミリ秒の間に
衝撃の過酷度を決定する静止弁別器である。CSDの開
始点はMTDフラグのトリガーにより確立され終止点は
予めプログラムされた値により確立される。この時間値
はCSDタイマにより監視される。
【0042】持続衝撃速度閾値(SCVT)120は車
輌の著しい速度変化が持続されたかどうか判断すること
によりCSDと共に作動するもう一つの静止弁別器であ
る。MTDフラグ設定後最初の数ミリ秒の間にSCVT
120の内容がプログラムされた閾値と一致するかもし
くはそれを越えると、起動フラグAF122が設定され
て起動に値する事象であることが示される。SCVT1
20の内容はCSDタイマが切れる前に一致もしくは超
過しなければならない126。プログラムされたCSD
時間が切れてもSCVTの内容がプログラムされた値と
一致もしくはそれを超過しなければ、起動フラグAF1
22は設定されない。この速度閾値により起動フラグ1
22を設定することができてしかも車輌に著しい速度変
化を経験させるのに充分過酷な事象に車輌がさらされる
ことが保証される。前記したように、SCVT120の
内容はCSD126において時間切れとなる前に一致も
しくは超過しなければならない。SCVTおよびCSD
は1個のカウンタにより実現することができる。SCV
TおよびCSDカウンタの両方を使用すれば起動フラグ
122は誤設定されないことが保証される。
輌の著しい速度変化が持続されたかどうか判断すること
によりCSDと共に作動するもう一つの静止弁別器であ
る。MTDフラグ設定後最初の数ミリ秒の間にSCVT
120の内容がプログラムされた閾値と一致するかもし
くはそれを越えると、起動フラグAF122が設定され
て起動に値する事象であることが示される。SCVT1
20の内容はCSDタイマが切れる前に一致もしくは超
過しなければならない126。プログラムされたCSD
時間が切れてもSCVTの内容がプログラムされた値と
一致もしくはそれを超過しなければ、起動フラグAF1
22は設定されない。この速度閾値により起動フラグ1
22を設定することができてしかも車輌に著しい速度変
化を経験させるのに充分過酷な事象に車輌がさらされる
ことが保証される。前記したように、SCVT120の
内容はCSD126において時間切れとなる前に一致も
しくは超過しなければならない。SCVTおよびCSD
は1個のカウンタにより実現することができる。SCV
TおよびCSDカウンタの両方を使用すれば起動フラグ
122は誤設定されないことが保証される。
【0043】さまざまなカウンタの他に、さらに2個の
検出器を使用して車輌の過酷な減速による異常に高いG
−力(G−forces)が検出される。MTDの内容
が所定の高G閾値104と一致するかそれを越える時
に、高G−力検出器(HIG)130は起動フラグ12
2を設定することができる。SCVT120閾値が一致
もしくは超過されない場合には、高G−力検出器130
しか起動フラグ122を設定することができない。特高
G−力検出器(XHIG)132を設けてCSDタイマ
を設定する前にMTD102の内容が特高G閾値に一致
するかそれを越える場合に起動フラグAF122を設定
することができる。この場合、起動フラグ122はSC
VTやCSDの状態に無関係に設定される。
検出器を使用して車輌の過酷な減速による異常に高いG
−力(G−forces)が検出される。MTDの内容
が所定の高G閾値104と一致するかそれを越える時
に、高G−力検出器(HIG)130は起動フラグ12
2を設定することができる。SCVT120閾値が一致
もしくは超過されない場合には、高G−力検出器130
しか起動フラグ122を設定することができない。特高
G−力検出器(XHIG)132を設けてCSDタイマ
を設定する前にMTD102の内容が特高G閾値に一致
するかそれを越える場合に起動フラグAF122を設定
することができる。この場合、起動フラグ122はSC
VTやCSDの状態に無関係に設定される。
【0044】一実施例では、不揮発性プログラマブルメ
モリ140を使用して加速度計の校正中にマイクロプロ
セッサインターフェイス142を介してプログラムされ
る値だけでなく展開判断回路パラメータが記憶される。
メモリ140は連番等の特定車輌値を記憶するのに使用
することもできる。好ましくは、加速度計の校正は衝撃
センサ10に実際にある種の力が加わってる間に行われ
る。これは遠心分離機やかくはん器(shaker)等
の機械により行うことができる。
モリ140を使用して加速度計の校正中にマイクロプロ
セッサインターフェイス142を介してプログラムされ
る値だけでなく展開判断回路パラメータが記憶される。
メモリ140は連番等の特定車輌値を記憶するのに使用
することもできる。好ましくは、加速度計の校正は衝撃
センサ10に実際にある種の力が加わってる間に行われ
る。これは遠心分離機やかくはん器(shaker)等
の機械により行うことができる。
【0045】本発明による衝撃センサ10は作動中に僅
か2mAの電流しか使用しないように設計されている。
センサ10の給電に必要なエネルギ量が最少限とされる
ため、自動車バッテリをあまり消費することなくセンサ
10が加速度を連続的に監視しかつ車輌がオフとされて
いる間の高衝撃状態を検出できるようにすることができ
る。車を駐車してターンオフした場合でも乗員保護装置
を起動させることができる。独立予備電源を使用して車
輌がオフとされている間に衝撃センサを継続的に給電す
ることもできる。
か2mAの電流しか使用しないように設計されている。
センサ10の給電に必要なエネルギ量が最少限とされる
ため、自動車バッテリをあまり消費することなくセンサ
10が加速度を連続的に監視しかつ車輌がオフとされて
いる間の高衝撃状態を検出できるようにすることができ
る。車を駐車してターンオフした場合でも乗員保護装置
を起動させることができる。独立予備電源を使用して車
輌がオフとされている間に衝撃センサを継続的に給電す
ることもできる。
【0046】本発明の最善の実施態様について詳細に説
明してきたが、当業者であれば特許請求の範囲に明記さ
れた本発明を実施するためのさまざまな別の設計や実施
例がお判りと思われる。
明してきたが、当業者であれば特許請求の範囲に明記さ
れた本発明を実施するためのさまざまな別の設計や実施
例がお判りと思われる。
【図1】本発明による衝撃センサのブロック図。
【図2】本発明による衝撃センサの感知素子の実施例の
平面図。
平面図。
【図3】本発明による感知素子の部分平面図。
【図4】本発明による感知素子の図3の4−4線に沿っ
た断面図。
た断面図。
【図5】本発明による容量−パルスカウントコンバータ
の回路図。
の回路図。
【図6】aは本発明による容量−パルスカウントコンバ
ータの入力段の単位相中における回路図。bは本発明に
よる容量−パルスカウントコンバータの入力段の積分相
中における回路図。cおよびdは本発明による容量−パ
ルスカウントコンバータの出力を示す波形。
ータの入力段の単位相中における回路図。bは本発明に
よる容量−パルスカウントコンバータの入力段の積分相
中における回路図。cおよびdは本発明による容量−パ
ルスカウントコンバータの出力を示す波形。
【図7】本発明による衝撃センサ展開判断回路および展
開アルゴリズムを示すフロー図。
開アルゴリズムを示すフロー図。
10 衝撃センサ 12 容量感知素子 14 上板 16 絶縁基板 18 ペデスタル 19 ペデスタルパッド 20 トーションアーム 24,26 可動部 28,29 固定導電板 30 ボンドパッド 31 導電リード 32,34 可変キャパシタ 35 容量−パルスカウントコンバータ回路 36,38 付加キャパシタ 50 入力段 52,54 D/Aコンバータ 74 オペアンプ 76,78 積分キャパシタ 80 調整回路 100 展開判断回路 102 移動閾値検出器 120 持続衝撃速度閾値 126 衝撃過酷度検出器 130 高G−力検出器 132 特高G−力検出器 140 非揮発性プログラマブルメモリ 142 マイクロプロセッサインターフェイス
Claims (19)
- 【請求項1】 車輌乗員保護装置の起動を制御する衝撃
感知装置であって、 車輌の加速度に基づく加速度信号を発生する手段を有す
る感知素子と、 加速度信号の関数としてパルス流のパルス密度を変調す
る手段を有するパルス流出力発生手段と、 パルス流のパルス密度を1組の所定のパラメータに従っ
て評価して起動に値する事象と起動に値しない事象とを
識別する手段であって、パルス流が起動に値する事象を
示す場合には起動信号を発生する手段を有するパルス密
度評価手段と、 発生手段から起動信号を受信したら乗員保護装置を起動
させる手段、 を具備する。 - 【請求項2】 請求項1記載の衝撃センサであって、パ
ルス流のパルス密度はクロックパルス密度に比例する。 - 【請求項3】 請求項1記載の衝撃センサであって、評
価手段は、 パルス流のパルス密度を監視し、それが所定の閾値を越
える場合に第1のフラグを設定する手段と、 所与の時間間隔内のパルス流のパルス数を測定し、パル
ス数が起動に値する事象を示す所定数を越える場合に起
動フラグを設定する手段、 を具備する。 - 【請求項4】 請求項3記載の衝撃センサであって、さ
らに起動フラグが誤設定されていないことを確認する手
段を具備する。 - 【請求項5】 車輌乗員保護装置の起動を制御する衝撃
センサ装置であって、 第1のキャパシタおよび第2のキャパシタを有し、第1
および第2のキャパシタの容量差は可変であり車輌の加
速度の関数である容量感知素子と、 第1および第2の容量の差に基づく電気信号を発生する
手段と、 1組の所定のパラメータに従って電気信号を評価して起
動に値する事象と起動に値しない事象とを識別し、電気
信号が起動に値する事象を示す場合に起動信号を発生す
る手段を有する電気信号評価手段と、 発生手段から起動信号を受信したら乗員保護装置を起動
させる手段と、 を具備する。 - 【請求項6】 請求項5記載の衝撃センサであって、発
生手段は、 第1および第2の容量の差に基づく差信号を生成する手
段と、 差信号に基づく加速度信号を生成し評価して起動に値す
る事象と起動に値しない事象を識別する手段と、 を具備する。 - 【請求項7】 請求項6記載の衝撃センサであって、加
速度信号は差信号の振幅変化に基づくパルス密度が変動
するパルス密度変調パルス流である。 - 【請求項8】 請求項6記載の衝撃センサであって、加
速度信号のパルス密度はクロックパルス密度に比例す
る。 - 【請求項9】 請求項5記載の衝撃センサであって、評
価手段は、 加速度信号のパルス密度を監視し、加速度信号パルス密
度が所定の閾値を越える場合に第1のフラグを設定する
手段と、 所定の時間間隔内の加速度信号のパルス数を測定し、そ
れが起動に値する事象を示す所定の数を越える場合に起
動フラグを設定する手段と、 を具備する。 - 【請求項10】 請求項9記載の衝撃センサであって、
さらに起動フラグが誤設定されていないことを確認する
手段を具備する。 - 【請求項11】 請求項5記載の衝撃センサであって、
さらに特定車輌パラメータを記憶する不揮発性メモリを
具備する。 - 【請求項12】 請求項11記載の衝撃センサであっ
て、不揮発性メモリは校正値を記憶するのに使用され
る。 - 【請求項13】 請求項5記載の衝撃センサであって、
さらに車輌のターンオフ時に衝撃センサに給電するのに
充分なエネルギを有する予備電源を具備する。 - 【請求項14】 車輌乗員保護装置の起動を制御する衝
撃感知装置であって、 第1および第2のキャパシタを有し、第1および第2の
キャパシタ間の容量差は可変であり車輌の加速度の関数
である容量感知素子と、 第1および第2の容量の差に基づく差信号を発生する手
段と、 加速度信号のパルス密度が差信号の振幅に比例し、クロ
ックパルス密度に比例するパルス密度変調加速度信号発
生手段と、 1組の所定のパラメータに従って加速度信号を評価して
起動に値する事象と起動に値しない事象とを識別し、加
速度信号が起動に値する事象を示す場合に起動信号を発
生する手段を有する加速度信号評価手段と、 発生手段から起動信号を受信したら乗員保護装置を起動
させる手段と、 を具備する。 - 【請求項15】 請求項14記載の衝撃センサであっ
て、感知素子は実質的に平面上の基板上に配置された実
質的に平面状の上板を有し、上板は感知素子の第1の部
分および第2の部分を画定する屈曲軸周りに傾倒するこ
とができ、第1のキャパシタが第1の部分上に載置され
第2のキャパシタが第2の部分上に載置されていて車輌
の加速度による上板の傾倒により第1および第2の容量
間に差が生じる。 - 【請求項16】 請求項14記載の衝撃センサであっ
て、評価手段は、 加速度信号のパルス密度を監視し、加速度信号パルス密
度が所定の閾値を越える場合に第1のフラグを設定する
手段と、 所与の時間内における加速度信号のパルス数を測定し、
パルス数が起動に値する事象を示す所定数を越える場合
に起動フラグを設定する手段と、 起動フラグが誤設定されていないことを確認する手段
と、 を具備する。 - 【請求項17】 請求項14記載の衝撃センサであっ
て、さらに特定車輌パラメータおよび校正値を記憶する
不揮発性プログラマブルメモリを具備する。 - 【請求項18】 車輌乗員保護装置の起動を制御する衝
撃センサの制御方法であって、 車輌加速度の関数である値を有する、衝撃センサ内の容
量感知素子の容量差を発生し、 容量差の関数としての差信号を発生し、 加速度信号のパルス密度が差信号の振幅に比例するパル
ス密度変調加速度信号を発生し、加速度信号のパルス密
度はクロックパルス密度に比例し加速度信号のパルス密
度とクロックはフルスケール加速度において等しく、 加速度信号のパルス密度を監視して加速度信号パルス密
度が所定の閾値を越える場合に第1のフラグを設定し、 第1のフラグの設定後所定の時間間隔内における加速度
信号のパルス数を測定してパルス数が所定数を越える場
合に起動フラグを設定し、 起動フラグが誤設定されていないことを確認し、 起動フラグを設定し確認したら乗員保護装置を起動させ
る、 ステップを具備する。 - 【請求項19】 請求項18記載の方法であって、さら
に監視ステップにおける所定の閾値および測定ステップ
における所定数に影響を及ぼす特定車輌パラメータおよ
び校正値を衝撃センサ上のプログラマブルメモリ内に記
憶するステップを具備する。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US043680 | 1993-04-07 | ||
US08/043,680 US5495414A (en) | 1993-04-07 | 1993-04-07 | Integrated silicon automotive accelerometer and single-point impact sensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06324071A true JPH06324071A (ja) | 1994-11-25 |
Family
ID=21928341
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6068469A Pending JPH06324071A (ja) | 1993-04-07 | 1994-04-06 | 衝撃センサおよび制御方法 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5495414A (ja) |
EP (1) | EP0619206B1 (ja) |
JP (1) | JPH06324071A (ja) |
DE (1) | DE69426710T2 (ja) |
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DE69426710D1 (de) | 2001-03-29 |
EP0619206A3 (en) | 1995-12-13 |
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