JPWO2005103726A1 - 角速度センサ及び運送機器 - Google Patents

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Abstract

角速度検知素子２及び第１及び第２の信号処理部２１，２２の各出力は、その個数に応じた入力端子数を有するスイッチ回路７の各入力端子に供給され、スイッチ回路７の出力端子は、出力端子４に接続される。スイッチ回路７は、モード信号発生回路８から出力されるモード信号に応じて接続状態を切り替え、角速度検知素子２及び第１及び第２の信号処理部２１，２２の各出力のいずれかを選択して出力端子４へ供給する。

Description

本発明は、角速度を検出する角速度センサ及び該角速度センサを用いた運送機器に関するものである。
従来の角速度センサとしては、例えば、特許文献１に記載されているようなものがある。図５は、特許文献１に記載された従来の角速度センサの構成を示すブロック図である。
図５に示す角速度センサ１０１は、角速度検知素子１０２、駆動回路１０３、検出回路１０４、出力端子１０７、判定器１０８及びモニター信号端子１０９を備える。検出回路１０４は、第１の信号処理部１０５及び第２の信号処理部１０６を備える。
駆動回路１０３は、角速度検知素子１０２を駆動する。第１の信号処理部１０５及び第２の信号処理部１０６は、印加された角速度に応じて動く角速度検知素子１０２から得られた信号を処理し、第２の信号処理部１０６は、当該処理により得られた角速度信号を出力端子１０７へ出力する。判定器１０８は、第１の信号処理部１０５と第２の信号処理部１０６との結合点Ｎ１の信号をモニターして結合点Ｎ１の信号に異常がないかどうかを判定し、判定結果を表す信号をモニター信号端子１０９へ出力する。
しかしながら、前述した従来の角速度センサ１０１においては、第１の信号処理部１０５と第２の信号処理部１０６との結合点Ｎ１の信号しかモニターしておらず、角速度センサ１０１内の多くの個所の信号に異常がないかどうかを判定することはできない。
また、角速度センサ１０１内の多くの個所の信号に異常がないかどうかを場所も特定しながらモニターするためには、その数に応じた多数のモニター信号端子が必要になり、多数のモニター信号端子を設けた場合、角速度センサが大きくなり、角速度センサの小型集積化が困難となる。
特開平８−３２７３６３号公報
本発明の目的は、角速度センサ内の多数箇所における信号を、その場所を特定しながらモニターすることができるとともに、小型集積化を達成することができる角速度センサ及びこの角速度センサを用いた運送機器を提供することである。
本発明の一の局面に従う角速度センサは、角速度検知素子と、角速度検知素子を駆動するための駆動回路と、印加された角速度に応じて角速度検知素子から出力される検知信号を処理して角速度信号を作成するための検出回路と、出力端子と、角速度センサ内の複数の信号出力部と出力端子との間に接続されるスイッチ回路と、スイッチ回路の接続動作を制御する制御回路とを備え、スイッチ回路は、複数の信号出力部の中から制御回路の制御信号に応じて選択された一の信号出力部を出力端子に接続するものである。
この角速度センサにおいては、内部の多数の個所の信号につき、その場所を特定しながらモニターすることをできるとともに、センサ自体の小型集積化を達成することができる。
本発明の他の局面に従う運送機器は、上記の角速度センサと、上記角速度センサ内の複数の点からの出力信号の異常を判断し、出力信号を正常と判断した場合に角速度センサの角速度信号を出力端子に供給するように角速度センサを制御する制御ユニットとを備えるものである。
この運送機器においては、制御ユニットが角速度センサ内の複数の点からの出力信号の異常を判断し、出力信号を正常と判断した場合に角速度センサの角速度信号を出力端子に供給しているので、出力信号に異常がないかどうかを判断するための処理回路を角速度センサ内に独自に設ける必要がなくなるので、センサ自体の小型集積化を達成することができるとともに、角速度センサ内の多数の個所の信号につき、その場所を特定しながらモニターした情報と角速度センサの角速度情報とに基づき運送機器の各種の制御を行うことができるので、運送機器自体の信頼性を向上することができる。
本発明の第１の実施の形態による角速度センサの構成を示すブロック図である。 図１に示すモード信号発生回路及びスイッチ回路の構成の一例を示す回路図である。 本発明の第２の実施の形態による自動車の主要部の構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施の形態による自動車の主要部の構成を示すブロック図である。 従来の角速度センサの構成を示すブロック図である。
以下に本発明の各実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態による角速度センサの構成を示すブロック図である。図１に示す角速度センサ１は、角速度検知素子２、検出回路３、一の出力端子４、駆動回路５、スイッチ回路７、及びモード信号発生回路８を備える。検出回路３は、２個の第１及び第２の信号処理部２１，２２を備える。なお、検出回路３内に具備される信号処理部の数は、上記の例に特に限定されず、１個又は３個以上の信号処理部を備えてもよい。
角速度検知素子２は、例えば、Ｕ字型（音叉形状）又はＨ字型の形状を有するＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）素子から構成され、コリオリの力に基づき、振動枝を振動させることにより振動方向と直交する方向の角速度を検知する。ここで、ＭＥＭＳとは、ＩＣ製造プロセスを基盤としたマイクロマシニング技術によるマイクロサイズのセンサ、アクチュエータ、そして制御回路を集積化した微細システムの総称をいい、このＭＥＭＳ技術を用いてシリコン基板上に圧電薄膜を形成するとともに、Ｕ字型又はＨ字型の形状に加工することによりＭＥＭＳ素子が形成される。なお、角速度検知素子としては、上記の例に特に限定されず、水晶、エリンバー、圧電セラミック等から構成される種々の角速度検知素子を用いることができる。
駆動回路５は、角速度検知素子２を駆動する。角速度検知素子２は、第１の信号処理部２１に接続され、印加される角速度の大きさに応じた検知信号を第１の信号処理部２１及びスイッチ回路７へ出力する。
第１の信号処理部２１は、角速度検知素子２の検知信号に対して所定の信号処理を行い、信号処理された信号を第２の信号処理部２２及びスイッチ回路７へ出力する。第１の処理回路部２１としては、例えば、角速度センサ１に印加される角速度に応じて角速度検知素子２から発生される電荷を入力され、この電荷に基づく電流を電圧に変換する電流電圧変換回路が用いられる。この場合、第１の処理回路部２１は、図示のように、第１のオペアンプＯＰ１及び第１の抵抗Ｒ１から構成され、第１のオペアンプＯＰ１の正入力端子には所定の基準電圧が印加され、第１のオペアンプＯＰ１の負入力端子には角速度検知素子２及び第１の抵抗Ｒ１の一方の端子が接続され、第１のオペアンプＯＰ１の出力端子には第１の抵抗Ｒ１の他方の端子が接続される。なお、第１の信号処理部による信号処理例は、上記の例に特に限定されず、角速度センサ１内で実行される他の処理を行うようにしてもよい。
第２の信号処理部２２は、第１の信号処理部２１の出力信号に対して所定の信号処理を行い、信号処理された信号をスイッチ回路７へ出力する。第２の信号処理部２２としては、例えば、第１の処理回路部２１により角速度の大きさに対応する電圧に変換された検知信号を入力されるローパスフィルタが用いられる。この場合、第２の信号処理部２２は、図示のように、第２のオペアンプＯＰ２、第２の抵抗Ｒ２、第３の抵抗Ｒ３及び第１のコンデンサＣ１から構成され、第２のオペアンプＯＰ２の正入力端子には上記の所定の基準電圧が印加され、第２のオペアンプＯＰ２の負入力端子には第２の抵抗Ｒ２を介して第１のオペアンプＯＰ１の出力端子が接続される。また、第３の抵抗Ｒ３の一方の端子は第２のオペアンプＯＰ２の負入力端子に接続され、他方の端子は第２のオペアンプＯＰ２の出力端子に接続され、第１のコンデンサＣ１の一方の端子は第２のオペアンプＯＰ２の負入力端子に接続され、他方の端子は第２のオペアンプＯＰ２の出力端子に接続される。なお、第２の信号処理部による信号処理例は、上記の例に特に限定されず、角速度センサ１内で実行される他の処理を行うようにしてもよい。
スイッチ回路７の各入力端子は、角速度検知素子２並びに第１及び第２の信号処理部２１，２２の各信号出力部に接続され、スイッチ回路７の出力端子は、出力端子４に接続される。モード信号発生回路８は、スイッチ回路７に接続され、角速度検知素子２並びに第１及び第２の信号処理部２１，２２の出力のうちいずれの出力を選択すべきかを指示するための制御信号となるモード信号をスイッチ回路７へ出力する。スイッチ回路７は、モード信号に応じて角速度検知素子２並びに第１及び第２の信号処理部２１，２２の３つの出力のうち一の出力を選択して出力端子４へ出力する。
次に、図１に示す角速度センサ１の主要部となるモード信号発生回路８及びスイッチ回路７についてさらに詳細に説明する。図２は、図１に示すモード信号発生回路８及びスイッチ回路７の構成の一例を示す回路図である。なお、図２では、図示を容易にするために、第１及び第２の信号処理部２１，２２としてオペアンプのみを図示している。
図２に示すように、スイッチ回路７は、第１乃至第３のスイッチ１１〜１３から構成される。第１のスイッチ１１は、第１のＰチャンネルトランジスタＴＰ１、第１のＮチャンネルトランジスタＴＮ１及び第１のインバータＩ１から構成される。角速度検知素子２の信号出力部は、第１のＰチャンネルトランジスタＴＰ１のソース及び第１のＮチャンネルトランジスタＴＮ１のソースに接続され、出力端子４は、第１のＰチャンネルトランジスタＴＰ１のドレイン及び第１のＮチャンネルトランジスタＴＮ１のドレインに接続される。第１のインバータＩ１の入力端子は、第１のＮチャンネルトランジスタＴＮ１のゲートに接続され、第１のインバータＩ１の出力端子は、第１のＰチャンネルトランジスタＴＰ１のゲートに接続される。
第２のスイッチ１２は、第２のＰチャンネルトランジスタＴＰ２、第２のＮチャンネルトランジスタＴＮ２及び第２のインバータＩ２から構成される。第１の信号処理部２１の信号出力部は、第２のＰチャンネルトランジスタＴＰ２のソース及び第２のＮチャンネルトランジスタＴＮ２のソースに接続され、出力端子４は、第２のＰチャンネルトランジスタＴＰ２のドレイン及び第２のＮチャンネルトランジスタＴＮ２のドレインに接続される。第２のインバータＩ２の入力端子は、第２のＮチャンネルトランジスタＴＮ２のゲートに接続され、第２のインバータＩ２の出力端子は、第２のＰチャンネルトランジスタＴＰ２のゲートに接続される。
第３のスイッチ１３は、第３のＰチャンネルトランジスタＴＰ３、第３のＮチャンネルトランジスタＴＮ３及び第３のインバータＩ３から構成される。第２の信号処理部２２の信号出力部は、第３のＰチャンネルトランジスタＴＰ３のソース及び第３のＮチャンネルトランジスタＴＮ３のソースに接続され、出力端子４は、第３のＰチャンネルトランジスタＴＰ３のドレイン及び第３のＮチャンネルトランジスタＴＮ３のドレインに接続される。第３のインバータＩ３の入力端子は、第３のＮチャンネルトランジスタＴＮ３のゲートに接続され、第３のインバータＩ３の出力端子は、第３のＰチャンネルトランジスタＴＰ３のゲートに接続される。
モード信号発生回路８は、第１及び第２のコンパレータＣＰ１，ＣＰ２、電圧発生器２３、第１及び第２のＮＯＲゲートＧ１，Ｇ２、第４のインバータＩ４及びＡＮＤゲートＧ３から構成される。
電圧発生器２３は、第１及び第２のコンパレータＣＰ１，ＣＰ２の正入力端子に接続され、第１のコンパレータＣＰ１の負入力端子には、第１の基準電圧Ｖ１が供給され、第２のコンパレータＣＰ２の負入力端子には、第１の基準電圧Ｖ１より高い第２の基準電圧Ｖ２が供給される。
第１のＮＯＲゲートＧ１の一方の入力端子には、第１のコンパレータＣＰ１の出力端子が接続され、他方の入力端子には、第２のコンパレータＣＰ２の出力端子が接続され、第１のＮＯＲゲートＧ１の出力端子には、第３のインバータＩ３の入力端子及び第３のＮチャンネルトランジスタＴＮ３のゲートが接続される。
第２のＮＯＲゲートＧ２の一方の入力端子には、第１のコンパレータＣＰ１の出力が第４のインバータＩ４を介して接続され、他方の入力端子には、第２のコンパレータＣＰ２の出力端子が接続され、第２のＮＯＲゲートＧ２の出力端子には、第２のインバータＩ２の入力端子及び第２のＮチャンネルトランジスタＴＮ２のゲートが接続される。
ＡＮＤゲートＧ３の一方の入力端子には、第１のコンパレータＣＰ１の出力端子が接続され、他方の入力端子には、第２のコンパレータＣＰ２の出力端子が接続され、ＡＮＤゲートＧ３の出力端子には、第１のインバータＩ１の入力端子及び第１のＮチャンネルトランジスタＴＮ１のゲートが接続される。
次に、上記のように構成された角速度センサの動作について説明する。本センサの動作モードとしては、例えば、第２の処理回路部２２の出力を出力端子４に供給する通常モードと、第１の処理回路部２１の出力を出力端子４に供給する処理回路部診断モードと、角速度検知素子２の出力を出力端子４に供給する角速度検知素子診断モードとがある。これらの各モードは、例えば、本センサが自動車に搭載された場合、ＥＣＵ（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｉｔ：電子制御ユニット、図示省略）により決定され、電圧発生器２３は、ＥＣＵから出力されるモード設定信号に応じて各モードに対して予め設定されている所定電圧を出力する。なお、モードの決定方法は、上記の例に特に限定されず、種々の変更が可能であり、例えば、角速度センサ１内部に設けられた発振回路（図示省略）からのクロックをカウントすることにより定期的なタイミングを作成し、この定期的なタイミングで各モードを順次自動的に切り替えるようにしてもよい。
まず、通常動作モードにおいて、所定の指令電圧として第１及び第２の基準電圧Ｖ１，Ｖ２よりも低い電圧ＶＬが電圧発生器２３から出力されることにより、第１及び第２のコンパレータＣＰ１，ＣＰ２の出力はともにＬｏｗとなる。よって、ＡＮＤゲートＧ３の出力はＬｏｗとなり、第１のインバータＩ１の出力はＨｉｇｈとなり、第１のＰチャンネルトランジスタＴＰ１はオフし、第１のＮチャンネルトランジスタＴＮ１はオフする。これにより、角速度検知素子２の信号出力部と出力端子４とは電気的に遮断される。
また、第４のインバータＩ４の出力はＨｉｇｈとなり、第２のＮＯＲゲートＧ２の出力はＬｏｗとなり、第２のインバータＩ２の出力はＨｉｇｈとなり、第２のＰチャンネルトランジスタＴＰ２はオフし、第２のＮチャンネルトランジスタＴＮ２はオフする。これにより、第１の信号処理部２１の信号出力部と出力端子４とは電気的に遮断される。
また、第１のＮＯＲゲートＧ１の出力はＨｉｇｈとなり、第３のインバータＩ３の出力はＬｏｗとなり、第３のＰチャンネルトランジスタＴＰ３はオンし、第３のＮチャンネルトランジスタＴＮ３はオンする。よって、第２の信号処理部２２の信号出力部、すなわち検出回路３の信号出力部と出力端子４とは電気的に接続される。これにより、出力端子４から本センサの角速度信号が出力される。
次に、本センサに何らかの故障が発生し、どの箇所の異常かを判別する必要が生じた場合において、処理回路部診断モードが設定されると、電圧発生器２３は、例えば所定の指令電圧として第１の基準電圧Ｖ１より高く、第２の基準電圧Ｖ２よりも低い電圧ＶＭを出力する。これにより、第１のコンパレータＣＰ１の出力はＨｉｇｈとなり、第２のコンパレータＣＰ２の出力はＬｏｗとなる。よって、第４のインバータＩ４の出力はＬｏｗとなり、第２のＮＯＲゲートＧ２の出力はＨｉｇｈとなり、第２のインバータＩ２の出力はＬｏｗとなり、第２のＰチャンネルトランジスタＴＰ２はオンし、第２のＮチャンネルトランジスタＴＮ２はオンする。これにより、第１の信号処理部２１の信号出力部と出力端子４とが電気的に接続されるため、本センサの外部から出力端子４を介して、本センサ内部の信号（第１の信号処理部２１の出力信号）を観測することができる。
このとき、第１のＮＯＲゲートＧ１の出力はＬｏｗとなり、第３のインバータＩ３の出力はＨｉｇｈとなり、第３のＰチャンネルトランジスタＴＰ３はオフし、第３のＮチャンネルトランジスタＴＮ３はオフする。よって、第２の信号処理部２２の信号出力部、すなわち検出回路３の信号出力部と出力端子４とは電気的に遮断される。また、ＡＮＤゲートＧ３の出力はＬｏｗとなり、第１のインバータＩ１の出力はＨｉｇｈとなり、第１のＰチャンネルトランジスタＴＰ１はオフし、第１のＮチャンネルトランジスタＴＮ１はオフする。よって、角速度検知素子２の信号出力部と出力端子４とは電気的に遮断される。これにより、第１の信号処理部２１の信号出力部以外の信号出力部は出力端子４に対して遮断されるため、第１の信号処理部２１の出力を正確にモニターすることが可能となる。
また、角速度検知素子診断モードが設定されると、電圧発生器２３は、例えば所定の指令電圧として第１及び第２の基準電圧Ｖ１，Ｖ２より高い電圧ＶＨを出力する。これにより、第１及び第２のコンパレータＣＰ１，ＣＰ２の出力はともにＨｉｇｈとなる。よって、ＡＮＤゲートＧ３の出力はＨｉｇｈとなり、第１のインバータＩ１の出力はＬｏｗとなり、第１のＰチャンネルトランジスタＴＰ１はオンし、第１のＮチャンネルトランジスタＴＮ１はオンする。これにより、角速度検知素子２の信号出力部と出力端子４とが電気的に接続されるため、本センサの外部から出力端子４を介して、本センサ内部の信号（角速度検知素子２の出力信号）を観測することができる。
このとき、第４のインバータＩ４の出力はＬｏｗとなり、第２のＮＯＲゲートＧ２の出力はＬｏｗとなり、第２のインバータＩ２の出力はＨｉｇｈとなり、第２のＰチャンネルトランジスタＴＰ２はオフし、第２のＮチャンネルトランジスタＴＮ２はオフする。よって、第１の信号処理部２１の信号出力部と出力端子４とは電気的に遮断される。また、第１のＮＯＲゲートＧ１の出力はＬｏｗとなり、第３のインバータＩ３の出力はＨｉｇｈとなり、第３のＰチャンネルトランジスタＴＰ３はオフし、第３のＮチャンネルトランジスタＴＮ３はオフする。よって、第２の信号処理部２２の信号出力部、すなわち検出回路３の信号出力部と出力端子４とは電気的に遮断される。これにより、角速度検知素子２の信号出力部以外の信号出力部は出力端子４に対して遮断されるため、角速度検知素子２の出力を正確にモニターすることが可能となる。
以上より、モード信号発生回路８からスイッチ回路７へ入力されるモード信号に応じて出力端子４に出力される角速度センサ１内の各部の信号を切り替えることにより、一つの出力端子４を用いて、角速度センサ１内部の多数の箇所を、その場所を特定しながら正確にモニターすることができるので、信号出力部の各々に専用のモニター端子を設ける必要がなくなり、センサの小型集積化と故障検出能力の向上という観点において大きな効果を有する。
なお、本実施の形態では、角速度検知素子２並びに第１及び第２の信号処理部２１，２２の各出力のいずれかを選択的に出力端子４に接続するための指示信号となるモード信号を、電圧発生器２３から発せられる電圧と第１及び第２の基準電圧Ｖ１，Ｖ２とのレベル比較を行って設定する例について説明したが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、モード信号発生回路８として、発振器と、この発振器に接続されたカウンタとを備え、このカウンタからスイッチ回路７を所定の形式で動作させるための論理構成をなす出力信号が得られるように構成させることも可能である。
また、第１乃至第３のスイッチ１１〜１３をトランジスタから構成しているが、必ずしもこれに限定されるものではない。また、上記実施の形態では第１乃至第３のスイッチ１１〜１３のオン状態及びオフ状態の切替のためにインバータを用いているが、必ずしもこれに限定されるものではない。さらに、本実施の形態においては、第１乃至第３のスイッチ１１〜１３の第１乃至第３のＰチャンネルトランジスタＴＰ１〜ＴＰ３側に第１乃至第３のインバータＩ１〜Ｉ３を接続する構成について説明したが、逆に、第１乃至第３のＮチャンネルトランジスタＴＮ１〜ＴＮ３側にインバータを接続させる構成も当然可能である。
また、本実施の形態による角速度センサ１を自動車に搭載し、運送機器としての自動車に搭載されたＥＣＵを用いて、角速度センサ１の動作モードを、角速度検知素子２の出力が出力端子４から出力される角速度検知素子診断モード、第１の信号処理部２１の出力が出力端子４から出力される処理回路部診断モード、及び、第２の信号処理部２２の出力が出力端子４から出力される通常モードを切り換える場合、角速度センサ１内に各出力信号に異常がないかどうかを独自に判断するための処理回路が不要になるばかりか、それぞれの出力信号に異常がないかどうかを確認し、検出回路３の正常な出力（角速度情報）に基づいて各種の制御を行うことができ、運送機器自体の信頼性が向上する。
また、本実施の形態では、第２の信号処理部２２の出力が出力端子４から出力されているときに、この出力信号をＥＣＵに内蔵されたメモリ（図示せず）に一旦蓄積し、角速度検知素子２の出力並びに第１及び第２の信号処理部２１，２２の出力が正常と判断された場合は、上記メモリに蓄積された第２の信号処理部２２の出力を角速度センサ１の正規の信号として採用するような構成とすることも可能となる。
また、本実施の形態においては、角速度センサ１の角速度検知素子２、第１の信号処理部２１を正確にモニターする例について中心に説明してきたが、これ以外にも、例えば図示はしないが、角速度検知素子２の駆動回路５の信号、駆動回路５内の発振部の信号、印加された角速度に応じて角速度検知素子２から得られる信号を補正するための温度センサ（又は、処理ＩＣ内のダイオード特性を用いる場合もある）の信号、メモリ内に蓄積された情報、ロジック回路を動作させるための発振部の信号、又は、第１の信号処理部２１内の角速度検知素子２のアンプを通過した後の信号を、モード信号発生回路８とスイッチ回路７とを用いて出力端子４に供給する構成も可能である。特に、温度センサや、ロジック回路を動作させるための発振部をモニターすることにより、他のセンサ（例えば、加速度センサ）とこれらの構成要素を共用させる際に、そのセンサの信頼性の向上にもつながるという特有の効果が生まれる。
（第２の実施の形態）
図３は、本発明の第２の実施の形態による自動車の主要部の構成を示すブロック図である。図３に示す自動車３２は、運送機器の一例であり、角速度センサ１、車輪３３、及び、制御ユニットの一例であるブレーキシステム３４を備える。なお、図３に示す角速度センサ１は、図１及び図２に示す角速度センサ１と同様に構成されているので、詳細な説明を省略する。
ブレーキシステム３４は、角速度センサ１の検出回路３（図１参照）の出力信号（角速度情報）や角速度センサ１内部の多数の個所を、その場所を特定しながら正確にモニターした信号を入力され、これらの信号に基づき各車輪３３の制動力を制御するように構成されている。
具体的には、ブレーキシステム３４は、ＲＡＭ等から構成されるメモリ３４ａ及びマイコン等から構成される判断部３４ｂを備える。メモリ３４ａは、角速度センサ１の第２の信号処理部２２（図１参照）の角速度信号を受け、この角速度信号が表す角速度情報を一旦蓄積する。また、メモリ３４ａは、角速度検知素子２（図１参照）の出力並びに第１及び第２の信号処理部２１，２２（図１参照）の出力を判断部３４ｂへ出力する。なお、これらの出力はメモリ３４ａを介すことなく、角速度センサ１から判断部３４ｂへ直接出力するようにしてもよい。
判断部３４ｂは、モード設定信号を角速度センサ１へ出力することにより、角速度検知素子診断モード、処理回路部診断モード、及び通常モードの３つのモードを順次切り替えて角速度検知素子２の出力並びに第１及び第２の信号処理部２１，２２の出力を順次出力するように角速度センサ１を制御する。また、判断部３４ｂは、角速度検知素子２の出力並びに第１及び第２の信号処理部２１，２２の出力が正常であるか否かを判断する。例えば、判断部３４ｂは、マイコンの動作クロックを基準に作成した一定期間毎（例えば１ｍｓｅｃ）に各出力をサンプリングして取り込み、各出力のサンプリング毎に、各出力が予め設定された電圧範囲内にある場合に各出力が正常であると判断する。なお、判断処理のタイミングは、上記の例に特に限定されず、複数回のサンプリング毎に１回行う等の種々の変更が可能である。
すべての出力が正常であると判断された場合には、判断部３４ｂは、メモリ３４ａ内に一旦蓄積された角速度情報を読み出し、この角速度情報を基に各車輪３３の制動力を制御する。一方、いずれかの出力が異常であると判断された場合には、判断部３４ｂは、角速度センサ１の角速度情報をカットし、各車輪３３の制動力制御を行うことなく、所定の警告灯を点灯させる等の警告を行い、運転者に異常が発生したことを通知する。
上記のように、本実施の形態では、判断部３４ｂがすべての出力を正常と判断した場合にメモリ３４ａ内に一旦蓄積された正常な角速度情報を用いて各車輪３３の制動力を制御することができるので、ブレーキシステム３４の信頼性を向上させ、自動車３２自体の信頼性を一段と向上することができる。また、角速度センサ１内に独自に角速度検知素子２の出力並びに第１及び第２の信号処理部２１，２２の出力に異常がないかどうかを判断するための処理回路が不要になり、角速度センサ１自体を小型化することができる。
なお、本実施の形態では、メモリ３４ａに角速度情報を一旦蓄積したが、この例に特に限定されず、種々の変更が可能であり、例えば、メモリ３４ａを省略してもよく、この場合、所定タイミングで上記の判断処理を実行して全ての出力が正常な場合に、判断部３４ｂが角速度センサ１を通常モードに設定し、通常モードにおいて出力されている角速度信号を用いて各車輪３３の制動力を制御することができる。
（第３の実施の形態）
図４は、本発明の第３の実施の形態による自動車の主要部の構成を示すブロック図である。図４に示す自動車３２は、運送機器の一例であり、角速度センサ１、エアバック３６、及び、制御ユニットの一例であるエアバックシステム３７を備える。なお、図４に示す角速度センサ１は、図１及び図２に示す角速度センサ１と同様に構成されているので、詳細な説明を省略する。
エアバック３６は、自動車３２の少なくとも１つの座席付近に設置され、衝突時等において作動して運転者又は搭乗者を保護する。エアバッグシステム３７は、角速度センサ１の検出回路３（図１参照）の出力信号（角速度情報）や角速度センサ１内部の多数の個所を、その場所を特定しながら正確にモニターした信号を入力され、これらの信号に基づきエアバック３６の展開動作を制御するように構成されている。
具体的には、エアバッグシステム３７は、ＲＡＭ等から構成されるメモリ３７ａ及びマイコン等から構成される判断部３７ｂを備える。メモリ３７ａは、角速度センサ１の第２の信号処理部２２（図１参照）の角速度信号を受け、この角速度信号が表す角速度情報を一旦蓄積する。また、メモリ３７ａは、角速度検知素子２（図１参照）の出力並びに第１及び第２の信号処理部２１，２２（図１参照）の出力を判断部３７ｂへ出力する。なお、これらの出力はメモリ３７ａを介すことなく、角速度センサ１から判断部３７ｂへ直接出力するようにしてもよい。
判断部３７ｂは、モード設定信号を角速度センサ１へ出力することにより、角速度検知素子診断モード、処理回路部診断モード、及び通常モードの３つのモードを順次切り替えて角速度検知素子２の出力並びに第１及び第２の信号処理部２１，２２の出力を順次出力するように角速度センサ１を制御する。また、判断部３７ｂは、角速度検知素子２の出力並びに第１及び第２の信号処理部２１，２２の出力が正常であるか否かを判断する。例えば、判断部３７ｂは、マイコンの動作クロックを基準に作成した一定期間毎（例えば１ｍｓｅｃ）に各出力をサンプリングして取り込み、各出力のサンプリング毎に、各出力が予め設定された電圧範囲内にある場合に各出力が正常であると判断する。なお、判断処理のタイミングは、上記の例に特に限定されず、複数回のサンプリング毎に１回行う等の種々の変更が可能である。
すべての出力が正常であると判断された場合には、判断部３７ｂは、メモリ３７ａ内に一旦蓄積された角速度情報を読み出し、この角速度情報を基にエアバック３６の展開動作を制御する。一方、いずれかの出力が異常であると判断された場合には、判断部３７ｂは、角速度センサ１の角速度情報をカットし、エアバック３６の展開動作を行うことなく、所定の警告灯を点灯させる等の警告を行い、運転者に異常が発生したことを通知する。
上記のように、本実施の形態では、判断部３７ｂがすべての出力を正常と判断した場合にメモリ３７ａ内に一旦蓄積された正常な角速度情報を用いてエアバック３６の展開動作を制御することができるので、エアバッグシステム３７の信頼性を向上させ、自動車３２自体の信頼性を一段と向上することができる。また、角速度センサ１内に独自に角速度検知素子２の出力並びに第１及び第２の信号処理部２１，２２の出力に異常がないかどうかを判断するための処理回路が不要になり、角速度センサ１自体を小型化することができる。
なお、本実施の形態では、メモリ３７ａに角速度情報を一旦蓄積したが、この例に特に限定されず、種々の変更が可能であり、例えば、メモリ３７ａを省略してもよく、この場合、所定タイミングで上記の判断処理を実行して全ての出力が正常な場合に、判断部３７ｂが角速度センサ１を通常モードに設定し、通常モードにおいて出力されている角速度信号を用いてエアバック３６の展開動作を制御することができる。
また、上記の第２及び第３の実施の形態では、ブレーキシステム３４及びエアバッグシステム３７を個別のものとして説明したが、一つのＥＣＵがブレーキシステム及びエアバッグシステムの機能を実現するようにしてもよい。また、本発明の角速度センサが用いられる制御ユニットは、上記の各例に特に限定されず、運送機器に用いられる種々の制御ユニットに同様に適用することができ、同様の効果を得ることができる。
本発明の角速度センサは、内部の多数の個所の信号につき、その場所を特定しながらモニターすることができるとともに、センサの小型集積化を実現することができ、角速度を検出する角速度センサ等として有用であり、この角速度センサを運送機器に用いることにより運送機器全体としての信頼性を一段と向上させることができ、自動車等の運送機器に有用である。
本発明は、角速度を検出する角速度センサ及び該角速度センサを用いた運送機器に関するものである。
従来の角速度センサとしては、例えば、特許文献１に記載されているようなものがある。図５は、特許文献１に記載された従来の角速度センサの構成を示すブロック図である。
図５に示す角速度センサ１０１は、角速度検知素子１０２、駆動回路１０３、検出回路１０４、出力端子１０７、判定器１０８及びモニター信号端子１０９を備える。検出回路１０４は、第１の信号処理部１０５及び第２の信号処理部１０６を備える。
駆動回路１０３は、角速度検知素子１０２を駆動する。第１の信号処理部１０５及び第２の信号処理部１０６は、印加された角速度に応じて動く角速度検知素子１０２から得られた信号を処理し、第２の信号処理部１０６は、当該処理により得られた角速度信号を出力端子１０７へ出力する。判定器１０８は、第１の信号処理部１０５と第２の信号処理部１０６との結合点Ｎ１の信号をモニターして結合点Ｎ１の信号に異常がないかどうかを判定し、判定結果を表す信号をモニター信号端子１０９へ出力する。
特開平８−３２７３６３号公報
しかしながら、前述した従来の角速度センサ１０１においては、第１の信号処理部１０５と第２の信号処理部１０６との結合点Ｎ１の信号しかモニターしておらず、角速度センサ１０１内の多くの個所の信号に異常がないかどうかを判定することはできない。
また、角速度センサ１０１内の多くの個所の信号に異常がないかどうかを場所も特定しながらモニターするためには、その数に応じた多数のモニター信号端子が必要になり、多数のモニター信号端子を設けた場合、角速度センサが大きくなり、角速度センサの小型集積化が困難となる。
本発明の目的は、角速度センサ内の多数箇所における信号を、その場所を特定しながらモニターすることができるとともに、小型集積化を達成することができる角速度センサ及びこの角速度センサを用いた運送機器を提供することである。
本発明の一の局面に従う角速度センサは、角速度検知素子と、角速度検知素子を駆動するための駆動回路と、印加された角速度に応じて角速度検知素子から出力される検知信号を処理して角速度信号を作成するための検出回路と、出力端子と、角速度センサ内の複数の信号出力部と出力端子との間に接続されるスイッチ回路と、スイッチ回路の接続動作を制御する制御回路とを備え、スイッチ回路は、複数の信号出力部の中から制御回路の制御信号に応じて選択された一の信号出力部を出力端子に接続するものである。
本発明の他の局面に従う運送機器は、上記の角速度センサと、上記角速度センサ内の複数の点からの出力信号の異常を判断し、出力信号を正常と判断した場合に角速度センサの角速度信号を出力端子に供給するように角速度センサを制御する制御ユニットとを備えるものである。
本発明の角速度センサにおいては、内部の多数の個所の信号につき、その場所を特定しながらモニターすることをできるとともに、センサ自体の小型集積化を達成することができる。
本発明の運送機器においては、制御ユニットが角速度センサ内の複数の点からの出力信号の異常を判断し、出力信号を正常と判断した場合に角速度センサの角速度信号を出力端子に供給しているので、出力信号に異常がないかどうかを判断するための処理回路を角速度センサ内に独自に設ける必要がなくなるので、センサ自体の小型集積化を達成することができるとともに、角速度センサ内の多数の個所の信号につき、その場所を特定しながらモニターした情報と角速度センサの角速度情報とに基づき運送機器の各種の制御を行うことができるので、運送機器自体の信頼性を向上することができる。
以下に本発明の各実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態による角速度センサの構成を示すブロック図である。図１に示す角速度センサ１は、角速度検知素子２、検出回路３、一の出力端子４、駆動回路５、スイッチ回路７、及びモード信号発生回路８を備える。検出回路３は、２個の第１及び第２の信号処理部２１，２２を備える。なお、検出回路３内に具備される信号処理部の数は、上記の例に特に限定されず、１個又は３個以上の信号処理部を備えてもよい。
角速度検知素子２は、例えば、Ｕ字型（音叉形状）又はＨ字型の形状を有するＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）素子から構成され、コリオリの力に基づき、振動枝を振動させることにより振動方向と直交する方向の角速度を検知する。ここで、ＭＥＭＳとは、ＩＣ製造プロセスを基盤としたマイクロマシニング技術によるマイクロサイズのセンサ、アクチュエータ、そして制御回路を集積化した微細システムの総称をいい、このＭＥＭＳ技術を用いてシリコン基板上に圧電薄膜を形成するとともに、Ｕ字型又はＨ字型の形状に加工することによりＭＥＭＳ素子が形成される。なお、角速度検知素子としては、上記の例に特に限定されず、水晶、エリンバー、圧電セラミック等から構成される種々の角速度検知素子を用いることができる。
駆動回路５は、角速度検知素子２を駆動する。角速度検知素子２は、第１の信号処理部２１に接続され、印加される角速度の大きさに応じた検知信号を第１の信号処理部２１及びスイッチ回路７へ出力する。
第１の信号処理部２１は、角速度検知素子２の検知信号に対して所定の信号処理を行い、信号処理された信号を第２の信号処理部２２及びスイッチ回路７へ出力する。第１の処理回路部２１としては、例えば、角速度センサ１に印加される角速度に応じて角速度検知素子２から発生される電荷を入力され、この電荷に基づく電流を電圧に変換する電流電圧変換回路が用いられる。この場合、第１の処理回路部２１は、図示のように、第１のオペアンプＯＰ１及び第１の抵抗Ｒ１から構成され、第１のオペアンプＯＰ１の正入力端子には所定の基準電圧が印加され、第１のオペアンプＯＰ１の負入力端子には角速度検知素子２及び第１の抵抗Ｒ１の一方の端子が接続され、第１のオペアンプＯＰ１の出力端子には第１の抵抗Ｒ１の他方の端子が接続される。なお、第１の信号処理部による信号処理例は、上記の例に特に限定されず、角速度センサ１内で実行される他の処理を行うようにしてもよい。
第２の信号処理部２２は、第１の信号処理部２１の出力信号に対して所定の信号処理を行い、信号処理された信号をスイッチ回路７へ出力する。第２の信号処理部２２としては、例えば、第１の処理回路部２１により角速度の大きさに対応する電圧に変換された検知信号を入力されるローパスフィルタが用いられる。この場合、第２の信号処理部２２は、図示のように、第２のオペアンプＯＰ２、第２の抵抗Ｒ２、第３の抵抗Ｒ３及び第１のコンデンサＣ１から構成され、第２のオペアンプＯＰ２の正入力端子には上記の所定の基準電圧が印加され、第２のオペアンプＯＰ２の負入力端子には第２の抵抗Ｒ２を介して第１のオペアンプＯＰ１の出力端子が接続される。また、第３の抵抗Ｒ３の一方の端子は第２のオペアンプＯＰ２の負入力端子に接続され、他方の端子は第２のオペアンプＯＰ２の出力端子に接続され、第１のコンデンサＣ１の一方の端子は第２のオペアンプＯＰ２の負入力端子に接続され、他方の端子は第２のオペアンプＯＰ２の出力端子に接続される。なお、第２の信号処理部による信号処理例は、上記の例に特に限定されず、角速度センサ１内で実行される他の処理を行うようにしてもよい。
スイッチ回路７の各入力端子は、角速度検知素子２並びに第１及び第２の信号処理部２１，２２の各信号出力部に接続され、スイッチ回路７の出力端子は、出力端子４に接続される。モード信号発生回路８は、スイッチ回路７に接続され、角速度検知素子２並びに第１及び第２の信号処理部２１，２２の出力のうちいずれの出力を選択すべきかを指示するための制御信号となるモード信号をスイッチ回路７へ出力する。スイッチ回路７は、モード信号に応じて角速度検知素子２並びに第１及び第２の信号処理部２１，２２の３つの出力のうち一の出力を選択して出力端子４へ出力する。
次に、図１に示す角速度センサ１の主要部となるモード信号発生回路８及びスイッチ回路７についてさらに詳細に説明する。図２は、図１に示すモード信号発生回路８及びスイッチ回路７の構成の一例を示す回路図である。なお、図２では、図示を容易にするために、第１及び第２の信号処理部２１，２２としてオペアンプのみを図示している。
図２に示すように、スイッチ回路７は、第１乃至第３のスイッチ１１〜１３から構成される。第１のスイッチ１１は、第１のＰチャンネルトランジスタＴＰ１、第１のＮチャンネルトランジスタＴＮ１及び第１のインバータＩ１から構成される。角速度検知素子２の信号出力部は、第１のＰチャンネルトランジスタＴＰ１のソース及び第１のＮチャンネルトランジスタＴＮ１のソースに接続され、出力端子４は、第１のＰチャンネルトランジスタＴＰ１のドレイン及び第１のＮチャンネルトランジスタＴＮ１のドレインに接続される。第１のインバータＩ１の入力端子は、第１のＮチャンネルトランジスタＴＮ１のゲートに接続され、第１のインバータＩ１の出力端子は、第１のＰチャンネルトランジスタＴＰ１のゲートに接続される。
第２のスイッチ１２は、第２のＰチャンネルトランジスタＴＰ２、第２のＮチャンネルトランジスタＴＮ２及び第２のインバータＩ２から構成される。第１の信号処理部２１の信号出力部は、第２のＰチャンネルトランジスタＴＰ２のソース及び第２のＮチャンネルトランジスタＴＮ２のソースに接続され、出力端子４は、第２のＰチャンネルトランジスタＴＰ２のドレイン及び第２のＮチャンネルトランジスタＴＮ２のドレインに接続される。第２のインバータＩ２の入力端子は、第２のＮチャンネルトランジスタＴＮ２のゲートに接続され、第２のインバータＩ２の出力端子は、第２のＰチャンネルトランジスタＴＰ２のゲートに接続される。
第３のスイッチ１３は、第３のＰチャンネルトランジスタＴＰ３、第３のＮチャンネルトランジスタＴＮ３及び第３のインバータＩ３から構成される。第２の信号処理部２２の信号出力部は、第３のＰチャンネルトランジスタＴＰ３のソース及び第３のＮチャンネルトランジスタＴＮ３のソースに接続され、出力端子４は、第３のＰチャンネルトランジスタＴＰ３のドレイン及び第３のＮチャンネルトランジスタＴＮ３のドレインに接続される。第３のインバータＩ３の入力端子は、第３のＮチャンネルトランジスタＴＮ３のゲートに接続され、第３のインバータＩ３の出力端子は、第３のＰチャンネルトランジスタＴＰ３のゲートに接続される。
モード信号発生回路８は、第１及び第２のコンパレータＣＰ１，ＣＰ２、電圧発生器２３、第１及び第２のＮＯＲゲートＧ１，Ｇ２、第４のインバータＩ４及びＡＮＤゲートＧ３から構成される。
電圧発生器２３は、第１及び第２のコンパレータＣＰ１，ＣＰ２の正入力端子に接続され、第１のコンパレータＣＰ１の負入力端子には、第１の基準電圧Ｖ１が供給され、第２のコンパレータＣＰ２の負入力端子には、第１の基準電圧Ｖ１より高い第２の基準電圧Ｖ２が供給される。
第１のＮＯＲゲートＧ１の一方の入力端子には、第１のコンパレータＣＰ１の出力端子が接続され、他方の入力端子には、第２のコンパレータＣＰ２の出力端子が接続され、第１のＮＯＲゲートＧ１の出力端子には、第３のインバータＩ３の入力端子及び第３のＮチャンネルトランジスタＴＮ３のゲートが接続される。
第２のＮＯＲゲートＧ２の一方の入力端子には、第１のコンパレータＣＰ１の出力が第４のインバータＩ４を介して接続され、他方の入力端子には、第２のコンパレータＣＰ２の出力端子が接続され、第２のＮＯＲゲートＧ２の出力端子には、第２のインバータＩ２の入力端子及び第２のＮチャンネルトランジスタＴＮ２のゲートが接続される。
ＡＮＤゲートＧ３の一方の入力端子には、第１のコンパレータＣＰ１の出力端子が接続され、他方の入力端子には、第２のコンパレータＣＰ２の出力端子が接続され、ＡＮＤゲートＧ３の出力端子には、第１のインバータＩ１の入力端子及び第１のＮチャンネルトランジスタＴＮ１のゲートが接続される。
次に、上記のように構成された角速度センサの動作について説明する。本センサの動作モードとしては、例えば、第２の処理回路部２２の出力を出力端子４に供給する通常モードと、第１の処理回路部２１の出力を出力端子４に供給する処理回路部診断モードと、角速度検知素子２の出力を出力端子４に供給する角速度検知素子診断モードとがある。これらの各モードは、例えば、本センサが自動車に搭載された場合、ＥＣＵ（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｉｔ：電子制御ユニット、図示省略）により決定され、電圧発生器２３は、ＥＣＵから出力されるモード設定信号に応じて各モードに対して予め設定されている所定電圧を出力する。なお、モードの決定方法は、上記の例に特に限定されず、種々の変更が可能であり、例えば、角速度センサ１内部に設けられた発振回路（図示省略）からのクロックをカウントすることにより定期的なタイミングを作成し、この定期的なタイミングで各モードを順次自動的に切り替えるようにしてもよい。
まず、通常動作モードにおいて、所定の指令電圧として第１及び第２の基準電圧Ｖ１，Ｖ２よりも低い電圧ＶＬが電圧発生器２３から出力されることにより、第１及び第２のコンパレータＣＰ１，ＣＰ２の出力はともにＬｏｗとなる。よって、ＡＮＤゲートＧ３の出力はＬｏｗとなり、第１のインバータＩ１の出力はＨｉｇｈとなり、第１のＰチャンネルトランジスタＴＰ１はオフし、第１のＮチャンネルトランジスタＴＮ１はオフする。これにより、角速度検知素子２の信号出力部と出力端子４とは電気的に遮断される。
また、第４のインバータＩ４の出力はＨｉｇｈとなり、第２のＮＯＲゲートＧ２の出力はＬｏｗとなり、第２のインバータＩ２の出力はＨｉｇｈとなり、第２のＰチャンネルトランジスタＴＰ２はオフし、第２のＮチャンネルトランジスタＴＮ２はオフする。これにより、第１の信号処理部２１の信号出力部と出力端子４とは電気的に遮断される。
また、第１のＮＯＲゲートＧ１の出力はＨｉｇｈとなり、第３のインバータＩ３の出力はＬｏｗとなり、第３のＰチャンネルトランジスタＴＰ３はオンし、第３のＮチャンネルトランジスタＴＮ３はオンする。よって、第２の信号処理部２２の信号出力部、すなわち検出回路３の信号出力部と出力端子４とは電気的に接続される。これにより、出力端子４から本センサの角速度信号が出力される。
次に、本センサに何らかの故障が発生し、どの箇所の異常かを判別する必要が生じた場合において、処理回路部診断モードが設定されると、電圧発生器２３は、例えば所定の指令電圧として第１の基準電圧Ｖ１より高く、第２の基準電圧Ｖ２よりも低い電圧ＶＭを出力する。これにより、第１のコンパレータＣＰ１の出力はＨｉｇｈとなり、第２のコンパレータＣＰ２の出力はＬｏｗとなる。よって、第４のインバータＩ４の出力はＬｏｗとなり、第２のＮＯＲゲートＧ２の出力はＨｉｇｈとなり、第２のインバータＩ２の出力はＬｏｗとなり、第２のＰチャンネルトランジスタＴＰ２はオンし、第２のＮチャンネルトランジスタＴＮ２はオンする。これにより、第１の信号処理部２１の信号出力部と出力端子４とが電気的に接続されるため、本センサの外部から出力端子４を介して、本センサ内部の信号（第１の信号処理部２１の出力信号）を観測することができる。
このとき、第１のＮＯＲゲートＧ１の出力はＬｏｗとなり、第３のインバータＩ３の出力はＨｉｇｈとなり、第３のＰチャンネルトランジスタＴＰ３はオフし、第３のＮチャンネルトランジスタＴＮ３はオフする。よって、第２の信号処理部２２の信号出力部、すなわち検出回路３の信号出力部と出力端子４とは電気的に遮断される。また、ＡＮＤゲートＧ３の出力はＬｏｗとなり、第１のインバータＩ１の出力はＨｉｇｈとなり、第１のＰチャンネルトランジスタＴＰ１はオフし、第１のＮチャンネルトランジスタＴＮ１はオフする。よって、角速度検知素子２の信号出力部と出力端子４とは電気的に遮断される。これにより、第１の信号処理部２１の信号出力部以外の信号出力部は出力端子４に対して遮断されるため、第１の信号処理部２１の出力を正確にモニターすることが可能となる。
また、角速度検知素子診断モードが設定されると、電圧発生器２３は、例えば所定の指令電圧として第１及び第２の基準電圧Ｖ１，Ｖ２より高い電圧ＶＨを出力する。これにより、第１及び第２のコンパレータＣＰ１，ＣＰ２の出力はともにＨｉｇｈとなる。よって、ＡＮＤゲートＧ３の出力はＨｉｇｈとなり、第１のインバータＩ１の出力はＬｏｗとなり、第１のＰチャンネルトランジスタＴＰ１はオンし、第１のＮチャンネルトランジスタＴＮ１はオンする。これにより、角速度検知素子２の信号出力部と出力端子４とが電気的に接続されるため、本センサの外部から出力端子４を介して、本センサ内部の信号（角速度検知素子２の出力信号）を観測することができる。
このとき、第４のインバータＩ４の出力はＬｏｗとなり、第２のＮＯＲゲートＧ２の出力はＬｏｗとなり、第２のインバータＩ２の出力はＨｉｇｈとなり、第２のＰチャンネルトランジスタＴＰ２はオフし、第２のＮチャンネルトランジスタＴＮ２はオフする。よって、第１の信号処理部２１の信号出力部と出力端子４とは電気的に遮断される。また、第１のＮＯＲゲートＧ１の出力はＬｏｗとなり、第３のインバータＩ３の出力はＨｉｇｈとなり、第３のＰチャンネルトランジスタＴＰ３はオフし、第３のＮチャンネルトランジスタＴＮ３はオフする。よって、第２の信号処理部２２の信号出力部、すなわち検出回路３の信号出力部と出力端子４とは電気的に遮断される。これにより、角速度検知素子２の信号出力部以外の信号出力部は出力端子４に対して遮断されるため、角速度検知素子２の出力を正確にモニターすることが可能となる。
以上より、モード信号発生回路８からスイッチ回路７へ入力されるモード信号に応じて出力端子４に出力される角速度センサ１内の各部の信号を切り替えることにより、一つの出力端子４を用いて、角速度センサ１内部の多数の箇所を、その場所を特定しながら正確にモニターすることができるので、信号出力部の各々に専用のモニター端子を設ける必要がなくなり、センサの小型集積化と故障検出能力の向上という観点において大きな効果を有する。
なお、本実施の形態では、角速度検知素子２並びに第１及び第２の信号処理部２１，２２の各出力のいずれかを選択的に出力端子４に接続するための指示信号となるモード信号を、電圧発生器２３から発せられる電圧と第１及び第２の基準電圧Ｖ１，Ｖ２とのレベル比較を行って設定する例について説明したが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、モード信号発生回路８として、発振器と、この発振器に接続されたカウンタとを備え、このカウンタからスイッチ回路７を所定の形式で動作させるための論理構成をなす出力信号が得られるように構成させることも可能である。
また、第１乃至第３のスイッチ１１〜１３をトランジスタから構成しているが、必ずしもこれに限定されるものではない。また、上記実施の形態では第１乃至第３のスイッチ１１〜１３のオン状態及びオフ状態の切替のためにインバータを用いているが、必ずしもこれに限定されるものではない。さらに、本実施の形態においては、第１乃至第３のスイッチ１１〜１３の第１乃至第３のＰチャンネルトランジスタＴＰ１〜ＴＰ３側に第１乃至第３のインバータＩ１〜Ｉ３を接続する構成について説明したが、逆に、第１乃至第３のＮチャンネルトランジスタＴＮ１〜ＴＮ３側にインバータを接続させる構成も当然可能である。
また、本実施の形態による角速度センサ１を自動車に搭載し、運送機器としての自動車に搭載されたＥＣＵを用いて、角速度センサ１の動作モードを、角速度検知素子２の出力が出力端子４から出力される角速度検知素子診断モード、第１の信号処理部２１の出力が出力端子４から出力される処理回路部診断モード、及び、第２の信号処理部２２の出力が出力端子４から出力される通常モードを切り換える場合、角速度センサ１内に各出力信号に異常がないかどうかを独自に判断するための処理回路が不要になるばかりか、それぞれの出力信号に異常がないかどうかを確認し、検出回路３の正常な出力（角速度情報）に基づいて各種の制御を行うことができ、運送機器自体の信頼性が向上する。
また、本実施の形態では、第２の信号処理部２２の出力が出力端子４から出力されているときに、この出力信号をＥＣＵに内蔵されたメモリ（図示せず）に一旦蓄積し、角速度検知素子２の出力並びに第１及び第２の信号処理部２１，２２の出力が正常と判断された場合は、上記メモリに蓄積された第２の信号処理部２２の出力を角速度センサ１の正規の信号として採用するような構成とすることも可能となる。
また、本実施の形態においては、角速度センサ１の角速度検知素子２、第１の信号処理部２１を正確にモニターする例について中心に説明してきたが、これ以外にも、例えば図示はしないが、角速度検知素子２の駆動回路５の信号、駆動回路５内の発振部の信号、印加された角速度に応じて角速度検知素子２から得られる信号を補正するための温度センサ（又は、処理ＩＣ内のダイオード特性を用いる場合もある）の信号、メモリ内に蓄積された情報、ロジック回路を動作させるための発振部の信号、又は、第１の信号処理部２１内の角速度検知素子２のアンプを通過した後の信号を、モード信号発生回路８とスイッチ回路７とを用いて出力端子４に供給する構成も可能である。特に、温度センサや、ロジック回路を動作させるための発振部をモニターすることにより、他のセンサ（例えば、加速度センサ）とこれらの構成要素を共用させる際に、そのセンサの信頼性の向上にもつながるという特有の効果が生まれる。
（第２の実施の形態）
図３は、本発明の第２の実施の形態による自動車の主要部の構成を示すブロック図である。図３に示す自動車３２は、運送機器の一例であり、角速度センサ１、車輪３３、及び、制御ユニットの一例であるブレーキシステム３４を備える。なお、図３に示す角速度センサ１は、図１及び図２に示す角速度センサ１と同様に構成されているので、詳細な説明を省略する。
ブレーキシステム３４は、角速度センサ１の検出回路３（図１参照）の出力信号（角速度情報）や角速度センサ１内部の多数の個所を、その場所を特定しながら正確にモニターした信号を入力され、これらの信号に基づき各車輪３３の制動力を制御するように構成されている。
具体的には、ブレーキシステム３４は、ＲＡＭ等から構成されるメモリ３４ａ及びマイコン等から構成される判断部３４ｂを備える。メモリ３４ａは、角速度センサ１の第２の信号処理部２２（図１参照）の角速度信号を受け、この角速度信号が表す角速度情報を一旦蓄積する。また、メモリ３４ａは、角速度検知素子２（図１参照）の出力並びに第１及び第２の信号処理部２１，２２（図１参照）の出力を判断部３４ｂへ出力する。なお、これらの出力はメモリ３４ａを介すことなく、角速度センサ１から判断部３４ｂへ直接出力するようにしてもよい。
判断部３４ｂは、モード設定信号を角速度センサ１へ出力することにより、角速度検知素子診断モード、処理回路部診断モード、及び通常モードの３つのモードを順次切り替えて角速度検知素子２の出力並びに第１及び第２の信号処理部２１，２２の出力を順次出力するように角速度センサ１を制御する。また、判断部３４ｂは、角速度検知素子２の出力並びに第１及び第２の信号処理部２１，２２の出力が正常であるか否かを判断する。例えば、判断部３４ｂは、マイコンの動作クロックを基準に作成した一定期間毎（例えば１ｍｓｅｃ）に各出力をサンプリングして取り込み、各出力のサンプリング毎に、各出力が予め設定された電圧範囲内にある場合に各出力が正常であると判断する。なお、判断処理のタイミングは、上記の例に特に限定されず、複数回のサンプリング毎に１回行う等の種々の変更が可能である。
すべての出力が正常であると判断された場合には、判断部３４ｂは、メモリ３４ａ内に一旦蓄積された角速度情報を読み出し、この角速度情報を基に各車輪３３の制動力を制御する。一方、いずれかの出力が異常であると判断された場合には、判断部３４ｂは、角速度センサ１の角速度情報をカットし、各車輪３３の制動力制御を行うことなく、所定の警告灯を点灯させる等の警告を行い、運転者に異常が発生したことを通知する。
上記のように、本実施の形態では、判断部３４ｂがすべての出力を正常と判断した場合にメモリ３４ａ内に一旦蓄積された正常な角速度情報を用いて各車輪３３の制動力を制御することができるので、ブレーキシステム３４の信頼性を向上させ、自動車３２自体の信頼性を一段と向上することができる。また、角速度センサ１内に独自に角速度検知素子２の出力並びに第１及び第２の信号処理部２１，２２の出力に異常がないかどうかを判断するための処理回路が不要になり、角速度センサ１自体を小型化することができる。
なお、本実施の形態では、メモリ３４ａに角速度情報を一旦蓄積したが、この例に特に限定されず、種々の変更が可能であり、例えば、メモリ３４ａを省略してもよく、この場合、所定タイミングで上記の判断処理を実行して全ての出力が正常な場合に、判断部３４ｂが角速度センサ１を通常モードに設定し、通常モードにおいて出力されている角速度信号を用いて各車輪３３の制動力を制御することができる。
（第３の実施の形態）
図４は、本発明の第３の実施の形態による自動車の主要部の構成を示すブロック図である。図４に示す自動車３２は、運送機器の一例であり、角速度センサ１、エアバック３６、及び、制御ユニットの一例であるエアバックシステム３７を備える。なお、図４に示す角速度センサ１は、図１及び図２に示す角速度センサ１と同様に構成されているので、詳細な説明を省略する。
エアバック３６は、自動車３２の少なくとも１つの座席付近に設置され、衝突時等において作動して運転者又は搭乗者を保護する。エアバッグシステム３７は、角速度センサ１の検出回路３（図１参照）の出力信号（角速度情報）や角速度センサ１内部の多数の個所を、その場所を特定しながら正確にモニターした信号を入力され、これらの信号に基づきエアバック３６の展開動作を制御するように構成されている。
具体的には、エアバッグシステム３７は、ＲＡＭ等から構成されるメモリ３７ａ及びマイコン等から構成される判断部３７ｂを備える。メモリ３７ａは、角速度センサ１の第２の信号処理部２２（図１参照）の角速度信号を受け、この角速度信号が表す角速度情報を一旦蓄積する。また、メモリ３７ａは、角速度検知素子２（図１参照）の出力並びに第１及び第２の信号処理部２１，２２（図１参照）の出力を判断部３７ｂへ出力する。なお、これらの出力はメモリ３７ａを介すことなく、角速度センサ１から判断部３７ｂへ直接出力するようにしてもよい。
判断部３７ｂは、モード設定信号を角速度センサ１へ出力することにより、角速度検知素子診断モード、処理回路部診断モード、及び通常モードの３つのモードを順次切り替えて角速度検知素子２の出力並びに第１及び第２の信号処理部２１，２２の出力を順次出力するように角速度センサ１を制御する。また、判断部３７ｂは、角速度検知素子２の出力並びに第１及び第２の信号処理部２１，２２の出力が正常であるか否かを判断する。例えば、判断部３７ｂは、マイコンの動作クロックを基準に作成した一定期間毎（例えば１ｍｓｅｃ）に各出力をサンプリングして取り込み、各出力のサンプリング毎に、各出力が予め設定された電圧範囲内にある場合に各出力が正常であると判断する。なお、判断処理のタイミングは、上記の例に特に限定されず、複数回のサンプリング毎に１回行う等の種々の変更が可能である。
すべての出力が正常であると判断された場合には、判断部３７ｂは、メモリ３７ａ内に一旦蓄積された角速度情報を読み出し、この角速度情報を基にエアバック３６の展開動作を制御する。一方、いずれかの出力が異常であると判断された場合には、判断部３７ｂは、角速度センサ１の角速度情報をカットし、エアバック３６の展開動作を行うことなく、所定の警告灯を点灯させる等の警告を行い、運転者に異常が発生したことを通知する。
上記のように、本実施の形態では、判断部３７ｂがすべての出力を正常と判断した場合にメモリ３７ａ内に一旦蓄積された正常な角速度情報を用いてエアバック３６の展開動作を制御することができるので、エアバッグシステム３７の信頼性を向上させ、自動車３２自体の信頼性を一段と向上することができる。また、角速度センサ１内に独自に角速度検知素子２の出力並びに第１及び第２の信号処理部２１，２２の出力に異常がないかどうかを判断するための処理回路が不要になり、角速度センサ１自体を小型化することができる。
なお、本実施の形態では、メモリ３７ａに角速度情報を一旦蓄積したが、この例に特に限定されず、種々の変更が可能であり、例えば、メモリ３７ａを省略してもよく、この場合、所定タイミングで上記の判断処理を実行して全ての出力が正常な場合に、判断部３７ｂが角速度センサ１を通常モードに設定し、通常モードにおいて出力されている角速度信号を用いてエアバック３６の展開動作を制御することができる。
また、上記の第２及び第３の実施の形態では、ブレーキシステム３４及びエアバッグシステム３７を個別のものとして説明したが、一つのＥＣＵがブレーキシステム及びエアバッグシステムの機能を実現するようにしてもよい。また、本発明の角速度センサが用いられる制御ユニットは、上記の各例に特に限定されず、運送機器に用いられる種々の制御ユニットに同様に適用することができ、同様の効果を得ることができる。
本発明の角速度センサは、内部の多数の個所の信号につき、その場所を特定しながらモニターすることができるとともに、センサの小型集積化を実現することができ、角速度を検出する角速度センサ等として有用であり、この角速度センサを運送機器に用いることにより運送機器全体としての信頼性を一段と向上させることができ、自動車等の運送機器に有用である。
本発明の第１の実施の形態による角速度センサの構成を示すブロック図である。 図１に示すモード信号発生回路及びスイッチ回路の構成の一例を示す回路図である。 本発明の第２の実施の形態による自動車の主要部の構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施の形態による自動車の主要部の構成を示すブロック図である。 従来の角速度センサの構成を示すブロック図である。

Claims (13)

  1. 角速度検知素子と、
    前記角速度検知素子を駆動するための駆動回路と、
    印加された角速度に応じて前記角速度検知素子から出力される検知信号を処理して角速度信号を作成するための検出回路と、
    出力端子と、
    角速度センサ内の複数の信号出力部と前記出力端子との間に接続されるスイッチ回路と、
    前記スイッチ回路の接続動作を制御する制御回路とを備え、
    前記スイッチ回路は、前記複数の信号出力部の中から前記制御回路の制御信号に応じて選択された一の信号出力部を前記出力端子に接続することを特徴とする角速度センサ。
  2. 前記検出回路は、
    前記角速度検知素子から出力される検知信号を処理する第１の信号処理部と、
    前記第１の信号処理部の出力信号を処理して角速度信号を出力する第２の信号処理部とを備え、
    前記スイッチ回路は、前記角速度検知素子の信号出力部、前記第１の信号処理部の信号出力部、及び前記第２の信号処理部の信号出力部の中から前記制御回路の制御信号に応じて選択された一の信号出力部を前記出力端子に接続することを特徴とする請求項１記載の角速度センサ。
  3. 前記スイッチ回路は、
    前記角速度検知素子の信号出力部と前記出力端子と接続する第１のスイッチと、
    前記第１の信号処理部の信号出力部と前記出力端子と接続する第２のスイッチと、
    前記第２の信号処理部の信号出力部と前記出力端子と接続する第３のスイッチとを備え、
    前記第１乃至第３のスイッチの各々は、インバータと、Ｐチャンネルトランジスタと、Ｎチャンネルトランジスタとから構成されることを特徴とする請求項２に記載の角速度センサ。
  4. 前記制御回路は、
    所定の指令電圧を発生させる電圧発生器と、
    前記電圧発生器から発生される指令電圧を正入力端子に受け且つ第１の基準電圧を負入力端子に受け、前記指令電圧と前記第１の基準電圧とを比較する第１のコンパレータと、
    前記電圧発生器から発生される指令電圧を正入力端子に受け且つ前記第１の基準電圧より高い第２の基準電圧を負入力端子に受け、前記指令電圧と前記第２の基準電圧とを比較する第２のコンパレータと、
    前記第１及び第２のコンパレータの出力を受けるＡＮＤゲートと、
    前記第１及び第２のコンパレータの出力を受ける第１のＮＯＲゲートと、
    前記第１のコンパレータの出力を反転する第４のインバータと、
    前記第４のインバータの出力と前記第２のコンパレータの出力とを受ける第２のＮＯＲゲートとを備えることを特徴とする請求項３記載の角速度センサ。
  5. 前記第１のスイッチは、前記ＡＮＤゲートの出力に応じて前記角速度検知素子の信号出力部と前記出力端子とを接続し、
    前記第２のスイッチは、前記第２のＮＯＲゲートの出力に応じて前記第１の信号処理部の信号出力部と前記出力端子とを接続し、
    前記第３のスイッチは、前記第１のＮＯＲゲートの出力に応じて前記第２の信号処理部の信号出力部と前記出力端子とを接続することを特徴とする請求項４記載の角速度センサ。
  6. 前記電圧発生器は、
    前記角速度信号をモニターする場合、前記第１及び第２の基準電圧より低い指令電圧を前記第１及び第２のコンパレータへ出力し、前記第１の信号処理部の出力信号をモニターする場合、前記第１の基準電圧より高く且つ前記第２の基準電圧より低い指令電圧を前記第１及び第２のコンパレータへ出力し、前記検知信号をモニターする場合、前記第１及び第２の基準電圧より高い指令電圧を前記第１及び第２のコンパレータへ出力することを特徴とする請求項５記載の角速度センサ。
  7. 請求項１〜６のいずれかに記載の角速度センサと、
    前記角速度センサ内の複数の点からの出力信号の異常を判断し、前記出力信号を正常と判断した場合に前記角速度センサの角速度信号を出力端子に供給するように前記角速度センサを制御する制御ユニットとを備えることを特徴とする運送機器。
  8. 前記制御ユニットは、
    前記角速度センサの出力端子から供給される角速度信号により表される角速度情報を一旦蓄積するメモリと、
    前記角速度センサ内の複数の点からの出力信号の異常を判断する判断部とを備え、
    前記判断部は、前記出力信号を正常と判断した場合、前記メモリ内に蓄積されている角速度情報を用いて運送機器の制御を行うことを特徴とする請求項７記載の運送機器。
  9. 前記制御ユニットは、前記複数の信号出力部の中から一の信号出力部を選択するためのモード設定信号を前記制御回路へ出力し、
    前記制御回路は、前記モード設定信号に応じて前記スイッチ回路の接続動作を制御する制御信号を出力することを特徴とする請求項７記載の運送機器。
  10. 前記制御ユニットは、車輪の制動力を制御するブレーキシステムであることを特徴とする請求項７記載の運送機器。
  11. 前記ブレーキシステムは、
    前記角速度センサの出力端子から供給される角速度信号により表される角速度情報を一旦蓄積するメモリと、
    前記角速度センサ内の複数の点からの出力信号の異常を判断する判断部とを備え、
    前記判断部は、前記出力信号を正常と判断した場合、前記メモリ内に蓄積されている角速度情報を用いて車輪の制動力を制御することを特徴とする請求項１０記載の運送機器。
  12. 前記制御ユニットは、エアバックの展開動作を制御するエアバッグシステムであることを特徴とする請求項７記載の運送機器。
  13. 前記エアバッグシステムは、
    前記角速度センサの出力端子から供給される角速度信号により表される角速度情報を一旦蓄積するメモリと、
    前記角速度センサ内の複数の点からの出力信号の異常を判断する判断部とを備え、
    前記判断部は、前記出力信号を正常と判断した場合、前記メモリ内に蓄積されている角速度情報を用いてエアバックの展開動作を制御することを特徴とする請求項１２記載の運送機器。
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