力学量センサモジュール
【課題】検出レンジや検出感度が異なる複数の力学量センサを統合し、より小型化を図ることができる力学量センサモジュールを提供する。
【解決手段】センサＥＣＵ１１は、加速度センサ１２ａ，１３ａについて感度調整部１２ｂ，１３ｂを備え、複数のカレントミラー回路が加速度センサ１２ａ，１３ａの出力電圧を変換した電流に基づき倍率が異なるミラー電流をそれぞれ出力すると、感度調整部１２ｂ，１３ｂのオペアンプ回路は、各ミラー電流に応じた複数の電圧信号のうち最低レベルを示すものに従い電圧／電流変換を行い、出力段の電流／電圧変換部により電圧Ｖｏに再変換してマイコン１４に出力する。
【解決手段】センサＥＣＵ１１は、加速度センサ１２ａ，１３ａについて感度調整部１２ｂ，１３ｂを備え、複数のカレントミラー回路が加速度センサ１２ａ，１３ａの出力電圧を変換した電流に基づき倍率が異なるミラー電流をそれぞれ出力すると、感度調整部１２ｂ，１３ｂのオペアンプ回路は、各ミラー電流に応じた複数の電圧信号のうち最低レベルを示すものに従い電圧／電流変換を行い、出力段の電流／電圧変換部により電圧Ｖｏに再変換してマイコン１４に出力する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載される力学量センサと、センサ信号の処理を行うマイクロコンピュータとを備える力学量センサモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両には、加速度センサ（Ｇセンサ）や角速度センサ（ヨーレートセンサ）などの力学量センサが複数使用されている。例えば、図２１に示すように、エアバッグ装置を制御するセンサＥＣＵ（Electronic Control Unit）１には、衝突が発生した場合、車両の前後方向に加わる強い衝撃（例えば５０Ｇ程度）を検出する前後メイン用Ｇセンサ２，前後方向の衝突時においてより低いレベル（例えば２０Ｇ程度）で加速度を検出し、予備的に通電経路を閉じるための前後セーフィング用Ｇセンサ３，同様に左右方向の衝突時（例えば２０Ｇ程度）に対応する左右セーフィング用Ｇセンサ４等を備え、これらのセンサ２〜４のセンサ信号は、マイクロコンピュータ５に出力される。尚、センサ２〜４について示すＧ４，Ｇ３，Ｇ３は、各センサの検出レンジを示している。
【０００３】
また、図２２に示すＥＳＣ（Electronic Stability Control）装置用のセンサＥＣＵ６には、車両の左右，前後の各方向について２Ｇ程度の加速度を検出する左右用Ｇセンサ７（レンジＧ１），前後用Ｇセンサ８（使用しない構成もある，レンジＧ１）に加え、車体の垂直軸回りについて発生する角速度を検出する縦軸ヨーレートセンサ９（レンジＹ１）を備え、これらのセンサ７〜９のセンサ信号は、マイクロコンピュータ１０に出力される。尚、検出レンジの大小関係は（Ｇ１＜Ｇ３＜Ｇ４）となっている。
すなわち、エアバッグ装置とＥＳＣ装置とはそれぞれシステムが異なるため、各システムに使用されるセンサ，またはそれらを含むＥＣＵは個別に設けられており、より多くの配置スペースが必要となっている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、車両の進行方向，幅方向に沿った加速度を検出する前後Ｇセンサ，左右Ｇセンサやヨーレートセンサ、車両衝突時の大きな加速度を検出して衝突トリガー信号を発生させる衝突Ｇセンサ、車内ＬＡＮ用のバスコントローラ、車両の運行状態を示すデータを記憶するメモリやワンチップマイコンを集約したセンサ装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−２９１６７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のセンサ装置においても、前後Ｇセンサと衝突Ｇセンサとは、加速度の検出方向が略同じであるが、加速度の検出レンジや検出感度の設定が異なるためこれらを統合することはできず、小型化に限界があった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、検出レンジや検出感度が異なる複数の力学量センサを統合することで、より小型化を図ることができる力学量センサモジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の力学量センサモジュールによれば、車両に搭載される加速度センサ及び角速度センサと各センサ信号の処理を行うマイクロコンピュータとを備える場合、前記センサの少なくとも１つにつき、検出レンジの高低に応じて感度を変化させる感度調整部を備える。感度調整部では、複数のカレントミラー回路が力学量センサの出力電圧を変換した電流に基づき倍率が異なるミラー電流をそれぞれ出力すると、オペアンプ回路が、各ミラー電流に応じた複数の電圧信号のうち最低レベルを示すものに従い電圧／電流変換を行う。すると、出力部は、変換された電流信号を電圧に変換してマイクロコンピュータに出力する。
【０００７】
この場合、１つの力学量センサの出力信号が変化すると、複数のミラー電流がそれぞれ異なる倍率の設定に応じて変化するが、それらの変化率は力学量センサの感度に対応する。そして、１つのセンサで広い検出レンジをカバーすることを想定すると、そのセンサの感度は、検出対象とする力学量の値が小さい領域では高く、大きい領域では低くなることが望ましい。オペアンプ回路は、与えられる複数の電圧信号のうち最低レベルを示すものを電流に変換するので、１つのセンサ信号に基づいて複数のミラー電流が並行して流れそれぞれが異なる変化を呈した場合でも、倍率が大きいミラー電流に対応する電圧信号はより早く上昇し、倍率が小さいミラー電流に対応する電圧信号はより遅く上昇する。
【０００８】
その結果、オペアンプ回路は、力学量センサの出力信号レベルが低い領域から高い領域に移行するのに伴い、倍率の設定が大きいものから小さいものに順次移行しつつ電圧／電流変換を行うことになる。したがって、１つの力学量センサによって、検出感度を順次変化させつつ広いレンジに亘って検出を行うことが可能となり、必要なセンサ数を減らすことができ、モジュールの外形サイズをより小型にすることができる。
【０００９】
請求項２記載の力学量センサモジュールによれば、車両に搭載される加速度センサ及び角速度センサと各センサ信号の処理を行うマイクロコンピュータとを備える場合、前記センサの少なくとも１つは、固定電極に対する可動電極の変位状態に応じて検出を行うと共に可動電極に対するサーボ制御が可能となる構成とし、サーボ制御における制御電圧の印加レベルを調整することで、検出レンジの高低に応じて感度を変化させる。
ここで言う「サーボ制御」とは、例えば特開平５−１７２８４４号公報に開示されているように、２つの固定電極の間に位置する可動電極が検出対象とする力学量に応じて変位した場合に、各固定電極との空隙変化量に応じた電圧を各固定電極に印加して力学量と静電気力とを平衡させることで、上記印加電圧に、検出対象とする力学量を反映させる制御を示す。
【００１０】
すなわち、上記のサーボ制御を利用して、力学量センサの可動電極，固定電極の間に静電気力を作用させれば、それによりセンサの感度を調整することが可能となる。したがって、１つの力学量センサにより、検出感度を順次変化させつつ広いレンジに亘って検出を行うことが可能となり、必要なセンサ数を減らすことができ、モジュールの外形サイズをより小型にすることができる。
【００１１】
請求項３記載の力学量センサモジュールによれば、車両に搭載される加速度センサ及び角速度センサと各センサ信号の処理を行うマイクロコンピュータとを備える場合、前記センサの少なくとも１つにつき、検出レンジの高低に応じて感度が異なる複数のサブセンサを用意する。そして、オペアンプ回路は、各サブセンサが出力する複数のセンサ信号のうち、最低レベルを示すものに従い電圧／電流変換を行い、出力部は、変換された電流信号を電圧に変換してマイクロコンピュータに出力する。
すなわち、広い検出レンジをカバーするために複数のサブセンサを用いるとしても、それらのセンサ信号を、請求項１と同様な共通のオペアンプ回路により統合的に処理することができるため、トータルでは必要なスペースを、従来構成よりも削減することが可能となる。
【００１２】
請求項４記載の力学量センサモジュールによれば、車体の前後方向に加わる加速度を検出する前後加速度センサ，車体の左右方向に加わる加速度を検出する左右加速度センサ，車体の垂直軸回りについて発生する角速度を検出する縦軸ヨーレートセンサを備え、マイクロコンピュータが、エアバッグ装置用の制御信号とＥＳＣ装置用の制御信号とを出力するように構成する。したがって、エアバッグ装置とＥＳＣ装置とを制御するために必要な力学量センサを統合して１つのモジュールにすることができ、複数のセンサを配置するために必要なスペースを削減できる。
【００１３】
請求項５記載の力学量センサモジュールによれば、請求項４と同様の前後加速度センサ，左右加速度センサに加え、車体の上下方向に加わる加速度を検出する上下加速度センサ，車体の前後軸回りについて発生する角速度を検出する横軸ヨーレートセンサを備え、マイクロコンピュータは、エアバッグ装置用の制御信号とロールオーバ抑制装置用の制御信号とを出力するように構成する。したがって、エアバッグ装置とロールオーバ抑制装置とを制御するために必要な力学量センサを統合して１つのモジュールにできる。
【００１４】
請求項６記載の力学量センサモジュールによれば、前後加速度センサと、ヨーレートセンサとを統合する。すなわち、ヨーレートセンサを加速度センサと同様の検出方式で構成すれば両者を統合することができるので、各センサを配置するために必要なスペースを削減できる。
【００１５】
請求項７記載の力学量センサモジュールによれば、前後加速度センサと、左右加速度センサと、ヨーレートセンサとを統合するので、請求項６と同様に、ヨーレートセンサを加速度センサと同様の検出方式で構成すれば３つのセンサを統合することができ、それらを配置するために必要なスペースを削減できる。
【００１６】
請求項８記載の力学量センサモジュールによれば、請求項４，６，７の何れかの構成について、請求項５と同様の上下加速度センサ並びに横軸ヨーレートセンサを備え、縦軸ヨーレートセンサと横軸ヨーレートセンサとを統合し、マイクロコンピュータは、ロールオーバ抑制装置用の制御信号も出力するように構成する。したがって、３つの装置に対応する制御信号を１つのモジュールによって出力可能となり、多くのセンサを配置するのに必要なスペースを大きく削減できる。
【００１７】
請求項９記載の力学量センサモジュールによれば、請求項８の構成について、上下加速度センサを、その他のセンサと統合するので、全ての力学量センサを統合して、配置に必要なスペースを一層削減できる。
【００１８】
請求項１０記載の力学量センサモジュールによれば、マイクロコンピュータは、車両盗難防止装置に対して車体の傾斜信号も出力するように構成する。すなわち、車両の盗難が発生する場合には、車体に対して通常とは異なるレベルで外力が加わることが多い。そして、複数の方向について加速度を検出するセンサを備えていれば、それらの検出状態に基づいて車体に過剰な外力が加わったことが判定できる。したがって、セキュリティ装置に対応する制御信号も出力可能となり、配置に必要なスペースを一層削減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
（第１実施例）
以下、本発明の第１実施例について図１乃至図４を参照して説明する。尚、図２１，図２２と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分について説明する。図１は、２つのセンサＥＣＵ１，６の機能を統合することで、エアバッグ装置とＥＳＣ装置との双方に制御信号を出力可能としたセンサＥＣＵ（力学量センサモジュール）１１の構成を示すものである。センサＥＣＵ１１は、車両の前後方向に加わる加速度を検出する前後Ｇセンサユニット１２，車両の左右方向（幅方向）に加わる加速度を検出する左右Ｇセンサユニット１３と、ヨーレートセンサ９とを備え、これらのＧセンサユニット１２，１３並びにヨーレートセンサ９のセンサ信号は、マイクロコンピュータ１４に出力される。
マイコン１４は、具体的には図示しないが、ＣＰＵやＲＯＭ，ＲＡＭ，車内ＬＡＮなどの通信用インターフェイス等も備えており、Ｇセンサユニット１２，１３やヨーレートセンサ９より出力されるセンサ信号に応じて、エアバッグ装置やＥＳＣ装置に制御信号を送信する。
【００２０】
前後Ｇセンサユニット１２は、Ｇセンサ１２ａ（センサチップ）と感度調整部１２ｂとで構成され、図２に示すように、検出レンジがＧ１，Ｇ３，Ｇ４まで対応可能となっている。左右Ｇセンサ１３も同様に、Ｇセンサ１３ａと感度調整部１３ｂとで構成され、検出レンジがＧ１，Ｇ３まで対応するようになっている。
例えば前後Ｇセンサユニット１２のセンサ感度、すなわち、Ｇセンサ１２ａが出力するセンサ信号の変化に対するＧセンサユニット１２の出力信号のＶｏ傾きは、感度調整部１２ｂにより、Ｇセンサ１２ａの検出レンジに応じて
検出レンジ ０−Ｇ１ Ｇ１−Ｇ３ Ｇ３−Ｇ４ Ｇ４−
検出感度 大 中 小 ０（フラット）
と変化するように設定されている。左右Ｇセンサユニット１３のセンサ感度についても、感度調整部１３ｂにより、０−Ｇ１−Ｇ３の範囲で上記と同様に変化する。
【００２１】
尚、Ｇセンサ１２ａ，１３ａは、例えば周知の容量式の加速度センサとして構成されている。すなわち、加速度が発生していない状態における固定電極と可動電極との距離ｄについて容量Ｃｏ（＝εＳ／ｄ：εは誘電率，Ｓは電極対向面積）が定まる場合に、加速度ａが発生すると可動部の質量ｍに応じた慣性力ｍａが加わり、電極間距離はΔｄ（＝ｍａ／ｋ：ｋは所定の係数）だけ縮まる。すると、それに伴う静電容量変化ΔＣは、
ΔＣ＝２Ｃｏ・Δｄ／（ｄ２−Δｄ２）
となる。そして、上記容量変化ΔＣにより加速度ａが求められる。
【００２２】
図３は、左右Ｇセンサユニット１３の構成を、感度調整部１３ｂについて詳細に示すものである。感度調整部１３ｂの入力段には、Ｇセンサ１３ａが出力する電圧信号を電流に変換する電圧／電流変換部（Ｖ／Ｉ）２１と、カレントミラー回路２２とが配置されている。カレントミラー回路２２は、エミッタがグランドに接続されるＮＰＮトランジスタ２２ａ，２２ｂ（及び後述する２２ｃ）で構成されており、両者のベースはトランジスタ２２ａのコレクタに接続され、電圧／電流変換部２１は、電源Ｖｃとトランジスタ２２ａのコレクタとの間に挿入されている。
【００２３】
次段には、カレントミラー回路２３が配置されている。カレントミラー回路２３は、エミッタが電源Ｖｃに接続されるＰＮＰトランジスタ２３ａ，２３ｂで構成されており、両者のベースはトランジスタ２３ａのコレクタに接続され、そのコレクタは、トランジスタ２２ｂのコレクタに接続されている。トランジスタ２３ｂのコレクタは、抵抗素子２４を介してグランドに接続されている。
【００２４】
カレントミラー回路２３の次段には、同様にＰＮＰトランジスタ２５ａ，２５ｂで構成されるカレントミラー回路２５が配置されており、両者のベースはトランジスタ２５ａのコレクタに接続され、そのコレクタは、ＮＰＮトランジスタ２２ｃのコレクタに接続されている。トランジスタ２２ｃのベースは、ミラー対をなすトランジスタ２２ａのベースに接続されている。トランジスタ２５ｂのコレクタは、抵抗素子２７を介してグランドに接続されている。
【００２５】
カレントミラー回路２５の次段には、電流源２８及び抵抗素子２９の直列回路が並列に接続されており、その直列回路の共通接続点（Ｆ３）は、オペアンプ３０が備えている３つの非反転入力端子の１つに接続されている。非反転入力端子の他の２つは、トランジスタ２３ｂ，２５ｂのコレクタ（Ｆ１，Ｆ２）にそれぞれ接続されている。
【００２６】
オペアンプ３０の次段には、ＰＮＰトランジスタ３１ａ，３１ｂで構成されるカレントミラー回路３１が配置されており、両者のベースはトランジスタ３１ａのコレクタに接続され、そのコレクタは、ＮＰＮトランジスタ３２のコレクタに接続されている。トランジスタ３２のエミッタは、オペアンプ３０の反転入力端子に接続されていると共に、可変抵抗素子３３を介してグランドに接続され、ベースは、オペアンプ３０の出力端子に接続されている。尚、オペアンプ３０，トランジスタ３２及び抵抗素子３３は、オペアンプ回路３４を構成している。
【００２７】
トランジスタ３１ｂのコレクタは、出力段となる電流／電圧変換部（Ｉ／Ｖ，出力部）３４を介してグランドに接続されており、電流／電圧変換部３５より出力される電圧がセンサユニット１３の出力電圧Ｖｏとなる。
【００２８】
ここで、各カレントミラー回路２２，２３，２５，３１のミラー比は、例えば以下のように設定されている。
カレントミラー回路２２ａ：２２ｂ ミラー比１：４
カレントミラー回路２２ａ：２２ｃ ミラー比１：１
カレントミラー回路２３，２５ ミラー比１：２
カレントミラー回路３１ ミラー比１：１
また、抵抗素子２４，２７，２９の抵抗比は、例えば２：１：１に設定されている。
【００２９】
図４（ａ）は、オペアンプ３０の内部回路を入力部について概略的に示すものである。電源とグランドとの間には、電流源４１，ＰＮＰトランジスタ４２ａ，４２ｂよりなる差動対４２及びＮＰＮトランジスタ４３ａ，４３ｂよりなるカレントミラー回路４３が接続されている。差動対４２の非反転入力端子側であるトランジスタ４２ａのベースと電源との間には電流源４４が接続されており、前記ベースとグランドとの間には、３つのＰＮＰトランジスタ４５〜４７のエミッタ−コレクタが接続されている。そして、これらのトランジスタ４５〜４７のベースに、入力電圧Ｆ１〜Ｆ３が与えられる。
【００３０】
一方、差動対４２の反転入力端子側であるトランジスタ４２ｂのベースと電源との間には電流源４８が接続されており、前記ベースとグランドとの間には、ＰＮＰトランジスタ４９のコレクタ−エミッタが接続されている。そして、トランジスタ４９のベースが反転入力端子となり、トランジスタ３２のエミッタに接続されている。以上の構成において、トランジスタ４２ａのベース電位は、入力電圧Ｆ１〜Ｆ３のうち、電圧レベルが最低を示すものを基準にベース−エミッタ間電圧ＶＦを加えたものとなる。
【００３１】
図４（ｂ），（ｃ）は、Ｇセンサ１３ａが出力するセンサ信号の電圧に対する，Ｇセンサユニット１３の出力電圧Ｖｏの変化特性を示す。尚、説明の都合上、検出レンジＧ３をＧ２に置き換えている。この場合、検出レンジと検出感度との関係は以下のように設定されている。
検出レンジ ０−Ｇ１ Ｇ１−Ｇ２ Ｇ２−
検出感度 大 小 ０（フラット）
そして、検出レンジ（０−Ｇ１）は、感度調整部１３ｂの入力電圧Ｆ１に応じて決まり、検出レンジ（Ｇ１−Ｇ２）は入力電圧Ｆ２に応じて、検出レンジ（Ｇ２−）は入力電圧Ｆ３に応じて決まる。
【００３２】
上述した各ミラー比及び抵抗比の設定により、入力電圧Ｆ２の傾きは、入力電圧Ｆ１の傾きに対して１／８となるように設定されている。すなわち、電圧／電流変換部２１が流す電流をＩとし、抵抗素子２７，２９の抵抗値をＲとすると、
Ｆ１＝２Ｒ×４×２×Ｉ＝１６・ＲＩ
Ｆ２＝ Ｒ×２×Ｉ＝２・ＲＩ
であるから、両者の傾き変化比は８：１となっている。尚、可変抵抗素子３３は、入力電圧Ｆ１の傾きを調整するために配置されており、オペアンプ回路３４は、入力電圧Ｆ１〜Ｆ３を電圧／電流変換する作用をなす。
【００３３】
したがって、図４（ｂ）に示すように、入力電圧Ｆ１に応じた一次関数：直線が入力電圧Ｆ２に応じた直線と交差する検出レンジＧ１までは、出力電圧Ｖｏは入力電圧Ｆ１に従って変化し、そこから入力電圧Ｆ２に応じた直線が入力電圧Ｆ３に応じた直線と交差する検出レンジＧ２までは、出力電圧Ｖｏは入力電圧Ｆ２に従って変化する。そして、入力電圧Ｆ３は一定であるから、予め検出レンジＧ２に対応する電圧となるように電流源２８の電流値と抵抗素子２９の抵抗値とを設定しておく。つまり、各検出レンジの上限を示すＧ１，Ｇ２は、感度の変曲点となっている。
また、前後Ｇセンサユニット１２の感度調整部１２ｂも基本的な構成は上記と同様であり、検出レンジ（Ｇ３−Ｇ４）に対応するカレントミラー回路が追加され、オペアンプの非反転入力端子は４入力となる。
【００３４】
次に、本実施例の作用について説明する。センサＥＣＵ１１では、図２１及び図２２ に示す従来構成の前後メイン用Ｇセンサ２，前後セーフィング用Ｇセンサ３，前後用Ｇセンサ７を統合したものが前後Ｇセンサユニット１２に対応し、左右セーフィングセンサ４，左右用加速度センサ８を統合したものが左右Ｇセンサユニット１３に対応する。
すなわち、これらのセンサユニット１２，１３は、それぞれ車体の前後方向について発生する加速度、左右方向について発生する加速度を検出する場合、感度調整部１２ｂ，１３ｂの作用により、検出レンジの高低に応じてセンサ感度が変化するように構成され、加速度が小さい領域では感度が高く、加速度が大きい領域では感度が低くなることから、単一のユニットで加速度を広いレンジについて検出可能となっている。
【００３５】
そして、マイコン１４は、前後Ｇセンサユニット１２及び左右Ｇセンサユニット１３の出力信号を参照することで図示しないエアバッグ装置に対して制御信号を出力し、また、それらに加えてヨーレートセンサ９の出力信号も参照することで、図示しないＥＳＣ装置に対して制御信号を出力する。
【００３６】
以上のように本実施例によれば、センサＥＣＵ１１は、加速度センサ１２ａ，１３ａについて感度調整部１２ｂ，１３ｂを備え、複数のカレントミラー回路２２，２３，２５等が加速度センサ１２ａ，１３ａの出力電圧を変換した電流に基づき倍率が異なるミラー電流をそれぞれ出力すると、オペアンプ回路３４は、各ミラー電流に応じた複数の電圧信号のうち最低レベルを示すものに従い電圧／電流変換を行い、出力段の電流／電圧変換部３５により電圧Ｖｏに再変換してマイコン１４に出力するようにした。
したがって、１つの加速度センサ１２ａ，１３ａにより、感度を順次変化させつつ広いレンジに亘って検出を行うことが可能となり、必要なセンサ数を少なくすることができ、ＥＣＵ１１の外形サイズをより小型にすることができる。そして、マイコン１４は、エアバッグ装置用の制御信号とＥＳＣ装置用の制御信号とを出力するので、各装置を制御するために必要なセンサを統合して１つのモジュールにすることができ、配置スペースを削減することができる。
【００３７】
（第２実施例）
図５は本発明の第２実施例を示すものであり、第１実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分について説明する。第２実施例のセンサＥＣＵ（力学量センサモジュール）５１は、第１実施例の前後Ｇセンサユニット１２と、縦軸ヨーレートセンサ９に相当する縦軸ヨーレートセンサ５２とを統合した、前後Ｇセンサ・ヨーレートセンサユニット５３を備えている。例えば、特開２００４−４１２７号公報には、容量式により構成されるヨーレートセンサ（Ｘ軸，Ｙ軸方向に振動可能に指示された振動子をＸ軸方向に振動させ、Ｚ軸回りに作用する角速度をＹ軸方向の振動に基づいて検出するもの）が開示されている。
【００３８】
上記のような縦軸ヨーレートセンサ５２であれば、容量式の加速度センサと一体に構成することは容易であるため、センサユニット５３の内部に縦軸ヨーレートセンサ５２も含むように構成する。この場合、センサユニット５３は、マイコン１４に対して前後方向加速度の検出信号と角速度検出信号とをそれぞれ出力する。
以上のように構成される第２実施例によれば、センサＥＣＵ５１に、前後Ｇセンサユニット１２と縦軸ヨーレートセンサ５２とを統合したセンサユニット５３を備えるので、ＥＣＵ５１を更に小型化することができる。
【００３９】
（第３実施例）
図６は本発明の第３実施例を示すものであり、第２実施例と異なる部分について説明する。第３実施例のセンサＥＣＵ（力学量センサモジュール）５４は、第２実施例の前後Ｇセンサ・ヨーレートセンサユニット５３に、左右Ｇセンサユニット１３を統合したセンサユニット５５を備えている。この場合、センサユニット５５は、マイコン１４に対して、前後方向，左右方向の加速度検出信号と角速度検出信号とをそれぞれ出力する。
以上のように構成される第３実施例によれば、センサＥＣＵ５４に、センサユニット５３と左右Ｇセンサユニット１３と統合したセンサユニット５５を備えるので、ＥＣＵ５４を更に小型化することができる。
【００４０】
（第４実施例）
図７及び図８は本発明の第４実施例を示すものである。図８は、従来のロールーオーバ抑制装置に対して制御信号を出力するセンサＥＣＵ（力学量センサモジュール）５６の構成例である。センサＥＣＵ５６は、車体の前後軸回りについて発生する角速度を検出する横軸ヨーレートセンサ５７（Ｙ２）と、車体の左右方向，上下方向の加速度をそれぞれ検出する左右セーフィング用Ｇセンサ（Ｇ２）５８，上下セーフィング用Ｇセンサ（Ｇ２）５９と、これらのセンサ５７〜５９より出力されるセンサ信号を参照し、図示しないロールーオーバ抑制装置に制御信号を出力するマイコン６０とを備えている。
【００４１】
そして、図７に示す第４実施例のセンサＥＣＵ（力学量センサモジュール）６１は、エアバッグ制御用の前後メイン用Ｇセンサ２と、前後セーフィング用Ｇセンサ３とを統合した前後Ｇセンサユニット６２（Ｇ３，Ｇ４）と、左右セーフィング用Ｇセンサ４と上記左右セーフィング用Ｇセンサ５８とを統合した左右Ｇセンサユニット６３（Ｇ２，Ｇ３）と、横軸ヨーレートセンサ５７，上下セーフィング用Ｇセンサ５９とを備えて構成されている。
【００４２】
Ｇセンサユニット６２，６３は、第１実施例と同様に、Ｇセンサ６２ａ，６３ａと感度調整部６２ｂ，６３ｂとを備えており、感度調整部６２ｂ，６３ｂによって加速度の検出レンジ（Ｇ３−Ｇ４），（Ｇ２−Ｇ３）に応じた感度の変化を付与するようになっている。そして、マイコン６４は、Ｇセンサユニット６２，６３並びにセンサ５７，５９が出力する各種センサ信号を参照し、エアバッグ装置とロールーオーバ抑制装置に制御信号を出力する。
【００４３】
以上のように構成される第４実施例によれば、センサＥＣＵ６１は、前後Ｇセンサユニット６２，左右Ｇセンサユニット６３に加え、上下セーフィング用Ｇセンサ５９，横軸ヨーレートセンサ５７を備え、マイコン６４は、エアバッグ装置用の制御信号とロールオーバ抑制装置用の制御信号とを出力するので、これらの装置を制御するために必要なセンサを統合して配置スペースを削減することができる。
【００４４】
（第５実施例）
図９は本発明の第５実施例を示すものであり、第４実施例と異なる部分について説明する。第５実施例のセンサＥＣＵ（力学量センサモジュール）６５は、第４実施例の前後Ｇセンサユニット６２，左右Ｇセンサユニット６３を統合した前後・左右Ｇセンサユニット６６（Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４）を備えており、Ｇセンサユニット６６は、マイコン６４に対して前後方向の加速度検出信号と、左右方向の加速度検出信号とを出力する。
以上のように構成される第５実施例によれば、センサＥＣＵ６５に、前後Ｇセンサユニット６２，左右Ｇセンサユニット６３を統合したＧセンサユニット６６を備えるので、センサＥＣＵ６５を更に小型化することができる。
【００４５】
（第６実施例）
図１０は本発明の第６実施例を示すものであり、第５実施例と異なる部分について説明する。第６実施例のセンサＥＣＵ（力学量センサモジュール）６７は、第５実施例の前後・左右Ｇセンサユニット６６に、上下セーフィング用Ｇセンサ５９，横軸ヨーレートセンサ５７を統合したセンサユニット６８を備えている。尚、横軸ヨーレートセンサ５７は、縦軸ヨーレートセンサ５２と同様に容量式で構成されるヨーレートセンサ５７’に置き換えられている。センサユニット６８は、マイコン６４に対して、前後・左右・上下各方向の加速度検出信号と、角速度検出信号とを出力する。以上のように構成される第６実施例によれば、センサＥＣＵ６７を一層小型に構成することができる。
【００４６】
（第７実施例）
図１１は本発明の第７実施例を示すものである。第７実施例のセンサＥＣＵ（力学量センサモジュール）７１は、第１実施例の前後Ｇセンサユニット１２と、左右Ｇセンサユニット１３と、図８に示す左右セーフィング用Ｇセンサ５８とを統合した左右Ｇセンサユニット７２（Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３）と、第４実施例の上下セーフィング用Ｇセンサ５９と、縦軸ヨーレートセンサ９と横軸ヨーレートセンサ５７とを統合したヨーレートセンサユニット７３とを備えている。左右Ｇセンサユニット７２は、Ｇセンサ７２ａと感度調整部７２ｂとで構成されている。
そして、マイコン７４は、これらのセンサユニット１２，７２，７３並びにセンサ５９より出力される各種センサ信号を参照することで、エアバッグ装置，ＥＳＣ装置，ロールオーバ抑制装置に制御信号を出力する。
【００４７】
また、車両の駐車時（ＩＧ：ＯＦＦ）において、センサＥＣＵ７１がバッテリ電源＋Ｂが直接供給されるラインにより動作している場合（＋Ｂ動作時）に、前後Ｇセンサユニット１２が検出する加速度信号（Ｇ１）と、左右Ｇセンサユニット７２が検出する加速度信号（Ｇ１）とが与えられると、マイコン７４が、図示しない車両盗難防止装置に対してセキュリティ用傾斜信号を出力することも可能である。すなわち、駐車時に車両の盗難が行われる場合には、車体に対して通常よりも大きな外力が加わるため、それを検出することで盗難防止に利用しても良い。
【００４８】
以上のように構成される第７実施例によれば、センサＥＣＵ７１は、前後Ｇセンサユニット１２と、左右Ｇセンサユニット７２と、上下セーフィング用Ｇセンサ５９と、ヨーレートセンサユニット７３とを備えるので、エアバッグ装置，ＥＳＣ装置，ロールオーバ抑制装置に制御信号を出力することができ、ＥＣＵ７１を一層小型化することができる。また、車両盗難防止装置に対して車体の傾斜信号も出力することで、各装置に応じて必要となるセンサを配置するスペースを更に削減することができる。
【００４９】
（第８実施例）
図１２は本発明の第８実施例を示すものであり、第７実施例と異なる部分について説明する。第８実施例のセンサＥＣＵ（力学量センサモジュール）７５は、第７実施例の前後Ｇセンサユニット１２と、ヨーレートセンサユニット７３（但し、ヨーレートセンサ９，５７は５２，５７’に置き換えられている）とを統合したセンサユニット７６（Ｇ１，Ｇ３，Ｇ４／Ｙ１，Ｙ２）を備えており、センサユニット７６は、前後方向の加速度検出信号と、縦軸周り，横軸周りの角速度検出信号とをマイコン７４に出力する。以上のように構成される第８実施例によれば、４つの装置に対して制御信号を出力するセンサＥＣＵ７５を、一層小型に構成することができる。
【００５０】
（第９実施例）
図１３は本発明の第９実施例を示すものであり、第８実施例と異なる部分について説明する。第９実施例のセンサＥＣＵ（力学量センサモジュール）７７は、第８実施例のセンサユニット７６と、左右Ｇセンサユニット７２とを統合したセンサユニット７８を備えており、センサユニット７８は、前後方向，左右方向の加速度検出信号と、縦軸周り，横軸周りの角速度検出信号とをマイコン７４に出力する。以上のように構成される第９実施例によれば、４つの装置に対して制御信号を出力するセンサＥＣＵ７７を、一層小型に構成することができる。
【００５１】
（第１０実施例）
図１４は本発明の第１０実施例を示すものであり、第９実施例と異なる部分について説明する。第１０実施例のセンサＥＣＵ（力学量センサモジュール）７９は、第９実施例のセンサユニット７８と、上下Ｇセンサユニット５９とを統合したセンサユニット８０を備えており、センサユニット８０は、前後方向，左右方向，上下方向の加速度検出信号と、縦軸周り，横軸周りの角速度検出信号とをマイコン７４に出力する。以上のように構成される第１０実施例によれば、４つの装置に対して制御信号を出力するセンサＥＣＵ７９を、一層小型に構成することができる。
【００５２】
（第１１実施例）
図１５は本発明の第１１実施例を示すものである。第１１実施例は、容量式のＧセンサについて、例えば特開平５−１７２８４４号公報に開示されているようなサーボ制御が適用可能に構成されている場合、そのサーボ制御を利用して感度を変更する。Ｇセンサ８１は、２つの固定電極８２，８３の間に可動電極８４が配置されており、サーボ制御部８５は、固定電極８２，８３の間に電圧を印加することでサーボ制御を行うものである。
【００５３】
この場合、例えば検出レンジ（０−Ｇ１）ではサーボ制御を行うことなく、可動電極８４を印加される加速度に応じて変位させ、容量変化に応じて高い感度で検出を行う。そして、検出レンジがＧ１を超える領域では、サーボ制御部８５が固定電極８２，８３間に電圧を印加することで可動電極８４に所定の静電力を作用させる。すると、可動電極８４は、印加される加速度に応じた慣性力と静電力との差に応じた分だけ変位するので、その際に、固定電極８２，８３に印加した電圧と、可動電極８４の制御電圧との差に基づいて加速度を検出することができる。またこの時、可動電極８４をサーボ制御することで、等価的にセンサ感度を低下させることになる。
【００５４】
以上のように構成される第１１実施例によれば、Ｇセンサ８１を、固定電極８２，８３に対する可動電極８４の変位状態に応じて加速度検出を行うと共に、可動電極８４に対するサーボ制御が可能となる構成とし、サーボ制御における制御電圧の印加レベルを調整することで検出レンジの高低に応じて感度を変化させるので、検出感度を順次変化させつつ広いレンジに亘って検出を行うことが可能となり、必要なセンサ数を少なくすることができ、Ｇセンサ８１を用いて構成するセンサＥＣＵの外形サイズを、より小型にすることができる。
【００５５】
（第１２実施例）
図１６は本発明の第１２実施例を示すものである。第１２実施例は、第１実施例の感度調整部１３ｂの構成を利用して感動調整を行うための異なる方式を示す。第１実施例では、１つのＧセンサ１３ａが出力するセンサ信号を元に、感度調整部１３ｂが感度を変更するようにしたが、第１２実施例では、オペアンプ３０の３つの非反転入力端子に、感度設定が異なる３つのＧセンサ８６，８７，８８（サブセンサ）を接続する。そして、オペアンプ３０以降の構成部分は第１実施例と同様であり、当該部分が感度調整部８９を構成しており、Ｇセンサ８６，８７，８８と感度調整部８９とがセンサユニット９０を構成している。
【００５６】
斯様に構成すれば、感度調整部８９は、第１実施例と同様に、３つのＧセンサ８６，８７，８８が並行して出力するセンサ信号のうち、電圧レベルが最低を示すものに基づいて電圧／電流変換を行うので、結果として、検出レンジの高低に応じて感度を順次変化させることができる。尚、検出レンジが上限しきい値を超えた場合に、出力電圧Ｖｏを第１実施例と同様にフラットにする必要がある場合は、第１実施例の電流源２８及び抵抗素子２９の直列回路も別途加えれば良い。
【００５７】
以上のように構成される第１２実施例によれば、検出レンジの高低に応じて感度が異なる複数のＧセンサ８６，８７，８８を用い、オペアンプ回路３４は、これらのＧセンサ８６〜８８が出力する複数のセンサ信号のうち、最低レベルを示すものに従い電圧／電流変換を行うので、センサユニット９０を用いてセンサＥＣＵを構成する場合に必要なスペースを、従来よりも削減することができる。
【００５８】
（第１３実施例）
図１７は本発明の第１３実施例を示すものである。第１３実施例は、例えば１つのＧセンサを用いて、マイコンがそのセンサ信号を例えば１６ビットでＡ／Ｄ変換する際に、変換したデータ値に応じて検出レンジを分けることで、１つのＧセンサが検出する加速度の対象が何であるのかを判定し分ける。
【００５９】
例えば図１７に示すように、１６ビットデータの上位６ビット（第１５〜第１０ビット）が「０」であれば低レベル加速度、上位３ビット（第１５〜第１３ビット）が「０」であれば中レベル加速度、第１３ビットが「１」であれば高レベル加速度であるとして、低レベル加速度はＥＳＣ用前後センサ７（Ｇ１）、中レベル加速度は前後セーフィング用センサ３（Ｇ３）、高レベル加速度は前後メイン用Ｇセンサ２（Ｇ４）に対応させる。
【００６０】
この場合、高レベルと中レベルの間、中レベルと低レベルとの間のデータ値（両者の境界）は必ずしもオーバーラップさせる必要はない。例えば、高レベル，低レベルで上位，下位８ビットずつ２分しても良いし、第１３ビット〜第４ビットは中レベルとして、それより上，下はそれぞれ高レベル，低レベルとしても良い。
以上のように構成すれば、１つのＧセンサが出力するセンサ信号のレンジをマイコンが判定し分けることにより、加速度の検出対象を判別することができる。
【００６１】
（第１４〜第１６実施例）
図１８〜図２０は本発明の第１４〜第１６実施例であり、これらは検出レンジに応じた感度設定のバリエーションを示す。図１８（第１４実施例）は感度切り替えの変曲点をＧ１，Ｇ４の２点とした場合であり、図１９（第１５実施例）は変曲点をＧ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４の４点とした場合である。また、図２０（第１６実施例）は、ヨーレートセンサについても感度調整部を設けて感度切り替えを行い、変曲点をＹ１，Ｙ２の２点とした場合である。これらのように、感度切り替えを何段階で行うかは、個別の設計に応じて適宜変更すれば良い。
【００６２】
本発明は上記且つ図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、以下のような変形または拡張が可能である。
変曲点を跨いでセンサの感度を切替える場合に、センサの検出信号の電圧上昇時，下降時とで、それぞれ現在の検出レンジ−感度に応じた電圧を発生させている構成をそのまま機能させて、感度の切り替わりで出力電圧に大きな変動が生じることを抑制しても良い。例えば変曲点Ｇ１について、上昇時は電圧Ｆ１の特性が（Ｇ１＋α）まで、下降時は電圧Ｆ２の特性が（Ｇ１−β）まで継続するように制御しても良い。
感度調整部を、マイコンの内部に設けても良い。
センサＥＣＵは、必ずしも通信を使用する必要はなく、エアバッグ装置等に対して制御信号を直接出力しても良い。
加速度センサや角速度センサ以外の力学量センサを統合して、モジュールを構成しても良い。
制御信号を出力する対象の装置は、エアバッグ装置，ＥＳＣ装置、ロールオーバ抑制装置や車両盗難防止装置に限ることはない。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の第１実施例であり、センサＥＣＵの構成を示す図
【図２】左右Ｇセンサユニットの出力電圧特性を示す図
【図３】左右Ｇセンサユニットの構成を、感度調整部について詳細に示す図
【図４】（ａ）はオペアンプ内の入力部を概略的に示す図、（ｂ），（ｃ）はＧセンサの出力信号に対する出力電圧Ｖｏの変化特性を示す図
【図５】本発明の第２実施例を示す図１相当図
【図６】本発明の第３実施例を示す図１相当図
【図７】本発明の第４実施例を示す図１相当図
【図８】ロールーオーバ抑制装置に制御信号を出力するセンサＥＣＵの従来構成図
【図９】本発明の第５実施例を示す図１相当図
【図１０】本発明の第６実施例を示す図１相当図
【図１１】本発明の第７実施例を示す図１相当図
【図１２】本発明の第８実施例を示す図１相当図
【図１３】本発明の第９実施例を示す図１相当図
【図１４】本発明の第１０実施例を示す図１相当図
【図１５】本発明の第１１実施例であり、サーボ制御が適用可能に構成される容量式Ｇセンサを示す図
【図１６】本発明の第１２実施例を示す図３相当図
【図１７】本発明の第１３実施例であり、Ｇセンサ信号のＡ／Ｄ変換データを示す図
【図１８】本発明の第１４実施例を示す図２相当図
【図１９】本発明の第１５実施例を示す図２相当図
【図２０】本発明の第１６実施例であり、ヨーレートセンサユニットについての図２相当図
【図２１】従来技術を示す図１相当図（その１）
【図２２】従来技術を示す図１相当図（その２）
【符号の説明】
【００６４】
図面中、９は縦軸ヨーレートセンサ（角速度センサ）、１１はセンサＥＣＵ（力学量センサモジュール）、１２は前後Ｇセンサユニット、１２ａはＧセンサ（加速度センサ）、１２ｂは感度調整部、１３は左右Ｇセンサユニット、１３ａはＧセンサ、１３ｂは感度調整部、１４はマイクロコンピュータ、２１は電圧／電流変換部、２２，２３，２５はカレントミラー回路、３４はオペアンプ回路、３５は電流／電圧変換部、５１はセンサＥＣＵ（力学量センサモジュール）、５２は縦軸ヨーレートセンサ、５３は前後Ｇ／ヨーレートセンサユニット、５４はセンサＥＣＵ（力学量センサモジュール）、５５はセンサユニット、５６はセンサＥＣＵ（力学量センサモジュール）、５７，５７’は横軸ヨーレートセンサ、５８は左右セーフィング用Ｇセンサ、５９は上下セーフィング用Ｇセンサ、６１はセンサＥＣＵ（力学量センサモジュール）、６２は前後Ｇセンサユニット、６３は左右Ｇセンサユニット、６４はマイクロコンピュータ、６５はセンサＥＣＵ（力学量センサモジュール）、６６はＧセンサユニット、６７はセンサＥＣＵ（力学量センサモジュール）、６８はセンサユニット、７１はセンサＥＣＵ（力学量センサモジュール）、７３はヨーレートセンサユニット、７４はマイクロコンピュータ、７５はセンサＥＣＵ（力学量センサモジュール）、７６はセンサユニット、７７はセンサＥＣＵ（力学量センサモジュール）、７８はセンサユニット、７９はセンサＥＣＵ（力学量センサモジュール）、８０はセンサユニット、８１はＧセンサ、８２，８３は固定電極、８４は可動電極、８５はサーボ制御部、８６〜８８はＧセンサ（サブセンサ）、８９は感度調整部、９０はセンサユニットを示す。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載される力学量センサと、センサ信号の処理を行うマイクロコンピュータとを備える力学量センサモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両には、加速度センサ（Ｇセンサ）や角速度センサ（ヨーレートセンサ）などの力学量センサが複数使用されている。例えば、図２１に示すように、エアバッグ装置を制御するセンサＥＣＵ（Electronic Control Unit）１には、衝突が発生した場合、車両の前後方向に加わる強い衝撃（例えば５０Ｇ程度）を検出する前後メイン用Ｇセンサ２，前後方向の衝突時においてより低いレベル（例えば２０Ｇ程度）で加速度を検出し、予備的に通電経路を閉じるための前後セーフィング用Ｇセンサ３，同様に左右方向の衝突時（例えば２０Ｇ程度）に対応する左右セーフィング用Ｇセンサ４等を備え、これらのセンサ２〜４のセンサ信号は、マイクロコンピュータ５に出力される。尚、センサ２〜４について示すＧ４，Ｇ３，Ｇ３は、各センサの検出レンジを示している。
【０００３】
また、図２２に示すＥＳＣ（Electronic Stability Control）装置用のセンサＥＣＵ６には、車両の左右，前後の各方向について２Ｇ程度の加速度を検出する左右用Ｇセンサ７（レンジＧ１），前後用Ｇセンサ８（使用しない構成もある，レンジＧ１）に加え、車体の垂直軸回りについて発生する角速度を検出する縦軸ヨーレートセンサ９（レンジＹ１）を備え、これらのセンサ７〜９のセンサ信号は、マイクロコンピュータ１０に出力される。尚、検出レンジの大小関係は（Ｇ１＜Ｇ３＜Ｇ４）となっている。
すなわち、エアバッグ装置とＥＳＣ装置とはそれぞれシステムが異なるため、各システムに使用されるセンサ，またはそれらを含むＥＣＵは個別に設けられており、より多くの配置スペースが必要となっている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、車両の進行方向，幅方向に沿った加速度を検出する前後Ｇセンサ，左右Ｇセンサやヨーレートセンサ、車両衝突時の大きな加速度を検出して衝突トリガー信号を発生させる衝突Ｇセンサ、車内ＬＡＮ用のバスコントローラ、車両の運行状態を示すデータを記憶するメモリやワンチップマイコンを集約したセンサ装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−２９１６７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のセンサ装置においても、前後Ｇセンサと衝突Ｇセンサとは、加速度の検出方向が略同じであるが、加速度の検出レンジや検出感度の設定が異なるためこれらを統合することはできず、小型化に限界があった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、検出レンジや検出感度が異なる複数の力学量センサを統合することで、より小型化を図ることができる力学量センサモジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の力学量センサモジュールによれば、車両に搭載される加速度センサ及び角速度センサと各センサ信号の処理を行うマイクロコンピュータとを備える場合、前記センサの少なくとも１つにつき、検出レンジの高低に応じて感度を変化させる感度調整部を備える。感度調整部では、複数のカレントミラー回路が力学量センサの出力電圧を変換した電流に基づき倍率が異なるミラー電流をそれぞれ出力すると、オペアンプ回路が、各ミラー電流に応じた複数の電圧信号のうち最低レベルを示すものに従い電圧／電流変換を行う。すると、出力部は、変換された電流信号を電圧に変換してマイクロコンピュータに出力する。
【０００７】
この場合、１つの力学量センサの出力信号が変化すると、複数のミラー電流がそれぞれ異なる倍率の設定に応じて変化するが、それらの変化率は力学量センサの感度に対応する。そして、１つのセンサで広い検出レンジをカバーすることを想定すると、そのセンサの感度は、検出対象とする力学量の値が小さい領域では高く、大きい領域では低くなることが望ましい。オペアンプ回路は、与えられる複数の電圧信号のうち最低レベルを示すものを電流に変換するので、１つのセンサ信号に基づいて複数のミラー電流が並行して流れそれぞれが異なる変化を呈した場合でも、倍率が大きいミラー電流に対応する電圧信号はより早く上昇し、倍率が小さいミラー電流に対応する電圧信号はより遅く上昇する。
【０００８】
その結果、オペアンプ回路は、力学量センサの出力信号レベルが低い領域から高い領域に移行するのに伴い、倍率の設定が大きいものから小さいものに順次移行しつつ電圧／電流変換を行うことになる。したがって、１つの力学量センサによって、検出感度を順次変化させつつ広いレンジに亘って検出を行うことが可能となり、必要なセンサ数を減らすことができ、モジュールの外形サイズをより小型にすることができる。
【０００９】
請求項２記載の力学量センサモジュールによれば、車両に搭載される加速度センサ及び角速度センサと各センサ信号の処理を行うマイクロコンピュータとを備える場合、前記センサの少なくとも１つは、固定電極に対する可動電極の変位状態に応じて検出を行うと共に可動電極に対するサーボ制御が可能となる構成とし、サーボ制御における制御電圧の印加レベルを調整することで、検出レンジの高低に応じて感度を変化させる。
ここで言う「サーボ制御」とは、例えば特開平５−１７２８４４号公報に開示されているように、２つの固定電極の間に位置する可動電極が検出対象とする力学量に応じて変位した場合に、各固定電極との空隙変化量に応じた電圧を各固定電極に印加して力学量と静電気力とを平衡させることで、上記印加電圧に、検出対象とする力学量を反映させる制御を示す。
【００１０】
すなわち、上記のサーボ制御を利用して、力学量センサの可動電極，固定電極の間に静電気力を作用させれば、それによりセンサの感度を調整することが可能となる。したがって、１つの力学量センサにより、検出感度を順次変化させつつ広いレンジに亘って検出を行うことが可能となり、必要なセンサ数を減らすことができ、モジュールの外形サイズをより小型にすることができる。
【００１１】
請求項３記載の力学量センサモジュールによれば、車両に搭載される加速度センサ及び角速度センサと各センサ信号の処理を行うマイクロコンピュータとを備える場合、前記センサの少なくとも１つにつき、検出レンジの高低に応じて感度が異なる複数のサブセンサを用意する。そして、オペアンプ回路は、各サブセンサが出力する複数のセンサ信号のうち、最低レベルを示すものに従い電圧／電流変換を行い、出力部は、変換された電流信号を電圧に変換してマイクロコンピュータに出力する。
すなわち、広い検出レンジをカバーするために複数のサブセンサを用いるとしても、それらのセンサ信号を、請求項１と同様な共通のオペアンプ回路により統合的に処理することができるため、トータルでは必要なスペースを、従来構成よりも削減することが可能となる。
【００１２】
請求項４記載の力学量センサモジュールによれば、車体の前後方向に加わる加速度を検出する前後加速度センサ，車体の左右方向に加わる加速度を検出する左右加速度センサ，車体の垂直軸回りについて発生する角速度を検出する縦軸ヨーレートセンサを備え、マイクロコンピュータが、エアバッグ装置用の制御信号とＥＳＣ装置用の制御信号とを出力するように構成する。したがって、エアバッグ装置とＥＳＣ装置とを制御するために必要な力学量センサを統合して１つのモジュールにすることができ、複数のセンサを配置するために必要なスペースを削減できる。
【００１３】
請求項５記載の力学量センサモジュールによれば、請求項４と同様の前後加速度センサ，左右加速度センサに加え、車体の上下方向に加わる加速度を検出する上下加速度センサ，車体の前後軸回りについて発生する角速度を検出する横軸ヨーレートセンサを備え、マイクロコンピュータは、エアバッグ装置用の制御信号とロールオーバ抑制装置用の制御信号とを出力するように構成する。したがって、エアバッグ装置とロールオーバ抑制装置とを制御するために必要な力学量センサを統合して１つのモジュールにできる。
【００１４】
請求項６記載の力学量センサモジュールによれば、前後加速度センサと、ヨーレートセンサとを統合する。すなわち、ヨーレートセンサを加速度センサと同様の検出方式で構成すれば両者を統合することができるので、各センサを配置するために必要なスペースを削減できる。
【００１５】
請求項７記載の力学量センサモジュールによれば、前後加速度センサと、左右加速度センサと、ヨーレートセンサとを統合するので、請求項６と同様に、ヨーレートセンサを加速度センサと同様の検出方式で構成すれば３つのセンサを統合することができ、それらを配置するために必要なスペースを削減できる。
【００１６】
請求項８記載の力学量センサモジュールによれば、請求項４，６，７の何れかの構成について、請求項５と同様の上下加速度センサ並びに横軸ヨーレートセンサを備え、縦軸ヨーレートセンサと横軸ヨーレートセンサとを統合し、マイクロコンピュータは、ロールオーバ抑制装置用の制御信号も出力するように構成する。したがって、３つの装置に対応する制御信号を１つのモジュールによって出力可能となり、多くのセンサを配置するのに必要なスペースを大きく削減できる。
【００１７】
請求項９記載の力学量センサモジュールによれば、請求項８の構成について、上下加速度センサを、その他のセンサと統合するので、全ての力学量センサを統合して、配置に必要なスペースを一層削減できる。
【００１８】
請求項１０記載の力学量センサモジュールによれば、マイクロコンピュータは、車両盗難防止装置に対して車体の傾斜信号も出力するように構成する。すなわち、車両の盗難が発生する場合には、車体に対して通常とは異なるレベルで外力が加わることが多い。そして、複数の方向について加速度を検出するセンサを備えていれば、それらの検出状態に基づいて車体に過剰な外力が加わったことが判定できる。したがって、セキュリティ装置に対応する制御信号も出力可能となり、配置に必要なスペースを一層削減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
（第１実施例）
以下、本発明の第１実施例について図１乃至図４を参照して説明する。尚、図２１，図２２と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分について説明する。図１は、２つのセンサＥＣＵ１，６の機能を統合することで、エアバッグ装置とＥＳＣ装置との双方に制御信号を出力可能としたセンサＥＣＵ（力学量センサモジュール）１１の構成を示すものである。センサＥＣＵ１１は、車両の前後方向に加わる加速度を検出する前後Ｇセンサユニット１２，車両の左右方向（幅方向）に加わる加速度を検出する左右Ｇセンサユニット１３と、ヨーレートセンサ９とを備え、これらのＧセンサユニット１２，１３並びにヨーレートセンサ９のセンサ信号は、マイクロコンピュータ１４に出力される。
マイコン１４は、具体的には図示しないが、ＣＰＵやＲＯＭ，ＲＡＭ，車内ＬＡＮなどの通信用インターフェイス等も備えており、Ｇセンサユニット１２，１３やヨーレートセンサ９より出力されるセンサ信号に応じて、エアバッグ装置やＥＳＣ装置に制御信号を送信する。
【００２０】
前後Ｇセンサユニット１２は、Ｇセンサ１２ａ（センサチップ）と感度調整部１２ｂとで構成され、図２に示すように、検出レンジがＧ１，Ｇ３，Ｇ４まで対応可能となっている。左右Ｇセンサ１３も同様に、Ｇセンサ１３ａと感度調整部１３ｂとで構成され、検出レンジがＧ１，Ｇ３まで対応するようになっている。
例えば前後Ｇセンサユニット１２のセンサ感度、すなわち、Ｇセンサ１２ａが出力するセンサ信号の変化に対するＧセンサユニット１２の出力信号のＶｏ傾きは、感度調整部１２ｂにより、Ｇセンサ１２ａの検出レンジに応じて
検出レンジ ０−Ｇ１ Ｇ１−Ｇ３ Ｇ３−Ｇ４ Ｇ４−
検出感度 大 中 小 ０（フラット）
と変化するように設定されている。左右Ｇセンサユニット１３のセンサ感度についても、感度調整部１３ｂにより、０−Ｇ１−Ｇ３の範囲で上記と同様に変化する。
【００２１】
尚、Ｇセンサ１２ａ，１３ａは、例えば周知の容量式の加速度センサとして構成されている。すなわち、加速度が発生していない状態における固定電極と可動電極との距離ｄについて容量Ｃｏ（＝εＳ／ｄ：εは誘電率，Ｓは電極対向面積）が定まる場合に、加速度ａが発生すると可動部の質量ｍに応じた慣性力ｍａが加わり、電極間距離はΔｄ（＝ｍａ／ｋ：ｋは所定の係数）だけ縮まる。すると、それに伴う静電容量変化ΔＣは、
ΔＣ＝２Ｃｏ・Δｄ／（ｄ２−Δｄ２）
となる。そして、上記容量変化ΔＣにより加速度ａが求められる。
【００２２】
図３は、左右Ｇセンサユニット１３の構成を、感度調整部１３ｂについて詳細に示すものである。感度調整部１３ｂの入力段には、Ｇセンサ１３ａが出力する電圧信号を電流に変換する電圧／電流変換部（Ｖ／Ｉ）２１と、カレントミラー回路２２とが配置されている。カレントミラー回路２２は、エミッタがグランドに接続されるＮＰＮトランジスタ２２ａ，２２ｂ（及び後述する２２ｃ）で構成されており、両者のベースはトランジスタ２２ａのコレクタに接続され、電圧／電流変換部２１は、電源Ｖｃとトランジスタ２２ａのコレクタとの間に挿入されている。
【００２３】
次段には、カレントミラー回路２３が配置されている。カレントミラー回路２３は、エミッタが電源Ｖｃに接続されるＰＮＰトランジスタ２３ａ，２３ｂで構成されており、両者のベースはトランジスタ２３ａのコレクタに接続され、そのコレクタは、トランジスタ２２ｂのコレクタに接続されている。トランジスタ２３ｂのコレクタは、抵抗素子２４を介してグランドに接続されている。
【００２４】
カレントミラー回路２３の次段には、同様にＰＮＰトランジスタ２５ａ，２５ｂで構成されるカレントミラー回路２５が配置されており、両者のベースはトランジスタ２５ａのコレクタに接続され、そのコレクタは、ＮＰＮトランジスタ２２ｃのコレクタに接続されている。トランジスタ２２ｃのベースは、ミラー対をなすトランジスタ２２ａのベースに接続されている。トランジスタ２５ｂのコレクタは、抵抗素子２７を介してグランドに接続されている。
【００２５】
カレントミラー回路２５の次段には、電流源２８及び抵抗素子２９の直列回路が並列に接続されており、その直列回路の共通接続点（Ｆ３）は、オペアンプ３０が備えている３つの非反転入力端子の１つに接続されている。非反転入力端子の他の２つは、トランジスタ２３ｂ，２５ｂのコレクタ（Ｆ１，Ｆ２）にそれぞれ接続されている。
【００２６】
オペアンプ３０の次段には、ＰＮＰトランジスタ３１ａ，３１ｂで構成されるカレントミラー回路３１が配置されており、両者のベースはトランジスタ３１ａのコレクタに接続され、そのコレクタは、ＮＰＮトランジスタ３２のコレクタに接続されている。トランジスタ３２のエミッタは、オペアンプ３０の反転入力端子に接続されていると共に、可変抵抗素子３３を介してグランドに接続され、ベースは、オペアンプ３０の出力端子に接続されている。尚、オペアンプ３０，トランジスタ３２及び抵抗素子３３は、オペアンプ回路３４を構成している。
【００２７】
トランジスタ３１ｂのコレクタは、出力段となる電流／電圧変換部（Ｉ／Ｖ，出力部）３４を介してグランドに接続されており、電流／電圧変換部３５より出力される電圧がセンサユニット１３の出力電圧Ｖｏとなる。
【００２８】
ここで、各カレントミラー回路２２，２３，２５，３１のミラー比は、例えば以下のように設定されている。
カレントミラー回路２２ａ：２２ｂ ミラー比１：４
カレントミラー回路２２ａ：２２ｃ ミラー比１：１
カレントミラー回路２３，２５ ミラー比１：２
カレントミラー回路３１ ミラー比１：１
また、抵抗素子２４，２７，２９の抵抗比は、例えば２：１：１に設定されている。
【００２９】
図４（ａ）は、オペアンプ３０の内部回路を入力部について概略的に示すものである。電源とグランドとの間には、電流源４１，ＰＮＰトランジスタ４２ａ，４２ｂよりなる差動対４２及びＮＰＮトランジスタ４３ａ，４３ｂよりなるカレントミラー回路４３が接続されている。差動対４２の非反転入力端子側であるトランジスタ４２ａのベースと電源との間には電流源４４が接続されており、前記ベースとグランドとの間には、３つのＰＮＰトランジスタ４５〜４７のエミッタ−コレクタが接続されている。そして、これらのトランジスタ４５〜４７のベースに、入力電圧Ｆ１〜Ｆ３が与えられる。
【００３０】
一方、差動対４２の反転入力端子側であるトランジスタ４２ｂのベースと電源との間には電流源４８が接続されており、前記ベースとグランドとの間には、ＰＮＰトランジスタ４９のコレクタ−エミッタが接続されている。そして、トランジスタ４９のベースが反転入力端子となり、トランジスタ３２のエミッタに接続されている。以上の構成において、トランジスタ４２ａのベース電位は、入力電圧Ｆ１〜Ｆ３のうち、電圧レベルが最低を示すものを基準にベース−エミッタ間電圧ＶＦを加えたものとなる。
【００３１】
図４（ｂ），（ｃ）は、Ｇセンサ１３ａが出力するセンサ信号の電圧に対する，Ｇセンサユニット１３の出力電圧Ｖｏの変化特性を示す。尚、説明の都合上、検出レンジＧ３をＧ２に置き換えている。この場合、検出レンジと検出感度との関係は以下のように設定されている。
検出レンジ ０−Ｇ１ Ｇ１−Ｇ２ Ｇ２−
検出感度 大 小 ０（フラット）
そして、検出レンジ（０−Ｇ１）は、感度調整部１３ｂの入力電圧Ｆ１に応じて決まり、検出レンジ（Ｇ１−Ｇ２）は入力電圧Ｆ２に応じて、検出レンジ（Ｇ２−）は入力電圧Ｆ３に応じて決まる。
【００３２】
上述した各ミラー比及び抵抗比の設定により、入力電圧Ｆ２の傾きは、入力電圧Ｆ１の傾きに対して１／８となるように設定されている。すなわち、電圧／電流変換部２１が流す電流をＩとし、抵抗素子２７，２９の抵抗値をＲとすると、
Ｆ１＝２Ｒ×４×２×Ｉ＝１６・ＲＩ
Ｆ２＝ Ｒ×２×Ｉ＝２・ＲＩ
であるから、両者の傾き変化比は８：１となっている。尚、可変抵抗素子３３は、入力電圧Ｆ１の傾きを調整するために配置されており、オペアンプ回路３４は、入力電圧Ｆ１〜Ｆ３を電圧／電流変換する作用をなす。
【００３３】
したがって、図４（ｂ）に示すように、入力電圧Ｆ１に応じた一次関数：直線が入力電圧Ｆ２に応じた直線と交差する検出レンジＧ１までは、出力電圧Ｖｏは入力電圧Ｆ１に従って変化し、そこから入力電圧Ｆ２に応じた直線が入力電圧Ｆ３に応じた直線と交差する検出レンジＧ２までは、出力電圧Ｖｏは入力電圧Ｆ２に従って変化する。そして、入力電圧Ｆ３は一定であるから、予め検出レンジＧ２に対応する電圧となるように電流源２８の電流値と抵抗素子２９の抵抗値とを設定しておく。つまり、各検出レンジの上限を示すＧ１，Ｇ２は、感度の変曲点となっている。
また、前後Ｇセンサユニット１２の感度調整部１２ｂも基本的な構成は上記と同様であり、検出レンジ（Ｇ３−Ｇ４）に対応するカレントミラー回路が追加され、オペアンプの非反転入力端子は４入力となる。
【００３４】
次に、本実施例の作用について説明する。センサＥＣＵ１１では、図２１及び図２２ に示す従来構成の前後メイン用Ｇセンサ２，前後セーフィング用Ｇセンサ３，前後用Ｇセンサ７を統合したものが前後Ｇセンサユニット１２に対応し、左右セーフィングセンサ４，左右用加速度センサ８を統合したものが左右Ｇセンサユニット１３に対応する。
すなわち、これらのセンサユニット１２，１３は、それぞれ車体の前後方向について発生する加速度、左右方向について発生する加速度を検出する場合、感度調整部１２ｂ，１３ｂの作用により、検出レンジの高低に応じてセンサ感度が変化するように構成され、加速度が小さい領域では感度が高く、加速度が大きい領域では感度が低くなることから、単一のユニットで加速度を広いレンジについて検出可能となっている。
【００３５】
そして、マイコン１４は、前後Ｇセンサユニット１２及び左右Ｇセンサユニット１３の出力信号を参照することで図示しないエアバッグ装置に対して制御信号を出力し、また、それらに加えてヨーレートセンサ９の出力信号も参照することで、図示しないＥＳＣ装置に対して制御信号を出力する。
【００３６】
以上のように本実施例によれば、センサＥＣＵ１１は、加速度センサ１２ａ，１３ａについて感度調整部１２ｂ，１３ｂを備え、複数のカレントミラー回路２２，２３，２５等が加速度センサ１２ａ，１３ａの出力電圧を変換した電流に基づき倍率が異なるミラー電流をそれぞれ出力すると、オペアンプ回路３４は、各ミラー電流に応じた複数の電圧信号のうち最低レベルを示すものに従い電圧／電流変換を行い、出力段の電流／電圧変換部３５により電圧Ｖｏに再変換してマイコン１４に出力するようにした。
したがって、１つの加速度センサ１２ａ，１３ａにより、感度を順次変化させつつ広いレンジに亘って検出を行うことが可能となり、必要なセンサ数を少なくすることができ、ＥＣＵ１１の外形サイズをより小型にすることができる。そして、マイコン１４は、エアバッグ装置用の制御信号とＥＳＣ装置用の制御信号とを出力するので、各装置を制御するために必要なセンサを統合して１つのモジュールにすることができ、配置スペースを削減することができる。
【００３７】
（第２実施例）
図５は本発明の第２実施例を示すものであり、第１実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分について説明する。第２実施例のセンサＥＣＵ（力学量センサモジュール）５１は、第１実施例の前後Ｇセンサユニット１２と、縦軸ヨーレートセンサ９に相当する縦軸ヨーレートセンサ５２とを統合した、前後Ｇセンサ・ヨーレートセンサユニット５３を備えている。例えば、特開２００４−４１２７号公報には、容量式により構成されるヨーレートセンサ（Ｘ軸，Ｙ軸方向に振動可能に指示された振動子をＸ軸方向に振動させ、Ｚ軸回りに作用する角速度をＹ軸方向の振動に基づいて検出するもの）が開示されている。
【００３８】
上記のような縦軸ヨーレートセンサ５２であれば、容量式の加速度センサと一体に構成することは容易であるため、センサユニット５３の内部に縦軸ヨーレートセンサ５２も含むように構成する。この場合、センサユニット５３は、マイコン１４に対して前後方向加速度の検出信号と角速度検出信号とをそれぞれ出力する。
以上のように構成される第２実施例によれば、センサＥＣＵ５１に、前後Ｇセンサユニット１２と縦軸ヨーレートセンサ５２とを統合したセンサユニット５３を備えるので、ＥＣＵ５１を更に小型化することができる。
【００３９】
（第３実施例）
図６は本発明の第３実施例を示すものであり、第２実施例と異なる部分について説明する。第３実施例のセンサＥＣＵ（力学量センサモジュール）５４は、第２実施例の前後Ｇセンサ・ヨーレートセンサユニット５３に、左右Ｇセンサユニット１３を統合したセンサユニット５５を備えている。この場合、センサユニット５５は、マイコン１４に対して、前後方向，左右方向の加速度検出信号と角速度検出信号とをそれぞれ出力する。
以上のように構成される第３実施例によれば、センサＥＣＵ５４に、センサユニット５３と左右Ｇセンサユニット１３と統合したセンサユニット５５を備えるので、ＥＣＵ５４を更に小型化することができる。
【００４０】
（第４実施例）
図７及び図８は本発明の第４実施例を示すものである。図８は、従来のロールーオーバ抑制装置に対して制御信号を出力するセンサＥＣＵ（力学量センサモジュール）５６の構成例である。センサＥＣＵ５６は、車体の前後軸回りについて発生する角速度を検出する横軸ヨーレートセンサ５７（Ｙ２）と、車体の左右方向，上下方向の加速度をそれぞれ検出する左右セーフィング用Ｇセンサ（Ｇ２）５８，上下セーフィング用Ｇセンサ（Ｇ２）５９と、これらのセンサ５７〜５９より出力されるセンサ信号を参照し、図示しないロールーオーバ抑制装置に制御信号を出力するマイコン６０とを備えている。
【００４１】
そして、図７に示す第４実施例のセンサＥＣＵ（力学量センサモジュール）６１は、エアバッグ制御用の前後メイン用Ｇセンサ２と、前後セーフィング用Ｇセンサ３とを統合した前後Ｇセンサユニット６２（Ｇ３，Ｇ４）と、左右セーフィング用Ｇセンサ４と上記左右セーフィング用Ｇセンサ５８とを統合した左右Ｇセンサユニット６３（Ｇ２，Ｇ３）と、横軸ヨーレートセンサ５７，上下セーフィング用Ｇセンサ５９とを備えて構成されている。
【００４２】
Ｇセンサユニット６２，６３は、第１実施例と同様に、Ｇセンサ６２ａ，６３ａと感度調整部６２ｂ，６３ｂとを備えており、感度調整部６２ｂ，６３ｂによって加速度の検出レンジ（Ｇ３−Ｇ４），（Ｇ２−Ｇ３）に応じた感度の変化を付与するようになっている。そして、マイコン６４は、Ｇセンサユニット６２，６３並びにセンサ５７，５９が出力する各種センサ信号を参照し、エアバッグ装置とロールーオーバ抑制装置に制御信号を出力する。
【００４３】
以上のように構成される第４実施例によれば、センサＥＣＵ６１は、前後Ｇセンサユニット６２，左右Ｇセンサユニット６３に加え、上下セーフィング用Ｇセンサ５９，横軸ヨーレートセンサ５７を備え、マイコン６４は、エアバッグ装置用の制御信号とロールオーバ抑制装置用の制御信号とを出力するので、これらの装置を制御するために必要なセンサを統合して配置スペースを削減することができる。
【００４４】
（第５実施例）
図９は本発明の第５実施例を示すものであり、第４実施例と異なる部分について説明する。第５実施例のセンサＥＣＵ（力学量センサモジュール）６５は、第４実施例の前後Ｇセンサユニット６２，左右Ｇセンサユニット６３を統合した前後・左右Ｇセンサユニット６６（Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４）を備えており、Ｇセンサユニット６６は、マイコン６４に対して前後方向の加速度検出信号と、左右方向の加速度検出信号とを出力する。
以上のように構成される第５実施例によれば、センサＥＣＵ６５に、前後Ｇセンサユニット６２，左右Ｇセンサユニット６３を統合したＧセンサユニット６６を備えるので、センサＥＣＵ６５を更に小型化することができる。
【００４５】
（第６実施例）
図１０は本発明の第６実施例を示すものであり、第５実施例と異なる部分について説明する。第６実施例のセンサＥＣＵ（力学量センサモジュール）６７は、第５実施例の前後・左右Ｇセンサユニット６６に、上下セーフィング用Ｇセンサ５９，横軸ヨーレートセンサ５７を統合したセンサユニット６８を備えている。尚、横軸ヨーレートセンサ５７は、縦軸ヨーレートセンサ５２と同様に容量式で構成されるヨーレートセンサ５７’に置き換えられている。センサユニット６８は、マイコン６４に対して、前後・左右・上下各方向の加速度検出信号と、角速度検出信号とを出力する。以上のように構成される第６実施例によれば、センサＥＣＵ６７を一層小型に構成することができる。
【００４６】
（第７実施例）
図１１は本発明の第７実施例を示すものである。第７実施例のセンサＥＣＵ（力学量センサモジュール）７１は、第１実施例の前後Ｇセンサユニット１２と、左右Ｇセンサユニット１３と、図８に示す左右セーフィング用Ｇセンサ５８とを統合した左右Ｇセンサユニット７２（Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３）と、第４実施例の上下セーフィング用Ｇセンサ５９と、縦軸ヨーレートセンサ９と横軸ヨーレートセンサ５７とを統合したヨーレートセンサユニット７３とを備えている。左右Ｇセンサユニット７２は、Ｇセンサ７２ａと感度調整部７２ｂとで構成されている。
そして、マイコン７４は、これらのセンサユニット１２，７２，７３並びにセンサ５９より出力される各種センサ信号を参照することで、エアバッグ装置，ＥＳＣ装置，ロールオーバ抑制装置に制御信号を出力する。
【００４７】
また、車両の駐車時（ＩＧ：ＯＦＦ）において、センサＥＣＵ７１がバッテリ電源＋Ｂが直接供給されるラインにより動作している場合（＋Ｂ動作時）に、前後Ｇセンサユニット１２が検出する加速度信号（Ｇ１）と、左右Ｇセンサユニット７２が検出する加速度信号（Ｇ１）とが与えられると、マイコン７４が、図示しない車両盗難防止装置に対してセキュリティ用傾斜信号を出力することも可能である。すなわち、駐車時に車両の盗難が行われる場合には、車体に対して通常よりも大きな外力が加わるため、それを検出することで盗難防止に利用しても良い。
【００４８】
以上のように構成される第７実施例によれば、センサＥＣＵ７１は、前後Ｇセンサユニット１２と、左右Ｇセンサユニット７２と、上下セーフィング用Ｇセンサ５９と、ヨーレートセンサユニット７３とを備えるので、エアバッグ装置，ＥＳＣ装置，ロールオーバ抑制装置に制御信号を出力することができ、ＥＣＵ７１を一層小型化することができる。また、車両盗難防止装置に対して車体の傾斜信号も出力することで、各装置に応じて必要となるセンサを配置するスペースを更に削減することができる。
【００４９】
（第８実施例）
図１２は本発明の第８実施例を示すものであり、第７実施例と異なる部分について説明する。第８実施例のセンサＥＣＵ（力学量センサモジュール）７５は、第７実施例の前後Ｇセンサユニット１２と、ヨーレートセンサユニット７３（但し、ヨーレートセンサ９，５７は５２，５７’に置き換えられている）とを統合したセンサユニット７６（Ｇ１，Ｇ３，Ｇ４／Ｙ１，Ｙ２）を備えており、センサユニット７６は、前後方向の加速度検出信号と、縦軸周り，横軸周りの角速度検出信号とをマイコン７４に出力する。以上のように構成される第８実施例によれば、４つの装置に対して制御信号を出力するセンサＥＣＵ７５を、一層小型に構成することができる。
【００５０】
（第９実施例）
図１３は本発明の第９実施例を示すものであり、第８実施例と異なる部分について説明する。第９実施例のセンサＥＣＵ（力学量センサモジュール）７７は、第８実施例のセンサユニット７６と、左右Ｇセンサユニット７２とを統合したセンサユニット７８を備えており、センサユニット７８は、前後方向，左右方向の加速度検出信号と、縦軸周り，横軸周りの角速度検出信号とをマイコン７４に出力する。以上のように構成される第９実施例によれば、４つの装置に対して制御信号を出力するセンサＥＣＵ７７を、一層小型に構成することができる。
【００５１】
（第１０実施例）
図１４は本発明の第１０実施例を示すものであり、第９実施例と異なる部分について説明する。第１０実施例のセンサＥＣＵ（力学量センサモジュール）７９は、第９実施例のセンサユニット７８と、上下Ｇセンサユニット５９とを統合したセンサユニット８０を備えており、センサユニット８０は、前後方向，左右方向，上下方向の加速度検出信号と、縦軸周り，横軸周りの角速度検出信号とをマイコン７４に出力する。以上のように構成される第１０実施例によれば、４つの装置に対して制御信号を出力するセンサＥＣＵ７９を、一層小型に構成することができる。
【００５２】
（第１１実施例）
図１５は本発明の第１１実施例を示すものである。第１１実施例は、容量式のＧセンサについて、例えば特開平５−１７２８４４号公報に開示されているようなサーボ制御が適用可能に構成されている場合、そのサーボ制御を利用して感度を変更する。Ｇセンサ８１は、２つの固定電極８２，８３の間に可動電極８４が配置されており、サーボ制御部８５は、固定電極８２，８３の間に電圧を印加することでサーボ制御を行うものである。
【００５３】
この場合、例えば検出レンジ（０−Ｇ１）ではサーボ制御を行うことなく、可動電極８４を印加される加速度に応じて変位させ、容量変化に応じて高い感度で検出を行う。そして、検出レンジがＧ１を超える領域では、サーボ制御部８５が固定電極８２，８３間に電圧を印加することで可動電極８４に所定の静電力を作用させる。すると、可動電極８４は、印加される加速度に応じた慣性力と静電力との差に応じた分だけ変位するので、その際に、固定電極８２，８３に印加した電圧と、可動電極８４の制御電圧との差に基づいて加速度を検出することができる。またこの時、可動電極８４をサーボ制御することで、等価的にセンサ感度を低下させることになる。
【００５４】
以上のように構成される第１１実施例によれば、Ｇセンサ８１を、固定電極８２，８３に対する可動電極８４の変位状態に応じて加速度検出を行うと共に、可動電極８４に対するサーボ制御が可能となる構成とし、サーボ制御における制御電圧の印加レベルを調整することで検出レンジの高低に応じて感度を変化させるので、検出感度を順次変化させつつ広いレンジに亘って検出を行うことが可能となり、必要なセンサ数を少なくすることができ、Ｇセンサ８１を用いて構成するセンサＥＣＵの外形サイズを、より小型にすることができる。
【００５５】
（第１２実施例）
図１６は本発明の第１２実施例を示すものである。第１２実施例は、第１実施例の感度調整部１３ｂの構成を利用して感動調整を行うための異なる方式を示す。第１実施例では、１つのＧセンサ１３ａが出力するセンサ信号を元に、感度調整部１３ｂが感度を変更するようにしたが、第１２実施例では、オペアンプ３０の３つの非反転入力端子に、感度設定が異なる３つのＧセンサ８６，８７，８８（サブセンサ）を接続する。そして、オペアンプ３０以降の構成部分は第１実施例と同様であり、当該部分が感度調整部８９を構成しており、Ｇセンサ８６，８７，８８と感度調整部８９とがセンサユニット９０を構成している。
【００５６】
斯様に構成すれば、感度調整部８９は、第１実施例と同様に、３つのＧセンサ８６，８７，８８が並行して出力するセンサ信号のうち、電圧レベルが最低を示すものに基づいて電圧／電流変換を行うので、結果として、検出レンジの高低に応じて感度を順次変化させることができる。尚、検出レンジが上限しきい値を超えた場合に、出力電圧Ｖｏを第１実施例と同様にフラットにする必要がある場合は、第１実施例の電流源２８及び抵抗素子２９の直列回路も別途加えれば良い。
【００５７】
以上のように構成される第１２実施例によれば、検出レンジの高低に応じて感度が異なる複数のＧセンサ８６，８７，８８を用い、オペアンプ回路３４は、これらのＧセンサ８６〜８８が出力する複数のセンサ信号のうち、最低レベルを示すものに従い電圧／電流変換を行うので、センサユニット９０を用いてセンサＥＣＵを構成する場合に必要なスペースを、従来よりも削減することができる。
【００５８】
（第１３実施例）
図１７は本発明の第１３実施例を示すものである。第１３実施例は、例えば１つのＧセンサを用いて、マイコンがそのセンサ信号を例えば１６ビットでＡ／Ｄ変換する際に、変換したデータ値に応じて検出レンジを分けることで、１つのＧセンサが検出する加速度の対象が何であるのかを判定し分ける。
【００５９】
例えば図１７に示すように、１６ビットデータの上位６ビット（第１５〜第１０ビット）が「０」であれば低レベル加速度、上位３ビット（第１５〜第１３ビット）が「０」であれば中レベル加速度、第１３ビットが「１」であれば高レベル加速度であるとして、低レベル加速度はＥＳＣ用前後センサ７（Ｇ１）、中レベル加速度は前後セーフィング用センサ３（Ｇ３）、高レベル加速度は前後メイン用Ｇセンサ２（Ｇ４）に対応させる。
【００６０】
この場合、高レベルと中レベルの間、中レベルと低レベルとの間のデータ値（両者の境界）は必ずしもオーバーラップさせる必要はない。例えば、高レベル，低レベルで上位，下位８ビットずつ２分しても良いし、第１３ビット〜第４ビットは中レベルとして、それより上，下はそれぞれ高レベル，低レベルとしても良い。
以上のように構成すれば、１つのＧセンサが出力するセンサ信号のレンジをマイコンが判定し分けることにより、加速度の検出対象を判別することができる。
【００６１】
（第１４〜第１６実施例）
図１８〜図２０は本発明の第１４〜第１６実施例であり、これらは検出レンジに応じた感度設定のバリエーションを示す。図１８（第１４実施例）は感度切り替えの変曲点をＧ１，Ｇ４の２点とした場合であり、図１９（第１５実施例）は変曲点をＧ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４の４点とした場合である。また、図２０（第１６実施例）は、ヨーレートセンサについても感度調整部を設けて感度切り替えを行い、変曲点をＹ１，Ｙ２の２点とした場合である。これらのように、感度切り替えを何段階で行うかは、個別の設計に応じて適宜変更すれば良い。
【００６２】
本発明は上記且つ図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、以下のような変形または拡張が可能である。
変曲点を跨いでセンサの感度を切替える場合に、センサの検出信号の電圧上昇時，下降時とで、それぞれ現在の検出レンジ−感度に応じた電圧を発生させている構成をそのまま機能させて、感度の切り替わりで出力電圧に大きな変動が生じることを抑制しても良い。例えば変曲点Ｇ１について、上昇時は電圧Ｆ１の特性が（Ｇ１＋α）まで、下降時は電圧Ｆ２の特性が（Ｇ１−β）まで継続するように制御しても良い。
感度調整部を、マイコンの内部に設けても良い。
センサＥＣＵは、必ずしも通信を使用する必要はなく、エアバッグ装置等に対して制御信号を直接出力しても良い。
加速度センサや角速度センサ以外の力学量センサを統合して、モジュールを構成しても良い。
制御信号を出力する対象の装置は、エアバッグ装置，ＥＳＣ装置、ロールオーバ抑制装置や車両盗難防止装置に限ることはない。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の第１実施例であり、センサＥＣＵの構成を示す図
【図２】左右Ｇセンサユニットの出力電圧特性を示す図
【図３】左右Ｇセンサユニットの構成を、感度調整部について詳細に示す図
【図４】（ａ）はオペアンプ内の入力部を概略的に示す図、（ｂ），（ｃ）はＧセンサの出力信号に対する出力電圧Ｖｏの変化特性を示す図
【図５】本発明の第２実施例を示す図１相当図
【図６】本発明の第３実施例を示す図１相当図
【図７】本発明の第４実施例を示す図１相当図
【図８】ロールーオーバ抑制装置に制御信号を出力するセンサＥＣＵの従来構成図
【図９】本発明の第５実施例を示す図１相当図
【図１０】本発明の第６実施例を示す図１相当図
【図１１】本発明の第７実施例を示す図１相当図
【図１２】本発明の第８実施例を示す図１相当図
【図１３】本発明の第９実施例を示す図１相当図
【図１４】本発明の第１０実施例を示す図１相当図
【図１５】本発明の第１１実施例であり、サーボ制御が適用可能に構成される容量式Ｇセンサを示す図
【図１６】本発明の第１２実施例を示す図３相当図
【図１７】本発明の第１３実施例であり、Ｇセンサ信号のＡ／Ｄ変換データを示す図
【図１８】本発明の第１４実施例を示す図２相当図
【図１９】本発明の第１５実施例を示す図２相当図
【図２０】本発明の第１６実施例であり、ヨーレートセンサユニットについての図２相当図
【図２１】従来技術を示す図１相当図（その１）
【図２２】従来技術を示す図１相当図（その２）
【符号の説明】
【００６４】
図面中、９は縦軸ヨーレートセンサ（角速度センサ）、１１はセンサＥＣＵ（力学量センサモジュール）、１２は前後Ｇセンサユニット、１２ａはＧセンサ（加速度センサ）、１２ｂは感度調整部、１３は左右Ｇセンサユニット、１３ａはＧセンサ、１３ｂは感度調整部、１４はマイクロコンピュータ、２１は電圧／電流変換部、２２，２３，２５はカレントミラー回路、３４はオペアンプ回路、３５は電流／電圧変換部、５１はセンサＥＣＵ（力学量センサモジュール）、５２は縦軸ヨーレートセンサ、５３は前後Ｇ／ヨーレートセンサユニット、５４はセンサＥＣＵ（力学量センサモジュール）、５５はセンサユニット、５６はセンサＥＣＵ（力学量センサモジュール）、５７，５７’は横軸ヨーレートセンサ、５８は左右セーフィング用Ｇセンサ、５９は上下セーフィング用Ｇセンサ、６１はセンサＥＣＵ（力学量センサモジュール）、６２は前後Ｇセンサユニット、６３は左右Ｇセンサユニット、６４はマイクロコンピュータ、６５はセンサＥＣＵ（力学量センサモジュール）、６６はＧセンサユニット、６７はセンサＥＣＵ（力学量センサモジュール）、６８はセンサユニット、７１はセンサＥＣＵ（力学量センサモジュール）、７３はヨーレートセンサユニット、７４はマイクロコンピュータ、７５はセンサＥＣＵ（力学量センサモジュール）、７６はセンサユニット、７７はセンサＥＣＵ（力学量センサモジュール）、７８はセンサユニット、７９はセンサＥＣＵ（力学量センサモジュール）、８０はセンサユニット、８１はＧセンサ、８２，８３は固定電極、８４は可動電極、８５はサーボ制御部、８６〜８８はＧセンサ（サブセンサ）、８９は感度調整部、９０はセンサユニットを示す。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載される加速度センサ及び角速度センサと、これらのセンサより出力されるセンサ信号の処理を行うマイクロコンピュータとを備えて一体に構成される力学量センサモジュールにおいて、
前記センサの少なくとも１つについて、検出レンジの高低に応じて感度を変化させる感度調整部を備え、
前記感度調整部は、前記力学量センサの出力電圧を変換した電流に基づいて、倍率が異なるミラー電流を出力する複数のカレントミラー回路と、
これらのカレントミラー回路が出力するミラー電流に応じて発生する複数の電圧信号のうち、最低レベルを示すものに従って電圧／電流変換を行うように動作するオペアンプ回路と、
このオペアンプ回路により変換された電流信号を電流／電圧変換して前記マイクロコンピュータに出力する出力部とを有して構成されることを特徴とする力学量センサモジュール。
【請求項２】
車両に搭載される加速度センサ及び角速度センサと、これらのセンサより出力されるセンサ信号の処理を行うマイクロコンピュータとを備えて一体に構成される力学量センサモジュールにおいて、
前記センサの少なくとも１つは、固定電極に対する可動電極の変位状態に応じて検出を行うと共に、前記可動電極に対するサーボ制御が可能に構成されており、
前記サーボ制御における制御電圧の印加レベルを調整することで、検出レンジの高低に応じて感度を変化させることを特徴とする力学量センサモジュール。
【請求項３】
車両に搭載される加速度センサ及び角速度センサと、これらのセンサより出力されるセンサ信号の処理を行うマイクロコンピュータとを備えて一体に構成される力学量センサモジュールにおいて、
前記センサの少なくとも１つは、
検出レンジの高低に応じて感度が異なる複数のサブセンサと、
これらのサブセンサが出力する複数のセンサ信号のうち、最低レベルを示すものにしたがって電圧／電流変換を行うように動作するオペアンプ回路と、
このオペアンプ回路により変換された電流信号を電流／電圧変換して前記マイクロコンピュータに出力する出力部とを有して構成されることを特徴とする力学量センサモジュール。
【請求項４】
前記加速度センサの１つは、車体の前後方向に加わる加速度を検出する前後加速度センサであり、
前記加速度センサの他の１つは、車体の左右方向に加わる加速度を検出する左右加速度センサであり、
前記角速度センサは、車体の垂直軸回りについて発生する角速度を検出する縦軸ヨーレートセンサであり、
前記マイクロコンピュータは、エアバッグ装置用の制御信号と、ＥＳＣ（Electronic Stability Control）装置用の制御信号とを出力するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の力学量センサモジュール。
【請求項５】
前記加速度センサの１つは、車体の前後方向に加わる加速度を検出する前後加速度センサであり、
前記加速度センサの他の１つは、車体の左右方向に加わる加速度を検出する左右加速度センサであり、
前記加速度センサの他の１つは、車体の上下方向に加わる加速度を検出する上下加速度センサであり、
前記角速度センサは、車体の前後軸回りについて発生する角速度を検出する横軸ヨーレートセンサであり、
前記マイクロコンピュータは、エアバッグ装置用の制御信号と、ロールオーバ抑制装置用の制御信号とを出力するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の力学量センサモジュール。
【請求項６】
前記前後加速度センサと、前記ヨーレートセンサとを統合したことを特徴とする請求項４又は５記載の力学量センサモジュール。
【請求項７】
前記前後加速度センサと、前記左右加速度センサと、前記ヨーレートセンサとを統合したことを特徴とする請求項４又は５記載の力学量センサモジュール。
【請求項８】
前記加速度センサの他の１つは、車体の上下方向に加わる加速度を検出する上下加速度センサであり、
前記角速度センサの他の１つは、車体の前後軸回りについて発生する角速度を検出する横軸ヨーレートセンサであり、
前記縦軸ヨーレートセンサと横軸ヨーレートセンサとを統合し、
前記マイクロコンピュータは、ロールオーバ抑制装置用の制御信号も出力するように構成されていることを特徴とする請求項４，６，７の何れかに記載の力学量センサモジュール。
【請求項９】
前記上下加速度センサを、その他のセンサと統合したことを特徴とする請求項８記載の力学量センサモジュール。
【請求項１０】
前記マイクロコンピュータは、車両盗難防止装置に対して車体の傾斜信号も出力するように構成されていることを特徴とする請求項４乃至９の何れかに記載の力学量センサモジュール。
【請求項１】
車両に搭載される加速度センサ及び角速度センサと、これらのセンサより出力されるセンサ信号の処理を行うマイクロコンピュータとを備えて一体に構成される力学量センサモジュールにおいて、
前記センサの少なくとも１つについて、検出レンジの高低に応じて感度を変化させる感度調整部を備え、
前記感度調整部は、前記力学量センサの出力電圧を変換した電流に基づいて、倍率が異なるミラー電流を出力する複数のカレントミラー回路と、
これらのカレントミラー回路が出力するミラー電流に応じて発生する複数の電圧信号のうち、最低レベルを示すものに従って電圧／電流変換を行うように動作するオペアンプ回路と、
このオペアンプ回路により変換された電流信号を電流／電圧変換して前記マイクロコンピュータに出力する出力部とを有して構成されることを特徴とする力学量センサモジュール。
【請求項２】
車両に搭載される加速度センサ及び角速度センサと、これらのセンサより出力されるセンサ信号の処理を行うマイクロコンピュータとを備えて一体に構成される力学量センサモジュールにおいて、
前記センサの少なくとも１つは、固定電極に対する可動電極の変位状態に応じて検出を行うと共に、前記可動電極に対するサーボ制御が可能に構成されており、
前記サーボ制御における制御電圧の印加レベルを調整することで、検出レンジの高低に応じて感度を変化させることを特徴とする力学量センサモジュール。
【請求項３】
車両に搭載される加速度センサ及び角速度センサと、これらのセンサより出力されるセンサ信号の処理を行うマイクロコンピュータとを備えて一体に構成される力学量センサモジュールにおいて、
前記センサの少なくとも１つは、
検出レンジの高低に応じて感度が異なる複数のサブセンサと、
これらのサブセンサが出力する複数のセンサ信号のうち、最低レベルを示すものにしたがって電圧／電流変換を行うように動作するオペアンプ回路と、
このオペアンプ回路により変換された電流信号を電流／電圧変換して前記マイクロコンピュータに出力する出力部とを有して構成されることを特徴とする力学量センサモジュール。
【請求項４】
前記加速度センサの１つは、車体の前後方向に加わる加速度を検出する前後加速度センサであり、
前記加速度センサの他の１つは、車体の左右方向に加わる加速度を検出する左右加速度センサであり、
前記角速度センサは、車体の垂直軸回りについて発生する角速度を検出する縦軸ヨーレートセンサであり、
前記マイクロコンピュータは、エアバッグ装置用の制御信号と、ＥＳＣ（Electronic Stability Control）装置用の制御信号とを出力するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の力学量センサモジュール。
【請求項５】
前記加速度センサの１つは、車体の前後方向に加わる加速度を検出する前後加速度センサであり、
前記加速度センサの他の１つは、車体の左右方向に加わる加速度を検出する左右加速度センサであり、
前記加速度センサの他の１つは、車体の上下方向に加わる加速度を検出する上下加速度センサであり、
前記角速度センサは、車体の前後軸回りについて発生する角速度を検出する横軸ヨーレートセンサであり、
前記マイクロコンピュータは、エアバッグ装置用の制御信号と、ロールオーバ抑制装置用の制御信号とを出力するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の力学量センサモジュール。
【請求項６】
前記前後加速度センサと、前記ヨーレートセンサとを統合したことを特徴とする請求項４又は５記載の力学量センサモジュール。
【請求項７】
前記前後加速度センサと、前記左右加速度センサと、前記ヨーレートセンサとを統合したことを特徴とする請求項４又は５記載の力学量センサモジュール。
【請求項８】
前記加速度センサの他の１つは、車体の上下方向に加わる加速度を検出する上下加速度センサであり、
前記角速度センサの他の１つは、車体の前後軸回りについて発生する角速度を検出する横軸ヨーレートセンサであり、
前記縦軸ヨーレートセンサと横軸ヨーレートセンサとを統合し、
前記マイクロコンピュータは、ロールオーバ抑制装置用の制御信号も出力するように構成されていることを特徴とする請求項４，６，７の何れかに記載の力学量センサモジュール。
【請求項９】
前記上下加速度センサを、その他のセンサと統合したことを特徴とする請求項８記載の力学量センサモジュール。
【請求項１０】
前記マイクロコンピュータは、車両盗難防止装置に対して車体の傾斜信号も出力するように構成されていることを特徴とする請求項４乃至９の何れかに記載の力学量センサモジュール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２００９−１６２４８５（Ｐ２００９−１６２４８５Ａ）
【公開日】平成２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３３９０２７（Ｐ２００７−３３９０２７）
【出願日】平成１９年１２月２８日（２００７．１２．２８）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月２８日（２００７．１２．２８）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]