加速度または角速度センサの自己診断装置および自己診断方法、加速度または角速度センサ、ならびに加速度または角速度センサの初期設定方法

【課題】自己診断中に加速度または角速度センサに外部から衝撃が加わった場合でも、正確な自己診断を行なうことが可能な加速度または角速度センサの自己診断装置を提供する。
【解決手段】加速度センサ１の自己診断装置１０は、診断制御部１３と、積分演算部１１と、判定部１２とを備える。診断制御部１３は、加速度または角速度を検出するセンサ本体８に所定の大きさの擬似加速度信号１４を印加することによって、センサ本体８に擬似的な加速度または角速度を与える。積分演算部１１は、擬似加速度信号１４に応答してセンサ本体８から出力されたセンサ信号１７の積分演算を行なう。判定部１２は、積分演算が開始されてから所定の積分時間が経過したときの積分値１８が、所定の正常範囲にあるか否かを判定する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、加速度または角速度センサが正常か否かを診断する自己診断装置および自己診断方法に関する。また、この発明はこのような自己診断装置を備えた加速度または角速度センサ、ならびにその加速度または角速度センサの初期設定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
加速度および角速度センサは、自動車などの車両のエアバッグ装置の制御に広く用いられる。たとえば、特開２００６−０５６４４１号公報（特許文献１）に開示されるエアバッグ制御装置は、誤動作を防止して確実な起動を確保すべく、メイン加速度センサと、メイン加速度センサとは異なる位置に配置されたセーフティング加速度センサとを含む。
【０００３】
この文献のエアバッグ制御装置では、メイン加速度センサが加速度を検出して信号を出力し、マイコンがメイン加速度センサからの加速度信号の積分演算を行う。車両が衝突したために加速度の積分値が減速方向に増大して所定値を超えたときに、マイコンは車両の衝突が生じたと判断して、ハイレベルのトリガ信号をＡＮＤ回路に出力する。
【０００４】
また、セーフィング加速度センサの加速度検出出力はＡ／Ｄ（Analog to Digital）変換器によりＡ／Ｄ変換されて演算回路に入力され、演算回路はＡ／Ｄ変換出力を積分演算して判定回路に入力する。そして、判定回路において、演算回路からの積分演算出力とスレッショルドレベルとが比較され、積分演算出力がこのスレッショルドレベルを超えている場合には、判定回路がハイレベルの信号をＡＮＤ回路に出力する。このとき、衝突の検出信号がマイコンからＡＮＤ回路に入力されていると、ＡＮＤ回路はゲートを開いて信号をトランジスタのベースに送出するので、トンランジスタがオンし、電源より電流がスクイブに供給され、エアバッグが起動される。
【０００５】
また、特開２００７−２４５８２９号公報（特許文献２）は、車両が回転するロールオーバーを検知するエアバッグ制御装置を開示する。この文献のエアバッグ制御装置は、角速度センサの出力値を取込み、所定時間積分演算し、生成される積分値を、設定される判定閾値と比較演算してオフセット補正の正否を判定する。そして、エアバッグ制御装置は、オフセット補正が正常に行われたことを条件にロールオーバー判定を行い、ロールオーバーが検出された場合に、エアバッグ展開用の発熱抵抗体であるスクイブに電流を供給してエアバッグを作動させる。
【０００６】
通常、加速度または角速度センサでは、電源投入時などにセンサの故障の有無を判定する自己診断（プライマリチェック）が行なわれる。具体的には、加速度または角速度信号に相当する擬似信号がセンサ素子に印加され、その際変化するセンサ出力の信号レベルにより、電源投入時等のプライマリチェックが実施される。
【０００７】
特開２００１−３０４８７１号公報（特許文献３）は、自己診断時に不測の角速度が入力される場合にも正確な自己診断を行なうことができる角速度センサの異常診断装置について開示する。この異常診断装置では、プライマリチェック回路において、センサ素子に回転擬似信号を印加しない状態での角速度出力の信号レベルがホールド回路によりホールドされる。このホールドした信号レベルに基づいて、角速度出力の信号レベルを比較判定するためのしきい値が可変に設定される。ウィンドウコンパレータでは、センサ素子に回転擬似信号を印加した状態での角速度出力の信号レベルと、設定されたしきい値とが比較され、その結果から異常の有無が診断される。
【０００８】
また、特開２００３−２６２６４８号公報（特許文献４）は、自己診断出力によるオフセット補正演算への悪影響を抑制するための技術を開示する。
【０００９】
この文献によれば、速度センサの自己診断チェックを行うため、自己診断回路が矩形波の自己診断出力を加速度センサに入力すると、加速度センサは基準値に対して微分波形を出力する。これにより、自己診断チェック時の加速度センサ出力の変動が、オフセット補正用のローパスフィルタ処理回路の出力に現われる。同様の変動が、ＣＰＵの演算部でオフセット補正演算処理した後の補正後出力にも現われ、補正後出力の０点へ収束時間が長くなり、０点精度が低下する。そこで、この現象を避けるため、自己診断チェック前（矩形波の自己診断出力を加速度センサに入力する前）、好ましくは電源投入と同時にＣＰＵでオフセット補正演算処理が行なわれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−０５６４４１号公報
【特許文献２】特開２００７−２４５８２９号公報
【特許文献３】特開２００１−３０４８７１号公報
【特許文献４】特開２００３−２６２６４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
加速度または角速度センサが正常に動作しているか否かの自己診断は、加速度または角速度センサの動作状態で行なわれる。このため、センサ本体に擬似的な加速度または角速度を与えるための検査信号以外に、外部から不測の加速度または角速度が加わった状態でセンサが正常か否かの判定が行なわれると、誤った診断結果が出力されることになる。
【００１２】
前述の特開２００１−３０４８７１号公報（特許文献３）は、この問題に対処するための１つの方法を提供する。しかしながら、この文献の方法では、センサ素子に擬似信号を印加した状態でのセンサ出力の信号レベルが、センサ素子に擬似信号を印加しない状態でのセンサ出力の信号レベルに基づいて補正される。したがって、瞬間的な衝撃がセンサに加わった場合には、擬似信号が印加されたときと印加されないときとでセンサの外部から加わる加速度または角速度が異なることがあり得るので、正確な診断が行なえない場合がある。
【００１３】
この発明の主たる目的は、自己診断中に加速度または角速度センサに外部から衝撃が加わった場合でも、正確な自己診断を行なうことが可能な加速度または角速度センサの自己診断装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この発明は要約すれば、加速度または角速度を検出するセンサ本体が正常か否か診断する加速度または角速度センサの自己診断装置であって、診断制御部と、積分演算部と、判定部とを備える。診断制御部は、センサ本体に所定の大きさの検査信号を印加することによって、センサ本体に擬似的な加速度または角速度を与える。積分演算部は、検査信号に応答してセンサ本体から出力されたセンサ信号の積分演算を行なう。判定部は、積分演算が開始されてからセンサ本体の個体差に応じて予め設定された積分時間が経過したときの積分値が、所定の正常範囲にあるか否かを判定する。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、検査信号に応答してセンサ本体から出力されたセンサ信号の積分値を用いて加速度または角速度センサの自己診断が行なわれる。したがって、自己診断中に加速度または角速度センサに外部から衝撃が加わった場合でも、衝撃の影響が抑制されるので正確な自己診断が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明の実施の形態１に従う加速度センサ１の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の積分演算部１１および判定部１２の構成の一例を示す回路図である。
【図３】図１の自己診断装置１０によるセンサ本体８の診断手順を示すフローチャートである。
【図４】図１の加速度センサ１の比較例としての加速度センサ１０１の構成を示すブロック図である。
【図５】図４の自己診断装置１１０において診断時のセンサ本体８の出力を示すタイミング図である（正常なセンサ本体８が正常と判定された場合）。
【図６】図４の自己診断装置１１０において診断時のセンサ本体８の出力を示すタイミング図である（正常なセンサ本体８が異常と誤判定された場合）。
【図７】図４の自己診断装置１１０において診断時のセンサ本体８の出力を示すタイミング図である（異常なセンサ本体８が正常と誤判定された場合）。
【図８】図１の自己診断装置１０による診断時のセンサ本体８および積分演算部１１の出力を示すタイミング図である（積分時間内にセンサ本体８が衝撃を受けなかった場合）。
【図９】図１の自己診断装置１０による診断時のセンサ本体８および積分演算部１１の出力を示すタイミング図である（積分時間内にセンサ本体８が衝撃を受けた場合）。
【図１０】初期設定時における積分時間の設定方法について説明するための図である（センサ本体８の出力が大きい場合）。
【図１１】初期設定時における積分時間の設定方法について説明するための図である（センサ本体８の出力が小さい場合）。
【図１２】積分時間の初期設定手順を示すフローチャートである。
【図１３】この発明の実施の形態２に従う積分演算部１１Ａおよび判定部１２Ａの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰返さない。また、以下の各実施の形態では加速度センサを例に挙げて説明するが、角速度センサについてもこの発明を同様に適用することができる。
【００１８】
［実施の形態１］
（加速度センサの自己診断装置の構成）
図１は、この発明の実施の形態１に従う加速度センサ１の構成を示すブロック図である。図１の加速度センサ１は、自己診断機能を内蔵した加速度センサであり、加速度を検出するセンサ本体８と、電源投入時などにセンサ本体８が正常か否かを診断する自己診断装置１０とを含む。
【００１９】
センサ本体８は、ばねに支えられた錘を用いて、錘の変位量に基づいて加速度を検出するセンサである。センサ本体８の主要部であるセンサ素子は、錘を含む可動部とばねを介して可動部を支持する固定部とからなる。このような構造のセンサ素子は、通常、半導体微細加工を用いたＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical Systems）技術によって作製される。この場合、錘を支える梁がばねとして用いられる。
【００２０】
加速度の変化に応じた錘の変位量を検出する方法として、ばねに取り付けたひずみゲージまたはピエゾ素子などを用いる方法や、センサ素子の可動部と固定部とに対向電極を設けて電極間の静電容量の変化を検出する方法などがある。図１のセンサ本体８には、センサ素子とともに、錘の変位を検出するために上記のひずみゲージなどを用いた検出回路が設けられている。検出回路は錘の変位量に応じたセンサ信号１７を出力する。
【００２１】
センサ素子は、半導体微細加工による製造誤差のために、錘の重量やばね定数にばらつきが生じ、特性に個体差があるのが通常である。そこで、センサ本体８に設けられた検出回路には、センサ信号１７の感度調整および０点（オフセット）調整を行うための回路が組み込まれている。
【００２２】
なお、角速度センサの場合も、加速度センサと同様に、ばねに支えられた錘を使って角速度を検出する。ただし、角速度センサの場合は、静電力などを用いて錘を周期的に振動させた状態で、錘が回転するときに回転方向と錘の振動方向との各々に直交する方向に働くコリオリの力が利用される。角速度センサは、このコリオリの力の方向への錘の変位量を測定することによって角速度を検出する。
【００２３】
自己診断装置１０は、センサ本体８の信頼性を担保するために電源投入時などにセンサ本体８が正常か否かを診断する。具体的には、センサ素子の固定部と可動部との間に、静電力よって錘を変位させるための自己診断用の対向電極が設けられる。そして、これらの自己診断用の対向電極に電圧（すなわち、擬似加速度信号１４）を印加することによって錘を変位させることで、センサ本体８に擬似的な加速度が加わった状態にする。このとき、錘の変位に応じたセンサ信号１７がセンサ本体８から出力されるので、自己診断装置１０は、このセンサ信号１７に基づいてセンサ本体８が正常か否かを検出する。
【００２４】
自己診断用の対向電極にも製造誤差があるので、通常、同一の大きさの擬似加速度信号１４（検査信号とも称する）をセンサ本体８に印加しても、擬似加速度信号１４によって生じる錘の変位量にはばらつきがある。この結果、センサ本体８から出力されたセンサ信号１７の大きさにもばらつきが生じる。このような擬似加速度信号１４を印加したときにセンサ本体８の個体差に応じて生じたセンサ信号１７のばらつきの補正方法については、図１０〜図１２を参照して後述する。
【００２５】
なお、角速度センサの場合も同様に、コリオリの力の方向に静電力などによって錘を変位させることによって、擬似的な角速度をセンサ本体に与えることができる。
【００２６】
以下、具体的な自己診断装置１０の構成について説明する。図１に示す自己診断装置１０は、積分演算部１１と、判定部１２と、診断制御部１３とを含む。
【００２７】
積分演算部１１は、擬似加速度信号１４に応答してセンサ本体８から出力されたセンサ信号１７を積分する。図４〜図９を参照して後述するように、センサ信号１７を積分することによって診断中にセンサ本体８が受けた衝撃の影響を抑制することができる。
【００２８】
判定部１２は、積分演算部１１による所定の積分時間の間のセンサ信号の積分値に基づいて、センサ本体８が正常か否かを判定する。このときの積分時間は、図１０〜図１２を参照して後述するように、センサ本体８の個体差に応じて加速度センサ１の初期設定時に設定される。
【００２９】
診断制御部１３は、マイクロコントローラなどをベースに構成され、自己診断装置１０全体の動作を制御する。具体的に、診断制御部１３は、自己診断の開始とともに擬似加速度信号１４をセンサ本体８に出力する。擬似加速度信号１４を出力し始めてから所定の出力安定時間が経過したときに、診断制御部１３は、積分演算部１１に積分開始命令１５を出力する。この積分開始命令１５に応答して、積分演算部１１はセンサ信号１７の積分を開始する。
【００３０】
さらに、診断制御部１３は、積分開始命令１５を出力してから所定の積分時間が経過した判定時刻に、判定命令１６を判定部１２に出力する。判定部１２は、判定命令１６を受けたときの積分演算部１１による積分値が所定の正常範囲にあるか否かを判定し、判定結果１９を出力する。積分演算部１１は、自己診断用の積分値を判定部１２に出力した後にセンサ信号１７の積分演算を終了する。
【００３１】
図２は、図１の積分演算部１１および判定部１２の構成の一例を示す回路図である。
図２を参照して、積分演算部１１は、演算増幅器２１と、演算増幅器２１の出力端子と反転入力端子との間に接続されたコンデンサ２３と、コンデンサと並列に接続されたスイッチ２４と、演算増幅器２１の非反転入力端子と接地ノードＧＮＤとの間に接続された直流電源２５と、演算増幅器２１の反転入力端子とセンサ本体８の出力ノードとの間に接続された抵抗素子２２とを含む。
【００３２】
スイッチ２４は、図１の診断制御部１３から積分開始命令１５を受けたとき、オフ状態からオン状態に切替わる。これによって、演算増幅器２１の出力端子からは、センサ信号１７の積分値の信号１８が直流電源２５の電圧分だけシフトして出力される。
【００３３】
判定部１２は、ウィンドウコンパレータ３０とＡＮＤ回路３５とを含む。ウィンドウコンパレータ３０は、コンパレータ３１，３２および直流電源３３，３４を含む。コンパレータ３１の反転入力端子およびコンパレータ３２の非反転入力端子は、演算増幅器２１の出力端子に接続される。また、コンパレータ３１の非反転入力端子と接地ノードＧＮＤとの間には直流電源３３が接続され、コンパレータ３２の反転入力端子と接地ノードＧＮＤとの間には直流電源３４が接続される。
【００３４】
ＡＮＤ回路３５は、判定命令１６と、コンパレータ３１，３２の出力とを受ける。ＡＮＤ回路３５は、演算増幅器２１の出力信号１８の電圧が、直流電源３４の電圧Ｅ２より大きく、直流電源３３の電圧Ｅ１より小さい場合で、かつ、判定命令１６を受けているときにＨレベルの信号を判定結果１９として出力する。電圧Ｅ１，Ｅ２は、前述の積分値の正常範囲に対応するように予め設定される。
【００３５】
図３は、図１の自己診断装置１０によるセンサ本体８の診断手順を示すフローチャートである。図３の診断手順は、たとえば、加速度センサ１の電源投入時になどに実行される。
【００３６】
図１、図３を参照して、ステップＳ１で、診断制御部１３はセンサ本体８への擬似加速度信号１４の印加を開始する。擬似加速度信号１４の印加は、積分演算部１１による所定の積分時間の積分が終了するまで続く。
【００３７】
次のステップＳ２で、診断制御部１３は所定の出力安定時間が経過したか否かを判定する。所定の出力安定時間が経過した場合（ステップＳ２でＹＥＳ）、診断制御部１３はステップＳ３に処理を進める。
【００３８】
ステップＳ３で、診断制御部１３は積分開始命令１５を積分演算部１１に出力する。積分開始命令１５を受けた積分演算部１１は、センサ本体８から出力されたセンサ信号１７の積分演算を開始する（ステップＳ４）。
【００３９】
次のステップＳ５で、診断制御部１３は所定の積分時間が経過したか否かを判定する。所定の積分時間が経過していない場合には（ステップＳ５でＮＯ）、ステップＳ４の積分演算が続けられる。所定の積分時間が経過した場合には（ステップＳ５でＹＥＳ）、診断制御部１３はステップＳ６に処理を進める。
【００４０】
ステップＳ６で、診断制御部１３は判定部１２に判定命令１６を出力する。判定部１２は、判定命令１６を受けたときの積分演算部１１による積分値１８が所定の適正範囲にあるか否かを判定し、判定した結果１９を出力する（ステップＳ７）。以上で、自己診断装置１０によるセンサ本体８の診断手順が終了する。
【００４１】
（実施の形態１の自己診断装置の効果）
次に、上記の構成の自己診断装置１０の効果について、図４に示す比較例の加速度センサ１０１と対比して説明する。
【００４２】
図４は、図１の加速度センサ１の比較例としての加速度センサ１０１の構成を示すブロック図である。図４の自己診断装置１１０は、積分演算部１１を含まない点で図１の自己診断装置１０と異なる。図４の場合、診断制御部１１３は、擬似加速度信号１４をセンサ本体８に出力してから所定の出力安定時間が経過したとき、判定命令１６を判定部１１２に出力する。判定部１１２は、擬似加速度信号１４に応答してセンサ本体８から出力されるセンサ信号１７に基づいて、センサ本体８が正常か否かを判定する。
【００４３】
図５〜図７は、図４の自己診断装置１１０において診断時のセンサ本体８の出力を示すタイミング図である。図５は、自己診断装置１１０が、正常なセンサ本体８を診断して正常と判定した場合を示す。図６は、判定時刻ｔ２にセンサ本体８に衝撃が加わったために、正常なセンサ本体８が異常と誤判定された場合を示す。図７は、判定時刻ｔ２にセンサ本体８に衝撃が加わったために、異常なセンサ本体８が正常と誤判定された場合を示す。
【００４４】
まず、図４、図５を参照して、時刻ｔ１で擬似加速度信号１４がセンサ本体８に印加されることによって、センサ本体８からセンサ信号１７が出力される。そして、時刻ｔ１から所定の出力安定時間Ｔｓｔｂが経過した時刻ｔ２に、判定命令１６を受けた判定部１１２は、センサ信号１７が所定の正常範囲（上限：Ｈ１、下限：Ｌ１）にあるか否かを判定する。図５の場合、時刻ｔ２の時点でセンサ信号１７が上限Ｈ１と下限Ｌ１との間にあるので、判定部１１２はセンサ本体８を正常と判定する。
【００４５】
これに対して、図６の場合、判定時刻ｔ２にセンサ本体８に衝撃が加わったために、センサ信号１７に外乱によるノイズが重畳する（図６の符号４２参照）。このため、衝撃がなければセンサ信号１７が上限Ｈ１と下限Ｌ１との間にあるのでセンサ本体８が正常と判定されるべきところ、衝撃が加わったために判定時刻ｔ２でセンサ信号１７が上限Ｈ１を超える。この結果、正常なセンサ本体８が異常と誤判定されてしまう。
【００４６】
一方、図７の場合、図６の場合と同様に判定時刻ｔ２にセンサ本体８に衝撃が加わったために、センサ信号１７に外乱によるノイズが重畳する（図７の符号４２参照）。このため、衝撃がなければセンサ信号１７が下限Ｌ１を下回っているのでセンサ本体８が異常と判定されるべきところ、衝撃が加わったために判定時刻ｔ２でセンサ信号１７が上限Ｈ１と下限Ｌ１との間になっている。この結果、異常なセンサ本体８が正常と誤判定されてしまう。
【００４７】
このように、比較例の自己診断装置１１０では、センサ本体８の判定時刻に衝撃が加わると誤判定する可能性がある。次に示すように、実施の形態１の自己診断装置１０は、センサ本体８から出力されたセンサ信号１７の積分値に基づいてセンサ本体８が正常か否かを判定するので、衝撃の影響を抑制して正確な診断を行なうことができる。
【００４８】
図８、図９は、図１の自己診断装置１０による診断時のセンサ本体８および積分演算部１１の出力を示すタイミング図である。図８は積分時間内にセンサ本体８が衝撃を受けなかった場合を示し、図９は積分時間内にセンサ本体８が衝撃を受けた場合を示す。図８、図９において、図の上側のグラフがセンサ本体８から出力されたセンサ信号１７を示し、図の下側のグラフが積分演算部１１から出力された積分値の信号１８を示す。
【００４９】
まず、図１、図８を参照して、時刻ｔ１で擬似加速度信号１４がセンサ本体８に印加されることによって、センサ本体８からセンサ信号１７が出力される。時刻ｔ１から所定の出力安定時間Ｔｓｔｂが経過した時刻ｔ２に、積分開始命令１５を受けた積分演算部１１はセンサ信号１７の積分演算を開始する。この結果、積分演算部１１から出力された積分値の信号１８は時間とともに直線的に増加する。
【００５０】
時刻ｔ２から所定の積分時間Ｔｉｎｔが経過した判定時刻ｔ３に、判定部１２は、時刻ｔ３における積分値が所定の正常範囲（上限：Ｈ２、下限：Ｌ２）にあるか否かを判定する。判定時刻ｔ３における積分値は、図８でハッチングを付した部分４１の面積に等しい。すなわち、時刻ｔ２〜ｔ３でのセンサ信号１７の強度をＩとすると、判定時刻ｔ３における積分値は、ほぼＩ×Ｔｉｎｔに等しくなる。図８の場合、判定時刻ｔ３における積分値が上限Ｈ２と下限Ｌ２との間にあるので、判定部１２はセンサ本体８を正常と判定する。
【００５１】
一方、図９の場合、時刻ｔ２から時刻ｔ３の間にセンサ本体８が衝撃を受けたために、センサ信号１７に外乱によるノイズが重畳する（図９の符号４２参照）。また、積分演算部１１による積分値の信号１８にもノイズの影響が現れる（図９の符号４９参照）。
【００５２】
ところで、加速度センサ１のセンサ素子は、ばねによって錘が支えられた構造である。擬似加速度信号１４が定常的に印加された状態では、擬似加速度信号１４による静電力とばねによる復元力とがつりあう。したがって、この状態にさらに瞬間的な衝撃が加わった場合には、擬似加速度信号１４による静電力とばねによる復元力とのつりあいの位置を中心としてセンサ素子の錘は振動を繰り返す。
【００５３】
この結果、図９に示すように、衝撃が加わったときのセンサ信号１７も平均強度Ｉを中心に振動する（図９の符号４２参照）。このとき、センサ信号１７の平均強度Ｉよりも上側の部分４３の面積と平均強度Ｉより下側の部分４４の面積とがほぼ等しくなってキャンセルし合い、平均強度Ｉより上側の部分４５の面積と下側の部分４６の面積とがほぼ等しくなってキャンセルし合う。したがって、積分演算部１１による積分値の信号１８は、衝撃を受けた時点では直線的な上昇から外れるが、判定時刻ｔ３における積分値は衝撃を受けていない場合の値（Ｉ×Ｔｉｎｔ）にほぼ等しくなる。すなわち、積分値の信号１８では衝撃の影響が緩和される。
【００５４】
このように実施の形態１の加速度センサ１の自己診断装置１０によれば、擬似加速度信号１４に応答してセンサ本体８から出力されたセンサ信号１７の積分値に基づいて加速度センサの自己診断が行なわれる。したがって、自己診断中にセンサ本体８に外部から衝撃が加わった場合でも、衝撃の影響が抑制されるので正確な自己診断が可能になる。
【００５５】
なお、上記の説明において、自己診断装置１０は、静電力によってセンサ素子の錘を変位させ擬似的な加速度が印加されている状態にしたが、錘を変位させる方法は静電力に限るものでない。磁力など他の手段によって錘を変位させて擬似的な加速度が印加されている状態にすることも可能である。
【００５６】
（積分時間の設定方法−センサ信号のばらつき補正）
次に、積分時間Ｔｉｎｔの設定方法について説明する。
【００５７】
図１で説明したように、同一の大きさの擬似加速度信号１４を印加したとしても、センサ本体８から出力されるセンサ信号１７の大きさは、センサ本体８の個体差によってばらつく。このため、センサ本体８の個体差に応じて、擬似加速度信号１４の強度、積分時間Ｔｉｎｔ、および積分値の正常範囲（上限Ｈ２および下限Ｌ２）のいずれかを調整する必要がある。
【００５８】
ここで、擬似加速度信号１４の強度を調整するには、センサ本体８の個体差に応じて精度よく調整を行なうためにＤ／Ａ（Digital to Analog）コンバータが必要になる。したがって、自己診断装置１０の回路規模が大きくなるので好ましくない。
【００５９】
また、積分値の正常範囲の設定値は、加速度センサが組み込まれたシステムの要求によって決まることが多い。たとえば、自動車のエアバッグ制御装置では、衝突時に乗員が前方に投げ出される速度に対応した加速度の積分値を基準にしてエアバッグが作動する。したがって、加速度センサの自己診断では、センサの信頼性を確保するために、エアバッグが作動する加速度の積分値以上に正常範囲を設定してセンサの診断を行なう必要がある。このため、自己診断時における積分値の正常範囲の設定値をセンサ本体８の個体差に応じて変更することは好ましくない。
【００６０】
そこで、自己診断装置１０では、擬似加速度信号１４および判定時のセンサ信号１７の積分値の正常範囲は、いずれも、センサ本体８の個体差によらず一定の大きさに設定される。そして、積分時間Ｔｉｎｔが、加速度センサ１の初期設定時に、擬似加速度信号１４に応答してセンサ本体８から出力されたセンサ信号１７の積分値が正常範囲内の所定の目標値に一致するように、センサ信号１７の大きさに応じて設定される。以下、図１０、図１１を参照して、積分時間の設定方法についてさらに説明する。
【００６１】
図１０、図１１は、初期設定時における積分時間の設定方法について説明するための図である。図１１は、図１０に比べてセンサ本体８から出力されるセンサ信号１７の強度が小さい場合である。図１０、図１１において、図の上側のグラフがセンサ本体８から出力されたセンサ信号１７を示し、図の下側のグラフが積分演算部１１から出力された積分値の信号１８を示す。
【００６２】
まず、図１、図１０を参照して、加速度センサ１の初期設定時の時刻ｔ１で、擬似加速度信号１４がセンサ本体８に印加されることによって、センサ本体からセンサ信号１７が出力される。擬似加速度信号１４の大きさは通常の診断時と同一であり、センサ本体８の個体差によらず一定に設定されている。
【００６３】
時刻ｔ１から所定の出力安定時間Ｔｓｔｂが経過した時刻ｔ２に、積分開始命令１５を受けた積分演算部１１はセンサ信号１７の積分演算を開始する。この結果、積分演算部１１から出力された積分値の信号１８は時間とともに直線的に増加する。なお、出力安定時間Ｔｓｔｂは通常の診断時と同一である。
【００６４】
時刻ｔ３で、積分値の信号１８が目標値ＴＧに到達する。このとき、センサ信号１７の積分値は、図１０のハッチング部分４７の面積に等しい。目標値ＴＧは、センサ本体８の個体差によらず一定に設定され、正常範囲（上限：Ｈ２、下限：Ｌ２）の中央値に等しく設定される。この時刻ｔ３から積分演算の開始時刻ｔ２を減じた時間Ｔｉｎｔ１が、自己診断時の積分時間として設定される。積分時間Ｔｉｎｔ１は、診断制御部１３を構成するマイクロコントローラのメモリに記憶され、診断時に参照される。
【００６５】
これに対して、図１１の場合には、擬似加速度信号１４に応答して出力されるセンサ信号１７の強度Ｉ２が、図１０の場合のセンサ信号１７の強度Ｉ１よりも小さい。このため、図１１の時刻ｔ３で、センサ信号１７の積分値（図１１のハッチング部分４８の面積）が目標値ＴＧに等しくなったとき、積分値の信号１８が目標値ＴＧに到達するまでの時間Ｔｉｎｔ２が、図１０の場合の時間Ｔｉｎｔ１よりも長くなる。図１１の場合には、この時間Ｔｉｎｔ２が自己診断時の積分時間として設定される。このように、センサ信号１７の強度のばらつきに応じて、自己診断時のセンサ信号１７の積分時間が決まる。
【００６６】
図１２は、積分時間の初期設定手順を示すフローチャートである。以下、図１、図１２を参照し、これまでの説明を総括して、初期設定時における積分時間の設定手順を説明する。
【００６７】
ステップＳ１１で、診断制御部１３は擬似加速度信号１４をセンサ本体８に印加する。擬似加速度信号１４の印加は、積分値の信号１８が所定の目標値に到達するまで続く。
【００６８】
次のステップＳ１２で、診断制御部１３は所定の出力安定時間が経過したか否かを判定する。所定の出力安定時間が経過した場合（ステップＳ１２でＹＥＳ）、診断制御部１３はステップＳ１３に処理を進める。
【００６９】
ステップＳ１３で、診断制御部１３は積分演算部１１に積分開始命令１５を出力する。診断制御部１３はこのときの時刻（積分開始時刻）を記憶する（ステップＳ１４）。積分開始命令１５を受けた積分演算部１１は、センサ本体８から出力されたセンサ信号１７の積分演算を開始する（ステップＳ１５）。
【００７０】
次のステップＳ１６で、判定部１２は、積分演算部１１による積分値１８が所定の目標値に到達したか否かを判定する。所定の目標値に到達していない場合には（ステップＳ１６でＮＯ）、ステップＳ１５の積分演算が続けられる。所定の目標値に到達した場合には（ステップＳ１６でＹＥＳ）、ステップＳ１７に進む。
【００７１】
ステップＳ１７で、診断制御部１３は目標値への到達時刻から積分開始時刻を減じることによって積分時間を算出する。
【００７２】
次のステップＳ１８で、診断制御部１３は、ステップＳ１７で算出した積分時間をメモリに記憶する。積分時間は加速度センサ１の自己診断時に参照される。
【００７３】
このように、実施の形態１の自己診断装置１０では、予め設定した擬似加速度信号１４の大きさおよび積分値の目標値の条件を満たすように積分時間Ｔｉｎｔが調整される。なお、上記の説明では、擬似加速度信号１４の大きさおよび積分値の目標値は一定としたが、必ずしも一定にする必要はない。センサ本体８の個体差に応じて積分時間Ｔｉｎｔを調整することがポイントであるので、擬似加速度信号１４の大きさおよび積分値の目標値は、加速度センサが組み込まれたシステムの要求を満たす範囲内で任意に変更することができる。
【００７４】
［実施の形態２］
図１３は、この発明の実施の形態２に従う積分演算部１１Ａおよび判定部１２Ａの構成を示すブロック図である。図１３の積分演算部１１Ａおよび判定部１２Ａは、図１の積分演算部１１および判定部１２をデジタル回路で構成したものである。
【００７５】
図１２を参照して、積分演算部１１Ａは、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）コンバータ５１と、加算回路５２と、レジスタ５３とを含む。また、判定部１２Ａは比較回路５４を含む。
【００７６】
Ａ／Ｄコンバータ５１は、擬似加速度信号１４に応答してセンサ本体８から出力されたセンサ信号１７をデジタル変換する。デジタル変換されたセンサ信号１７Ａは加算回路５２に出力される。
【００７７】
加算回路５２は、Ａ／Ｄコンバータ５１から出力されたセンサ信号１７Ａとレジスタ５３に記憶されたデータとを繰り返し加算する。レジスタ５３は、加算回路５２で加算演算が行なわれる度に加算結果を新たなデータとして記憶する。したがって、レジスタ５３には、Ａ／Ｄコンバータから出力されたセンサ信号１７Ａの積分値が記憶されることになる。
【００７８】
ここで、レジスタ５３に記憶されたデータは、積分開始命令１５を受けたときにリセットされる。したがって、レジスタ５３に記憶されたデータは、診断制御部１３から積分開始命令１５が出力された以降のセンサ信号１７Ａの積分値に等しい。
【００７９】
比較回路５４は、判定命令１６を受けたときにレジスタ５３に記憶されているデータを所定の正常範囲の上限および下限と比較して、センサ本体８が正常か否かを判定する。このように、実施の形態２の自己診断装置によっても、実施の形態１の場合と同様に、センサ本体８の診断を行なうことができる。
【００８０】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００８１】
１加速度センサ、８センサ本体、１０自己診断装置、１１，１１Ａ積分演算部、１２，１２Ａ判定部、１３診断制御部、１４擬似加速度信号、１５積分開始命令、１６判定命令、１７センサ信号、１８積分値の信号、１９判定結果、２１演算増幅器、２２抵抗素子、２３コンデンサ、２４スイッチ、３０ウィンドウコンパレータ、３１，３２コンパレータ、３３，３４直流電源、３５ＡＮＤ回路、５１Ａ／Ｄコンバータ、５２加算回路、５３レジスタ、５４比較回路。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
加速度または角速度を検出するセンサ本体が正常か否かを診断する加速度または角速度センサの自己診断装置であって、
前記センサ本体に所定の大きさの検査信号を印加することによって、前記センサ本体に擬似的な加速度または角速度を与える診断制御部と、
前記検査信号に応答して前記センサ本体から出力されたセンサ信号の積分演算を行なう積分演算部と、
前記積分演算が開始されてから前記センサ本体の個体差に応じて予め設定された積分時間が経過したときの積分値が、所定の正常範囲にあるか否かを判定する判定部とを備える、加速度または角速度センサの自己診断装置。
【請求項２】
前記積分時間は、前記加速度または角速度センサが正常状態である初期設定時に、前記検査信号に応答して前記センサ本体から出力されたセンサ信号の積分値が前記正常範囲内の目標値と一致するように設定された時間である、請求項１に記載の加速度または角速度センサの自己診断装置。
【請求項３】
前記検査信号および前記正常範囲の各々は、前記センサ本体の個体差によらず一定の大きさである、請求項２に記載の加速度または角速度センサの自己診断装置。
【請求項４】
前記診断制御部は、前記検査信号を前記センサ本体に印加し始めてから所定の出力安定時間が経過したときに、前記積分演算部に積分開始命令を出力し、さらに、前記積分開始命令を出力してから前記積分時間が経過したとき、前記判定部に判定命令を出力し、
前記積分演算部は、
非反転入力端子が一定の電圧に固定された演算増幅器と、
前記演算増幅器の反転入力端子と出力端子との間に接続された容量素子と、
一端が前記演算増幅器の反転入力端子に接続され、他端に前記センサ本体から出力されたセンサ信号を受ける抵抗素子と、
前記演算増幅器の反転流力端子と出力端子との間に接続され、前記積分開始命令を受けたときオン状態になるスイッチとを含み、
前記判定部は、
前記演算増幅器の出力端子に接続され、前記演算増幅器の出力が前記正常範囲に対応する正常電圧範囲にあるか否かを判定するウィンドウコンパレータと、
前記判定命令を受けた場合に前記ウィンドウコンパレータの判定結果を出力する論理ゲートとを含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の加速度または角速度センサの自己診断装置。
【請求項５】
前記診断制御部は、前記検査信号を前記センサ本体に印加し始めてから所定の出力安定時間が経過したときに、前記積分演算部に積分開始命令を出力し、さらに、前記積分開始命令を出力してから前記積分時間が経過したとき、前記判定部に判定命令を出力し、
前記積分演算部は、加算回路とレジスタとを含み、
前記加算回路は、デジタル変換された前記センサ信号と前記レジスタに記憶されているデータとを繰返し加算し、
前記レジスタは、前記加算回路によって加算演算が実行される度に、加算結果を新たなデータとして記憶し、前記レジスタは、前記積分開始命令を受けたときに記憶しているデータをリセットし、
前記判定部は、前記判定命令を受けたとき前記レジスタに記憶されているデータと前記正常範囲の上限および下限とを比較する比較回路を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の加速度または角速度センサの自己診断装置。
【請求項６】
加速度または角速度を検出するセンサ本体が正常か否かを診断する加速度または角速度センサの自己診断方法であって、
前記センサ本体に所定の大きさの検査信号を印加することによって、前記センサ本体に擬似的な加速度または角速度を与えるステップと、
前記検査信号に応答して前記センサ本体から出力されたセンサ信号の積分演算を行なうステップと、
前記積分演算が開始されてから前記センサ本体の個体差に応じて予め設定された積分時間が経過したときの積分値が、所定の正常範囲にあるか否かを判定するステップとを備える、加速度または角速度センサの自己診断方法。
【請求項７】
加速度または角速度を検出するセンサ本体と、
前記センサ本体が正常か否かを診断する自己診断装置とを備え、
前記自己診断装置は、
前記センサ本体に所定の検査信号を印加することによって、前記センサ本体に擬似的な加速度または角速度を与える診断制御部と、
前記検査信号に応答して前記センサ本体から出力されたセンサ信号の積分演算を行なう積分演算部と、
前記積分演算が開始されてから前記センサ本体の個体差に応じて予め設定された積分時間が経過したときの積分値が、所定の正常範囲にあるか否かを判定する判定部とを含む、加速度または角速度センサ。
【請求項８】
加速度または角速度を検出するセンサ本体を診断する自己診断装置を有する加速度または角速度センサの初期設定方法であって、
前記自己診断装置は、
前記センサ本体に所定の大きさの検査信号を印加することによって、前記センサ本体に擬似的な加速度または角速度を与える診断制御部と、
前記検査信号に応答して前記センサ本体から出力されたセンサ信号の積分演算を行なう積分演算部と、
前記積分演算が開始されてから初期設定時に設定された積分時間が経過したときの積分値が、所定の正常範囲にあるか否かを判定する判定部とを含み、
前記診断制御部によって前記所定の大きさの検査信号を前記センサ本体に印加するステップと、
前記所定の大きさの検査信号に応答して前記センサ本体から出力されたセンサ信号の積分演算を開始するステップと、
前記積分演算による積分値が前記正常範囲内に設定された所定の目標値に到達したか否かを判定するステップと、
前記積分演算を開始したときから前記積分演算による積分値が前記目標値に到達したときまでの時間を前記積分時間として設定するステップとを備える、加速度または角速度センサの初期設定方法。

【図１】