車両運動量センサ
【課題】車両運動量センサにおいて、正常であるか異常であるかの判定を冗長を取らなくても即時判定できるようにする。
【解決手段】選択回路２６にて自己診断回路２５が加速度センサの異常を判定したときに第１、第２出力回路２４ａ、２４ｂから出力させる異常信号の電圧レベルを適宜選択できるようにする。これにより、第１、第２出力回路２４ａ、２４ｂから出力されたセンサ出力を通常発生し得ない値にすることが可能となり、加速度センサが正常であるか異常であるかの判定を冗長を取らなくても即時判定できるようにすることが可能となる。
【解決手段】選択回路２６にて自己診断回路２５が加速度センサの異常を判定したときに第１、第２出力回路２４ａ、２４ｂから出力させる異常信号の電圧レベルを適宜選択できるようにする。これにより、第１、第２出力回路２４ａ、２４ｂから出力されたセンサ出力を通常発生し得ない値にすることが可能となり、加速度センサが正常であるか異常であるかの判定を冗長を取らなくても即時判定できるようにすることが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異常時に出力される信号レベルを選択可能な車両運動量センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両における運動量の検出を行う車両運動量センサでは、正常時に出力する信号レベルに対して異常時に出力する信号レベルを変えることにより、車両運動量センサが異常であることを車両運動量が入力される外部システムに伝えている。
【０００３】
例えば、車両の運動量として前後加速度（以下、前後Ｇという）や横加速度（以下、横Ｇという）を検出する車両用の加速度センサでは、自己診断機能が備えられ、自分自身が正常であるか異常であるかの自己診断を行うことができる。このような自己診断機能が備えられた加速度センサでは、例えば、正常時には、検出した前後Ｇや横Ｇを０．５〜４．５Ｖの出力範囲で表し、異常時には０Ｖもしくは５．０ＶというＬｏレベルもしくはＨｉレベルの電位を出力する。これにより、加速度センサのセンサ出力がＬｏレベルもしくはＨｉレベルの時に、前後Ｇや横Ｇを利用した車両運動制御を行う外部システム、例えば横滑り防止制御（ＥＳＣ（Electronic Stability Control））用の電子制御装置（以下、ECUという）にて加速度センサの異常を検出できるようにしている。
【特許文献１】特開２００３−２５４８５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、正常時の出力と異常時の出力の差が小さいため、外部システム側での誤判定を防止するために、他のセンサ入力との比較を行う等の冗長を取る必要があり、正常であるか異常であるかの判定に時間が掛かるという問題がある。これについて、図８を参照して説明する。
【０００５】
図８は、α軸とβ軸の二方向を検出方向とする二軸の加速度センサのセンサエレメントにおいて、２つの検出方向を車両前後方向に対して共に４５度に傾斜させたときの異常時の様子を示した模式図である。このような加速度センサでは、車両前後方向および車両左右方向に対して４５度傾斜した方向が検出方向となり、車両前方に向くベクトルに対して左方向に４５度傾斜した方向を検出方向（α軸）とする第１センサエレメントと右方向に４５度傾斜した方向を検出方向（β軸）とする第２センサエレメントそれぞれと対応するセンサ出力の合成値により、前後Ｇと横Ｇが表される。そして、異常時には、第１、第２センサエレメントそれぞれと対応するセンサ出力が例えばＨｉレベルとされることにより、その合成値が最も大きな値となるようにしている。このため、外部システムに第１、第２センサエレメントと対応するセンサ出力の合成値が最も大きな値となったことが伝えられると、外部システムにて加速度センサが異常であると判定することができる。
【０００６】
ところが、車両の前後Ｇが最も大きな値（以下、極大値という）を取るとき、それに対応する各センサ出力は出力可能な上限値に近い値（例えば５Ｖ）となる。このため、車両の前後Ｇが極大値を取るときのセンサ出力の合成値は異常時のセンサ出力の合成値とあまり差がなくなり、この差に基づいて誤判定なく正常であるか異常であるかの判定を行わなければならないために、冗長を取らなければならなくなる。
【０００７】
本発明は上記点に鑑みて、車両運動量センサにおいて、正常であるか異常であるかの判定を冗長を取らなくても即時判定できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、第１軸を検出方向として車両運動量の検出を行い、第１軸の車両運動量に対応する検出信号を出力する第１センサエレメント（１１）、および、第１軸と異なる第２軸を検出方向として車両運動量の検出を行い、第２軸の車両運動量に対応する検出信号を出力する第２センサエレメント（１２）を備えたセンサエレメント（１）と、第１センサエレメント（１１）および第２センサエレメント（１２）が出力する検出信号を信号処理し、第１軸の車両運動量と対応するセンサ出力および第２軸の車両運動量と対応するセンサ出力を発生させる信号処理回路（２）と、を備えた車両運動量センサにおいて、信号処理回路（２）に、第１センサエレメント（１１）および信号処理回路（２）のうち第１軸の車両運動量の検出を行う部分を第１系統とし、第２センサエレメント（１２）および信号処理回路（２）のうち第２軸の車両運動量の検出を行う部分を第２系統として、第１系統および第２系統の異常を検出し、異常を検出したときに異常が発生したことを示す異常信号としてセンサ出力として出力させられる上限値であるＨｉレベルと下限値であるＬｏレベルのいずれか一方を出力させる自己診断回路（２５）と、自己診断回路（２５）に対して、異常信号としてＨｉレベルとＬｏレベルのいずれを出力させるかを選択する選択回路（２６）とを備えることを特徴としている。
【０００９】
このように、選択回路（２６）にて自己診断回路（２５）が車両運動量センサの異常を判定したときにセンサ出力として出力させる異常信号の電圧レベルを適宜選択できるようにしている。これにより、第１系統と第２系統それぞれから出力されたセンサ出力を通常車両運動量として発生し得ない値にすることが可能となり、車両運動量が正常であるか異常であるかの判定を冗長を取らなくても即時判定できるようにすることが可能となる。
【００１０】
例えば、請求項２に記載したように、センサエレメント（１）にて車両運動量として車両の前後Ｇと横Ｇを検出するような加速度センサにおいては、異常を検出したときに横加速度が最も大きな値となるように、選択回路（２６）にて異常信号をＨｉレベルとＬｏレベルのいずれにするかを選択することができる。
【００１１】
つまり、実際取り得る横Ｇは、センサ出力にて表せる横Ｇの極大値を取ることは有り得ない。このため、横Ｇの極大値を示すことにより、加速度センサが正常であるか異常であるかの判定を冗長を取らなくても即時判定できるようにすることが可能となる。
【００１２】
具体的には、請求項３に記載したように、車両の水平方向において、車両の前方に向くベクトルに対して左方向に４５度傾斜した方向を第１軸に相当する第１センサエレメント（１１）の検出方向、車両の前方に向くベクトルに対して右方向に４５度傾斜した方向を第２軸に相当する第２センサエレメント（１２）の検出方向とし、信号処理回路（２）にて、第１系統では、車両の左前方を向く加速度が大きくなるほどセンサ出力を大きく出力すると共に車両の右後方を向く加速度が大きくなるほどセンサ出力を小さく出力し、第２系統では、車両の右前方を向く加速度が大きくなるほどセンサ出力を大きく出力すると共に車両の左後方を向く加速度が大きくなるほどセンサ出力を小さく出力することにより、第１系統のセンサ出力と第２系統のセンサ出力の合成値により前後Ｇと横Ｇを表すことができる。このような場合、選択回路（２６）にて、異常信号として、第１系統のセンサ出力をＬｏレベルにすると共に第２系統のセンサ出力をＨｉレベルとして出力させるか、もしくは、第１系統のセンサ出力をＨｉレベルにすると共に第２系統のセンサ出力をＬｏレベルとして出力させる選択を行うようにすれば良い。
【００１３】
また、請求項４に記載したように、車両の前後方向を第１軸に相当する第１センサエレメント（１１）の検出方向、車両の左右方向を第２軸に相当する第２センサエレメント（１２）の検出方向とし、信号処理回路（２）にて、第１系統では、車両の前方を向く加速度が大きくなるほどセンサ出力を大きく出力すると共に車両の後方を向く加速度が大きくなるほどセンサ出力を小さく出力し、第２系統では、車両の右方向を向く加速度が大きくなるほどセンサ出力を大きく出力すると共に車両の左方向を向く加速度が大きくなるほどセンサ出力を小さく出力することにより、前後加速度と横加速度を表すこともできる。このような場合、選択回路（２６）にて、異常信号として、第２系統のセンサ出力をＨｉレベルもしくはＬｏレベルとして出力させる選択を行うようにすれば良い。
【００１４】
さらに、この場合、請求項５に記載したように、選択回路（２６）にて、異常を検出したのが第２系統のみであったときに、第１系統のセンサ出力として、異常信号ではなく第１センサエレメント（１１）の検出信号を信号処理した第１軸と対応するセンサ出力をそのまま出力させるという選択を行うこともできる。
【００１５】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００１７】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。本実施形態は、車両運動量センサとして加速度センサに対して本発明の一実施形態を適用した場合について説明する。
【００１８】
図１は、本実施形態にかかる加速度センサのブロック構成を示した図である。図２は、加速度センサの車両への搭載状態と、加速度センサに備えられるセンサエレメント毎の検出方向の関係を示した模式図である。図３は、図１に示す加速度センサへの加速度（以下、Ｇという）の入力に対する出力の関係を示したグラフである。以下、これらの図を参照して、本実施形態にかかる加速度センサについて説明する。
【００１９】
本実施形態の加速度センサは、図１および図２に示されるように車両の水平方向に生じるＧが入力されたときにそれに応じた検出出力を発生させるセンサエレメント１と、図１に示されるようにセンサエレメントの検出出力を信号処理して最終的なセンサ出力を発生させる信号処理回路２とを有して構成されている。この加速度センサにより、α軸とβ軸の二方向を検出方向とする二軸の加速度を検出する。
【００２０】
センサエレメント１は、Ｇの入力に対応した出力を発生させる。例えば、センサエレメント１としては、Ｇの入力に対して錘部が備えられた可動部が移動し、可動部と固定部との間の容量値が変化することによりＧを検出する容量式のものなどが用いられる。本実施形態では、図２に示されるように、センサエレメント１は、互いに直行する二方向（α軸、β軸）を検出方向とする二軸の加速度検出を行うように配置され、２つの検出方向を車両前後方向に対して共に４５度に傾斜させた配置とされている。
【００２１】
このような加速度センサでは、車両前後方向および車両左右方向に対して４５度傾斜した方向が検出方向となり、車両前方に向くベクトルに対して左方向に４５度傾斜した方向を検出方向（α軸）とする第１センサエレメント１１と右方向に４５度傾斜した方向を検出方向（β軸）とする第２センサエレメント１２の出力の合成値により、前後Ｇと横Ｇが表される。
【００２２】
例えば、前後Ｇに対応するＧが入力されたときに、第１センサエレメント１１は、前後Ｇの大きさと対応する前後方向のベクトルをα軸上に投影したときのベクトルに対応する出力信号を発生させ、第２センサエレメント１２は、前後Ｇの大きさと対応する前後方向のベクトルをβ軸上に投影したときのベクトルに対応する出力信号を発生させる。これら第１センサエレメント１１と第２センサエレメント１２の出力信号が信号処理回路２にてそれに対応する電位に変換されたセンサ出力として出力されるため、外部システム（図示せず）にて各センサ出力の合成値が演算され、発生した前後Ｇが求められる。同様に、横Ｇに対応するＧが入力されたときに、第１センサエレメント１１は、横Ｇの大きさと対応する左右方向のベクトルをα軸上に投影したときのベクトルに対応する出力信号を発生させ、第２センサエレメント１２は、横Ｇの大きさと対応する左右方向のベクトルをβ軸上に投影したときのベクトルに対応する出力信号を発生させる。これら第１センサエレメント１１と第２センサエレメント１２の出力信号が信号処理回路２にてそれに対応する電位に変換されたセンサ出力として出力されるため、外部システムにて各センサ出力の合成値が演算され、発生した横Ｇが求められる。
【００２３】
信号処理回路２は、第１センサエレメント１１と第２センサエレメント１２それぞれの出力信号に対して備えられ、第１、第２信号処理部２１ａ、２１ｂ、第１、第２増幅器２２ａ、２２ｂ、第１、第２フィルタ２３ａ、２３ｂ、第１、第２出力回路２４ａ、２４ｂ、自己診断回路２５および選択回路２６を備えた構成とされている。
【００２４】
第１、第２信号処理部２１ａ、２１ｂは、第１センサエレメント１１や第２センサエレメント１２の出力信号を信号処理する。第１、第２増幅器２２ａ、２２ｂは、信号処理後の第１センサエレメント１１や第２センサエレメント１２の出力信号を増幅する。第１、第２フィルタ２３ａ、２３ｂは、信号処理および増幅後の第１センサエレメント１１や第２センサエレメント１２の出力信号のノイズ除去などを行う。また、第１、第２出力回路２４ａ、２４ｂは、第１、第２フィルタ２３ａ、２３ｂを通過後の出力信号を所望の電圧範囲に変換し、センサ出力として出力する。例えば、正常時には、０〜５Ｖの範囲の電圧をセンサ出力とし、入力されたＧの大きさと対応する電圧レベル（信号レベル）を出力する。なお、これら各構成要素に関しては、従来より周知なものであるため、ここでは詳細については説明を省略する。
【００２５】
自己診断回路２５は、第１センサエレメント１１や第２センサエレメント１２が正常に機能しているか、および、第１、第２信号処理部２１ａ、２１ｂや第１、第２増幅器２２ａ、２２ｂや第１、第２フィルタ２３ａ、２３ｂが正常に機能しているかをセンサ自らが診断するものである。例えば、自己診断回路２５は、自己診断のタイミングのときに、前後Ｇもしくは横Ｇに対応するＧが入力されたときと同様の診断用擬似信号を第１センサエレメント１１や第２センサエレメント１２に付与し、第１センサエレメント１１や第２センサエレメント１２から診断用擬似信号に対応した出力信号を発生させる。これらの出力信号が第１、第２信号処理部２１ａ、２１ｂや第１、第２増幅器２２ａ、２２ｂおよび第１、第２フィルタ２３ａ、２３ｂを通じて自己診断回路２５に入力されると、自己診断回路２５は、診断用擬似信号が入力されたときに得られる出力信号と比較し、例えばそれらの差が許容範囲内であれば正常であると判定し、許容範囲外であれば異常であると判定する。そして、この判定結果に基づき、第１、第２出力回路２４ａ、２４ｂに対して正常であれば自己診断回路２５から正常であることを示す信号を出力させ、異常であれば自己診断回路２５から異常であることを示す信号（以下、異常信号という）を出力させる。
【００２６】
例えば、正常時には、第１センサエレメント１１や第２センサエレメント１２に対してＧが入力されると、図３に示すように入力されるＧに対して比例するセンサ出力が発生させられる。すなわち、加速度センサの出力可能な範囲内において電圧レベルを変化させることにより入力されたＧと対応するセンサ出力を発生させる。具体的には、Ｇが０のときを加速度センサの出力可能な範囲の中間値（例えば２．５Ｖ）に設定し、右斜前方向もしくは左斜前方向の加速度が発生している場合を２．５〜５Ｖで表し、右斜後方向もしくは左斜後方向の加速度が発生している場合を０〜２．５Ｖで表す。そして、右斜前方向もしくは左斜前方向の加速度が大きいほど電圧レベルが高くなるようにし、右斜後方向もしくは左斜後方向の加速度が大きいほど電圧レベルが小さくなるようにする。このように、通常時と変わらないセンサ出力が発生させられるため、外部システムでは第１、第２センサエレメント１１、１２、第１、第２信号処理部２１ａ、２１ｂ、第１、第２増幅器２２ａ、２２ｂおよび第１、第２フィルタ２３ａ、２３ｂが異常ではないと判定することが可能となる。
【００２７】
また、異常時には、第１センサエレメント１１や第２センサエレメント１２に対するＧの入力にかかわらず、一定の電圧レベルとされる。具体的には、Ｈｉレベル（５Ｖ）もしくはＬｏレベル（０Ｖ）がセンサ出力として発生させられる。このように、通常時と異なるセンサ出力が発生させられるため、外部システムでは第１、第２センサエレメント１１、１２、第１、第２信号処理部２１ａ、２１ｂ、第１、第２増幅器２２ａ、２２ｂおよび第１、第２フィルタ２３ａ、２３ｂのいずれかが異常であると判定することが可能となる。このときのセンサ出力は、次で説明する選択回路２６にて決定される。
【００２８】
選択回路２６は、異常時に発生させる第１センサエレメント１１や第２センサエレメント１２と対応するセンサ出力として、ＨｉレベルとＬｏレベルのいずれを選択するかを決める。この選択は、加速度センサの配置の仕方などに基づいて行われ、加速度センサの製造段階もしくはディーラなどの検査・修理工場などでいずれを選択するかが決められる。本実施形態における選択手法に関しては、後で詳細に説明する。
【００２９】
このようにして、本実施形態にかかる加速度センサが構成されている。続いて、本実施形態にかかる加速度センサの作動について説明する。
【００３０】
まず、通常の加速度検出時には、車両走行中に前後Ｇや横Ｇが発生し、それに対応するＧが第１センサエレメント１１および第２センサエレメント１２に入力されると、各第１、第２センサエレメント１１、１２からＧに対応した出力信号が出力される。そして、第１センサエレメント１１の出力信号は、第１信号処理部２１ａにて信号処理されたのち、第１増幅器２２ａにて増幅され、さらに第１フィルタ２３ａによるノイズ除去などがされたあと、第１出力回路２４ａにてＧに対応した電圧レベルのセンサ出力として出力される。同様に、第２センサエレメント１２の出力信号は、第２信号処理部２１ｂにて信号処理されたのち、第２増幅器２２ｂにて増幅され、さらに第２フィルタ２３ｂによるノイズ除去などがされたあと、第２出力回路２４ｂにてＧに対応した電圧レベルのセンサ出力として出力される。これらの各センサ出力が外部システムに伝えられ、外部システムにて各センサ出力の合成値が演算されることにより、発生した前後Ｇおよび横Ｇが求められる。
【００３１】
次に、自己診断時には、自己診断回路２５から各第１、第２センサエレメント１１、１２に対して診断用擬似信号を付与し、第１センサエレメント１１や第２センサエレメント１２から診断用擬似信号に対応した出力信号を発生させる。そして、各第１、第２センサエレメント１１、１２から診断用擬似信号に対応した出力信号が出力され、これらの出力信号が第１、第２信号処理部２１ａ、２１ｂや第１、第２増幅器２２ａ、２２ｂや第１、第２フィルタ２３ａ、２３ｂを通じて自己診断回路２５に入力される。これにより、自己診断回路２５にて、診断用擬似信号が入力されたときに得られる出力信号と比較され、例えばそれらの差が許容範囲内であれば正常であると判定し、許容範囲外であれば異常であると判定される。そして、この判定結果に基づき、第１、第２出力回路２４ａ、２４ｂに対して正常であれば自己診断回路２５から正常であることを示す信号を出力させ、異常であれば自己診断回路２５から異常信号をセンサ出力として発生させる。
【００３２】
ここで、自己診断回路２５にて異常と判定されたときに発生させられるセンサ出力について説明する。
【００３３】
上述したように、本実施形態では、第１センサエレメント１１はα軸を検出方向とし、第２センサエレメント１２はβ軸を検出方向としている。そして、第１、第２センサエレメント１１、１２は、Ｇが０のときを加速度センサの出力可能な範囲の中間値（例えば２．５Ｖ）に設定し、左斜前方向もしくは右斜前方向の加速度が発生している場合を２．５〜５Ｖで表し、左斜後方向もしくは右斜後方向の加速度が発生している場合を０〜２．５Ｖで表している。
【００３４】
このため、異常と判定されたときに、第１、第２センサエレメント１１、１２に対応するセンサ出力として、第１、第２出力回路２４ａ、２４ｂから異常信号であるＨｉレベルを共に出力させたとすると、外部システムで演算される合成値は前後Ｇが極大値となるときと同様の値となる。例えば、実際に発生し得る前後Ｇや横Ｇとセンサ出力との関係は、図４に示すグラフのように表される。すなわち、前後Ｇは実際に大きな値を取り得るため、実際に極大値を取る可能性があり、そのときのセンサ出力は、センサ出力の上限値に近い値（例えば５Ｖ）となる。このため、車両の前後Ｇが極大値を取るときのセンサ出力の合成値は異常時のセンサ出力の合成値とほぼ同じになり、この差に基づいて誤判定なく正常であるか異常であるかの判定を行うためには、他のセンサ入力との比較を行う等の冗長を取らなければならない。
【００３５】
したがって、本実施形態では、第１、第２センサエレメント１１、１２のうちのいずれか一方に対応するセンサ出力をＨｉレベルではなくＬｏレベルとして出力するようにし、選択回路２６にて、そのような選択ができるように第１、第２出力回路２４ａ、２４ｂから出力させる異常信号の電圧レベルを決定している。
【００３６】
図５は、第１センサエレメント１１と対応するセンサ出力として、第１出力回路２４ａから異常信号であるＬｏレベルを出力し、第２センサエレメント１２と対応するセンサ出力として、第２出力回路２４ｂから異常信号であるＨｉレベルを出力したときの様子を示した模式図である。この図に示すように、第１出力回路２４ａから異常信号であるＬｏレベルを出力すると共に第２出力回路２４ｂから異常信号であるＨｉレベルを出力した場合、センサ出力の合成値が車両左右方向のベクトルとして表されることになる。これは、横Ｇが発生した場合と同義で捉えることができる。
【００３７】
このとき、第１出力回路２４ａから出力されるセンサ出力がＬｏレベルで第２出力回路２４ｂから出力されるセンサ出力がＨｉレベルの場合、その合成値は横Ｇが極大値を取るときのセンサ出力の合成値とほぼ同じになる。しかしながら、図４から判るように、横Ｇは、前後Ｇと異なり、通常の走行では実際に極大値を取ることは有り得ない。このため、外部システムにて、第１、第２出力回路２４ａ、２４ｂが発生させたセンサ出力の合成値を演算したときに、その合成値が横Ｇが極大値と取るときの値であったとすれば、通常発生し得ない値であるため、即時に加速度センサが異常であると判定することが可能となる。これにより、加速度センサが正常であるか異常であるかの判定を冗長を取らなくても即時判定できるようにすることが可能となる。
【００３８】
以上説明したように、本実施形態では、選択回路２６にて自己診断回路２５が加速度センサの異常を判定したときに第１、第２出力回路２４ａ、２４ｂから出力させる異常信号の電圧レベルを適宜選択できるようにしている。これにより、第１、第２出力回路２４ａ、２４ｂから出力されたセンサ出力を通常発生し得ない値にすることが可能となり、加速度センサが正常であるか異常であるかの判定を冗長を取らなくても即時判定できるようにすることが可能となる。
【００３９】
なお、ここでは、異常信号として第１出力回路２４ａからＬｏレベルを出力させ、第２出力回路２４ｂからＨｉレベルを出力させるように選択回路２６によるセンサ出力の選択を行っている。これは単なる一例を示したものであり、その逆、つまり異常信号として第１出力回路２４ａからＨｉレベルを出力させ、第２出力回路２４ｂからＬｏレベルを出力させるように選択回路２６によるセンサ出力の選択を行っても構わない。
【００４０】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。上記実施形態に対して検出方向であるα軸とβ軸の方向を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。
【００４１】
図６は、加速度センサの車両への搭載状態と、加速度センサに備えられるセンサエレメント毎のセンサ出力の関係等を示した模式図である。
【００４２】
この図に示されるように、本実施形態でも、センサエレメントは、互いに直行する二方向（α軸、β軸）を検出方向とする二軸の加速度検出を行うように配置され、２つの検出方向のうちの一方が車両前後方向、他方が車両左右方向を向けられた配置とされている。つまり、第１センサエレメント１１の検出方向（α軸）を車両前後方向とし、第２センサエレメント１２の検出方向（β軸）を車両左右方向として、これら各第１、第２センサエレメント１１、１２の出力それぞれによって前後Ｇと横Ｇが表される。つまり、前後Ｇに対応するＧが入力されたときには、第１センサエレメント１１に対応する第１出力回路２４ａの出力信号が前後Ｇを表すセンサ出力として出力され、横Ｇに対応するＧが入力されたときには、第２センサエレメント１２に対応する第２出力回路２４ｂの出力信号が前後Ｇを表すセンサ出力として出力される。これら各センサ出力に基づき、発生した前後Ｇおよび横Ｇが求められる。
【００４３】
続いて、本実施形態にかかる加速度センサの作動について説明する。
【００４４】
まず、通常の加速度検出時には、車両走行中に前後Ｇや横Ｇが発生し、それに対応するＧが第１センサエレメント１１および第２センサエレメント１２に入力されると、各第１、第２センサエレメント１１、１２からＧに対応した出力信号が出力され、第１、第２信号処理部２１ａ、２１ｂ、第１、第２増幅器２２ａ、２２ｂ、第１、第２フィルタ２３ａ、２３ｂおよび第１、第２出力回路２４ａ、２４ｂを介してセンサ出力が発生させられる。そして、各センサ出力が外部システムに入力され、外部システムにて第１出力回路２４ａが発生したセンサ出力に基づいて前後Ｇが求められると共に第２出力回路２４ｂが発生したセンサ出力に基づいて横Ｇが求められる。
【００４５】
次に、自己診断時には、第１実施形態と同様に、自己診断回路２５から各第１、第２センサエレメント１１、１２に対して診断用擬似信号が付与され、各第１、第２センサエレメント１１、１２から診断用擬似信号に対応した出力信号が出力される。これらの出力信号が第１、第２信号処理部２１ａ、２１ｂや第１、第２増幅器２２ａ、２２ｂや第１、第２フィルタ２３ａ、２３ｂを通じて自己診断回路２５に入力され、自己診断回路２５にて、診断用擬似信号が入力されたときに得られる出力信号と比較されることにより、正常であるか異常であるかが判定される。そして、この判定結果に基づき、第１、第２出力回路２４ａ、２４ｂに対して正常であれば自己診断回路２５から正常であることを示す信号を出力させ、異常であれば自己診断回路２５から異常信号をセンサ出力として発生させる。
【００４６】
このとき、本実施形態では、以下のような異常信号を出力させている。すなわち、本実施形態でも、第１センサエレメント１１の検出方向であるα軸に関しては、前後Ｇが実際に取り得る値が大きいため、センサ出力をＨｉレベルにしても、他のセンサ入力との比較を行う等の冗長を取らなければならない。これに対し、第２センサエレメント１２の検出方向であるβ軸に関しては、横Ｇが実際に取り得る値がセンサ出力の極大値と比較して十分に小さい。
【００４７】
このため、本実施形態では、図７の第２出力回路２４ｂから異常信号を出力したときの様子に示されるように、異常信号を出力するときの第１センサエレメント１１のセンサ出力がＨｉレベルであるかＬｏレベルであるかに関わらず、少なくとも第２センサエレメント１２に対応するセンサ出力をＨｉレベルにできるように、選択回路２６にて第２出力回路２４ｂから出力させる異常信号の電圧レベルを決定している。
【００４８】
このようにすれば、横Ｇとして通常発生し得ない値であるため、外部システムに第２出力回路２４ｂから異常信号が入力されたときに即時に加速度センサが異常であると判定することが可能となる。これにより、上記第１実施形態と同様、加速度センサが正常であるか異常であるかの判定を冗長を取らなくても即時判定できるようにすることが可能となる。
【００４９】
なお、ここでは、異常信号として第２出力回路２４ｂからＨｉレベルを出力させるように選択回路２６によるセンサ出力の選択を行ったが、第２出力回路２４ｂからＬｏレベルを出力させるように選択回路２６によるセンサ出力の選択を行っても構わない。
【００５０】
（他の実施形態）
上記第２実施形態では、各第１、第２センサエレメント１１、１２に対応するセンサ出力がそれぞれ前後Ｇと横Ｇを表しているため、一方の系統異常が発生したとしても、他方の系統に異常が発生していなければ他の系統の加速度検出をそのまま続行させるようにすることもできる。例えば、横Ｇを表している第２センサエレメント１２の系統に異常が発生した場合には、第２出力回路２４ｂからＨｉレベル信号を出力させるようにすることで、横Ｇを検出する系統が異常であることを外部システムに認識させられるようにしておき、前後Ｇを表している第１センサエレメント１１の系統に関しては、異常が発生していないため、前後Ｇの検出を続行し、第１出力回路２４ａから第１センサエレメント１１での検出信号に対応するセンサ出力が出力されるようにできる。このように、いずれかの系統に故障が発生した場合であっても、両方の系統共に異常信号を出力させるようにするか、それとも異常が発生した一方の系統にのみ異常信号を出力させるようにするかを選択することができる。このような選択に関しても、選択回路２６にて、予め異常の形態に則して選択できるようにすることができる。
【００５１】
また、上記実施形態では、選択回路２６にて、異常時に第１、第２出力回路２４ａ、２４ｂから発生させられるセンサ出力を異常信号に相当するＨｉレベルとＬｏレベルのいずれにするか、もしくは、異常信号を出力するか検出信号に対応するセンサ出力をそのまま出力するかを選択している。このような選択は、ソフト的に行われるようにしても良いし、センサ出力を発生させるセンサ回路内においてハード的にセンサ出力が切替えられるようにすることで行われるようにしても良い。
【００５２】
また、上記実施形態では、車両運動量センサとして加速度センサを例に挙げて説明したが、加速度センサ以外の運動量センサ、例えばヨーレートセンサとロールレートセンサを組み合わせたものなどに対しても本発明を適用することが可能である。
【００５３】
さらに、上記各実施形態では、センサエレメント１として、第１、第２センサエレメント１１、１２が別体で構成される場合について説明したが、第１、第２センサエレメント１１、１２が一体とされたものであっても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施形態にかかる加速度センサのブロック構成を示した図である。
【図２】加速度センサの車両への搭載状態と、加速度センサに備えられるセンサエレメント毎の検出方向の関係を示した模式図である。
【図３】図１に示す加速度センサに備えられるセンサエレメントへのＧの入力に対する出力の関係を示したグラフである。
【図４】実際に発生し得る前後Ｇや横Ｇとセンサ出力との関係を示したグラフである。
【図５】第１出力回路２４ａから異常信号であるＬｏレベルを出力し、第２出力回路２４ｂから異常信号であるＨｉレベルを出力したときの様子を示した模式図である。
【図６】本発明の第２実施形態にかかる加速度センサの車両への搭載状態と、加速度センサに備えられるセンサエレメント毎の検出方向の関係を示した模式図である。
【図７】第２出力回路２４ｂから異常信号を出力したときの様子を示した模式図である。
【図８】α軸とβ軸の二方向を検出方向とする二軸の加速度センサのセンサエレメントの２つの検出方向を車両前後方向に対して共に４５度に傾斜させたときの異常時の様子を示した模式図である。
【符号の説明】
【００５５】
１…センサエレメント、２…信号処理回路、１１、１２…第１、第２センサエレメント、２１ａ、２１ｂ…第１、第２信号処理部、２２ａ、２２ｂ…第１、第２増幅器、２３ａ、２３ｂ…第１、第２フィルタ、２４ａ、２４ｂ…第１、第２出力回路、２５…自己診断回路、２６…選択回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異常時に出力される信号レベルを選択可能な車両運動量センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両における運動量の検出を行う車両運動量センサでは、正常時に出力する信号レベルに対して異常時に出力する信号レベルを変えることにより、車両運動量センサが異常であることを車両運動量が入力される外部システムに伝えている。
【０００３】
例えば、車両の運動量として前後加速度（以下、前後Ｇという）や横加速度（以下、横Ｇという）を検出する車両用の加速度センサでは、自己診断機能が備えられ、自分自身が正常であるか異常であるかの自己診断を行うことができる。このような自己診断機能が備えられた加速度センサでは、例えば、正常時には、検出した前後Ｇや横Ｇを０．５〜４．５Ｖの出力範囲で表し、異常時には０Ｖもしくは５．０ＶというＬｏレベルもしくはＨｉレベルの電位を出力する。これにより、加速度センサのセンサ出力がＬｏレベルもしくはＨｉレベルの時に、前後Ｇや横Ｇを利用した車両運動制御を行う外部システム、例えば横滑り防止制御（ＥＳＣ（Electronic Stability Control））用の電子制御装置（以下、ECUという）にて加速度センサの異常を検出できるようにしている。
【特許文献１】特開２００３−２５４８５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、正常時の出力と異常時の出力の差が小さいため、外部システム側での誤判定を防止するために、他のセンサ入力との比較を行う等の冗長を取る必要があり、正常であるか異常であるかの判定に時間が掛かるという問題がある。これについて、図８を参照して説明する。
【０００５】
図８は、α軸とβ軸の二方向を検出方向とする二軸の加速度センサのセンサエレメントにおいて、２つの検出方向を車両前後方向に対して共に４５度に傾斜させたときの異常時の様子を示した模式図である。このような加速度センサでは、車両前後方向および車両左右方向に対して４５度傾斜した方向が検出方向となり、車両前方に向くベクトルに対して左方向に４５度傾斜した方向を検出方向（α軸）とする第１センサエレメントと右方向に４５度傾斜した方向を検出方向（β軸）とする第２センサエレメントそれぞれと対応するセンサ出力の合成値により、前後Ｇと横Ｇが表される。そして、異常時には、第１、第２センサエレメントそれぞれと対応するセンサ出力が例えばＨｉレベルとされることにより、その合成値が最も大きな値となるようにしている。このため、外部システムに第１、第２センサエレメントと対応するセンサ出力の合成値が最も大きな値となったことが伝えられると、外部システムにて加速度センサが異常であると判定することができる。
【０００６】
ところが、車両の前後Ｇが最も大きな値（以下、極大値という）を取るとき、それに対応する各センサ出力は出力可能な上限値に近い値（例えば５Ｖ）となる。このため、車両の前後Ｇが極大値を取るときのセンサ出力の合成値は異常時のセンサ出力の合成値とあまり差がなくなり、この差に基づいて誤判定なく正常であるか異常であるかの判定を行わなければならないために、冗長を取らなければならなくなる。
【０００７】
本発明は上記点に鑑みて、車両運動量センサにおいて、正常であるか異常であるかの判定を冗長を取らなくても即時判定できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、第１軸を検出方向として車両運動量の検出を行い、第１軸の車両運動量に対応する検出信号を出力する第１センサエレメント（１１）、および、第１軸と異なる第２軸を検出方向として車両運動量の検出を行い、第２軸の車両運動量に対応する検出信号を出力する第２センサエレメント（１２）を備えたセンサエレメント（１）と、第１センサエレメント（１１）および第２センサエレメント（１２）が出力する検出信号を信号処理し、第１軸の車両運動量と対応するセンサ出力および第２軸の車両運動量と対応するセンサ出力を発生させる信号処理回路（２）と、を備えた車両運動量センサにおいて、信号処理回路（２）に、第１センサエレメント（１１）および信号処理回路（２）のうち第１軸の車両運動量の検出を行う部分を第１系統とし、第２センサエレメント（１２）および信号処理回路（２）のうち第２軸の車両運動量の検出を行う部分を第２系統として、第１系統および第２系統の異常を検出し、異常を検出したときに異常が発生したことを示す異常信号としてセンサ出力として出力させられる上限値であるＨｉレベルと下限値であるＬｏレベルのいずれか一方を出力させる自己診断回路（２５）と、自己診断回路（２５）に対して、異常信号としてＨｉレベルとＬｏレベルのいずれを出力させるかを選択する選択回路（２６）とを備えることを特徴としている。
【０００９】
このように、選択回路（２６）にて自己診断回路（２５）が車両運動量センサの異常を判定したときにセンサ出力として出力させる異常信号の電圧レベルを適宜選択できるようにしている。これにより、第１系統と第２系統それぞれから出力されたセンサ出力を通常車両運動量として発生し得ない値にすることが可能となり、車両運動量が正常であるか異常であるかの判定を冗長を取らなくても即時判定できるようにすることが可能となる。
【００１０】
例えば、請求項２に記載したように、センサエレメント（１）にて車両運動量として車両の前後Ｇと横Ｇを検出するような加速度センサにおいては、異常を検出したときに横加速度が最も大きな値となるように、選択回路（２６）にて異常信号をＨｉレベルとＬｏレベルのいずれにするかを選択することができる。
【００１１】
つまり、実際取り得る横Ｇは、センサ出力にて表せる横Ｇの極大値を取ることは有り得ない。このため、横Ｇの極大値を示すことにより、加速度センサが正常であるか異常であるかの判定を冗長を取らなくても即時判定できるようにすることが可能となる。
【００１２】
具体的には、請求項３に記載したように、車両の水平方向において、車両の前方に向くベクトルに対して左方向に４５度傾斜した方向を第１軸に相当する第１センサエレメント（１１）の検出方向、車両の前方に向くベクトルに対して右方向に４５度傾斜した方向を第２軸に相当する第２センサエレメント（１２）の検出方向とし、信号処理回路（２）にて、第１系統では、車両の左前方を向く加速度が大きくなるほどセンサ出力を大きく出力すると共に車両の右後方を向く加速度が大きくなるほどセンサ出力を小さく出力し、第２系統では、車両の右前方を向く加速度が大きくなるほどセンサ出力を大きく出力すると共に車両の左後方を向く加速度が大きくなるほどセンサ出力を小さく出力することにより、第１系統のセンサ出力と第２系統のセンサ出力の合成値により前後Ｇと横Ｇを表すことができる。このような場合、選択回路（２６）にて、異常信号として、第１系統のセンサ出力をＬｏレベルにすると共に第２系統のセンサ出力をＨｉレベルとして出力させるか、もしくは、第１系統のセンサ出力をＨｉレベルにすると共に第２系統のセンサ出力をＬｏレベルとして出力させる選択を行うようにすれば良い。
【００１３】
また、請求項４に記載したように、車両の前後方向を第１軸に相当する第１センサエレメント（１１）の検出方向、車両の左右方向を第２軸に相当する第２センサエレメント（１２）の検出方向とし、信号処理回路（２）にて、第１系統では、車両の前方を向く加速度が大きくなるほどセンサ出力を大きく出力すると共に車両の後方を向く加速度が大きくなるほどセンサ出力を小さく出力し、第２系統では、車両の右方向を向く加速度が大きくなるほどセンサ出力を大きく出力すると共に車両の左方向を向く加速度が大きくなるほどセンサ出力を小さく出力することにより、前後加速度と横加速度を表すこともできる。このような場合、選択回路（２６）にて、異常信号として、第２系統のセンサ出力をＨｉレベルもしくはＬｏレベルとして出力させる選択を行うようにすれば良い。
【００１４】
さらに、この場合、請求項５に記載したように、選択回路（２６）にて、異常を検出したのが第２系統のみであったときに、第１系統のセンサ出力として、異常信号ではなく第１センサエレメント（１１）の検出信号を信号処理した第１軸と対応するセンサ出力をそのまま出力させるという選択を行うこともできる。
【００１５】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００１７】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。本実施形態は、車両運動量センサとして加速度センサに対して本発明の一実施形態を適用した場合について説明する。
【００１８】
図１は、本実施形態にかかる加速度センサのブロック構成を示した図である。図２は、加速度センサの車両への搭載状態と、加速度センサに備えられるセンサエレメント毎の検出方向の関係を示した模式図である。図３は、図１に示す加速度センサへの加速度（以下、Ｇという）の入力に対する出力の関係を示したグラフである。以下、これらの図を参照して、本実施形態にかかる加速度センサについて説明する。
【００１９】
本実施形態の加速度センサは、図１および図２に示されるように車両の水平方向に生じるＧが入力されたときにそれに応じた検出出力を発生させるセンサエレメント１と、図１に示されるようにセンサエレメントの検出出力を信号処理して最終的なセンサ出力を発生させる信号処理回路２とを有して構成されている。この加速度センサにより、α軸とβ軸の二方向を検出方向とする二軸の加速度を検出する。
【００２０】
センサエレメント１は、Ｇの入力に対応した出力を発生させる。例えば、センサエレメント１としては、Ｇの入力に対して錘部が備えられた可動部が移動し、可動部と固定部との間の容量値が変化することによりＧを検出する容量式のものなどが用いられる。本実施形態では、図２に示されるように、センサエレメント１は、互いに直行する二方向（α軸、β軸）を検出方向とする二軸の加速度検出を行うように配置され、２つの検出方向を車両前後方向に対して共に４５度に傾斜させた配置とされている。
【００２１】
このような加速度センサでは、車両前後方向および車両左右方向に対して４５度傾斜した方向が検出方向となり、車両前方に向くベクトルに対して左方向に４５度傾斜した方向を検出方向（α軸）とする第１センサエレメント１１と右方向に４５度傾斜した方向を検出方向（β軸）とする第２センサエレメント１２の出力の合成値により、前後Ｇと横Ｇが表される。
【００２２】
例えば、前後Ｇに対応するＧが入力されたときに、第１センサエレメント１１は、前後Ｇの大きさと対応する前後方向のベクトルをα軸上に投影したときのベクトルに対応する出力信号を発生させ、第２センサエレメント１２は、前後Ｇの大きさと対応する前後方向のベクトルをβ軸上に投影したときのベクトルに対応する出力信号を発生させる。これら第１センサエレメント１１と第２センサエレメント１２の出力信号が信号処理回路２にてそれに対応する電位に変換されたセンサ出力として出力されるため、外部システム（図示せず）にて各センサ出力の合成値が演算され、発生した前後Ｇが求められる。同様に、横Ｇに対応するＧが入力されたときに、第１センサエレメント１１は、横Ｇの大きさと対応する左右方向のベクトルをα軸上に投影したときのベクトルに対応する出力信号を発生させ、第２センサエレメント１２は、横Ｇの大きさと対応する左右方向のベクトルをβ軸上に投影したときのベクトルに対応する出力信号を発生させる。これら第１センサエレメント１１と第２センサエレメント１２の出力信号が信号処理回路２にてそれに対応する電位に変換されたセンサ出力として出力されるため、外部システムにて各センサ出力の合成値が演算され、発生した横Ｇが求められる。
【００２３】
信号処理回路２は、第１センサエレメント１１と第２センサエレメント１２それぞれの出力信号に対して備えられ、第１、第２信号処理部２１ａ、２１ｂ、第１、第２増幅器２２ａ、２２ｂ、第１、第２フィルタ２３ａ、２３ｂ、第１、第２出力回路２４ａ、２４ｂ、自己診断回路２５および選択回路２６を備えた構成とされている。
【００２４】
第１、第２信号処理部２１ａ、２１ｂは、第１センサエレメント１１や第２センサエレメント１２の出力信号を信号処理する。第１、第２増幅器２２ａ、２２ｂは、信号処理後の第１センサエレメント１１や第２センサエレメント１２の出力信号を増幅する。第１、第２フィルタ２３ａ、２３ｂは、信号処理および増幅後の第１センサエレメント１１や第２センサエレメント１２の出力信号のノイズ除去などを行う。また、第１、第２出力回路２４ａ、２４ｂは、第１、第２フィルタ２３ａ、２３ｂを通過後の出力信号を所望の電圧範囲に変換し、センサ出力として出力する。例えば、正常時には、０〜５Ｖの範囲の電圧をセンサ出力とし、入力されたＧの大きさと対応する電圧レベル（信号レベル）を出力する。なお、これら各構成要素に関しては、従来より周知なものであるため、ここでは詳細については説明を省略する。
【００２５】
自己診断回路２５は、第１センサエレメント１１や第２センサエレメント１２が正常に機能しているか、および、第１、第２信号処理部２１ａ、２１ｂや第１、第２増幅器２２ａ、２２ｂや第１、第２フィルタ２３ａ、２３ｂが正常に機能しているかをセンサ自らが診断するものである。例えば、自己診断回路２５は、自己診断のタイミングのときに、前後Ｇもしくは横Ｇに対応するＧが入力されたときと同様の診断用擬似信号を第１センサエレメント１１や第２センサエレメント１２に付与し、第１センサエレメント１１や第２センサエレメント１２から診断用擬似信号に対応した出力信号を発生させる。これらの出力信号が第１、第２信号処理部２１ａ、２１ｂや第１、第２増幅器２２ａ、２２ｂおよび第１、第２フィルタ２３ａ、２３ｂを通じて自己診断回路２５に入力されると、自己診断回路２５は、診断用擬似信号が入力されたときに得られる出力信号と比較し、例えばそれらの差が許容範囲内であれば正常であると判定し、許容範囲外であれば異常であると判定する。そして、この判定結果に基づき、第１、第２出力回路２４ａ、２４ｂに対して正常であれば自己診断回路２５から正常であることを示す信号を出力させ、異常であれば自己診断回路２５から異常であることを示す信号（以下、異常信号という）を出力させる。
【００２６】
例えば、正常時には、第１センサエレメント１１や第２センサエレメント１２に対してＧが入力されると、図３に示すように入力されるＧに対して比例するセンサ出力が発生させられる。すなわち、加速度センサの出力可能な範囲内において電圧レベルを変化させることにより入力されたＧと対応するセンサ出力を発生させる。具体的には、Ｇが０のときを加速度センサの出力可能な範囲の中間値（例えば２．５Ｖ）に設定し、右斜前方向もしくは左斜前方向の加速度が発生している場合を２．５〜５Ｖで表し、右斜後方向もしくは左斜後方向の加速度が発生している場合を０〜２．５Ｖで表す。そして、右斜前方向もしくは左斜前方向の加速度が大きいほど電圧レベルが高くなるようにし、右斜後方向もしくは左斜後方向の加速度が大きいほど電圧レベルが小さくなるようにする。このように、通常時と変わらないセンサ出力が発生させられるため、外部システムでは第１、第２センサエレメント１１、１２、第１、第２信号処理部２１ａ、２１ｂ、第１、第２増幅器２２ａ、２２ｂおよび第１、第２フィルタ２３ａ、２３ｂが異常ではないと判定することが可能となる。
【００２７】
また、異常時には、第１センサエレメント１１や第２センサエレメント１２に対するＧの入力にかかわらず、一定の電圧レベルとされる。具体的には、Ｈｉレベル（５Ｖ）もしくはＬｏレベル（０Ｖ）がセンサ出力として発生させられる。このように、通常時と異なるセンサ出力が発生させられるため、外部システムでは第１、第２センサエレメント１１、１２、第１、第２信号処理部２１ａ、２１ｂ、第１、第２増幅器２２ａ、２２ｂおよび第１、第２フィルタ２３ａ、２３ｂのいずれかが異常であると判定することが可能となる。このときのセンサ出力は、次で説明する選択回路２６にて決定される。
【００２８】
選択回路２６は、異常時に発生させる第１センサエレメント１１や第２センサエレメント１２と対応するセンサ出力として、ＨｉレベルとＬｏレベルのいずれを選択するかを決める。この選択は、加速度センサの配置の仕方などに基づいて行われ、加速度センサの製造段階もしくはディーラなどの検査・修理工場などでいずれを選択するかが決められる。本実施形態における選択手法に関しては、後で詳細に説明する。
【００２９】
このようにして、本実施形態にかかる加速度センサが構成されている。続いて、本実施形態にかかる加速度センサの作動について説明する。
【００３０】
まず、通常の加速度検出時には、車両走行中に前後Ｇや横Ｇが発生し、それに対応するＧが第１センサエレメント１１および第２センサエレメント１２に入力されると、各第１、第２センサエレメント１１、１２からＧに対応した出力信号が出力される。そして、第１センサエレメント１１の出力信号は、第１信号処理部２１ａにて信号処理されたのち、第１増幅器２２ａにて増幅され、さらに第１フィルタ２３ａによるノイズ除去などがされたあと、第１出力回路２４ａにてＧに対応した電圧レベルのセンサ出力として出力される。同様に、第２センサエレメント１２の出力信号は、第２信号処理部２１ｂにて信号処理されたのち、第２増幅器２２ｂにて増幅され、さらに第２フィルタ２３ｂによるノイズ除去などがされたあと、第２出力回路２４ｂにてＧに対応した電圧レベルのセンサ出力として出力される。これらの各センサ出力が外部システムに伝えられ、外部システムにて各センサ出力の合成値が演算されることにより、発生した前後Ｇおよび横Ｇが求められる。
【００３１】
次に、自己診断時には、自己診断回路２５から各第１、第２センサエレメント１１、１２に対して診断用擬似信号を付与し、第１センサエレメント１１や第２センサエレメント１２から診断用擬似信号に対応した出力信号を発生させる。そして、各第１、第２センサエレメント１１、１２から診断用擬似信号に対応した出力信号が出力され、これらの出力信号が第１、第２信号処理部２１ａ、２１ｂや第１、第２増幅器２２ａ、２２ｂや第１、第２フィルタ２３ａ、２３ｂを通じて自己診断回路２５に入力される。これにより、自己診断回路２５にて、診断用擬似信号が入力されたときに得られる出力信号と比較され、例えばそれらの差が許容範囲内であれば正常であると判定し、許容範囲外であれば異常であると判定される。そして、この判定結果に基づき、第１、第２出力回路２４ａ、２４ｂに対して正常であれば自己診断回路２５から正常であることを示す信号を出力させ、異常であれば自己診断回路２５から異常信号をセンサ出力として発生させる。
【００３２】
ここで、自己診断回路２５にて異常と判定されたときに発生させられるセンサ出力について説明する。
【００３３】
上述したように、本実施形態では、第１センサエレメント１１はα軸を検出方向とし、第２センサエレメント１２はβ軸を検出方向としている。そして、第１、第２センサエレメント１１、１２は、Ｇが０のときを加速度センサの出力可能な範囲の中間値（例えば２．５Ｖ）に設定し、左斜前方向もしくは右斜前方向の加速度が発生している場合を２．５〜５Ｖで表し、左斜後方向もしくは右斜後方向の加速度が発生している場合を０〜２．５Ｖで表している。
【００３４】
このため、異常と判定されたときに、第１、第２センサエレメント１１、１２に対応するセンサ出力として、第１、第２出力回路２４ａ、２４ｂから異常信号であるＨｉレベルを共に出力させたとすると、外部システムで演算される合成値は前後Ｇが極大値となるときと同様の値となる。例えば、実際に発生し得る前後Ｇや横Ｇとセンサ出力との関係は、図４に示すグラフのように表される。すなわち、前後Ｇは実際に大きな値を取り得るため、実際に極大値を取る可能性があり、そのときのセンサ出力は、センサ出力の上限値に近い値（例えば５Ｖ）となる。このため、車両の前後Ｇが極大値を取るときのセンサ出力の合成値は異常時のセンサ出力の合成値とほぼ同じになり、この差に基づいて誤判定なく正常であるか異常であるかの判定を行うためには、他のセンサ入力との比較を行う等の冗長を取らなければならない。
【００３５】
したがって、本実施形態では、第１、第２センサエレメント１１、１２のうちのいずれか一方に対応するセンサ出力をＨｉレベルではなくＬｏレベルとして出力するようにし、選択回路２６にて、そのような選択ができるように第１、第２出力回路２４ａ、２４ｂから出力させる異常信号の電圧レベルを決定している。
【００３６】
図５は、第１センサエレメント１１と対応するセンサ出力として、第１出力回路２４ａから異常信号であるＬｏレベルを出力し、第２センサエレメント１２と対応するセンサ出力として、第２出力回路２４ｂから異常信号であるＨｉレベルを出力したときの様子を示した模式図である。この図に示すように、第１出力回路２４ａから異常信号であるＬｏレベルを出力すると共に第２出力回路２４ｂから異常信号であるＨｉレベルを出力した場合、センサ出力の合成値が車両左右方向のベクトルとして表されることになる。これは、横Ｇが発生した場合と同義で捉えることができる。
【００３７】
このとき、第１出力回路２４ａから出力されるセンサ出力がＬｏレベルで第２出力回路２４ｂから出力されるセンサ出力がＨｉレベルの場合、その合成値は横Ｇが極大値を取るときのセンサ出力の合成値とほぼ同じになる。しかしながら、図４から判るように、横Ｇは、前後Ｇと異なり、通常の走行では実際に極大値を取ることは有り得ない。このため、外部システムにて、第１、第２出力回路２４ａ、２４ｂが発生させたセンサ出力の合成値を演算したときに、その合成値が横Ｇが極大値と取るときの値であったとすれば、通常発生し得ない値であるため、即時に加速度センサが異常であると判定することが可能となる。これにより、加速度センサが正常であるか異常であるかの判定を冗長を取らなくても即時判定できるようにすることが可能となる。
【００３８】
以上説明したように、本実施形態では、選択回路２６にて自己診断回路２５が加速度センサの異常を判定したときに第１、第２出力回路２４ａ、２４ｂから出力させる異常信号の電圧レベルを適宜選択できるようにしている。これにより、第１、第２出力回路２４ａ、２４ｂから出力されたセンサ出力を通常発生し得ない値にすることが可能となり、加速度センサが正常であるか異常であるかの判定を冗長を取らなくても即時判定できるようにすることが可能となる。
【００３９】
なお、ここでは、異常信号として第１出力回路２４ａからＬｏレベルを出力させ、第２出力回路２４ｂからＨｉレベルを出力させるように選択回路２６によるセンサ出力の選択を行っている。これは単なる一例を示したものであり、その逆、つまり異常信号として第１出力回路２４ａからＨｉレベルを出力させ、第２出力回路２４ｂからＬｏレベルを出力させるように選択回路２６によるセンサ出力の選択を行っても構わない。
【００４０】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。上記実施形態に対して検出方向であるα軸とβ軸の方向を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。
【００４１】
図６は、加速度センサの車両への搭載状態と、加速度センサに備えられるセンサエレメント毎のセンサ出力の関係等を示した模式図である。
【００４２】
この図に示されるように、本実施形態でも、センサエレメントは、互いに直行する二方向（α軸、β軸）を検出方向とする二軸の加速度検出を行うように配置され、２つの検出方向のうちの一方が車両前後方向、他方が車両左右方向を向けられた配置とされている。つまり、第１センサエレメント１１の検出方向（α軸）を車両前後方向とし、第２センサエレメント１２の検出方向（β軸）を車両左右方向として、これら各第１、第２センサエレメント１１、１２の出力それぞれによって前後Ｇと横Ｇが表される。つまり、前後Ｇに対応するＧが入力されたときには、第１センサエレメント１１に対応する第１出力回路２４ａの出力信号が前後Ｇを表すセンサ出力として出力され、横Ｇに対応するＧが入力されたときには、第２センサエレメント１２に対応する第２出力回路２４ｂの出力信号が前後Ｇを表すセンサ出力として出力される。これら各センサ出力に基づき、発生した前後Ｇおよび横Ｇが求められる。
【００４３】
続いて、本実施形態にかかる加速度センサの作動について説明する。
【００４４】
まず、通常の加速度検出時には、車両走行中に前後Ｇや横Ｇが発生し、それに対応するＧが第１センサエレメント１１および第２センサエレメント１２に入力されると、各第１、第２センサエレメント１１、１２からＧに対応した出力信号が出力され、第１、第２信号処理部２１ａ、２１ｂ、第１、第２増幅器２２ａ、２２ｂ、第１、第２フィルタ２３ａ、２３ｂおよび第１、第２出力回路２４ａ、２４ｂを介してセンサ出力が発生させられる。そして、各センサ出力が外部システムに入力され、外部システムにて第１出力回路２４ａが発生したセンサ出力に基づいて前後Ｇが求められると共に第２出力回路２４ｂが発生したセンサ出力に基づいて横Ｇが求められる。
【００４５】
次に、自己診断時には、第１実施形態と同様に、自己診断回路２５から各第１、第２センサエレメント１１、１２に対して診断用擬似信号が付与され、各第１、第２センサエレメント１１、１２から診断用擬似信号に対応した出力信号が出力される。これらの出力信号が第１、第２信号処理部２１ａ、２１ｂや第１、第２増幅器２２ａ、２２ｂや第１、第２フィルタ２３ａ、２３ｂを通じて自己診断回路２５に入力され、自己診断回路２５にて、診断用擬似信号が入力されたときに得られる出力信号と比較されることにより、正常であるか異常であるかが判定される。そして、この判定結果に基づき、第１、第２出力回路２４ａ、２４ｂに対して正常であれば自己診断回路２５から正常であることを示す信号を出力させ、異常であれば自己診断回路２５から異常信号をセンサ出力として発生させる。
【００４６】
このとき、本実施形態では、以下のような異常信号を出力させている。すなわち、本実施形態でも、第１センサエレメント１１の検出方向であるα軸に関しては、前後Ｇが実際に取り得る値が大きいため、センサ出力をＨｉレベルにしても、他のセンサ入力との比較を行う等の冗長を取らなければならない。これに対し、第２センサエレメント１２の検出方向であるβ軸に関しては、横Ｇが実際に取り得る値がセンサ出力の極大値と比較して十分に小さい。
【００４７】
このため、本実施形態では、図７の第２出力回路２４ｂから異常信号を出力したときの様子に示されるように、異常信号を出力するときの第１センサエレメント１１のセンサ出力がＨｉレベルであるかＬｏレベルであるかに関わらず、少なくとも第２センサエレメント１２に対応するセンサ出力をＨｉレベルにできるように、選択回路２６にて第２出力回路２４ｂから出力させる異常信号の電圧レベルを決定している。
【００４８】
このようにすれば、横Ｇとして通常発生し得ない値であるため、外部システムに第２出力回路２４ｂから異常信号が入力されたときに即時に加速度センサが異常であると判定することが可能となる。これにより、上記第１実施形態と同様、加速度センサが正常であるか異常であるかの判定を冗長を取らなくても即時判定できるようにすることが可能となる。
【００４９】
なお、ここでは、異常信号として第２出力回路２４ｂからＨｉレベルを出力させるように選択回路２６によるセンサ出力の選択を行ったが、第２出力回路２４ｂからＬｏレベルを出力させるように選択回路２６によるセンサ出力の選択を行っても構わない。
【００５０】
（他の実施形態）
上記第２実施形態では、各第１、第２センサエレメント１１、１２に対応するセンサ出力がそれぞれ前後Ｇと横Ｇを表しているため、一方の系統異常が発生したとしても、他方の系統に異常が発生していなければ他の系統の加速度検出をそのまま続行させるようにすることもできる。例えば、横Ｇを表している第２センサエレメント１２の系統に異常が発生した場合には、第２出力回路２４ｂからＨｉレベル信号を出力させるようにすることで、横Ｇを検出する系統が異常であることを外部システムに認識させられるようにしておき、前後Ｇを表している第１センサエレメント１１の系統に関しては、異常が発生していないため、前後Ｇの検出を続行し、第１出力回路２４ａから第１センサエレメント１１での検出信号に対応するセンサ出力が出力されるようにできる。このように、いずれかの系統に故障が発生した場合であっても、両方の系統共に異常信号を出力させるようにするか、それとも異常が発生した一方の系統にのみ異常信号を出力させるようにするかを選択することができる。このような選択に関しても、選択回路２６にて、予め異常の形態に則して選択できるようにすることができる。
【００５１】
また、上記実施形態では、選択回路２６にて、異常時に第１、第２出力回路２４ａ、２４ｂから発生させられるセンサ出力を異常信号に相当するＨｉレベルとＬｏレベルのいずれにするか、もしくは、異常信号を出力するか検出信号に対応するセンサ出力をそのまま出力するかを選択している。このような選択は、ソフト的に行われるようにしても良いし、センサ出力を発生させるセンサ回路内においてハード的にセンサ出力が切替えられるようにすることで行われるようにしても良い。
【００５２】
また、上記実施形態では、車両運動量センサとして加速度センサを例に挙げて説明したが、加速度センサ以外の運動量センサ、例えばヨーレートセンサとロールレートセンサを組み合わせたものなどに対しても本発明を適用することが可能である。
【００５３】
さらに、上記各実施形態では、センサエレメント１として、第１、第２センサエレメント１１、１２が別体で構成される場合について説明したが、第１、第２センサエレメント１１、１２が一体とされたものであっても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施形態にかかる加速度センサのブロック構成を示した図である。
【図２】加速度センサの車両への搭載状態と、加速度センサに備えられるセンサエレメント毎の検出方向の関係を示した模式図である。
【図３】図１に示す加速度センサに備えられるセンサエレメントへのＧの入力に対する出力の関係を示したグラフである。
【図４】実際に発生し得る前後Ｇや横Ｇとセンサ出力との関係を示したグラフである。
【図５】第１出力回路２４ａから異常信号であるＬｏレベルを出力し、第２出力回路２４ｂから異常信号であるＨｉレベルを出力したときの様子を示した模式図である。
【図６】本発明の第２実施形態にかかる加速度センサの車両への搭載状態と、加速度センサに備えられるセンサエレメント毎の検出方向の関係を示した模式図である。
【図７】第２出力回路２４ｂから異常信号を出力したときの様子を示した模式図である。
【図８】α軸とβ軸の二方向を検出方向とする二軸の加速度センサのセンサエレメントの２つの検出方向を車両前後方向に対して共に４５度に傾斜させたときの異常時の様子を示した模式図である。
【符号の説明】
【００５５】
１…センサエレメント、２…信号処理回路、１１、１２…第１、第２センサエレメント、２１ａ、２１ｂ…第１、第２信号処理部、２２ａ、２２ｂ…第１、第２増幅器、２３ａ、２３ｂ…第１、第２フィルタ、２４ａ、２４ｂ…第１、第２出力回路、２５…自己診断回路、２６…選択回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１軸を検出方向として車両運動量の検出を行い、該第１軸の車両運動量に対応する検出信号を出力する第１センサエレメント（１１）、および、前記第１軸と異なる第２軸を検出方向として車両運動量の検出を行い、該第２軸の車両運動量に対応する検出信号を出力する第２センサエレメント（１２）を備えたセンサエレメント（１）と、
前記第１センサエレメント（１１）および前記第２センサエレメント（１２）が出力する前記検出信号を信号処理し、前記第１軸の車両運動量と対応するセンサ出力および前記第２軸の車両運動量と対応するセンサ出力を発生させる信号処理回路（２）と、を備え、
前記信号処理回路（２）には、
前記第１センサエレメント（１１）および前記信号処理回路（２）のうち前記第１軸の車両運動量の検出を行う部分を第１系統とし、前記第２センサエレメント（１２）および前記信号処理回路（２）のうち前記第２軸の車両運動量の検出を行う部分を第２系統として、前記第１系統および前記第２系統の異常を検出し、該異常を検出したときに異常が発生したことを示す異常信号として前記センサ出力として出力させられる上限値であるＨｉレベルと下限値であるＬｏレベルのいずれか一方を出力させる自己診断回路（２５）と、
前記自己診断回路（２５）に対して、前記異常信号としてＨｉレベルとＬｏレベルのいずれを出力させるかを選択する選択回路（２６）と、が備えられていることを特徴とする車両運動量センサ。
【請求項２】
前記センサエレメント（１）にて前記車両運動量として車両の前後加速度と横加速度を検出し、
前記選択回路（２６）は、前記異常を検出したときに前記横加速度が最も大きな値となるように、前記異常信号をＨｉレベルとＬｏレベルのいずれにするかを選択することを特徴とする請求項１に記載の車両運動量センサ。
【請求項３】
前記第１センサエレメント（１１）は、前記車両の水平方向において、前記車両の前方に向くベクトルに対して左方向に４５度傾斜した方向を前記第１軸に相当する検出方向とし、
前記第２センサエレメント（１２）は、前記車両の水平方向において、前記車両の前方に向くベクトルに対して右方向に４５度傾斜した方向を前記第２軸に相当する検出方向とし、
前記信号処理回路（２）は、前記第１系統では、前記車両の左前方を向く加速度が大きくなるほど前記センサ出力を大きく出力すると共に前記車両の右後方を向く加速度が大きくなるほど前記センサ出力を小さく出力し、前記第２系統では、前記車両の右前方を向く加速度が大きくなるほど前記センサ出力を大きく出力すると共に前記車両の左後方を向く加速度が大きくなるほど前記センサ出力を小さく出力することにより、前記第１系統の前記センサ出力と前記第２系統の前記センサ出力の合成値により前記前後加速度と前記横加速度を表しており、
前記選択回路（２６）は、前記異常信号として、前記第１系統の前記センサ出力をＬｏレベルにすると共に前記第２系統のセンサ出力をＨｉレベルとして出力させるか、もしくは、前記第１系統の前記センサ出力をＨｉレベルにすると共に前記第２系統のセンサ出力をＬｏレベルとして出力させる選択を行うことを特徴とする請求項２に記載の車両運動量センサ。
【請求項４】
前記第１センサエレメント（１１）は、前記車両の前後方向を前記第１軸に相当する検出方向とし、
前記第２センサエレメント（１２）は、前記車両の左右方向を前記第２軸に相当する検出方向とし、
前記信号処理回路（２）は、前記第１系統では、前記車両の前方を向く加速度が大きくなるほど前記センサ出力を大きく出力すると共に前記車両の後方を向く加速度が大きくなるほど前記センサ出力を小さく出力し、前記第２系統では、前記車両の右方向を向く加速度が大きくなるほど前記センサ出力を大きく出力すると共に前記車両の左方向を向く加速度が大きくなるほど前記センサ出力を小さく出力することにより、前記前後加速度と前記横加速度を表しており、
前記選択回路（２６）は、前記異常信号として、前記第２系統のセンサ出力をＨｉレベルもしくはＬｏレベルとして出力させる選択を行うことを特徴とする請求項２に記載の車両運動量センサ。
【請求項５】
前記選択回路（２６）は、異常を検出したのが前記第２系統のみであったとき、前記第１系統のセンサ出力として、異常信号ではなく前記第１センサエレメント（１１）の検出信号を信号処理した前記第１軸と対応するセンサ出力をそのまま出力させる選択を行うことを特徴とする請求項４に記載の車両運動量センサ。
【請求項１】
第１軸を検出方向として車両運動量の検出を行い、該第１軸の車両運動量に対応する検出信号を出力する第１センサエレメント（１１）、および、前記第１軸と異なる第２軸を検出方向として車両運動量の検出を行い、該第２軸の車両運動量に対応する検出信号を出力する第２センサエレメント（１２）を備えたセンサエレメント（１）と、
前記第１センサエレメント（１１）および前記第２センサエレメント（１２）が出力する前記検出信号を信号処理し、前記第１軸の車両運動量と対応するセンサ出力および前記第２軸の車両運動量と対応するセンサ出力を発生させる信号処理回路（２）と、を備え、
前記信号処理回路（２）には、
前記第１センサエレメント（１１）および前記信号処理回路（２）のうち前記第１軸の車両運動量の検出を行う部分を第１系統とし、前記第２センサエレメント（１２）および前記信号処理回路（２）のうち前記第２軸の車両運動量の検出を行う部分を第２系統として、前記第１系統および前記第２系統の異常を検出し、該異常を検出したときに異常が発生したことを示す異常信号として前記センサ出力として出力させられる上限値であるＨｉレベルと下限値であるＬｏレベルのいずれか一方を出力させる自己診断回路（２５）と、
前記自己診断回路（２５）に対して、前記異常信号としてＨｉレベルとＬｏレベルのいずれを出力させるかを選択する選択回路（２６）と、が備えられていることを特徴とする車両運動量センサ。
【請求項２】
前記センサエレメント（１）にて前記車両運動量として車両の前後加速度と横加速度を検出し、
前記選択回路（２６）は、前記異常を検出したときに前記横加速度が最も大きな値となるように、前記異常信号をＨｉレベルとＬｏレベルのいずれにするかを選択することを特徴とする請求項１に記載の車両運動量センサ。
【請求項３】
前記第１センサエレメント（１１）は、前記車両の水平方向において、前記車両の前方に向くベクトルに対して左方向に４５度傾斜した方向を前記第１軸に相当する検出方向とし、
前記第２センサエレメント（１２）は、前記車両の水平方向において、前記車両の前方に向くベクトルに対して右方向に４５度傾斜した方向を前記第２軸に相当する検出方向とし、
前記信号処理回路（２）は、前記第１系統では、前記車両の左前方を向く加速度が大きくなるほど前記センサ出力を大きく出力すると共に前記車両の右後方を向く加速度が大きくなるほど前記センサ出力を小さく出力し、前記第２系統では、前記車両の右前方を向く加速度が大きくなるほど前記センサ出力を大きく出力すると共に前記車両の左後方を向く加速度が大きくなるほど前記センサ出力を小さく出力することにより、前記第１系統の前記センサ出力と前記第２系統の前記センサ出力の合成値により前記前後加速度と前記横加速度を表しており、
前記選択回路（２６）は、前記異常信号として、前記第１系統の前記センサ出力をＬｏレベルにすると共に前記第２系統のセンサ出力をＨｉレベルとして出力させるか、もしくは、前記第１系統の前記センサ出力をＨｉレベルにすると共に前記第２系統のセンサ出力をＬｏレベルとして出力させる選択を行うことを特徴とする請求項２に記載の車両運動量センサ。
【請求項４】
前記第１センサエレメント（１１）は、前記車両の前後方向を前記第１軸に相当する検出方向とし、
前記第２センサエレメント（１２）は、前記車両の左右方向を前記第２軸に相当する検出方向とし、
前記信号処理回路（２）は、前記第１系統では、前記車両の前方を向く加速度が大きくなるほど前記センサ出力を大きく出力すると共に前記車両の後方を向く加速度が大きくなるほど前記センサ出力を小さく出力し、前記第２系統では、前記車両の右方向を向く加速度が大きくなるほど前記センサ出力を大きく出力すると共に前記車両の左方向を向く加速度が大きくなるほど前記センサ出力を小さく出力することにより、前記前後加速度と前記横加速度を表しており、
前記選択回路（２６）は、前記異常信号として、前記第２系統のセンサ出力をＨｉレベルもしくはＬｏレベルとして出力させる選択を行うことを特徴とする請求項２に記載の車両運動量センサ。
【請求項５】
前記選択回路（２６）は、異常を検出したのが前記第２系統のみであったとき、前記第１系統のセンサ出力として、異常信号ではなく前記第１センサエレメント（１１）の検出信号を信号処理した前記第１軸と対応するセンサ出力をそのまま出力させる選択を行うことを特徴とする請求項４に記載の車両運動量センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−２７６２１２（Ｐ２００９−２７６２１２Ａ）
【公開日】平成２１年１１月２６日（２００９．１１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１２８０５３（Ｐ２００８−１２８０５３）
【出願日】平成２０年５月１５日（２００８．５．１５）
【出願人】（３０１０６５８９２）株式会社アドヴィックス (1,291)
【公開日】平成２１年１１月２６日（２００９．１１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月１５日（２００８．５．１５）
【出願人】（３０１０６５８９２）株式会社アドヴィックス (1,291)
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