JPH059747B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、例えば走行する物体である自動車
等に取付け設定され、この自動車に作用する加速
度の状態を検出して各種制御用に用いられるよう
にする半導体加速度センサを備えた加速度検出装
置に関する。

［従来の技術］ 例えば、自動車においてブレーキのアンチスキ
ツド制御あるいはサスペンシヨンの自動制御等を
実行しようとする場合には、自動車の車体に作用
する前後方向さらには左右方向に作用する加速度
を検出する必要がある。このような加速度の検出
手段としては、種々の構造のものが考えられてい
るものであるが、小形に構成されると共に精度の
高い加速度検出動作が実行されるものとして、半
導体による加速度検出センサが多く使用されるよ
うになつている。

半導体加速度検出センサは、例えばシリコン等
の単結晶で構成される半導体基板から、単結晶シ
リコンによる振動片を形成し、この振動片が加速
度が作用したときに、この加速度の大きさに対応
して曲がるようにして構成される。そして、この
振動片にはピエゾ抵抗素子を添着し、このピエゾ
抵抗素子から上記振動片の曲がりの大きさに対応
した電気的信号が検出されるようにしている。

すなわち、この半導体加速度検出装置からは、
作用された加速度の大きさに対応した電気的な信
号が得らるえるもので、アンチスキツドあるいは
サスペンシヨンを電子的に制御しようとする場
合、この検出信号が効果的に使用できるようにな
るものである。

しかし、このような半導体加速度検出センサに
あつては、長時間に亙り、特に自然環境の激しい
条件で使用される自動車に搭載して使用される場
合、ピエゾ抵抗素子の抵抗値の経時変化、温度変
化等による直流的なドリフトが無視できないよう
になることがある。このため、例えばコンデンサ
による交流カツプリング回路等によつて、信号の
低周波成分の除去等を行うようにしている。

第６図はこのコンデンサカツプリングを使用し
た加速度検出装置の構成を示すもので、例えば２
つの辺に半導体による加速度センサS₁およびS₂を
設定したブリツジ回路からの出力信号を、差動増
幅器Ａ１で増幅検出するようにしている。そし
て、この差動増幅器Ａ１からの出力信号は、コン
デンサＣおよび抵抗Ｒからなるフイルタ回路によ
つて構成されるカツプリング回路を介して増幅器
Ａ２に供給され、この増幅器Ａ２からの出力信号
が加速度検出信号として使用されるようになるも
のである。

このように構成される装置において、出力信号
における低周波のカツト量は、コンデンサＣおよ
び抵抗Ｒのそれぞれ値によつて決定されるように
なり、コンデンサＣの値あるいは抵抗Ｒの値を無
限に大きくすれば、カツトされる周波数の値は無
限に低くなるものであるが、このコンデンサＣお
よび抵抗Ｒの値には限界があり、通常カツトオフ
周波数は0.1〜0.5Hz程度が限界である。

しかし、自動車のアンチスキツド制御、サスペ
ンシヨン制御等の電子的な制御を行う場合、これ
まで交流カツプリング回路等で除去されていた直
流に近い加速度変化を計測することが要求される
ようになつている。しかし、上記のようにコンデ
ンサによるカツプリング回路では、その領域値に
限界があるものであるため、直流成分に近い加速
度の変化を検出するような需要の条件を満たすよ
うに構成することはできないものである。

［発明が解決しようとする問題点］ この発明は上記のような点に鑑みなされたもの
で、充分に小形軽量に構成することができ、例え
ば自動車等に効果的に搭載して電子制御用に使用
できるようにすると共に、充分な低周波の加速度
変化をも確実に検出できるようにし、例えば電子
的なアンチスキツド制御、サスペンシヨン制御等
のための検出要素として効果的に使用できるよう
にする加速度検出装置を提供しようとするもので
ある。

［問題点を解決するための手段］ すなわち、この発明に係る加速度検出装置にあ
つては、半導体検出センサを含むセンサ回路から
の検出信号を増幅する増幅手段の基準動作点を可
変制御するようにしているものであり、この基準
動作点がドリフトを除去する方向に補正制御され
るようにしているものである。

［作用］ 上記のように構成される加速度検出装置にあつ
ては、センサ回路からの出力信号を増幅する増幅
手段の基準動作点が、ドリフトの発生状態に対応
して修正補正されるようになつている。したがつ
て、この増幅手段から出力される信号がそのまま
加速度検出信号として使用されるようになるもの
であり、しかもこの出力信号からはドリフト成分
が除去されているものである。すなわち、直流成
分に近い状態の加速度変化に対応した信号も確実
に出力されるようになるもので、例えば自動車の
Ｂンチスキツド制御、自動サスペンシヨン制御等
の電子制御が確実に実行させるようにする加速度
検出信号が得られるようになるものである。

［発明の実施例］ 以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説
明する。第１図はその構成を示しているもので、
半導体による抵抗１１１および１１２は、抵抗１
２１および１２２と共にブリツジ回路を構成する
ように接続される。この場合、上記抵抗１１１，
１１２は、例えばそれぞれ半導体によつて構成さ
れる振動片に取付け設定されるピエゾ抵抗素子に
よつて構成され、上記振動片の曲りに対応した抵
抗値に設定されるようになる。そして、このブリ
ツジ回路からの出力信号は差動増幅器１３に供給
されるもので、この差動増幅器１３から加速度に
対応した検出信号が出力される。この差動増幅器
１３からの出力信号は出力増幅器１４で増幅さ
れ、ドリフトを含めた全ての周波数成分が増幅さ
れ、出力として取出されるようになつている。

ここで上記出力増幅器１４は、動作点補正回路
１５によつて基準動作点が補正変化されるように
なつている。この動作点補正回路１５には、出力
増幅器１４からの出力信号が供給されているもの
で、この増幅器１４からの出力信号の状態に対応
して補正点が設定されるようにしている。またこ
の動作点補正回路１５には、自動車停止判定回路
１６からの停止状態の判定信号が供給されてお
り、この自動車の停止状態の停止状態判定時にお
いてのみ、上記補正動作が実行されるようにして
いる。

この加速度検出装置は、自動車に搭載設定され
るもので、自動車の発進および停止時に車体に作
用する加速度、さらにカーブ走行する場合等の横
方向に作用する加速度を検出するもので、現実に
加速度が作用することがない自動車の停止時にお
いて、増幅器１４からの出力信号を検出し、この
出力信号の偏差量を検出する。そして、この偏差
量に対応して増幅器１４の動作点を修正するよう
にする。すなわち、この動作点補正回路１５によ
るフイードバツク系によつて、加速度の計測の必
要のない自動車の停止時において、直流ドリフト
による出力誤差をキヤンセルさせるようにしてい
る。したがつて、この増幅器１４からの出力信号
が車体に作用した加速度に正確に対応したものと
されるように補正しているものである。

第２図は上記装置をより具体化して示している
ものであり、上記ブリツジ回路および差動増幅器
１３よりなるセンサ回路21部からの出力信号は、
増幅器１４の一部を構成するようになるオペアン
プ２２に供給するもので、このオペアンプ２２か
らの出力信号が動作点の制御された増幅器出力信
号として使用されるようにしている。

オペアンプ２２からの出力信号は、さらにコン
パレータ２３および２４にそれぞれ供給される。
このコンパレータ２３および２４には、さらに抵
抗Ｒ１〜Ｒ３による電圧設定回路で設定された基
準値に対する＋ΔVおよび−ΔVの基準電圧がそ
れぞれ供給設定されている。ここで、上記基準値
は例えば加速度“０”の状態に対応した電圧値で
あり、センサ回路２１から加速度を検出する状態
では、コンパレータ２３および２４からの出力は
かなり頻度の高い状態でオン・オフが繰返される
ようになつている。

このコンパレータ２３および２４からの出力信
号は、エクスクルーシブオア２５に供給し、この
エクスクルーシブオア２５からの出力信号によつ
て単安定マルチバイブレータ２６にセツト指令と
して供給するようにしている。

ここで、この単安定マルチバイブレータ２６に
は、リトリガ機能が設定されているもので、この
マルチバイブレータ２６で設定される時定数以内
に入つてきた最新のトリガ（セツト指令）によつ
て、それぞれ新たに出力の他立上がりが設定され
るようになつている。

したがつて、この単安定マルチバイブレータ２
６の時定数を、自動車が動いている間に発生する
加速度の最大周期より長く設定すれば、このマル
チバイブレータ２６からの出力信号は、“自動車
の動いてりう時間範囲＋時定数”の間、ハイレベ
ルに設定されるようになる。

この単安定マルチバイブレータ２６からの出力
信号は、インバータ２７で反転してアンド回路２
８に供給されるようになつている。このアンド回
路２８には、クロツク発生器２９からのクロツク
信号が供給されているものであるが、上記マルチ
バイブレータ２６からの出力信号がハイレベルで
ある間は、このアンド回路２８からクロツク信号
が出力されることがない。

コンパレータ２３および２４からの出力信号
は、フリツプフロツプ回路３０にセツトおよびリ
セツト指令として供給されるもので、コンパレー
タ２３および２４からの出力が繰返される毎に、
フリツプフロツプ回路３０がセツトおよびリセツ
トを繰返すようになる。そして、このフリツプフ
ロツプ回路３０のセツト状態、すなわちコンパレ
ータ２３から出力が発生される状態で、アツプ／
ダウンカウンタ３１にカウントダウン指令を与
え、またコンパレータ２４から出力が発生されて
フリツプフロツプ回路３０がリセツトされた状態
で、上記カウンタ３１にカウントアツプ指令が与
えられるようにする。

上記アツプ／ダウンカウンタ３１は、エクスク
ルーシブオア２５からの出力信号の供給されるイ
ンバータ３２の出力によつてイネーブルの状態に
設定され、アンド回路２８からのクロツク信号
を、上記アツプカウントあるいはダウンカウント
の指令に対応して計数する。そして、このカウン
タ３１の計数値データは、抵抗ラダー回路３３よ
つて電圧値に変換、すなわちＤ／Ａ変換して適宜
増幅して前記オペアンプ２２に供給するものであ
る。

上記のように構成される装置において、この加
速度検出措置を搭載して自動車が走行状態にあつ
て、車体に加速度が頻繁に作用する状態にあつて
は、オペアンプ２２からの出力信号が頻繁に変動
し、この変動に伴つてコンパレータ２３および２
４からの出力が頻繁に反転して発生されるように
なる。そして、エクスクルーシブオア２５からの
出力によつて単安定マルチバイブレータ２６がセ
ツト状態に保持され、アンド回路２８がクロツク
信号の出力を阻止する状態とされる。したがつ
て、抵抗ラダー回路３３からの出力も変化せず、
増幅器１４の動作点の補正動作は実行されない。

これに対して自動車が停止して車体に作用する
加速度が存在しない状態となると、オペアンプ２
２からの出力信号が安定する。この状態でオペア
ンプ２２からの出力にドリフトによる偏差が存在
すると、コンパレータ２３あるいは２４の一方か
ら出力信号が発生するようになり、エクスクルー
シブオア２５からの出力がローレベルとなつてア
ツプ／ダウンカウンタ３１をイネーブルの状態と
する。また、エクスクルーシブオア２６の出力は
安定した状態に設定されるようになるものである
ため、単安定マルチバイブレータ２６はオペアン
プ２２からの出力が安定してから、設定された時
定数に相当する時間が経過した後、すなわち自動
車の停止が確認された状態でリセツト状態とされ
るようになり、アンド回路２８にゲート信号を与
えて、クロツク発生器２９で発生されたクロツク
信号をカウンタ３１に与えるようになる。

そして、この状態ではコンパレータ２３あるい
は２４からの出力信号に対応してカウンタ３１が
アツプカウント状態あるいはダウンカウント状態
に設定されているものであつて、この設定状態に
応じて上記入力クロツクを計数するようになり、
このカウンタ３１の計数値に対応した抵抗ラダー
回路３３からの電圧信号がオペアンプ２２に供給
されるようになる。すなわち、オペアンプ２２か
らの出力の基準値からの偏差に対応した方向に動
作点が補正されるようになり、その補正が完了し
た状態でコンパレータ２３および２４からの出力
信号が共にローレベルとされる。

コンパレータ２３および２４からの出力が共に
ローレベルとなると、エクスクルーシブオア２５
の出力がハイレベルとなり、インバータ３２から
の出力信号がローレベルとなつてアツプ／ダウン
カウンタ３１は非動作状態に設定され、動作点の
補正動作が停止された状態とされ、動作点の補正
動作が終了された状態となる。したがつて、この
後センサ回路２１からの出力に対応してオペアン
プ２２から得られるセンサ出力は、ドリフト分を
含まない加速度検出信号とされるものである。

このように構成される加速度検出装置にあつて
は、自動車が動いているときには、特に急ブレー
キあるいは急ハンドル等の操作を行わなくとも、
常に何らかの加速度が作用していることを利用し
て、ある一定値以下の加速度変化しかない状態が
特定される時間範囲継続したときに、これを自動
車の停止と判断させるようにしている。そして、
この自動車の停止を判定したときに、出力信号に
含まれる直流ドリフト成分をキヤンセルするよう
に補正し、直流ドリフト成分がカツトされるよう
にしているものであり、その他の自動車が動いて
いると判断されたときには、直流成分までも含め
て出力させるようにしている。

したがつて、自動車が停止と判断されない状態
のときには、直流ドリフトを無くすることはでき
ないものであるが、このときに起こるドリフトは
充分に軽微なものであり、充分に実用に耐える範
囲のものである。ここで、実質的に自動車が動い
ていると判断される状態が継続するのは、長くと
も１日程度と考えられ、この間に発生するドリフ
トは実質的に極く微量である。

自動車におけるアンチスキツド制御、自動サス
ペンシヨン制御等で要求される加速度周波数範囲
は、例えば定常旋回時に作用する横方向加速度が
ハンドルを切り続ける限り継続する状態に対応す
る直流レベルから、サスペンシヨンの動作範囲の
上限であるが約100Hz程度までである。したがつ
て、検出機構および信号処理回路のドリフトを、
低い周波数の加速度と完全に分離でき、ドリフト
をキヤンセルできるようにすれば、理論的に直流
成分の加速度まで検出可能となる。

したがつて、実施例で示されるようにドリフト
に対応する信号成分をキヤンセルするような動作
点補正動作を実行することによつて、ドリフトが
キヤンセルされるようになるものであり、また自
動車に作用する充分低い周波数の加速度までも確
実に検出できるようになり、各種車両の電子的制
御が行なえるようになる。

第３図は他の実施例を示しているもので、この
実施例にあつても前実施例と同様にピエゾ項かを
有する抵抗１１１，１１２、および１２１，１２
２によつて構成されるブリツジ回路の出力を差動
増幅器１３で検出するように構成されるもので、
この差動増幅器１３からの出力信号は、出力増幅
器１４に供給し、この出力増幅器１４から加速度
検出出力信号が得られるようにしている。そし
て、この出力増幅器１４からの出力信号は、動作
点補正回路１５に供給し、この動作点補正回路１
５からの信号で出力増幅器１４の動作点が補正さ
れるようにフイードバツク制御しているものであ
る。

ここでこの実施例にあつては、動作点補正回路
１５はタイミング回路１７からのタイミング信号
によつて補正動作が実行されるようにしている。
すなわち、特定されるタイミング毎に出力増幅器
１４からの出力信号を監視し、この出力信号の状
態に対応して出力増幅器１４の動作点が補正され
るようにしているものである。

第４図は上記実施例を具体化した構成を示して
いるもので、上記ブリツジ回路および差動増幅器
１３からなるセンサ回路２１からの出力信号の供
給される出力増幅器１４からの出力信号が、一対
のコンパレータ４１および４２に供給されるよう
になつている。このコンパレータ４１および４２
には、それぞれ抵抗Ｒ４〜Ｒ６で構成される抵抗
分圧回路で設定される基準電圧V_AおよびV_Bが比
較電圧として供給されているもので、出力増幅器
１４からの出力信号が正のレベルにあるときはコ
ンパレータ４１の出力がハイレベルとされ、上記
出力信号が負のレベルのときはコンパレータ４２
からの出力信号がハイレベルとされるようにして
いる。そして、このコンパレータ４１および４２
それぞれからの出力信号は、アツプ／ダウンカウ
ンタ３１にダウンカウント指令およびアツプカウ
ント指令として供給されるようにする。

上記カウンタ３１にはクロツク発生器２９から
のクロツク信号が供給され、コンパレータ４１あ
るいは４２から供給される指令に対応してダウン
カウントあるいはアツプカウントされるようにな
る。このカウンタ３１の計数値情報は、抵抗ラダ
ー回路３３でアナログ電圧信号に変換し、３／２
増幅器４３で適宜増幅して出力増幅器１４にフイ
ードバツクするもので、この増幅器１４において
はフイードバツクされた信号に基づいてその動作
点が設定されるようにしている。

ここで、通常に発生する加速度波形が第５図の
Ａで示すようになるものと仮定し、さらに直流ド
リフトによる動作点変動波形が第５図のＢで示す
ようになるものと仮定すると、センサ回路２１か
らの出力信号の波形は、上記第５図のＡおよびＢ
の波形を加算した第５図のＣに破線で示すような
波形となる。

この装置においては、出力増幅器１４からの出
力信号をコンパレータ４１および４２においてそ
れぞれ設定された基準電圧V_AおよびV_Bと比較す
る。そして、出力信号がV_Aより高い正極性であ
るときはコンパレータ４１の出力がハイレベル
に、負極性のときにはコンパレータ４２からの出
力がハイレベルとされるもので、出力信号がV_A
より高い状態ではアツプ／ダウンカウンタ３１の
計数値をクロツク信号のタイミングで“−１”
し、出力信号がV_Bより低いときには、上記カウ
ンタ３１をクロツク信号のタイミングで“＋１”
する。そして、出力信号が０ボルトに近い“V_A”
≦出力信号電圧≦V_B”のときには、カウンタ３
１の計数動作は行われず、それまでの状態が保持
される。

すなわち、第５図のＣに実線で示すようにクロ
ツク発生器２９からのクロツク信号に対応する補
正タイミング毎に、出力信号が正極性の状態でこ
の信号のレベルが１ビツト分低く補正され、負極
性のときには１ビツト分高くするように補正され
るものである。

このような補正はクロツク発生器２９に相当す
るタイミング回路１７のタイミング時間間隔（ク
ロツク発生器２９の周波数）によつて出力波形が
“０”点に復帰するまでの時間（コンデンサカツ
プリングのカツトオフ周波数に対応）が変化され
るようになり、実質的に従来実現が困難であつた
極低いカツトオフ周波数の回路が実現できるよう
になる。

ここで、上記補正幅は例えば10ｍＶ程度であ
り、またタイミング周波数は１Hz程度に設定すれ
ばよい。

この実施例におけるドリフトのキヤンセル動作
は、クロツク信号周波数とカウンタ３１および抵
抗ラダー回路３３からなるＤ／Ａ変換回路のビツ
ト数（１回の動作で変化させられる電圧補正幅）
によつて、疑似的な時定数が自由に設定できる。
そして、その設定条件によつて充分に低いカツト
オフ周波数が実現できるようになるものである。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明に係る加速度検出装置に
よれば、例えば経時的変化温度変化等に対応して
発生する直流ドリフトが効果的にキヤンセルされ
る状態とされ、直流成分に近い加速度変化をも確
実に検出できるようになる。したがつて、例えば
自動車等に搭載した場合、この自動車の走行時に
おける加速、ブレーキ操作さらにはハンドル操作
に対応して車体に作用する加速度が確実に検出で
きるものであり、自動車のアンチスキツド制御、
自動サスペンシヨン制御等の電子制御等が確実に
実行できるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る加速度検出
装置を説明する構成図、第２図は上記実施例をよ
り詳細にして示す構成図、第３図はこの発明の他
の実施例を説明する構成図、第４図は上記実施例
をより詳細にして示す構成図、第５図は上記実施
例を説明するための信号波形の形態を示す図、第
６図は従来の加速度検出装置を説明する図であ
る。 １１１，１１２，１２１，１２２……抵抗（加
速度検知用）、１３……差動増幅器、１４……出
力増幅器、１５……動作点補正回路、１６……自
動車停止判定回路、１７……タイミング回路、２
１……センサ回路、２３，２４，４１，４２……
コンパレータ、３１……アツプ／ダウンカウン
タ、３３……抵抗ラダー回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 作用する加速度の大きさを検出する半導体式
   の加速度検出センサと、 この加速度検出センサを含むセンサ回路からの
   検出信号の供給される増幅手段と、 この増幅手段の基準動作点を補正する手段と、 上記増幅手段からの出力信号レベルの変化を検
   出し、この検出結果に対応した補正値を上記動作
   点補正手段に指令する補正指令手段とを具備し、 上記基準動作点補正手段によつて、上記増幅手
   段の動作基準点が直流ドリフトを除去する動作点
   に設定されるようにしたことを特徴とする加速度
   検出装置。 ２ 上記補正指令手段は加速度の作用しない停止
   状態を検出する停止判別手段によつて構成され、
   上記基準動作点補正手段は上記停止判別手段で停
   止が判別された状態で上記増幅手段からの出力信
   号の偏差方向を判別する手段、および上記判別さ
   れた偏差方向に対応した補正値を設定する手段に
   よつて構成されるようにした特許請求の範囲第１
   項記載の加速度検出装置。 ３ 上記基準点補正手段は、上記増幅手段からの
   出力信号の極性を判別する極性判別手段、および
   この極性判別結果に対応した補正値を修正する手
   段によつて構成され、上記補正指令手段はクロツ
   ク信号発生手段によつて構成されるようにするも
   ので、上記クロツク信号発生手段からのクロツク
   信号に対応して上記補正値の修正が行われるよう
   にした特許請求の範囲第１項記載の加速度検出装
   置。