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    Ein Sensorelement (2) enthält ein Paar von Differentialkondensatoren (21, 22) mit Kapazitäten C1 und C2, wobei eine komplementäre Kapazitätsänderung im Ansprechen auf eine aufgebrachte Beschleunigung hervorgerufen wird. Ein zusätzlicher Kondensator (23) wird an einem Kondensator angeschlossen, um eine Kapazitätsdifferenz zwischen der Kapazität C1 des Kondensators (21) und der zusammengesetzten Kapazität C2 und C3 der Kondensatoren (22, 23) zu erzeugen. Dies ermöglicht eine Einstellung eines Eingangssignals LPFout einer Korrekturschaltung (7), welche den Offsetpegel des Sensorausgangssignals Gout derart korrigiert, dass ein Korrekturbetrag in der Korrekturschaltung (7) groß wird und dementsprechend ausreichend von einem Bezugspegel Vref abweicht. Im Fall eines Defekts, bei welchem das Eingangssignal der Korrekturschaltung (7) auf den Bezugspegel Vref festgelegt ist, weicht das Sensorausgangssignal Gout sicher von dem Bezugspegel Vref um einen Betrag äuquivalent zu der Korrektur in der Korrekturschaltung (7) ab.
    公开号:DE102004014479A1
    申请号:DE200410014479
    申请日:2004-03-24
    公开日:2004-12-09
    发明作者:Akihisa Kariya Furuichi
    申请人:Denso Corp；
    IPC主号:G01L1-14
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Sensor für eine dynamischeGröße, welcherzum Erfassen verschiedener dynamischer Größen wie Beschleunigung, Winkelgeschwindigkeit,Spannung oder dergleichen verwendet wird.
    [0002] Beispielsweisewird ein Beschleunigungssensor als einer von Sensoren für eine dynamischeGröße für eine Kollisionserfassungin einem Airbagsystem oder einer anderen in einem Kraftfahrzeugbefindlichen Vorrichtung verwendet. Jedoch neigt der Sensorausgangdazu, sich infolge eines Alterungseffekts, welcher in den Schaltungselementenauftritt, die den Sensor bilden, oder infolge der Umgebungstemperaturoder dergleichen zu verändern.
    [0003] ImHinblick auf die oben beschriebenen Schwierigkeiten ist es Aufgabeder vorliegenden Erfindung, einen Sensor für eine dynamische Größe bereitzustellen,welcher zum einfachen und genauen Erfassen eines Sensordefekts beieinem Ereignis geeignet ist, bei welchem der Sensorausgang auf einenBezugspegel festgelegt ist.
    [0004] Umdie obige und andere verwandte Aufgaben zu lösen, wird durch die vorliegendeErfindung ein Sensor füreine dynamische Größe bereitgestellt,welcher einen Signalerzeugungsabschnitt, der ein Erfassungssignalmit einem Signalpegel erzeugt, welcher einer aufgebrachten dynamischeGröße entspricht,und einen Signalkorrekturabschnitt enthält, der das von dem Signalerzeugungsabschnitterzeugte Erfassungssignal derart korrigiert, dass ein Nichtaufbringungspegel desErfassungssignals, welcher erlangt wird, wenn die dynamische Größe nichtaufgebracht wird, einem vorbestimmten Bezugspegel gleichgesetztwird, wobei der Sensor füreine dynamische Größe einenDefektmodus aufweist, bei welchem ein Ausgangssignal des Signalerzeugungsabschnittsauf dem Bezugspegel festgelegt wird. Bei dem Sensor für eine dynamischeGröße dieserErfindung stellt der Signalerzeugungsabschnitt das Erfassungssignalderart ein, dass der Signalkorrekturabschnitt einen großen Korrekturbetragerzeugt, welcher fürdas Ausgangssignal von dem Signalkorrekturabschnitt hinreichendist, von einem nicht möglichenbzw. ausgeschlossenen Gebiet einer Defektbeurteilung (failure judgementunable region) einschließlichdem Bezugspegel im Fall eines Defekts entsprechend dem obigen Defektmodusabzuweichen.
    [0005] Wennbei dem oben beschriebenen Sensor für eine dynamische Größe der vorliegendenErfindung der Signalerzeugungsabschnitt ein Erfassungssignal miteinem Signalpegel entsprechend der aufgebrachten dynamische Größe erzeugt,korrigiert der Signalkorrekturabschnitt das Erfassungssignal inder Art, dass der Nichtaufbringungspegel des Erfassungssignals,welcher verlangt wird, wenn die dynamische Größe nicht aufgebracht wird,einem vorbestimmten Bezugspegel gleichgesetzt wird.
    [0006] Ineinem Fall eines Defekts entsprechend dem Defektmodus, bei welchemder Ausgang des Signalerzeugungsabschnitts auf den Bezugspegel festgelegtwird, führtjedoch der Signalerzeugungsabschnitt die Einstellung derart durch,dass das Ausgangssignal von dem Signalkorrekturabschnitt von einemnicht möglichen Gebieteiner Defektbeurteilung einschließlich des Bezugspegels abweichenkann. Es erzeugt nämlichder Signalkorrekturabschnitt das Erfassungssignal, welchem ein großer Korrekturbetragdurch den Signalkorrekturabschnitt aufgebracht wird.
    [0007] Insbesonderemacht der Sensor füreine dynamische Größe der vorliegendenErfindung von dem PhänomenGebrauch, das im Falle eines Defekts entsprechend dem oben beschriebenenDefektmodus der Ausgang des Signalkorrekturabschnitts von dem Bezugspegelum einen Korrekturbetrag in diesem Signalkorrekturabschnitt abweicht.Bei dem Sensor füreine dynamische Größe der vorliegendenErfindung wird der Korrekturbetrag derart erhöht, dass der Ausgang des Signalkorrekturabschnittssicher auf einen Signalpegel außerhalbdes nicht möglichenGebiets einer Defektbeurteilung festgelegt wird.
    [0008] Dementsprechendermöglichtes der Sensor füreine dynamische Größe der vorliegendenErfindung, leicht den Effekt entsprechend einem derartigen Defektmoduslediglich durch Überwachendes Ausgangspegels des Signalkorrekturabschnitts zu erfassen. Dasnicht möglicheGebiet einer Defektbeurteilung sollte derart bestimmt werden, dasses das Vermögendes Absorbierens einer Schwankung des Ausgangssignals in dem stationären Zustandbesitzen kann, welche infolge einer Temperaturänderung, einer Alterungsänderungoder einer anderen Nichtdefektänderunghervorgerufen werden kann.
    [0009] Vorzugsweiseenthältder Signalerzeugungsabschnitt ein Sensorelement, welches einen beweglichen Abschnitt,der eine Verschiebung entsprechend einer aufgebrachten dynamischenGröße hervorruft,und eine Signalumwandlungsschaltung besitzt, welche die Verschiebungdes beweglichen Abschnitts in ein Erfassungssignal mit dem Signalpegelentsprechend der aufgebrachten dynamischen Größe umwandelt.
    [0010] Desweiteren wird es bevorzugt, dass das Sensorelement erste und zweitekapazitive Elemente enthält,welche im Zusammenwirken eine komplementäre Kapazitätsänderung im Ansprechen auf dieVerschiebung des beweglichen Abschnitts hervorrufen. Die Signalumwandlungsschaltungenthälteine CV-Umwandlungsschaltung, welche die in den ersten und zwei tenkapazitiven Elementen hervorgerufene komplementäre Kapazitätsänderung in eine Spannungsänderungumwandelt. Und es wird der Nichtaufbringungspegel des Erfassungssignalsauf der Grundlage eines Kapazitätsverhältnissesder ersten und zweiten kapazitiven Elemente in einem Zustand eingestellt,bei welchem die dynamische Größe nichtaufgebracht wird.
    [0011] Bezüglich desKapazitätsverhältnissesder ersten und zweiten kapazitiven Elemente wird es bevorzugt, dassdie ersten und zweiten kapazitiven Elemente unterschiedliche Kapazitäten entsprechendHerstellungszuständenbesitzen. Des weiteren wird es bevorzugt, dass das Kapazitätsverhältnis derersten und zweiten kapazitiven Elemente später durch paralleles Anschließen einesdritten kapazitiven Elements an einem der ersten oder zweiten kapazitivenElemente eingestellt wird, wenn diese kapazitiven Elemente dahingehendhergestellt worden sind, dass sie dieselbe Kapazität besitzen.Des weiteren wird es bezüglichder Bereitstellung des dritten kapazitiven Elements bevorzugt, dasdritte kapazitive Element zusammen mit den ersten und zweiten kapazitivenElementen auf einem Substrat in dem Prozess des Bildens dieses Substratsbereitzustellen, oder es wird ebenfalls bevorzugt, dieses drittekapazitive Element dem Sensorelement oder der Signalumwandlungsschaltungzu einem späterenZeitablauf hinzuzufügen.
    [0012] Dieobigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegendenErfindung werden durch die folgende detaillierte Beschreibung verdeutlicht,welche in Verbindung mit den zugehörigen Figuren zu lesen ist,wobei:
    [0013] 1 ein Schaltungsdiagrammzeigt, welches die schematische Anordnung eines Beschleunigungssensorseiner be vorzugten Ausführungsformder vorliegenden Erfindung darstellt;
    [0014] 2A ein Blockdiagramm zeigt,welches die Anordnung einer Kollisionsbeurteilungsvorrichtung unterVerwendung des Beschleunigungssensors der bevorzugten Ausführungsformder vorliegenden Erfindung darstellt;
    [0015] 2B ein Blockdiagramm zeigt,welches die Anordnung einer anderen Kollisionsbeurteilungsvorrichtungunter Verwendung des Beschleunigungssensors der bevorzugten Ausführungsformder vorliegenden Erfindung darstellt;
    [0016] 3 einen Graphen zeigt, welcherdie Beziehung zwischen der Kapazitätsänderung von Differentialkondensatorenund dem fehlerhaften Sensorausgang bei der bevorzugten Ausführungsformder vorliegenden Erfindung darstellt;
    [0017] 4 ein Flußdiagrammzeigt, welches die von einem Beurteilungsabschnitt der Kollisionsbeurteilungsvorrichtungder bevorzugten Ausführungsformder vorliegenden Erfindung ausgeführte Prüfverarbeitung darstellt;
    [0018] 5 ein Flußdiagrammzeigt, welches den Inhalt der von dem Beurteilungsabschnitt derKollisionsbeurteilungsvorrichtung einer anderen bevorzugten Ausführungsformder vorliegenden Erfindung ausgeführten Kollisionsbeurteilungsverarbeitungdarstellt; und
    [0019] 6 ein Schaltungsdiagrammzeigt, welches die schematische Anordnung eines grundlegenden Beschleunigungssensorsdarstellt.
    [0020] 6 zeigt ein Blockdiagramm,welches die grundlegende Anordnung eines Beschleunigungssensors einesKapazitätstypsdarstellt, welcher einer von Sensoren für eine dynamische Größe ist.
    [0021] Wiein 6 dargestellt enthält ein Beschleunigungssensoreines Kapazitätstyps 101 einSensorelement 102 und eine Erfassungsschaltung 103.Das auf einem Substrat gebildete Sensorelement 102 besitzt eineStruktur, welche zum Hervorrufen einer Verschiebung relativ zu demSubstrat im Ansprechen auf die Beschleunigung oder irgendeine andereaufgebrachte dynamische Größe geeignetist. Der Beschleunigungssensor eines Kapazitätstyps 101 besitzteine integriert mit der Balkenstruktur gebildete bewegliche Elektrode 2a undzwei an beiden Seiten der beweglichen Elektrode 2a undan dem Substrat befestigte stationäre Elektroden 2b und 2c.Die bewegliche Elektrode 2a und die zwei stationären Elektroden 2b und 2c sindderart angeordnet, dass sei zusammenwirkend zwei Differentialkondensatoren 21 und 22 definieren.
    [0022] Insbesondereruft die Balkenstruktur eine Verschiebung im Ansprechen auf dieBeschleunigung hervor, welche einem Körper bzw. Aufbau aufgebrachtwird, auf welchem das Sensorelement 102 installiert ist. DieVerschiebung der beweglichen Elektrode 2a stellt die Größe der aufgebrachtenBeschleunigung dar. Die KapazitätenC1 und C2 der Differentialkondensatoren 21 und 22 ändern sichentsprechend der Verschiebung der beweglichen Elektrode 2a.Die Differentialkondensatoren 21 und 22 sind anfänglich derartfestgelegt, dass die KapazitätC1 des Differentialkondensators 21 gleich der Kapazität C2 desDifferentialkondensators 22 ist (d.h. es gilt C1 = C2),wenn keine Beschleunigung aufgebracht wird (d.h. in dem "stationären" Zustand).
    [0023] DieErfassungsschaltung 103 enthält eine CV-Wandler-Schaltung 4,den Abtast- und Haltekreis (S/H-circuit, S/H- Schaltung) 5, eine Filterschaltung 6 undeine Korrekturschaltung 7. Die CV-Wandler-Schaltung 4 wandeltdie komplementäre Änderungder KapazitätenC1 und C2 der jeweiligen Differentialkondensatoren 21 und 22 ineinen Spannungswert um. Der Abtast- und Haltekreis (S/H-Schaltung) 5 tasteteine Ausgangsspannung (Vcout) der CV-Wandler-Schaltung 4 abund hältsie und verstärktdie abgetastete und gehaltene Spannung auf einen vorbestimmten Empfindlichkeitspegelunter Verwendung einer Differenzverstärkerschaltung. Die Filterschaltung 6 entferntRauschkomponenten aus der Ausgangsspannung (Vout) der S/H-Schaltung 5.Die Korrekturschaltung 7 korrigiert den Signalpegel derAusgangsspannung LPVout (hiernach als "Zwischenausgangssignal" bezeichnet) derFilterschaltung 6.
    [0024] DieCV-Wandler-Schaltung 4 enthält einen Operationsverstärker 41,welcher einen invertierenden Eingangsanschluss (der mit der beweglichenElektrode 2a verbunden ist, und einen nicht invertierendenEingangsanschluss aufweist, der eine Bezugsspannung Vref empfängt (welchein etwa halb so groß istwie die Versorgungsspannung VDD), und einen Kondensator 42 (miteiner KapazitätCf) und einen Schalter 43, welcher parallel mit oder zwischendem invertierenden Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 41 angeschlossenist.
    [0025] Insbesonderebesitzt die CV-Wandler-Schaltung 4 eine Funktion des Haltensder beweglichen Elektrode 2a auf der Bezugsspannung Vrefund eine Funktion des Ladens der elektrischen Ladung, welche von demSensorelement 102 dem Kondensator 42 durch Öffnen desSchalters 43 zugeführtwird, und besitzt ebenfalls eine Funktion des Entladens der in demKondensator 42 gespeicherten elektrischen Ladung durchSchließendes Schalters 43, um das elektrische Potential beider Anschlüsse desKondensators 42 auf denselben Pegel (Vref = Vdd/2) zu setzenbzw. anzugleichen.
    [0026] Eswird eine Spannung V1 an die stätionäre Elektrode 2b desSensorelements 102 angelegt, und es wird eine SpannungV2 an die stationäreElektrode 2c angelegt. Eine (nicht dargestellte) Steuerschaltungsteuert die an das Sensorelement 102 angelegte Spannungderart, dass eine erste Periode und eine zweite Periode abwechselndwiederholt werden, wobei das Umschalten zwischen V1 = VDD und V2= 0 in der ersten Periode und V1 = 0 und V2 = VDD in der zweitenPeriode durchgeführtwird. Des weiteren wird in der ersten Periode der Schalter 43 einmalgeschlossen, um den Kondensator 42 zu entladen, bevor derSchalter 43 geöffnet wird.
    [0027] DieS/H-Schaltung 5 tastet die Ausgangsspannung Vcout der CV-Wandler-Schaltung 4 ab,welche die oben beschriebene Steuerung während der ersten Periode (d.h.,nachdem der Schalter 43 geöffnet worden ist) ebenso wiewährendder darauffolgenden zweiten Periode durchführt. Und es erzeugt die S/H-Schaltung 5 eineAusgangsspannung Vout proportional zu einer Differenz zwischen derAusgangsspannung Vcout in der ersten Periode und der AusgangsspannungVcout in der zweiten Periode. Die folgende Gleichung (1) wird verwendet,um die Ausgangsspannung Vout und die Ausgangsspannung LPFout derFilterschaltung 6 auszudrücken.
    [0028] DieBeziehung LPFout = Vref wird in dem stationären Zustand erfüllt (d.h.in dem Zustand von C1 = C2). Daher kann die Richtung einer aufgebrachtenBeschleunigung auf der Grundlage der Beurteilung identifiziert werden,ob die Ausgangsspannung LPFout größer oder kleiner als die BezugsspannungVref ist. Die Größe der aufgebrachtenBeschleunigung kann auf der Grundlage des Absolutwerts einer Differenzzwischen der Ausgangsspannung LPFout und der Bezugsspannung Vrefidentifiziert werden.
    [0029] Esist jedoch im allgemeinen schwierig, die Differentialkondensatoren 21 und 22 mitden Kapazitäten C1und C2 herzustellen, welche miteinander in dem stationären Zustand übereinstimmen.Dementsprechend ruft die tatsächlicheBeziehung C1 ≠ C2einen Fehler (d.h. einen Offset) in der Ausgangsspannung LPFouthervor. Die Korrekturschaltung 7 ist vorgesehen, diesenFehler zu korrigieren. Die Korrekturschaltung 7 wie in 6 dargestellt besitzt einenWiderstand 72, durch welchen die Ausgangsspannung der Filterschaltung 6 deminvertierenden Eingangsanschluss eines Operationsverstärkers 71 angelegtwird, und einen Widerstand 73, welcher zwischen dem invertierendenEingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss angeschlossen ist. DieseWiderstände 72 und 73 undder Operationsverstärker 71 bildenzusammenwirkend die invertierende Verstärkerschaltung. Des weiterenenthältdie Korrekturschaltung 7 ein Paar variabler Widerstände 74 und 75, welcheeine Teilerschaltung bilden, die eine Einstellspannung DAout erzeugt,welche einem nicht invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 71 angelegtwird.
    [0030] Diefolgende Gleichung (2) wird verwendet, um ein Ausgangssignal Goutder Korrekturschaltung 7 auszudrücken (hiernach als "Sensorausgang" bezeichnet), wobeiR1 einen Widerstandswert des Widerstands 72 und R2 einenWiderstandswert des Widerstand 73 ausdrücken.
    [0031] DasFestlegen der Einstellspannung DAout wird derart durchgeführt, dassder Sensorausgang Gout in dem stationären Zustand gleich der BezugsspannungVref durch Einstellen der Widerstandswerte Vr1 und Vr2 der variablenWiderstände 74 und 75 wird.Zusätzlichzu der Einstellung des Ausgangspegels in dem stationären Zustandführt dieKorrekturschal tung 7 die Verstärkung des Signalpegels durch(d.h. eine VerstärkungsrateR2/R1).
    [0032] Deroben beschriebene Beschleunigungssensor 101 kann zur Kollisionserfassungin dem Airbagsystem oder einer anderen Kraftfahrzeugvorrichtungverwendet werden. In einem derartigen Fall wird eine Betriebsprüfung desBeschleunigungssensors üblicherweiseunmittelbar, nachdem der Motor gestartet worden ist, durchgeführt. Insbesonderewird geprüft,ob der Sensorausgang Gout der Beziehung Gout = Vref in dem stationären Zustandgenügtoder nicht.
    [0033] DerSensorausgang Gout neigt dazu, sich infolge eines Alterungseffekts,welcher sich in den Schaltungselementen zeigt, die das Sensorelement 102 unddie Erfassungsschaltung 103 bilden, oder infolge der Umgebungstemperaturzu ändern.Der Sensorausgang Gout weicht von der Bezugsspannung Vref ab. Umzu verhindern, dass diese Abweichung als abnorm erfasst wird, wirdein vorbestimmter zulässigerBereich (beispielsweise von etwa 2,5 ± 0,2V in dem Fall von VDD= 2,5V) vorgesehenen, um eine derartige Abweichung als normal zuerfassen.
    [0034] Jedochverwenden die Schaltungen 4, 5 und 6 dieBezugsspannung Vref dazu, zusammenwirkend das ZwischenausgangssignalLPFout auf der Grundlage des Ausgangs des Sensorelements 102 zuerzeugen. Somit tritt als einer von Defektmoden ein Fall auf, beiwelchem das Zwischenausgangssignal LPFout auf die BezugsspannungVref festgelegt wird. In dem Fall dieses Defektmodus wird der SensorausgangGout auf den oben beschriebenen zulässigen Bereich festgelegt.Die oben beschriebene Betriebsprüfungkann nicht die Art des Defektmodus erfassen oder identifizieren.
    [0035] Imfolgenden werden bevorzugte Ausführungsformender vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die zugehörigen Figurenerläutert.
    [0036] 1 zeigt ein Blockdiagramm,welches eine Anordnung eines Beschleunigungssensors eines Kapazitätstyps 1 einerbevorzugten Ausführungsformder vorliegenden Erfindung darstellt. 2A zeigtein Blockdiagramm, welches eine Anordnung einer Kollisionsbeurteilungsvorrichtungfür einKraftfahrzeugairbagsystem darstellt, welches den Beschleunigungssensor 1 derbevorzugten Ausführungsformder vorliegenden Erfindung enthält.
    [0037] Wiein 2A dargestellt enthält die Kollisionsbeurteilungsvorrichtungein Paar von Beschleunigungssensoren 1a und 1b,welche jeweils ein Ausgangssignal erzeugen, das die Größe und Richtungeiner auf ein Kraftfahrzeug aufgebrachten Beschleunigung darstellt.Des weiteren enthältdie Kollisionsbeurteilungsvorrichtung einen Beurteilungsabschnitt 8,welcher die Kollision des Kraftfahrzeugs auf der Grundlage von AusgangssignalenGo1 und Go2 der Beschleunigungssensoren 1a und 1b undebenfalls den Defekt der jeweiligen Beschleunigungssensoren 1a und 1b beurteilt.Die Beschleunigungssensoren 1a und 1b besitzendieselbe Anordnung und werden hiernach im folgenden als Beschleunigungssensor 1 bezeichnet,wenn nicht jeder Sensor eine unabhängige Erläuterung benötigt.
    [0038] DerBeschleunigungssensor 1 dieser Ausführungsform besitzt wie in 1 dargestellt ein Sensorelement 2 undeine Erfassungsschaltung 3. Die Erfassungsschaltung 3 istbezüglichder Anordnung im Wesentlichen identisch zu der Erfassungsschaltung 103 deroben beschriebenen Vorrichtung 102 mit Ausnahme eines Festlegungswertsder Einstellspannung DAout, welche von den variablen Widerständen 74 und 75 einzustellenist.
    [0039] Demgegenüber istdas Sensorelement 2 bezüglichseiner Anordnung im Wesentlichen mit dem Sensorelement 102 deroben beschriebenen Vorrichtung 101 identisch mit der Ausnahmeder Hinzufügungeines Kondensators 23, welcher parallel zu einem Kondensator 22 angeschlossenist, der durch eine bewegliche Elektrode 2a und eine stationäre Elektrode 2c gebildetwird. Eine KapazitätC3 des Kondensators 23 besitzt die Größe, welche zum Hervorrufeneines Zwischenausgangssignals LPFout in einem stationären Zustand (d.h.wenn keine Beschleunigung aufgebracht wird) geeignet ist, um voneinem vorbestimmten nicht möglichen Gebieteiner Defektbeurteilung des Sensorausgangs Gout abzuweichen.
    [0040] Insbesonderewird nun angenommen, dass die Versorgungsspannung Vdd = 5V beträgt und dasnicht möglicheGebiet einer Defektbeurteilung auf einen Bereich von 2,3V bis 2,7V(Vref ± 0,2V)festgelegt wird, und die Verstärkungsrateder Korrekturschaltung 7 beträgt R1/R2 = 10. In diesem Fallwie in 3 dargestelltwird die KapazitätC3 derart festgelegt, dass eine Kapazitätsdifferenz zwischen der Kapazität C1 desKondensators 21 und eine zusammengesetzte Kapazität C2 plusC3 der Kondensatoren 22 und 23 in ihrem Absolutwertnicht kleiner als 0,002pF sind (d.h., es gilt |C1 – (C2 +C3)|≥ 0,002pF).
    [0041] Wennbereits eine tatsächlicheKapazitätsdifferenz|C1 – C2| < 0,02pF in dem hergestelltenZustand der Kondensatoren 21 und 22 sogar in demFall existiert, dass die Kondensatoren 21 und 22 derartkonstruiert sind, dass sie die Beziehung C1 = C2 in dem stationären Zustandbesitzen, wird es bevorzugt, die Kapazität C3 des Kondensators 23 derartfestzulegen, dass die Bedingung C3 > 0,022pF erfüllt wird.
    [0042] Wenndie KapazitätenC1 bis C3 der jeweiligen Kondensatoren 21 bis 23 entsprechendder oben beschriebenen Festlegung festgelegt werden, wird das ZwischenausgangssignalLPFout in dem stationärenZustand unterschiedlich zu der Bezugsspannung Vref. Daher stelltdie Korrekturschaltung 7 die Einstellspannung DAout (d.h.die Widerstandswerte Vr1 und Vr2 der variablen Widerstände 74 und 75)derart ein, dass der Sensorausgang Gout in dem stationären Zustandgleich der Bezugsspannung ist (d.h., es gilt bei dieser AusführungsformGout = Vref = VDD/2 = 2,5V).
    [0043] Beidem Beschleunigungssensor 1 dieser Ausführungsform erfüllt derSensorausgang in dem stationärenZustand die Bedingung Gout = Vref. Wenn eine Beschleunigung aufgebrachtwird, ändertsich der Sensorausgang Gout in Abhängigkeit der komplementären Kapazitätsänderung,welche in den Kondensatoren 21 und 22 hervorgerufenwird. Durch eine Beurteilung, ob der Sensorausgang Gout größer oderkleiner als die Bezugsspannung Vref ist, wird es ermöglicht,die Aufbringungsrichtung der Beschleunigung zu identifizieren. Desweiteren kann die Größe der aufgebrachtenBeschleunigung auf der Grundlage des Absolutwerts der Differenzzwischen dem Sensorausgang Gout und der Bezugsspannung Vref bestimmtwerden.
    [0044] Ineinem Fall eines Defekts dahingehend, dass das ZwischenausgangssignalLPFout auf die Bezugsspannung Vref festgelegt wird, weicht der SensorausgangGout in dem stationärenZustand ab oder verschiebt sich von der Bezugsspannung Vref um einenKorrekturbetrag in der Korrekturschaltung 7. Die folgendeTabelle 1 stellt praktische Festlegungswerte für die Kapazitäten C1 bisC3 der jeweiligen Kondensatoren 21 bis 23 und dieEinstellspannung DAout dar.Tabelle1
    [0045] Umbei den obigen Festlegungen das endgültige Ausgangssignal in demstationärenZustand unter Erfüllungder Beziehung Gout = 2,5V zu erzielen, muss die EinstellspannungDAout auf 2,4091V in dem Beispiel 1 (d.h., es gilt DAout = 2,4091V)und auf 2,4818V in dem Beispiel 2 (d.h., es gilt DAout = 2,4818V)als Berechnungsergebnis auf der Grundlage der Gleichungen (1) und(2) festgelegt werden.
    [0046] Desweiteren wird in dem Fall, bei welchem das ZwischenausgangssignalLPFout auf die Bezugsspannung (d.h., es gilt LPFout = Vref) infolgedes Defekts festgelegt wird, der Sensorausgang Gout in dem stationären Zustandauf 1,5V in dem Beispiel 1 und auf 2,3V in dem Beispiel 2 festgelegt.
    [0047] Wennnämlichdie Kapazitätsdifferenzzwischen der zusammengesetzten Kapazität (C2 + C3) der Kondensatoren 22 und 23 undder KapazitätC1 des Kondensators 21 größer als 0,002pF ist, weichtder Signalpegel des Sensorausgangs Gout in dem stationären Zustandim Fall eines Defekts von dem nicht möglichen Gebiet einer Defektbeurteilungab. Somit kann dieser Defekt sicher erfasst werden.
    [0048] Alsnächsteswird die Prüfverarbeitung,welche in der Motorstartphase von dem Beurteilungsabschnitt 8 ausgeführt wird,welcher die Kollisionsbeurteilungsvorrichtung bildet, unter Bezugnahmeauf das in 4 dargestellteFlußdiagrammerläutert.Im folgenden werden der Beschleunigungssensor 1a als Hauptsensor undder Beschleunigungssensor 1b als Nebensensor bezeichnet.Go1 stellt den Sensorausgang Gout des Hauptsensors 1a dar,und Go2 stellt den Sensorausgang Gout des Nebensensors 1b dar.
    [0049] DieseVerarbeitung beginnt im Ansprechen auf die Startphase des Motors,wobei der Motorsensor 1a und der Nebensensor 1b ineinem Schritt S110 aktiviert werden (d.h., mit der Energiequelleverbunden werden). Der Beurteilungsabschnitt 8 führt dieSteuerung der Spannungen V1 und V2 durch, welche an die stationären Elektroden 2b und 2c angelegtsind, welche das Sensorelement 2 bilden (d.h. die abwechselndzwischen V1 = VDD und V2 = 0 in der ersten Periode und V1 = 0 undV2 = VDD in der zweiten Periode durchgeführte Steuerung) und ebensodie Steuerung des Schalters 43 (d.h., die Steuerung für zuersteinmal das Schließendes Schalters 43 währendder ersten Periode, um den Kondensator 42 zu entladen,und danach zum Öffnendes Schalters 43).
    [0050] Indiesem Zustand liest der Beurteilungsabschnitt 8 die SensorausgangssignaleGo1 und Go2 der jeweiligen Sensoren 1a und 1b undbeurteilt, ob diese Sensorausgangssignale Go1 und Go2 in dem nichtmöglichenGebiet einer Defektbeurteilung liegen oder nicht (in einem SchrittS120). Wenn sowohl das Sensorausgangssignal Go1 als auch Go2 innerhalbdes nicht möglichenGebiets der Defektbeurteilung liegen (d.h., JA in dem Schritt S120),ist der Betrieb beider Sensoren 1a und 1b normal. Somitführt derBeurteilungsabschnitt 8 die Kollisionsbeurteilungsverarbeitungauf der Grundlage der Sensorausgangssignale Go1 und Go2 der jeweiligenSensoren 1a und 1b (in einem Schritt S130) durch.Danach beendet der Beurteilungsabschnitt 8 diese Verarbeitung.
    [0051] Wenndemgegenübereiner der Sensorausgangssignale Go1 und Go2 von dem nicht möglichenGebiet einer Defektbeurteilung abweicht (d.h., NEIN in dem SchrittS120) befindet sich wenigstens einer der Sensoren 1a und 1b indem fehlerhaften Zustand. Somit erzeugt der Beurteilungsabschnitt 8 einDefektsignal, um einer externen Vorrichtung den fehlerhaften Zustanddes Beschleunigungssensors anzuzeigen (in einem Schritt S140). Danachbeendet der Beurteilungsabschnitt 8 diese Verarbeitung.Beispielsweise wird auf der Grundlage dieser in dem Schritt S140ausgegebenen Fehleranzeige eine Warnlampe eingeschaltet, um den fehlerhaftenZustand des Airbagsystems anzuzeigen.
    [0052] Insbesonderewird diese Verarbeitung ausgeführt,unmittelbar nachdem der Motor mit dem Betrieb begonnen hat. In diesemZustand hat das Kraftfahrzeug noch nicht mit der Fahrt begonnen.Mit anderen Worten, es wird keine Beschleunigung auf beide Sensoren 1a und 1b aufgebracht.Diese Ausführungsformverwendet diesen Augenblick zur Ausführung der Defektbeurteilungin Bezug auf die jeweiligen Sensoren 1a und 1b.
    [0053] Wieoben erläutertist der Beschleunigungssensor 1 (d.h., der Hauptsensor 1a undder Nebensensor 1b) dieser Ausführungsform derart angeordnet,dass das Sensorausgangssignal Gout (Go1, Go2) sicher von dem nichtmöglichenGebiet einer Defektbeurteilung in dem Fall eines Defekts entsprechenddem Fehlermodus abweicht, bei welchem das ZwischenausgangssignalLPFout auf die Bezugsspannung Vref festgelegt ist. Dementsprechendführt dieKollisionsbeurteilungsvorrichtung, welche den Beschleunigungssensor 1 dieser Ausführungsformenthält,ein Überwachenoder Prüfendahingehend aus, ob das Sensorausgangssignal Gout innerhalb desnicht möglichenGebiets einer Defektbeurteilung in dem Zustand liegt, bei welchemkeine Beschleunigung aufgebracht wird, wodurch es leicht ermöglicht wird,das Vorhandenseins irgendeines Defekts entsprechend dem oben beschriebenenDefektmodus zu beurteilen.
    [0054] Beider oben beschriebenen Ausführungsformdient das Sensorelement 2 als Sensorelement der vorliegendenErfindung. Die CV-Wandler-Schaltung 4, die S/H-Schaltung 5 unddie Filterschaltung 6 dienen zusammenwirkend als die Signalumwandlungsschaltung.Die Korrekturschaltung 7 dient als Signalkorrekturabschnittder vorliegenden Erfindung.
    [0055] Beider oben beschriebenen Ausführungsformenthältder Beschleunigungssensor 1 den Kondensator 23,welcher parallel an den Kondensator 22 angeschlossen ist,um das Zwischenausgangssignal LPFout in dem stationären Zustandeinzustellen. Es ist selbstverständlich,dass der Kondensator 23 parallel an den anderen Kondensator 21 angeschlossenwerden kann. In Bezug auf die Bereitstellung des Kondensators 23 wird esbevorzugt, den Kondensator 23 zusammen mit dem Kondensatoren 21 und 22 aufdemselben Substrat in dem Prozess des Bildens dieses Substrats vorzusehen.Alternativ wird es ebenfalls bevorzugt, den Kondensator 23 später hinzuzufügen. Beispielsweisekann der Kondensator 23 auf dem Sensorelement 2 oderauf der Erfassungsschaltung 3 (beispielsweise der CV-Wandler-Schaltung 4)zu einem späterenZeitpunkt installiert werden.
    [0056] Desweiteren werden bei dem Beschleunigungssensor 1 der obenbeschriebenen Ausführungsform beimHerstellen der Differentialkondensatoren 21 und 22 ihreKapazitätenC1 und C2 zueinander im wesentlichen angeglichen, und es wird derKondensator 23 separat von diesen Differntialkondensatoren 21 und 22 vorgesehen.Es wird jedoch bevorzugt, diese Differentialkondensatoren 21 und 22 derartzu konstruieren, dass zwischen den Kapazitäten C1 und C2 gezielt eineUnsymmetrie vorliegt, welche mit der Kapazität C3 des Kondensators 23 äquivalentist. In diesem Fall braucht im Vergleich mit der oben beschriebenengrundlegenden Anordung die An zahl von benötigten elektrischen Teilen(Kondensatoren) nicht erhöhtzu werden. Der Schaltungsumfang verbleibt unverändert.
    [0057] Desweiteren arbeitet das Sensorelement 2 der oben beschriebenenAusführungsformals Beschleunigungssensor, welcher zum Hervorrufen einer Kapazitätsänderungin den Differentialkondensatoren 21 und 22 imAnsprechen auf eine aufgebrachte Beschleunigung geeignet ist. Esist jedoch möglich,das Sensorelement 2 der oben beschriebenen Ausführungsformderart zu bilden, dass es als Spannungssensor arbeitet, welcherzum Hervorrufen einer Kapazitätsänderungder Differentialkondensatoren 21 und 22 im Ansprechenauf eine angelegte Spannung geeignet ist. Kurz dargestellt, es kanndas Sensorelement 2 der oben beschriebenen Ausführungsformverwendet werden, eine dynamische Größe zu erfassen, welche eineVerschiebung in der Balkenstruktur hervorruft, die in der beweglichenElektrode 2a enthalten ist.
    [0058] Desweiteren wird bei der oben beschriebenen Ausführungsform die Defektbeurteilungin Bezug auf die Sensoren 1a und 1b ausgeführt, unmittelbarnachdem der Motor mit seinem Betrieb begonnen hat. Es ist jedochmöglich,die Fehlerbeurteilung fürdie Sensoren 1a und 1b als Teil der in dem SchrittS130 ausgeführten Kollisionsbeurteilungsverarbeitungzu modifizieren. 5 zeigtein Flußdiagramm,welches den Inhalt der in diesem Fall ausgeführten Kollisionsbeurteilungsverarbeitungdarstellt. Dem Kollisionsbeurteilungsabschnitt 8 werdenwie in 2b dargestelltverschiedene Parameter von externen Vorrichtungen eingegeben, dienötig sind,um die Fahrzuständeeines Kraftfahrzeugs zu bestimmen.
    [0059] Wenneinmal diese Verarbeitung wie in 5 dargestelltbegonnen hat, bestimmt der Kollisionsbeurteilungsabschnitt 8 dieFahrzuständeeines Kraftfahrzeugs auf der Grundlage verschiedener Parameter,welche von äußeren Vor richtungeneingegeben werden (in einem Schritt S210). Danach legt der Kollisionsbeurteilungsabschnitt 8 einenKollisionsbeurteilungsschwellenwert TH entsprechend den bestimmtenFahrzuständenfest (in einem Schritt S220) und liest das SensorausgangssignalGo1 des Hauptsensors 1a (in einem Schritt S230).
    [0060] Danachführt derKollisionsbeurteilungsabschnitt 8 eine Beurteilung aufder Grundlage der in dem Schritt S210 identifizierten Fahrzustände dahingehenddurch, ob das Kraftfahrzeug, in welchem diese Vorrichtung installiertist, gestoppt hat (in einem Schritt S240). wenn das Kraftfahrzeugnicht gestoppt hat (d.h., NEIN in dem Schritt S240), führt derKollisionsbeurteilungsabschnitt des weiteren eine Beurteilung dahingehend durch,ob der Absolutwert |Go1| des in dem Schritt S230 gelesenen Sensorausgangssignalseinen Kollisionsbeurteilungsschwellenwert TH überschreitet (in einem SchrittS250).
    [0061] Wennder Absolutwert |Go1| des Sensorausgangs den KollisionsbeurteilungsschwellenwertTH nicht überschreitet(d.h., NEIN in dem Schritt S250), beendet der Kollisionsbeurteilungsabschnitt 8 dieseVerarbeitung. Wenn demgegenüberder Absolutwert |Go1| des Sensorausgangssignals den KollisionsbeurteilungsschwellenwertTH überschreitet(d.h., JA in dem Schritt S250), liest der Kollisionsbeurteilungsabschnitt 8 das SensorausgangssignalGo2 des Nebensensors 1b (in einem Schritt S260). Danachführt derKollisionsbeurteilungsabschnitt 8 eine Beurteilung dahingehenddurch, ob der Absolutwert |Go2| des ausgelesenen Sensorausgangssignalsden Kollisionsbeurteilungsschwellenwert TH überschreitet (in einem SchrittS270).
    [0062] Wennder Absolutwert |Go2| des Sensorausgangssignals den KollisionsbeurteilungsschwellenwertTH überschreitet(JA in dem Schritt S270), bestätigtder Kollisionsbeurteilungsabschnitt 8 die Kollision desKraftfahrzeugs, in wel chem diese Vorrichtung installiert ist. Dementsprechendgibt der Kollisionsbeurteilungsabschnitt 8 ein Kollisionssignalaus, um das Auftreten einer Fahrzeugkollision einer externen Vorrichtunganzuzeigen (in einem Schritt S280) und beendet diese Verarbeitung.Beispielsweise wird der Airbag auf der Grundlage dieser in dem SchrittS280 ausgegebenen Defektanzeige betätigt.
    [0063] Wenndemgegenüberder Absolutwert |Go2| des Sensorausgangs nicht den KollisionsbeurteilungsschwellenwertTH überschreitet(NEIN in dem Schritt S270), bestätigtder Kollisionsbeurteilungsabschnitt 8 das Auftreten desDefekts in den Sensoren 1a oder 1b und erzeugtein Defektsignal, um einer äußeren Vorrichtung denfehlerhaften Zustand des Beschleunigungssensors anzuzeigen (in einemSchritt S300) und beendet diese Verarbeitung.
    [0064] Wenndes weiteren das Kraftfahrzeug gestoppt wird (d.h., JA in dem SchrittS240), d.h., wenn keine Beschleunigung auf die Sensoren 1a und 1b aufgebrachtwird, führtder Kollisionsbeurteilungsabschnitt 8 des weiteren eineBeurteilung dahingehend durch, ob das in dem Schritt S230 geleseneSensorausgangssignal Go1 in dem nicht möglichen Gebiet einer Kollisionsbeurteilungliegt (in einem Schritt S290). Wenn das Sensorausgangssignal Go1innerhalb des nicht möglichenGebiets einer Kollisionsbeurteilung liegt (d.h., JA in dem SchrittS290), ist der Betrieb beider Sensoren 1a und 1b normal,und dementsprechend beendet der Kollisionsbeurteilungsabschnitt 8 dieseVerarbeitung. Wenn demgegenüberdas Sensorausgangssignal Go1 von dem nicht möglichen Gebiet einer Kollisionsbeurteilungabweicht (d.h., NEIN in dem Schritt S290), befindet sich wenigstenseiner der Sensoren 1a und 1b in dem fehlerhaftenZustand. Somit schreitet der Beurteilungsabschnitt 8 zudem Schritt S300 voran, um die Defektanzeige auszuführen (indem Schritt S300). Danach beendet der Beurteilungsabschnitt 8 dieseVerarbeitung.
    [0065] Kurzdargestellt, der Beurteilungsabschnitt 8 führt dieSensordefektbeurteilung aus, wenn das Kraftfahrzeug gestoppt hat,auf der Grundlage des Sensorausgangssignals Go1, und führt ebenfallsdie Sensordefektbeurteilung durch einen Vergleich beider SensorausgangssignaleGo1 und Go2 aus. Bei dieser Kollisionsbeurteilungsvorrichtung kanndie Defektbeurteilung fürdie Sensoren 1a und 1b nicht nur unmittelbar nachder Startphase des Motors sondern ebenfalls in dem Zustand durchgeführt werden,bei welchem das Fahrzeug gestoppt hat. Dadurch wird das Vermögen derErfassung eines Defekts verbessert.
    权利要求:
    Claims (4)
    [1] Sensor füreine dynamische Größe mit: einemSignalerzeugungsabschnitt (2, 4, 5, 6),welcher ein Erfassungssignal (LPFout) mit einem Signalpegel erzeugt,welches eine aufgebrachte dynamische Größe darstellt; und einemSignalkorrekturabschnitt (7), welcher das Erfassungsignal(LPFout), welches von dem Signalerzeugungsabschnitt erzeugt wird,derart korrigiert, dass ein Nichtaufbringungspegel des Erfassungssignals,welches erlangt wird, wenn keine dynamische Größe aufgebracht wird, einemvorbestimmten Bezugspegel (Vref) gleichgesetzt wird, wobeider Sensor (1) füreine dynamische Größe einenDefektmodus aufweist, bei welchem ein Ausgangssignal des Signalerzeugungsabschnittsauf den Bezugspegel festgelegt ist, und der Signalerzeugungsabschnittdas Erfassungssignal derart einstellt, dass der Signalkorrekturabschnitteinen großenKorrekturbetrag erzeugt, der fürdas Ausgangssignal von dem Signalkorrekturabschnitt ausreichend ist,um von einem nicht möglichenGebiet einer Defektbeurteilung einschließlich dem Bezugspegel in einem Falleines Defekts entsprechend dem Defektmodus abzuweichen.
    [2] Sensor füreine dynamische Größe nachAnspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalerzeugungsabschnittein Sensorelement (2) mit einem beweglichen Abschnitt (2a),welcher eine Verschiebung entsprechend einer aufgebrachten dynamischeGröße hervorruft,und eine Signalwandlerschaltung (4, 5, 6)aufweist, welche die Verschiebung des beweglichen Abschnitts indas Erfassungssignal (LPFout) mit dem Signalpegel entsprechend deraufgebrachten dynamische Größe umwandelt.
    [3] Sensor füreine dynamische Größe nachAnspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (2)erste und zweite kapazitive Elemente (21, 22)enthält,welche zusammenwirkend eine komplementäre Kapazitätsänderung im Ansprechen auf dieVerschiebung des beweglichen Abschnitts (2a) hervorrufen, wobeidie Signalwandlerschaltung eine CV-Wandler-Schaltung (4) enthält, welchedie in den ersten und zweiten kapazitiven Elementen hervorgerufenekomplementäreKapazitätsänderungin eine Spannungsänderung (Vcout)umwandelt, und der Nichtaufbringungspegel des Erfassungssignalsauf der Grundlage eines Kapazitätsverhältnissesder ersten und zweiten kapazitiven Elemente (21, 22)in einem Zustand eingestellt wird, bei welchem die dynamische Größe nichtaufgebracht wird.
    [4] Sensor füreine dynamische Größe nachAnspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kapazitätsverhältnis derersten und zweiten kapazitiven Elemente (C1, C2) durch Anschließen einesdritten kapazitiven Elements (C3) parallel an eines der ersten undzweiten kapazitiven Elemente eingestellt wird.
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    引用文献:
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    法律状态:
    2011-01-20| 8139| Disposal/non-payment of the annual fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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