JP2002022766A - センサの故障判定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加速度センサの側に故障を検出するためのハ
ードウエアを設けることなく、加速度センサの重り固着
による故障を加速度センサの出力を利用する側のソフト
ウェアにより検出することができるようにする。 【解決手段】 実質的に車両が走行している状態にある
とき、加速度センサの出力には、車両の振動などにより
つねに小さい検出出力が発生しているものであり、セン
サの重りが固着した状態になると、この小さい検出出力
がまったく送出されなくなる。この小さい検出出力がな
くなったときに故障検出信号を発生する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車の安定化制
御装置（または姿勢制御装置）に利用する。本発明は、
安定化制御装置の演算論理の一部として組み込むように
開発された装置であるが、それぞれ単独のセンサ故障判
定装置としても利用することができる。

【０００２】

【従来の技術】車両安定化制御装置（ＶＳＣ、Vehicle
Stability Control System) は、車両に装備した前後方
向加速度センサ、横方向加速度センサ、ヨーレイトセン
サ、各車輪の回転情報、操舵角度情報、その他を入力情
報として取込み、車両の加速度が運転者により操舵され
ている状態とは一致しない方向に、設定された限界値を
越えて増大していることを検出すると、その加速度を小
さくするように、一部の車輪に自動的に制動力を発生さ
せるように制御するものである。たとえば右前方の加速
度が増大するとともに、右まわりのヨーレイトが設定さ
れた条件を越えて増大しているときには、自動的に左後
輪に制動力を発生させて、その状態が運転操作により制
御できなくなる前に姿勢を回復させるように作動する。

【０００３】この装置に利用される車両の状態を検出す
るセンサは、前後方向加速度センサ、横方向加速度セン
サ、およびヨーレイトセンサである。これらのセンサ
は、それぞれ複数のバネにより支持された重りの運動を
物理的に検出する構造のものが広く用いられている。し
たがって、何らかの原因によりこの重りが固着状態にな
ると、車両の状態を正確に検出することができなくなる
から安定化制御装置は誤った制御を行うことになる。

【０００４】ヨーレイトは車両の進行方向に垂直な面に
車両の重心まわりに生じる回転加速度である。この明細
書では、前後方向加速度センサ、横方向加速度センサ、
およびヨーレイトセンサを総称して単に「加速度セン
サ」という。

【０００５】従来装置では、このような加速度センサの
重りが固着状態になったことを検出する物理的な検出手
段を設けたものがある。このような加速度センサ出力を
利用する装置では、この検出手段の固着状態を検出する
出力により、センサが正常な動作をしなくなったことを
識別するように構成されたものが知られている。また、
車両に生じている加速度を車速の変化などから推定演算
し、これを搭載する加速度センサの出力と比較して、加
速度センサの異常検出を行う技術については、特開平４
−１１０２６７号公報、特開平７−３３０３７号公報、
特開平７−１９６０２９号公報に記載がある。加速度セ
ンサの中立位置を補正する技術に関するものであるが、
特開平８−１３６５７２号公報には、エンジンの出力ト
ルクを推定演算することにより、車両に装備された加速
度センサの出力値を補正する技術について記載がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】加速度センサの重りが
固着したことを物理的に検出する装置は、加速度センサ
からの検出出力のレベルが小さいときには故障検出がで
きない。すなわち加速度センサに加えられた加速度が小
さいときには故障検出の感度が鈍く、加速度センサに大
きい加速度が加えられたときにはじめて故障であること
が検出される。小さい加速度が加えられたときにも故障
が検出することができるようにするには、装置の設計精
度および工作精度を高くする必要がありセンサ装置が高
価になる。

【０００７】また物理的に故障を検出する装置は、相応
にハードウエア規模を増大させる。すなわち装置が大型
化する。また物理的に故障を検出する装置は、その検出
する装置そのものが不具合になることがある。そのよう
なセンサ出力を利用する制御装置では、検出する装置の
不具合に対してフエイルセイフに動作するように設計が
行われるから、実際に加速度センサが不良でないにもか
かわらず、故障検出装置の不具合により安定化制御装置
が適正に作動しないことがある。

【０００８】本発明は、このような背景に行われたもの
であって、加速度センサに特別の検出手段を設けなくと
も、そのセンサ出力を利用する側の装置で、センサに異
常があることを判定することができる装置を提供するこ
とを目的とする。本発明は、ソフトウェアを変更するこ
とにより実施することが可能であり、センサ側にも制御
装置の側にも一切のハードウエアを付加する必要のな
い、故障判定装置を提供することを目的とする。本発明
は、加速度センサまたはヨーレイトセンサなどの検出出
力レベルが小さいときにも、センサの異常を適正に検出
することができる装置を提供することを目的とする。本
発明は、安価なセンサを利用することができ全体として
車両安定化制御装置を経済化することを目的とする。本
発明は、物理的に故障を検出する装置を併用する場合に
も、物理的に故障を検出する装置は検出出力レベルの大
きいところで大まかな故障検出を行うように設計するこ
とが可能であり、高品質の安定化制御装置を安価に提供
することを目的とする。

【課題を解決するための手段】本発明の第一は、前後方
向加速度センサ、横方向加速度センサ、ヨーレイトセン
サのいずれにも利用できる故障判定装置であって、セン
サ出力を周期的にサンプリングする手段（１）と、車速
が所定値（ｖ₀ｋｍ／ｈ）以上のときに前記加速度セン
サの出力がサンプリングの複数ｎ周期にわたりサンプリ
ング出力の変化が所定値（δ₀）以下であるときに故障
検出信号（３）を発生する手段（２）とを備えたことを
特徴とする。

【０００９】上記括弧内の記号は、あとから説明する実
施例装置の図面符号である。これは発明の構成が理解し
やすいように付すものであって、発明を実施例に限定し
て理解するためのものではない（以下同じ）。

【００１０】車速の所定値（ｖ₀）は実質的に車両が走
行している速度である。ｖ₀はたとえば２ｋｍ／ｈない
し２０ｋｍ／ｈに設定することがよい。変化の所定値
（δ）は加速度センサの識別感度に近い小さい値であ
る。加速度センサの検出出力は、演算回路（２）の入力
に設けたインターフェース回路でサンプリングされ、デ
ィジタル信号として演算回路（２）に取込まれる。実用
的なサンプリング回路のサンプリング周期は数十分の１
秒ないし数千分の１秒であり、演算回路が加速度センサ
の故障検出モードを設定して故障検出を行う短い時間
に、この周期ｎを数十ないし数千とすることができる。

【００１１】この装置は、車両が実質的に走行状態にあ
るとき、この複数ｎ周期にわたりサンプリング出力が識
別できる変化を示さないなら、その加速度センサは重り
が固着しているものと判定することになる。サンプリン
グ出力の変化は、１周期毎にその直前の値に対する変化
を検出することが最も合理的であるが、ｎ周期のサンプ
リング時間を経過してから検出しても、あるいはｎより
小さい複数周期毎に検出する構成としてもよい。

【００１２】加速度センサの出力をオシロスコープ画面
の時間軸上に表示していると、車両走行中にはつねに細
かい変化のある加速度が検出され何らかの出力を発生し
ているものであり、加速度センサの重りが固着したとき
にはその細かい変化がまったくなくなる。この故障検出
装置は、これを故障検出信号とするものであって、加速
度の推定演算を実行するものに比べるとその構成は単純
であり、故障検出のために要する時間も短く、また故障
検出装置自体の故障の可能性はきわめて小さくなる。

【００１３】本発明の第二は、横方向加速度センサに関
するものであって、左右輪の回転情報を取込み左右輪の
回転速度差の時間微分値から車両の横方向加速度を推定
演算する手段（２）と、この手段により演算された横方
向加速度と横方向加速度センサの検出出力とを比較し所
定以上の相違が生じているときに故障検出信号（３）を
発生する手段とを備えたことを特徴とする。

【００１４】この装置は、左右の車輪回転情報から車両
に生じている加速度の横方向成分を推定演算するもので
あり、推定演算された加速度の横方向成分が、横方向加
速度センサの出力と比較し、これが近似値にないときに
横方向加速度センサが正しく作動していないとするもの
である。

【００１５】本発明の第三は、ヨーレイトセンサに関す
るものであって、左右輪の回転情報および操舵角情報を
取込み、操舵角が所定値α₀以上であるときにこの操舵
角および前記左右輪の回転速度差の時間微分値からヨー
レイトを推定演算する手段と、この手段により演算され
たヨーレイトとヨーレイトセンサの出力とを比較し所定
以上の相違が生じているときに故障検出信号を発生する
手段とを備えたことを特徴とする。

【００１６】この装置は、走行中に運転者により操舵が
行われたときに、左右の車輪回転情報および操舵角度か
らヨーレイトを推定演算するものであり、推定演算され
たヨーレイトが、ヨーレイトセンサの出力と近似値にな
いときにヨーレイトセンサが正しく動作していないこと
を検出するものである。

【００１７】本発明実施例を図面を用いて説明する。図
１は本発明実施例装置のブロック構成図である。この実
施例装置は車両安定化制御装置（ＶＳＣ）であり、本発
明の装置は、この車両安定化制御装置の演算回路の中に
ソフトウェアとして組み込まれたものである。

【００１８】この装置は、車両に装備された前後方向加
速度センサ１１、横方向加速度センサ１２、およびヨー
レイトセンサ１３なる三種類の加速度センサを備えてい
る。この三種類の加速度センサの検出出力はインターフ
ェース回路１に接続され、このインターフェース回路１
の内部で、それぞれサンプリング（標本化）される。サ
ンプリング周期は１００分の１秒（サンプリング周波数
１００Ｈｚ）である。このサンプリングされた検出出力
は演算回路２に取込まれる。

【００１９】演算回路２には別のインターフェース５が
接続されていて、このインターフェース５には、変速機
出力軸の回転を示す車速情報、前後左右の車輪からそれ
ぞれ個別に得られる車輪回転情報、操舵輪の回転角度を
示す操舵角情報その他が入力する。これらの各情報もサ
ンプリングされて演算回路２に取込まれる。

【００２０】演算回路２は車両安定化制御装置の制御回
路４の情報入力部分であり、実際の装置では演算回路２
と制御回路４とは一つの回路上に構成されている。制御
回路４はこれらの入力情報から、車両走行中の車体モデ
ルを演算設定し、その車体モデルに生じる加速度ベクト
ルが、設定された限界を越えて増大するときに、車両横
転の可能性があるとして、その加速度ベクトルの増大を
抑圧する方向に、一部の車輪に制動力を発生させるよう
に制御する。すなわち、制御回路４の出力はインターフ
ェース６からそれぞれブレーキ装置に送出される。

【００２１】ここで本発明の特徴とするところは、イン
ターフェース１に接続される加速度センサの故障検出に
ある。すなわち、加速度センサに故障があるときに、こ
れをその加速度センサの加速度出力値から検出して、故
障検出信号３を発生させるものである。

【００２２】本発明の第一の発明に関連して、第一実施
例の故障検出ロジックを説明する。図２は第一実施例の
故障検出ロジックの要部フローチャートである。演算回
路２は周期的に自動的に短い時間だけ故障検出モードに
設定される。故障検出モードでは、車速が実質的に走行
している値ｖ₀（この例では５ｋｍ／ｈ）以上であると
きに、第ｉ番の加速度センサの出力が所定値δ₀以下で
あるかを判定する。これはｉを順次更新しながら全部の
加速度センサについて順に判定する。この例ではｉは１
から３までであり、３個の加速度センサの出力を順に判
定することになる。

【００２３】加速度センサは、車両の走行中には車両の
振動にともないつねに小さい検出出力を発生しているも
のであり、加速度センサの内部に設けられている重りが
固着すると、この小さい検出出力がまったく発生しなく
なる。この小さい検出出力が検出できないときに故障検
出信号３を制御回路４に送出する。これにより、制御回
路４では加速度センサの動作不良に伴うフエイルセイフ
の動作が実行される。

【００２４】本発明を実施した実用的な装置では、加速
度センサ出力のサンプリング周期が上述のように０．０
１秒であり、同じく車速が５ｋｍ／ｈ以上であるとき
に、一周期前のサンプリング値との差分が０．０１Ｇ以
下の状態が５秒間連続するときに、故障検出信号を発生
させるように構成した。この装置を搭載した車両の走行
試験では、きわめて良好な試験結果が得られた。すなわ
ち、加速度センサの重りが固着する原因を故意に作って
走行試験を行うと、きわめて正確に故障発生と故障検出
信号の発生とが対応した。本発明の構成は単純であるが
その実用的な効果は顕著である。

【００２５】本発明の第二の発明もそのブロック構成図
は図１のとおりである。第二の発明に関連して、第二実
施例の故障検出ロジックを説明すると、図３は第二実施
例の故障検出ロジック要部フローチャートである。演算
回路２は横方向加速度センサの故障検出モードになる
と、車速が実質的に走行状態にあるｖ₀以上であるとき
に、左右輪の回転情報を取込み、左右輪の時間当たりの
回転差Ｄ（回転速度差）の時間微分を演算し、車両に発
生している加速度の横方向成分ｙ_eを推定演算する。こ
の演算結果と、横方向加速度センサ１２の出力値とを比
較し、設定値Ｒを越える差が生じているときには、横方
向加速度センサ１２の出力異常と判定して故障検出信号
を送出する。推定演算の結果と横方向加速度センサ１２
の出力値との差が小さいときには、この動作をＮ₀回繰
り返し確認する。

【００２６】車両に生じている加速度の横方向成分ｙ_e
は、左右輪の回転速度差Ｄおよび車速ｖから次のように
して求められる。すなわち、車速の横方向成分ｙは、車
速ベクトルの車両前後方向に対する角度をθとすると、 ｙ＝ｖ・ sinθ θであり、前輪の左右輪の間隔をＬとすると、θ＝Ｄ／
Ｌ であるから、上式は、 ｙ＝ｖ（Ｄ／Ｌ） となる。間隔Ｌは車種により定まる定数であるから、Ｌ
＝１／ｋ とすると、 ｙ＝ｋ・Ｄｖ となる。この時間微分値が演算された加速度の横方向成
分ｙ_eであるから ｙ_e＝ｋ（ｄ／dt) Ｄｖ （ｋは比例定数） となる。

【００２７】実用的な装置では、車速が所定値（１５ｋ
ｍ／ｈ）以上であり、演算された加速度の横方向成分ｙ
_eが所定値（０．２５Ｇ）以上であるときに、ヨーレイ
トセンサの検出出力との差分が０．１Ｇ以上ある状態が
所定時間（１秒）以上の繰り返しサンプリング周期にわ
たり継続するときに故障検出信号を発生するように構成
した。

【００２８】本発明の第三の発明もそのブロック構成図
は図１のとおりである。この第三の発明に関連して第三
実施例の故障検出ロジックを説明すると、図４は第三実
施例の故障検出ロジックの要部フローチャートである。
演算回路２はヨーレイトセンサの故障検出モードになる
と、車速がｖ₀異常であるときに、左右輪の回転情報お
よび操舵情報αを取込み、この操舵情報αおよび左右輪
の時間当たりの回転差の時間微分値から、車両に発生し
ているヨーレイトｑ_eを推定演算する。この推定演算さ
れた値と、ヨーレイトセンサの出力ｑ_aとを比較し、こ
の差分が設定値Ｑを越えるとき故障検出信号を発生す
る。

【００２９】車両に発生している演算されたヨーレイト
は、 ｑ_e＝（前左右輪の回転速度差Ｄ）／（前輪トレッド） として得られる。

【００３０】実用的な装置では、車速が所定値（５ｋｍ
／ｈ）以上であり、演算されたヨーレイトが所定値（１
５度／秒）以上または操舵輪の回転角度が所定値（８０
度）以上であるときに故障検出を実行するように構成し
た。試験の結果からは、その判定限界はきわめてラフで
よいことが分かり、上記の条件で故障検出を実行し、ヨ
ーレイトセンサの出力値と、演算されたヨーレイトとが
同一符号であれば正常とし、異符号となったときに故障
検出信号を発生するように構成した。すなわち、実用的
な装置では「所定以上の相違」は同一符号にならないと
きとしてよい。

【発明の効果】本発明によれば、加速度センサに特別の
検出手段を設けなくとも、そのセンサ出力を利用する側
の装置で、センサに異常があることを高い感度で判定す
ることができる装置が得られる。本発明は、制御回路の
ソフトウェアを追加することにより実施することが可能
であり、センサ側にも制御装置の側にも一切のハードウ
エアを付加する必要がない。本発明は、物理的に故障を
検出する装置を併用する場合にも、物理的に故障を検出
する装置は検出出力レベルの大きいところで大まかな故
障検出を行うように設計することが可能であり、高品質
の安定化制御装置を安価に提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例装置のブロック構成図。

【図２】本発明第一実施例装置の要部制御フローチャー
ト。

【図３】本発明第二実施例装置の要部制御フローチャー
ト。

【図４】本発明第三実施例装置の要部制御フローチャー
ト。

【符号の説明】

１ インターフェース ２ 演算回路 ３ 故障検出信号 ４ 制御回路 ５、６ インターフェース １１ 前後方向加速度センサ １２ 横方向加速度センサ １３ ヨーレイトセンサ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】加速度センサの出力を周期的にサンプリン
   グする手段と、車速が所定値以上のときに前記加速度セ
   ンサの出力がサンプリングの複数ｎ周期にわたりその変
   化が所定値以下であるときに故障検出信号を発生する手
   段とを備えたことを特徴とする加速度センサの故障判定
   装置。
2. 【請求項２】左右輪の回転情報を取込み左右輪の回転速
   度差の時間微分値から車両の横方向加速度を推定演算す
   る手段と、この手段により演算された横方向加速度と横
   方向加速度センサの出力とを比較し所定以上の相違が生
   じているときに故障検出信号を発生する手段とを備えた
   ことを特徴とする横方向加速度センサの故障判定装置。
3. 【請求項３】左右輪の回転情報および操舵角情報を取込
   み、操舵角が所定値α ₀以上であるときにこの操舵角お
   よび前記左右輪の回転速度差の時間微分値からヨーレイ
   トを推定演算する手段と、この手段により演算されたヨ
   ーレイトとヨーレイトセンサの出力とを比較し所定以上
   の相違が生じているときに故障検出信号を発生する手段
   とを備えたことを特徴とするヨーレイトセンサの故障判
   定装置。