JP2004256023A

JP2004256023A - 車両用障害物判別装置

Info

Publication number: JP2004256023A
Application number: JP2003049625A
Authority: JP
Inventors: Norio Mima; 紀雄三摩; Masanori Kawaura; 正規川浦; Tetsuya Takato; 哲哉高藤
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2003-02-26
Filing date: 2003-02-26
Publication date: 2004-09-16
Anticipated expiration: 2023-02-26
Also published as: JP4170112B2

Abstract

【課題】回路構成の複雑化を抑止しつつ検出精度に優れた車両用障害物判別装置を提供すること。
【解決手段】接近導電体の接近の度合いに応じて交流インピーダンスが変化する車載の交流インピーダンス回路２１は、検出コイル２１１とコンデンサ２１２と抵抗素子２１３とを並列接続してなり、検出コイル２１１とコンデンサ２１２とが並列共振する周波数の交流電圧が印加され、電圧降下検出抵抗２２とを通じて接地されている。金属体が接近すると検出コイル２１１のインダクタンス変化により並列共振点からずれて、交流インピーダンス回路２１の交流インピーダンスは抵抗素子２１３の抵抗値よりも低下し、更に渦電流損等価抵抗により低下する。人体の場合には、交流インピーダンス回路２１の検出コイルの交流インピーダンス変化は小さく、それよりも交流インピーダンス回路２１の対地静電容量変化の方が優勢となる。この結果として、人体では出力電圧が低下し、金属体では出力電圧が増加するという特異な現象を見いだした。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、たとえば車両のバンパーに衝突する物体を検出又は判別するための車両用障害物判別装置に関する。
【０００２】
【従来技術及びその問題点】
車両衝突時に衝突対象が歩行者か否かを判定し、歩行者と判定した場合には歩行者保護するための装置を起動する歩行者保護技術が提案され、かつ、実用化が検討されており、このため、歩行者判別技術が要望されている。
【０００３】
先行する歩行者判別技術として、特許文献１、２は、導電体（この明細書では抵抗体を含むものとする）である衝突対象とセンサの電極板との間の静電容量変化に基づいて、歩行者と導電体との間の静電容量の差を電気的に検出する静電容量式衝突対象判別技術を提案している。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１７７５１４号公報
【特許文献２】特開２０００−３２６８０８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の静電容量式衝突対象判別技術では、人体と金属体との間の静電容量の差がそれほど大きくなく、かつセンサ出力の傾きも同一方向となるため、金属体の形状や種類によっては人間との分別が難しいという欠点があった。また、静電容量変化に伴う出力変化を大きくするためには高周波での運用が必要となるため、回路出力に重畳する高周波ノイズの影響や寄生容量の影響などが大きいという問題もあった。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、回路構成の複雑化を抑止しつつ検出精度に優れた車両用障害物判別装置を提供することをその目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の車両用障害物判別装置は、交流電源から給電されるとともに交流インピーダンスが接近導電体の接近の度合いに応じて変化する車載の交流インピーダンス回路を含むセンサ部と、前記交流インピーダンス回路から取り出した前記交流インピーダンス変化に応じて変化する電気量に基づいて前記接近導電体の検出又はその種類を判別する判別部とを備える車両用障害物判別装置において、
前記交流インピーダンス回路は、インダクタンス素子としてのコイルを含み、前記判別部は、前記コイルへの前記接近導電体の接近に起因する前記コイルのインダクタンス変化に基づいて前記判別をなすことを特徴としている。なお、ここで言う接近導電体とは、電気絶縁体レベルよりは小さい比抵抗を有する物体であって、少なくとも人体レベルの比抵抗を含んでそれよりも小さい比抵抗をもつ物体を言う。したがって、人体及び金属体はここで言う接近導電体に含まれるものとする。
【０００８】
すなわち、この発明によれば、所定の比抵抗を有して車両（のセンサ部）に接近する接近導電体が、センサ部のコイル（すなわちインダクタンス素子）のインダクタンスを変化させる現象に基づいて接近導電体の接近の検出又はその種類の判別を行う。更に説明すると、コイルに金属体からなる接近導電体が接近すると、この金属体に誘起される渦電流によりコイルのインダクタンスが減少する。これにより、人体よりも格段に低い導電率をもつ金属体により接近導電体が構成されている場合、人体の場合に比較してこの接近導体のインダクタンスの減少が大きくなり、更に渦電流損に相当するコイルと並列接続される等価抵抗の抵抗値も小さくなる。結局、コイルへの金属体の接近は人体の接近に比較してコイルの交流インピーダンスの低下が格段に大きいので、これに基づいて金属体と人体とを弁別することができる。
【０００９】
好適な態様において、前記交流インピーダンス回路は、前記コイルと直列接続された電気量検出用インピーダンス素子を有し、前記判別部は、前記コイルのインダクタンス変化を前記電気量検出用インピーダンス素子の電圧降下に基づいて検出する。このようにすれば、簡単にコイルの交流インピーダンスの低下の有無を検出することができる。
【００１０】
好適な態様において、前記判別部は、前記コイルのインダクタンス変化に主として起因する前記電気量検出用インピーダンス素子の電圧降下の増加に基づいて前記接近導電体としての金属体を判別する。これにより、簡単にコイルの交流インピーダンスの減少の有無を検出することができる。
【００１１】
好適な態様において、前記コイルの一端は、前記電気量検出用インピーダンス素子を通じて接地され、前記判別部は、前記電気量検出用インピーダンス素子に並列に接続される寄生容量の変化に主として起因する前記電気量検出用インピーダンス素子の電圧降下の変化に基づいて前記接近導電体としての人間を判別する。
【００１２】
更に説明すると、上述したように人体接近によるコイルの交流インピーダンス減少は金属体に比べて格段に小さいが、人体の表面積は比較的広いために交流インピーダンス回路の人体に対する静電容量Ｃは比較的大きい。この静電容量Ｃは交流インピーダンス回路の両端とそれぞれＧＮＤとの間に存在すると等価できるが、交流インピーダンス回路の両端のうち、交流電源から給電される側の静電容量Ｃは交流電源から充電されるために無視することができ、交流インピーダンス回路と電気量検出用インピーダンス素子との接続点とＧＮＤとを接続する静電容量Ｃが増大することになる。この静電容量Ｃは電気量検出用インピーダンス素子と並列接続されるため、電気量検出用インピーダンス素子の交流インピーダンスを低下させ、その結果として、電気量検出用インピーダンス素子の電圧降下を低下させる。したがって、電気量検出用インピーダンス素子の電圧降下により交流インピーダンス回路への人体の接近を検出することができる。なお、金属体が人体と同等の面積を持つ場合には、人体同様に静電容量Ｃが電気量検出用インピーダンス素子と並列接続されることになるが、既述したように金属体の場合ではこの静電容量Ｃによる電気量検出用インピーダンス素子の電圧降下よりもコイルの交流インピーダンスの減少による電気量検出用インピーダンス素子の電圧降下の増大が優勢なために、電気量検出用インピーダンス素子の電圧降下は増大する。
【００１３】
好適な態様において、前記判別部は、前記電気量検出用インピーダンス素子の電圧降下の増大により前記接近導電体を金属体と、前記電気量検出用インピーダンス素子の電圧降下の減少により前記接近導電体を人間と判定する。これにより、人間の接近と金属体の接近とにより電気量検出用インピーダンス素子の電圧変化の方向が逆となるために、両者を良好に弁別することができる。
【００１４】
好適な態様において、前記交流インピーダンス回路は、前記コイルと並列接続されたコンデンサを有し、前記交流電源は、前記コイル及びコンデンサの並列共振周波数に略等しい周波数の交流電圧を前記交流インピーダンス回路に給電する。このようにすれば、交流インピーダンス回路に金属体も人間も接近しない場合において、このコイルとコンデンサとの合成交流インピーダンスを非常に高く設定することができるとともに、金属体の接近によるコイルの交流インピーダンスの変化によるこの合成交流インピーダンスの変化率を大きくすることができ、金属体検出感度を向上することができる。
【００１５】
好適な態様において、前記交流インピーダンス回路は、前記コイル及びコンデンサと並列接続された抵抗素子を有する。このようにすれば、金属体や人体が接近していない状態での交流インピーダンス回路のインピーダンスを略この抵抗素子の抵抗値により電気量検出用インピーダンス素子の交流インピーダンスに対して最適なレベルに容易に規定することができる。
【００１６】
好適な態様において、前記電気量検出用インピーダンス素子は、抵抗素子からなるので、電気量検出用インピーダンス素子の交流インピーダンス値の決定が容易となる。
【００１７】
好適な態様において、被検出対象の接近を検出する他のセンサを有し、前記判別部は、他のセンサが前記被検出対象の接近を検出するにも関わらず、前記電気量検出用インピーダンス素子の電圧降下の変化が小さい場合に前記被検出対象は絶縁体であると判定する。なお、上記他のセンサとしては、たとえば超音波センサや感圧センサなどを採用することができる。このようにすれば、衝突あるいは接近した被検出対象が金属体又は人体ではないことを弁別することができる。
【００１８】
好適な態様において、前記コイルの軸心は、想定される前記接近導電体の存在方向に向けて配置されている。このようにすれば、コイルの感度を向上することができる。
【００１９】
好適な態様において、前記コイル及びコンデンサと前記電気量検出用インピーダンス素子との接続点は、想定される前記接近導電体の存在方向と略直角に延在する電極板に接続されている。電極板は、広い面積をもつことが好ましい。このようにすれば、人体の接近による電気量検出用インピーダンス素子の減少率を向上することができ、人体検出感度を向上することができる。
【００２０】
【発明の実施形態】
本発明の車両用障害物判別装置の一実施例を図１を参照して説明する。
（回路構成の説明）
１は低出力インピーダンスの正弦波発振器である交流電源、２はセンサ部、３は判別部である。センサ部２は、互いに直列に接続された交流インピーダンス回路２１と電圧降下検出抵抗２２とからなる。交流インピーダンス回路２１は、車両のバンパ４に埋設されたコイル２１１と、コンデンサ２１２と、抵抗素子２１３とを並列接続してなる。交流電源１は交流インピーダンス回路２１の一端に接続され、交流電源１の他端と電圧降下検出抵抗２２の他端とは接地されている。電圧降下検出抵抗２２の電圧降下は判別部３に入力される。ここで重要なことは、コイル２１１とコンデンサ２１２とからなる並列ＬＣ回路の共振周波数は交流電源１の発振周波数とされている点にある。判別部３は、電圧降下検出抵抗２２の電圧降下を整流し、平滑し、その振幅をデジタル信号に変換してマイコンに取り込まれ、このマイコンが障害物５の種類とその接近を検出する。この種の判別部３自体の回路構成は周知であり、説明を省略する。もちろん、判別部３をハードウエア回路により構成してもよいことは明白である。
（障害物分別処理の説明）
この回路による近接障害物５の弁別方法並びに接近検出方法を図２〜図４を参照して説明する。これらの図において、Ｌはコイル２１１のインダクタンス、Ｃはコンデンサ２１２の静電容量、Ｒは抵抗素子２１３の抵抗値、Ｒｏは電圧降下検出抵抗２２の抵抗値、Ｖｉは交流電源１の出力電圧、Ｖｏは電圧降下検出抵抗２２の電圧降下であり、センサ部２の出力電圧である。
【００２１】
図２は近接障害物５が電気絶縁体であること場合を示す。コンデンサ２１２はコイル２１１とは別に設けても良いが、コイル２１１の浮遊容量としてもよい。抵抗ＲはコイルＬと別に設けても良いが、コイルＬ自体の内部抵抗としてもよい。物体のセンシング部分はコイル２１１である。このＬＣ並列共振回路の合成交流インピーダンスは理論的には無限大とみなすことができるため、交流インピーダンス回路２１の交流インピーダンスは抵抗値Ｒとみなすことができる。コイル２１１に接近する近接障害物５が電気絶縁体である場合には、近接障害物５はセンサ部２に電気的に影響を与えないので、出力電圧Ｖｏは、よく知られているように出力電圧Ｖｉを抵抗値Ｒと抵抗値Ｒｏの抵抗分圧比により決定される。
【００２２】
なお、ここで、超音波センサなどにより近接障害物５の接近を検出すれば、この接近にかかわらずセンサ部２の出力電圧Ｖｏが変化しないので、近接障害物５が電気絶縁物すなわち人間ではないと判定することができる。
【００２３】
図３は近接障害物５がたとえばアルミニウムなどの金属体であること場合を示す。この場合には、金属体の接近により金属体に渦電流が流れ、コイル２１１のインダクタンスが低下し、ＬＣ共振回路の交流インピーダンスが理論的無限大から所定の値まで低下するため、このＬＣ共振回路の交流インピーダンスが抵抗素子２１３と並列接続された回路となって、交流インピーダンス回路２１の合成交流インピーダンスは抵抗素子２１３の抵抗値である元の値から更に低下する。この交流インピーダンス回路２１の合成交流インピーダンスにより、それとインピーダンス分圧回路をなす電圧降下検出抵抗２２の電圧降下すなわち出力電圧Ｖｏが増大する。すなわち、出力電圧Ｖｏが増大する場合に金属体が接近したと判別することができる。
【００２４】
図４は近接障害物５が人体である場合を示す。人体は金属体に比較して格段に（二桁以上）比抵抗が大きいので、コイル２１１による渦電流はほとんど無視することができ、交流インピーダンス回路２１の並列共振状態が崩れることはなく、交流インピーダンス回路２１のＬＣ成分は近似的に無視して差し支えない。これに対して、人体の表面積は大きいので、人体とコイル２１（回路的にはコイル２１と電圧降下検出抵抗２２との接続点）との間の間の静電容量Ｃ１が大きくなる。ここで、人体の対地静電容量をＣ２とすれば、上記接続点は静電容量Ｃ１、Ｃ２の直列回路を通じて接地されることになる。その結果、この直列接続静電容量が電圧降下検出抵抗２２に並列接続されて、それらの合成交流インピーダンスが小さくなるために、電圧降下検出抵抗２２の電圧降下すなわち出力電圧Ｖｏが減少する。すなわち、出力電圧Ｖｏが減少する場合に人体が接近したと判定することができる。なお、図３に示す金属体の接近の場合においても、たとえばこの金属体が接地されていれば大きな静電容量Ｃ１が電圧降下検出抵抗２２と並列に接続されることになるが、金属体の接近の場合には上記した交流インピーダンス回路２１の交流インピーダンス減少の方が優勢であるために、静電容量Ｃ１の低下による電圧降下検出抵抗２２の電圧降下減少の影響を無視して差し支えない。なお、金属体が接地されていない場合には更に電圧降下検出抵抗２２の電圧降下減少は小さくなる。
【００２５】
図５に人体と金属と電気絶縁体（それ以外の物体）とがコイル２１１に接近する際の出力電圧Ｖｏの変化の計算例を図５に示し、実測例を図６に示す。
【００２６】
次に、比較例として、従来の静電容量センサに電気絶縁体、金属体、人体がコンデンサＣに接近する場合の静電容量センサ部の交流インピーダンスの変化とそれによる出力電圧Ｖｏの変化について図７〜図９を参照して説明する。
【００２７】
図７は電気絶縁体が接近する場合であり、この場合には出力電圧Ｖｏは当然変化しない。図８は接地金属体が接近する場合であり、この場合には、電圧降下検出抵抗Ｒｏに並列に静電容量Ｃ１が並列接続されるため、電圧降下検出抵抗２２の電圧降下が生じ、出力電圧Ｖｏが低下する。図９は人間が接近する場合であり、この場合には、前述したように直列接続された静電容量Ｃ１、Ｃ２が電圧降下検出抵抗Ｒｏに並列接続されるため、金属体接近の場合ほどではないが、電圧降下検出抵抗２２の電圧降下すなわち出力電圧Ｖｏが低下する。この静電容量センサによる人体と金属と電気絶縁体（それ以外の物体）とがコイル２１１に接近する際の出力電圧Ｖｏの変化の計算例を図１０に示す。図５と図１０との比較により、この実施例のセンサでは、人体と金属体との分別が出力電圧Ｖｏに与える影響が反対向きとなるために優れた判別精度が得られることが理解される。
（変形態様１）
変形態様を以下に説明する。
上記実施例では、金属体をアルミニウムなど比透磁率が小さく、電気抵抗が小さい材料としたが、金属体が比透磁率が大きく、電気抵抗が大きい材料であれば、渦電流損の増大によるインダクタンスの低下以上に比透磁率が大きい金属体によるコイルの磁気回路の磁気抵抗の低下によりインダクタンスが増大する。
【００２８】
しかし、上記実施例では、コイル２１は並列共振回路を構成しているために、コイルインダクタンスが増大する場合においても、減少する場合においても、ＬＣ共振回路の合成交流インピーダンスは理論的無限大から有限の交流インピーダンス値に低下することになり、交流インピーダンス回路２１の合成交流インピーダンス値は減少する。つまり、上記実施例によれば、並列ＬＣ共振回路を採用しているので金属体を人体に対して高精度に弁別できる。
（変形態様２）
他の変形態様を以下に説明する。
【００２９】
この変形態様は、図１において、ボビン２１０に巻回されたコイル２１１を短軸で半径が大きい形状とし、前方に向けて開口したものである。このようにすれば、コイル２１１が形成する磁束が対象に到達しやすくなるので、金属体検出感度が向上する。１００はコイル２１１を囲む両端開口の金属筒である。この金属筒１００はコイル２１１の径方向におけるコイル２１１の感度を低下させ、前方感度を相対的に向上することができる。１０１は、コイル２１１と電圧降下検出抵抗２２との接続点に接続された金属プレートであり、それは上下、左右方向に延設されている。このようにすれば、この金属プレート１０１とその前方の人体との間の静電容量Ｃ１を増加することができ、人体検出感度を向上することができる。
【００３０】
（変形態様３）
上記実施例では、交流インピーダンス回路２１のコイル２１３は車両のフロントバンパに接地したが、他の部位に設けてもよい。また、フロンバンパの種々の位置に複数設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す模式回路図である。
【図２】図１の回路に電気絶縁体が接近する場合を示す等価回路図である。
【図３】図１の回路に金属体が接近する場合を示す等価回路図である。
【図４】図１の回路に人体が接近する場合を示す等価回路図である。
【図５】図１の回路による出力特性（計算例）を示す特性図である。
【図６】図１の回路による出力特性（実測例）を示す特性図である。
【図７】従来の静電容量センサに電気絶縁体が接近する場合を示す等価回路図である。
【図８】従来の静電容量センサに金属体が接近する場合を示す等価回路図である。
【図９】従来の静電容量センサに人体が接近する場合を示す等価回路図である。
【図１０】従来の静電容量センサによる出力特性（計算例）を示す特性図である。
【図１１】変形例を示す模式回路図である。
【符号の説明】
１交流電源
２センサ部
３判別部
２１交流インピーダンス回路
２２電圧降下検出抵抗
２１１コイル
２１２コンデンサ
２１３抵抗素子

Claims

交流電源から給電されるとともに交流インピーダンスが接近導電体の接近の度合いに応じて変化する車載の交流インピーダンス回路を含むセンサ部と、
前記交流インピーダンス回路から取り出した前記交流インピーダンス変化に応じて変化する電気量に基づいて前記接近導電体の検出又はその種類を判別する判別部と、
を備える車両用障害物判別装置において、
前記交流インピーダンス回路は、インダクタンス素子としてのコイルを含み、
前記判別部は、前記コイルへの前記接近導電体の接近に起因する前記コイルのインダクタンス変化に基づいて前記検出又は判別をなすことを特徴とする車両用障害物判別装置。
請求項１記載の車両用障害物判別装置において、
前記交流インピーダンス回路は、前記コイルと直列接続された電気量検出用インピーダンス素子を有し、
前記判別部は、前記コイルのインダクタンス変化を前記電気量検出用インピーダンス素子の電圧降下に基づいて検出する車両用障害物判別装置。
請求項２記載の車両用障害物判別装置において、
前記判別部は、前記コイルのインダクタンス変化に主として起因する前記電気量検出用インピーダンス素子の電圧降下の増大に基づいて前記接近導電体としての金属体を判別する車両用障害物判別装置。
請求項３記載の車両用障害物判別装置において、
前記コイルの一端は、前記電気量検出用インピーダンス素子を通じて接地され、
前記判別部は、前記電気量検出用インピーダンス素子に並列に接続される寄生容量の変化に主として起因する前記電気量検出用インピーダンス素子の電圧降下の減少に基づいて前記接近導電体としての人間を判別する車両用障害物判別装置。
請求項４記載の車両用障害物判別装置において、
前記判別部は、前記電気量検出用インピーダンス素子の電圧降下の増大により前記接近導電体を金属体と、前記電気量検出用インピーダンス素子の電圧降下の減少により前記接近導電体を人間と判定することを特徴とする車両用障害物判別装置。
請求項１乃至５のいずれか記載の車両用障害物判別装置において、
前記交流インピーダンス回路は、前記コイルと並列接続されたコンデンサを有し、
前記交流電源は、前記コイル及びコンデンサの並列共振周波数に略等しい周波数の交流電圧を前記交流インピーダンス回路に給電することを特徴とする車両用障害物判別装置。
請求項６記載の車両用障害物判別装置において、
前記交流インピーダンス回路は、前記コイル及びコンデンサと並列接続された抵抗素子を有する車両用障害物判別装置。
請求項７記載の車両用障害物判別装置において、
前記電気量検出用インピーダンス素子は、抵抗素子からなる車両用障害物判別装置。
請求項４記載の車両用障害物判別装置において、
被検出対象の接近を検出する他のセンサを有し、
前記判別部は、他のセンサが前記被検出対象の接近を検出するにも関わらず、前記電気量検出用インピーダンス素子の電圧降下の変化が小さい場合に前記被検出対象は絶縁体であると判定する車両用障害物判別装置。
請求項６記載の車両用障害物判別装置において、
前記コイルの軸心は、想定される前記接近導電体の存在方向に向けて配置されている車両用障害物検出装置。
請求項６記載の車両用障害物判別装置において、
前記コイル及びコンデンサと前記電気量検出用インピーダンス素子との接続点は、想定される前記接近導電体の存在方向と略直角に延在する電極板に接続されている車両用障害物判別装置。