JP2006125989A - 荷重センサおよび荷重センサの荷重検出方法および歩行者保護システム - Google Patents

Abstract

【課題】 製造コストが安価で、かつ入力荷重の検出精度が高い荷重センサおよび荷重センサの荷重検出方法を提供することを目的とする。また、製造コストが安価で、かつ入力荷重の検出精度つまり衝突対象物の判別精度が高い歩行者保護システムを提供することを目的とする。
【解決手段】
荷重センサ２は、衝突対象物からの入力荷重と、入力荷重に対応する出力データと、が曲線状に相関する荷重センサ２であって、入力荷重と出力データとの相関を複数の直線に近似する近似部２０６を備えることを特徴とする。
【選択図】 図５

Description

本発明は、衝突対象物の判別に用いられる荷重センサおよび荷重センサの荷重検出方法および歩行者保護システムに関する。

歩行者保護システムは、光ファイバセンサと衝突対象物判別ＥＣＵ（電子制御ユニット）とを備えている。光ファイバセンサは、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）とフォトダイオードと光ファイバとを備えている。光ファイバの一端にはＬＥＤが、他端にはフォトダイオードが、それぞれ配置されている。光ファイバは、車両のフロントバンパに配置されている。フロントバンパが衝突対象物に衝突すると、光ファイバが押圧される。このため、光ファイバを介してＬＥＤからフォトダイオードに伝達される光の損失が変化する。この損失の変化により、フォトダイオードを流れる電流が変化する。当該出力電流は、まず出力電圧に変換され、次いでデジタルデータに変換され、衝突対象物判別ＥＣＵに伝送される。衝突対象物判別ＥＣＵは、伝送されたデジタルデータを基に、衝突対象物が歩行者か否かを判別する。判別の結果、衝突対象物が歩行者の場合、衝突対象物判別ＥＣＵは、例えば歩行者保護エアバッグなどの歩行者保護装置を駆動する。
特開２００２−２７７４３４号公報

しかしながら、衝突時に光ファイバに加わる荷重と、フォトダイオードが受光する光の損失とは、直線関係にない。すなわち、衝突時の入力荷重と、光ファイバセンサの出力電圧とは、直線関係にない。したがって、出力電圧を単一の増幅度を有するアンプで増幅しても、入力荷重の検出精度は低い。

この場合、電圧データを、入力荷重と出力電圧との相関に沿うように、ログアンプにより増幅すれば、入力荷重の検出精度を高くすることができる。また、特許文献１には、センサ出力と圧力との関係を、予めマップとして所有する可燃性ガスセンサが紹介されている。同文献記載のマップを歩行者保護システムに転用すれば、つまり入力荷重と電圧データとの相関を、予めマップとして所有しておけば、入力荷重の検出精度を高くすることができる。

ところが、ログアンプを採用すると、その分ハード処理が必要となるため、コスト高である。また、特許文献１に記載のマップを転用する場合、マップマッチングを使用したソフト処理が必要となるため、この場合もやはりコスト高である。

本発明の荷重センサおよび荷重センサの荷重検出方法および歩行者保護システムは、上記課題に鑑みて完成されたものである。したがって、本発明は、製造コストが安価で、かつ入力荷重の検出精度が高い荷重センサおよび荷重センサの荷重検出方法を提供することを目的とする。また、本発明は、製造コストが安価で、かつ入力荷重の検出精度つまり衝突対象物の判別精度が高い歩行者保護システムを提供することを目的とする。

（１）上記課題を解決するため、本発明の荷重センサは、衝突対象物からの入力荷重と、該入力荷重に対応する出力データと、が曲線状に相関する荷重センサであって、前記入力荷重と前記出力データとの相関を複数の直線に近似する近似部を備えることを特徴とする。

入力荷重と出力データとの相関は、複数の直線により近似される。このため、入力荷重は、直線により変換された近似データとして出力される。本発明の荷重センサによると、上記ログアンプによるハード処理や、マップマッチングによるソフト処理が不要である。このため、本発明の荷重センサの製造コストは安価である。並びに、本発明の荷重センサによると、上記ハード処理、ソフト処理を用いずに、入力荷重の検出精度を高くすることができる。

（２）好ましくは、前記近似部は、前記相関を低荷重側直線に近似することにより前記入力荷重から低荷重側信号を増幅形成する低荷重側アンプと、該低荷重側アンプと異なる増幅度を有し該相関を高荷重側直線に近似することにより該入力荷重から高荷重側信号を増幅形成する高荷重側アンプと、からなる構成とする方がよい。

つまり、本構成は、入力荷重と出力データとの曲線状の相関を、低荷重側直線および高荷重側直線という二本の直線に近似するものである。本構成によると、入力荷重を、増幅度の異なる低荷重側アンプ、高荷重側アンプを用いて増幅するだけで、入力荷重の検出精度を高くすることができる。

（３）好ましくは、さらに、発光素子と、該発光素子からの光が通過する光ファイバと、該光ファイバを通過した該光を受光する受光素子と、を備え、前記入力荷重により該光ファイバが変形し、該受光素子が受光する該光の量が変動することにより、前記出力データが出力される構成とする方がよい。

つまり、本構成は、本発明の荷重センサを光ファイバセンサに用いるものである。前述したように、衝突時に光ファイバに加わる荷重と、受光素子が受光する光の損失とは、直線関係にない。すなわち、入力荷重と出力データとは、直線関係にない。したがって、本発明の荷重センサは、光ファイバセンサとして具現化するのに好適である。

（４）また、上記課題を解決するため、本発明の歩行者保護システムは、衝突対象物からの入力荷重と、該入力荷重に対応する出力データと、が曲線状に相関する荷重センサと、該荷重センサからの信号を基に該衝突対象物が歩行者か否かを判別する判別部と、該判別部の判別結果が歩行者の場合に歩行者保護装置を駆動する駆動部と、を持つ衝突対象物判別ＥＣＵと、を備えてなる歩行者保護システムであって、前記荷重センサまたは前記衝突対象物判別ＥＣＵは、前記入力荷重と前記出力データとの相関を複数の直線に近似する近似部を持ち、前記判別部は、該近似部から出力される近似データを基に前記衝突対象物が歩行者か否かを判別することを特徴とする。

入力荷重と出力データとの相関は、複数の直線により近似される。このため、入力荷重は、直線により変換された近似データとして出力される。本発明の歩行者保護システムによると、上記ログアンプによるハード処理や、マップマッチングによるソフト処理が不要である。このため、本発明の歩行者保護システムの製造コストは安価である。並びに、上記ハード処理、ソフト処理を用いずに、入力荷重の検出精度延いては衝突対象物の判別精度を高くすることができる。なお、近似部は、荷重センサ、衝突対象物判別ＥＣＵのいずれに配置してもよい。

（５）好ましくは、上記（４）の構成において、前記近似部は、前記相関を低荷重側直線に近似することにより前記入力荷重から低荷重側信号を増幅形成する低荷重側アンプと、該低荷重側アンプと異なる増幅度を有し該相関を高荷重側直線に近似することにより該入力荷重から高荷重側信号を増幅形成する高荷重側アンプと、からなる構成とする方がよい。

つまり、本構成は、入力荷重と出力データとの曲線状の相関を、低荷重側直線および高荷重側直線という二本の直線に近似するものである。本構成によると、入力荷重を、増幅度の異なる低荷重側アンプ、高荷重側アンプを用いて増幅するだけで、入力荷重の検出精度延いては衝突対象物の判別精度を高くすることができる。

（６）好ましくは、上記（５）の構成において、前記判別部は、前記低荷重側信号が飽和するまでは該低荷重側信号を基に前記衝突対象物が歩行者か否かを判別し、該低荷重側信号飽和後は前記高荷重側信号を基に該衝突対象物が歩行者か否かを判別する構成とする方がよい。つまり、本構成は、低荷重側信号の飽和を境に、衝突対象物の判別に使用する信号を切り替えるものである。本構成によると、比較的簡単に、衝突対象物の判別精度を高くすることができる。

（７）好ましくは、上記（５）の構成において、前記荷重センサは、前記近似部を持ち、前記衝突対象物判別ＥＣＵの前記判別部は、前記低荷重側信号と前記高荷重側信号とを、同一の通信線を介して、該近似部から交互に読み込む構成とする方がよい。本構成によると、荷重センサと衝突対象物判別ＥＣＵとの間の通信線の配線数が少なくて済む。

（８）また、上記課題を解決するため、本発明の荷重センサの荷重検出方法は、衝突対象物からの入力荷重と、該入力荷重に対応する出力データと、の曲線状の相関を、複数の直線に近似することにより、該入力荷重から、該出力データの代わりに、該直線により近似された近似データを出力することを特徴とする。

入力荷重と出力データとの相関は、複数の直線により近似される。このため、入力荷重は、直線により変換された近似データとして出力される。本発明の荷重センサの荷重検出方法によると、上記ログアンプによるハード処理や、マップマッチングによるソフト処理が不要である。このため、本発明の荷重検出方法を用いる荷重センサの製造コストは、安価である。並びに、本発明の荷重検出方法を用いると、上記ハード処理、ソフト処理を用いずに、入力荷重の検出精度を高くすることができる。

本発明によると、製造コストが安価で、かつ入力荷重の検出精度が高い荷重センサおよび荷重センサの荷重検出方法を提供することができる。また、本発明によると、製造コストが安価で、かつ入力荷重の検出精度つまり衝突対象物の判別精度が高い歩行者保護システムを提供することができる。

以下、本発明の歩行者保護システムの実施の形態について説明する。なお、以下の説明は、本発明の荷重センサおよび荷重センサの荷重検出方法についての説明を兼ねる。

まず、本実施形態の歩行者保護システムの配置について説明する。図１に、本実施形態の歩行者保護システムが搭載された車両の斜視透過図を示す。図に示すように、本実施形態の歩行者保護システム１は、荷重センサ２とタッチセンサ（図略）とエアバッグＥＣＵ３とを備えている。エアバッグＥＣＵ３は、本発明の衝突対象物判別ＥＣＵに含まれる。

荷重センサ２は、センサＥＣＵ２０と光ファイバ２１とを備えている。荷重センサ２は、車両９のフロントバンパ９０に埋設されている。また、光ファイバ２１は、導光性樹脂製であって、フロントバンパ９０の車幅方向略全域に亘って配線されている。荷重センサ２の配置については、後で詳しく説明する。

エアバッグＥＣＵ３は、インストルメントパネル９１の車幅方向略中央の下方かつフロアトンネル上方に埋設されている。エアバッグＥＣＵ３と荷重センサ２のセンサＥＣＵ２０とは、ワイヤハーネスにより接続されている。

次いで、荷重センサの配置について説明する。図２に、本実施形態の歩行者保護システムの荷重センサが配置されたフロントバンパの部分断面図（車両前後方向断面図）を示す。図に示すように、フロントバンパ９０は、バンパカバー（図略）とバンパアブソーバ９００と荷重伝達板９０１とバンパリーンフォース９０２とを備えている。バンパカバーは、車両９前方に露出している。バンパアブソーバ９００は、発泡樹脂製であって、車幅方向に長い板状を呈している。バンパアブソーバ９００は、バンパカバーの後方に配置されている。

荷重伝達板９０１は、金属製であって、車幅方向に長い板状を呈している。荷重伝達板９０１は、バンパアブソーバ９００の後方に配置されている。また、荷重伝達板９０１前面とバンパアブソーバ９００後面との間のスペースには、タッチセンサ４が介装されている。タッチセンサ４は、車幅方向に延びるケーブル状を呈している。タッチセンサ４の内部には、一筆書き状に繋がる四本の導線（図略）が、螺旋状に配置されている。隣り合う導線同士が接触することにより、タッチセンサ４はオン信号を出力する。

バンパリーンフォース９０２は、金属製であって、車幅方向に長い板状を呈している。バンパリーンフォース９０２は、フロントサイドメンバ（図略）により、後方から支持されている。荷重センサ２の光ファイバ２１は、バンパリーンフォース９０２前面と荷重伝達板９０１後面との間に介装されている。また、荷重センサ２のセンサＥＣＵ２０は、バンパリーンフォース９０２の左側面（図１参照）に配置されている。

次に、本実施形態の歩行者保護システムの構成について説明する。図３に、本実施形態の歩行者保護システムのブロック図を示す。前述したように、歩行者保護システム１は、荷重センサ２とタッチセンサ４とエアバッグＥＣＵ３とを備えている。

荷重センサ２のセンサＥＣＵ２０は、ＬＥＤ２００とフォトダイオード２０１とバッファ２０２と５Ｖ電源２０３と制御部２０４と処理部２０５と増幅部２０６と調整／補正部２０７と通信Ｉ／Ｆ（インターフェイス）２０８とを備えている。ＬＥＤ２００は、本発明の発光素子に含まれる。フォトダイオード２０１は、本発明の受光素子に含まれる。増幅部２０６は、本発明の近似部に含まれる。

５Ｖ電源２０３は、バッテリ電圧を、５Ｖ定電圧に変換している。５Ｖ電源２０３は、並列接続されたＬＥＤ２００とフォトダイオード２０１とバッファ２０２とに、変換後の５Ｖ電圧を印加する。ＬＥＤ２００は、光ファイバ２１の一端に配置されている。ＬＥＤ２００は、光ファイバ２１に、所定波長（例えば６５０ｎｍ）の光を供給する。フォトダイオード２０１は、光ファイバ２１の他端に配置されている。フォトダイオード２０１は、光ファイバ２１を介して伝達されるＬＥＤ２００の光を、受光する。バッファ２０２は、オペアンプである。バッファ２０２には、フォトダイオード２０１の出力電圧が入力される。バッファ２０２は、入力側と出力側との回路間の干渉を抑制している。処理部２０５は、比較的長い時定数を持つローパスフィルタである。増幅部２０６は、処理部２０５出力側の出力電圧を、増幅している。増幅部２０６の動きについては、後で詳しく説明する。制御部２０４は、フォトダイオード２０１の出力が一定になるように、ＬＥＤ２００の電流を調整している。調整／補正部２０７は、荷重センサ２の製品固有の初期ばらつきを補正している。

増幅部２０６により増幅された出力電圧は、通信Ｉ／Ｆ２０８においてＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換される。変換後のデジタルデータは、通信線Ｓ１を介して、エアバッグＥＣＵ３に伝送される。なお、タッチセンサ４のオン信号も、通信Ｉ／Ｆ２０８においてＡ／Ｄ変換され、通信線Ｓ１を介して、エアバッグＥＣＵ３に伝送される。

次に、本実施形態の歩行者保護システムの動きについて説明する。車両９が何らかの衝突対象物に衝突すると、言い換えるとフロントバンパ９０のバンパカバーが何らかの衝突対象物に衝突すると、衝突による衝撃は、バンパカバー、バンパアブソーバ９００を介して、タッチセンサ４に伝達される。衝撃により押圧されタッチセンサ４は、前後方向に短い扁平状に変形する。タッチセンサ４が変形すると、タッチセンサ４の導線同士が接触する。導線同士の接触により、タッチセンサ４はオン信号を出力する。

同様に、衝突による衝撃は、バンパカバー、バンパアブソーバ９００、荷重伝達板９０１を介して、光ファイバ２１に伝達される。ここで、荷重伝達板９０１の剛性は、比較的高い。並びに、バンパリーンフォース９０２の剛性も、比較的高い。このため、光ファイバ２１は、荷重伝達板９０１とバンパリーンフォース９０２との間で、入力荷重により押しつぶされる。すなわち、光ファイバ２１は、前後方向に短い扁平状に変形する。光ファイバ２１が変形すると、光ファイバ２１を介して、ＬＥＤ２００からフォトダイオード２０１に伝達される光の光量が変化する。このため、フォトダイオード２０１を流れる電流が変化する。したがって、フォトダイオード２０１の出力電圧も変化する。

図４に、本実施形態の歩行者保護システムの荷重センサの入力荷重と出力電圧との関係を示す。図に細線で示すように、入力荷重と出力電圧とは、曲線状に相関している。入力荷重と出力電圧との相関は、図に太線で示す低荷重側直線ＬＬと高荷重側直線ＬＨとにより、近似することができる。

図５に、本実施形態の歩行者保護システムの信号処理図を示す。図に示すように、増幅部２０６は、低荷重側アンプ２０６Ｌと高荷重側アンプ２０６Ｈとを備えている。図６に、低荷重側アンプにおける入力荷重と低荷重側信号との関係を示す。図７に、高荷重側アンプにおける入力荷重と高荷重側信号との関係を示す。

図６と図７とを比較すれば判るように、低荷重側アンプ２０６Ｌの増幅度Ａは、高荷重側アンプ２０６Ｈの増幅度Ｂよりも、大きく設定されている。出力電圧は、低荷重側アンプ２０６Ｌにより増幅され、低荷重側信号となる。並びに、出力電圧は、高荷重側アンプ２０６Ｈにより増幅され、高荷重側信号となる。低荷重側信号は、通信Ｉ／Ｆ２０８のＡ／Ｄコンバータによりデジタル変換され、低荷重側デジタルデータとなる。同様に、高荷重側信号は、通信Ｉ／Ｆ２０８のＡ／Ｄコンバータによりデジタル変換され、高荷重側デジタルデータとなる。これら低荷重側デジタルデータおよび高荷重側デジタルデータは、通信線Ｓ１を介して、交互にエアバッグＥＣＵ３に伝送される。このように、エアバッグＥＣＵ３には、通信線Ｓ１を介して、各々レンジの異なる二種類のデジタルデータが伝送される。

エアバッグＥＣＵ３は、図示しない判別部と駆動部とを備えている。判別部には、低荷重側デジタルデータおよび高荷重側デジタルデータが交互に入力される。図４、図６に示すように、出力電圧がＶｔｈ以下の間（入力荷重がＸ以下の間）、判別部は、低荷重側デジタルデータに基づき、衝突対象物の判別を行う。

一方、図４、図７に示すように、出力電圧がＶｔｈを超えると（入力荷重がＸを超えると）、判別部は、採用するデジタルデータを、低荷重側デジタルデータから高荷重側デジタルデータに切り替える。つまり、判別部は、高荷重側デジタルデータに基づき、衝突対象物の判別を行う。

判別部による判別の結果、衝突対象物が歩行者であり、かつ通信線Ｓ１を介してタッチセンサ４からエアバッグＥＣＵ３にオン信号が伝送されている場合、車両９のＡピラー根本に埋設されている歩行者保護エアバッグ（図略）を車外に展開する。

次に、本実施形態の歩行者保護システムの作用効果について説明する。本実施形態の歩行者保護システム１によると、前記ログアンプによるハード処理や、マップマッチングによるソフト処理が不要である。このため、本実施形態の歩行者保護システム１の製造コストは安価である。並びに、本実施形態の歩行者保護システム１によると、上記ハード処理、ソフト処理を用いずに、入力荷重の検出精度延いては衝突対象物の判別精度を高くすることができる。

また、本実施形態の歩行者保護システム１によると、入力荷重を、増幅度の異なる低荷重側アンプ、高荷重側アンプを用いて増幅するだけで、入力荷重の検出精度延いては衝突対象物の判別精度を高くすることができる。

また、本実施形態の歩行者保護システム１によると、エアバッグＥＣＵ３の判別部は、出力電圧がＶｔｈ以下の間つまり低荷重側信号が飽和するまでの間、低荷重側信号を基に衝突対象物が歩行者か否かを判別している。一方、出力電圧がＶｔｈ超過後つまり低荷重側信号が飽和した後は、高荷重側信号を基に衝突対象物が歩行者か否かを判別している。したがって、比較的簡単に、衝突対象物の判別精度を高くすることができる。

また、本実施形態の歩行者保護システム１によると、単一の通信線Ｓ１により、低荷重側信号、高荷重側信号、タッチセンサ４のオン信号が伝送される。このため、通信線の配線数が少なくて済む。

以上、本発明の荷重センサおよび荷重センサの荷重検出方法および歩行者保護システムの実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。例えば、上記実施形態においては、増幅部２０６をセンサＥＣＵ２０に配置したが、エアバッグＥＣＵ３に配置してもよい。また、上記実施形態においては、歩行者保護用の衝突対象物判別ＥＣＵと乗員保護用のエアバッグＥＣＵ３とを共用化したが、これらのＥＣＵは別個独立に配置してもよい。

本発明の一実施形態となる歩行者保護システムが搭載された車両の斜視透過図である。 同歩行者保護システムの荷重センサが配置されたフロントバンパの部分断面図（車両前後方向断面図）である。 同歩行者保護システムのブロック図である。 同歩行者保護システムの荷重センサの入力荷重と出力電圧との関係を示すグラフである。 同歩行者保護システムの信号処理図である。 同歩行者保護システムの荷重センサの低荷重側アンプにおける入力荷重と低荷重側信号との関係を示すグラフである。 同歩行者保護システムの荷重センサの高荷重側アンプにおける入力荷重と高荷重側信号との関係を示すグラフである。

符号の説明

１：歩行者保護システム、２：荷重センサ、２０：センサＥＣＵ、２００：ＬＥＤ（発光素子）、２０１：フォトダイオード（受光素子）、２０２：バッファ、２０３：５Ｖ電源、２０４：制御部、２０５：処理部、２０６：増幅部（近似部）、２０６Ｌ：低荷重側アンプ、２０６Ｈ：高荷重側アンプ、２０７：調整／補正部、２０８：通信Ｉ／Ｆ、２１：光ファイバ、３：エアバッグＥＣＵ（衝突対象物判別ＥＣＵ）、４：タッチセンサ、９：車両、９０：フロントバンパ、９００：バンパアブソーバ、９０１：荷重伝達板、９０２：バンパリーンフォース、９１：インストルメントパネル、Ａ：増幅度、Ｂ：増幅度、Ｓ１：通信線。

Claims (8)

1. 衝突対象物からの入力荷重と、該入力荷重に対応する出力データと、が曲線状に相関する荷重センサであって、
   前記入力荷重と前記出力データとの相関を複数の直線に近似する近似部を備えることを特徴とする荷重センサ。
2. 前記近似部は、前記相関を低荷重側直線に近似することにより前記入力荷重から低荷重側信号を増幅形成する低荷重側アンプと、該低荷重側アンプと異なる増幅度を有し該相関を高荷重側直線に近似することにより該入力荷重から高荷重側信号を増幅形成する高荷重側アンプと、からなる請求項１に記載の荷重センサ。
3. さらに、発光素子と、該発光素子からの光が通過する光ファイバと、該光ファイバを通過した該光を受光する受光素子と、を備え、
   前記入力荷重により該光ファイバが変形し、該受光素子が受光する該光の量が変動することにより、前記出力データが出力される請求項１に記載の荷重センサ。
4. 衝突対象物からの入力荷重と、該入力荷重に対応する出力データと、が曲線状に相関する荷重センサと、
   該荷重センサからの信号を基に該衝突対象物が歩行者か否かを判別する判別部と、該判別部の判別結果が歩行者の場合に歩行者保護装置を駆動する駆動部と、を持つ衝突対象物判別ＥＣＵと、
   を備えてなる歩行者保護システムであって、
   前記荷重センサまたは前記衝突対象物判別ＥＣＵは、前記入力荷重と前記出力データとの相関を複数の直線に近似する近似部を持ち、
   前記判別部は、該近似部から出力される近似データを基に前記衝突対象物が歩行者か否かを判別することを特徴とする歩行者保護システム。
5. 前記近似部は、前記相関を低荷重側直線に近似することにより前記入力荷重から低荷重側信号を増幅形成する低荷重側アンプと、該低荷重側アンプと異なる増幅度を有し該相関を高荷重側直線に近似することにより該入力荷重から高荷重側信号を増幅形成する高荷重側アンプと、からなる請求項４に記載の歩行者保護システム。
6. 前記判別部は、前記低荷重側信号が飽和するまでは該低荷重側信号を基に前記衝突対象物が歩行者か否かを判別し、該低荷重側信号飽和後は前記高荷重側信号を基に該衝突対象物が歩行者か否かを判別する請求項５に記載の歩行者保護システム。
7. 前記荷重センサは、前記近似部を持ち、
   前記衝突対象物判別ＥＣＵの前記判別部は、前記低荷重側信号と前記高荷重側信号とを、同一の通信線を介して、該近似部から交互に読み込む請求項５に記載の歩行者保護システム。
8. 衝突対象物からの入力荷重と、該入力荷重に対応する出力データと、の曲線状の相関を、複数の直線に近似することにより、該入力荷重から、該出力データの代わりに、該直線により近似された近似データを出力する荷重センサの荷重検出方法。

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