JP2006315665A - 自動車の対人衝突検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】自動車の衝突を検出する装置において、特に人との衝突における識別能力を向上し、信頼性の高い検出を行うとともに人の安全性を向上する。
【解決手段】自動車のバンパー領域に接触センサと少なくとも１つの加速度センサを配置する。両センサは評価ユニットに接続され、評価ユニットは加速度センサの出力信号をスペクトル解析し、個々の周波数のプロポーションの強さおよび大きさから衝突のタイプを判断する。一方、上記判断結果は、接触センサの情報と比較・総合することで、センサとしての信頼性を向上させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車の対人衝突検出装置に関し、この装置は接触センサおよび少なくとも１つの加速度センサを含み、接触センサおよび加速度センサは自動車のバンパーの領域に配置される。

最初に名付けられた種類の既知の装置では、接触センサによりもたらされる信号は、あらかじめ定められた閾値と比較される。接触センサ信号があらかじめ定められた低い方の閾値を越え、あらかじめ定められた高い方の閾値を越えないと、自動車が人に衝突したと考えられる。この場合、エアバッグの作動またはエンジンのフードの開放などの衝突した人を保護するための適切な手段が実行される。対照的に、接触センサ信号が、人との衝突を示す値の範囲から外れると、自動車が、街灯柱、標識、または壁などの無生物と衝突したと考えられる。この場合、人の保護のための手段は作動しない。

加速度センサの信号を追加で考慮することにより、すなわち、接触センサ信号に加えて、加速度センサ信号もあらかじめ定められた値の範囲にあるとき、衝突が、乗り物と人との間のみの衝突であると認識されるので、乗り物と人との衝突を検出する信頼性が増す。

本発明の第１の目的は、自動車と人との衝突を検出する装置を提供することであって、それにより、衝突の場合に人の安全性が増す。

請求項１の特性を有する装置により、本発明にしたがってこの目的が満たされ、特に、センサに接続された評価ユニットが設けられ、それにより、信号の自動パワースペクトルを生成するために加速度センサにより出力される信号のスペクトル解析が実行できる。

本発明にかかる装置は、加速度センサにより出力される信号の自動パワースペクトルを使用して、自動車と人との衝突の検出ができる。純粋な閾値観察と対照的に、自動パワースペクトル解析により、衝突に際して出力されるセンサ信号の実質的により詳しい評価が可能になる。したがって、検出結果の信頼性は、実質的に増す。すなわち、実際に人との衝突が発生したか否かをますます確実に検出できる。これにより、自動車と衝突した場合、歩行者の保護を改善できる。

衝突のタイプは、加速度センサにより出力される信号の評価により、本発明にしたがって第１に決定される。加速度センサが、接触センサや圧力センサと比較して高い感度を持つので、例えば、特により高い周波数を検出できるので、加速度センサにより出力される信号は、例えば接触センサまたは圧力センサにより出力される信号よりも、より多い情報量を有する。

加速度センサ信号に含まれる情報、すなわち、個々の周波数のプロポーションの強さおよび大きさは、正確に解明でき、加速度センサ信号のスペクトル解析の発明にしたがって実行することにより、衝突のタイプの評価に使用でき、そこから決定される自動パワースペクトルの評価に使用できる。加速度センサ信号の増加した情報の密度により、検出結果が改善し、自動車との衝突の際のさらなる人の保護の改善に貢献する。

加えて、加速度センサが判断する検出結果は、接触センサ信号の評価により検証される。

したがって衝突検出は、２つの異なる物理的計測原理に基づく、すなわち、一方では接触計測に関して、他方では自動車の加速または減速の計測に関する。両計測手段は、自動車と人との衝突を、各ケースにおいて、両計測手段で認識できるようにする。したがって、本発明にかかる装置は、２つのセンサのうち１つが故障しても機能する。

したがって、本発明にかかる装置の混乱の傾性は、実質的に減少し、衝突の際に人が正確に認識される確率は実質的に増加する。したがって、自動車に接触された歩行者は、全体としてより保護される。

本発明の有利な実施の形態は、従属請求項から、発明を実施するための最良の形態から、および図から分かる。

好ましい実施の形態にしたがって、少なくとも２つの加速度センサが設けられる。加速度センサにより出力される信号は、互いに独立して評価され、評価の結果は相互にチェックされる。したがって、人との衝突は、さらに高い信頼性で検出され、人の安全性はさらに増加し、安全性手段の不必要な作動はさらに避けられる。

対照的に、２つの加速度センサにより出力される信号が互いに従属していると観測されると、衝突したバンパーの領域は対応する評価で判断できる；すなわち、空間的に解明された検出が達成できる。これにより、保護手段のより直接の実施が可能になる。

２つより多い加速度センサを設けることは一般的に可能である。しかし、これにより、装置の製造コストの増加を招き、情報から実質的に得られるものが無く、評価するデータが増えることとなる。

２つの加速度センサにより出力される信号のクロスパワースペクトルを、評価ユニットが有利に評価できる。クロスパワースペクトルは、加速度センサにより出力される信号の同時発生の計測手段であるので、結局は、信号の信頼性の計測手段である。

さらに、２つの加速度センサにより出力される信号のクロスパワースペクトルの位相シフトを評価ユニットが評価できる。この位相シフトは、障害物がバンパーに接触した位置の直接計測手段である。したがって、バンパーのどの領域で衝突が発生したかが、位相シフトの判断により、正確に決定できる。人との衝突の場合、対応するように組み合わされた安全性手段を結果として作動できる。

さらに有利な実施の形態にしたがって、２つの加速度センサにより出力される信号は、評価ユニットにより互いに独立して評価できる。したがって、各加速度センサの信号は、とにかく衝突が発生したか否かに関して、衝突が発生したならば、衝突がどのタイプに関連しているかに関して、各ケースで個々に評価される。人を保護する手段は、２つの加速度センサ信号の評価が、人との衝突が互いに独立して存在する結果をもたらすときのみ、作動する。これは、検出結果の信頼性の増加に貢献し、安全性手段の不必要な作動の回避に貢献する。

さらに好ましい実施の形態にしたがって、接触センサにより出力された信号があらかじめ定められた閾値を越えるとき、各加速度センサが作動できる。加速度センサは、衝突しない場合、すなわち自動車の通常使用中には、休眠状態に位置し、どの信号も出力しない。衝突の場合のみ、加速度センサが、接触センサの対応する信号により作動する。

結果は、この方法で、処理されるデータの量が減少する。それ故、評価ユニットの開放される計算能力は、結果として、衝突していない場合の衝突の認識とは関係ない計算に利用できる。評価ユニットが、自動車の中央演算処理装置に統合されると、これは特に有利であることが分かる。

２つの加速度センサは、走行方向に対して横に見ると、好ましくは互いに間隔を開けて位置する。２つの加速度センサにより出力される信号のクロスパワースペクトルの位相シフトの評価に際して、これは、衝突検出の空間的解像度、すなわち衝突の発生したバンパーの領域の判断を可能にする。人との衝突の場合には、人を保護する安全性手段がより直接的に使用でき、それ故、人の安全性はさらに増加する。

接触センサは、バンパーの幅にわたって分散して配置された複数のセンサ部分を備えてもよい。したがって、接触センサも、衝突の空間的に解明された検出が可能である。これは、この装置が１つの加速度センサのみを備えるとき、または２つの加速度センサが互いに独立して評価されるときには特に有利である。空間的解像度が、２つの加速度センサ信号のクロスパワースペクトルの位相シフトの評価により既に達成されていると、接触センサのセンサ部分による空間的判断は、検証のために追加で使用できる。

接触センサは、箔を曲げると電気抵抗が可逆的に変化する箔を有すると有利である。抵抗が可逆的に変化するので、接触センサは衝突後に取り換える必要はないけれども、むしろ箔を元の形に戻すことで十分である。

接触センサ箔は、曲げにのみ反応し、伸長または圧縮の力に関しては敏感ではなく、他の機械的影響または温度の影響に関しても敏感ではない。

通常の状態で、すなわち、いわばまっすぐで、曲がっていない状態では、接触センサ箔は、典型的には、数キロオームの電気抵抗を持つ。接触センサ箔は、この比較的低い抵抗のために、電磁気的乱れに関して繊細ではない。箔が衝突に際して曲げられると、電気抵抗は曲げ半径に依存して増加する。電気抵抗は、この過程では、１００キロオームを超える値に達しうる。

箔は、箔を曲げるときに広げられたあらかじめ定められた小さなクラックをもつ導電体を備える。これは、箔の電気抵抗が、曲げるときに、連続的に増える結果を有する。電気抵抗は、全ての小さなクラックを広げることにより、無限に大きくなりうり、回路は完全に遮断される。

小さなクラックの開口部は可逆的である。箔の曲げ状態が戻されるとすぐに、小さなクラックは閉じ、箔の電気抵抗は、再び元の初期値をとる。

このタイプに関して直接の結論が引き出せ、箔の曲げの強さが、接触センサ箔の電気抵抗の変化の形状および大きさから引き出せる。これは、衝突のタイプの判断、具体的には人との衝突が発生したか否かの判断を可能にする。

センサにより出力される信号の評価に必要な上記の説明から得られる方法のステップも本発明の趣旨である。

以下で、有利な実施の形態および図を参照する例により本発明を説明し、説明の目的のみにこれらの例を挙げている。

図１は、バンパー１２が取り付けられたシャーシ１０を備える自動車の前部領域を示す。走行方向１４に延在し、走行方向１４に対して横方向に互いに離れて位置する２つのキャリア素子１６は、シャーシ１０にバンパー１２を固定する役目をする。

接触センサ１８は、小さなクラックを有する導電箔でありうるバンパー１２の中に配置され、図４と結び付けてより詳細に説明する。図１が示しているように、センサ１８は、実質的にバンパー１２の全幅にわたって延在する。

加速度センサ２０は、各キャリア素子１６に配置されている。通常の状態では、すなわち衝突していない状態では、加速度センサ２０は、休息状態にある、すなわち非動作状態であり、どの信号も出力していない。

加速度センサ２０および接触センサ１８は、評価ユニット２２に接続されて、それにより、加速度センサ２０および接触センサ１８が出力した信号を評価できる。

評価ユニット２２は、自動車の中央演算処理装置２４に接続され、それにより、自動車の人との衝突の検出に際し、人を保護する適切な安全手段を作動できる。別のユニットを形成する代わりに、図１に示されているように、評価ユニット２２も中央演算処理装置２４に統合されていてもよい。

自動車の障害物との衝突に際し、例えば、道路標識または人との衝突に際し、バンパー１２が障害物と接触し、それにより、へこむ。したがって、バンパー１２の中に配置された接触センサ１８は変形する。

接触センサ１８の変形により、特性の変化、例えば、対応する信号として評価ユニット２２により出力される接触センサ１８の電気的特性の変化が起こる。

接触センサ信号が、乗り物の速度に依存するあらかじめ定められた閾値を越えると、加速度センサ２０が作動する。閾値は、接触センサ１８のノイズによりまたは、平坦でない道路状況により、加速度センサ２０の間違った作動が避けられるように、乗り物の速度の各々に合わせて選択される。

作動した加速度センサ２０は、あらかじめ定められた時間の間、例えば１０秒間にわたって、衝突の強さを計測する。加速度センサ２０の計測結果は、対応する信号として、評価ユニット２２に出力される。

加速度センサ信号は評価ユニット２２の中で評価されて、信号の周波数スペクトルの評価が実施される。信号の自動パワースペクトルは、この方法で得られた情報から得ることができ、上記信号は、異なるタイプの衝突の場合に、異なる特性を有する。

すなわち、加速度センサ信号の自動パワースペクトルの解析から衝突のタイプに関する結論が引き出せ、したがって、衝突が、例えば硬い対象物または柔らかい対象物または人との衝突が発生した否かを判断できる。判断された加速度センサ信号の自動パワースペクトルは、評価ユニット２２のレジスタに格納されている乗り物の速度に依存した特性スペクトルと、この目的のために比較される。

図２は、加速度センサ信号の自動パワースペクトルを示し、７ｋｍ／ｈで走行する自動車と木でできた対象物との衝突をシミュレートした。図２Ａでは、０ｋＨｚから１０ｋＨｚの範囲で、１０ｍｓの時間の間にわたる周波数のパワー分布が示されている。図２Ｂは、同じシミュレーション結果を示し、個々の周波数にわたらないけれども、フーリエ変換による帯域に対応する周波数部分にわたるパワーが、ここに入力されている。

図３は７ｋｍ／ｈで走行する自動車が牛の脚に接触した対応するシミュレーション結果を示す。

図２と図３との比較の結果として、牛の脚との衝突よりも広い周波数範囲にわたって、木でできた対象物と衝突する場合のパワー分布が広がっている。牛の脚との衝突に関する力の最大の大きさまたは強さの何倍も大きい。

したがって、木でできた対象物との衝突の自動パワースペクトルは、牛の脚との衝突の自動パワースペクトルと著しく異なる。人との接触の自動パワースペクトル（図示されていない）は、対照的に、牛の脚との衝突のパワースペクトルと非常に似ている。

したがって、起こりうる衝突は、それらの自動パワースペクトルを基準にして異なるクラスに分割でき、例えば、１つのクラスは硬い対象物との衝突を含み、第２のクラスは柔らかい対象物との衝突を含み、第３のクラスは生物または人との衝突を含む。

加速度センサ２０により出力される信号の自動パワースペクトルの評価が、人との衝突が発生したという結果を同時に与えるとすぐに、評価ユニット２２は、対応する信号をプロセッサユニット２４に出力し、それにより、人を保護する適切な手段が作動する。

２つの加速度センサ２０の信号の評価が異なる結果をもたらすと、すなわち、１つの加速度センサ２０が、人との衝突を検知し、もう１つの加速度センサ２０が硬い対象物との衝突を検知すると、判断される自動パワースペクトルの力の個々の大きさおよび強さは、対応する閾値と比較されて、安全手段の作動に関して最後の判断をする。

衝突検出用の本発明にかかる装置の第２の実施の形態は図４に示されている。構造および／または機能において、第１の実施の形態と同じコンポーネントは、同じ参照番号が付けられている。

バンパー１２は、走行方向１４に対して実質的に横に延在し、実質的にバンパー１２の全幅にわたって延在し、走行方向１４に面する金属のキャリア２６の側部に発泡体２８が取り付けられていて、それも同様にバンパー１２の実質的に全幅にわたって延在する。バンパー１２は、カバー層３０によりバンパーの外側を覆われている。

加速度センサ２０は、発泡体２８の反対の金属のキャリア２６の側で金属のキャリア２６に取り付けられ、走行方向１４に対して横方向に、間隔Ｄだけ互いに離れて配置されている。発泡体２８の実質的に全幅にわたって延在する接触センサ１８は、発泡体２８とカバー層３０との間に配置される。接触センサ１８および、加速度センサ２０は評価ユニット２２に接続され、評価ユニットは、自動車の中央演算処理装置２４に順に接続されている。

接触センサ１８は、複数の小さなクラックがあらかじめ定められている導電材料を備える箔により形成される。箔の通常状態、すなわち、滑らかで、曲げられていない状態では、小さなクラックは閉じられ、箔は、典型的には数キロオームの比較的低い電気抵抗を有する。

衝突した場合には、すなわち、バンパー１２が障害物と接触したとき、接触センサ１８が曲がる。これは、箔の小さなクラックが開くという結果になる。開いた小さなクラックの数は、曲げ半径に依存する。クラックの開口部により、箔の電気抵抗が増加し、それ故、接触センサ１８の電気抵抗が増加する。接触センサ１８の電気抵抗は、曲げ半径が増えるにつれて連続的に増加する。接触センサ１８の曲げに依存して、箔の電気抵抗は１００キロオームを越える値を取りうる。この現象は可逆的であり、すなわち箔の導電性は、接触センサ１８が衝突後に再び滑らかにされると、再び元の値を取る。

衝突のタイプに関する結論は、時間展開から、および接触センサ１８の電気抵抗の変化の強さから既に引き出すことができ、すなわち、人との衝突か否かを判断することができる。

しかし、衝突の実質的により詳細な分類は、加速度センサ２０により出力される信号の評価により可能になる。加速度センサ２０は、永久的に動作しているか、または、第１の実施の形態のように、衝突の際にのみ作動するかである。

第１の実施の形態とは異なり、２つの加速度センサの信号は、ここでは互いに独立しては観察されないけれども、相関する。第１に、加速度センサ信号のフーリエ変換が実行され、信号の自動パワースペクトルが、乗り物の速度を考慮して評価される信号から決定される。

加えて、乗り物の速度を考慮に入れた加速度センサからの信号の信頼性、すなわち、究極的に、信号が実際に障害物との衝突に起因する可能性を判断するために、２つの加速度センサにより出力される信号のクロスパワースペクトルが決定される。

さらに、クロスパワースペクトルから位相シフトが判断され、クロスパワースペクトルは、バンパー１２のどの位置で障害物との衝突が正確に発生して、必要に応じて、空間的に限定された安全手段を作動できるかの指標を提供する。

衝突の特に正確で信頼できる解析は、２つの加速度センサ信号の相関により達成される。したがって、人との衝突は、特に高い信頼性を持って認識される。したがって、自動車との衝突の場合の人の保護は、実質的に改善され、同時に、人を保護する手段の不必要な作動は、効果的に避けることができる。

本発明にかかる装置の第１の実施の形態の概略図 図１の装置用に計算された木でできた対象物に７ｋｍ／ｈで動く自動車が衝突したシミュレーション結果を示す図 図１の装置用に計算された木でできた対象物に７ｋｍ／ｈで動く自動車が衝突したシミュレーション結果を示す図 図１の装置用に計算された牛の脚の対象物に７ｋｍ／ｈで動く自動車が衝突したシミュレーション結果を示す図 図１の装置用に計算された牛の脚の対象物に７ｋｍ／ｈで動く自動車が衝突したシミュレーション結果を示す図 本発明にかかる装置の第２の実施の形態の概略図

符号の説明

１０ シャーシ
１２ バンパー
１４ 走行方向
１６ キャリア素子
１８ 接触センサ
２０ 加速度センサ
２２ 評価ユニット
２４ プロセッサユニット
２６ 金属のキャリア
２８ 発泡体
３０ カバー層

Claims (13)

1. 自動車の人との衝突を検出する装置であって、接触センサ（１８）および少なくとも１つの加速度センサ（２０）を備え、上記接触センサ（１８）および上記加速度センサ（２０）が上記自動車のバンパー（１２）の領域に配置され、上記センサ（１８、２０）に接続された評価ユニット（２２）により、上記加速度センサ（２０）により出力される信号のスペクトル解析が実行されて上記信号の自動パワースペクトルを生成できる装置。
2. 少なくとも２つの加速度センサ（２０）が設けられることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. ２つの加速度センサ（２０）により出力される信号のクロスパワースペクトルを、上記評価ユニット（２２）が評価できることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の装置。
4. 上記２つの加速度センサ（２０）により出力される上記信号の上記クロスパワースペクトルの位相シフトを、上記評価ユニットが評価できることを特徴とする請求項３に記載の装置。
5. ２つの加速度センサ（２０）により出力される上記信号が、上記評価ユニット（２２）により互いに別々に評価できることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の装置。
6. 上記加速度センサ（２０）が、上記接触センサ（１８）により出力される信号があらかじめ定められた閾値を越えると、作動できることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の装置。
7. 走行方向（１４）に対して、上記加速度センサ（２０）が上記接触センサの後に配置されることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１つに記載の装置。
8. 上記走行方向（１４）に対して、２つの加速度センサ（２０）が互いに横方向に間隔を置いて配置されることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１つに記載の装置。
9. 上記接触センサ（１８）が、上記走行方向（１４）に面する上記バンパー（１２）の表面領域に配置されることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１つに記載の装置。
10. 上記接触センサ（１８）が、上記バンパー（１２）の幅にわたって分散して配置される複数のセンサ部分を備えることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１つに記載の装置。
11. 上記接触センサ（１８）が、電気抵抗が可逆的に変化し、曲げると増加する箔を持つことを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１つに記載の装置。
12. 上記箔が、上記箔を曲げると広がるあらかじめ定められた小さなクラックを持つ導電材料を備えることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
13. 上記スペクトル解析がフーリエ変換であることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１つに記載の装置。

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