JP2009505063A - 車両衝撃検出システム - Google Patents

Abstract

車両衝撃検出システム（２３）は、フロントバンパ（２４）に取り付けられたピエゾ膜センサ（２８）を使用する。ピエゾ膜センサ（２８）は、高周波数衝撃波に比べて低周波数衝撃波に対する感度の方が高くなるように選択され取り付けられる。この場合、周波数および振幅は、柔らかい組織の物体との衝突を示す選択された範囲の周波数および振幅と比較される。他の実施態様では、ピエゾ膜センサ（２８）の出力が、たとえば、Terfenol-Dをベースにしたセンサ（３２）のような、低周波数衝撃波に対する感度よりも高周波数衝撃波に対する感度の方が高い第２のセンサの出力と比較される。

Description

本発明は、歩行者もしくは動物との衝突を検出する車両衝突センサに関する。

シートベルトなどの受動安全装置ならびにエアバッグやシートベルトリトラクタなどの能動安全装置を組み合わせた、自動車の構造設計の改善により、衝突に巻き込まれた自動車乗員の死亡および負傷が大幅に減少している。能動安全装置は、衝突の開始を検出するセンサに応答し、装置を作動させるかまたは展開して車両乗員の負傷を最小限に抑える。

車両と歩行者との衝突では、歩行者が重傷を負うかまたは死亡することがある。最近、車両と歩行者の衝突時に歩行者に有利なように構成された展開可能な安全装置を開発するための努力がなされている。このような安全装置は、車両のボンネットを上昇させるかまたはエアバッグを展開して歩行者の頭部の負傷を軽減する。比較的軽い事故になる可能性のある他の種類の衝突は、鹿などの動物との衝突である。この種の衝突の危険は、動物が車両のボンネットを横切ってフロントガラスに衝突する恐れがあることである。車両と動物の衝突の開始に応答する安全装置が検討されている。

米国特許第６７８４７９２Ｂ２号は、圧電膜センサを使用して、歩行者との衝撃によって生じた圧力および変形を検出し、センサ出力信号を基準数量と比較して第１の決定基準を導くことを開示すると共に、車両の速度または加速度の変化による第２の基準を導くことを開示している。米国特許第６５５９７６３Ｂ２号に開示されているように、衝突の開始を検出するのに圧電ストリップが使用されている。圧電センサを使用して歪みエネルギーを測定して側部衝撃を検出することが米国特許第５７９７６２３Ａ号に開示されている。

圧電膜を使用して、油圧衝撃装置によって生じる加速を検出することが米国特許第６７３７９８１Ｂ２号で知られている。米国特許第６３２９９１０Ｂ１号に記載されているように、磁気歪みセンサの周波数および振幅を分析して応力伝達部材に沿った横方向の衝突の位置が判定されている。

車両と歩行者の衝突ならびに車両と動物の衝突は、車両が比較的質量の小さい柔らかい組織の物体と衝突するという点で類似している。この種の衝突を、質量の大きい物体との衝突または、質量は小さいが硬い物体との衝突から区別して、能動安全装置を展開するかしないかを最適化することのできるセンサが必要である。

本発明の車両衝撃検出システムは、前部車両バンパに取り付けられたピエゾ膜すなわち圧電膜を使用する。ピエゾ・フルオロポリマー膜（ＰＶＤＦ）は、比較的新しい種類の圧電センサの圧電材料である。ＰＶＤＦ材料は、各面に堆積させられた薄い導電性ニッケル銅合金を有する薄いプラスチックポリマーシートである。この材料はピエゾ膜と呼ばれる。ピエゾ膜から電気出力を得るには、ＰＶＤＦ材料の各面の導電性コーティングに対する電気的な接続部が作られる。本発明で使用されるピエゾ膜は、高周波数衝撃波に比べて低周波数衝撃波に対する感度の方が高くなるように選択され取り付けられる。衝撃波の周波数および振幅は、柔らかい組織の物体との衝突を示す選択された範囲の周波数および振幅と比較される。他の実施態様では、ピエゾ膜の出力が、高周波数衝撃波に対する感度がピエゾ膜より高く、低周波数衝撃波に対する感度がピエゾ膜より低い第２のセンサの出力と比較される。第２のセンサはたとえば、Terfenol-D（登録商標）をベースにしたセンサであってよい。

本発明は、動物もしくは歩行者との車両の衝突と、質量が大きいかまたは軽量で硬い物体との車両の衝突とを区別することのできる動物もしくは歩行者衝撃検出システムを提供する。

本発明は、動物に衝突した場合に展開されて車両乗員を保護する安全システムにリンクされた衝撃センサをさらに提供する。

本発明は、動物もしくは歩行者との衝突と、より硬い物体との衝突とを区別するための複数のセンサの使用をさらに提供する。

図１には、本発明の車両衝撃検出システム２３を備えた自動車に衝突されている歩行者２０が示されている。このような衝突の場合、歩行者２０は通常、最初にバンパ２４にぶつかり、次に車のボンネット２５にぶつかる。安全システムの一部を形成し、歩行者の負傷を防止するように構成された能動装置２６をタイミング良く作動させるには、歩行者との衝突を知らせるセンサが必要である。車両衝撃検出システム２３は、歩行者の衝突と他の種類の衝突とを区別するのに使用されうるピエゾ膜センサ２８を有している。ピエゾ膜センサ２８は、質量の小さい柔らかい物体の衝突と、障壁もしくは他の車両への衝突とを区別するのに使用され、さらに、質量の小さい柔らかい物体の衝突と、岩石、氷、または路上のくずとバンパの衝突とを区別するのに使用される。

図３に示されているように、実験によって、ゴムハンマーを使用して金属板（不図示）に応力波３０を生じさせたときに、ピエゾ膜センサが低周波数衝撃波を感知することが分かっている。結果として得られる応力波３０は、５００〜６００Ｈｚの範囲の周波数と２００ｍＶから６００ｍＶの間の振幅とを有し、これがピエゾ膜センサ２８によって検出される。図４は、１ｍの高さから前記金属板上に落とされた直径６．３ｍｍのスチール製ボールベアリングに応じた、ピエゾ膜センサ２８の周波数および振幅応答、すなわち、応力波３１を示している。

ボールベアリングの衝突によって、約２２０００Ｈｚの周波数と約２００ｍＶの振幅が発生した。ピエゾ膜センサ２８によって２つの異なる周波数で生成される信号の振幅同士の比を使用することによって、歩行者もしくは動物の衝突を、石との衝突あるいは硬い物体との衝突から区別することができる。たとえば、ピエゾ膜センサ２８の出力を電力スペクトル密度関数として分析し、それから、この関数を衝撃の種類に相関付けることができる。電力スペクトル密度関数は、適切な定数項によってスケーリングされた、時系列の自己相関シーケンスのフーリエ変換または時系列のフーリエ変換の二乗係数として定義される。

他の実施形態は、米国特許第２００５−０１９４２４０Ａ１号に開示されたようなTerfenol-Dタイプの検知素子３２を使用する。Terfenol-Dセンサ３２は、（Ｔｂ０．３ Ｄｙ０．７ Ｆｅ１．９２）の組成を有する１種の巨大磁気歪み検知素子である。米国特許第２００５−０１９４２４０Ａ１号に開示されているように、衝撃センサは、検知コイルの内側に位置するTerfenol-D検知素子を使用する。バイアス永久磁石がTerfenol-D検知部材に係合して位置させられており、スペーサが、Terfenol-D検知部材に係合し、バイアス磁石とTerfenol-D検知部材と検知コイルとを囲むハウジングから延びている。そのハウジングは、衝撃センサを車両構造部材に取り付けるように固定具が貫通する２つの離間した取り付け穴を含むビームを有している。ビームを取り付けると、スペーサが車両構造部材に対して圧縮状態に置かれる。スペーサ、Terfenol-D検知部材、およびバイアス磁石は、ビームに垂直に延びるビームの円筒部の中に位置するスリーブの中に収納されている。ビームは、固定具によって車両構造部材に取り付けられている。検知コイルが巻かれたボビンは、Terfenol-D検知部材およびバイアス磁石上に位置しており、ボビンはビームにオーバーモールドされる。衝撃センサが取り付けられた車両構造部材に導入された圧縮波は、車両構造部材に係合した状態で保持されるスペーサを通過し、スペーサからTerfenol-D検知部材に達する。バイアス磁石の磁界の影響を受けているTerfenol-D検知部材の歪みは磁界強度を大幅に変化させ、その結果、検知コイルの出力リードで電圧が発生する。センサは、受動型であり、容易に検出されデジタル化される大きい電圧出力を有してもよい。他の実施形態では、ＤＣ電流を検知コイルに供給してバイアス磁界を生成することができる。Terfenol-D検知部材を通って伝わる衝撃によって発生した電圧は、印加されたＤＣバイアス電流から衝撃検出信号を分離する高周波数フィルタによって検出することができる。衝撃センサの検知出力における単純な直列接続コンデンサは、高周波数フィルタとして機能することができる。

図２に示されているTerfenol-Dセンサ３２は、バンパ２４上にピエゾ膜センサ２８に隣接させて配置され、あるいはバンパ上でピエゾ膜センサ２８から間隔を置いて配置することができる。Terfenol-Dセンサ３２は、ピエゾ膜センサ２８の周波数応答とはほぼ逆の周波数応答を有する。図３に示されているように、Terfenol-Dセンサがゴムハンマーの打撃に応答すると、結果として生じる応力波３３は約５０ｍＶの出力信号を生成するが、図４に示されているように、Terfenol-Dがボールベアリングの当たりに応答すると、振幅が１００ｍＶを超える応力波３５が生じる。両方のセンサ２８、３２の出力を比較することができるので、ピエゾ膜センサ２８の振幅がTerfenol-Dセンサ３２の振幅を超えるとき、自動車が歩行者または動物のような柔らかい物体に衝突していると結論付けることができる。これに対して、Terfenol-Dセンサ３２の振幅がピエゾ膜センサ２８の振幅を超えると、自動車は硬い物体に衝突していると結論付けることができる。この場合も、各センサ２８、３２の出力の電力スペクトル密度関数を比較するかまたは組み合わせることができ、ある遮断周波数たとえば１０００Ｈｚまたは２０００Ｈｚより低い周波数が、その遮断周波数より高い周波数よりも電力密度が高いとき、柔らかい物体との衝突が起こっている。逆の状況では、硬い物体との衝突が起こっている。

ピエゾ膜センサ２８の出力または、ピエゾ膜センサおよびTerfenol-Dセンサ３２の出力を、より総合的な衝突検出システムの一部として自動車に取り付けられた加速度センサの出力と組み合わせることができる。加速度センサの出力は、車両が衝突した物体の質量を示すことができる。物体の質量および電力スペクトル密度を使用して、衝突した物体の種類を判定することができる。車両安全システムまたは他の車両センサから得られる車両速度のような他のデータを使用して、たとえば、典型的に低い速度で衝突される歩行者と、典型的に高い速度で衝突される動物とを区別することもできる。

センサ２８、３２は、バンパ２４に直接取り付けられており、衝撃の種類を早めに示し、能動安全システムを作動させる最大限の時間を備えている。能動安全システムは、たとえば、自動車のボンネット２５を上昇させて、歩行者の頭部がボンネット２５の下の硬い構成部材に衝突するのを防いだり、車両が衝突している動物が車両のフトントガラス３６を突き破るのを防ぐのに十分な程度にボンネット２５を上げたりすることが出来る。

ピエゾ・フルオロポリマー膜センサは公知であり、たとえば、Measurement Specialties, Inc.から供給されている。ピエゾ膜センサは他の膜材料で構成することができる。現在公知の圧電ポリマーの例には、ポリパラキシレン、ポリビスクロロメチルオキセタン（ペントン）、芳香ポリアミド、ポリスルフォン、フッ化ポリビニル、合成ポリペプチド、およびシアノエチルセルロースが含まれる。前記の膜センサ２８は硬い支持体３４に接着することができ、図２に示されているように支持体３４は、米国特許第２００５−０１９４２４０号に開示されたTerfenol-D型センサと同様にバンパ２４にリベット、ねじ、またはボルトで固定されている。あるいは、ピエゾ膜センサをバンパ２４に直接接着するかまたはバンパ２４と一緒に形成することができる。同様に、Terfenol-D型センサも、ねじ、リベット、またはボルトによってバンパ２４に取り付けることができる。

歩行者と衝突している、本発明の車両衝撃検出システムを備えた自動車の部分切欠き側面図である。 ピエゾ膜センサの取り付け位置を示す、図１の自動車のバンパの一部の拡大図である。 平坦なプレートに取り付けられていてゴムハンマーによって叩かれたピエゾ膜センサおよびTerfenol-Dセンサの出力の振幅および時間のグラフである。 平坦なプレートに取り付けられていて金属ボールベアリングによって叩かれたピエゾ膜センサおよびTerfenol-Dセンサの出力の振幅および時間のグラフである。

Claims (6)

1. 自動車のフロントバンパ（２４）と硬い物体との衝突と、フロントバンパ（２４）と歩行者もしくは動物との衝突と、を区別する車両衝撃検出システム（２３）であって、
   前記自動車の前記フロントバンパ（２４）に取り付けられたピエゾ膜センサ（２８）と、
   前記自動車の前記フロントバンパ（２４）に前記ピエゾ膜センサ（２８）に隣接させて取り付けられた巨大磁気歪み検知部材（３２）と、
   前記ピエゾ膜センサ（２８）および前記巨大磁気歪み検知部材（３２）の出力を表す信号を分析し比較して、自動車が歩行者もしくは動物に衝突したのかを判定する装置と、
   を有する車両衝撃検出システム（２３）。
2. 前記巨大磁気歪み検知部材（３２）はTerfenol-D型検知部材である、請求項１に記載の車両衝撃検出システム（２３）。
3. 信号を分析し比較する前記装置は、
   （ａ）前記ピエゾ膜センサ（２８）によって生成された信号から、１０００Ｈｚより低い周波数もしくは周波数の範囲の第１の振幅を判定し、（ｂ）前記磁気歪み検知部材（３２）によって生成された信号から、１００００Ｈｚより高い周波数もしくは周波数の範囲の第２の振幅を判定し、（ｃ）前記第１の振幅と前記第２の振幅を比較して、歩行者もしくは動物との衝突が起こったのかを判定する、請求項１または２に記載の車両衝撃検出システム（２３）。
4. 前記ピエゾ膜センサ（２８）によって生成された信号と前記磁気歪み検知部材（３２）によって生成された信号との比較は、相対的な信号強度の比を求め、前記ピエゾ膜センサ（２８）によって生成された信号を少なくとも２つの振幅基準と比較し、前記磁気歪み検知部材によって生成された信号を少なくとも２つの振幅基準と比較することを含む、請求項３に記載の車両衝撃検出システム（２３）。
5. 信号を分析し比較する前記装置に信号を供給する加速度センサをさらに有し、前記装置が、自動車が歩行者もしくは動物に衝突したのかを判定する際に前記加速度センサからの前記信号を使用する、請求項１または２に記載の車両衝撃検出システム（２３）。
6. 信号を分析し比較する前記装置は、前記自動車が歩行者もしくは動物に衝突したと判定した場合、前記自動車内の安全装置（２６）を作動させる信号を送る、請求項１または２に記載の車両衝撃検出システム（２３）。

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