JP2010112792A - 衝突検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化、薄型化に伴う弊害を解消した衝突検出装置を提供することである。
【解決手段】金属からなる車両ボディの外板２ａの内側にこの外板２ａと対向して配置され、この外板２ａの方向に磁界を発生するコイル１３と、コイル１３のインダクタンスの変化に基づいて車両ボディの変形を検出することにより車両ボディへの物体の衝突を検出して衝突検出信号を出力する処理回路１５とを有する衝突検出装置１０において、外板２ａと対向して配置される多層構造を有する回路基板１２を有し、コイル１３と処理回路１５とは多層構造内の異なる層に形成され、処理回路１５の層がコイル１３の層よりも外板２ａから遠い位置に配置され、コイル１３の層と処理回路１５の層との間にシールド１４の層を設けたことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両への物体の衝突を検出する衝突検出装置に関する。

車両内の乗員保護のためには物体の車両への衝突を検出するのが有効である。そこで、車両に衝突検出装置を搭載し、これにより物体の車両への衝突を検出してエアバッグを作動させ、乗員への衝突衝撃を低減し乗員を保護するようにしている。

特許文献１は、この衝突検出装置について開示している。特許文献１に記載の衝突検出装置では、金属製の車両ボディの外板の方向に磁界を発生するコイルを設け、これによって衝突を検出するようにしている。すなわち、コイルの発生した磁界によって、車両ボディの外板に渦電流が流れ、外板も磁界を発生する。渦電流によって発生した磁界はコイルに鎖交する。車両ボディに物体が衝突すると、外板がコイル側に変形し、コイルに鎖交する磁界が変化する。それに伴い、コイルのインダクタンスも変化する。衝突検出装置ではこのコイルのインダクタンスの変化による共振周波数の変化を捉え、車両ボディへの物体の衝突を検出するようにしている。
特開２００７−２９２５９３号公報

車両の側方への物体の衝突を検出するには、車両ドア内に衝突検出装置を搭載する必要があるが、近年、小型車両の開発、普及が進み、車両ドアも小型化、薄型化される傾向にあり、衝突検出装置の搭載スペースが非常に狭く薄くなってきている。そこで、衝突検出装置の小型化、薄型化に望まれる。

特許文献１ではこのような衝突検出装置の小型化、薄型化に関しては何ら検討されておらず、小型化、薄型化することの弊害に対し何ら解決策を提示するものではなかった。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、小型化、薄型化に伴う弊害を解消した衝突検出装置を提供することを解決すべき技術課題とする。

以下、上記課題を解決するのに適した各手段につき、必要に応じて作用効果等を付記しつつ説明する。

１． 金属からなる車両ボディの外板の内側に該外板と対向して配置され、該外板の方向に磁界を発生するコイルと、前記コイルのインダクタンスの変化に基づいて前記車両ボディの変形を検出することにより該車両ボディへの物体の衝突を検出して衝突検出信号を出力する処理回路とを有する衝突検出装置において、
前記外板と対向して配置される多層構造を有する回路基板を有し、
前記コイルと前記処理回路とは前記多層構造内の異なる層に形成され、前記処理回路の層が前記コイルの層よりも前記外板から遠い位置に配置され、
前記コイルの層と前記処理回路の層との間に磁界を遮蔽するシールド層を設けた、
ことを特徴とする衝突検出装置。

手段１によれば、車両ボディの外板と略平行な面の多層構造を有する回路基板の異なる層にコイルおよび処理回路を形成することにより、コイルと処理回路とを積層することができ、衝突検出装置の小型化、薄型化を実現することができる。

また、手段１によれば、コイルの層と処理回路の層との間に磁界を遮蔽するシールド層を設けたので、コイルによる磁界の影響を処理回路に与えることなく、処理回路の誤動作を防止することができるという効果を奏する。

また、手段１によれば、シールド層によって検出対象（たとえば車両ドアの外板）と反対側における磁界を遮蔽することができ、検出対象（たとえば車両ドアの外板）と反対側の部材（たとえば車両ドアの内板）が金属であったとしても、コイルによる磁界がその反対側の部材の影響を受けないので、衝突検出装置をその反対側の部材に直接取り付けることができて取り付け時の調整が不要であり、取り付け作業を容易に行うことができるという効果を奏する。

２． 前記処理回路の層よりも前記外板から遠い層に磁性体を設けたことを特徴とする手段１に記載の衝突検出装置。

手段２によれば、磁性体の層によって、コイルによる磁束の磁路を確保し、衝突検出の精度を向上させることができるという効果を奏する。

また、手段２によれば、シールド層および磁性体の層によって、検出対象（たとえば車両ドアの外板）と反対側における磁界を遮蔽することができ、検出対象（たとえば車両ドアの外板）と反対側の部材（たとえば車両ドアの内板）が金属であったとしても、コイルによる磁界がその反対側の部材の影響を受けないので、衝突検出装置をその反対側の部材に直接取り付けることができて取り付け時の調整が不要であり、取り付け作業を容易に行うことができるという効果を奏する。

３． 前記処理回路は、前記コイルとともに共振回路を構成する共振用素子と、前記共振回路を励振する発振回路と、前記共振回路の共振周波数の変化を検出することによって前記コイルのインダクタンスの変化を検出して前記衝突検出信号を出力する共振周波数変化検出回路とを有することを特徴とする手段１または２に記載の衝突検出装置。

手段３によれば、コイルのインダクタンスの変動を検出する回路である共振用素子や発振回路や共振周波数変化検出回路を、処理回路として、回路基板の１つの層に実装するようにしたので、衝突検出装置の小型化、薄型化を実現することができる。

４． 前記共振周波数変化検出回路が、前記共振回路の出力信号を整流する整流回路と、前記整流回路によって整流された信号を増幅し前記衝突検出信号として出力する増幅回路とからなることを特徴とする手段３に記載の衝突検出装置。

手段４によれば、共振周波数変化検出回路を構成する整流回路や増幅回路を、処理回路として、回路基板の１つの層に実装するようにしたので、衝突検出装置の小型化、薄型化を実現することができる。

また手段４によれば、共振周波数変化検出回路を整流回路や増幅回路で構成したので、簡単な回路構成で共振周波数変化検出回路を実現できるという効果を奏する。

５． 前記コイルは、前記回路基板に配線パターンとして形成されていることを特徴とする手段１ないし４のいずれかに記載の衝突検出装置。

手段５によれば、コイルが、回路基板の１つの層に配線パターンとして形成されているので、衝突検出装置の小型化、薄型化を実現することができる。

６． 前記コイルの巻き回しの径方向に広がる領域において、前記シールド層および前記処理回路は、前記コイルが形成される領域以内の領域に形成され、前記磁性体は、前記シールド層が形成される領域以内の領域と前記コイルが形成される領域以外の領域との間の領域に形成されることを特徴とする請求項２ないし５のいずれかに記載の衝突検出装置。

手段６によれば、処理回路に対してコイルから生じる磁界を効率よく遮蔽することができる。

以下、本発明に係る衝突検出装置の実施形態について詳しく説明する。本実施形態では、本発明に係る衝突検出装置を、特に車両側面への物体の衝突を検出する側突検出装置に適用した例を示す。

なお、説明する実施形態はあくまでも実施形態の例にすぎず、本発明に係る衝突検出装置は、下記実施形態に限定されるものではない。本発明に係る衝突検出装置は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。

（実施形態１）
まず、本実施形態の側突検出装置が用いられる環境を説明する。図１は、本実施形態の側突検出装置が用いられる環境の平面図である。

車両１は側方にドア２を有し、ドア２内に側突検出装置１０を有する。車両１の側方から他の車両や障害物等の物体３が衝突した場合、ドア２の変形を側突検出装置１０が検出し、この検出結果に応じて図示しないサイドエアバッグを作動させ、乗員に対する衝撃の緩和を図る。

図２は、図１に示したドア２を車両１の上方から見て、その内部構造を示す断面図である。ドア２は、車外側に金属製の外板２ａを有するとともに、車内側に金属製の内板２ｂを有して構成される。外板２ａと内板２ｂとの間には空間が設けられ、その空間には、ドア２を補強する金属製の円筒状部材であるドアビーム２ｃや、側突検出装置１０や、図示しない樹脂部材等が収容されている。本実施形態では、側突検出装置１０が外板２ａやドアビーム２ｃの変形を検出するように構成されている。以下では、この外板２ａやドアビーム２ｃを被検出物と呼ぶ。

本実施形態の側突検出装置１０は、たとえば樹脂製のケース１１内に、回路基板１２を収容して構成されている。回路基板１２は多層構造を有し、各素子を積層することにより、面積が小さくて済み小型化を可能にしている。回路基板１２の各層のうち最も被検出物（外板２ａやドアビーム２ｃ）に近い層にはコイル１３が形成され、その次の層にはシールド１４が形成され、その次の層には処理回路１５が形成される。また本実施形態では、回路基板１２の被検出物と反対側の面には磁性体１６ａおよび１６ｂが設けられている。磁性体１６ａおよび１６ｂは酸化鉄、酸化クロム、コバルト、フェライトといった磁性体を平板状に形成したものである。

図３は、図２に示した側突検出装置１０の各層の素子を示す斜視図であり、見易さのため回路基板１２を省略して示す図である。

コイル１３は、たとえば回路基板１２の１つの層にプリントパターンすなわち配線パターンによって形成される。コイル１３は、その厚みが配線パターン自体の厚みのみになるように、外周に向かって渦状に形成されている。シールド１４は、たとえば銅の薄い層で形成されており、その面積は、処理回路１５をコイル１３による磁界からシールドするように、処理回路１５の面積と略同等に形成されている。処理回路１５は、回路基板１２の１つの層に、後述する回路素子を実装して構成される。コイル１３の面積は、側突検出に必要な強度の磁界を生じさせるコイルを形成するのに必要とされる面積により規定され、処理回路１５の面積は、実装する回路素子により必要とされる面積により規定される。ここで、コイル１３の巻き回しの径方向に広がる領域において、シールド１４および処理回路１５は、コイル１３が形成される領域以内の領域に形成され、磁性体１６ａおよび１６ｂは、シールド１４が形成される領域以内の領域とコイル１３が形成される領域以外の領域との間の領域に形成される。これにより、処理回路１５に対してコイル１３から生じる磁界を効率よく遮蔽することができる。また、以上のようにすることにより側突検出装置１０の薄型化を実現することができる。

なお、コイル１３や処理回路１５は、必要とする回路基板１２の面積を減少させるために複数の層で構成するようにしてもよい。コイル１３と処理回路１５とのように、回路上、電気的に接続が必要であるが、層が異なるもの同士の電気的接続は、たとえば回路基板１２に各層同士を接続するスルーホールを設けて接続するようにすればよい。

図４は、図２に示したコイル１３および処理回路１５の電気的接続を示す回路図である。本実施形態では、側突検出装置１０を図２に示したようにドア２内に収容して被検出物（外板２ａやドアビーム２ｃ）が変形していない状態において、コイル１３のインダクタンスはＬｓであり、このコイル１３とともに共振回路１９を構成する共振用素子２０は、図４に示すように容量がＣｓおよびＣｏのコンデンサからなる。共振回路１９の共振周波数Ｆｏは１／２π√（Ｌｓ・（Ｃｓ＋Ｃｏ））となる。

この共振回路１９は、発振回路１７による発振周波数Ｆ、電圧Ｖｉの信号を入力し、電圧Ｖｏを出力する。被検出物が変形するとコイル１３のインダクタンスが変化して共振回路１９の共振周波数が変化し、これにより共振回路１９の出力電圧Ｖｏが変動する。共振周波数変化検出回路２１は、共振回路１９の出力電圧Ｖｏの変動を衝突検出信号としてエアバッグ制御回路２２に対して出力する。

図５は、図４に示した共振周波数変化検出回路２１の内部構成の一例を示すブロック図である。共振周波数変化検出回路２１は、共振回路１９の出力電圧Ｖｏを半波整流する整流回路２３と、整流回路２３の出力を増幅する増幅回路２４とを有して構成される。この例によれば、共振周波数変化検出回路２１は、共振回路１９の共振周波数の変化に応じた信号を出力し、エアバッグ制御回路２２はこの信号に基づいて図示しないサイドエアバッグを作動させる。

図４に示したコイル１３は、図２に示したコイル１３として１つの層に形成される。また、図４に示した発振回路１７と共振用素子２０と共振周波数変化検出回路２１とを有する処理回路１５は、図２に示した処理回路１５として１つの層に形成される。ただし、本発明はこれに限られるものではなく、図２に示した処理回路１５に対して所定の回路素子の追加や削除を行うことも可能である。

以下、図面を参照しながら本実施形態の側突検出装置１０の動作について説明する。図６は、図４に示した共振回路１９の周波数特性を示す図であり、図７は、図６に示した周波数Ｆの信号を発振回路１７によって生成して共振回路１９に印加した場合の、コイル１３のインダクタンスの特性および共振回路１９の出力電圧Ｖｏの特性を示す図である。なお、図６において、縦軸は共振回路１９の出力電圧Ｖｏであり、横軸は共振回路１９に入力される信号の周波数である。また、図７において、縦軸は、破線の曲線についてはコイル１３のインダクタンスであり、実線の曲線については共振回路１９の出力電圧Ｖｏであり、横軸はコイル１３と被検出物との距離である。

本実施形態では、側突検出装置１０において、発振回路１７は、共振回路１９の共振周波数より高い所定周波数Ｆの交流電圧Ｖｉを共振回路１９の入力端子に入力する。これにより、コイル１３は被検出物の方向に磁界を発生する。シールド１４はこの磁界から処理回路１５をシールドする。コイル１３の発生した磁界により、被検出物に渦電流が流れ、被検出物も磁界を発生する。

ここで、たとえば車両ドア２に物体３が衝突すると、被検出物がコイル１３に近づく方向に変形し、被検出物とコイル１３との間の距離が減少する。それに伴い、コイル１３に鎖交する渦電流によって発生した磁界が増加する。被検出物とコイル１３との間の距離が減少するに従って、コイル１３のインダクタンスは、連続的に、しかも即座に減少する（図７の破線の曲線を参照）。

このようにコイル１３のインダクタンスが減少すると、共振回路１９の共振周波数は上昇する。つまり、車両ドア２に物体３が衝突することで、共振回路１９の共振周波数が上昇し、周波数特性が全体的に高周波側にシフトすることとなる（図６参照）。これに伴い、共振回路１９に入力された所定周波数Ｆの交流電圧Ｖｉに対して、共振回路１９から出力される交流電圧Ｖｏの大きさも増加する。前述したように、被検出物の変形によりコイル１３のインダクタンスは連続的に減少する。このため、被検出物とコイル１３との間の距離が減少するに従って、共振回路１９から出力される交流電圧Ｖｏの大きさも、連続的に、しかも即座に増加する（図７の実線の曲線を参照）。

共振周波数変化検出回路２１は、この交流電圧Ｖｏを入力し、これを整流回路２３によって半波整流し、この整流結果を増幅回路２４によって増幅して衝突検出信号としてエアバッグ制御回路２２に対して出力する。エアバッグ制御回路２２では入力した信号をたとえば所定の閾値と比較し、入力信号の大きさがこの閾値以上のときに、被検出物とコイル１３との間の距離が所定距離以下になったことから、車両ドア２に物体３が衝突したと判定し、サイドエアバッグを作動させ、乗員の保護を図る。

なお、本実施形態では、上述したように、回路基板１２の各層のうち最も被検出物に近い層にはコイル１３が形成され、その次の層にはシールド１４が形成され、その次の層には処理回路１５が形成され、回路基板１２の被検出物と反対側の面には磁性体１６ａおよび１６ｂが設けられている。以下では、この積層構造による磁場への影響について説明する。

図８は、コイル１３により発生させた磁界による磁場を示す図であって、コイル１３の層と処理回路１５の層のみを設けた場合の磁場を示す図であり、（Ａ）は各層の面を見た平面図であり、（Ｂ）はその側面図であり、（Ｃ）は（Ｂ）の側面図の周囲の磁場強度を示す図である。

図９は、コイル１３により発生させた磁界による磁場を示す図であって、コイル１３の層とシールド１４の層と処理回路１５の層のみを設けた場合の磁場を示す図であり、（Ａ）は各層の面を見た平面図であり、（Ｂ）はその側面図であり、（Ｃ）は（Ｂ）の側面図の周囲の磁場強度を示す図である。

図１０は、コイル１３により発生させた磁界による磁場を示す図であって、コイル１３の層とシールド１４の層と処理回路１５の層と磁性体１６ａおよび１６ｂの層を設けた場合の磁場を示す図であり、（Ａ）は各層の面を見た平面図であり、（Ｂ）はその側面図であり、（Ｃ）は（Ｂ）の側面図の周囲の磁場強度を示す図である。

図８（Ｃ）を参照して分かるように、コイル１３の層と処理回路１５の層のみを設けた場合には、コイル１３の層の両面に強い磁場が形成されており、この状態では、処理回路１５はコイル１３により発生させた磁界の影響を受けて誤動作してしまう虞がある。

これに対して、コイル１３の層と処理回路１５の層との間にシールド１４の層を設けた場合には、図９（Ｃ）を参照して分かるように、中央付近で処理回路１５の側の磁場強度が弱くなっている。これによりコイル１３により発生させた磁界の、処理回路１５への影響を低減することができ、誤動作を防止することができる。

さらに、磁性体１６ａおよび１６ｂの層を設けた場合には、図１０（Ｃ）を参照して分かるように、処理回路１５のある中央付近であって、処理回路１５のある面側で、磁場強度がさらに弱まり、ほとんどなくすことができている。これによりコイル１３により発生させた磁界の、処理回路１５への影響を低減することができ、誤動作を防止することができる。また、磁性体１６ａおよび１６ｂを設けた場合には、磁性体１６ａおよび１６ｂにより磁路を確保することができ、被検出物の側の磁場強度を強い状態に保つことができている。これにより衝突検出において検出精度を高めることができる。

本発明は、車両への側突検出に適用することができるが、他にも、金属性の物質の急激な接近を検出する検出装置全般に適用することができる。

本実施形態の側突検出装置が用いられる環境の平面図である。 図１に示したドア２を車両１の上方から見て、その内部構造を示す断面図である。 図２に示した側突検出装置１０の各層の素子を示す斜視図であり、見易さのため回路基板１２を省略して示す図である。 図２に示したコイル１３および処理回路１５の電気的接続を示す回路図である。 図４に示した共振周波数変化検出回路２１の内部構成の一例を示すブロック図である。 図４に示した共振回路１９の周波数特性を示す図であり、 図６に示した周波数Ｆの信号を発振回路１７によって生成して共振回路１９に印加した場合の、コイル１３のインダクタンスの特性および共振回路１９の出力電圧Ｖｏの特性を示す図である。 コイル１３により発生させた磁界による磁場を示す図であって、コイル１３の層と処理回路１５の層のみを設けた場合の磁場を示す図であり、（Ａ）は各層の面を見た平面図であり、（Ｂ）はその側面図であり、（Ｃ）は（Ｂ）の側面図の周囲の磁場強度を示す図である。 コイル１３により発生させた磁界による磁場を示す図であって、コイル１３の層とシールド１４の層と処理回路１５の層のみを設けた場合の磁場を示す図であり、（Ａ）は各層の面を見た平面図であり、（Ｂ）はその側面図であり、（Ｃ）は（Ｂ）の側面図の周囲の磁場強度を示す図である。 コイル１３により発生させた磁界による磁場を示す図であって、コイル１３の層とシールド１４の層と処理回路１５の層と磁性体１６ａおよび１６ｂの層を設けた場合の磁場を示す図であり、（Ａ）は各層の面を見た平面図であり、（Ｂ）はその側面図であり、（Ｃ）は（Ｂ）の側面図の周囲の磁場強度を示す図である。

符号の説明

１ 車両
２ 車両ドア
２ａ 外板
２ｂ 内板
２ｃ ドアビーム
３ 物体
１０ 側突検出装置（衝突検出装置）
１１ ケース
１２ 回路基板
１３ コイル
１４ シールド
１５ 処理回路
１６ａ、１６ｂ 磁性体
１７ 発振回路
１９ 共振回路
２０ 共振用素子
２１ 共振周波数変化検出回路
２２ エアバッグ制御回路
２３ 整流回路
２４ 増幅回路

Claims (6)

1. 金属からなる車両ボディの外板の内側に該外板と対向して配置され、該外板の方向に磁界を発生するコイルと、前記コイルのインダクタンスの変化に基づいて前記車両ボディの変形を検出することにより該車両ボディへの物体の衝突を検出して衝突検出信号を出力する処理回路とを有する衝突検出装置において、
   前記外板と対向して配置される多層構造を有する回路基板を有し、
   前記コイルと前記処理回路とは前記多層構造内の異なる層に形成され、前記処理回路の層が前記コイルの層よりも前記外板から遠い位置に配置され、
   前記コイルの層と前記処理回路の層との間に磁界を遮蔽するシールド層を設けた、
   ことを特徴とする衝突検出装置。
2. 前記処理回路の層よりも前記外板から遠い層に磁性体を設けたことを特徴とする請求項１に記載の衝突検出装置。
3. 前記処理回路は、前記コイルとともに共振回路を構成する共振用素子と、前記共振回路を励振する発振回路と、前記共振回路の共振周波数の変化を検出することによって前記コイルのインダクタンスの変化を検出して前記衝突検出信号を出力する共振周波数変化検出回路とを有することを特徴とする請求項１または２に記載の衝突検出装置。
4. 前記共振周波数変化検出回路が、前記共振回路の出力信号を整流する整流回路と、前記整流回路によって整流された信号を増幅し前記衝突検出信号として出力する増幅回路とからなることを特徴とする請求項３に記載の衝突検出装置。
5. 前記コイルは、前記回路基板に配線パターンとして形成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の衝突検出装置。
6. 前記コイルの巻き回しの径方向に広がる領域において、前記シールド層および前記処理回路は、前記コイルが形成される領域以内の領域に形成され、前記磁性体は、前記シールド層が形成される領域以内の領域と前記コイルが形成される領域以外の領域との間の領域に形成されることを特徴とする請求項２ないし５のいずれかに記載の衝突検出装置。

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