JP2010223654A

JP2010223654A - 衝突検知装置

Info

Publication number: JP2010223654A
Application number: JP2009069464A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Habu; 雅和土生
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-03-23
Filing date: 2009-03-23
Publication date: 2010-10-07

Abstract

【課題】車両に搭載された機器（例えば、インバータ）に作用する衝撃を検知することができる衝突検知装置を提供する。
【解決手段】車両に搭載された電力変換機（１１，１２）に対して、車両の衝突時に作用する外力を検知するための衝突検知装置であって、電力変換機に取り付けられ、密閉状態で気体を収容するチャンバ（２０）と、チャンバの内部における圧力変化を検知するための圧力センサ（３０）と、を有する。一方、複数の導電部材（６２，６３）と、複数の導電部材を収容し、電力変換機に取り付けられる収容部材とにより、衝突検知装置を構成することができる。この場合には、収容部材が外力を受けて変形することに応じて、複数の導電部材を、互いに接触させて導通状態とすればよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両に搭載された機器に対して、車両の衝突時に作用する外力を検知することができる衝突検知装置に関するものである。

ハイブリッド自動車又は電気自動車には、直流電力および交流電力の間の変換を行うインバータ（電力変換機）が搭載されている。インバータは、電池パックから出力された直流電力を交流電力に変換して交流モータに供給したり、車両の制動時に交流モータで生成された交流電力を直流電力に変換して電池パックに供給したりしている。

ここで、車両の衝突時にインバータに作用する衝撃を検知するために、インバータに加速度センサを取り付けているものがある。

特開２００８−２５８１１０号公報

加速度センサを用いてインバータへの衝撃を検知する構成では、車両の衝突時にインバータが固定位置から移動してしまうと、インバータに取り付けられた加速度センサにおいて、加速度が検知しにくくなってしまうおそれがある。

そこで、本発明の目的は、加速度センサを用いることなく、車両に搭載された機器に作用する衝撃を検知することができる衝突検知装置を提供することにある。

本願第１の発明は、車両に搭載された電力変換機に対して、車両の衝突時に作用する外力を検知するための衝突検知装置であって、電力変換機に取り付けられ、密閉状態で気体を収容するチャンバと、チャンバの内部における圧力変化を検知するための圧力センサと、を有する。電力変換機としては、例えば、直流電流および交流電流の間で電力を変換するためのインバータや、高電圧および低電圧の間で電力を変換するためのＤＣ／ＤＣコンバータがある。

本願第２の発明は、車両に搭載された電力変換機に対して、車両の衝突時に作用する外力を検知するための衝突検知装置であって、複数の導電部材と、複数の導電部材を収容し、電力変換機に取り付けられた収容部材と、を有する。そして、複数の導電部材は、収容部材が外力を受けて変形することに応じて、互いに接触して導通状態となる。

本願第１の発明によれば、チャンバが外力を受けて変形した際に、チャンバ内の圧力が上昇することになるため、この圧力上昇を圧力センサによって検知することにより、電力変換機に外力が作用したか否かことを判別することができる。

本願第２の発明によれば、収容部材が外力を受けて変形した際に、複数の導電部材が接触して導通状態となるため、導電部材が非導通状態から導通状態に切り替わったことを検知することにより、電力変換機に外力が作用したか否かを判別することができる。

本発明の実施例１である衝突検知装置の構成を示す概略図である。実施例１の衝突検知装置において、衝突時における空気チャンバの内圧変化を示す図である。実施例１の衝突検知装置を電池パックに取り付けた図である。本発明の実施例２である衝突検知装置の構成を示す概略図である。実施例２におけるタッチスイッチの構成を示す斜視図である。実施例２において、衝撃を受ける前のタッチスイッチの内部構造を示す概略図である。実施例２において、衝撃を受けた際のタッチスイッチの内部構造を示す概略図である。実施例２の衝突検知装置を電池パックに取り付けた図である。

以下、本発明の実施例について説明する。

本発明の実施例１である衝突検知装置について、図１を用いて説明する。ここで、図１は、衝突検知装置をインバータに取り付けた構成を示す概略図である。本実施例の衝突検知装置は、車両に搭載されており、この車両としては、ハイブリッド自動車や電気自動車がある。

ハイブリッド自動車とは、車両の走行に用いられるエネルギを発生する動力源として、内燃機関又は燃料電池に加えて、電池パックを備えた車両である。また、電気自動車とは、車両の動力源として、電池パックだけを備えた車両である。電池パックは、複数の二次電池又は電気二重層キャパシタで構成することができる。

図１において、ＰＣＵ（Power Control Unit）１０は、車両のエンジンルームに配置されており、ＰＣＵ１０に対して車両の前方には、ラジエータサポート４０が位置している。ラジエータサポート４０は、不図示のラジエータ等を支持するために用いられる。

ＰＣＵ１０は、インバータ（電力変換機）１１と、インバータ１１を収容するケース１２とを有している。インバータ１１は、車両に搭載された電池パック（不図示）と高圧ケーブルを介して接続されているとともに、三相交流モータ（不図示）と接続されている。インバータ１１は、電池パックから出力された直流電力を交流電力に変換し、この交流電力を三相交流モータに供給する。

三相交流モータは、インバータ１１からの電力を受けて動作（回転）することにより、車両の走行に用いられる運動エネルギを生成する。車両の走行に用いられる運動エネルギは、車輪に伝達されて車輪を回転させたり、内燃機関に伝達されて内燃機関を始動させたりするために用いられる。

また、三相交流モータは、車両の回生制動時に電気エネルギ（交流電力）を生成し、この交流電力をインバータ１１に供給する。回生制動には、車両を運転するドライバによってブレーキペダルの操作があったときの回生発電を伴う制動がある。また、ブレーキペダルを操作しないものの、走行中にアクセルペダルの踏み込みを解除することにより回生発電をさせながら車両を減速（または加速の中止）させることも含まれる。

インバータ１１は、三相交流モータからの交流電力を直流電力に変換し、この直流電力を電池パックに供給する。これにより、車両の制動時に発生した運動エネルギを回生電力として電池パックに蓄えることができる。

ここで、インバータ１１および電池パックを、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して接続することもできる。ＤＣ／ＤＣコンバータを設けることにより、電池パックの出力を昇圧してからインバータ１１に供給したり、インバータ１１からの出力を降圧してから電池パックに供給したりすることができる。ＤＣ／ＤＣコンバータは、インバータ１１とともにケース１２内に収容しておくことができる。

ケース１２の側面１２ａには、本実施例の衝突検知装置が取り付けられている。ここで、ケース１２の側面１２ａは、車両の前後方向において、ラジエータサポート４０と向かい合っている。なお、本実施例では、インバータ１１を収容するケース１２に衝突検知装置を取り付けているが、インバータ１１に対して衝突検知装置を直接、取り付けることもできる。すなわち、インバータ１１に対して、直接的又は間接的に衝突検知装置を固定することができればよい。

本実施例の衝突検知装置は、空気チャンバ２０と、圧力センサ３０と、ダクト２１とを有している。ダクト２１は、一端が空気チャンバ２０に接続され、他端が圧力センサ２０に取り付けられている。これにより、空気チャンバ２０の内部における空気圧は、ダクト２１を介して圧力センサ３０に作用することになる。

空気チャンバ２０は、ケース１２の側面１２ａに固定されており、空気チャンバ２０の内部には、空気が充填されている。ここで、空気チャンバ２０およびダクト２１の内部は、密閉状態となっている。空気チャンバ２０は、ゴムといった弾性を有する材料で形成したり、金属等で形成したりすることができる。すなわち、後述するように、空気チャンバ２０が外力を受けた際に、空気チャンバ２０の内圧を上昇させることができればよい。

なお、空気の代わりに、空気とは異なる気体又は液体をチャンバ２０内に収容しておくこともできる。また、本実施例の構成において、ダクト２１を省略し、圧力センサ３０を空気チャンバ２０の壁面に沿って配置することもできる。ただし、本実施例の構成では、圧力センサ３０を空気チャンバ２０から離れた位置に配置することができる。

圧力センサ３０は、空気チャンバ２０の内部における圧力変化を検知するために設けられている。圧力センサ３０としては、公知の構成のセンサを適宜用いることができる。圧力センサ３０で検知された情報は、車両に搭載されたコントローラに出力される。

本実施例において、車両の衝突によって車両の前方に衝撃が加わると、ラジエータサポート４０が車両の後方側に変形し、衝撃力によっては、ラジエータサポート４０が空気チャンバ２０に突き当たる。ラジエータサポート４０が空気チャンバ２０に突き当たると、空気チャンバ２０の壁面が内側に向かって変形することにより、空気チャンバ２０の内圧が上昇することになる。そして、空気チャンバ２０の内圧は、図２に示すように、ラジエータサポート４０からの外力に応じて上昇することになる。

空気チャンバ２０の内圧変化は、圧力センサ３０によって検知され、車両のコントローラは、圧力センサ３０からの検知情報を受けて、ＰＣＵ１０（インバータ１１）に対して衝撃が作用したか否かを判別する。

本実施例では、車両の衝突時にＰＣＵ１０が取り付け位置からずれてしまっても、ＰＣＵ１０に作用する衝撃を検知することができる。また、ラジエータサポート４０およびＰＣＵ１０の間に空気チャンバ２０が位置しているため、ラジエータサポート４０がＰＣＵ１０に直接、突き当たってしまうのを防止できる。そして、空気チャンバ２０によって、ＰＣＵ１０に作用する衝撃を低減させることができる。

なお、本実施例では、空気チャンバ２０に対してラジエータサポート４０を衝突させるようにしているが、これに限るものではなく、空気チャンバ２０に対して車両の前方に配置される部材であれば、いかなる部材であってもよい。

また、本実施例では、ケース１２における１つの側面１２ａに対して、空気チャンバ２０を取り付けているが、これに限るものではない。具体的には、インバータ１１（ＰＣＵ１０）が配置される位置や、インバータ１１に対して衝撃が加わる方向を考慮して、ケース１２に対する空気チャンバ２０の取り付け位置を適宜設定することができる。

ここで、ケース１２の４つの側面に沿うように、１つの空気チャンバ２０を配置することができる。このように構成すれば、ケース１２に対して、水平面内のあらゆる方向（二次元方向）から作用する衝撃を検知することができる。また、ケース１２の全面（４つの側面、上面および下面）を空気チャンバ２０で囲むようにすることもでき、この場合には、ケース１２に対して作用するあらゆる方向（三次元方向）からの衝撃を検知することができる。

次に、本実施例の変形例について、図３を用いて説明する。ここで、図３は、本実施例で説明した衝突検知装置を電池パックに取り付けた構成を示す概略図である。なお、本実施例で説明した部材と同一の機能を有する部材については、同一符号を用いている。

本変形例では、衝突検知装置を用いて、電池パックに作用する衝撃を検知するようにしている。電池パック５０は、電池モジュール５１と、電池モジュール５１を収容するパックケース５２とを有しており、車両の後方、具体的には、ラゲージスペース内に配置されている。電池モジュール５１は、電気的に直列に接続された複数の単電池（二次電池）で構成されている。

なお、単電池の形状は適宜設定することができ、例えば、角形や円筒形といった形状に形成することができる。また、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタ（コンデンサ）を用いることもできる。さらに、電池パック５０を車両に配置する位置は、適宜設定することができ、例えば、コンソールボックス内に電池パック５０を配置することができる。

パックケース５２のうち、車両の後方側に位置する側面５２ａには、空気チャンバ２０が固定されている。そして、空気チャンバ２０には、ダクト２１を介して圧力センサ３０が接続されている。

本変形例において、車両の衝突時に、車両の後方から衝撃が加わると、車両の後部（例えば、車両ボディとしてのフロアパネル）が変形することにより、空気チャンバ２０に外力が作用する。これにより、空気チャンバ２０の内圧が上昇し、この圧力変化が圧力センサ３０によって検知される。圧力センサ３０で検知された情報は、車両に搭載されたコントローラに出力される。

コントローラは、圧力センサ３０からの出力情報に基づいて、電池パック５０に衝撃が作用したと判断した場合には、電池パック５０の充放電を禁止させることができる。具体的には、電池パック５０の充放電を許容したり、禁止したりするためのシステムリレーを、オン状態からオフ状態に切り替えることができる。これにより、電池パック５０において、衝撃を受けた状態で、充放電が行われてしまうのを防止することができる。

本実施例によれば、１つの圧力センサ３０だけを用いて、電池パック５０に作用する衝撃を検知することができる。ここで、側面５２ａに含まれる複数の位置において、衝撃を検知しようとする場合には、衝撃を検知しようとする複数の位置に圧力センサ３０を配置することが考えられる。しかしながら、複数の圧力センサ３０を用いると、部品点数が増えてコストアップになってしまうとともに、圧力センサ３０の配線等によって構造が複雑になってしまう。

一方、本実施例では、空気チャンバ２０における複数の位置で衝撃を受けることができ、衝撃を受けた空気チャンバ２０の内圧変化を、１つの圧力センサ３０だけで検知することができる。すなわち、空気チャンバ２０を介して、複数の位置における衝撃を１つの圧力センサ３０だけで検知することができる。

なお、空気チャンバ２０を取り付ける位置は、電池パック５０の側面５２ａに限るものではない。すなわち、車両における電池パック５０が配置される位置や、電池パック５０に対して衝撃が加わる方向を考慮して、電池パック５０に対する空気チャンバ２０の取り付け位置を適宜設定することができる。また、本実施例でも説明したように、電池パック５０における複数の外面に沿って、空気チャンバ２０を設けることができる。

本発明の実施例２である衝突検知装置について、図４および図５を用いて説明する。ここで、図４は、衝突検知装置の構成を示す外観図であり、衝突検知装置をインバータに取り付けた構成を示している。また、図５は、衝突検知装置で用いられるタッチスイッチの内部構造を示す概略図である。なお、実施例１で説明した部材と同一の部材については、同一符号を用い、詳細な説明は省略する。

本実施例の衝突検知装置は、タッチスイッチ６０およびコネクタ６１を有している。タッチスイッチ６０は、長尺状に形成されており、ケース１２の側面１２ａに対して曲げられた状態で固定されている。また、タッチスイッチ６０の端部には、コネクタ６１が取り付けられている。コネクタ６１は、他のコネクタ（不図示）と電気的および機械的に接続されるようになっており、タッチスイッチ６０の出力が車両に搭載されたコントローラに入力されるようになっている。

タッチスイッチ６０は、図５に示すように、２つの第１電極（導電部材）６２と、２つの第２電極（導電部材）６３とを有しており、第１電極６２および第２電極６３は、管状体（収容部材）６４の内部で固定されている。管状体６４は、中空構造を有しており、第１電極６２および第２電極６３の間には、空気層が形成されている。

第１電極６２および第２電極６３は、導電性を有する材料で形成されており、互いに接触すれば導通状態となり、物理的に離れていれば非導通状態となる。また、管状体６４は、絶縁性を有する材料で形成されており、弾性を有している。

第１電極６２および第２電極６３は、図６に示すように、タッチスイッチ６０の長手方向と直交する断面において、マトリクス状に配置されている。また、２つの第１電極６２や２つの第２電極６３は、対角線上に位置するように配置されている。なお、本実施例では、２つの第１電極６２および２つの第２電極６３を設けているが、これに限るものではなく、第１電極６２および第２電極６３を、少なくとも１つずつ有していればよい。

ここで、図６は、タッチスイッチ６０が外力を受けていないときの内部状態を示す図であり、外力を受けていないときには、第１電極６２および第２電極６３が非接触（非導通）の状態となっている。

本実施例において、車両の前方が衝突すると、ラジエータサポート４０がＰＣＵ１０の側に変形し、衝突力によっては、ラジエータサポート４０がタッチスイッチ６０に突き当たることになる。ラジエータサポート４０がタッチスイッチ６０に突き当たると、タッチスイッチ６０は、ＰＣＵ１０（ケース１２）およびラジエータサポート４０によって挟み込まれ、図７に示すように変形する。図７において、タッチスイッチ６０は、ＰＣＵ１０およびラジエータサポート４０から圧力Ｐを受けることになる。

タッチスイッチ６０の断面が変形すると、第１電極６２および第２電極６３が互いに接触することにより、導通状態となる。言い換えれば、タッチスイッチ６０は、オフ状態からオン状態に切り替わる。この信号は、車両に搭載されたコントローラに出力され、コントローラは、ＰＣＵ１０（インバータ１１）に対して衝撃が加わっていることを認識することができる。

本実施例によれば、車両の衝突時にＰＣＵ１０が取り付け位置からずれてしまっても、ＰＣＵ１０に作用する衝撃を検知することができる。また、長尺状のタッチスイッチ６０を用いることにより、タッチスイッチ６０をケース１２の側面１２ａに沿った状態で、側面１２ａ内における任意の位置に配置することができる。

なお、本実施例では、ケース１２の側面１２ａにタッチスイッチ６０を固定しているが、タッチスイッチ６０を設ける位置は適宜設定することができる。すなわち、車両におけるＰＣＵ１０を配置する位置や、ＰＣＵ１０に対して外力が作用する方向を考慮することにより、ＰＣＵ１０に対するタッチスイッチ６０の取り付け位置を適宜設定することができる。ここで、ケース１２における４つの側面に沿うように、タッチスイッチ６０を配置したり、ケース１２のすべての面上に位置するようにタッチスイッチ６０を配置したりすることができる。

次に、本実施例の変形例について、図８を用いて説明する。ここで、図８は、本実施例で説明した衝突検知装置を電池パックに取り付けた構成を示す概略図である。

本変形例では、本実施例で説明した衝突検知装置を電池パック５０に取り付けている。電池パック５０は、車両の後方、具体的には、ラゲージルームに配置されている。また、パックケース５２のうち、車両の後方に位置する側面５２ａには、タッチスイッチ６０が固定されている。タッチスイッチ６０は、側面５２ａ上において、直線状に配置されている。

本変形例において、車両の衝突によって、車両の後部が変形すると、電池パック５０に対して外力が作用することがある。ここで、パックケース５２のうち、車両の後方側に位置する側面５２ａには、タッチスイッチ６０が配置されているため、タッチスイッチ６０が外力を受けることにより断面が変形することになる。これにより、第１電極６２および第２電極６３が互いに接触して導通状態となり、電池パック５０に対して衝撃が加わったことを示す信号が出力される。

本実施例では、長尺状の１つのタッチスイッチ６０を用いることにより、側面５２ａのうち、長手方向における複数の位置において、衝撃を検知することができる。そして、複数のセンサを配置する場合に比べて、コストダウンを図ることができたり、衝突検知装置の構成を簡素化したりすることができる。

なお、本変形例では、パックケース５２における１つの側面５２ａにのみタッチスイッチ６０を固定しているが、これに限るものではない。すなわち、車両において電池パック５０を配置する位置や、電池パック５０に対して外力が作用する方向を考慮することにより、電池パック５０に対するタッチスイッチ６０の取り付け位置を適宜設定することができる。例えば、パックケース５２における複数の面に対して、タッチスイッチ６０を取り付けることができる。また、タッチスイッチ６０を曲げた状態で、パックケース５２に取り付けることができる。

１０：ＰＣＵ（Power Control Unit）１１：インバータ（電力変換機）
１２：ケース１２ａ：側面
２０：空気チャンバ２１：ダクト
３０：圧力センサ４０：ラジエータサポート
５０：電池パック５１：電池モジュール
５２：パックケース５２ａ：側面
６０：タッチスイッチ６１：コネクタ
６２：第１電極（導電部材）６３：第２電極（導電部材）
６４：管状体（収容部材）

Claims

車両に搭載された電力変換機に対して、車両の衝突時に作用する外力を検知するための衝突検知装置であって、
前記電力変換機に取り付けられ、密閉状態で気体を収容するチャンバと、
前記チャンバの内部における圧力変化を検知するための圧力センサと、
を有することを特徴とする衝突検知装置。
車両に搭載された電力変換機に対して、車両の衝突時に作用する外力を検知するための衝突検知装置であって、
複数の導電部材と、
前記複数の導電部材を収容し、前記電力変換機に取り付けられた収容部材と、を有し、
前記複数の導電部材は、前記収容部材が前記外力を受けて変形することに応じて、互いに接触して導通状態となることを特徴とする衝突検知装置。