JP2012518564A - 車両の衝突を分類する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、車両の直線運動に関する情報を含んだ直線信号（１）をインタフェースを介して受信するステップと、前記車両の回転運動に関する情報を含んだ回転信号（２）をインタフェースを介して受信するステップと、前記直線信号と前記回転信号とに基づいて、衝突に関する情報を含んだ評価信号（７１）を生成するすステップとを有する、車両の衝突を分類する方法に関する。

Description

本発明は請求項１に係る方法と、請求項１０に係る制御装置と、請求項１１に係るコンピュータプログラム製品とに関する。

車両の乗員保護手段をトリガする従来のアルゴリズムでは、主に車両の直線運動が考慮される。この運動は点質量の運動によって近似されることが多い。

衝突（衝突＝クラッシュ）の分類には、直線加速度センサの信号を利用することができる。その場合、１つは誤用を抑制するための特性曲線、もう１つは乗員保護手段のトリガ決定を発生させるための特性曲線の２つの特性曲線を使用することができる。その場合、信号エネルギーが評価され、信号エネルギーが持続的である場合にだけ、乗員保護手段のトリガが行われる。この考えでは、直線運動だけが考慮される。

従来、衝突の早期の段階における回転衝突の衝突重度は過小評価されてきた。例えばユーロＮＣＡＰで行われる衝突の種類ＯＤＢ（Offset Deformable Barrier）のようなオフセット衝突の検知は、高コストの信号処理によってしか適時に実行することができない場合が多い。

DE 101 49 112 A1には、拘束システムのトリガ決定のための方法が開示されている。この方法では特に、車両が横滑り過程で横方向にスリップし、摩擦係数の高い地面に至る状況が扱われる。トリガ決定は走行動特性に依存して決められる。その際、走行動特性として、横滑り角が車両横速度及び車両傾斜運動と組み合わせて使用される。トリガ決定は閾値との比較によって行われる。

発明の概要
以上を背景として、本発明は、車両の衝突を分類する方法、さらにはこの方法を使用する制御装置、ならびに独立請求項に係る相応のコンピュータプログラム製品を提案する。有利な実施形態はそれぞれの従属請求項と以下の説明とから明らかとなる。

本発明は、車両の実際の運動は直線運動によってのみ記述されるものではないという考えに基づいている。むしろ、実際に生じる衝突では、衝突中に直線運動も回転運動も生じる。それゆえ、本発明によれば、直線運動の運動エネルギーの他に回転運動の運動エネルギーとその持続性も考慮される。これにより、回転を伴う衝突を適切に考慮することができる。

本発明の核心は、実際の衝突においても衝突試験場で行われる衝突においても、回転の信号エネルギーを考慮することにある。乗員保護手段のトリガは、本発明によれば、持続的な回転仕事率又は持続的な直線仕事率のいずれかが発生したときに行われる。そのために、公知の２重特性曲線とアルゴリズムを使用してよい。

直線運動と回転運動の組合せによって、これまで「過小評価」されてきた衝突を適時に検知することが可能になる。その結果、衝突重度とトリガ時点の算出が改善される。有利には、これによって回転衝突の衝突重度は既に衝突の早期の段階で検知される。これによって、オフセット衝突の検知は簡単な信号処理によって適時に行われる。本発明によれば、衝突の早期段階に使われる力学的な全仕事率、つまり全仕事率ないし全エネルギーを考慮することも可能である。衝突の際に生じる回転エネルギー及び／又は回転仕事率の持続性は、２重特性曲線を使用することで考慮することができる。これによって、トリガ決定のロバストネスを高めることができる。本発明のアプローチは、能動的な安全と受動的な安全との共同的な利用、ひいてはシステム中のセンサ系の削減も可能にする。したがって、例えばＥＳＰシステムのセンサをエアバッグシステムのクラッシュセンサとして使用し、そうすることで新たなエアバッグ機能を提供することができる。

本発明は、車両の衝突を分類する方法であって、以下のステップを有する。インタフェースを介して直線信号を受信するステップ。ここで、直線信号は車両の直線運動に関する情報を含むものである。インタフェースを介して回転信号を受信するステップ。ここで、回転信号は車両の回転運動に関する情報を含むものである。直線信号と回転信号とに基づいて評価信号を生成するステップ。ここで、評価信号は衝突に関する情報を含むものである。

直線信号と回転信号はセンサから供給される信号を表すものであってよい。これらのセンサは、車両内に配置された加速度センサであってよい。直線運動は車両の走行方向における運動であってよい。回転運動はスピン運動、例えばヨー運動であってよい。評価信号はインタフェースで生成してもよい。衝突に関する情報は、衝突の種類を知らせるのに適するものである。また、衝突に関する情報は、特に乗員保護手段のトリガを要するような衝突を知らせるのに適するものである。したがって、乗員保護手段のトリガ決定を行うために、衝突に関する情報を利用することができる。

評価信号は直線評価信号と回転評価信号との結合によって求められる。なおここで、直線評価信号は直線信号に基づく、衝突に関する情報を含み、回転評価信号は回転信号に基づく、衝突に関する情報を含むものである。直線成分と回転成分の結合が衝突の検知及び分類を改善する。

１つの実施形態によれば、拘束手段をトリガすべきトリガ衝突（発火）も、拘束手段にトリガすべきでない非トリガ衝突（誤用）も直線信号に基づいて識別され、直線評価信号は、トリガ衝突が検知された場合には第１の値を有し、非トリガ衝突が検知された場合には第２の値を有するように構成されている。トリガ衝突と非トリガ衝突を区別することによって、乗員保護手段の誤ったトリガを防ぐことができる。

そのために、直線信号が車両の直線加速度に関する情報を含むようにしてよい。また、トリガ衝突と非トリガ衝突とを識別するために、以下の式を評価するようにしてよい。
a_x=(P_Lin/m)*(1/dv)
ここで、
a_x：車両の直線加速度
P_Lin：直線運動仕事率
m：車両の質量
dv：車両の直線加速度変化
さらに、トリガ衝突も非トリガ衝突も回転信号に基づいて識別することができる。回転評価信号は、トリガ衝突が検知された場合には第１の値を有し、非トリガ衝突が検知された場合には第２の値を有するように構成されている。こうすることで、また誤ったトリガを防ぐことができる。

そのために、回転信号が車両の回転速度に関する情報を含むようにしてよい。また、トリガ衝突と非トリガ衝突とを識別するために、以下の式を評価するようにしてよい。

ここで、

別の実施例によれば、衝突に関する情報は多次元分類器を使用して直線信号と回転信号とから求められる。それゆえ、直線信号と回転信号とに含まれている情報を評価するために、ニューラルネットワーク、隠れマルコフモデル又はサポートベクターマシンを使用することができる。

直線信号は車両の直線運動エネルギーに関する情報を、回転信号は車両の回転運動エネルギーに関する情報を表すことができ、衝突に関する情報は直線運動エネルギーと回転運動エネルギーとに基づいて求められる。したがって、衝突時に車両に作用する全エネルギーを考慮することができる。

例えば、衝突に関する情報は、車両の直線加速度、直線速度、回転加速度及び回転速度に基づいて求めることができる。必要な値は公知のセンサによって供給するか、センサ信号の簡単な信号処理によって求めることができる。

制御装置の形態をとる本発明の実施形態によっても、本発明の課題は迅速かつ効率的に解決される。ここで、制御装置とは、センサ信号を処理し、処理したセンサ信号に依存して制御信号を出力する電子デバイスを意味する。制御装置はハードウェア的に及び／又はソフトウェア的に形成されるインタフェースを有していてよい。ハードウェア的に形成する場合には、インタフェースを例えば、制御装置の様々な機能を含むいわゆるシステムＡＳＩＣの一部としてよい。しかし、インタフェースは独立した集積回路であることも、少なくとも部分的にディスクリート部品から形成されていることも可能である。ソフトウェア的に形成する場合には、インタフェースを例えばマイクロコントローラ上に他のソフトウェアモジュールとともに設けられるソフトウェアモジュールとしてよい。

また、半導体メモリ、ハードディスクメモリ又は光学式メモリのような機械可読媒体に記憶され、制御装置上で実行したときに上記実施形態に従って上記方法を実行するプログラムコードを含んだ、コンピュータプログラム製品も有利である。

以下に、本発明の実施例を添付図面に基づいて詳しく説明する。

本発明の１つの実施例によるシステムのブロック回路図を示す。 本発明の別の実施例によるシステムのブロック回路図を示す。 衝突時の回転信号エネルギーを示す。 衝突時の直線信号エネルギーを示す。

以下の図において、同じ又は類似のエレメントには、同じまたは類似の参照符号が付されている。さらに、図面の各図、その説明、及び請求項には、たくさんの特徴が組み合わせて含まれている。当業者にはこれらの特徴を個別に考えることも、本明細書には明示的に記載されていない別の組合せにまとめることも可能であることは明らかである。

図１には、本発明の１つの実施例による、車両の衝突を分類するシステムのブロック回路図が示されている。とりわけ、システムの考えられる構造と機能とが示されている。システムは車両の衝突を分類する本発明による方法を実行するように形成されている。

本発明の分類方法によれば、直線信号１はインタフェースを介して受信される。直線信号１は車両の直線運動に関する情報を含んでいる。例えば、直線信号１は車両の直線加速度a_xを表す。さらに、回転信号２が上記インタフェースを介して受信される。回転信号２は車両の回転運動に関する情報を含んでいる。例えば、回転信号２は車両の角速度を表す。直線信号１と回転信号２とに基づいて、衝突に関する情報が求められ、評価信号７１としてインタフェースに供給される。衝突に関する情報に基づき、評価信号７１は乗員保護手段の制御に適している。

システムは、例えば積分器の形態の装置１０と、例えば微分器の形態の装置２０とを有している。さらに、システムは直線運動エネルギーを評価する装置３０を有している。そして、装置３０は、非トリガ衝突（誤用）を検知する装置３１と、トリガ衝突（発火／無発火）を検知する装置３２とを有している。同様にして、回転運動エネルギーを評価する装置４０は、トリガ衝突（発火／無発火）を検知する装置４１と、非トリガ衝突（誤用）を検知する装置４２とを有している。非トリガ衝突とトリガ衝突の識別は装置３１，３２ないしは装置４１，４２によって行われる。

直線信号１は直線運動エネルギーを評価する装置１０と装置３０とによって受信される。装置１０は、直線信号に応答して、直線運動エネルギーを評価する装置３０に信号１１を供給する。信号１１は車両の速度変化dvを表している。非トリガ衝突を検知する装置３１は、直線信号１と信号１１とに基づいて信号３３を結合装置５０に供給するように構成されている。トリガ衝突を検知する装置３２は、直線信号１と信号１１とに基づいて信号３４を結合装置５０に供給するように構成されている。信号３３、３４は、トリガ衝突ないし非トリガ衝突が検出されたか否かを知らせるように構成されている。結合装置５０はＡＮＤゲートである。結合装置５０は直線評価信号５１を結合装置７０に供給するように構成されている。結合装置７０はＯＲゲートである。

同様に、回転信号２は回転運動エネルギーを評価する装置２０と装置４０とによって受信される。装置２０は、回転信号に応答して、回転運動エネルギーを評価する装置４０に信号２１を供給するように構成されている。信号２１は車両のヨー加速度を表している。装置４１は、回転信号２と信号２１とに基づいて信号４４を結合装置６０に供給するように構成されている。結合装置６０はＡＮＤゲートである。非トリガ衝突を検知する装置４２は、回転信号２と信号２１とに基づいて信号４３を結合装置６０に供給するよう構成されている。信号４３、４４は、トリガ衝突ないし非トリガ衝突が検出されたか否かを知らせるように構成されている。結合装置６０はＡＮＤゲートである。結合装置６０は、回転評価信号６１を結合装置７０に供給するように構成されている。結合装置７０は、直線評価信号５１と回転評価信号６１とに基づいて評価信号７３を供給するように構成されている。

図１に示されている実施例によれば、直線信号経路上で、直線加速度センサのデータ１、例えばｘ加速度は積分器１０において時間積分され、信号１１が、例えば速度低下dvが供給される。ブロック１０において、積分器を窓積分器又は窓積分器を近似するフィルタで置き換えてもよい。値１，１１は、直線運動エネルギーないし仕事率を評価するブロック３０において処理される。直線運動エネルギーE_Linは次のように計算される。

この式から、信号１（今の例ではa_x）と信号１１（今の例ではdv）との間に物理的な関係が成り立っていることが分かる。この関係は、図１に示されているシステムでは、誤用ブロック３１と発火／無発火ブロック３２において考慮される。

車両に対する外部からの影響の直線仕事率は重度の衝突の場合にしか衝突仕事率P_Linの所定の閾値を上回ることがないと仮定すれば、この物理的関係から、a_x-dvグラフにおいて衝突イベントの領域と誤用イベントの領域を一意的に分離する双曲線状の閾値関数a_x(dv,P_Lin)の式が得られる。したがって、フルブレーキングの場合、車両への運動量移動は大きいが、センサ素子にかかる力a_xは小さい。ハンマーブローの場合、センサ素子にかかる力は大きいが、車両への運動量移動は小さい。しかし、車両衝突中にセンサ素子にかかる力a_xが運動量移動dvに比べて不釣り合いに増大する場合、衝突速度が高いか、又は衝突バリアが硬いことが想定され、拘束手段の活動化が必要である。車両衝突における減速度a_xが運動量移動に比べて比較的小さな上昇を示す場合には、衝突速度が低く、バリアが軟らかいことが想定される。この場合、拘束手段の活動化は必要ない。

ブロック３１では、誤用によって生じた信号エネルギー、つまり、大きくて通常は短い信号エネルギーが排除される。直線衝突の場合、誤用は例えばハンマーブロー又は縁石接触であり、センサ信号１に短い縦加速度を生じさせることがありうる。誤用により生じるこのような信号１は、乗員保護手段をトリガすべきではないので、さらに、生じた信号エネルギーの持続性が調べられる。ブロック３２では、直線信号エネルギーの持続性が考慮され、評価される。両ブロック３１，３２は２次元の特性曲線を含んでおり、これら特性曲線が超過されているか否かが調べられる。本発明のいずれかの実施形態において、ブロック３１の特性曲線が続けざまに複数回上回られると、信号パワー３３の状態は「０」から「１」に変化する。本発明のいずれかの実施形態において、ブロック３２の特性曲線が続けざまに複数回上回られると、信号パワー３４の状態は「０」から「１」に変化する。両信号３３，３４はブロック５０において論理ＡＮＤ演算に渡される。このようにして、信号５１は、誤用でなく、かつ信号エネルギーが持続的である、つまり拘束手段を駆動すべき衝突の場合にのみ、論理「１」をとる。

同様に、回転信号経路上で、回転速度センサのデータ２、例えばヨー速度は微分器２０において時間微分され、微分された信号２１が、例えばヨー加速度が供給される。微分器２０は、順次連続する又は時間的にずらされた、信号２の２つの信号値の間の差分演算で置き換えることができる。なお、信号２の信号値はフィルタリングされていても、フィルタリングされていなくてもよい。微分器２０の別の有利な代用は再帰的最小二乗推定器である。信号２及び２１は、回転運動エネルギーないし仕事率を評価するブロック４０において処理される。回転運動エネルギーE_Rotは次のように計算される。

この式から、信号２、今の例ではヨー速度と信号２１、例えばヨー加速度との間に直接的な物理的関係が成り立っていることが分かる。この関係は、図１に示されているシステムでは、誤用ブロック４２と発火／無発火ブロック４１において考慮される。ブロック４２では、誤用によって生じた信号エネルギー、つまり、大きくて通常は短い信号エネルギーが排除される。回転衝突の場合、これは例えば横から泥除けにぶつかるサッカーボール、又はモペッドとの側面衝突でありうる。このような衝突はセンサ信号に短いヨー加速度を生じさせる。このような信号は乗員保護手段をトリガすべきでないので、さらに、生じた信号エネルギーの持続性が調べられる。それゆえ、ブロック４１では、回転信号エネルギーの持続性が考慮され、評価される。両ブロック４１，４２は２次元の特性曲線を含んでおり、これら特性曲線が超過されているか否かが調べられる。本発明のいずれかの実施形態において、ブロック４２の特性曲線が続けざまに複数回上回られると、信号パワー４３の状態は「０」から「１」に変化する。本発明のいずれかの実施形態において、ブロック４１の特性曲線が続けざまに複数回上回られると、信号パワー４４の状態は「０」から「１」に変化する。両信号４３，４４はブロック６０において論理ＡＮＤ演算に渡される。このようにして、信号６１は、誤用でなく、かつ信号エネルギーが持続的である、つまり拘束手段を駆動すべき衝突の場合にのみ、論理「１」をとる。

結合装置７０では、直線経路と回転経路との融合が行われる。回転衝突又は直線衝突のいずれかが生じていれば、トリガ決定が出される。この論理はブロック７０における論理ＯＲ演算による両経路の融合から正当である。システムの出力は拘束手段の駆動を制御する発火フラグ７１である。

図２には、本発明の別の実施例による、車両の衝突を分類するシステムのブロック回路図が示されている。図２では、図１に記載されている構造の代わりに、多次元分類器１００が使用される。多次元分類器１００は、直線信号１、信号１１、回転信号２及び信号２１に基づいて、評価信号７１を生成するように構成されている。直線信号１は直線加速度a_xを、信号１１は速度変化dvを、回転信号２は角速度

を、信号２１は車両の回転角速度

を含んでいてよい。この実施例によれば、分類器１００は４次元分類器として形成されている。多次元分類器１００の有利な実施形態はニューラルネットワークである。別の有利な実施形態はサポートベクターマシンである。サポートベクターマシンに基づいた方法は、少ないマイクロプロセッサリソースで実現可能であることが実証されており、さらに非常に小さな衝突集合で十分である点で優れている。これは特にニューラルネットワークと比べて有利である。

本発明による直線経路と回転経路との融合により、実世界での衝突シナリオは正面から壁又はバリアにぶつかる点質量によってしか記述できないものではないことが正当に評価される。回転運動と直線運動とを組み合わせることによってはじめて、衝突は包括的に記述される。

図３及び４には、回転衝突における信号エネルギーと非回転衝突における信号エネルギーとの比較が示されている。信号の振幅が大きければ大きいほど、信号エネルギー成分は高くなっている。

図３では、ローパスフィルタリングされた、車両の縦加速度が、経時的にグラフ表示されている。時間ｔは横座標に、縦加速度ｇは縦座標にとられている。相異なる特性曲線３０１、３０２は相異なる車両衝突を表している。図３から、回転衝突を表す特性曲線３０１はほとんど縦加速度信号を有していないことが分かる。それゆえ、信号エネルギーは低い。それに対して、非回転衝突を表す特性曲線３０２は強い縦加速度信号を示している。

図４では、ＲＬＳフィルタリングされた、車両のヨー加速度が、経時的にグラフ表示されている。時間ｔは横軸に、縦加速度rad/s²は縦軸にとられている。図４から分かるように、回転衝突の特性曲線３０１は図３に比べて遥かに強いヨー加速度信号を示している。それゆえ、信号エネルギーは高い。それに対して、非回転衝突の特性曲線３０２は小さなヨー加速度信号を示している。図３に示されている信号エネルギーと図４に示されている信号エネルギーとの組合せが、全信号エネルギーを示唆する。したがって、重大な回転衝突、例えばユーロＮＣＡＰ又は斜め衝突、の衝突重度は、図３に示されている直線加速度信号３０１、３０２と図４に示されている回転運動信号３０１、３０２の本発明による組合せによって、より良く検知することができる。

図３及び図４中の実直線は例えば衝突固有の特徴に依存して変化する閾値曲線である。図３の閾値曲線は例えば、標準化された衝突試験の典型的なオフセット衝突において予想される最大の縦加速度を表している。それに対して、図４の閾値曲線は上記オフセット衝突において予想される最小の回転加速度を表している。これら閾値曲線はさらに衝突重度に応じて変化しうる。

本発明のアプローチは、例えばエアバッグ制御装置から又はＤＣＵからのデータを受け取るエアバッグ構想において有益に利用することができる。このようなシステムは、アルゴリズム中に十分に高いサンプリング周波数を有する回転信号を有している。

以上に説明した実施例は単なる例として選ばれたものであり、互いに組み合わすことができる。

Claims (11)

1. 車両の衝突を分類する方法であって、
   前記車両の直線運動に関する情報を含んだ直線信号（１）をインタフェースを介して受信するステップと、
   前記車両の回転運動に関する情報を含んだ回転信号（２）をインタフェースを介して受信するステップと、
   前記直線信号と前記回転信号とに基づいて、衝突に関する情報を含んだ評価信号（７１）を生成するすステップとを有することを特徴とする、車両の衝突を分類する方法。
2. 前記評価信号（７１）を直線評価信号（５１）と回転評価信号（６１）との結合により求める、なおここで、前記直線評価信号は、前記直線信号に基づく、衝突に関する情報を含んでおり、前記回転評価信号は、前記回転信号に基づく、衝突に関する情報を含んでいる、請求項１記載の方法。
3. 前記直線信号（１）に基づいて、拘束手段をトリガすべきトリガ衝突と拘束手段をトリガすべきでない非トリガ衝突とを識別する、ただし、前記直線評価信号（５１）は、トリガ衝突が検知された場合には第１の値を有し、非トリガ衝突が検知された場合には第２の値を有するように構成されている、請求項２記載の方法。
4. 前記直線信号（１）は前記車両の直線加速度に関する情報を含んでおり、トリガ衝突と非トリガ衝突とを識別するために、下記の式が評価される、
   a_x=(P_Lin/m)*(1/dv)
   ここで、
   a_xは前記車両の直線加速度であり、
   P_Linは直線運動仕事率であり、
   mは前記車両の質量であり、
   dvは前記車両の直線加速度変化である、
   請求項３記載の方法。
5. 前記回転信号（２）に基づいて、トリガ衝突と非トリガ衝突とを識別する、ただし、前記回転評価信号（６１）は、トリガ衝突が検知された場合には第１の値を有し、非トリガ衝突が検知された場合には第２の値を有するように構成されている、請求項２から４のいずれか１項記載の方法。
6. 前記回転信号（２）は前記車両の回転速度に関する情報を含んでおり、トリガ衝突と非トリガ衝突とを識別するために、下記の式が評価される、
   

   

   ここで、
   

   

   請求項２から４のいずれか１項記載の方法。
7. 多次元分類器を用いて前記直線信号（１）と前記回転信号（２）とから衝突に関する情報を求める、請求項１から６のいずれか１項記載の方法。
8. 前記直線信号（１）は前記車両の直線運動エネルギーに関する情報を表しており、前記回転信号（２）は前記車両の回転運動エネルギーを表しており、衝突に関する情報は前記直線運動エネルギーと前記回転運動エネルギーとに基づいて求められる、請求項１から７のいずれか１項記載の方法。
9. 前記車両の直線加速度、直線速度、回転加速度及び回転速度に基づいて、衝突に関する情報を求める、請求項１から８のいずれか１項記載の方法。
10. 請求項１から９のいずれか１項記載の方法のすべてのステップを実行することを特徴とする制御装置。
11. 制御装置上で実行した場合に、請求項１から９のいずれか１項記載の方法を実行するプログラムコードが機械可読媒体に記憶されていることを特徴とする、コンピュータプログラム製品。

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