JP2014144653A - 車両衝突判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コスト上昇を招くことなく、車両に生じる高周波振動に含まれるノイズや外乱に影響されずに、乗員保護機能の向上を図る。
【解決手段】ＳＲＳユニット１は、車両１００に生じる高周波振動を検出する音響センサ１１と、低周波振動を検出する加速度センサ１２と、高周波振動を複数の周波数帯域に分割するＢＰＦ１３ａ〜１３ｄと、複数の異なる周波数帯域の高周波振動についてそれぞれ振動エネルギーを算出するエネルギー算出部１４ａ〜１４ｄと、移動速度及び移動量を算出する二次積分値算出部１５及び一次積分値算出部１６と、移動速度及び移動量に基づいて衝突判定閾値を設定するＳ−Ｖマップ判定部１７と、算出された少なくとも１つの振動エネルギーが衝突判定閾値を超えたときに、エアバッグ２の起動が必要な衝突が発生したと判定する比較回路１８及びＯＲ回路１９と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両衝突判定装置に関する。

一般的に、車両衝突時に乗員を保護するためのシステムとして、ＳＲＳ（Supplemental Restraint System）エアバッグシステムが知られている。このＳＲＳエアバッグシステムとは、車両の各部に設置された加速度センサから取得した加速度データを基に、車両衝突の発生を検知してエアバッグ等の乗員保護装置を起動するものである。

具体的には、車両中央部に設置されたＳＲＳユニット（ＳＲＳエアバッグシステムを統括制御するＥＣＵ）内に設置された加速度センサ（フロアセンサ）と、車両前部に設置された複数のフロントクラッシュセンサ（サテライトセンサ）と、を備えるＳＲＳエアバッグシステムが開示されている（特許文献１参照）。
また、近年では、音響センサを用いて衝突時の車体変形に起因して発生する衝撃音を検出し、その検出結果を基に衝突判定を行う技術が開示されている（特許文献２参照）。

特開平１０−２８７２０３号公報 特表２００１−５１９２６８号公報

特許文献１の技術は、加速度センサだけでなく、車両の前部に複数のフロントクラッシュセンサも備える必要があるので、システムコストが上昇してしまう問題がある。

一方、特許文献２の技術において、音響センサにより検出される高周波振動は、車両衝突時に、自車両の損壊音だけでなく、相手車両の損壊音、ノイズ・外乱なども含んでいる。また、音響センサにより検出される高周波振動は、損壊する部分の構造や材質によって変化する。
さらに、車両衝突時に生じる高周波振動は、車両の損壊部分からＳＲＳユニット（音響センサ）に届くまでに減衰する傾向がある。そして、高周波振動が減衰する度合いは、車体構造によって異なる。
特許文献２の技術は、上述のようにノイズや外乱などを含み、安定的ではない音響データを用いるので、高精度に衝突判定を行うことができない問題があった。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、コスト上昇を招くことなく、車両に生じる高周波振動に含まれるノイズや外乱に影響されずに、乗員保護機能の向上を図ることができる車両衝突判定装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用した。
本発明の第一態様に係る車両衝突判定装置は、車両に生じる音響帯域の高周波振動と、前記音響帯域より低い帯域の低周波振動と、を検出する振動検出手段と、前記振動検出手段により検出された高周波振動を複数の周波数帯域に分割する周波数帯域分割手段と、前記周波数帯域分割手段により分割された複数の異なる周波数帯域の高周波振動について、それぞれ振動エネルギーを算出する振動エネルギー算出手段と、前記振動検出手段により検出された低周波振動に基づいて移動速度及び移動量を算出する算出手段と、移動速度及び移動量を２軸とする閾値判定用２次元マップにおいて、衝突判定閾値を、前記算出手段により算出された移動速度及び移動量に基づいて設定する衝突判定閾値設定手段と、前記振動エネルギー算出手段により算出された少なくとも１つの振動エネルギーが、前記衝突判定閾値設定手段により設定された衝突判定閾値を超えたときに、乗員保護装置の起動が必要な衝突が発生したと判定する衝突判定手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明の第二態様に係る車両衝突判定装置は、第一態様において、前記衝突判定閾値設定手段は、前記算出手段により算出された移動速度及び移動量の少なくとも一方が第一所定値より小さい場合に前記衝突判定閾値を高く設定し、前記算出手段により算出された移動速度及び移動量が共に第二所定値より大きい場合に前記衝突判定閾値を低く設定することを特徴とする。

本発明の第三態様に係る車両衝突判定装置は、第一又は第二態様において、前記振動エネルギー算出手段は、前記振動検出手段により検出された高周波振動の絶対値を算出し、前記絶対値を区間積分することによって前記振動エネルギーを算出することを特徴とする。

本発明の第四態様に係る車両衝突判定装置は、第三態様において、前記振動エネルギー算出手段は、前記絶対値のうち所定周波数より低い成分を区間積分することによって前記振動エネルギーを算出することを特徴とする。

本発明によれば、コスト上昇を招くことなく、車両に生じる高周波振動に含まれるノイズや外乱に影響されずに、乗員保護機能の向上を図ることができる。

ＳＲＳエアバッグシステムの全体構成（ａ）及び要部構成を示すブロック図（ｂ）である。 エネルギー算出部の構成（ａ）及び変形例の構成（ｂ）を示すブロック図である。 Ｓ−Ｖ２次元マップにおいて衝突判定閾値の設定について説明する図である。 各周波数帯域のエネルギー量と設定された閾値とを比較する状態を説明する図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図１（ａ）は、本実施形態のＳＲＳエアバッグシステムの全体構成図である。
本実施形態におけるＳＲＳエアバッグシステムは、車両１００の中央部に設置されたＳＲＳユニット１（車両衝突判定装置）と、車両１００の運転席及び助手席にそれぞれ設置されたエアバッグ２（乗員保護装置）と、を備えている。

ＳＲＳユニット１は、内蔵する音響センサ１１（高周波振動検出手段）及び加速度センサ１２（低周波振動検出手段）の出力信号に基づいて、車両１００に前面衝突が発生したか否かの判定（衝突判定）を行い、その衝突判定結果に応じてエアバッグ２の起動制御を行うＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。

エアバッグ２は、ＳＲＳユニット１からの点火信号に応じて展開し、車両１００の前面衝突により乗員が前方に２次衝突することで負う傷害を軽減する乗員保護装置である。
車両１００には、エアバッグ２の他、サイドエアバッグ等の乗員保護装置も設けられているが、図１（ａ）では図示を省略している。

図１（ｂ）は、本実施形態におけるＳＲＳユニット１の要部構成を示すブロック図である。
ＳＲＳユニット１は、音響センサ１１、加速度センサ１２、バンドパスフィルタ１３（周波数帯域分割手段）、エネルギー算出部１４（振動エネルギー算出手段）、二次積分値算出部１５（算出手段）、一次積分値算出部１６（算出手段）、Ｓ−Ｖマップ判定部１７（衝突判定閾値設定手段）、比較回路１８（衝突判定手段）、ＯＲ回路１９（衝突判定手段）と、を備えている。
以下、バンドパスフィルタ１３をＢＰＦ１３という。

音響センサ１１は、ＳＲＳユニット１に内蔵された振動センサであり、車両１００の長さ方向（図中のＸ軸方向）に生じる音響帯域の高周波振動を検出し、その検出結果を音響データＳ（ｔ）としてＢＰＦ１３（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ）にそれぞれ出力する。
具体的に、この音響センサ１１は、周波数帯域１ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの振動（構造音響）を検出する。この音響センサ１１から得られる音響データＳ（ｔ）は、衝突によって車両１００が変形（損壊）する特徴をよく捉えたものである。

加速度センサ１２は、ＳＲＳユニット１に内蔵された振動センサであり、車両１００の長さ方向（図中のＸ軸方向）に生じる、音響センサ１１によって検出される高周波振動より低い帯域の低周波振動を検出し、その検出結果を加速度データＧ（ｔ）として二次積分値算出部１５及び一次積分値算出部１６へ出力する。
具体的に、加速度センサ１２は、周波数帯域０Ｈｚ〜４００Ｈｚの振動を検出する。この加速度センサ１２から得られる加速度データは、衝突によって車両１００に生じるＸ軸方向の減速度をよく捉えたものである。

このように、音響センサ１１及び加速度センサ１２は、共に振動を検出する振動センサに属するものであるが、検出対象振動の周波数帯域が異なる。一般的に、加速度センサ１２は、周波数帯域０Ｈｚ〜４００Ｈｚの低周波振動を検出し、音響センサ１１は、周波数帯域１ｋＨｚ〜２０ｋＨｚ（音響帯域）の高周波振動を検出する。
なお、音響センサ１１及び加速度センサ１２は、図１（ａ）に示すように、ＳＲＳユニット１内にそれぞれ別個に設けられてもよいし、ＳＲＳユニット１内の１つのセンサセルに内蔵されてもよい。

ＢＰＦ１３（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ）は、音響センサ１１から入力された音響データＳ（ｔ）をエネルギー算出部１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ）へ出力する。
具体的には、ＢＰＦ１３ａは、音響センサ１１から入力された音響データＳ（ｔ）のうち、周波数帯域が１〜５ｋＨｚの音響データＳ（ｔ）をエネルギー算出部１４ａへ出力する。ＢＰＦ１３ｂは、音響センサ１１から入力された音響データＳ（ｔ）のうち、周波数帯域が６〜１０ｋＨｚの音響データＳ（ｔ）をエネルギー算出部１４ｂへ出力する。ＢＰＦ１３ｃは、音響センサ１１から入力された音響データＳ（ｔ）のうち、周波数帯域が１１〜１５ｋＨｚの音響データＳ（ｔ）をエネルギー算出部１４ｃへ出力する。ＢＰＦ１３ｄは、音響センサ１１から入力された音響データＳ（ｔ）のうち、周波数帯域が１６〜２０ｋＨｚの音響データＳ（ｔ）をエネルギー算出部１４ｄへ出力する。

車両衝突時には、音響帯域上の複数の（狭い）周波数帯域において、周波数変動が生じる。また、この周波数変動は、損壊部分の構造・材質によって異なり、一意的に決まるものでない。一方、音響センサ１１が検出できる周波数帯域は１〜２０ｋＨｚと広範囲である。このため、音響センサ１１は、車両衝突時には、様々な周波数変動が重畳され、さらにノイズや外乱が含まれた高周波振動を検出して、音響データＳ（ｔ）を出力する。

そこで、ＢＰＦ１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄは、音響センサ１１から出力された音響データＳ（ｔ）を複数の周波数帯域に分割する。これにより、ある周波数帯域には外乱等が含まれても、他の周波数帯域にはその外乱等が含まれず、車両衝突時の特徴である周波数変動が現れる。つまり、１〜２０ｋＨｚの中の複数の周波数帯域のいずれかには、外乱や他の周波数成分が含まれない、車両衝突時に特徴的な周波数変動が現れる。そこで、この周波数変動を検出すれば、高精度の車両衝突判定が可能になる。

エネルギー算出部１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ）は、ＢＰＦ１３（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ）から入力される音響データＳ（ｔ）のエネルギー量Ｅをそれぞれ算出し、算出したエネルギー量Ｅをそれぞれ比較回路１８（１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ）へ出力する。
例えば、エネルギー算出部１４は、図２（ａ）に示すように、絶対値算出部１４ｘ及び区間積分部１４ｙを備えている。絶対値算出部１４ｘは、ＢＰＦ１３から入力される音響データＳ（ｔ）の絶対値｜Ｓ（ｔ）｜を算出し、その算出した絶対値｜Ｓ（ｔ）｜を区間積分部１４ｙへ出力する。区間積分部１４ｙは、絶対値算出部１４ｘから入力される絶対値｜Ｓ（ｔ）｜を区間積分することでエネルギー量Ｅを算出し、その算出したエネルギー量Ｅを比較回路１８へ出力する。

なお、図２（ｂ）に示すように、絶対値算出部１４ｘ及び区間積分部１４ｙに加えてエンベロープ出力部１４ｚを設けても良い。このエンベロープ出力部１４ｚは、絶対値算出部１４ｘから入力される音響データの絶対値｜Ｓ（ｔ）｜のエンベロープ｜Ｓｅ（ｔ）｜を出力する。このようなエンベロープ出力部１４ｚとしては、例えばカットオフ周波数が４００Ｈｚに設定されたローパスフィルタを用いることができる。この場合、区間積分部１４ｙは、エンベロープ出力部１４ｚから入力されるエンベロープ｜Ｓｅ（ｔ）｜を区間積分することでエネルギー量Ｅを算出する。

二次積分値算出部１５は、加速度センサ１２から入力される加速度データＧ（ｔ）を二次積分（区間積分）することで移動量Ｓを算出し、その算出結果をＳ−Ｖマップ判定部１７に出力する。一次積分値算出部１６は、加速度センサ１２から入力される加速度データＧ（ｔ）を一次積分（区間積分）することで速度Ｖを算出し、その算出結果をＳ−Ｖマップ判定部１７に出力する。

図３は、Ｓ−Ｖマップ判定部１７において用いられるＳ−Ｖ２次元マップを示す図である。Ｓ−Ｖ２次元マップは、速度Ｖを縦軸、移動量Ｓを横軸とし、高閾値Ｈ−ｔｈ領域、中閾値Ｍ−ｔｈ領域、低閾値Ｌ−ｔｈ領域に分けられる。なお、図３におけるＳ−Ｖ２次元マップの３つの領域の分け方は一例に過ぎず、これに限定されない。

ここで、高閾値Ｈ−ｔｈ領域は、速度及び移動量の少なくとも一方が所定値より小さい領域にある。その理由は、速度及び移動量の少なくとも一方が所定値より小さい場合は、エアバッグ２を起動させる必要があるほどの衝突が発生したとは考えられず、エアバッグ２を簡単に起動させないために、衝突判定閾値を高閾値Ｈ−ｔｈに設定する必要があるからである。
一方、低閾値Ｌ−ｔｈ領域は、速度及び移動量が共に所定値より大きい領域にある。その理由は、速度及び移動量が共に所定値より大きい場合は、エアバッグ２を起動させる必要があるほどの衝突が発生したと考えられ、エアバッグ２を早く起動させるために、衝突判定閾値を低閾値Ｌ−ｔｈに設定する必要があるからである。なお、中閾値Ｍ−ｔｈ領域は、高閾値Ｈ−ｔｈ領域と低閾値Ｌ−ｔｈ領域の間の領域にある。

そこで、Ｓ−Ｖマップ判定部１７は、上述したＳ−Ｖ２次元マップを用いて、二次積分値算出部１５及び一次積分値算出部１６からそれぞれ出力された速度及び移動量がどの領域にあるかを判定し、その領域に基づいて、衝突判定閾値を高閾値Ｈ−ｔｈ、中閾値Ｍ−ｔｈ、低閾値Ｌ−ｔｈのいずれかに設定する。
Ｓ−Ｖマップ判定部１７は、時間変化と共に速度及び移動量が変化したときは、変化後の速度及び移動量に基づいて衝突判定閾値を再度設定し、設定した衝突判定閾値を比較回路１８（１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ）へそれぞれ出力する。

比較回路１８（１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ）は、エネルギー算出部１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ）から入力されるエネルギー量Ｅと、Ｓ−Ｖマップ判定部１７から出力された閾値ｔｈ（Ｈ−ｔｈ，Ｍ−ｔｈ，Ｌ−ｔｈのいずれか１つ）とを比較する。比較回路１８は、エネルギー量Ｅが閾値ｔｈを超えたときは論理値「１」（真値）をＯＲ回路１９へ出力し、エネルギー量Ｅが閾値ｔｈを超えていないときは論理値「０」（偽値）をＯＲ回路１９へ出力する。

ＯＲ回路１９は、比較回路１８（１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ）から入力される論理値を用いて論理和を演算し、演算結果である論理値（真値又は偽値）を衝突判定結果として出力する。ＯＲ回路１９から出力される論理値「１」はエアバッグ２の起動を必要とする衝突が発生したことを示す衝突判定結果であり、論理値「０」はエアバッグ２の起動を必要とする衝突は発生していないことを示す衝突判定結果である。

図４は、各エネルギー算出部１４から出力される周波数帯域毎のエネルギー量Ｅと衝突判定閾値とを比較する状態を説明する図である。衝突判定閾値は、時間経過と共に、高閾値Ｈ-ｔｈ、中閾値Ｍ-ｔｈ、低閾値Ｌ-ｔｈ、高閾値Ｈ-ｔｈに順次設定されている。
飛び石などによる単なる局所打撃音があった場合、速度及び移動量の少なくとも一方の値は小さいので、Ｓ−Ｖマップ判定部１７は、衝突判定閾値を高閾値Ｈ-ｔｈに設定する。このため、エネルギー量は衝突判定閾値を簡単に超えなくなり、エアバッグ２を起動させる必要がある衝突が発生したとは判定されない。
一方、車両が大きく変形するほどの激しい車両衝突があった場合、速度及び移動量の値は共に大きくなるので、Ｓ−Ｖマップ判定部１７は、衝突判定閾値を低閾値Ｌ-ｔｈに設定する。このため、エネルギー量は衝突判定閾値を超えるようになり、エアバッグ２を起動させる必要がある衝突が発生したと判定される。

以上のように、本実施形態のＳＲＳユニット１は、音響センサ１１により検出された高周波振動を複数の周波数帯域に分割して、各周波数帯域のエネルギー量の少なくとも１つが衝突判定閾値を超えたときに、エアバッグ２の起動に必要な車両衝突が発生したと判定する。
これにより、ＳＲＳユニット１は、車両衝突によって所定の（狭い）周波数帯域に現れる周波数変動を検出することができるので、外乱や他の周波数成分の影響を受けることなく、高精度な車両衝突判定を行うことができる。

さらに、ＳＲＳユニット１は、車両１００の速度及び移動量に応じて衝突判定閾値を高閾値、中閾値、低閾値にそれぞれ設定できる。この結果、ＳＲＳユニット１は、単なる局部打撃音が発生した（車両の減速変化が少ない）場合は、エアバッグ２の起動が不要であると判定でき、車両が大きく変形する程の大きな音が発生した（車両の減速変化が大きい）場合は、エアバッグ２の起動が必要であると判定することができる。

つまり、本実施形態のＳＲＳユニット１は、エアバッグ２の起動を必要とする衝突（車体が大きく変形・損壊等するような高速オフセット衝突）と、エアバッグ２の起動が不要な衝突（単なる局所打撃などの低速オフセット衝突）とを、正確に判定することができる。

本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において変更可能であることは勿論である。
例えば、音響センサ１１により検出された高周波振動の周波数帯域毎の分割の仕方は、上記実施形態に限定されない。つまり、各周波数帯域は、上記実施形態より広い範囲でもよいし、狭い範囲でもよい。
また、周波数帯域の分割数は、上記実施形態の４つに比べて少なくてもよいが、ＥＣＵであるＳＲＳユニット１の処理能力の許す限り多くするのが好ましい。これにより、車両衝突時の特徴が現れる周波数帯域を絞り込むことが可能になり、より高精度な車両衝突判定が可能になる。なお、ＢＰＦ１３は、周波数帯域の範囲、分割数に応じて用意すればよい。

また、音響センサ１１及び加速度センサ１２の検出対象振動の周波数帯域は上述した実施形態に限定されず、車両１００の構造や要求される乗員保護性能に応じて適宜設定すれば良い。つまり、高周波振動の周波数帯域は、前面衝突によって車両１００が変形（損壊）する特徴（構造音響）を捕捉可能であれば良く、低周波振動の周波数帯域は、前面衝突によって車両１００に生じる減速度を捕捉可能であれば良い。

１…ＳＲＳユニット（車両衝突判定装置）、 ２…エアバッグ（乗員保護装置）、 １１…音響センサ（振動検出手段）、 １２…加速度センサ（振動検出手段）、 １３（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ）…ＢＰＦ（周波数帯域分割手段）、 １４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ）…エネルギー算出部（振動エネルギー算出手段）、 １５…二次積分値算出部（算出手段）、 １６…一次積分値算出部（算出手段）、 １７…Ｓ−Ｖマップ判定部（衝突判定閾値設定手段）、 １８（１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ）…比較回路（衝突判定手段）、 １９…ＯＲ回路（衝突判定手段）、 １００…車両

Claims (4)

1. 車両に生じる音響帯域の高周波振動と、前記音響帯域より低い帯域の低周波振動と、を検出する振動検出手段と、
   前記振動検出手段により検出された高周波振動を複数の周波数帯域に分割する周波数帯域分割手段と、
   前記周波数帯域分割手段により分割された複数の異なる周波数帯域の高周波振動について、それぞれ振動エネルギーを算出する振動エネルギー算出手段と、
   前記振動検出手段により検出された低周波振動に基づいて移動速度及び移動量を算出する算出手段と、
   移動速度及び移動量を２軸とする閾値判定用２次元マップにおいて、前記算出手段により算出された移動速度及び移動量に基づいて衝突判定閾値を設定する衝突判定閾値設定手段と、
   前記振動エネルギー算出手段により算出された少なくとも１つの振動エネルギーが、前記衝突判定閾値設定手段により設定された衝突判定閾値を超えたときに、乗員保護装置の起動が必要な衝突が発生したと判定する衝突判定手段と、
   を備えたことを特徴とする車両衝突判定装置。
2. 前記衝突判定閾値設定手段は、前記算出手段により算出された移動速度及び移動量の少なくとも一方が第一所定値より小さい場合に前記衝突判定閾値を高く設定し、前記算出手段により算出された移動速度及び移動量が共に第二所定値より大きい場合に前記衝突判定閾値を低く設定することを特徴とする請求項１に記載の車両衝突判定装置。
3. 前記振動エネルギー算出手段は、前記振動検出手段により検出された高周波振動の絶対値を算出し、前記絶対値を区間積分することによって前記振動エネルギーを算出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両衝突判定装置。
4. 前記振動エネルギー算出手段は、前記絶対値のうち所定周波数より低い成分を区間積分することによって前記振動エネルギーを算出することを特徴とする請求項３に記載の車両衝突判定装置。

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