JP2018119810A - 車両用衝突センサ及びその取付構造 - Google Patents

Abstract

【課題】車両用衝突センサの車体部品からの剥離が発生した場合に、これを良好に検知することができる構成を提供する。【解決手段】車両用衝突センサ４は、車体部品の一面に取付けられることで、車体部品に対する物体の衝突を検知するように、フィルム状に形成されている。この車両用衝突センサ４は、フィルム状に形成された支持体４１と、支持体４１に支持された圧電素子４２と、支持体４１の面内方向にて支持体４１に作用する応力に対応した電気出力を発生するように支持体４１に支持された歪ゲージ素子４３ａと、を備えている。【選択図】図３

Description

本発明は、車両用衝突センサ及びその取付構造に関する。

特許文献１に記載の車両用衝突検出装置は、圧電センサを備えている。圧電センサは、フロントバンパーの内面に設けられている。圧電センサは、面状に連続的に広がる圧電フィルムを有している。

特開２００５−１４７９８３号公報

特許文献１に記載の車両用衝突検出装置において、圧電センサのフロントバンパー内面からの剥離が発生する場合があり得る。この場合、フロントバンパーの変形が、圧電センサに良好には伝達しない可能性がある。したがって、この場合、フロントバンパーに対する物体の衝突検出の感度が低下する等の問題が発生し得る。

本発明は、上記に例示した事情等に鑑みてなされたものであり、車両用衝突センサの車体部品からの剥離が発生した場合に、これを良好に検知することができる構成を提供する。

請求項１に記載の車両用衝突センサ（４）は、車体部品（２２）の一面（２２ｂ）に取付けられることで、前記車体部品に対する物体の衝突を検知するように、フィルム状に形成されている。

この車両用衝突センサは、
フィルム状に形成された、支持体（４１）と、
前記支持体に支持された、圧電素子（４２）と、
前記支持体の面内方向にて前記支持体に作用する応力に対応した電気出力を発生するように、前記支持体に支持された、歪ゲージ素子（４３ａ）と、
を備えている。

上記構成においては、前記車両用衝突センサが前記車体部品の前記一面に良好に取付けられている状態と、前記車両用衝突センサの前記一面からの剥離が発生している状態との間で、前記面内方向にて前記支持体に作用する応力が変化する。故に、上記構成によれば、前記応力の変化に伴う、前記歪ゲージ素子における前記電気出力の変化に基づいて、前記車体部品の前記一面からの前記車両用衝突センサの剥離が良好に検知され得る。

なお、上記及び特許請求の範囲欄における各手段に付された括弧付きの参照符号は、同手段と後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。

実施形態の車両用衝突センサが搭載された車両の外観を部分的に示す斜視図である。 図１に示されたフロントバンパーカバーにおける車両用衝突センサを取付けた部分を拡大して示す斜視図である。 図２に示された車両用衝突センサの分解斜視図である。 図３に示されたブリッジ回路の回路構成図である。 一変形例の車両用衝突センサの分解斜視図である。 図５に示された車両用衝突センサの回路構成図である。 車両用衝突センサの取付構造の一例を示す拡大断面図である。 他の変形例の車両用衝突センサの平面図である。

以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。なお、実施形態に対して適用可能な各種の変更については、変形例として、一連の実施形態の説明の後に、まとめて説明する。

（車両の概略構成）
図１を参照すると、車両１は、車体２と、歩行者保護システム３とを備えている。歩行者保護システム３は、車体２の内部に設けられていて、車体２に歩行者が衝突した場合にこの歩行者を保護するように構成されている。歩行者保護システム３は、車両用衝突センサ４と、歩行者保護ＥＣＵ５と、歩行者保護機構部６とを備えている。

車両用衝突センサ４は、車体２を構成する車体部品に取付けられることで、この車体部品に対する物体の衝突を検知するように構成されている。歩行者保護ＥＣＵ５は、車両用衝突センサ４及び歩行者保護機構部６に電気接続されていて、車両用衝突センサ４からの信号に基づいて歩行者保護機構部６を動作させるように設けられている。歩行者保護機構部６は、いわゆる歩行者エアバッグ装置等を備えていて、車体２に衝突した歩行者の保護動作を行うように構成されている。

車体２は、車体部品としての、ボディパネル２１とフロントバンパーカバー２２とを備えている。ボディパネル２１は、ボンネット、ルーフパネル、ドアパネル、等を含む。フロントバンパーカバー２２は、車体２の前端部に装着されている。フロントバンパーカバー２２における外側表面２２ａには、車体２の意匠面を構成するように、塗装等の処理が施されている。

本実施形態においては、車両用衝突センサ４は、フロントバンパーカバー２２に取付けられている。具体的には、車両用衝突センサ４は、フロントバンパーカバー２２の車幅方向における両コーナー部分に、それぞれ配置されている。

また、本実施形態においては、図２に示されているように、車両用衝突センサ４は、フロントバンパーカバー２２における内側表面２２ｂに、不図示の接着層（例えば両面テープ等）を用いて貼付されている。車両用衝突センサ４は、長手方向ＬＤを有する略長方形状に形成されていて、長手方向ＬＤと直交する幅方向ＷＤが車高方向と平行となるように設けられている。また、車両用衝突センサ４は、長手方向ＬＤに沿って予張力が付与された状態で、内側表面２２ｂに固定されている。

（車両用衝突センサの構成）
図３及び図４を用いて、本実施形態に係る車両用衝突センサ４の構成の詳細について説明する。図３において、長手方向ＬＤ及び幅方向ＷＤと直交する方向を、膜厚方向ＴＤと称する。また、膜厚方向ＴＤと直交する任意の方向を「面内方向」と称する。さらに、車両用衝突センサ４又はその一部分を膜厚方向ＴＤに沿って見ることを「平面視」と称する。

図３を参照すると、支持体４１は、絶縁性合成樹脂製のフィルムを積層することによって形成されている。具体的には、支持体４１は、底層４１ａと、表層４１ｂと、中間層４１ｃとを有している。底層４１ａ、表層４１ｂ、及び中間層４１ｃは、膜厚方向ＴＤと平行なフィルム厚方向を有している。

底層４１ａと、中間層４１ｃと、表層４１ｂとは、この順に膜厚方向ＴＤに沿って配列している。底層４１ａにおける外側面は、中間層４１ｃに対向する面とは反対側の面であって、フロントバンパーカバー２２における内側表面２２ｂに対する接着が良好となるような表面性状を有している。底層４１ａにおける内側面は、中間層４１ｃに対向する面であって、圧電素子４２の周囲の位置にて中間層４１ｃに接合されている。

圧電素子４２は、底層４１ａと中間層４１ｃとの間に設けられている。圧電素子４２は、圧電フィルム４２ａと、信号電極層４２ｂと、接地電極層４２ｃと、信号電極引出線４２ｄと、接地電極引出線４２ｅとを有している。

圧電フィルム４２ａは、ポリフッ化ビニリデン等の高分子圧電材料からなる薄膜であって、面内方向の応力に応じて膜厚方向ＴＤに電圧を発生するように構成されている。圧電フィルム４２ａは、平面視にて、長手方向ＬＤに延びる長方形状に形成されている。圧電フィルム４２ａは、延伸処理及び／又は分極処理により、面内方向のうち長手方向ＬＤと平行な方向にて、応力に対する電圧の感度が最も高くなるようになっている。

信号電極層４２ｂは、圧電フィルム４２ａの膜厚方向ＴＤにおける一方側（即ち図３における下側）に設けられている。接地電極層４２ｃは、圧電フィルム４２ａの膜厚方向ＴＤにおける他方側（即ち図３における上側）に設けられている。即ち、圧電フィルム４２ａは、信号電極層４２ｂと接地電極層４２ｃとの間に配置されている。

信号電極層４２ｂ及び接地電極層４２ｃは、導体金属薄膜であって、圧電フィルム４２ａに接合されている。信号電極層４２ｂ及び接地電極層４２ｃは、平面視にて、圧電フィルム４２ａよりも若干小さな長方形状に形成されている。信号電極層４２ｂと圧電フィルム４２ａと接地電極層４２ｃとをこの順に膜厚方向ＴＤに接合したものを、以下、「圧電接合体」と称することがある。

信号電極引出線４２ｄは、信号電極層４２ｂから、圧電接合体の外部に向かって長手方向ＬＤに延びるように設けられている。接地電極引出線４２ｅは、接地電極層４２ｃから、圧電接合体の外部に向かって長手方向ＬＤに延びるように設けられている。接地電極引出線４２ｅは、車両用衝突センサ４の使用可能状態において、接地されるようになっている。

即ち、圧電素子４２は、圧電フィルム４２ａにおける面内方向の応力に応じて、信号電極引出線４２ｄと接地電極引出線４２ｅとの間に電圧が発生するように構成されている。なお、上記のような、フィルム状の圧電素子４２は、本願の出願時点において、既に周知である。故に、圧電素子４２の構成についての、これ以上の詳細については、説明を省略する。

中間層４１ｃと表層４１ｂとの間には、ブリッジ回路４３が設けられている。中間層４１ｃと表層４１ｂとは、ブリッジ回路４３を構成する配線部が存在せず互いが直接対向する位置にて、互いに接合されている。ブリッジ回路４３は、歪ゲージ素子４３ａと、一対の入力線４３ｂと、出力線４３ｃと、接地線４３ｄとを有している。

歪ゲージ素子４３ａは、面内方向にて支持体４１に作用する応力に対応した電気出力を発生するように構成されている。具体的には、歪ゲージ素子４３ａは、導体金属薄膜からなる平面視にて矩形波状の配線パターンであって、両端の間の抵抗値が応力状態によって変化するように形成されている。

本実施形態においては、四個の歪ゲージ素子４３ａが、平面視にて四角形を構成するように（即ち平面視における四角形の頂点に対応する位置に）配置されている。また、図４に示されているように、四個の歪ゲージ素子４３ａは、ホイートストンブリッジ回路を構成するように、相互に電気接続されている。

以下、図３及び図４を参照すると、ブリッジ回路４３は、二個の歪ゲージ素子４３ａからなる直列接続体を、一対有している。この一対の直列接続体は、一対の入力線４３ｂの間にて、並列に設けられている。一対の直列接続体のうちの一方における中間点は、出力線４３ｃに電気接続されている。一対の直列接続体のうちの他方における中間点は、接地線４３ｄに電気接続されている。接地線４３ｄは、車両用衝突センサ４の使用可能状態において、接地されるようになっている。

即ち、ブリッジ回路４３は、図４に示されているように、一対の入力線４３ｂの間に入力電圧Ｖinが印加されることで、応力状態に応じた出力電圧Ｖoutを出力線４３ｃと接地線４３ｄとの間に発生するように構成されている。

上記のように、車両用衝突センサ４は、フィルム状に形成された支持体４１の内部に圧電素子４２及びブリッジ回路４３を支持した、フィルム状のセンサ素子として形成されている。本実施形態においては、支持体４１における中間層４１ｃは、圧電素子４２とブリッジ回路４３との間に介在するように配置されている。即ち、圧電素子４２とブリッジ回路４３とは、膜厚方向ＴＤについて異なる層に設けられている。

また、本実施形態においては、圧電素子４２における上記の圧電接合体は、平面視にて、四個の歪ゲージ素子４３ａからなる四角形の内側に配置されている。即ち、四個の歪ゲージ素子４３ａは、それぞれ、支持体４１における、上記の圧電接合体を囲む長方形状部分の角部に対応する位置に支持されている。

一方、支持体４１における、上記の長方形状部分から長手方向ＬＤに沿って延出する帯状部分には、信号電極引出線４２ｄと、接地電極引出線４２ｅと、一対の入力線４３ｂと、出力線４３ｃと、接地線４３ｄとが支持されている。この帯状部分は、上記の長方形状部分よりも、幅（即ち幅方向ＷＤにおける寸法）が小さく形成されている。

（効果）
以下、上記構成による効果について説明する。

車両用衝突センサ４の一部又は全部が、フロントバンパーカバー２２における内側表面２２ｂから剥離する場合があり得る。この場合、フロントバンパーカバー２２の変形が、車両用衝突センサ４に良好には伝達しない可能性がある。したがって、この場合、フロントバンパーカバー２２に対する物体の衝突検出の感度が低下する等の問題が発生し得る。

この点、上記構成においては、車両用衝突センサ４がフロントバンパーカバー２２における内側表面２２ｂに良好に取付けられている状態（即ち内側表面２２ｂからの剥離が発生していない状態）と、車両用衝突センサ４の内側表面２２ｂからの剥離が発生している状態との間で、面内方向にて支持体４１に作用する応力が変化する。かかる応力変化に伴い、歪ゲージ素子４３ａにおける抵抗値が変化し、ブリッジ回路４３における出力電圧Ｖoutも変化する。

故に、上記構成によれば、ブリッジ回路４３における出力電圧Ｖoutの変化に基づいて、車両用衝突センサ４の剥離が良好に検知され得る。したがって、車両用衝突センサ４の剥離が検知された場合、歩行者保護ＥＣＵ５により、車両１の使用者に修理を促すことができる。

上記構成においては、車両用衝突センサ４の剥離を検知するためのブリッジ回路４３には、四個の歪ゲージ素子４３ａが、ホイートストンブリッジ回路を構成するように設けられている。かかる構成によれば、温度変化に伴う各歪ゲージ素子４３ａの抵抗値変化が、良好に補償され得る。

ところで、車両用衝突センサ４の剥離は、通常、車両用衝突センサ４の端部にて発生しやすい。この点、上記構成においては、歪ゲージ素子４３ａは、車両用衝突センサ４の端部に設けられている。具体的には、四個の歪ゲージ素子４３ａは、それぞれ、支持体４１における、圧電接合体を囲む長方形状部分の角部に対応する位置に設けられている。したがって、かかる構成によれば、車両用衝突センサ４の剥離発生が、良好な感度で検知され得る。

（変形例）
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、上記実施形態に対しては適宜変更が可能である。以下、代表的な変形例について説明する。以下の変形例の説明においては、上記実施形態と異なる部分についてのみ説明する。また、上記実施形態と変形例とにおいて、互いに同一又は均等である部分には、同一符号が付されている。したがって、以下の変形例の説明において、上記実施形態と同一の符号を有する構成要素に関しては、技術的矛盾又は特段の追加説明なき限り、上記実施形態における説明が適宜援用され得る。

フロントバンパーカバー２２における車両用衝突センサ４の取付箇所、取付個数、及び取付姿勢には、特段の限定はない。即ち、例えば、車両用衝突センサ４は、フロントバンパーカバー２２の車幅方向における、両コーナー部分に代えて、あるいはこれらとともに、中央部に取付けられ得る。また、例えば、車両用衝突センサ４は、長手方向ＬＤが車高方向と平行となるように設けられ得る。

また、車両用衝突センサ４の取付対象となる車体部品は、フロントバンパーカバー２２に限定されない。即ち、例えば、車両用衝突センサ４は、フロントバンパーカバー２２に代えて、あるいはこれとともに、ボディパネル２１に取付けられ得る。また、車両用衝突センサ４は、リアバンパーカバーにも取付けられ得る。

車体部品に対する車両用衝突センサ４の取付に用いられる接着層は、接着剤であってもよいし、両面テープであってもよい。支持体４１における底層４１ａと中間層４１ｃとの接合は、接着層を介して行われてもよいし、接着層を介さない熱溶着等による直接接合であってもよい。中間層４１ｃと表層４１ｂとの接合も同様である。

上記実施形態においては、圧電素子４２とブリッジ回路４３とが膜厚方向ＴＤについて異なる層に設けられ、且つ、圧電素子４２における上記の圧電接合体と歪ゲージ素子４３ａとが平面視にて互いに重ならない位置に配置されていた。しかしながら、本発明は、かかる構成に限定されない。

例えば、圧電素子４２とブリッジ回路４３とが膜厚方向ＴＤについて異なる層に設けられている場合、両者の間の絶縁性は、支持体４１における中間層によって良好に確保されている。故に、圧電素子４２と歪ゲージ素子４３ａとは、平面視にて、互いに重なる位置に設けられていてもよい。例えば、歪ゲージ素子４３ａは、圧電素子４２における上記の圧電接合体の角部に対応する位置に設けられ得る。これにより、車両用衝突センサ４の平面視におけるサイズが、良好に小型化され得る。

圧電素子４２とブリッジ回路４３とは、膜厚方向ＴＤについて同じ層に設けられていてもよい。この場合、図５及び図６に示されているように、接地電極層４２ｃは、接地電極引出線４２ｅを介して、ブリッジ回路４３における接地線４３ｄに電気接続される。なお、図６において、Ｖsigは、車体２に対する物体の衝突検知に用いられる、圧電素子４２の出力電圧を示す。かかる構成によれば、図３と図５との対比から明らかなように、支持体４１を構成する合成樹脂フィルムの枚数が削減され得る。

図７に示されているように、車両用衝突センサ４の取付構造は、突起部２２１を備えていてもよい。突起部２２１は、車両用衝突センサ４が取付けられた場合に、歪ゲージ素子４３ａに対応する位置にて、歪ゲージ素子４３ａに向かって突出するように設けられている。なお、車両用衝突センサ４の「取付構造」は、上記実施形態においては、車両用衝突センサ４が取付けられる車体部品としてのフロントバンパーカバー２２の構造、あるいは、このフロントバンパーカバー２２に車両用衝突センサ４を取付けた状態の構造を指す。

かかる構成によれば、車両用衝突センサ４がフロントバンパーカバー２２における内側表面２２ｂに良好に密着している場合、歪ゲージ素子４３ａは、突起部２２１によって屈曲された状態となっている。これにより、歪ゲージ素子４３ａへの予張力の付与が、良好に行われ得る。したがって、かかる構成によれば、車両用衝突センサ４の剥離発生が、良好な感度で検知され得る。

図８は、車両用衝突センサ４の平面視における構成の一変形例を示す。なお、図８に示された変形例の車両用衝突センサ４における、内部構成は、図３及び図４に示された上記実施形態、又は図５及び図６に示された変形例と同様である。

図８を参照すると、本変形例における支持体４１は、固定部４４１と、メイン支持部４４２と、ゲージ支持部４４３とを備えている。固定部４４１と、ゲージ支持部４４３と、メイン支持部４４２とは、長手方向ＬＤに配列している。

固定部４４１は、フロントバンパーカバー２２における内側表面２２ｂ（図２参照）に接着層ＡＤを介して固定される部位であって、幅方向ＷＤに沿って延びる帯状に形成されている。本変形例においては、車両用衝突センサ４の長手方向ＬＤにおける両端部に、それぞれ、固定部４４１が設けられている。即ち、一対の固定部４４１は、長手方向ＬＤに配列されている。

メイン支持部４４２は、圧電素子４２を支持する部位であって、一対の固定部４４１の間に設けられている。なお、本変形例においては、メイン支持部４４２の長手方向ＬＤにおける両端部も、フロントバンパーカバー２２における内側表面２２ｂ（図２参照）に、接着層ＡＤを介して固定されている。

ゲージ支持部４４３は、歪ゲージ素子４３ａを支持する部位であって、固定部４４１とメイン支持部４４２との間に設けられている。即ち、ゲージ支持部４４３は、一対の固定部４４１の一方とメイン支持部４４２との間に設けられている。また、ゲージ支持部４４３は、一対の固定部４４１の他方とメイン支持部４４２との間にも設けられている。

本変形例においては、支持体４１は、幅方向ＷＤにおけるゲージ支持部４４３の幅が、幅方向ＷＤにおけるメイン支持部４４２及び固定部４４１の幅よりも小さくなるように形成されている。具体的には、幅方向ＷＤに配列された一対のゲージ支持部４４３の間には、貫通孔からなる開口部４４４が形成されている。また、ゲージ支持部４４３の幅方向ＷＤにおける外側には、切欠部４４５が形成されている。

かかる構成においては、開口部４４４及び切欠部４４５がない場合と比較して、ゲージ支持部４４３における予張力を簡易に高めることが可能となる。したがって、かかる構成によれば、車両用衝突センサ４の剥離発生が、良好な感度で検知され得る。

車両用衝突センサ４に設けられる歪ゲージ素子４３ａの数は、四個に限定されない。即ち、例えば、二個の歪ゲージ素子４３ａが、ハーフブリッジを構成するように設けられていてもよい。また、歪ゲージ素子４３ａは、ピエゾ抵抗効果を利用した半導体歪ゲージであってもよい。

変形例も、上記の例示に限定されない。また、複数の変形例が、互いに組み合わされ得る。更に、上記実施形態の全部又は一部と、変形例の全部又は一部とが、互いに組み合わされ得る。

２２ フロントバンパーカバー
２２１ 突起部
４ 車両用衝突センサ
４１ 支持体
４２ 圧電素子
４２ａ 圧電フィルム
４２ｂ 信号電極層
４２ｃ 接地電極層
４３ ブリッジ回路
４３ａ 歪ゲージ素子

Claims (6)

1. 車体部品（２２）の一面（２２ｂ）に取付けられることで前記車体部品に対する物体の衝突を検知するように、フィルム状に形成された、車両用衝突センサ（４）であって、
   フィルム状に形成された、支持体（４１）と、
   前記支持体に支持された、圧電素子（４２）と、
   前記支持体の面内方向にて前記支持体に作用する応力に対応した電気出力を発生するように、前記支持体に支持された、歪ゲージ素子（４３ａ）と、
   を備えた、車両用衝突センサ。
2. 複数の前記歪ゲージ素子が、ブリッジ回路（４３）を構成するように、相互に電気接続された、
   請求項１に記載の車両用衝突センサ。
3. 四個の前記歪ゲージ素子が、四角形を構成するように配置され、
   前記圧電素子は、前記四角形の内側に配置された、
   請求項２に記載の車両用衝突センサ。
4. 前記圧電素子は、
   高分子圧電材料によって形成された、圧電フィルム（４２ａ）と、
   前記圧電フィルムの膜厚方向における一方側に設けられた、信号電極層（４２ｂ）と、
   前記圧電フィルムの前記膜厚方向における他方側に設けられた、接地電極層（４２ｃ）と、
   を有し、
   前記接地電極層は、前記ブリッジ回路に電気接続された、
   請求項２又は３に記載の車両用衝突センサ。
5. 前記支持体は、
   前記車体部品の前記一面に固定される部位であって、前記面内方向に配列された、一対の固定部（４４１）と、
   前記圧電素子を支持する部位であって、前記一対の前記固定部の間に設けられた、メイン支持部（４４２）と、
   前記歪ゲージ素子を支持する部位であって、前記固定部と前記メイン支持部との間に設けられた、ゲージ支持部（４４３）と、
   を有し、
   前記固定部と前記ゲージ支持部と前記メイン支持部とが配列する配列方向と直交し且つ前記支持体のフィルム厚方向と直交する方向を幅方向とした場合に、前記幅方向における前記ゲージ支持部の幅が、前記幅方向における前記メイン支持部及び前記固定部の幅よりも小さくなるように形成された、
   請求項１〜４のいずれか１つに記載の車両用衝突センサ。
6. 請求項１〜５のいずれか１つに記載の車両用衝突センサを、前記車体部品に取付けるための取付構造であって、
   前記歪ゲージ素子に対応する位置にて、前記歪ゲージ素子に向かって突出するように設けられた、突起部（２２１）を備えた、
   車両用衝突センサの取付構造。

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