JP4154427B2 - 衝突識別方法および衝突識別装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車の乗客保護手段のための、衝突、とりわけ側面衝突の識別方法および識別装置に関する。

サイドエアバッグトリガのための従来のアルゴリズムでは、加速度センサまたは圧力センサの出力信号(a)の比較的高い周波数成分が僅かな範囲でだけ使用される。用語「ジャーク」または「Δａ」は通常、２つの順次連続するサンプリング値の個々の差の積分を考慮する。この計算は、比較的に高い周波数が無視できない振幅を有しているか否かについての拠り所を提供するが、実際に発生する周波数またはその分布についての情報を得ることはできない。とりわけこのような基準は振幅に大きく依存する。

本発明の課題は、自動車の乗員保護手段に対する、衝突、とりわけ側面衝突の改善された識別方法および識別装置を提供することである。

この課題は独立請求項によって解決される。個別に使用することも、相互に組み合わせても使用することもできる有利な改善形態は従属請求項に記載されている。

自動車の乗員保護手段に対する、衝突、とりわけ側面衝突を識別するための本発明の方法は、加速度センサまたは圧力センサの出力信号(a)の信号区間をこの中に含まれている周波数に関して連続的に分析することを特徴とする。

ここで本発明は、次の物理的考察からとりわけ側面衝突過程を導き出す。種々のトリガ不要状況、すなわち、車両の縁石への側方衝突、車両へのハンマー衝撃、ドアの閉鎖衝撃などのいわゆる「誤用」が一部では、トリガしなければならない状況（トリガ必要状況）の振幅に似た振幅の出力信号(a)を形成する。しかしこれとは異なり、出力信号は通常、１つまたは２つの典型的な周波数を含む。この周波数は車両の構造によって決められるものであり、シャーシの振動、車両での振動、センサの取り付け個所の共振等によるものである。これに対してサイドエアバッグに対するトリガ必要状況は侵入、すなわち対象物の車両への侵入、およびそれによる側面構造の変形を特徴とする。この変形により、加速度センサまたは圧力センサの出力信号(a)には多数の周波数の広いスペクトルが発生する。これは車両構造の変形または破壊によるものである。加速度センサまたは圧力センサの出力信号(a)中の周波数分布が本発明によれば、トリガ必要状況に対する識別指標として使用される。

このために本発明では、信号区間に含まれる周波数スペクトルがまず適切な周波数バンドないし周波数領域に分割される。引き続き、各周波数バンドに対して存在する信号エネルギーが検出される。その後、部分的信号エネルギーと注目する信号区間の全体エネルギーとの比が形成される。最後にこのようにして得られた、種々の周波数バンドの相対的アクティベーション（比）が所定の閾値（SW）と比較される。

それぞれの周波数バンドの信号エネルギーは、例えばウォルシュ変換によって求めることができる。このウォルシュ変換はアダマール変換とも称される。ここでは出力信号の信号区間の個別値が、異なる交互の符号シーケンス＋１と−１により各周波数バンドのそれぞれの周波数で順次乗算され、結果が累積加算される。ウォルシュ変換を使用することにより、有利には計算コストが従来の周波数分析に対して格段に低減される。もちろん他の有利な変換を使用することもできる。

評価における高速の変動を回避するために本発明の改善形態では、種々の周波数バンドの相対的アクティベーションを、所定の閾値（SW）との比較前に平滑化する。

本発明では、閾値（SW）を越える回数が、少数の周波数だけが含まれているか否か、または注目する信号区間が多数の周波数の広いスペクトルを同時に含んでいるか否かについての尺度数となる。

有利には尺度数は、固定のまたは可変の係数との引き算により、例えば−３から＋４の正または負の値を取ることができる。

択一的にまたは付加的に尺度数を重み付けすることができる。これは尺度数を有利には任意に調整可能なスケーリング係数と乗算することにより行う。

本発明によれば、尺度数はトリガ閾値に取り込まれ、このトリガ閾値が乗客保護手段に対するトリガ基準と比較される。ここでは、トリガ閾値を上回る際に初めて乗客保護手段のイネーブルが行われる。とりわけ尺度数が、エアバッグに対するトリガ閾値をより鋭敏に（尺度数が高い場合）、またはより鈍感に（尺度数が低い場合）するために使用される。

本発明はまた、自動車の乗員保護システムに対する、とりわけ側面衝突を識別する装置に関するものである。この装置は、加速度センサまたは圧力センサの出力信号(a)を、その中に含まれる周波数について前記方法に従い連続的に分析する手段を少なくとも１つ備えている。

とりわけ信号区間を作成する装置を使用するならば、固定長のバッファを設け、このバッファに分析すべき出力信号(a)を中間記憶し、現時点での分析がもっとも新しい出力信号(a)の信号区間または他の適切な値を、過去の所定の時間まで常に処理するようにする。

有利には各新たな値を固定長のバッファ、とりわけリングバッファに記憶し、このとき出力信号(a)のそれぞれもっとも古い値をもっとも新しい値により置換する。分析は有利にはバッファに記憶されている信号区間すべてを使用する。

最後に、加速度センサないし圧力センサは自動車の潜在的変形領域に、または潜在的変形領域に隣接して配置するのが有利であり、各座席列の高さにペアで配置する。

本発明は、加速度センサまたは圧力センサの出力信号(a)を、所定の対象領域ないし信号区間内の周波数について分析する。本発明は、とりわけ側面衝突発生の場合での改善された方法を提供するものであり、トリガ不要状況とトリガ必要状況との区別を行う。この区別は、出力信号(a)の周波数スペクトルをできるだけ広範囲に評価することにより行われる。

本発明の利点は、信号振幅の変化に対する頑強性にある。また本発明は、共振周波数についての予備知識を必要とせず、相応の情報メモリも必要としない。さらに出力信号(a)の周波数がブロックまたはフェードアウトされないことも利点である。

本発明のさらなる利点および改善形態を実施例と図面に基づき詳細に説明する。
図１は、自動車の乗客保護システムの典型的構造を示す概略図である。
図２は、ウォルシュ変換の典型的シーケンスを示す線図である。
図３は、トリガ必要状況の場合の周波数分析の第１例を示す線図である。
図４は、トリガ必要状況の場合の周波数分析の第２例を示す線図である。
図５は、トリガ不要状況の場合の周波数分析の第１例を示す線図である。
図６は、トリガ不要状況の場合の周波数分析の第２例を示す線図である。

図１は、自動車１の乗客保護システムの典型的構造を示す。自動車１の中央個所には制御装置２が配置されている。この制御装置は、例えば少なくとも１つのマイクロコントローラの形態の評価ユニット３を含む。制御装置２には、またはこれに隣接して、センサフィールド５が配置されており、このセンサフィールドにはｘ方向の感度軸に沿った加速度ｇｘ、ないしはｙ方向の感度軸に沿った加速度ｇｙを測定するためのセンサ(図示せず)が配置されている。センサの感度軸は次のような平面上にある。すなわち制御装置２を自動車１に取り付けた後、車両長手軸Ａ−Ａ’と車両横軸Ｂ−Ｂ’により設定される平面に実質的に平行な平面上にある。例えば側面衝突を識別するための別のセンサ６が横方向加速度、例えば右の加速度ｇｒないしは左の加速度ｇｌを測定するために、自動車の横の非中央個所に配置される。有利には事故の際の潜在的変形領域内に、またはこれに隣接して配置され、これは例えば運転者および同乗者のドアロッカパネル、Ｂ柱またはＣ柱の基点、またはホイールハウス等である。有利にはセンサはペアで配置される。すなわち車両のそれぞれ左と右に、各座席列に隣接して配置される。側方に組み込まれるセンサとして典型的には現在、加速度センサがますます使用される傾向にあるが、圧力センサも使用することができる。センサのそれぞれの出力信号(a)はマイクロコントローラ３により問い合わされる。マイクロコントローラ３は引き続きクラッシュ弁別アルゴリズムを実行し、実際の衝突、すなわちトリガ必要状況と通常のダイナミックな車両特性、典型的にはトリガ不要状況とを区別する。マイクロコントローラ３は診断システムによってシステムの連続的および／または周期的診断を実行し、これによりこれが正常に動作しているか否か、および事故の場合に使用可能であるか否かを検査する。中央センサフィールド５に配置されたセンサも側方に配置されたセンサ６と同様に非常に信頼性の高いものでなければならない。マイクロコントローラ３に間違った信号(a)を送信しないようにするためである。間違った信号を送信すると、このことは乗員保護手段の不所望な起動を引き起こすことがある。従って障害はすべて運転者に、例えばエアバッグ警報ランプによって計器パネル上で通知される（図示せず）。エアバッグを衝突の際に展開すべき場合、マイクロコントローラ３は点火電流スイッチ４を起動し、これにより運転者フロントエアバッグ７，同乗者フロントエアバッグ８，サイドエアバッグ９，およびシートベルトテンショナ１０に対する点火器の点火回路を電流が流れるようになり、これによりシートベルトテンショナが起動され、ガス発生反応が膨張モジュール内でトリガされる。

本発明を以下、自動車の側方に配置された加速度センサ６の出力信号(a)の周波数分析を例にして説明する。前記出力信号(a)は有利にはまずバッファ１１に中間記憶される。バッファ１１として例えばリングバッファが使用される。リングバッファは、２つ（またはそれ以上）のプロセスをデータと共に交換することのできるメカニズムである。リングバッファは任意に設定可能な固定の大きさを有し、一般的には相応の大きさのベクトル（アレイ）により形成される。処理中に、書き込み器はデータをバッファにこれがいっぱいになるまで書き込む。読み出し器はデータがバッファに存在する場合にこれを読み出す。書き込み器と読み出し器はそれぞれ同じ桁でバッファにアクセスする。バッファが最後に達すると、書き込み過程と読み出し過程も再びバッファの始めから開始される。

バッファ１１の本発明による有利な使用では、信号(a)の１つの区間がまずバッファにより作成される。バッファ１１により分析すべき出力信号(a)のサンプリング値が次のように中間記憶される。すなわち、現在の時点で常に出力信号(a)の１つの信号区間が、もっとも新しい値、または他の適切な値から過去における所定の時間まで、そこに含まれる周波数について分析されるように中間記憶される。

分析自体はまず、信号区間に含まれる周波数スペクトルを適切な数の周波数バンドないし周波数領域に分割することにより開始される。各信号区間が例えば１６の加速度値を有する（例えば８ｍｓに相当する）ならば、最大で１６のバンドが計算可能である。しかしこれらのバンドすべてに興味があるわけではなく、出力信号(a)を前もって４次のバンドパスフィルタでろ波する。これにより周波数が６００Hzまたは８００Hz以上である典型的な場合、信号(a)は強く減衰されて存在する。従って変動する信号領域にこの種の分析を施しても目的は達成されない。

引き続き各信号バンドに対して存在する信号エネルギーが検出される。ここでエネルギーとは、全体信号中に所定の周波数成分が占めるエネルギーと理解すべきである。それぞれの周波数バンドの信号エネルギーは有利にはいわゆるウォッシュ変換によって求められる。ここでは出力信号の信号区間の個別値が順次連続して、交互に異なる＋１と−１のシーケンスと各周波数バンドのそれぞれの周波数で乗算され、結果が後で累積加算される。

図２は、ウォッシュ変換の典型的なシーケンスを示す。ウォッシュ変換はフーリエ変換と同様に構成されており、三角関数の役目がウォッシュ関数により引き継がれる。ウォッシュ関数は非常に簡単な、いわゆる階段関数であり、部分毎に一定の関数である。この関数は＋１と−１の2つの関数値だけを取る。この2つの関数値は2つの状態に相応し、従ってウォッシュ関数は特に簡単にコンピュータ、例えばマイクロコントローラ３で実現することができる。完全な直交ウォッシュ関数系は、三角関数と多数の共通の特性を有する。正弦関数および余弦関数を基礎として有限のフーリエ分析および離散的フーリエ変換が開発されたのと同じように、ウォッシュ関数系に対しても有限および離散的ウォッシュ変換が存在する。

このいわゆる部分的信号エネルギーは引き続き、注目する信号区間の全体エネルギーとの比に変換される。全体エネルギーは、注目する信号区間における個々の加速度値の絶対値を累積加算することにより得られる。

最後にこのようにして得られた種々の周波数バンドの相対的アクティベーションが平滑化され、生じ得る位相ずれが検出され、所定の閾値（SW）と比較される。このとき有利には各周波数バンドに対して固有の閾値（SW）が設けられる。

閾値（SW）を越える回数が、典型的にはトリガ不要状況に僅かな周波数しか含まれていないか否か、または注目する信号区間が多数の周波数の広いスペクトルを含んでいるか否かに対する尺度数となる。後者の場合はトリガ必要状況に対して特徴的である。センサの出力信号(a)における周波数分布は、本発明によればトリガ必要状況に対する識別指標として用いられる。

図３から図６は、トリガ必要状況とトリガ不要状況の場合の周波数分析の例を示す。バッファ１１のデータは、自動車1の制御装置2のマイクロコントローラ３によってサンプリング速度SR=２ｋHzでサンプリングされる。図2に示されたシーケンスは、０Hz（シーケンス1）からSR/2=１ｋHz（シーケンス16）までの周波数バンドを表す。シーケンス3は133Hzの周波数バンドを洗わし、シーケンス６は333Hzの周波数バンド、シーケンス8は500Hzの周波数バンド、シーケンス9は533Hzの周波数バンドを表す。分析に有利な周波数領域、すなわちシーケンス3から9の７つの周波数バンドだけが調査される。低い領域（シーケンス2と1）はその緩慢な運動、ないし発振がないことから、クラッシュを指示しない。高い周波数はすでに述べた周波数減衰から予測力が低い。

図３は、トリガ必要状況の場合での周波数分析の第１実施例を示す。図３aは、タイプ「25 EU L」のテスト中の加速度信号ｇを示す。すなわち、25km/hによる自動車の左側へのいわゆる欧州バリアの衝突中の信号である。図３bは灰色画像として、信号区間に含まれている周波数スペクトルが７つの周波数バンドに分割されていることを示す。一番下の周波数バンドは図２のシーケンス３に相応し、一番上の周波数バンドはシーケンス９に相応する。灰色が濃ければ濃いほど、よりアクティブである。すなわち全体エネルギーを基準にしてエネルギーが豊富な周波数が信号に存在する。種々の周波数バンドのこのような相対的アクティベーションは所定の閾値と比較される。図３cは、それぞれの閾値より上にある値、すなわちアクティベーションを示す。図３ｄは累積加算された結果（アクティベーションの数）を示し、これは実施例では８つの値、すなわち０から＋７を取ることができる。結果ないし測定数が高いときにトリガ閾値をより鋭敏にし、測定数が低いときにトリガ閾値をより鈍感にするため（このトリガ閾値と乗客保護手段のトリガ基準が共通に比較される）、測定数領域が正の値だけでなく負の値を取ることができるようにする。このことは本発明では有利には固定の係数、例えば３による減算によって行われる。これにより値領域は−３から＋４となる。低い測定数は有利には負の符号を、高い測定数は正の符号を有する。トリガ閾値を３桁または４桁のワード長により十分に調整できるようにするため、測定数を任意に調整可能な、例えば２桁または３桁のスケーリング係数と乗算することが提案される。

図４は、典型的なトリガ必要状況の場合での周波数分析の第２実施例を示す。図４aは、タイプ「13 Pole L」テスト中の加速度信号ｇを示す。すなわち、13km/hでポールに自動車の左側が衝突する際の信号である。図４ｂは、信号区間に含まれる周波数スペクトルを周波数バンドに分割して灰色画像で示す。図４ｃはそれぞれの閾値を上回る値を示し、図４ｄは累積加算された結果を示す。

図５は、典型的なトリガ不要状況の場合での周波数分析の第１実施例を示す。図５aは、タイプ「Rear Wheel Impact R」テスト中の加速度信号ｇを示す。すなわち、自動車の後右輪が縁石に10km/hで衝突するときの信号である。図５ｂは、信号区間に含まれる周波数スペクトルを７つの周波数バンドに分割して灰色画像で示す。図５ｃはそれぞれの閾値を上回る値を示し、図５ｄは累積加算された結果を示す。

図６は、典型的なトリガ不要状況の場合での周波数分析の第２実施例を示す。図６aは、タイプ「Front Wheel Impact R」テスト中の加速度信号ｇを示す。すなわち、自動車の前右輪が縁石に10km/hで衝突する際の信号である。図６ｂは、信号区間に含まれる周波数スペクトルを７つの周波数バンドに分割して灰色画像で示す。図６ｃはそれぞれの閾値を上回る値を示し、図６ｄは累積加算された結果を示す。

図３と図４に示されたトリガ必要状況とは異なり、図５と図６のトリガ不要状況は１つまたは２つの典型的な周波数しか含んでおらず、これらは車両構造、シャーシの振動、車両での振動、センサ固定個所の共振等によって決められるものである。これに対してサイドエアバッグに対するトリガ必要状況は侵入を特徴とする。すなわち対象物が車両に侵入し、これにより側面構造が変形することを特徴とする。この変形は、加速度センサまたは圧力センサの出力信号(a)中に多数の周波数の広いスペクトルを発生される。これは車両構造の変形または破壊によるものである。

本発明は、加速度センサまたは圧力センサの出力信号(a)を、所定の対象領域ないし信号区間内にある周波数について分析する。本発明は、側面衝突発生の場合の改善された方法を提供し、トリガ不要状況とトリガ必要状況との区別を行う。この区別は、出力信号(a)の周波数スペクトルをできるだけ広範囲に評価することにより行われる。

本発明の利点は、信号振幅の変化に対する頑強性にある。また本発明は、共振周波数についての予備知識または相応の情報メモリを必要としない。とりわけ本発明では、出力信号(a)の周波数がブロックされたり、フェードアウトされたりしないことも利点である。

従って本発明は現代の自動車の乗客保護システムにとりわけ適する。

図１は、自動車の乗客保護システムの典型的構造を示す概略図である。 図２Ａは、ウォルシュ変換の典型的シーケンスを示す線図である。 図２Ｂは、ウォルシュ変換の典型的シーケンスを示す線図である。 図３は、トリガ必要状況の場合の周波数分析の第１例を示す線図である。 図４は、トリガ必要状況の場合の周波数分析の第２例を示す線図である。 図５は、トリガ不要状況の場合の周波数分析の第１例を示す線図である。 図６は、トリガ不要状況の場合の周波数分析の第２例を示す線図である。

Claims (10)

1. 自動車（１）の乗客保護手段（７，８，９，１０）のための、衝突識別方法であって、加速度センサまたは圧力センサ（６）の出力信号（ａ）の信号区間を連続的に、その中に含まれる周波数について分析する方法において、
   信号区間に含まれる周波数スペクトルを適切な数の周波数バンドにまず分割し、
   引き続き、各周波数バンドごとに存在する信号エネルギーを検出し、
   その後、前記各周波数バンドごとの信号エネルギーと、注目する前記信号区間の全体エネルギーとの比を形成し、
   このようにして得られた、前記各周波数バンドごとの比を所定の閾値（ＳＷ）と比較する、
   ことを特徴とする方法。
2. 請求項１記載の方法において、前記各周波数バンドごとの比を、前記所定の閾値（ＳＷ）との比較前に平滑化する方法。
3. 請求項1または２記載の方法において、前記比が前記所定の閾値（ＳＷ）を上回る回数は、少数の周波数だけが含まれているか否か、または注目する信号区間が多数の周波数の広いスペクトルを含んでいるか否かについての尺度である方法。
4. 請求項３記載の方法において、前記上回る回数を、正の値および負の値を取ることができるように係数により減算する方法。
5. 請求項３または４記載の方法において、前記上回る回数を任意に調整可能なスケーリング係数と乗算することにより、重み付けを施す方法。
6. 請求項３から５までのいずれか一項記載の方法において、前記上回る回数を、乗客保護手段に対するトリガ基準と比較されるトリガ閾値に取り込み、前記トリガ基準が前記トリガ閾値を上回る際に乗客保護手段をイネーブルする方法。
7. 請求項６記載の方法において、前記上回る回数が大きい場合、トリガ閾値をより低くし、前記上回る回数が小さい場合、トリガ閾値をより高くする方法。
8. 自動車（１）の乗客保護手段（７，８，９，１０）のための、衝突識別装置において、加速度センサまたは圧力センサ（６）の出力信号（ａ）を、その中に含まれる周波数について、請求項１から７までのいずれか一項記載の方法に従い連続的に分析するための手段を有する装置。
9. 請求項８記載の装置において、固定長のバッファ（１１）が設けられており、
   該バッファには分析すべき出力信号（ａ）が中間記憶され、
   現在の時点での分析は、もっとも新しい値または他の適切な値から過去における所定の時間までの出力信号（ａ）の信号区間を常に処理する装置。
10. 請求項８または９記載の装置において、固定長のバッファ（１１）が設けられており、
    該バッファは、出力信号（ａ）のそれぞれもっとも古い値をもっとも新しい値により置換する装置。

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