JP4166293B2

JP4166293B2 - 車両の衝突検出装置

Info

Publication number: JP4166293B2
Application number: JP25033196A
Authority: JP
Inventors: 芳昭山崎; 昭彦今城; 孝志古井; 行弘沖本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1996-09-20
Filing date: 1996-09-20
Publication date: 2008-10-15
Anticipated expiration: 2016-09-20
Also published as: DE19710451A1; KR100249961B1; JPH1095305A; CN1177549A; KR19980023938A; CN1083359C; US5904730A; DE19710451B4

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の衝突時に短時間で、かつ信頼性高く、車両の衝突を検出する車両の衝突検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、車両の加速度の大きさから車両の衝突を検出する衝突検出装置を用いて、エアバッグ等の乗員保護装置を作動させることが行われているが、より迅速に且つ確実に車両の衝突を検出するために、例えば、特開平４―１３５９４７号公報に示されるような衝突検出装置が知られている。
図２５は、従来の車両用乗員保護装置の駆動回路を示すブロック図であり、図２６（Ａ）は衝突時の加速度センサの出力の時間変化を示す線図であり、図２７（Ｂ）は乗員の頭部の変位を示す線図である。
【０００３】
図２５において、６９は車両の衝突等による加速度の変化を検出し、検出結果をアナログ信号ａ（ｔ）として出力する加速度センサ、７０は時定数Ｔ₁を有し、加速度センサ１から出力されるアナログ信号ａ（ｔ）を積分する第１不完全積分回路、７１は第１不完全積分回路７０と同一機能を有し、第１不完全積分回路７０からの不完全積分出力ｖ（ｔ）を再度不完全積分する第２不完全積分回路である。この第２不完全積分回路７１の時定数Ｔ₂は第１不完全積分回路７０の時定数Ｔ₁と同一である。
【０００４】
７２は加速度センサ６９の検出出力に第１係数を付加する第１減衰器からなる第１係数回路、７３は減衰率がＫである第２減衰器からなる第２係数回路で、この第２係数回路７３は第１不完全積分回路７０の不完全積分出力ｖ（ｔ）に第２係数を付加する。そして、上記第１係数回路７２の減衰率は第２係数回路７３の減衰率Ｋの２乗の１／２である。なお、上記減衰率Ｋは後述のエアバッグの点火装置に点火電流が供給されてからエアバッグの膨張が完了するまでに必要な時間ｔｄに等しい。
【０００５】
７４は加算回路で、この加算回路７４は上記第２不完全積分回路７１からの出力ｘ（ｔ）、第１係数回路７２からの出力および第２係数回路７３からの出力を加算する。７５は加算回路７４からの加算出力が所定の閾値値を越えると、出力レベルを例えばハイレベルに切り替える比較回路、７６は駆動回路、７７は乗員保護装置本体である点火装置で、この点火装置７６は駆動回路７６の出力に基づいて例えばエアバッグを作動させる。
【０００６】
次に、この従来装置の動作について説明する。
まず、車両が一定速度Ｖ0で走行しているときに、例えば衝突により、図２６（Ａ）に示されるような車両の前後方向に作用する加速度ａ（ｔ）が加速度センサ６９によって検出されると、乗員の頭は一定速度ｖ0で投げ出される一方で、そのときの加速度ａ（ｔ）は乗員にも作用する。それによって頭は車両に対してある相対速度、すなわちｖ（ｔ）（ａ（ｔ）の時間積分）で動き出す。
【０００７】
一方、そのときの加速度センサ６９の出力ａ（ｔ）は第１不完全積分回路７０で積分される。また、頭は動き出すことによって衝突直前の位置を初期位置とした場合、その位置から時間経過に伴ってｘ（ｔ）（ｖ（ｔ）の時間積分）だけ変位する。この変位ｘ（ｔ）は第２不完全積分回路７１によって第１不完全積分回路７０の出力が積分され求められ、実時間における乗員の頭の変位予測量が算出される。
【０００８】
次に、第１不完全積分回路７０の出力ｖ（ｔ）は第２不完全積分回路７１によってｔｄが重み付けされ、ｖ（ｔ）×ｔｄ、すなわちｔｄ時間の間に変位する量が求められる。さらに、加速度センサ６９の出力ａ（ｔ）は第１係数回路７２によって１／２（ｔｄ×ｔｄ）だけ重み付けされ、１／２（ｔｄ×ｔｄ）、すなわちｔｄ時間の間に変位する量が求められる。これらの出力は加算回路７４によって加算され、ｘ（ｔ）＋ｖ（ｔ）ｔｄ＋１／２ａ（ｔ）×（ｔｄ×ｔｄ）が求められる。すなわち、これは現時点からｔｄ時間後における乗員の頭の位置の予測値ｘ（ｔ＋ｔｄ）が求められる。
【０００９】
この予測位置は比較回路７５に供給され、図２６（Ｂ）においてエアバッグなどを作動させる位置を初期位置からｘだけ離れた位置に設定すると、ｘ（ｔ）で示されるように実際に頭の位置がｘに達する時刻ｔ２よりもｔｄだけ速い時刻ｔ１に作動するようにされている。
【００１０】
以上のように、この従来例においては、乗員の頭部の変位を加速度信号から上述したような式にしたがって演算し、この演算された乗員の頭部の変位が所定量以上になると判定された際に、乗員保護装置を作動させるものである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来の車両用乗員保護装置は以上のように構成されているので、次のような問題点があった。
（１）判定時間を短縮するために、変位信号ｘ（ｔ）に加速度と速度を係数回路で定数倍して加算した値より得られる変位予測信号ｘ（ｔ＋ｔｄ）＝ｘ（ｔ）＋ｖ（ｔ）ｔｄ＋１／２ａ（ｔ）×（ｔｄ×ｔｄ）を演算しているが、この変位予測信号ｘ（ｔ＋ｔｄ）は、通常の判定より乗員の変位分だけ早めに衝突判定することを行っているものに過ぎず、また、この変位予測信号ｘ（ｔ＋ｔｄ）は正確に乗員の変位を示すものとは言えないので、乗員保護装置の動作の必要がない場合においても、早まって乗員保護装置を動作させてしまうことがあり、衝突判定の信頼性が低下していた。
【００１２】
（２）正面衝突、斜め衝突、柱などへの衝突、路肩への乗り上げ、大型車への潜り込みなど、さまざまな衝突形態に対して対応しておらず、衝突形態によっては、必要もないのに乗員保護装置を動作させてしまったり、衝突判定が遅れたりしてしまうことがあった。
【００１３】
（３）衝突判定に用いるコンパレータでの閾値が時間変化に対して一定であり、さまざまな衝突形態に十分対応できず、衝突形態によっては、必要もないのに乗員保護装置を動作させてしまったり、衝突判定が遅れたりしてしまうことがあった。
（４）前後方向の正面衝突よりさらに短い衝突判定時間を要求される側方方向からの衝突に対応するサイドエアバックの展開の際には、衝突判定が遅れたりしてしまうことがあった。
【００１４】
本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、車両のさまざまな衝突形態に対応でき、より短時間で信頼性も高い衝突判定を行うことができる車両の衝突検出装置を得ることを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る車両の衝突検出装置は、車両の衝突加速度を検出する加速度検出手段からの加速度に基づいて、車両の衝突を判定する車両の衝突検出装置であって、衝突加速度から推定速度を算出する速度演算手段と、推定速度から推定変位を算出する変位演算手段と、衝突加速度に基づいて衝突時に車両に発生する推定衝突力を算出する衝突力演算手段と、この推定衝突力に基づいて衝突判定を行う衝突判定手段とを備え、衝突力演算手段は、車両を予め設定された車両に対応する定数により、質量、減衰器、ばねからなる１自由度モデルとしてモデル化し、かつ、衝突加速度に質量を乗じた値、推定速度に減衰器の減衰定数を乗じた値及び推定変位にばねのばね定数を乗じた値とを加算器により加算させ、衝突時に車両に発生する推定衝突力を算出し、衝突判定手段は、推定衝突力を主軸とし、衝突加速度、推定速度または推定変位のうちいずれか一つを他軸とした平面上の軌跡が、予め設定した閾値を超えたかどうかで衝突判定を行うものである。
【００１９】
また、衝突判定手段は、搭乗者の車両に対する推定相対変位を演算し、この推定相対変位及び推定衝突力に基づいて衝突判定を行うものである。
【００２０】
また、衝突加速度から推定速度を算出する一次遅れ要素形フィルタと、推定速度から推定変位を算出する一次遅れ要素形フィルタとを設けたものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における車両の衝突検出装置を示すブロック図、図２は衝突検出装置内部の衝突力演算手段の原理を示す１自由度の質量−減衰器−ばねモデルを示す概念図、図３は衝突検出装置内部の衝突力演算手段の１自由度の質量−減衰器−ばねモデルに基づいた推定衝突力の演算手順を示すブロック図、図４は車両の衝突検出装置における１自由度の質量−減衰器−ばねモデルに衝突力ｆを加えたときに車両等価質量に生ずる加速度、速度、変位の時刻歴応答波形のシミュレーション結果を示す波形図である。
【００２５】
図５は衝突検出装置における一次遅れ要素フィルタの周波数応答特性の一例を示す特性図、図６は衝突検出装置における推定衝突力の原理を示す推定速度、推定変位、衝突力のシミュレーション結果を示した波形図、図７は多次元空間衝突判定手段における弾性的衝突における衝突力と速度との関係を示す説明図、図８は多次元空間衝突判定手段における弾性的衝突での推定衝突力と推定速度との関係を示す説明図、図９は多次元空間衝突判定手段における弾性的衝突での推定衝突力と推定変位との関係を示す説明図、図１０は多次元空間衝突判定手段における弾性的衝突での推定衝突力と加速度との関係を示す説明図である。
【００２６】
図１１は、多次元空間衝突判定の原理を示すために例示した車両のドア閉めと他車両側突とを示す説明図、図１２は多次元空間衝突判定手段におけるドア閉め時に生じる推定衝突力と推定速度との関係を示す説明図、図１３は多次元空間衝突判定手段における低速度の側突を想定したときに生じる推定衝突力と推定速度との関係を示す説明図、図１４は多次元空間衝突判定手段における中速度の側突を想定したときに生じる推定衝突力と推定速度との関係を示す説明図、図１５は多次元空間衝突判定手段における高速度の側突を想定したときに生じる推定衝突力と推定速度との関係を示す説明図、図１６は多次元空間衝突判定手段において、衝突力を横軸に速度を縦軸に取った平面上での閾値の設定の一例を示す説明図である。
【００２７】
図１において、１は車両の前後方向や、左右方向への加速度を検出する車両衝突加速度検出装置、２は車両衝突加速度装置１の出力信号である衝突加速度信号、５は衝突加速度信号２を推定速度信号に変換する一次遅れ要素形フィルタ、６は一次遅れ要素形フィルタ５により出力される推定速度信号、７は推定速度信号６を推定変位信号に変換する一次遅れ要素形フィルタ、８は一次遅れ要素形フィルタ７により出力される推定変位信号、１３は衝突加速度信号２と速度推定信号６と変位推定信号８を入力にして車両の衝突力を演算する衝突力演算手段、１４は衝突力演算手段１３から出力される推定衝突力信号である。
【００２８】
１５は推定衝突力信号１４および衝突加速度信号２と推定速度信号６と推定変位信号８からなる複数の信号を変数とした多次元空間上でこれらの軌跡を描き、この軌跡が予め多次元空間上に設定した閾値を越えたかどうか、すなわち、推定衝突力信号１４および衝突加速度信号２と推定速度信号６と推定変位信号８により決定される多次元空間上での座標が、ＯＮ領域にあるのかＯＦＦ領域にあるのかを判定し、ＯＮ領域であれば乗員保護装置を作動させる衝突判定信号を出力し、ＯＦＦ領域であれば衝突判定信号を出力しない多次元空間衝突判定手段である。
【００２９】
１６は一次遅れ要素形フィルタ５と一次遅れ要素形フィルタ７と衝突力演算手段１３および多次元空間衝突判定手段１５からなるコントローラ、１７は多次元空間衝突判定手段１５から出力される衝突判定信号であり、この衝突判定信号１７が出力されることで、車両に設置されたエアバッグやシートベルトプリテンション装置などの車両の衝突時の衝撃から乗員を保護する乗員保護装置が作動する。
【００３０】
次に、図２において、１８は車両を１自由度でモデル化したときの車両等価質量、１９は車両等価質量１８に加わる車両等価減衰、２０は車両等価質量１８を支持する車両等価ばね、２１は衝突の際に車両等価質量１８に加わる衝突力（ｆ）、２２は車両等価質量１８と車両等価減衰１９と車両等価ばね２０からなる１自由度モデルに衝突力（ｆ）２１が加わった際に車両等価質量１８に生ずる車両等価変位（ｘ1）である。
【００３１】
次に、図３において、衝突力演算手段に上述した１自由度モデルを用いたときの衝突力演算手段１３について説明する。９は車両等価質量１８の定数値を入力である衝突加速度信号２に乗算演算してその乗算結果を出力する質量係数乗算器、１０は車両等価減衰１９の定数値を入力である推定速度信号６に乗算演算してその乗算結果を出力する減衰係数乗算器、１１は車両等価ばね２０の定数値を入力である推定変位信号８に乗算演算してその乗算結果を出力するばね係数乗算器、１２は上記の質量係数乗算器９と減衰係数乗算器１０とばね係数乗算器１１の出力値を加算する加算器、１３は上記の質量係数乗算器９と減衰係数乗算器１０とばね係数乗算器１１と加算器１２から構成される衝突力演算手段、１４は加算器の演算結果として求まる推定衝突力信号である。
【００３２】
次に動作について説明する。
一般に、車両が障害物に衝突したり、車両に他の車両が衝突した際に、車両に衝突力が発生する。この２物体の両者に発生する衝突力は、これら２物体の質量、速度、衝突面の形状、衝突面の弾性定数などによって異なる。例えば、両者を構成する材料に塑性変形が生じない弾性衝突、すなわち、衝突速度が低い衝突およびハンマたたきやドア閉めなどのエアバッグを展開しない衝突であれば、発生する衝突力はほぼ正弦半波で近似できる波形となることがHertzの接触理論としてよく知られている。
【００３３】
このときには、車体および搭乗者である人体に対し被害を与える度合いは、発生した衝突力の最大値Ｆmaxではなく、発生した衝突力ｆ(t)の時間tに関する積分値、すなわち、力積Ｆ・t（＝ｆ(t)dtの時間積分）の大きさにより強く影響される。
【００３４】
また、衝突する壁面が硬い場合、一般に衝突力の最大値Ｆmaxおよびこれに付随して発
生する加速度の最大値ａmaxは大きくなる。しかし、衝突する箇所が硬いが衝突速度が小
さい場合、衝突力の最大値Ｆmaxが大きくなっても発生する力積Ｆ・tは小さい。同じこ
とが、車両を手持ちのハンマなどで叩いた場合やドアを強く閉めた場合にもあてはまり、弾性的衝突により衝突力の最大値Ｆmaxおよび最大加速度ａmaxが大きい加振力が発生するが、その力積は小さく車体および搭乗者への衝撃の度合いは極めて小さい。
【００３５】
一方、車両が塑性破壊を生じて大きく破損する衝突の場合、すなわち、エアバッグを展開しなければならないような衝突速度が速い激しい衝突では、発生する衝突力は弾性衝突の場合と異なり、一般に、最大発生力Fmaxと力積Ｆ・tがともに大きくなる。また、特殊な衝突において、例えば、大型車への小型車の潜り込み衝突などでは、両者の衝突面の弾性が弱い状態となる場合があり、発生する衝突力の最大値Ｆmaxと最大加速度ａmaxが比較的小さくなるときがある。しかしながら、その際に発生する衝突力の持続時間は長いため力積Ｆ・tの値は極めて大きくなる。
【００３６】
よって、衝突力と力積の考えに基づき衝突判定を行えば、発生する衝突力の最大値Ｆmaxと最大加速度ａmaxが比較的小さい場合でも車両破壊と搭乗者への衝撃の度合いを正確に判定できる。すなわち、車体に生じる加速度や速度の最大値などを直接衝突判定に用いるよりも、車体に加わる衝突力およびその力積に換算して衝突判定に利用することが、実際に車両と搭乗者への衝撃力の影響の度合いを評価する上で原理的に適している。
【００３７】
ここでは、図２に示した１自由度モデルにより、弾性的衝突である衝突速度の低い衝突およびハンマ叩きやドア閉めなどの非破壊衝突現象、すなわちエアバッグを展開しない衝突にいて車体に生ずる加速度、速度、変位を解析により示して、本発明による衝突力推定の原理を明らかにする。図２に示す１自由度モデルの運動方程式を求めると次のようになる。
【００３８】
【数１】

【００３９】
この式（１）のように、（加速度ｘ1）に質量ｍ1を乗じた値と（速度ｘ1）に減衰定数ｃ1を乗じた値と（変位ｘ1）とばね定数ｋ1を乗じた値を足しあわせたものが衝突力ｆとなる。
【００４０】
図３は上記の式（１）の関係をブロック図で示したものである。すなわち、衝突時の車両を１自由度モデルで近似して質量ｍ1と減衰ｃ1とばねｋ1に適切な定数値を設定することで、車両に設けた衝突加速度検出装置１から得られる衝突加速度信号２および、これから推定される推定速度信号６、推定変位信号８を与え、これらの乗算結果を加算器１４で足しあわせることで、推定衝突力信号１４を演算することができる。
【００４１】
ここで、図４、図５、図６を用いて、図２で示した１自由度モデルにより、検出された車両の加速度に基づいた衝突力ｆの推定について説明する。図４は図２で示す１自由度モデルに具体的な定数値を与え、その過渡振動特性を計算機によりシミュレーションした結果である。この図４において、３０は１自由度モデルに加えた正弦半波時間τ＝５ms、最大加振力Ｆmax＝１２５tonfの正弦半波状の衝突力波形、３１は車体等価質量ｍ1＝１００kg、車体等価減衰ｃ1＝６４kgf・s／cm、車体等価ばねｋ1＝１００tonf／cmの定数値を与えた１自由度モデルに上記衝突力波形３０を加えたときの車両等価加速度波形、同じく、３２は車両等価速度波形、３３は車両等価変位波形である。
【００４２】
車両の衝突時に、衝突加速度検出装置１から得られる信号は、加速度波形３１のみであり、速度波形３２と変位波形３３はこの加速度波形３１を基に推定する必要がある。なお、各定数値は車両の重量などをそのまま用いたものではなく、車両の振動特性を予め実験と解析から求め、１自由度に近似したときに適切な値となるように求めた定数値の一例である。
【００４３】
図５は衝突加速度信号２から速度信号と位置信号を推定するために用いる前述の図１に示した１次遅れ要素形フィルタの周波数応答特性の一例である。３４は一次遅れ要素フィルタ５の時定数Ｔ₁を遮断周波数ｆ_c＝２Ｈｚとなるように与えたときの周波数特性であり、上段の図はゲイン特性、下段の図は位相特性を示す。同じく、３５は一次遅れ要素形フィルタ５と一次遅れ要素形フィルタ７が直列に二段接続したときの周波数特性である。
【００４４】
なお、この図５においては、一次遅れ要素形フィルタ７の時定数Ｔ₂を一次遅れ要素形フィルタ５の時定数Ｔ₁と等しく置いたときの周波数特性を示しているが、時定数Ｔ₁と時定数Ｔ₂は等しくしても等しくしなくても良く、特に制約を与えるものではない。一次遅れ要素形フィルタ５の伝達特性Ｇ₁（ｓ）をラプラス演算子ｓを用いて記述すると次式（２）で与えられる。
【００４５】
【数２】

【００４６】
また、時定数Ｔ₁と遮断周波数ｆ_cの関係は次式（３）で与えられる。
【００４７】
【数３】

【００４８】
同様に、一次遅れ要素形フィルタ５と一次遅れ要素形フィルタ７が直列に二段接続したときの伝達特性Ｇ₂（ｓ）は次式（４）で与えられる。
【００４９】
【数４】

【００５０】
また、図５に示されるように、一次遅れ要素形フィルタ５の伝達特性Ｇ₁（ｓ）は遮断周波数ｆ_c以上では積分１／ｓの特性を有し、ｆ_c以下ではＴ1の一定値になることが分かる。すなわち、衝突の際に生ずる高周波のみを積分し、通常の走行時に生じる低周波数成分や加速度センサのＤＣドリフト成分などのノイズは積分しないので、単純積分１／ｓを行う場合と異なり、出力結果が飽和することがなく、一定時間毎に積分器の出力をリセットする必要がない。
【００５１】
また、図５の位相関係より加速度をＧ₁（ｓ）で一回積分して得られる推定速度信号は加速度信号に比べ９０度、Ｇ₂（ｓ）で二回積分して得られる推定変位信号は加速度に比べ１８０度位相が遅れることが分かる。すなわち、推定変位信号のみを衝突判定に用いると加速度信号の情報より判定時間が位相１８０度の分だけ遅れることを示している。
ここで、推定衝突力は、加速度信号と推定速度信号と推定変位信号とより求められるものであるので、上述したような判定時間の遅れは、推定変位信号のみを用いた場合より改善されているものである。
【００５２】
図６は、図４に示したシミュレーションにより得られる車両等価加速度波形３１を用いて、これを衝突の際に車両に生じる衝突加速度信号２と仮定して、前述の図５の周波数特性３４、３５を有する１次遅れ要素形フィルタ５および７を用いて得られる推定速度と推定変位のシミュレーション結果である。
【００５３】
３６は車両等価加速度波形３１を入力したときの１次遅れ要素形フィルタ５の出力である車両推定速度波形、３７は車両等価加速度波形３１を入力したときの１次遅れ要素形フィルタ５、７の二段の出力である車両推定変位波形、３８は上記車両等価加速度波形３１に図２で示した車両等価質量（ｍ₁）１８を乗じた値、推定速度波形３６に車両等価減衰（ｃ₁）１９を乗じた値、推定変位波形３７に車両等価ばね（ｋ₁）２０を乗じた値とを加算器１２で足しあわせた推定衝突力（ｆ）である。
【００５４】
図６の推定速度波形３６と推定変位波形３７は図４の車両等価速度波形３２と車両等価変位波形３３とほぼ同じ波形が得られている。同様に、図６に示した推定衝突力（ｆ）３８は、図４に示す衝突力波形３０とはほぼ同じ波形が得られている。このことから、車両を近似する１自由度モデルの定数値が正しく与えられれば、衝突加速度から正確な推定衝突力の演算が可能であることが分かる。
【００５５】
次に、図７、図８、図９、図１０において、衝突検出装置内部の多次元空間衝突判定手段における軌跡の一例を平面上に示し、衝突判定の原理を説明する。
図７の３９は、図４に示した１自由度モデルに加える衝突力波形３０を横軸に、このとき車両等価質量に生ずる車両等価速度波形３２を縦軸にして描いた平面における軌跡である。図８の４０は、図６に示した衝突力演算手段により求められた推定衝突力波形（ｆ）３８を横軸に、推定速度波形３６を縦軸にして描いた平面における軌跡である。
【００５６】
図７に示した衝突力−速度の平面軌跡３９は、１自由度モデルの線形的振動の挙動を示す軌跡を描いており、衝突力０で速度０の原点から速度と衝突力がともに増加し、次いで、速度が減少し衝突力が最大となった時点で速度はほぼ０となり、やがて、速度は負方向となり衝突力も減少していく。正弦半波の衝突力は図４に示したように５ms以降は０の値となるが、速度には５ms以降にも残留振動が生じており、図７の平面上では、衝突力０上で速度が最大約±０．５m/sの直線を繰り返し減衰しながら描いている。
【００５７】
一方、図８に示した推定衝突力−推定速度の平面軌跡４０も、衝突力が若干負方向へずれていることを除けば、衝突力−速度の平面軌跡３９とほぼ同一の軌跡を描いており、衝突加速度信号４から一次遅れ要素形フィルタ５や衝突力演算手段１３により演算された推定衝突力信号１４と推定速度信号６が平面および多次元空間上の軌跡でも十分衝突時の挙動を再現できることが分かる。
【００５８】
一般に、衝突力ｆと速度ｘ1を乗じた値は力学における仕事率であり、これは熱力学の物理量に換算すると一定時間当たりに発生する熱量に相当する。これは人体に対し衝突による衝撃力の影響の度合いを評価する物理的定数に適している。平面上で衝突力と速度の軌跡を見ることは、衝突力と時間の関係を見るよりも、衝突現象の挙動をより特徴づけて判別することが可能である。
【００５９】
図９の４１は、上記の図６に示した図３の衝突力演算手段によれ求められた推定衝突力波形（ｆ）３８を横軸に、推定変位波形３７を縦軸にして描いた平面上の軌跡である。同じく、図１０の４２は、推定衝突力波形（ｆ）３８を横軸に、車両加速度信号４に相当する加速度波形３１を縦軸にして描いた平面上の軌跡である。上記の衝突力−速度の平面に、これらの変位と加速度の平面を加えた多次元空間上の軌跡で衝突現象を特徴づけることにより、さらに詳細な衝突判定が可能である。
【００６０】
図１１、図１２、図１３、図１４、図１５、図１６において、衝突検出装置の衝突判定の原理をより具体的に明示、説明する。ここではサイドエアバッグの展開における衝突を例に取り上げ説明する。図１１（Ａ）は、エアバッグを展開しない衝突現象の一例であるドア閉め、図１１（Ｂ）は車両へ他車両が側方方向から衝突する一例を図示した説明図である。
【００６１】
この図１１において、４３は車両、４４は車両４３のドア、４５は車両４３に衝突する追突車両である。側方からの追突車両４５の追突速度が小さい場合は、エアバッグを展開しないが、追突速度が大きい場合はエアバッグを展開する。一般に、衝突判定の基準は、衝突実験の際に車両に搭載したダミー人形に加わる衝撃力の大きさから決まる。また、エアバッグ展開までに許容される判定時間は、ダミー人形が車内のハンドルやガラスや側面のドアなどへ衝突するまでに要する時間とエアバッグに点火信号が与えられてからエアバッグが膨張して展開完了するのに必要な時間などから決まる。
【００６２】
図１２、１３はエアバッグを展開しない、すなわち、ＯＦＦ要件における推定衝突力と推定速度の平面の一例である。図１２の４６は、ドア閉めの際に生ずる衝突加速度信号２を想定して描いた推定衝突力−推定速度の平面軌跡である。図１３の４７は、低速度で車両が側方から衝突した際に生ずる衝突加速度信号２を想定して描いた推定衝突力−推定速度の平面軌跡である。
【００６３】
図１４、１５はエアバッグを展開する、すなわち、ＯＮ要件における推定衝突力と推定速度の平面の一例である。図１４の４８は、中速度で車両が側方から衝突した際に生ずる衝突加速度信号２を想定して描いた推定衝突力−推定速度の平面軌跡、図１５の４９は、高速度で車両が側方から衝突した際に生ずる衝突加速度信号２を想定して描いた推定衝突力−推定速度の平面軌跡である。
【００６４】
図１６は上記の図１２のドア閉め時の平面軌跡４６と図１３の（低速度）側突の平面軌跡４７の衝突判定がＯＦＦとなるように、かつ、図１４の（中速度）側突の平面軌跡４８と図１５の（高速度）側突の平面軌跡４９が極力短い時間で衝突判定がＯＮとなるように、衝突力−速度の平面に設けた閾値設定の一例である。この図において、５０はＯＮ領域とＯＦＦ領域を識別する閾値であり、この閾値５０は衝突力が小さい場合と衝突力が大きい場合とでＯＮ／ＯＦＦ判定の速度の大きさが異なり、衝突力が小さい場合には少なくともドア閉め時の最大推定速度より大きく、衝突力が大きい場合には少なくとも、乗員保護装置を起動させる必要のない低速度側突の最大推定速度より小さくされている。
【００６５】
ここで、図１６より明らかなように平面上で軌跡を描きこれに閾値５０を用いた領域判定を行うことで、ＯＦＦ要件の平面軌跡４６と４７が、ＯＮ要件の平面軌跡４８と４９と明瞭に識別できる。
【００６６】
なお、ここには図示していないが、衝突力−変位、および、衝突力−加速度の平面でも同様な閾値による判別が上記衝突力−速度の平面判定に加えることが可能であり、これらを多次元空間上の閾値判別として用いることによって、より一層詳細に、衝突判定を決定できることは言うまでもない。
【００６７】
さらに、ここでは、車両を１自由度近似してでモデル化したが、車両のモデル化は２次以上の多自由度モデルでも一向に差し支えない。これにより演算量は増すが、衝突力の推定精度を向上し、より高度な衝突判定を行うことも可能である。
【００６８】
実施の形態２．
実施の形態２は、車両及び搭乗者を１自由度モデルで近似したものである。
図１７は、実施の形態２の衝突力−搭乗者変位演算手段において、車両を模擬する１自由度モデルと搭乗者の動きを模擬する１自由度モデルを示す説明図、図１８は、衝突力−搭乗者変位演算手段の一例を示すブロック図である。
これらの図において、上記実施の形態１と同様の構成を持つものは、同一符号を付して説明を省略する。
【００６９】
図１７において、２３は車両に乗っている搭乗者を１自由度モデルで近似したときの搭乗者等価質量ｍ2、同じく、２４は搭乗者等価減衰ｃ2、２５は搭乗者等価ばねｋ2、２６は搭乗者等価変位である。なお、車両は図２において示したものと同様に１自由度モデルで与えている。図１８において、２７は衝突加速度信号２と推定速度信号６と推定変位信号８を基に搭乗者の変位を演算する搭乗者変位演算手段、２８は図１において示した衝突力演算手段と同様な衝突力演算手段と搭乗者変位演算手段２７を組み合わせた衝突力−搭乗者変位演算手段、２９は衝突力−搭乗者変位演算手段２８より出力される搭乗者等価推定変位信号であり、同じく、衝突力−搭乗者変位演算手段２８からは推定衝突力１４も出力される。
【００７０】
次に動作について説明する。
図１７に示したように車両と搭乗者をそれぞれ１自由度でモデル化したときの運動方程式は次式（５）で与えられる。
【００７１】
【数５】

【００７２】
ここで、車両の加速度ｘ₁が加速度検出装置１で測定され与えられるので、式（５）の２番目の式より、搭乗者と車両の相対変位（ｘ₂−ｘ₁）と車両の加速度ｘ₁の関係を表す伝達関数Ｇ₃（ｓ）を求めると次式（６）のようになる。
【００７３】
【数６】

【００７４】
この式（６）より、車両の加速度ｘ₁を入力としてＧ₃（ｓ）に加えれば、出力として搭乗者と車両の相対変位（ｘ2−ｘ1）が得られることが分かる。一方、車両に加わる衝突力ｆは式（５）の第１式において、搭乗者の質量と減衰とばねの値は車両のそれらの値に比べ十分小さい（ｍ₂<<ｍ₁、ｃ₂<<ｃ₁、ｋ₂<<ｋ₁）と仮定することで、式（１）の場合と同様に、車両の加速度ｘ₁から求めることができる。
【００７５】
ここでは、図示していないが、式（６）の関係から求まる搭乗者と車両の相対変位（ｘ₂−ｘ₁）を多次元空間衝突判定手段１５の信号の一つとして加えることにより、衝突判定に利用可能な新たな軌跡を多次元空間に描くことができ、より詳細で緻密な衝突判定が可能である。
【００７６】
なお、ここでは、搭乗者を１自由度でモデル化したが、搭乗者のモデル化は２次以上の多自由度モデルにより搭乗者をモデル化しても一向に差し支えない。これにより演算量は増すが、変位量の推定が向上し、より高度な衝突判定を行うことが可能であることはいうまでもない。
【００７７】
実施の形態３．
この実施の形態３は、上述した実施の形態１の図１６に示されるような閾値設定に加え、非破壊衝突の場合において、乗員保護装置が作動することがないようにしたものである。
図１９は、この実施の形態３の車両の衝突検出装置における多次元空間衝突判定手段の衝突力を横軸に速度を縦軸に取った平面において、非破壊衝突を判別する閾値の設定の一例を示す説明図である。また、実施の形態１、２と同様の構成を持つものは同一符号を付して説明を省略する。
【００７８】
この図１９において、５１はドア閉めやハンマ叩きによるＯＦＦ要件の衝突加速度信号２をＯＮ要件の衝突加速度信号２と区別するために、上記多次元空間衝突判定手段１５の多次元空間から一平面を取り出して得られる２次元空間の一つである衝突力を横軸に速度を縦軸に取った平面において設定した非破壊衝突判別用閾値の一例である。なお、図１９において、本実施の形態に直接関係しない領域は一部省略している。
【００７９】
次に動作について説明する。
前述の実施の形態１における図７、図８、図１２に示したように、塑性変形の生じないドア閉めやハンマ叩きなどの弾性衝突では、衝突力はある一定値以上には大きくならないが、硬いもの同志がぶつかるため大きな加速度と速度が生じることがあり、図１９の４６の軌跡のように上に凸の半円弧上の軌跡を描く。一方、車両の側面に他車両が低速で衝突した場合、例えばドア部の外装をなす柔らかく薄い鋼板が凹むため、瞬間的に大きな加速度や速度は生じないが、最終的に生じる衝突力はドア閉めの場合の値より大きくなり、例えば、図１９の４７の軌跡を描く。
【００８０】
これら２通りの衝突をいずれもＯＦＦ要件として判定するためには、上記衝突力と速度の平面上で、（i）第１の衝突力（ｆ_１）までは速度は一定値（ｖ_３）であり、（ii）上記第１の衝突力（ｆ _１）と第２の衝突力（ｆ _２）との間では速度は線形的に減少し、（iii）上記第２の衝突力（ｆ _２）と第３の衝突力（ｆ _３）との間では速度は一定値（ｖ₁）であり、（iv）上記第３の衝突力（ｆ _３）よりも大きい衝突力に対しては速度は線形的に増加する閾値を提供することで、上記図１６の閾値５０よりも短い時間でＯＮ用件の衝突判定が可能である。
【００８１】
実施の形態４．
この実施の形態４は、二段衝突を判別可能とするように閾値を設定するものである。
図２０は、実施の形態４の車両の衝突検出装置における多次元空間衝突判定手段の衝突力を横軸に速度を縦軸に取った平面において、二段階衝突を判別する閾値設定の一例を示す説明図である。なお、上述した各実施の形態と同様の構成を持つものは同一符号を付して説明を省略する。
【００８２】
この図２０において、５２は車両のドア部薄肉鋼板やバンパなどの剛性が低く柔らかい部分に最初に衝突して衝撃力が緩和された後に車両フレーム部などの剛性が高く硬い部分にさらに衝突が進むような２段階衝突を識別するＯＦＦ要件の衝突加速度信号２をＯＮ要件の衝突加速度信号２と区別するために、上記多次元空間衝突判定手段１５の多次元空間から一平面を取り出して得られる２次元空間の一つである衝突力を横軸に速度を縦軸に取った平面において設定した二段衝突判別用閾値の一例である。なお、図２０において、本実施の形態に直接関係しない領域は一部省略している。
【００８３】
次に動作について説明する。
例えば、車両の側面に他車両が低速で衝突した場合、ドア部の外装をなす柔らかく薄い鋼板が凹むため、瞬間的に大きな加速度や速度は生じないが、最終的に生じる衝突力はドア閉めの場合の値より大きくなり、例えば、図２０の４７の軌跡を描く。一定の範囲以上に、柔らかい部分の衝突破壊が進むと、やがて塑性破壊が、車両のフレームなどの剛性の硬い部分に達し、実施の形態３におけるドア閉めの平面と似かよった、図２０の４７の軌跡のように衝突力（ｆ₄）を越えた時点で衝突力は大きくないが、発生する加速度と速度が瞬時的に大きくなる平面上の軌跡を描く。
【００８４】
この衝突をＯＦＦ要件として確実に判定するとともに、ＯＮ要件の加速度信号を速やかに判定するためには、上記衝突力と速度の平面上で、上記実施の形態３の閾値に加え、（i）上記第３（ｆ _３）の衝突力と第４の衝突力（ｆ _４）との間では速度は線形的に増加し、（ii）上記第４の衝突力（ｆ _４）と第５の衝突力（ｆ _５）との間では速度は第３の衝突力（ｆ _３）と第４の衝突力（ｆ _４）との間の傾きの数倍の急峻な傾きで線形的に増加し、（iii）上記第５の衝突力（ｆ₅）よりも大きい衝突力に対しては速度は一定値（ｖ₄）である閾値を提供することで、上記二段衝突が生じても、ＯＮ要件衝突とＯＦＦ要件衝突を明瞭に判定し、二段衝突による誤動作を防ぐことが可能である。
【００８５】
実施の形態５．
この実施の形態５においては、加速度検出装置の車両内の取り付け位置及び複数の加速度検出装置を組み合わせて用いることについて説明するものである。
図２１は、実施の形態５を示す車両の衝突検出装置における、前後方向と側方方向の衝突加速度を検知できるように車両衝突加速度検出装置を設置した車両を示す説明図である。なお、上述した各実施の形態と同様の構成を持つものについては同一符号を付して説明を省略する。
【００８６】
この図２１は、車両の（ａ）上面図と（ｂ）側面図を示すものであり、図中の５３は車両４３の中央部前方に取り付け車両の前後方向および側方方向の２軸の加速度を検出するフロント加速度検出装置、５４はフロント加速度検出装置５３の衝突加速度信号２を基に衝突判定を行い、この衝突判定信号１７に基づき展開する車両の運転席に取り付けたフロントエアバッグ、５５は同じく助手席に設けた助席フロントエアバッグである。
【００８７】
５６は車両の側方方向の加速度を検出するために車両４３の運転席側の側面に取り付けた運席側−側方方向加速度検出装置、５６は同じく助手席側に取り付けた助席側−側方方向加速度検出装置、５８は運席側−側方方向加速度検出装置５６および助席側−側方方向加速度検出装置５７の衝突加速度信号２を基に衝突判定を行い、この衝突判定信号１７に基づき展開する車両の座席の側方に取り付けたサイドエアバッグである。
【００８８】
次に動作について説明する。
図２１に示すように、前後方向および側方方向の２軸の加速度を検出するフロント加速度検出装置５３、運席側−側方方向加速度検出装置５６、助席側−側方方向加速度検出装置５７の３つの加速度検出装置を組み合わせて用いることで、側面衝突、斜め衝突、正面衝突、後方衝突などのあらゆる方向からの衝突加速度を正確に測定できるものである。
【００８９】
また、これら複数の衝突加速度信号を上述した実施の形態１、２、３、４において示されたコントローラに組み合わせて用い、コントローラ内部の一次遅れ要素形フィルタ５および７で推定速度信号６、推定変位信号８に変換し、前後方向衝突力と側方方向衝突力を衝突演算手段１３により求め、これらの全ての信号を組み合わせて多次元空間衝突判定手段で衝突判定することにより、側面衝突、斜め衝突、正面衝突、後方衝突などのあらゆる方向からの衝突に適切に対応して、フロントエアバッグ５５、助席フロントエアバッグ５５およびサイドエアバッグ５８の展開判定が可能である。
【００９０】
また、フロントエアバッグ５５、助席フロントエアバッグ５５およびサイドエアバッグ５８を、組み合わせて展開させて、衝突方向に応じた乗員の保護を行うことができるものである。
【００９１】
実施の形態６．
この実施の形態６は、コントローラの一部をアナログ演算器を用いて構成するものである。
図２２は、実施の形態６における車両の衝突検出装置を示すブロック図である。なお、上述した各実施の形態と同様の構成を持つものは、同一符号を付して説明を省略する。
【００９２】
この図２２において、５９はアナログ素子で構成された一次遅れ要素、６０は衝突加速度信号２を入力としたときの一次遅れ要素５９の出力である推定速度信号、６１はアナログ素子で構成された一次遅れ要素、６２は推定速度信号６０を入力としたときの一次遅れ要素６１の出力である推定変位信号、６３はアナログ素子で構成された衝突力演算手段、６４は衝突力演算手段６３の出力である推定衝突力信号、６５は上記したアナログ素子をまとめて構成したアナログ演算器、６６は衝突加速度信号２、推定速度信号６０、推定変位信号６２および推定衝突力信号６４の複数のアナログ信号を入力するマルチプクサ、６７はマルチプレクサ６６とＡ／Ｄコンバータ３、多次元空間衝突判定手段１５を含むディジタルコントローラである。
【００９３】
次に動作について説明する。
衝突加速度信号２から推定速度信号を得るのに式（２）の特性を有する一次遅れ要素形フィルタ５９を、オペアンプ一つと抵抗とコンデンサを組み合わせたアナログ素子のみで構成している。１次遅れ要素形フィルタ６１も同様にアナログ素子のみで構成できる。同様に、衝突力演算手段１３も図３に示されるような１自由度モデルで構成すれば、上述のオペアンプ、コンデンサ、抵抗で乗算器と加算器が構成できるため、アナログ素子のみで衝突力演算手段６３として構成できる。
【００９４】
このようにアナログ素子で衝突加速度信号２から推定速度信号６０、推定変位信号６２、推定衝突力信号６４を求め、これらの信号をディジタルコントローラに設けたマルチプレクサ６６を介してＡ／Ｄコンバータ３に入力し、ディジタルコントローラ６７に含まれる多次元空間衝突判定手段１５により衝突判定を行い衝突判定信号１７を出力する。
【００９５】
一般に、高次のフィルタをディジタル演算器で構成する場合、特に高周波数領域における積分動作を含むような場合、データのサンプリング周期を速くする必要があり、これに応じてディジタルコントローラの制御演算周期も速くする必要がある。しかし、上述したように１次遅れ要素形フィルタ６０および６１と衝突力演算手段６３をアナログ演算器６５で構成することにより、演算速度を上げることが可能であり、演算速度の速い高価なディジタルＣＰＵを用いなくても速答性に優れた衝突検出装置の構成が可能である。
【００９６】
実施の形態７．
上述した実施の形態６においては、コントローラの一部にアナログ演算器を用いていたが、この実施の形態７はコントローラをディジタル素子によって構成するものである。
図２３は、この実施の形態７における車両の衝突検出装置を示すブロック図、図２４は、衝突検出装置における計算処理の主制御の一例を示すフローチャートである。なお、上述した各実施の形態には同一符号を付して説明を省略する。
【００９７】
これらの図において、６８は前述した一次遅れ要素形フィルタ５および７と衝突力演算手段１３およびをまとめ１つのディジタル演算器（ＣＰＵ）で構成した、Ａ／Ｄコンバータ３含むディジタルコントローラである。ここで、コントローラをディジタル演算器により構成する際には、高速なサンプリング周期が要求されるが、近年のディジタル演算素子の発達は目覚ましいものがあり、演算速度は年を追う毎に高速化され、コストも急速に低下している。このように、コストが低く演算が高速なディジタル演算素子を利用することにより、コントローラをディジタル演算素子で構成可能である。
【００９８】
次に、上記実施の形態７の動作を図２３に示されるディジタルコントローラ６８により処理する過程を図２４に示されるフローチャートに従い説明する。
まず、処理Ｆ１００で動作が開始し、処理Ｆ１０１で予め設定されたサンプリング時間Ｔに従って、Ａ／Ｄコンバータ３を介して車両衝突加速度検出装置１からの加速度信号２をディジタル値に変換した加速度信号４としてディジタルコントローラ６８内部に取り込む、処理Ｆ１０２のディジタルフィルタとして構成される推定速度演算ルーチンにより加速度信号４を推定速度信号６に変換する。
【００９９】
同様にして、処理Ｆ１０３のディジタルフィルタとして構成される推定変位演算ルーチンにより推定速度信号６を推定変位信号８に変換し、処理Ｆ１０４の推定衝突力演算ルーチンにより加速度信号４と推定速度信号６および推定変位信号８に予め設定した車体をモデル化した１自由度モデルの各定数値を乗算演算と加算演算して推定衝突力信号１４に変換する。以上の演算処理ルーチンにより得られた加速度信号４と推定速度信号６と推定変位信号８および推定衝突力信号１４をもとにこれらにより描かれる多次元空間上の軌跡が予め多次元空間衝突判定手段１５の閾値を越えたかを処理Ｆ１０５により判定し、処理Ｆ１０５の判定がＹＥＳならば、処理Ｆ１０６に進み、衝突判定信号１７をＯＮとして、処理Ｆ１０７においてエアバッグが展開し、処理Ｆ１０８で動作は停止する。
【０１００】
一方、処理Ｆ１０５の判定がＮＯならば、繰り返し処理Ｆ１０１の加速度データの入力に戻り、同様の処理を繰り返す。なお、図２４のフローチャートではＦ１０２、Ｆ１０３、Ｆ１０４の各演算処理ルーチンは直列に接続されて図示されているが、ディジタルコントローラを構成するＣＰＵにタイマー割り込みなどの多重割り込み処理機能がある場合は、これらの処理ルーチンを並列に処理することも可能である。
【０１０１】
以上のようにコントローラ全てをディジタル素子と上述のソフトウェアで構成できるので、アナログ素子において問題となる耐ノイズ性が向上し、また、部品点数も大幅に低減できるので素子の故障による誤動作の頻度を低減し、衝突判定の信頼性を向上することができる。
【０１０２】
なお、上記各実施の形態において、衝突判定信号によって、点火装置に点火電流が供給されてエアバッグを点火させることとしてもよく、また、シートベルト緊張装置を作動させる構成であってもよい。
【０１０３】
上述したように、上記各実施の形態は、車両のさまざまな衝突形態に対応でき、車両を物理的なモデルで考慮することで設定定数値との対応を明確にし、さらに、多次元空間の概念を採り入れたよりきめ細かな閾値を与えることで、より短時間で信頼性も高い衝突判定を行うことができ、正面衝突や斜め衝突のエアバッグの展開判定のみならず側方からの衝突におけるサイドエアバックにも適用可能な車両の衝突検出装置を得ることができるものである。
【０１０４】
また、上述した各実施の形態においては、車両の衝突加速度を検出する装置１からの衝突加速度信号２がコントローラ１６に入力され、加速度信号２から推定速度信号６を算出する一次遅れ要素形フィルタ５、推定速度信号６から推定位置信号８を算出する一次遅れ要素形フィルタ７、上記衝突加速度信号２と推定速度信号６と推定変位信号８から車両の衝突時に発生する推定衝突力信号１４を算出する衝突力演算手段１３と、以上より求まる信号（衝突加速度信号２、推定速度信号６、推定変位信号８、推定衝突力信号１４）をもとに多次元空間上での軌跡を描き、この軌跡が多次元空間上に予め設定した閾値を越えたことを判定する多次元空間衝突判定手段１５とを設けるものであり、この多次元空間衝突判定手段１５から出力される衝突判定信号１７をエアバッグ展開信号とすることでエアバックを展開し，搭乗者を車両の衝突時の衝撃から安全に保護するものである。
【０１０５】
特に、車両が衝突したり車両に他の車両が衝突した場合に、より短時間で、しかも信頼性良くエアバッグ展開の有無を判定してエアバックを展開できるため、搭乗者を衝突事故から安全に守ることが可能になるものである。
【０１０６】
また、上記各実施の形態には次のような発明も記載されている。
車両の衝突検出装置が、車両の衝突加速度を検出する衝突加速度検出装置、推定速度信号を算出する一次遅れ要素形フィルタ、推定速度信号から推定位置信号を算出する一次遅れ要素形フィルタ、衝突加速度信号と推定速度信号と推定位置信号から衝突時に車両に発生する推定衝突力信号を算出する衝突力演算手段、以上より求まる推定衝突力信号、加速度信号、推定速度信号、推定変位信号からなる複数の信号を基に多次元空間上での軌跡を描き、予め多次元空間上に設定した閾値をこの軌跡が越えたことを判定して衝突判定信号を出力する多次元空間衝突判定手段を設けたことによって、車両の衝突加速度を車両衝突加速度検出装置で検出し、車両の衝突加速度から推定速度信号を一次遅れ要素形フィルタで算出し、推定速度信号から一次遅れ要素形フィルタで推定位置信号を算出し、衝突加速度信号と推定速度信号と推定位置信号から衝突時に車両に発生する推定衝突力信号を衝突力演算手段で算出し、この推定衝突力信号に基づき衝突判定を行うので、人体へ加わる衝撃力との物理的な対応が良く取れた信頼性の高い衝突判定が可能である。さらに、衝突力信号、加速度信号、推定速度信号、推定変位信号からなる複数の信号を基に多次元空間上の軌跡を描くので、車両の運動をより詳細に特徴づけて表現でき、多次元空間上に予め設定した閾値によるきめ細かい衝突判定を用いることで、さまざまな衝突形態においても短時間で信頼性の高い衝突判定が可能である。また、車両の衝突加速度から一次遅れ要素形フィルタにより推定速度信号と推定位置信号推定し、さらに、これらの信号を衝突力演算手段に与えて衝突時の衝突力を推定し、これらの信号（推定衝突力、加速度信号、推定速度信号、推定変位信号）をもとに多次元空間衝突判定手段内部で軌跡を描いて、予め設定した閾値を越えたことで衝突判定するように構成したので、信頼性が高く判定時間の短い衝突判定信号を生成できる効果がある。
【０１０７】
また、車両の衝突検出装置に、多次元空間衝突判定手段の内部モデルに車両の動きを模擬して衝突力を演算する質量、減衰器、ばねからなる１自由度モデルを用い、加速度信号、速度信号、位置信号を入力にして、推定衝突力信号を出力する衝突力演算手段が設けられているので、推定衝突信号を出力する衝突力演算手段にの内部モデルに、車両の物理モデルを１次近似した質量、減衰器、ばねによる１自由度モデルを用いているので、演算は（加速度×車両等価質量）と（推定速度×車両等価減衰）と（推定変位×車両等価変位）の掛け算３回、これらの値を足し合わせる足し算２回の演算量の少ない計算で衝突力を推定できるので、計算能力の低い演算器で十分計算可能である。さらに、演算される推定衝突力は変位信号よりも位相情報が進んだ時間遅れの少ない信号であり、より短時間で衝突判定が可能であるとともに、人体へ加わる衝撃力との物理的な対応が良く取れるので信頼性の高い衝突判定が可能である。また、衝突力演算手段の内部モデルに車両の動きを模擬して衝突力を演算する質量、減衰器、ばねからなる１自由度モデルを用いた構成としたので、実際に搭乗者に影響する衝突力を演算でき、衝突判定の信頼性を向上できる効果がある。また、１自由度の簡易モデルで衝突力の推定が可能なため、衝突力推定演算に要する演算付加が小さくできる効果があり、さらに、アナログ演算素子でも構成できる効果がある。
【０１０８】
また、車両の衝突検出装置に、多次元空間衝突判定手段の内部モデルに車両を模擬する１自由度モデルに加え、搭乗者の動きを模擬する多自由度モデルを加えることで、加速度信号、速度信号、位置信号を入力にして、推定衝突力信号と搭乗者とエアバック間の変位信号を出力する衝突力−搭乗者変位演算手段が設けられているので、衝突力演算手段の内部モデルにおいて、車両を模擬する１自由度モデルに加え、搭乗者の動きを模擬する多自由度モデルを加えることで搭乗者とエアバック間の相対変位を演算するので、搭乗者に加わる衝撃力に加え、搭乗者がエアバッグに衝突するまでの時間と変位の関係を衝突判定の情報に加えることができるため、より高精度の衝突判定が可能である。また、衝突力演算の内部モデルに車両を模擬する１自由度モデルに加え、搭乗者の動きを模擬する多自由度モデルを加えた構成としたので、搭乗者とエアバック間の推定相対変位を演算することができ、この相対変位も信号の一つに加えて、多次元空間衝突判定手段で衝突判定を行えば、より高精度で信頼性が高く、判定時間を短縮した衝突判定ができる効果がある。
【０１０９】
また、多次元空間判定手段の閾値は、多次元空間衝突判定手段の多次元空間から一平面を取り出して得られる２次元空間の一つである衝突力を横軸に速度を縦軸に取った平面において、ドア閉めやハンマ加振などの非破壊衝突を識別する機能を有する閾値であるので、多次元空間衝突判定手段の多次元空間から一平面を取り出して得られる２次元空間の一つである衝突力を横軸に速度を縦軸に取った平面において、ドア閉めやハンマ加振などの非破壊衝突を識別する機能を有する閾値を提供するので、ドア閉めなどの非破壊衝突で衝突判定を誤りエアバッグを展開させるなどの誤動作を防ぐことが可能である。また、多次元空間衝突判定手段の多次元空間から一平面を取り出して得られる２次元空間の一つである衝突力を横軸に速度を縦軸に取った平面において、ドア閉めやハンマ加振などの非破壊衝突を識別する機能を閾値に加えた構成としたので、これらのＯＦＦ要件衝突で不用意にエアバッグ展開する誤動作を防ぐとともにＯＮ要件衝突では短時間にエアバッグを展開できる効果がある。
【０１１０】
また、多次元空間判定手段の閾値は、多次元空間衝突判定手段の多次元空間から一平面を取り出して得られる２次元空間の一つである衝突力を横軸に速度を縦軸に取った平面において、車両のドア部薄肉鋼板やバンパなどの剛性が低く柔らかい部分に最初に衝突して衝撃力が緩和された後に車両フレーム部などの剛性が高く硬い部分にさらに衝突が進むような２段階衝突を識別する機能を有す閾値であるので、車両のドア部鋼板やバンパなどの剛性が低く柔らかい部分に最初に衝突して衝撃力が緩和された後に車両フレーム部などの剛性が高く硬い部分にさらに衝突が進むような２段階衝突を識別する機能を有する閾値を提供するので、２段階衝突において衝突判定を誤りエアバッグを展開させるなどの誤動作を防ぐことが可能である。また、多次元空間衝突判定手段の多次元空間から一平面を取り出して得られる２次元空間の一つである衝突力を横軸に速度を縦軸に取った平面において、車両のドア部薄肉鋼板やバンパなどの剛性が低く柔らかい部分に最初に衝突して衝撃力が緩和された後に車両フレーム部などの剛性が高く硬い部分にさらに衝突が進むような２段階衝突を識別する機能を閾値に加えた構成としたので、これらのＯＦＦ要件衝突で不用意にエアバッグ展開する誤動作を防ぐとともにＯＮ要件衝突では短時間にエアバッグを展開できる効果がある。
【０１１１】
また、車両の衝突検出装置は、車両の前後方向と側面方向の加速度を検知するように衝突加速度検出装置を設けたものであるので、前後方向の車両衝突加速度検出装置に加えて、車両の側面方向の加速度を検知するように車両衝突加速度検出装置を設置するので、前後方向の正面衝突や斜め衝突や他の車両などによる側面方向の衝突においても、短時間で信頼性の高い衝突判定が可能であり、フロントエアバッグやサイドエアバッグの展開を安全に迅速に行うことができる。また、車両の前後方向と側方方向の衝突加速度を検知できるように車両衝突加速度検出装置を設置する構成としたので、側面衝突、斜め衝突、正面衝突、後方衝突などのあらゆる方向からの衝突に適切に対応して衝突判定を行うことができ、信頼性高く、短時間でフロントエアバッグや助席フロントエアバッグおよびサイドエアバッグを展開できる効果がある。
【０１１２】
また、車両の衝突検出装置は、衝突加速度から推定速度信号を算出する一次遅れ要素形フィルタと推定速度信号から推定位置信号を算出する一次遅れ要素形フィルタと推定衝突力信号を算出する衝突力演算手段をアナログフィルタなどのアナログ演算器で構成し、多次元空間衝突判定手段をマルチプレクサとＡ／Ｄコンバータを含むディジタルコントローラにより構成されているので、衝突加速度から推定速度信号を算出する一次遅れ要素形フィルタと、推定速度信号から推定位置信号を算出する一次遅れ要素形フィルタと、推定衝突力信号を算出する衝突力演算手段をアナログフィルタなどのアナログ演算器で構成できるので、高性能なディジタルコントローラを用いなくても衝突検出装置の構成が可能である。また、コントローラ内部の一次遅れ要素と衝突力演算手段をアナログ演算器で構成したので、ディジタルコントローラに演算速度の速い高価なＣＰＵを用いなくても衝突衝突検出装置の構成を可能とする効果がある。
【０１１３】
また、車両の衝突検出装置は、衝突加速度から推定速度信号を算出する一次遅れ要素形フィルタと推定速度信号から推定位置信号を算出する一次遅れ要素形フィルタと推定衝突力信号を算出する衝突力演算手段と多次元空間衝突判定手段のすべてをＡ／Ｄコンバータを含む１つのディジタルコントローラで構成されたものであるので、衝突加速度から推定速度信号を算出する一次遅れ要素形フィルタと、推定速度信号から推定位置信号を算出する一次遅れ要素形フィルタと、推定衝突力信号を算出する衝突力演算手段と多次元空間衝突判定手段のすべての演算器をＡ／Ｄコンバータを含むディジタルコントローラで構成できるので、耐ノイズ性の向上、電子機器の素子数の低減、素子の故障による誤動作の頻度の低減が可能であり、衝突判定の信頼性を高めることができる。また、コントローラ全てをディジタル演算器で構成したので、アナログ素子において問題となる耐ノイズ性が向上し、部品点数も大幅に低減できるので素子の故障による誤動作の頻度を低減し、衝突判定の信頼性を向上する効果がある。
【０１１４】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に係る車両の衝突検出装置は、信頼性が高く、判定時間の短い衝突判定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１における車両の衝突検出装置を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１における衝突力演算手段内の演算に用いられる１自由度の質量−減衰器−ばねモデルを示す概念図である。
【図３】この発明の実施の形態１の衝突検出装置内部の衝突力演算手段の１自由度の質量−減衰器−ばねモデルをもとに推定衝突力の演算手順を示すブロック図である。
【図４】この発明の実施の形態１の車両の衝突検出装置における１自由度の質量−減衰器−ばねモデルに衝突力ｆを加えたときに車両等価質量に生ずる加速度、速度、変位の時刻歴応答波形のシミュレーション結果を示す説明図である。
【図５】この発明の実施の形態１の車両の衝突検出装置における一次遅れ要素フィルタの周波数応答特性の一例を示す説明図である。
【図６】この発明の実施の形態１の車両の衝突検出装置における推定衝突力の原理を示す推定速度、推定変位、衝突力のシミュレーション結果を示した説明図である。
【図７】この発明の実施の形態１の車両の衝突検出装置における多次元空間衝突判定手段の横軸に速度を縦軸に取った平面において、弾性的衝突における衝突力と速度の軌跡を示す説明図である。
【図８】この発明の実施の形態１の車両の衝突検出装置における多次元空間衝突判定手段の衝突力を横軸に速度を縦軸に取った平面において、弾性的衝突での推定衝突力と推定速度の軌跡を示す説明図である。
【図９】この発明の実施の形態１の車両の衝突検出装置における多次元空間衝突判定手段の衝突力を横軸に変位を縦軸に取った平面において、弾性的衝突での推定衝突力と推定変位の軌跡を示す説明図である。
【図１０】この発明の実施の形態１の車両の衝突検出装置における多次元空間衝突判定手段の衝突力を横軸に加速度を縦軸に取った平面において、弾性的衝突での推定衝突力と加速度の軌跡を示す説明図である。
【図１１】この発明の実施の形態１の車両の衝突検出装置における多次元空間衝突判定の原理を示すために例示した車両のドア閉めと他車両側突を示す説明図である。
【図１２】この発明の実施の形態１の車両の衝突検出装置における多次元空間衝突判定手段の衝突力を横軸に速度を縦軸に取った平面において、ドア閉め時に生じる推定衝突力と推定速度の軌跡を示す説明図である。
【図１３】この発明の実施の形態１の車両の衝突検出装置における多次元空間衝突判定手段の衝突力を横軸に速度を縦軸に取った平面において、低速度の側突を想定したときに生じる推定衝突力と推定速度の軌跡を示す説明図である。
【図１４】この発明の実施の形態１の車両の衝突検出装置における多次元空間衝突判定手段の衝突力を横軸に速度を縦軸に取った平面において、中速度の側突を想定したときに生じる推定衝突力と推定速度の軌跡を示す説明図である。
【図１５】この発明の実施の形態１の車両の衝突検出装置における多次元空間衝突判定手段の衝突力を横軸に速度を縦軸に取った平面において、高速度の側突速を想定したときに生じる推定衝突力と推定速度の軌跡を示す説明図である。
【図１６】この発明の実施の形態１の車両の衝突検出装置における多次元空間衝突判定手段の衝突力を横軸に速度を縦軸に取った平面において、閾値の設定の一例を示す説明図である。
【図１７】この発明の実施の形態２の衝突力−搭乗者変位演算手段において、車両を模擬する１自由度モデルと搭乗者の動きを模擬する１自由度モデルを示す説明図である。
【図１８】この発明の実施の形態２の衝突力−搭乗者変位演算手段の一例を示すブロック図である。
【図１９】この発明の実施の形態３の車両の衝突検出装置における多次元空間衝突判定手段の衝突力を横軸に速度を縦軸に取った平面において、非破壊衝突を判別する閾値の設定の一例を示す説明図である。
【図２０】この発明の実施の形態４の車両の衝突検出装置における多次元空間衝突判定手段の衝突力を横軸に速度を縦軸に取った平面において、二段階衝突を判別する閾値設定の一例を示す説明図である。
【図２１】この発明の実施の形態５を示す車両の衝突検出装置における、前後方向と側方方向の衝突加速度を検知できるように車両衝突加速度検出装置を設置した車両を示す説明図である。
【図２２】この発明の実施の形態６を示す車両の衝突検出装置におけるブロック図である。
【図２３】この発明の実施の形態７を示す車両の衝突検出装置におけるブロック図である。
【図２４】この発明の実施の形態７を示す車両の衝突検出装置における計算処理の主制御の一例を示すフローチャートである。
【図２５】従来の車両用乗員保護装置の駆動方法を示すブロック図である。
【図２６】従来の車両用乗員保護装置の駆動方法において得られる衝突時の加速度センサの検出出力を示す出力波形図および変位量を示す説明図である。
【符号の説明】
１車両衝突加速度検出装置、２衝突加速度信号、３Ａ／Ｄコンバータ、４加速度信号、５一次遅れ要素形フィルタ、６推定速度信号、７一次遅れ要素形フィルタ、８推定変位信号、９質量係数乗算器、１０減衰係数乗算器、１１ばね係数乗算器、１２加算器、１３衝突力演算手段、１４推定衝突力信号、１５多次元空間衝突判定手段、１６コントローラ、１７衝突判定信号、２７搭乗者変位演算手段、２８衝突力−搭乗者変位演算手段、２９搭乗者等価推定変位信号、４３車両、４４車両ドア、４５追突車両、５３フロント加速度検出装置、５４フロントエアバッグ、５５助席フロントエアバッグ、５６運席側−側方方向加速度検出装置、５７助席側−側方方向加速度検出装置、５８サイドエアバッグ、５９一次遅れ要素形フィルタ、６１一次遅れ要素形フィルタ、６３衝突力演算手段、６５アナログ演算器、６６マルチプレクサ、６７ディジタルコントローラ、６８ディジタルコントローラ

Claims

車両の衝突加速度を検出する加速度検出手段からの加速度に基づいて、車両の衝突を判定する車両の衝突検出装置であって、
上記衝突加速度から推定速度を算出する速度演算手段と、
上記推定速度から推定変位を算出する変位演算手段と、
上記衝突加速度に基づいて衝突時に車両に発生する推定衝突力を算出する衝突力演算手段と、
この推定衝突力に基づいて衝突判定を行う衝突判定手段とを備え、
上記衝突力演算手段は、上記車両を予め設定された上記車両に対応する定数により、質量、減衰器、ばねからなる１自由度モデルとしてモデル化し、かつ、上記衝突加速度に上記質量を乗じた値、上記推定速度に上記減衰器の減衰定数を乗じた値及び上記推定変位に上記ばねのばね定数を乗じた値とを加算器により加算させ、衝突時に車両に発生する推定衝突力を算出し、
上記衝突判定手段は、上記推定衝突力を主軸とし、上記衝突加速度、上記推定速度または上記推定変位のうちいずれか一つを他軸とした平面上の軌跡が、予め設定した閾値を超えたかどうかで衝突判定を行うことを特徴とする車両の衝突検出装置。
衝突判定手段は、搭乗者の車両に対する推定相対変位を演算し、この推定相対変位及び推定衝突力に基づいて衝突判定を行うことを特徴とする請求項１記載の車両の衝突検出装置。
衝突加速度から推定速度を算出する一次遅れ要素形フィルタと、推定速度から推定変位を算出する一次遅れ要素形フィルタとを備えたことを特徴とする請求項１記載の車両の衝突検出装置。