JP4524166B2

JP4524166B2 - 車両用障害物判別装置

Info

Publication number: JP4524166B2
Application number: JP2004287598A
Authority: JP
Inventors: 紀雄三摩; 正規川浦; 徹神谷
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2004-09-30
Publication date: 2010-08-11
Anticipated expiration: 2024-09-30
Also published as: JP2006096293A

Description

本発明は、車両への障害物の接近とその種類とを非接触に判別する装置に関し、特に静電容量の変化に基づいて障害物が歩行者か否かを判別する装置に関する。

近年、歩行者保護の目的で、車両バンパ部に障害物判別装置を取り付け、車両衝突時に衝突対象が歩行者か否かを判定し、歩行者と判定した場合には、歩行者を保護するための装置（例えば、フードやカウルエアバッグ）を作動させる技術が提案され、かつ、実用化が検討されている。

先行する歩行者判別技術として、特許文献１、２は、導電体である衝突対象とセンサの電極板との間の静電容量変化に基づいて歩行者と導電体との間の静電容量の差を電気的に検出する導電性をもつ接近体の接近を検出する方式（静電容量式接近体検出方式）を提案している。通常、静電容量変化検出用のセンサは検出感度を向上させる為に、歩行者との距離が最短となる位置（例えば、バンパカバー表面又は裏面など）に取り付けられる。ここで、図１０は、従来技術の一例における車両バンパ付近の縦断面図である。図１０に示す従来の車両バンパ１１では、静電容量変化検出用のセンサ１６がバンパカバー１２裏面に取り付けられている。
特開2000-177514号公報特開2000-326808号公報

しかし、センサ１６をバンパカバー１２裏面に取り付けた従来技術においては、雨天時などに雨粒や対向車からのスプラッシュ等の水分がバンパカバー１２表面に付着することに起因して、構成成分の約３分の２が水分である人体が衝突した時と略同様の静電容量変化が発生し、歩行者衝突の発生が誤検出される場合があるという問題があった。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、降雨やスプラッシュ等に起因する歩行者衝突の誤検出を防止した静電容量式の車両用障害物判別装置を提供することをその目的としている。

以下、上記課題を解決するのに適した各手段につき、必要に応じて作用効果等を付記しつつ説明する。

１．バンパカバー内にバンパリンフォース及びアブソーバを配設してなる車両バンパと、一つの電極を具備し前記車両バンパへの障害物の接近乃至衝突によって生じる前記一つの電極と前記障害物との間の静電容量変化を検出するセンサとを有し、そのセンサの検出結果に基づいて障害物が歩行者か否かを判別するように構成された車両用障害物判別装置において、
前記センサは、前記バンパカバーより車両後方位置にてそのバンパカバーとは非接触に配設されたことを特徴とする車両用障害物判別装置。

手段１によれば、一つの電極を具備し車両バンパへの障害物の接近乃至衝突によって生じる一つの電極と障害物との間の静電容量変化を検出するセンサが、バンパカバーより車両後方位置にてそのバンパカバーとは非接触に配設されているので、バンパカバー表面に付着した水分による静電容量変化を検出することがなく、降雨やスプラッシュ等に起因する歩行者衝突の誤検出を防止することができる。また、歩行者衝突の発生時は、バンパカバー及びアブソーバが変形して歩行者（人体）とセンサとが略接触する状態となるため、従来構成と同様の感度で静電容量変化を検出し、障害物が歩行者か否かを高精度に判別することができる。

２．前記センサは、前記アブソーバの表面又は内部に配設されたことを特徴とする手段１に記載の車両用障害物判別装置。

手段２によれば、センサがバンパカバーよりも車両後方側にて所定の間隔を隔てて配設されるアブソーバの表面又は内部に配設されているので、バンパカバー表面に付着した水分による静電容量変化を検出することがなく、降雨やスプラッシュ等に起因する歩行者衝突の誤検出を防止することができる。

３．前記センサの車両前後方向における配設位置は、歩行者を保護するための装置を作動させることが必要となる歩行者衝突の発生時に前記車両バンパにおいて生じる衝突ストロークに基づいて設定されたことを特徴とする手段１又は２に記載の車両用障害物判別装置。

手段３によれば、センサの車両前後方向における配設位置が歩行者を保護するための装置を作動させることが必要となる歩行者衝突の発生時に車両バンパにおいて生じる衝突ストロークに基づいて設定され、歩行者衝突の発生時に歩行者（人体）とセンサとが略接触する状態となるため、従来構成と同様の感度で静電容量変化を検出し、障害物が歩行者か否かを高精度に判別することができる。一方、降雨やスプラッシュ等の水分は質量が小さく、水分の衝突による衝突ストロークは殆ど発生しないので、センサはバンパカバー表面に付着した水分による静電容量変化を検出することはない。

４．前記バンパカバー前端と前記センサとの間の距離が、前記歩行者衝突時の衝突ストロークに略等しく設定されたことを特徴とする手段３に記載の車両用障害物判別装置。

手段４によれば、バンパカバー前端とセンサとの間の距離が、歩行者衝突時の衝突ストロークに略等しく設定されているので、歩行者衝突によって車両バンパに前記歩行者衝突時の衝突ストローク或いはそれよりも大きい衝突ストロークが生じた場合には、歩行者（人体）とセンサとが略接触する状態となるため、従来構成と同様の感度で静電容量変化を検出し、障害物が歩行者か否かを高精度に判別することができる。

５．前記バンパカバー前端と前記センサとの間の距離が、前記歩行者衝突時の衝突ストロークよりも小さく設定されたことを特徴とする手段３に記載の車両用障害物判別装置。

手段５によれば、バンパカバー前端とセンサとの間の距離が、歩行者衝突時の衝突ストロークよりも小さく設定されているので、歩行者衝突の発生時に歩行者（人体）とセンサとが確実に略接触する状態となるため、従来構成と同様の感度で静電容量変化を検出し、障害物が歩行者か否かを高精度に判別することができる。
６．前記センサは、金属体検出用のコイルを更に備えたことを特徴とする手段１乃至５のいずれか１つに記載の車両用障害物判別装置。
手段６によれば、センサは、金属体検出用のコイルを更に備えたことにより、障害物が金属体である場合、金属体がセンサにほぼ接触する程に接近することにより金属体に渦電流が流れ、金属体検出用のコイルのインピーダンスが減少するため、金属体が接近したと判別することができる。
７．前記センサは、前記一つの電極と前記コイルとを一つの基板上に設けてなることを特徴とする手段６に記載の車両用障害物判別装置。
手段７によれば、一つの基板上に設けられた一つの電極とコイルとにより、障害物が人体であるか金属であるかを確実に判別することができる。

本発明の車両用障害物判別装置を具体化した一実施形態について図面を参照しつつ具体的に説明する。

本実施形態の車両バンパ１は、図１（ａ）及び図２に示すように、バンパカバー２、バンパリンフォース３、アブソーバ４、サイドメンバ５及びセンサ６を主体として構成されている。

バンパカバー２は、車両前端にて車両幅方向に延び、バンパリンフォース３及びアブソーバ４を覆うように車体に取り付けられる樹脂（例えば、ポリプロピレン）製カバー部材である。

バンパリンフォース３は、バンパカバー２内に配設されて車両幅方向に延びる金属製の梁状部材である。

アブソーバ４は、バンパカバー２内に配設されてバンパリンフォース３の前面に取り付けられる発泡樹脂材又はウレタンフォーム等の弾性体からなる衝撃吸収部材である。尚、バンパカバー２裏面とアブソーバ４前面との間には、所定間隔（例えば、数ｍｍから数十ｍｍ程度）の隙間が形成されている。

サイドメンバ５は、車両側面側に位置して車両前後方向に延びる一対の金属製部材であり、その前端に上述したバンパリンフォース４が取り付けられる。

センサ６は、静電容量変化に基づいて車両バンパ１へ接近乃至衝突する障害物が歩行者（人体）か、金属か、それ以外の物体であるかを判別し、図示しない歩行者保護装置へ信号出力するセンサであり、フレキシブルプリント配線基板（ＦＰＣ）６０、フレキシブルプリント配線基板６０上に形成された検出部６１及び回路部６２を備えている。尚、図３は、センサの縦断面図、図４は、センサの正面図である。センシング部６１は、金属体検出用としてフレキシブルプリント配線基板６０表面にプリントされた角形の渦巻きシートコイル６１１と、人体検出用の対地コンデンサの電極部としてフレキシブルプリント配線基板６０表面にプリントされた電極ライン６１２、６１３とからなる。また、回路部６２は、検出部６１に交流電圧を供給する交流電源回路及び検出部６１から出力される電気信号に基づいて障害物を判別する判別部を有している。

ここで、センサ６は、歩行者衝突時に発生する車両バンパ１（具体的には、バンパカバー２及びアブソーバ４）の変形量（衝突ストローク）を考慮した位置に取り付けられる。尚、以下の説明において、歩行者（人体）衝突時に発生する車両バンパ１の衝突ストロークの大きさを、「衝突ストロークＳ」と表わすものとする。具体的には、センサ６は、バンパカバー２裏面より後方位置にてバンパカバー２とは非接触に配設されると共に、バンパカバー２前端とセンサ６との間の距離が衝突ストロークＳに略等しく設定される。図１（ａ）は、歩行者衝突発生前のセンサ６の取り付け状態の一例を示しており、センサ６はアブソーバ４の内部に取り付けられている。また、図１（ｂ）は、歩行者衝突時の車両バンパ１を示しており、バンパカバー２及びアブソーバ４に衝突ストロークＳに相当する変形が生じることにより、センサ６が歩行者（人体の下肢）にほぼ接触した状態となっている。

次に、本実施形態において、障害物の衝突によって車両バンパ１に衝突ストロークＳ以上の変形が生じた場合における近接障害物の弁別方法について図５乃至７の回路図を参照しつつ説明する。また、これらの図において、Ｌはシートコイル６１１のインダクタンス、Ｃはシートコイル６１１に並列接続されたコンデンサ６２２の静電容量、Ｒはシートコイル６１１及びコンデンサ６２２に並列接続された抵抗素子６２３の抵抗値、Ｒoは電圧降下検出抵抗６２４の抵抗値、Ｖｉは交流電源６２１の出力電圧、Ｖoは電圧降下検出抵抗６２４の電圧降下であり、当該回路の出力電圧である。

図５は、近接障害物が電気絶縁体である場合を示す。コンデンサ６２２はシートコイル６１１とは別に設けても良いが、シートコイル６１１の分布容量としてもよく、シートコイル６１１の分布容量を含んでもよい。抵抗ＲはシートコイルＬと別に設けても良いが、シートコイルＬ自体の内部抵抗としてもよい。車両バンパ１に接近する近接障害物が電気絶縁体である場合には、発生する衝突ストロークの大きさに拘らず、近接障害物はセンサ６に電気的影響を与えないので、出力電圧Ｖoは変化しない。なお、超音波センサなどにより近接障害物の接近を検出する場合には、この接近にかかわらず出力電圧Ｖoが変化しないので、近接障害物が電気絶縁体である（すなわち、人間ではない）と判定することができる。

図６は、近接障害物がたとえばアルミニウムなどの金属体である場合を示す。車両バンパ１に衝突ストロークＳ以上の大きさの衝突ストロークが発生した場合、金属体がセンサ６にほぼ接触する程に接近することにより金属体に渦電流が流れ、シートコイル６１１のコイルインピーダンスＺｃが減少するため、インダクタンスＬ、静電容量Ｃ、抵抗値Ｒからなる交流インピーダンス回路の合成交流インピーダンスが減少し、電圧降下検出抵抗６２４の電圧降下すなわち出力電圧Ｖｏが増大する。すなわち、出力電圧Ｖｏが増大する場合に金属体が接近したと判別することができる。障害物が軟鉄などの磁性体の場合にはシートコイル６１１のインダクタンスは増大する。しかし、その渦電流損失の増加はシートコイル６１１のインダクタンス増加よりも交流インピーダンス回路のコイルインピーダンスＺｃの低下に与える影響が大きいため、交流インピーダンス回路の電圧降下自体は減少する。同様に、これらの金属体は後述する人体の場合と同様に、電圧降下検出抵抗６２４と並列接続されるコンデンサの容量を増大させ、電圧降下検出抵抗６２４の電圧降下を減少する作用も行う。しかし、このコンデンサ容量の増加による電圧降下検出抵抗６２４の電圧降下低下よりも、金属体による渦電流損失増加により交流インピーダンス回路の電圧降下減少の影響が優勢であるために、金属体が接近すると、当該回路の出力電圧は、増加することがわかった。

図７は近接障害物５が人体である場合を示す。人体は表面積が大きいので、車両バンパ１に衝突ストロークＳ以上の大きさの衝突ストロークが発生した場合、バンパカバー２及びアブソーバ４が変形してセンサと人体とがほぼ接触する程に接近することにより、人体と電極ライン６１２、６１３との間の静電容量Ｃ1が大きくなる。尚、人体は金属体に比較して格段に（二桁以上）比抵抗が大きいので、シートコイル６１１による渦電流はほとんど無視することができる。ここで、電極ライン６１２、６１３と人体との間の静電容量をＣ１、人体の対地静電容量をＣ２とすれば、電極ライン６１２、６１３は静電容量Ｃ1、Ｃ２の直列回路を通じて接地されることになる。その結果、この直列接続静電容量が電圧降下検出抵抗６２４に並列接続されて、それらの合成交流インピーダンスが小さくなるために、電圧降下検出抵抗６２４の電圧降下すなわち出力電圧Ｖｏが減少する。すなわち、出力電圧Ｖｏが減少する場合に人体が接近したと判定することができる。尚、バンパカバー２及びアブソーバ４の変形によりセンサ６と人体とがほぼ接触しているので、センサ６が車両バンパ１において従来よりも衝突面から離隔した位置に取り付けられているにも拘らず、従来と同様の出力（すなわち、検出感度）を得ることができる。

次に、車両バンパ１における衝突ストロークが、衝突ストロークＳ未満の大きさである場合について説明する。尚、図８に人体と金属と電気絶縁体（それ以外の物体）とがセンサ６に接近する際の出力電圧Ｖｏの変化の計算例を示す。

障害物が絶縁体である場合は、衝突ストロークの大小に拘らず、障害物はセンサ６に対して電気的影響を与えないので、出力電圧Ｖoは変化しない。障害物が金属体である場合、センサ６に設けられたシートコイル６１１が、障害物である金属体から離隔しているので、障害物はシートコイル６１１に電気的影響（コイルインピーダンスの変化）は多少あるが誤判定するレベルでない。障害物が人体である場合、センサ６に設けられた電極ライン６１２、６１３は障害物である人体から離隔しているのでセンサ６に電気的影響（静電容量変化）は多少あるが誤判定するレベルでない。

一方、雨粒やスプラッシュ等の水分が車両バンパ１に衝突した場合は、水分の質量が小さいために、車両バンパ部１には変形が生じない。ここで、図９は、歩行者及び水分について衝突速度と衝突ストロークとの関係を示す図である。図９より明らかなように、水分は衝突速度が大きい場合でも、衝突ストロークが大きくならないので、衝突ストロークＳに到達しない。このため、バンパカバー２表面に付着した水分は、アブソーバ４内部に配設されたセンサ６から数ｍｍ乃至数十ｍｍ離隔している。よって、バンパカバー２表面に付着した水分はセンサ６の静電容量に影響を与えず、出力電圧Ｖoは変化しない。従って、従来はバンパカバー裏面にセンサが配設されていたので、降雨やスプラッシュ等によりバンパカバーに付着した水分によって静電容量が変化して歩行者衝突の発生を誤検出するケースがあったが、本実施形態によれば、歩行者衝突の発生を誤検出することがないという効果を奏する。

以上詳述したことから明らかなように、本実施形態によれば、車両バンパ１への障害物の衝突によって生じる静電容量変化を検出するセンサ６が、バンパカバー２より車両後方位置にてバンパカバー２とは非接触に配設（具体的には、アブソーバ４内部に配設）されているので、バンパカバー２表面に付着した水分による静電容量変化を検出することがなく、降雨やスプラッシュ等に起因する歩行者衝突の誤検出を防止することができる。また、歩行者衝突の発生時は、車両バンパ１（バンパカバー２及びアブソーバ４）が変形して歩行者（人体）とセンサとが略接触する状態となるため、従来構成と同様の感度で静電容量変化を検出し、障害物が歩行者か否かを高精度に判別することができる。

また、センサ６の配設位置は、歩行者衝突の発生時に車両バンパ１において生じる衝突ストロークに基づいて設定されている。具体的には、バンパカバー２前端とセンサ６との間の距離が、歩行者衝突時の衝突ストロークＳに略等しく設定され、歩行者衝突の発生時に歩行者（人体）とセンサ６とが略接触する状態となるため、従来構成と同様の感度で静電容量変化を検出し、障害物が歩行者か否かを高精度に判別することができる。一方、降雨やスプラッシュ等の水分は質量が小さく、水分の衝突による衝突ストロークは殆ど発生しないので、センサ６はバンパカバー２表面に付着した水分による静電容量変化を検出することはない。

尚、本発明は上述した各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことが可能である。例えば、前記実施形態では、センサ６をアブソーバ４の内部に配設した例を示したが、アブソーバ４表面に配設してもよい。

また、前記実施形態では、バンパカバー２前端とセンサ６との間の距離を歩行者衝突時の衝突ストロークＳに略等しく設定したが、これよりも小さく設定してもよい。バンパカバー２前端とセンサ６との間の距離が歩行者衝突時の衝突ストロークＳよりも小さい場合も、歩行者衝突の発生時に歩行者（人体）とセンサとが確実に略接触する状態となるため、従来構成と同様の感度で静電容量変化を検出し、障害物が歩行者か否かを高精度に判別することができる。

さらに、静電容量変化検出用のセンサ６の構成は上述した実施形態に限られるものではなく、車両バンパにおける静電容量変化を検出可能であれば、いかなる構成であっても構わない。また、前記実施形態では、金属体検出用のシートコイル６１１を設けたが、これを省略する構成としても構わない。

本発明は、静電容量変化の検出に基づいて障害物を判別可能な各種の静電容量式車両用障害物判別装置に適用可能である。

本発明の一実施形態におけるセンサの取り付け位置を示す車両バンパの縦断面図であり、（ａ）は歩行者衝突発生前の状態を、（ｂ）歩行者衝突発生時の状態をそれぞれ示している。車両バンパの横断面図である。センサの縦断面図である。センサの正面図である。センサに電気絶縁体が接近する場合を示す等価回路図である。センサに金属体が接近する場合を示す等価回路図である。センサに人体が接近する場合を示す等価回路図である。センサ出力と障害物−センサ間の距離との関係を示す図である。歩行者及び水分について衝突速度と衝突ストロークとの関係を示す図である。従来技術における静電容量変化検出用のセンサ取り付け位置を示す車両バンパの縦断面図である。

符号の説明

１車両バンパ
２バンパカバー
３バンパリンフォース
４アブソーバ
６センサ

Claims

バンパカバー内にバンパリンフォース及びアブソーバを配設してなる車両バンパと、一つの電極を具備し前記車両バンパへの障害物の接近乃至衝突によって生じる前記一つの電極と前記障害物との間の静電容量変化を検出するセンサとを有し、そのセンサの検出結果に基づいて障害物が歩行者か否かを判別するように構成された車両用障害物判別装置において、
前記センサは、前記バンパカバーより車両後方位置にてそのバンパカバーとは非接触に配設されたことを特徴とする車両用障害物判別装置。
前記センサは、前記アブソーバの表面又は内部に配設されたことを特徴とする請求項１に記載の車両用障害物判別装置。
前記センサの車両前後方向における配設位置は、歩行者を保護するための装置を作動させることが必要となる歩行者衝突の発生時に前記車両バンパにおいて生じる衝突ストロークに基づいて設定されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用障害物判別装置。
前記バンパカバー前端と前記センサとの間の距離が、前記歩行者衝突時の衝突ストロークに略等しく設定されたことを特徴とする請求項３に記載の車両用障害物判別装置。
前記バンパカバー前端と前記センサとの間の距離が、前記歩行者衝突時の衝突ストロークよりも小さく設定されたことを特徴とする請求項３に記載の車両用障害物判別装置。
前記センサは、金属体検出用のコイルを更に備えたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の車両用障害物判別装置。
前記センサは、前記一つの電極と前記コイルとを一つの基板上に設けてなることを特徴とする請求項６に記載の車両用障害物判別装置。