JP4624228B2 - 車両用衝突判定装置 - Google Patents

Description

この発明は、車両用衝突判定装置に関するものである。

従来、例えば自車両の前部や後部あるいは側部に圧力センサ等の衝突センサ、つまり衝突荷重に応じた変形量を検出可能なセンサを配置し、この衝突センサから出力される検出信号の大きさ（例えば、衝突部分の変形量等）および検出信号の大きさの時間変化と、車速センサにより検出される自車両の速度あるいはレーダ装置により検知される対象物と自車両との相対速度とに基づき、自車両に衝突した衝突物体を検知し、この衝突物体が歩行者であるか否かを判定すると共に、検知した衝突物体が歩行者であると判定した場合には、例えば自車両のボンネット上でエアバッグを展開可能なエアバッグ装置等の歩行者保護装置を作動させる車両用衝突判別装置（例えば、特許文献１参照）が知られている。
特開平１１−３１００９５号公報

ところで、上記従来技術に係る車両用衝突判別装置では、衝突時に検出した衝突荷重の大きさに応じて衝突の強さを検知し、この衝突の強さと、衝突直前に検出した自車両の速度あるいは衝突直前に検出した衝突物体と自車両との相対速度とに基づき、衝突物体の種別および衝突形態を判定している。しかしながら、衝突直前に検出された自車両の速度や相対速度等の状態量には、実際に発生した衝突の状態が直接的に反映されてはいない。
このため、実際に発生した衝突の状態に応じて衝突形態を適切に判別すると共に、衝突物体の種別および衝突形態を判別する際の信頼度を、より一層、向上させることが望まれている。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、衝突発生時の衝突状態および衝突物体を判別する際の精度および信頼度を向上させることが可能な車両用衝突判定装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の本発明の車両用衝突判定装置は、車両の外表面を構成する部材（例えば、実施の形態でのフロントバンパフェース２）に配置された複数の圧電素子と、前記複数の圧電素子の出力値の時間微分値を出力する微分回路と、前記時間微分値から前記複数の圧電素子の変形による曲率の時間変化を検出する曲率時間変化検出手段と、該曲率時間変化検出手段により検出された複数の前記曲率の時間変化の時間積分値を出力する時間積分器とを備え、あるいは、車両の外表面を構成する部材に配置された複数の歪みゲージと、前記複数の歪みゲージの出力値から前記複数の歪みゲージの変形による曲率を検出する曲率検出手段と、該曲率検出手段により検出された複数の前記曲率の時間微分値を出力する時間微分器とを備え、複数の前記曲率および前記曲率の時間変化に基づき前記車両と前記物体との衝突時の相対速度（例えば、実施の形態での等価相対速度ν）を検知する相対速度検知手段（例えば、実施の形態での等価相対速度算出部５７）、および複数の前記曲率に基づき前記車両と前記物体との間で作用した衝突時の荷重（例えば、実施の形態での等価荷重ｆ）を検知する荷重検知手段（例えば、実施の形態での等価荷重算出部５６）と、前記相対速度検知手段により検知された前記相対速度と所定の閾値との大小関係および前記荷重検知手段により検知された前記荷重と所定の閾値との大小関係に応じて、少なくとも歩行者保護または乗員保護の要否を判定する衝突判定手段（例えば、実施の形態でのデバイス駆動判定部４２）とを備え、前記荷重検知手段は、下記数式（１），（２）により、あるいは、車幅方向の距離に関する前記曲率の２階微分値の分布により前記荷重を検知し、前記相対速度検知手段は、下記数式（２），（３），（４）により、あるいは、曲げ歪みのエネルギーの時間変化と前記荷重との２次元マップにより前記相対速度を検知する。

ここで、ＥＤ：曲げ歪みのエネルギー、ｄＥＤ／ｄｔ：曲げ歪みのエネルギーの時間変化、Ｅ：縦弾性係数、Ｉ：断面２次モーメント、ρ（ｎ）：曲率、ｄｓ：幅、ｎ＝１，…，Ｎ、ｄρ（ｎ）／ｄｔ：時間変化、ｗ _ｓｕｍ ：たわみ総和、ｆ：荷重、ν：相対速度、としている。

上記構成の車両用衝突判定装置によれば、先ず、複数の圧電素子または複数の歪みゲージの検出結果に対し、必要に応じて時間に関する一次積分または一次微分の処理が実行され、部材の曲率と、部材の曲率の時間変化（つまり、曲率の時間に関する１階微分値）とが検出される。そして、部材の曲率に基づき部材の変形時に作用する曲げ歪みのエネルギーが算出され、さらに、この曲げ歪みのエネルギーに基づき車両と物体との間で作用した荷重が算出される。また、部材の複数の曲率と、部材の複数の曲率の時間変化とに基づき、曲げ歪みのエネルギーの時間変化（つまり、エネルギーの時間に関する１階微分値）が算出され、さらに、この曲げ歪みのエネルギーの時間変化と荷重とに基づき車両と物体との相対速度が検知される。衝突判定手段は、相対速度および荷重に応じて、例えば、相対速度と、荷重と、衝突の激しさを示す状態量である曲げ歪みのエネルギーの時間変化である相対速度および荷重の積とからなる３つのパラメータにより少なくとも歩行者保護または乗員保護の要否を判定する。
これにより、例えば軽量物との高速衝突や重量物との低速衝突等のように、曲げ歪みのエネルギー、さらに、曲げ歪みのエネルギーの時間変化が歩行者との衝突（つまり、歩行者保護装置の作動が必要となる衝突）に対する値と同等の値となる複数の衝突を容易に判別することができる。

請求項２に記載の本発明の車両用衝突判定装置は、車両の外表面を構成する部材に配置された複数の圧電素子と、前記複数の圧電素子の出力値の時間微分値を出力する微分回路と、前記時間微分値から前記複数の圧電素子の変形による曲率の時間変化を検出する曲率時間変化検出手段と、該曲率時間変化検出手段により検出された複数の前記曲率の時間変化の時間積分値を出力する時間積分器とを備え、あるいは、車両の外表面を構成する部材に配置された複数の歪みゲージと、前記複数の歪みゲージの出力値から前記複数の歪みゲージの変形による曲率を検出する曲率検出手段と、該曲率検出手段により検出された複数の前記曲率の時間微分値を出力する時間微分器とを備え、複数の前記曲率に基づき前記車両と前記物体との間で作用した衝突時の荷重（例えば、実施の形態での等価荷重ｆ）を検知する荷重検知手段（例えば、実施の形態での等価荷重算出部５６）、および複数の前記曲率および曲率の時間変化に基づき衝突時の前記部材の曲げ歪みのエネルギーの時間変化（例えば、実施の形態での歪みエネルギーＥＤの時間変化（ｄＥＤ／ｄｔ））を検知するエネルギー時間変化検知手段（例えば、実施の形態での歪みエネルギー時間変化算出部５２）と、前記荷重検知手段により検知された前記荷重と所定の閾値との大小関係および前記エネルギー時間変化検知手段により検知された前記エネルギーの時間変化と所定の閾値との大小関係に応じて、少なくとも歩行者保護または乗員保護の要否を判定する衝突判定手段（例えば、実施の形態でのデバイス駆動判定部４２）とを備え、前記荷重検知手段は、下記数式（５），（６）により、あるいは、車幅方向の距離に関する前記曲率の２階微分値の分布により前記荷重を検知し、前記エネルギー時間変化検知手段は、下記数式（７）により前記曲げ歪みのエネルギーの時間変化を検知する。

ここで、ＥＤ：曲げ歪みのエネルギー、ｄＥＤ／ｄｔ：曲げ歪みのエネルギーの時間変化、Ｅ：縦弾性係数、Ｉ：断面２次モーメント、ρ（ｎ）：曲率、ｄｓ：幅、ｎ＝１，…，Ｎ、ｄρ（ｎ）／ｄｔ：時間変化、ｗ _ｓｕｍ ：たわみ総和、ｆ：荷重、としている。

上記構成の車両用衝突判定装置によれば、先ず、複数の圧電素子または複数の歪みゲージの検出結果に対し、必要に応じて時間に関する一次積分または一次微分の処理が実行され、部材の複数の曲率と、部材の複数の曲率の時間変化とが検出される。そして、部材の曲率の長手方向位置Ｘの二階差分（微分）値に基づき荷重が算出されると共に前記曲率および曲率の時間変化からなる曲げ歪みのエネルギーの時間変化が算出される。衝突判定手段は、荷重と曲げ歪みのエネルギーの時間変化とから少なくとも歩行者保護または乗員保護の要否を判定する。
これにより、例えば軽量物との高速衝突や重量物との低速衝突等のように、曲げ歪みのエネルギー、さらに、曲げ歪みのエネルギーの時間変化が歩行者との衝突に対する値と同等の値となる複数の衝突を容易に判別することができる。
また、曲げ歪みのエネルギーの算出および部材のたわみ量の算出を必要としないため処理を高速化できる。

請求項３に記載の本発明の車両用衝突判定装置は、車両の外表面を構成する部材に配置された複数の圧電素子と、前記複数の圧電素子の出力値の時間微分値を出力する微分回路と、前記時間微分値から前記複数の圧電素子の変形による曲率の時間変化を検出する曲率時間変化検出手段と、該曲率時間変化検出手段により検出された複数の前記曲率の時間変化の時間積分値を出力する時間積分器とを備え、あるいは、車両の外表面を構成する部材に配置された複数の歪みゲージと、前記複数の歪みゲージの出力値から前記複数の歪みゲージの変形による曲率を検出する曲率検出手段と、該曲率検出手段により検出された複数の前記曲率の時間微分値を出力する時間微分器とを備え、複数の前記曲率および前記曲率の時間変化に基づき、前記車両と前記物体との衝突時の相対速度（例えば、実施の形態での等価相対速度ν）を検知する相対速度検知手段（例えば、実施の形態での等価相対速度算出部５７）、および衝突時の前記部材の曲げ歪みのエネルギーの時間変化（例えば、実施の形態での歪みエネルギーＥＤの時間変化（ｄＥＤ／ｄｔ））を検知するエネルギー時間変化検知手段（例えば、実施の形態での歪みエネルギー時間変化算出部５２）と、前記相対速度検知手段により検知された前記相対速度と所定の閾値との大小関係および前記エネルギー時間変化検知手段により検知された前記エネルギーの時間変化と所定の閾値との大小関係に応じて、少なくとも歩行者保護または乗員保護の要否を判定する衝突判定手段（例えば、実施の形態でのデバイス駆動判定部４２）とを備え、前記エネルギー時間変化検知手段は、下記数式（８）により前記曲げ歪みのエネルギーの時間変化を検知し、前記相対速度検知手段は、下記数式（８），（９），（１０）により、あるいは、前記曲げ歪みのエネルギーの時間変化と前記荷重との２次元マップにより前記相対速度を検知する。

ここで、ＥＤ：曲げ歪みのエネルギー、ｄＥＤ／ｄｔ：曲げ歪みのエネルギーの時間変化、Ｅ：縦弾性係数、Ｉ：断面２次モーメント、ρ（ｎ）：曲率、ｄｓ：幅、ｎ＝１，…，Ｎ、ｄρ（ｎ）／ｄｔ：時間変化、ｗ _ｓｕｍ ：たわみ総和、ｆ：荷重、ν：相対速度、としている。

上記構成の車両用衝突判定装置によれば、先ず、複数の圧電素子または複数の歪みゲージの検出結果に対し、必要に応じて時間に関する一次積分または一次微分の処理が実行され、部材の複数の曲率と、部材の複数の曲率の時間変化とが検出される。ここで、部材の曲率の時間変化から速度状態量を求められる。そして、部材の曲率の時間変化からなる曲げ歪みのエネルギーの時間変化が算出される。衝突判定手段は、相対速度および曲げ歪みのエネルギーの時間変化から少なくとも歩行者保護または乗員保護の要否を判定する。
これにより、例えば軽量物との高速衝突や重量物との低速衝突等のように、曲げ歪みのエネルギー、さらに、曲げ歪みのエネルギーの時間変化が歩行者との衝突に対する値と同等の値となる複数の衝突を容易に判別することができる。
また、曲げ歪みのエネルギーそのものの算出、部材のたわみ量の算出が必要なく処理を高速化でき、速度状態量を求めるにあたり部材の曲率の時間変化に係る状態量からこれを求めることで短時間に処理を行うことが可能となる。

さらに、請求項４に記載の本発明の車両用衝突判定装置では、前記衝突判定手段は、前記相対速度と所定の閾値との大小関係および前記荷重と所定の閾値との大小関係に応じて前記物体の種別を検知する。

上記構成の車両用衝突判定装置によれば、車両と物体との相対速度と、車両と物体との間で作用した荷重とに基づき、物体の種別、例えば歩行者保護装置の作動が必要とされる歩行者と、乗員保護装置の作動が必要とされるバリア・他の車両等と、を容易に判別することができる。

請求項５に記載の本発明の車両用衝突判定装置では、前記衝突判定手段は、前記エネルギーの時間変化と所定の閾値との大小関係および、前記相対速度と所定の閾値との大小関係または前記荷重と所定の閾値との大小関係の何れかに応じて前記物体の種別を検知する。

上記構成の車両用衝突判定装置によれば、演算速度を向上しつつ判定精度は損なわれないため、より高速に物体の判別を行うことが可能となる。

さらに、請求項６に記載の本発明の車両用衝突判定装置は、前記衝突判定手段により検知された前記物体の種別に応じて前記物体を保護する保護装置（例えば、実施の形態での歩行者保護装置１４）の駆動を制御する駆動制御手段（例えば、実施の形態での駆動指令出力部４３）を備えることを特徴としている。

上記構成の車両用衝突判定装置によれば、物体の種別の検知結果に応じて保護装置の作動の有無や作動状態を適切に制御することができる。

請求項７に記載の本発明の車両用衝突判定装置は、車両に取り付けられ、車両に作用する加速度を検知する加速度検知手段を備え、前記衝突判定手段が、前記加速度検知手段により得られた前記加速度と所定の閾値との大小関係を加味して、少なくとも歩行者保護または乗員保護の要否を判定することを特徴としている。

上記構成の車両用衝突判定装置によれば、衝突時に衝突の判定を行う際、加速度が所定値以上であることを付加的に条件として用いることによってセーフィング効果（誤判定の防止）が得られる。また、加速度、および加速度の積分演算値（速度）による従来の衝突判定装置に付加情報として部材（例えば、実施の形態におけるフロントバンパフェース２）に作用する相対速度・荷重・曲げ歪みのエネルギーの時間変化を与えるように構成し、従来の加速度による判定閾値レベルを修正（例えば衝突速度≒車両前面部侵入速度≒部材変形速度が大きい場合には閾値を下げるなど）するように構成することができる。したがって、より正確に衝突の判定を行うことができ、より確実に乗員保護装置を作動させることができる。

以上説明したように、請求項１〜請求項３に記載の本発明の車両用衝突判定装置によれば、例えば軽量物との高速衝突や重量物との低速衝突等のように、曲げ歪みのエネルギーが同等の値となる複数の衝突状態を容易に判別することができる。
特に、請求項２に記載の本発明の車両用衝突判定装置によれば、少なくとも前記車両と前記物体との間で作用した荷重および前記曲率および曲率の時間変化からなる曲げ歪みのエネルギーの時間変化とにより、また、請求項３に記載の本発明の車両用衝突判定装置によれば、少なくとも部材の曲率の時間変化から求めた相対速度および前記曲率および曲率の時間変化からなる曲げ歪みのエネルギーの時間変化とにより、複数の衝突を容易に判別することができるため、曲げ歪みのエネルギーそのものの算出、部材のたわみ量の算出が必要なくなり処理を高速化できる。
さらに、請求項４に記載の本発明の車両用衝突判定装置によれば、例えば歩行者やバリア・他の車両等の物体の種別を容易に判別することができる。
さらに、請求項５に記載の本願発明の車両用衝突判定装置によれば、演算速度を向上しつつ判定精度は損なわれないため、より高速に物体の判別を行うことが可能となる。
さらに、請求項６に記載の本発明の車両用衝突判定装置によれば、物体の種別の検知結果に応じて保護装置の作動の要否や作動状態を適切に制御することができる。
さらに、請求項７に記載の本発明の車両用衝突判定装置によれば、衝突時に衝突の判定を行う際、加速度が所定値以上であることを付加的に条件として用いることによってセーフィング効果（誤判定の防止）が得られると共に、加速度、および加速度の積分演算値（速度）による従来の衝突判定装置に付加情報として部材（例えば、実施の形態におけるフロントバンパフェース２）に作用する相対速度・荷重・曲げ歪みのエネルギーの時間変化を与えるように構成し、従来の加速度による判定閾値レベルを修正（例えば衝突速度≒車両前面部侵入速度≒部材変形速度が大きい場合には閾値を下げるなど）するように構成することができ、より正確に衝突の判定をして、より確実に乗員保護装置を作動させることができる。

以下、本発明の実施形態に係る車両用衝突判定装置について図１〜図１２を参照しながら説明する。
本実施の形態による車両用衝突判定装置１０は、例えば、車両１の外表面と物体との接触および衝突（以下、単に、衝突と呼ぶ）に起因して車両１の外表面に生じる変形に係る状態量を検出する変形センサ１１と、変形センサ１１から出力される検出信号に基づき各種の乗員保護装置１２（例えば、車室内でエアバッグを展開させるエアバッグ装置１２ａやシートベルトを強制的に巻き取るシートベルト巻取装置１２ｂ等）および各種の歩行者保護装置１４（例えば、ボンネットフードを強制的に浮上させるボンネットフード持上装置１４ａやボンネットフード上でエアバッグを展開させるエアバッグ装置等）の作動を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）１５とを備えて構成されている。
なお、電子制御ユニット１５は、変形センサ１１から出力される検出信号に加えて、電子制御ユニット１５の内部に備えられた加速度センサ（図示略）から出力される検出信号と、例えば車両１の前方側の右側部および左側部と後方側の右側部および左側部に配置された各１対の加速度センサからなるサテライトセンサ（図示略）から出力される各検出信号とに基づき、各種の乗員保護装置１２および歩行者保護装置１４の作動を制御可能である。

変形センサ１１は、車両１の外表面近傍（例えば、図１に示すように車両１の前部ではフロントバンパフェース２の内面上）に配置され、例えば図２および図３に示すように、所定の信号配線２１および接地配線２２からなる配線パターンが基板本体２３ａ上に形成されたフレキシブル基板２３と、複数の圧電素子２４，…，２４と、１対の絶縁性保護フィルム２５，２５とを備えて構成され、複数の圧電素子２４，…，２４が装着されたフレキシブル基板２３は厚さ方向の両側から挟み込まれるようにして１対の絶縁性保護フィルム２５，２５により被覆されている。

例えば図２に示すように、略長方形板状の基板本体２３ａは、長手方向の寸法がフロントバンパフェース２の略車幅方向に沿った適宜の寸法となるように形成され、この基板本体２３ａの表面上には、短手方向の一方の端部において長手方向に沿って延びる互いに独立した複数の信号配線直線部２１ｂ_１，…，２１ｂ_ｎ，…，２１ｂ_Ｎ（ｎ＝１，…，Ｎ；Ｎは任意の自然数）と、基板本体２３ａの長手方向に沿った適宜の複数の位置で各信号配線直線部２１ｂ_ｎの一方の端部に形成された各信号配線接続部２１ａ_ｎと、短手方向の他方の端部において長手方向に沿って延びる単一の接地配線直線部２２ｂと、この接地配線直線部２２ｂの長手方向に沿った適宜の複数の位置に形成された複数の接地配線接続部２２ａ，…，２２ａとが配線パターンとして形成されている。

圧電素子２４は、分極処理したフッ化ビニリデン系樹脂等のポリマー圧電体からなる略長方形膜状の圧電フィルム３１と、この圧電フィルム３１を厚さ方向の両側から挟み込むようにして配置され、圧電フィルム３１に生じる電荷を電圧として検出する一対の信号電極３２および接地電極３３とを備えて構成されている。なお、各電極３２，３３は、例えば導電性の薄板あるいは金属ペーストや蒸着金属等により形成されている。
この圧電フィルム３１には、例えば図３に示すように、厚さ方向に貫通する貫通孔３１ａが形成され、この貫通孔３１ａの一方の開口部は信号電極３２に臨むように、かつ、他方の開口部は接地電極３３と干渉しないように設定されている。そして、信号電極３２に接続された信号端子３２ａが圧電フィルム３１の貫通孔３１ａ内に装着され、この信号端子３２ａの端部が圧電フィルム３１の他方の表面上で露出するように設定されている。これにより、圧電フィルム３１の他方の表面上には、接地電極３３と信号端子３２ａとが、例えば長手方向に沿って、離間して配置され、圧電素子２４がフレキシブル基板２３に装着された状態では、信号端子３２ａが信号配線接続部２１ａ_ｎに当接し、接地電極３３が接地配線接続部２２ａに当接するようになっている。

フレキシブル基板２３の端部には、各信号配線直線部２１ｂ_ｎの他方の端部に接続された各外部信号配線と接地配線直線部２２ｂの端部に接続された外部接地配線とを樹脂によりモールド加工して一体化した外部配線３４が形成され、この外部配線３４は電子制御ユニット（ＥＣＵ）１５に接続されている。
そして、例えばフロントバンパフェース２に物体が衝突してフロントバンパフェース２が変形すると、変形センサ１１の圧電フィルム３１はフロントバンパフェース２と一体に変形する。ここで、圧電フィルム３１の圧電定数（所定値）に対し、
圧電定数＝発生する電荷Ｑ／応力σであり、
各電極３２，３３間に生じる電圧Ｖ＝発生する電荷Ｑ／静電容量Ｃであり、
変形センサ１１は、応力σが、圧電フィルム３１の歪みεに応じて発生し、さらに、圧電フィルム３１の歪みεが、圧電フィルム３１の曲率ρに応じて発生するよう構成されている。
これらにより、各電極３２，３３間に生じる電圧Ｖから、変形した圧電フィルム３１の曲率ρを検知することができる。
さらに、変形センサ１１によって、例えば図４に示すように、各電極３２，３３間に生じる電圧Ｖの時間微分値（ｄＶ／ｄｔ）を出力する微分回路３５が構成され、この微分回路３５の出力電圧Ｖ_ＯＵＴが電子制御ユニット（ＥＣＵ）１５に入力されている。つまり、この微分回路３５の出力電圧Ｖ_ＯＵＴは、各電極３２，３３間に生じる電圧Ｖの時間微分値（ｄＶ／ｄｔ）により構成されることから、この出力電圧Ｖ_ＯＵＴから曲率ρの時間変化ｄρ（ｎ）／ｄｔが検知される。

なお、微分回路３５は、例えば図４に示すように、第１〜第３抵抗３５ａ〜３５ｃと、出力インピーダンス変換用の第１オペアンプ３５ｄと、出力調整用の第２オペアンプ３５ｅとを備えて構成されている。
そして、第１抵抗３５ａ（抵抗値Ｒ）の一方の端子は、圧電素子２４の等価回路（圧電素子等価回路）３６および第１オペアンプ３５ｄの反転入力端子に接続され、他方の端子は、第１オペアンプ３５ｄの非反転入力端子に接続されると共に接地されている。
そして、第１オペアンプ３５ｄの出力端子は、第２抵抗３５ｂを介して第２オペアンプ３５ｅの反転入力端子に接続されると共に、第１オペアンプ３５ｄの反転入力端子に接続されている。
そして、第２オペアンプ３５ｅの非反転入力端子は接地され、第２オペアンプ３５ｅの出力端子は、第３抵抗３５ｃを介して第２オペアンプ３５ｅの反転入力端子に接続されると共に、微分回路３５の出力端子に接続されている。
この微分回路３５の微分特性としてのカットオフ周波数ｆｃは、例えば、第１抵抗３５ａ（抵抗値Ｒ）と、圧電素子等価回路３６のコンデンサ３６ａ（静電容量Ｃ）とにより、
ｆｃ＝１／（２πＲＣ）となり、第１抵抗３５ａの抵抗値Ｒに応じて可変となる。これにより、車両の衝突事象に対して適切となる抵抗値、例えば所定周波数領域（例えば、十〜数千Ｈｚ等）で利得（例えば、図５に示すゲイン＝（周波数ｆでの出力Ｖ_ｆ＝ｆ）／（無限に高い周波数での出力Ｖ_ｆ＝∞））が周波数ｆに対して比例傾向に変化する抵抗値（例えば、図５に示す抵抗値Ｒ３）が、第１抵抗３５ａの抵抗値Ｒとして設定される。

車両略央部（例えば、中空筒状に形成された車両１のセンターコンソールの内部等）に配置された電子制御ユニット（ＥＣＵ）１５は、例えば図６に示すように、車両１と物体との衝突の発生時に車両１の外表面、例えばフロントバンパフェース２に生じる曲げ歪みのエネルギーの時間変化に係る状態量を算出するエネルギー状態量算出部４１と、デバイス駆動判定部４２と、駆動指令出力部４３と、時間積分器４４とを備えて構成されている。

そして、エネルギー状態量算出部４１は、例えば歪みエネルギー算出部５１と、歪みエネルギー時間変化算出部５２と、たわみ角度算出部５３と、たわみ算出部５４と、たわみ総和算出部５５と、等価荷重算出部５６と、等価相対速度算出部５７とを備えて構成されている。

歪みエネルギー算出部５１は、例えば車両１に衝突した物体の衝突直前での全運動エネルギーがフロントバンパフェース２の変形に要するエネルギー、つまり曲げ歪みのエネルギー（以下、単に、歪みエネルギーと呼ぶ）に転換したと設定し、歪みエネルギーＥＤを算出し、等価荷重算出部５６に出力する。
ここで、各圧電素子２４，…，２４の曲げモーメントΔＭ（ｎ）；（ｎ＝１，…，Ｎ）は、縦弾性係数Ｅと、断面２次モーメントＩと、各圧電素子２４，…，２４の幅ｄｓと、各圧電素子２４，…，２４毎の変形角度ｄθ（ｎ）とにより、
ΔＭ（ｎ）＝Ｅ×Ｉ×（ｄθ（ｎ）／ｄｓ）となる。
これにより、各圧電素子２４，…，２４の歪みエネルギーΔＥＤ（ｎ）は、
ΔＥＤ（ｎ）＝ΔＭ（ｎ）×ｄθ（ｎ）
＝Ｅ×Ｉ×（ｄθ（ｎ）／ｄｓ）×（ｄθ（ｎ）／ｄｓ）×ｄｓとなる。さらに、
（ｄθ（ｎ）／ｄｓ）＝ρ（ｎ）であるから、
ΔＥＤ（ｎ）＝Ｅ×Ｉ×ρ（ｎ）^２×ｄｓとなる。
これにより、フロントバンパフェース２の歪みエネルギーＥＤは、下記数式（１１）に示すように記述される。
このため、歪みエネルギー算出部５１には、時間積分器４４から出力される各圧電素子２４，…，２４の曲率ρ（ｎ）、つまり変形センサ１１から出力される時間変化ｄρ（ｎ）／ｄｔが時間に関して一次積分されて得られる算出値が入力されている。

歪みエネルギー時間変化算出部５２は、時間積分器４４から出力される各圧電素子２４，…，２４の曲率ρ（ｎ）および変形センサ１１から出力される時間変化ｄρ（ｎ）／ｄｔに基づき、下記数式（１２）に示すように、歪みエネルギーＥＤの時間変化（ｄＥＤ／ｄｔ）を算出し、等価相対速度算出部５７に出力する。

たわみ角度算出部５３は、例えば図７および図８に示すように、隣り合う各圧電素子２４，２４間の素子間距離ｄＬと、時間積分器４４から出力される各圧電素子２４，…，２４の曲率ρ（ｎ）とに基づき、下記数式（１３）に示すように、各圧電素子２４，…，２４のたわみ角度θ（ｎ）を算出し、たわみ算出部５４に出力する。

たわみ算出部５４は、たわみ角度算出部５３から出力される各圧電素子２４，…，２４のたわみ角度θ（ｎ）と、隣り合う各圧電素子２４，２４間の素子間距離ｄＬとに基づき、下記数式（１４）に示すように、各圧電素子２４，…，２４のたわみｗ（ｎ）を算出し、たわみ総和算出部５５に出力する。

たわみ総和算出部５５は、たわみ算出部５４から出力される各圧電素子２４，…，２４のたわみｗ（ｎ）に基づき、下記数式（１５）に示すように、各圧電素子２４，…，２４のたわみ総和ｗ_ｓｕｍを算出し、等価荷重算出部５６に出力する。

等価荷重算出部５６は、たわみ総和算出部５５から出力されるたわみ総和ｗ_ｓｕｍと、歪みエネルギー算出部５１から出力される歪みエネルギーＥＤとに基づき、下記数式（１６）に示すように、衝突発生時にフロントバンパフェース２に作用した荷重（衝突荷重）に係る状態量として等価荷重ｆを算出し、等価相対速度算出部５７およびデバイス駆動判定部４２に出力する。

等価相対速度算出部５７は、等価荷重算出部５６から出力される等価荷重ｆと、歪みエネルギー時間変化算出部５２から出力される歪みエネルギーＥＤの時間変化（ｄＥＤ／ｄｔ）とに基づき、下記数式（１７）に示すように、衝突発生時の車両１と物体との相対速度に係る状態量として等価相対速度νを算出し、デバイス駆動判定部４２に出力する。

デバイス駆動判定部４２は、等価荷重算出部５６から出力される等価荷重ｆと、等価相対速度算出部５７から出力される等価相対速度νとに基づき、車両１に衝突した物体の種別および衝突形態を検知し、この検知結果を駆動指令出力部４３に出力する。
例えば図９に示すように、デバイス駆動判定部４２は、等価荷重ｆと等価相対速度νとの相関関係を示すｆνマップ（例えば、等価荷重ｆを横軸、等価相対速度νを縦軸とする直交座標）上において、衝突の激しさを指定する複数の領域、例えば第１〜第３領域α，β，γを区分する境界値である各閾値ＴＨ_１，ＴＨ_２（例えば、ＴＨ_１≦ＴＨ_２）を設定する。

各閾値ＴＨ_１，ＴＨ_２は、衝突の激しさを示す状態量である衝突エネルギーの時間に関する１階微分値（例えば、単位時間あたりの衝突エネルギーの増大量）に係る閾値であって、衝突エネルギーの時間に関する１階微分値は、等価荷重ｆと等価相対速度νとの積（ｆ×ν）に係る状態量となる。
さらに、デバイス駆動判定部４２は、ｆνマップ上において、各種の乗員保護装置１２および歩行者保護装置１４の作動が不要とされる衝突事象を排除するための各閾値、つまり等価荷重ｆに対する所定の荷重閾値ＴＨ_ｆと、等価相対速度νに対する所定の速度閾値ＴＨ_νとを設定する。

そして、デバイス駆動判定部４２は、ｆνマップ上において、先ず、等価荷重算出部５６から出力される等価荷重ｆが所定の荷重閾値ＴＨ_ｆよりも大きく、かつ、等価相対速度算出部５７から出力される等価相対速度νが所定の速度閾値ＴＨ_νよりも大きいか否かを判定する。そして、この判定結果が「ＮＯ」の場合には、各種の乗員保護装置１２および歩行者保護装置１４の作動が不要な衝突事象であると判定し、この判定結果を駆動指令出力部４３に出力する。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、例えば、各種の乗員保護装置１２および歩行者保護装置１４の作動判定として、等価荷重算出部５６から出力される等価荷重ｆと等価相対速度算出部５７から出力される等価相対速度νとの積（ｆ×ν）が各閾値ＴＨ_１，ＴＨ_２よりも大きいか否かを判定する。

例えば、等価荷重ｆと等価相対速度νとの積（ｆ×ν）が第１閾値ＴＨ_１未満である場合、つまりｆνマップ上において等価荷重算出部５６から出力される等価荷重ｆおよび等価相対速度算出部５７から出力される等価相対速度νの時間変化を示す履歴ラインが、第１閾値ＴＨ_１を第１領域αから第２領域βに向かい横切らない場合には、各種の乗員保護装置１２および歩行者保護装置１４の作動が不要である程度の穏やかな衝突であると判定される。

また、例えば等価荷重ｆと等価相対速度νとの積（ｆ×ν）が第１閾値ＴＨ_１以上かつ第２閾値ＴＨ_２未満である場合、つまりｆνマップ上において等価荷重算出部５６から出力される等価荷重ｆおよび等価相対速度算出部５７から出力される等価相対速度νの時間変化を示す履歴ライン（例えば、図９に示す履歴ラインＲ１）が、第１閾値ＴＨ_１を第１領域αから第２領域βに向かい横切り、かつ、第２閾値ＴＨ_２を第２領域βから第３領域γに向かい横切らない場合には、例えば各種の歩行者保護装置１４の作動が必要となる衝突であると判定される。

また、例えば等価荷重ｆと等価相対速度νとの積（ｆ×ν）が第２閾値ＴＨ_２以上である場合、つまりｆνマップ上において等価荷重算出部５６から出力される等価荷重ｆおよび等価相対速度算出部５７から出力される等価相対速度νの時間変化を示す履歴ライン（例えば、図９に示す履歴ラインＲ２）が、第２閾値ＴＨ_２を第２領域βから第３領域γに向かい横切る場合には、例えば各種の乗員保護装置１２の作動が必要となる衝突であると判定される。

ここで、例えば図９に示すように、道路上のパイロン等の軽量物に対して相対的に高速の相対速度で衝突する場合の履歴ライン（例えば、図９に示す履歴ラインＲ３）および道路上の重量物に対して相対的に低速の相対速度で衝突する場合の履歴ライン（例えば、図９に示す履歴ラインＲ４）は、第１閾値ＴＨ_１を第１領域αから第２領域βに向かい横切るが、等価荷重ｆが所定の荷重閾値ＴＨ_ｆ以下となることで、あるいは、等価相対速度νが所定の速度閾値ＴＨ_ν以下となることで、各種の乗員保護装置１２および歩行者保護装置１４の作動が不要な衝突事象であると判定され、各種の歩行者保護装置１４の作動が必要となる衝突の履歴ライン（例えば、図９に示す履歴ラインＲ１）と区別される。

駆動指令出力部４３は、デバイス駆動判定部４２から出力される判定結果に基づき、各種の乗員保護装置１２または歩行者保護装置１４の作動状態を指示する制御信号を乗員保護装置１２または歩行者保護装置１４へ出力する。

本実施の形態による車両用衝突判定装置１０は上記構成を備えており、次に、この車両用衝突判定装置１０の動作、特に、ｆνマップ上の各閾値ＴＨ_１，ＴＨ_２，ＴＨ_ｆ，ＴＨ_νにより、各種の乗員保護装置１２および歩行者保護装置１４の作動が必要な衝突であるか否かを判定する処理について添付図面を参照しながら説明する。
先ず、図１０に示すステップＳ０１においては、変形センサ１１の出力に基づき、等価荷重ｆおよび等価相対速度νを算出する。

そして、ステップＳ０２においては、等価荷重ｆが所定の荷重閾値ＴＨ_ｆ未満または等価相対速度νが所定の速度閾値ＴＨ_ν未満であるか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、後述するステップＳ０４に進む。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ０３に進む。
そして、ステップＳ０３においては、各種の乗員保護装置１２および歩行者保護装置１４の作動が不要な物体との衝突であると判定し、一連の処理を終了する。

そして、ステップＳ０４においては、等価荷重ｆと等価相対速度νとの積（ｆ×ν）が第１閾値ＴＨ_１以上か否かを判定する。
この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、後述するステップＳ０６に進む。
一方、この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ０５に進む。
そして、ステップＳ０５においては、ｆνマップ上において等価荷重ｆおよび等価相対速度νの時間変化を示す履歴ラインが第１領域α内に含まれ、各種の乗員保護装置１２および歩行者保護装置１４の作動が不要である程度の穏やかな衝突であると判定し、一連の処理を終了する。

また、ステップＳ０６においては、等価荷重ｆと等価相対速度νとの積（ｆ×ν）が第２閾値ＴＨ_２以上か否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ０７に進む。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ０８に進む。
そして、ステップＳ０７においては、ｆνマップ上において等価荷重ｆおよび等価相対速度νの時間変化を示す履歴ラインが第２領域β内に到達し、各種の歩行者保護装置１４の作動が必要となる衝突であると判定し、一連の処理を終了する。
また、ステップＳ０８においては、ｆνマップ上において等価荷重ｆおよび等価相対速度νの時間変化を示す履歴ラインが第３領域γ内に到達し、各種の乗員保護装置１２の作動が必要となる衝突であると判定し、一連の処理を終了する。

上述したように、本実施の形態による車両用衝突判定装置１０によれば、変形センサ１１から出力される検出信号、つまり実際に発生した衝突の状態が直接的に反映されている曲率ρ（ｎ）；（ｎ＝１，…，Ｎ）の時間変化ｄρ（ｎ）／ｄｔの検出信号に基づき等価荷重ｆと等価相対速度νとを検知することから、これらの検知結果に基づき衝突物体の種別および衝突形態を判別する際の信頼度を向上させることができる。
さらに、等価荷重ｆと等価相対速度νとの相関関係を示すｆνマップ上において、衝突の激しさを示す状態量である衝突エネルギーの時間に関する１階微分値（例えば、単位時間あたりの衝突エネルギーの増大量）に係る各閾値ＴＨ_１，ＴＨ_２と、荷重閾値ＴＨ_ｆおよび速度閾値ＴＨ_νにより、各種の乗員保護装置１２および歩行者保護装置１４の作動が必要な衝突であるか否か、さらには、必要とされる作動形態（例えば、作動タイミング等）を適切に判定することができる。特に、歪みエネルギーＥＤ、さらに、歪みエネルギーＥＤの時間変化（ｄＥＤ／ｄｔ）が同等の値となる衝突状態、例えば歩行者との衝突（つまり、歩行者保護装置の作動が必要となる衝突）に対する値と同等の値を有する軽量物との高速衝突や重量物との低速衝突等の衝突状態を適切に判別することができる。

なお、上述した実施の形態においては、変形センサ１１から出力される曲率ρ（ｎ）；（ｎ＝１，…，Ｎ）の時間変化ｄρ（ｎ）／ｄｔの検出信号を電子制御ユニット（ＥＣＵ）１５に入力するとしたが、これに限定されず、例えば変形センサ１１の代わりに曲率ρ（ｎ）の検出信号を出力するセンサ、例えば歪みゲージ等を備え、曲率ρ（ｎ）の検出信号を電子制御ユニット（ＥＣＵ）１５に入力してもよい。この場合、電子制御ユニット（ＥＣＵ）１５は、時間積分器４４の代わりに時間微分器を備え、歪みゲージから出力される曲率ρ（ｎ）が時間微分器により時間に関して一次微分されて得られる算出値が、歪みエネルギー時間変化算出部５２に入力される。

なお、上述した実施の形態においては、変形センサ１１をフロントバンパフェース２の内面上に配置して車両１の前部と物体との接触および衝突を検出するとしたが、これに限定されず、例えばリヤバンパフェースの内面上に配置して車両１の後部と物体との接触および衝突を検出したり、ドア外板の内面上に配置して車両１の側部と物体との接触および衝突を検出してもよい。

なお、上述した実施の形態において、デバイス駆動判定部４２は、ｆνマップ上において等価荷重ｆおよび等価相対速度νの時間変化を示す履歴ラインが第３領域γ内に到達した場合に、各種の乗員保護装置１２の作動が必要となる衝突であると判定するとしたが、これに限定されず、変形センサ１１から出力される検出信号に加えて、例えば図１１に示す変形例のように、電子制御ユニット１５の内部に備えられた加速度センサ７１から出力される検出信号に基づき、各種の乗員保護装置１２の作動が必要となる衝突であるか否かを判定してもよいし、さらに、サテライトセンサを構成する加速度センサ（図示略）から出力される検出信号に基づき、各種の乗員保護装置１２の作動が必要となる衝突であるか否かを判定してもよい。
例えば図１１に示す変形例では、図６に示す電子制御ユニット１５に、さらに、加速度センサ７１と、ΔＶ_ＵＮＩＴ算出部７２と、ΔＶ_ＵＮＩＴ判定部７３と備え、ΔＶ_ＵＮＩＴ算出部７２は、電子制御ユニット１５の内部に具備された加速度センサ７１から出力される加速度信号Ｇ_ＵＮＩＴに対し、例えばローパスフィルタ等によってノイズ成分である高周波成分を加速度信号Ｇ_ＵＮＩＴから除去し、例えば下記数式（１８）に示すように、現在時刻ｔｐに対する所定の時間幅Δｔの時間区間｛（ｔｐ−Δｔ）〜ｔｐ｝毎に加速度信号Ｇ_ＵＮＩＴを時間について一次積分して速度変化ΔＶ_ＵＮＩＴを算出し、ΔＶ_ＵＮＩＴ判定部７３に出力する。

そして、ΔＶ_ＵＮＩＴ判定部７３は、例えば乗員保護装置１２の作動許可を判定するための速度変化ΔＶ_ＵＮＩＴに対する所定の速度閾値ＴＨ_ＵＮＩＴを設定し、ΔＶ_ＵＮＩＴ算出部７２から入力された速度変化ΔＶ_ＵＮＩＴが所定の速度閾値ＴＨ_ＵＮＩＴ以上か否かを判定し、この判定結果を駆動指令出力部４７へ出力する。
そして、駆動指令出力部４３は、デバイス駆動判定部４２の判定結果として、ｆνマップ上において等価荷重ｆおよび等価相対速度νの時間変化を示す履歴ラインが第３領域γ内に到達したことで各種の乗員保護装置１２の作動が必要となる衝突であると判定され、かつ、ΔＶ_ＵＮＩＴ判定部７３の判定結果として、速度変化ΔＶ_ＵＮＩＴが所定の速度閾値ＴＨ_ＵＮＩＴ以上となることで各種の乗員保護装置１２の作動が必要となる衝突であると判定された場合に、各種の乗員保護装置１２の作動を指示する制御信号を出力する。
このように加速度センサを用いた加速度および加速度の積分演算値（速度）による従来の衝突判定方法に、部材（例えば、実施の形態におけるフロントバンパフェース２）に作用する速度状態量・荷重状態量・エネルギー状態量等を与えることで衝突状態をより適切に判別することができると共にセーフィング効果（誤判定の防止）を図ることができる。

次に、本発明の他の実施形態に係る車両用衝突判定装置について、図１〜図５、図７、図８、図１１の一部を援用し、図１２〜図１４を参照しながら説明する。
本実施の形態による車両用衝突判定装置１０において、前記変形センサ１１、前記乗員保護装置１２、前記各種の歩行者保護装置１４の作動を電子制御ユニット（ＥＣＵ）１５により制御する点、電子制御ユニット１５が、変形センサ１１から出力される検出信号に加えて、電子制御ユニット１５の内部に備えられた加速度センサ（図示略）から出力される検出信号と、例えば車両１の前方側の右側部および左側部と後方側の右側部および左側部に配置された各１対の加速度センサからなるサテライトセンサ（図示略）から出力される各検出信号とに基づき、各種の乗員保護装置１２および歩行者保護装置１４の作動を制御可能である点、電子制御ユニット１５が車両１と物体との衝突の発生時に車両１の外表面、例えばフロントバンパフェース２に生じる曲げ歪みのエネルギーの時間変化に係る状態量を算出するエネルギー状態量算出部４１と、デバイス駆動判定部４２と、駆動指令出力部４３と、時間積分器４４とを備えている点などの基本的構成は前記実施形態と同様である。

ここで、前述した実施形態では上記数式（１６）に示すように、衝突発生時にフロントバンパフェース２に作用した荷重（衝突荷重）に係る状態量として等価荷重ｆを算出するために、歪みエネルギー算出部５１から出力される歪みエネルギーＥＤを、たわみ総和算出部５５から出力されるたわみ総和ｗ_ｓｕｍで除算しているが、このように除演算を用いると演算負荷が大きくなり演算速度が遅くなってしまう。また、たわみ総和ｗ_ｓｕｍが小さい衝突初期においては、分母となるたわみ総和ｗ_ｓｕｍがゼロに近く小さいため、最小限値を設定する必要があり、この最小限値に置き換えられた場合には、最小限値未満での演算精度を確保できない。

また、同様に前述した実施形態では上記数式（１７）に示すように、衝突発生時の車両１と物体との相対速度に係る状態量として等価相対速度νを算出するために、歪みエネルギー時間変化算出部５２から出力される歪みエネルギーＥＤの時間変化（ｄＥＤ／ｄｔ）を、等価荷重算出部５６から出力される等価荷重ｆで除算しているが、ここでも除演算を用いているため演算負荷が大きくなり演算速度が遅くなってしまう。また、等価荷重ｆを求める場合に、上記数式（１６）に示すように、他のパラメータであるたわみ総和ｗ_ｓｕｍが必要となってしまう。
そこで、上述した除演算を用いず積和（乗算加減算）演算のみを用い、たわみ総和ｗ_ｓｕｍ等のたわみに関する算出を行わないで、デバイス駆動判定部４２に必要なデータを出力できるようにした車両用衝突判定装置１０を提供している。

具体的には、図１２に示すように、電子制御ユニット１５は車両１と物体との衝突の発生時に車両１の外表面、例えばフロントバンパフェース２に生じる曲げ歪みのエネルギーの時間変化に係る状態量を算出するエネルギー状態量算出部４１と、デバイス駆動判定部４２と、駆動指令出力部４３と、時間積分器４４とを備えているが、エネルギー状態量算出部４１の構成が異なるものとなっている。エネルギー状態量算出部４１は、例えば歪みエネルギー時間変化算出部５２と等価荷重算出部５６を備えて構成されている。つまり、前述した実施形態における歪みエネルギー算出部５１と、たわみ角度算出部５３と、たわみ算出部５４と、たわみ総和算出部５５と、等価相対速度算出部５７を備えていない。

歪みエネルギー時間変化算出部５２は、前述した実施形態と同様に時間積分器４４から出力される各圧電素子２４，…，２４の曲率ρ（ｎ）および変形センサ１１から出力される時間変化ｄρ（ｎ）／ｄｔに基づき、前記数式（１２）に示すように、歪みエネルギーＥＤの時間変化（エネルギー遷移状態量）ｐ＝（ｄＥＤ／ｄｔ）を算出し、デバイス駆動判定部４２に出力する。

等価荷重算出部５６はフロントバンパフェース２の長手方向（車幅方向）の距離Ｘ（図７に示す方向）に関する曲率ρ（ｎ）の２階微分値から、衝突発生時にフロントバンパフェース２に作用した荷重（衝突荷重）に係る状態量として等価荷重ｆを算出する。なお、２階微分値は、作動クロックごとの値の差分を取得するだけの処理であるので演算速度が高速となる。
つまり、曲げモーメント：Ｍ（ｎ）＝ＥＩρ（ｎ）＝ＥＩｄ^２ｙ／ｄｘ^２であるから、
分布荷重：φ（ｘ）＝ｄ^２Ｍ（ｎ）／ｄｘ^２
＝ＥＩｄ^２ρ（ｎ）／ｄｘ^２ となる。ここで等価荷重ｆはこの分布荷重φ（ｘ）に基づいた量として次式で表せる。
等価荷重：ｆ＝Ψ［ｄ^２ρ（ｎ）／ｄｘ^２］ …（９）
なお、Ψは関数（例えば、後述する３つの演算手法）を意味する。
したがって、等価荷重ｆを求めるにあたり前記除算は行わず、たわみ総和ｗ_ｓｕｍのほか他のパラメータを使用しないでρ（ｎ）のみを用いた乗加減算により求められる。

上述した等価荷重ｆを求めるにあたっては、３つの演算方法がある。
第１はｆ∝［ｄ^２ρ（ｎ）／ｄｘ^２］_ｍａｘであって、バンパフェースの長手方向の［ｄ^２ρ（ｎ）／ｄｘ^２］分布の最大値をピックアップしたもの、
第２はｆ∝Σａｂｓ［ｄ^２ρ（ｎ）／ｄｘ^２］ であって、［ｄ^２ρ（ｎ）／ｄｘ^２］分布の各絶対値を総和したもの、
第３はｆ∝Σ［ｄ^２ρ（ｎ）／ｄｘ^２］_ｐｏｓであって、［ｄ^２ρ（ｎ）／ｄｘ^２］分布の正極性のみの値を総和したものであり、これらの何れかを採用できる。

ここで、この実施形態では前述実施形態とは異なり等価相対速度算出部５７を備えていないが、図１３に示すように、等価相対速度νは歪みエネルギーＥＤの時間変化ｐ＝（ｄＥＤ／ｄｔ）∝Σ２ρ（ｎ）［ｄρ（ｎ）／ｄｔ］と、等価荷重ｆとで構成される２次元マップ上で原点を通る直線の傾きとして表現される。つまり等価相対速度ν_０＝ｔａｎθ_０、等価相対速度ν_１＝ｔａｎθ_１となる。
これにより前述した実施形態ではν＝（ｄＥＤ／ｄｔ）／ｆとして求めていたものが、等価荷重ｆを求める場合と同様に、除演算を用いず、かつ等価荷重ｆや他のパラメータを使用しないため、演算負荷が少なくなる。

デバイス駆動判定部４２は、等価荷重算出部５６から出力される等価荷重ｆと、歪みエネルギー時間変化算出部５２から出力される歪みエネルギーＥＤの時間変化ｐ：（ｄＥＤ／ｄｔ）とに基づき、車両１に衝突した物体の種別および衝突形態を検知し、この検知結果を駆動指令出力部４３に出力する。この場合、デバイス駆動判定部４２は、前述した実施形態における歪みエネルギー算出部５１と、たわみ角度算出部５３と、たわみ算出部５４と、たわみ総和算出部５５および等価相対速度算出部５７を必要としないため、等価荷重算出部５６から出力される等価荷重ｆと、歪みエネルギー時間変化算出部５２から出力される歪みエネルギーＥＤの時間変化ｐ：（ｄＥＤ／ｄｔ）を用いてより高速で演算および判定を実行でき、かつ判定精度は損なわれないため高速に物体の判別を行うことができる。

デバイス駆動判定部４２は、図１３に示すように、等価荷重ｆと歪みエネルギーＥＤの時間変化Ｐとの相関関係を示すｆｐマップ（例えば、等価荷重ｆを横軸、歪みエネルギーＥＤの時間変化ｐを縦軸とする直交座標）上において、衝突の激しさを指定する複数の領域、例えば第１〜第３領域α’，β’，γ’を区分する境界値である等価荷重ｆの各閾値ｆ_０，ｆ_１（例えば、ｆ_０≦ｆ_１）、境界値である歪みエネルギーＥＤの時間変化ｐの各閾値ｐ_０，ｐ_１（例えば、ｐ_０≦ｐ_１）を各々設定する。

ここで、図１３に示すｆｐマップの、横軸の等価荷重ｆは、ｆ＝Ψ［ｄ^２ρ（ｎ）／ｄｘ^２］で表すことができ、縦軸の歪みエネルギーＥＤの時間変化ｐは、ｐ＝（ｄＥＤ／ｄｔ）∝Σ２ρ（ｎ）［ｄρ（ｎ）／ｄｔ］で表すことができる。したがって、このｆｐマップにおいて等価相対速度νは、歪みエネルギーＥＤの時間変化ｐと等価荷重ｆとで構成される２次元マップ上で原点を通る直線の傾きとして表現されるので、マップ上に表現される情報量は前記実施形態の等価相対速度νと等価荷重ｆとで構成される２次元マップと同じである。これによりマップを用いた判定の物理的性能は損なわれない。
なお、ｐ＝（ｄＥＤ／ｄｔ）∝Σ２ρ（ｎ）［ｄρ（ｎ）／ｄｔ］となるのは、上記数式（１１）、数式（１２）による。

また、原点を通る直線の傾きとして現れる等価相対速度νについても、等価荷重ｆと歪みエネルギーＥＤの時間変化ｐと同様にして、第１〜第３領域α’，β’，γ’を区分する境界値である各閾値ν_０，ν_１を設定する。

デバイス駆動判定部４２は、ｆｐマップ上において、先ず、等価荷重算出部５６から出力される等価荷重ｆが閾値ｆ_０よりも小さく、または、歪みエネルギーＥＤの時間変化ｐが閾値ｐ_０よりも小さく、または、等価相対速度νが閾値ν_０よりも小さいか否かを判定する。そして、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には各種の乗員保護装置１２および歩行者保護装置１４の作動が不要な衝突事象であると判定し、この判定結果を駆動指令出力部４３に出力する。

また、判定結果が「ＮＯ」の場合には、デバイス駆動判定部４２は、ｆｐマップ上において、等価荷重ｆが閾値ｆ_０以上で、かつ歪みエネルギーＥＤの時間変化ｐが閾値ｐ_０以上で、かつ等価相対速度νが閾値ν_０以上であるか否かを判定する。この判定結果が「ＮＯ」の場合には各種の乗員保護装置１２および歩行者保護装置１４の作動が不要である程度の穏やかな衝突であると判定される（α’領域）。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、さらにｆｐマップ上において、等価荷重ｆが閾値ｆ_１以上で、かつ歪みエネルギーＥＤの時間変化ｐが閾値ｐ_１以上で、かつ等価相対速度νが閾値ν_１以上であるか否かを判定する。この判定結果が「ＮＯ」である場合には、歩行者保護装置１４を作動させることが必要である衝突と判定される（β’領域）。一方、この判定結果が「ＹＥＳ」である場合には、乗員保護装置１２を作動させることが必要である衝突と判定される（γ’領域）。

駆動指令出力部４３は、デバイス駆動判定部４２から出力される判定結果に基づき、各種の乗員保護装置１２または歩行者保護装置１４の作動状態を指示する制御信号を乗員保護装置１２または歩行者保護装置１４へ出力する。

次に、上記構成を備えている本発明の他の実施の形態の動作、特に、ｆｐマップ上の各閾値ｆ_０，ｆ_１，ｐ_０，ｐ_１，ν_０，ν_１により、乗員保護装置１２または歩行者保護装置１４の作動が必要は衝突であるか否かを判定する処理について説明する。

図１４に示すように、ステップＳ１１において、等価荷重ｆと歪みエネルギーＥＤの時間変化ｐの値を読み込む。次に、ステップＳ１２において、等価荷重ｆが閾値ｆ_０よりも小さく、または、歪みエネルギーＥＤの時間変化ｐが閾値ｐ_０よりも小さく、または、等価相対速度νが閾値ν_０よりも小さいか否かを判定する。この判定結果が「ＮＯ」の場合には、後述するステップＳ１４に進む。

ステップＳ１２の判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ１３に進む。ステップＳ１３において各種の乗員保護装置１２および歩行者保護装置１４の作動が不要な物体との衝突であると判定し、一連の処理を終了する。
ステップＳ１４においては、等価荷重ｆが閾値ｆ_０以上で、かつ歪みエネルギーＥＤの時間変化ｐが閾値ｐ_０以上で、かつ等価相対速度νが閾値ν_０以上であるか否かを判定する。判定結果が「ＮＯ」の場合には各種の乗員保護装置１２および歩行者保護装置１４の作動が不要である程度の穏やかな衝突であると判定し（α’領域）、一連の処理を終了する。

ステップＳ１４における判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ１６に進む。このステップＳ１６においては、等価荷重ｆが閾値ｆ_１以上で、かつ歪みエネルギーＥＤの時間変化ｐが閾値ｐ_１以上で、かつ等価相対速度νが閾値ν_１以上であるか否かを判定する。判定結果が「ＮＯ」である場合には、ステップＳ１７において歩行者保護装置１４を作動させることが必要である衝突と判定され（β’領域）、一連の処理を終了する。
ステップＳ１６における判定結果が「ＹＥＳ」である場合には、ステップＳ１８において乗員保護装置１２を作動させることが必要である衝突と判定され（γ’領域）、一連の処理を終了する。

上述したように、本実施の形態による車両用衝突判定装置１０によれば、変形センサ１１から出力される検出信号、つまり実際に発生した衝突の状態が直接的に反映されている曲率ρ（ｎ）；（ｎ＝１，…，Ｎ）の時間変化ｄρ（ｎ）／ｄｔの検出信号に基づき等価荷重ｆと歪みエネルギーＥＤの時間変化ｐとを検知することから、これらの検知結果に基づき衝突物体の種別および衝突形態を判別する際の信頼度を向上させることができる。
また、従来の加速度および加速度の積分演算値（速度）を用いた衝突判定手法と組み合わせることにより、前述のセーフィング効果が得られるため、信頼性をより向上することもできる。
さらに、等価荷重ｆと歪みエネルギーＥＤの時間変化ｐとの相関関係を示すｆｐマップ上において、衝突の激しさを示す状態量であるエネルギーの増加傾向を示す歪みエネルギーＥＤの時間変化ｐの各閾値ｐ_０．ｐ_１および等価荷重ｆの各閾値ｆ_０，ｆ_１ により各種の乗員保護装置１２および歩行者保護装置１４の作動が必要な衝突であるか否か、さらには、必要とされる作動形態（例えば、作動タイミング等）を適切に判定することができる。
特に、前述した実施形態とは異なり、等価荷重ｆを求めるにあたり前記除算は行わず、たわみ総和ｗ_ｓｕｍなどの他のパラメータを使用しないでρ（ｎ）の２階微分値を用いた乗加減算により求めているため除演算を必要とせず演算負荷が軽減され演算速度を高速にすることができる。また、これにより衝突初期において、除算を用いた場合に分母がゼロに近く小さくなってしまうため最小限値を設定するという必要がなくなりこの点でも演算精度を確保できる。

そして、等価速度νを直接的に求める必要がなくなるため、演算負荷が小さくなり演算速度を高速にすることができる。

なお、上述した他の実施の形態においても、デバイス駆動判定部４２は、ｆｐマップ上において等価荷重ｆおよび歪みエネルギーＥＤの時間変化ｐを示す履歴ラインが第３領域γ’内に到達した場合に、各種の乗員保護装置１２の作動が必要となる衝突であると判定するとしたが、これに限定されず、変形センサ１１から出力される検出信号に加えて、図１１に示したように、電子制御ユニット１５の内部に備えられた加速度センサ７１から出力される検出信号に基づき、各種の乗員保護装置１２の作動が必要となる衝突であるか否かを判定してもよいし、さらに、サテライトセンサを構成する加速度センサ（図示略）から出力される検出信号に基づき、各種の乗員保護装置１２の作動が必要となる衝突であるか否かを判定してもよい。

また、前述したように、前述した他の実施の形態では、等価相対速度νは前記ｆｐマップ上で位相角として表れるが、幾何学的たわみθが小さい衝突初期においては曲率の変化量の関数として表すことができる。
図１５、図１６に示すように、微少な時間が経過した時にρがρ’にθがθ’に変化したとすると、幾何条件より
ρθ＝ρ’θ’＝（ρ−ｄρ）×（ρ＋ｄρ）＝ρθ−θｄρ＋ρｄθ−ｄρ・ｄθ
したがって、θｄρ≒ρｄθ よって、θ・ｄρ／ｄｔ≒ρ・ｄθ/ｄｔ
また、ｗ＝ρ（１−ｃｏｓθ（θ／２））＝２ρｓｉｎ^２θ≒２ρθ^２ （θ＜＜１）
よって、ｄｗ／ｄｔ≒２・（θ^２・ｄρ／ｄｔ＋２ρ・θ・ｄθ／ｄｔ）
＝６θ^２ｄρ／ｄｔ ｗ：たわみ
ここで、θ^２を定数とみなすことにより
ν＝ｄｗ／ｄｔ∝ξ［ｄρ／ｄｔ］
すなわち、等価相対速度（速度状態量）は曲率の時間的変化量の関数ということになる。
ただし、前提として述べたように、θが微少である範囲とは衝突初期に限られるため、この近似を用いることのできる時間には制約はあるが、曲率のみを用いるため高速に処理ができる。よって、前述した実施の形態での等価相対速度として用いたり、他の実施の形態において積極的に用いることが可能である。
ここで、他の実施の形態において用いた場合、図１３におけるｆとνとを置換し、横軸を等価速度ν、縦軸をエネルギー遷移状態量ｐとした２次元マップを用いて判定を行うこともでき、この場合等価荷重ｆが原点を通る直線の傾きとして表現される。

本発明の実施形態に係る車両用衝突判定装置を搭載した車両の前部を模式的に示す構成図である。 本発明の実施形態に係る荷重センサの要部分解斜視図である。 図２に示す荷重センサの要部断面図である。 変形センサ具備される微分回路の一例を示す図である。 図４に示す微分回路の第１抵抗の抵抗値Ｒに応じた周波数ｆとゲインＶ_ｆ＝ｆ／Ｖ_ｆ＝∞との関係の一例を示すグラフ図である。 本発明の実施形態に係る車両用衝突判定装置の構成図である。 衝突発生時にフロントバンパフェースが車両の内部に向かい窪むようにして変形する際の複数の圧電素子の位置関係の一例を示す図である。 衝突発生時にフロントバンパフェースが車両の内部に向かい窪むようにして変形する際の隣り合う圧電素子の位置関係の一例を示す図である。 ｆνマップ上に設定された各閾値ＴＨ_１，ＴＨ_２，ＴＨ_ｆ，ＴＨ_νの一例を示す図である。 本発明の実施形態に係る車両用衝突判定装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態の変形例に係る車両用衝突判定装置の構成図である。 本発明の他の実施形態に係る車両用衝突判定装置の構成図である。 ｆｐマップ上に設定された各閾値ｆ_０，ｆ_１，ｐ_０，ｐ_１，ν_０，ν_１の一例を示す図である。 本発明の他の実施形態に係る車両用衝突判定装置の動作を示すフローチャートである。 等価相対速度を求めるための幾何学的説明図である。 等価相対速度を求めるための幾何学的説明図である。

２ フロントバンパフェース（部材）
１０ 車両用衝突判定装置
１１ 変形センサ
１４ 歩行者保護装置（保護装置）
４１ エネルギー状態量算出部
４２ デバイス駆動判定部（衝突判定手段）
４３ 駆動指令出力部（駆動制御手段）

Claims (7)

1. 車両の外表面を構成する部材に配置された複数の圧電素子と、前記複数の圧電素子の出力値の時間微分値を出力する微分回路と、前記時間微分値から前記複数の圧電素子の変形による曲率の時間変化を検出する曲率時間変化検出手段と、該曲率時間変化検出手段により検出された複数の前記曲率の時間変化の時間積分値を出力する時間積分器とを備え、あるいは、
   車両の外表面を構成する部材に配置された複数の歪みゲージと、前記複数の歪みゲージの出力値から前記複数の歪みゲージの変形による曲率を検出する曲率検出手段と、該曲率検出手段により検出された複数の前記曲率の時間微分値を出力する時間微分器とを備え、
   複数の前記曲率および前記曲率の時間変化に基づき前記車両と前記物体との衝突時の相対速度を検知する相対速度検知手段、および複数の前記曲率に基づき前記車両と前記物体との間で作用した衝突時の荷重を検知する荷重検知手段と、
   前記相対速度検知手段により検知された前記相対速度と所定の閾値との大小関係および前記荷重検知手段により検知された前記荷重と所定の閾値との大小関係に応じて、少なくとも歩行者保護または乗員保護の要否を判定する衝突判定手段と
   を備え、
   前記荷重検知手段は、下記数式（１），（２）により、あるいは、車幅方向の距離に関する前記曲率の２階微分値の分布により前記荷重を検知し、
   前記相対速度検知手段は、下記数式（２），（３），（４）により、あるいは、曲げ歪みのエネルギーの時間変化と前記荷重との２次元マップにより前記相対速度を検知することを特徴とする車両用衝突判定装置。
   

   

   

   

   

   ここで、
   ＥＤ：曲げ歪みのエネルギー、ｄＥＤ／ｄｔ：曲げ歪みのエネルギーの時間変化、Ｅ：縦弾性係数、Ｉ：断面２次モーメント、ρ（ｎ）：曲率、ｄｓ：幅、ｎ＝１，…，Ｎ、ｄρ（ｎ）／ｄｔ：時間変化、ｗ_ｓｕｍ：たわみ総和、ｆ：荷重、ν：相対速度、としている。
2. 車両の外表面を構成する部材に配置された複数の圧電素子と、前記複数の圧電素子の出力値の時間微分値を出力する微分回路と、前記時間微分値から前記複数の圧電素子の変形による曲率の時間変化を検出する曲率時間変化検出手段と、該曲率時間変化検出手段により検出された複数の前記曲率の時間変化の時間積分値を出力する時間積分器とを備え、あるいは、
   車両の外表面を構成する部材に配置された複数の歪みゲージと、前記複数の歪みゲージの出力値から前記複数の歪みゲージの変形による曲率を検出する曲率検出手段と、該曲率検出手段により検出された複数の前記曲率の時間微分値を出力する時間微分器とを備え、
   複数の前記曲率に基づき前記車両と前記物体との間で作用した衝突時の荷重を検知する荷重検知手段、および複数の前記曲率および曲率の時間変化に基づき衝突時の前記部材の曲げ歪みのエネルギーの時間変化を検知するエネルギー時間変化検知手段と、
   前記荷重検知手段により検知された前記荷重と所定の閾値との大小関係および前記エネルギー時間変化検知手段により検知された前記エネルギーの時間変化と所定の閾値との大小関係に応じて、少なくとも歩行者保護または乗員保護の要否を判定する衝突判定手段と
   を備え、
   前記荷重検知手段は、下記数式（５），（６）により、あるいは、車幅方向の距離に関する前記曲率の２階微分値の分布により前記荷重を検知し、
   前記エネルギー時間変化検知手段は、下記数式（７）により前記曲げ歪みのエネルギーの時間変化を検知することを特徴とする車両用衝突判定装置。
   

   

   

   

   ここで、
   ＥＤ：曲げ歪みのエネルギー、ｄＥＤ／ｄｔ：曲げ歪みのエネルギーの時間変化、Ｅ：縦弾性係数、Ｉ：断面２次モーメント、ρ（ｎ）：曲率、ｄｓ：幅、ｎ＝１，…，Ｎ、ｄρ（ｎ）／ｄｔ：時間変化、ｗ_ｓｕｍ：たわみ総和、ｆ：荷重、としている。
3. 車両の外表面を構成する部材に配置された複数の圧電素子と、前記複数の圧電素子の出力値の時間微分値を出力する微分回路と、前記時間微分値から前記複数の圧電素子の変形による曲率の時間変化を検出する曲率時間変化検出手段と、該曲率時間変化検出手段により検出された複数の前記曲率の時間変化の時間積分値を出力する時間積分器とを備え、あるいは、
   車両の外表面を構成する部材に配置された複数の歪みゲージと、前記複数の歪みゲージの出力値から前記複数の歪みゲージの変形による曲率を検出する曲率検出手段と、該曲率検出手段により検出された複数の前記曲率の時間微分値を出力する時間微分器とを備え、
   複数の前記曲率および前記曲率の時間変化に基づき、前記車両と前記物体との衝突時の相対速度を検知する相対速度検知手段、および衝突時の前記部材の曲げ歪みのエネルギーの時間変化を検知するエネルギー時間変化検知手段と、
   前記相対速度検知手段により検知された前記相対速度と所定の閾値との大小関係および前記エネルギー時間変化検知手段により検知された前記エネルギーの時間変化と所定の閾値との大小関係に応じて、少なくとも歩行者保護または乗員保護の要否を判定する衝突判定手段と
   を備え、
   前記エネルギー時間変化検知手段は、下記数式（８）により前記曲げ歪みのエネルギーの時間変化を検知し、
   前記相対速度検知手段は、下記数式（８），（９），（１０）により、あるいは、前記曲げ歪みのエネルギーの時間変化と前記荷重との２次元マップにより前記相対速度を検知することを特徴とする車両用衝突判定装置。
   

   

   

   

   ここで、
   ＥＤ：曲げ歪みのエネルギー、ｄＥＤ／ｄｔ：曲げ歪みのエネルギーの時間変化、Ｅ：縦弾性係数、Ｉ：断面２次モーメント、ρ（ｎ）：曲率、ｄｓ：幅、ｎ＝１，…，Ｎ、ｄρ（ｎ）／ｄｔ：時間変化、ｗ_ｓｕｍ：たわみ総和、ｆ：荷重、ν：相対速度、としている。
4. 前記衝突判定手段は、前記相対速度と所定の閾値との大小関係および前記荷重と所定の閾値との大小関係に応じて前記物体の種別を検知することを特徴とする請求項１に記載の車両用衝突判定装置。
5. 前記衝突判定手段は、前記エネルギーの時間変化と所定の閾値との大小関係および、前記相対速度と所定の閾値との大小関係または前記荷重と所定の閾値との大小関係の何れかに応じて前記物体の種別を検知することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の車両用衝突判定装置。
6. 前記衝突判定手段により検知された前記物体の種別に応じて前記物体を保護する保護装置の駆動を制御する駆動制御手段を備えることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の車両用衝突判定装置。
7. 車両に取り付けられ、車両に作用する加速度を検知する加速度検知手段を備え、前記衝突判定手段が、前記加速度検知手段により得られた前記加速度と所定の閾値との大小関係を加味して、少なくとも歩行者保護または乗員保護の要否を判定することを特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載の車両用衝突判定装置。

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