JP4826143B2 - 衝突荷重の計測システム及び計測方法 - Google Patents

Description

本発明は、衝突荷重の計測システム及び計測方法に関し、更に詳しくは、車両の衝突実験において衝突荷重の大きさ及び荷重分布を測定する衝突荷重計測システム、及びその計測方法に関する。

従来から、車両の衝突安全性を向上させたり、車両開発に伴う設計強度を検証する目的で、車両を前面衝突させて、衝突による荷重の大きさや荷重分布を計測することが行われている（例えば、特許文献１参照）。この計測には、一般的に、正方形の受圧面を有する単位ロードセルを複数並設したマルチロードセルを用いる方法が広く採用されている。
特開２００２−３４０７２８号公報

しかしながら、前記従来例では、前記マルチロードセルを構成する単位ロードセルの受圧面の大きさが、車体の構造部材に比較して大きいため、衝突による荷重分布をコンター部によって高精度に検証することが困難であった。その結果、複数の同一車種の車両で計測を行っても、衝突実験時の各種条件のバラツキに伴う衝突位置の僅かなずれによって、荷重分布位置が異なるおそれがあった。

また、この検出精度を向上させるためには、それぞれの単位ロードセルを小型化する方法も考えられるが、計測容量や配線の取り回し等の関係で、単位ロードセルの受圧面の大きさは、例えば６０ｍｍ×６０ｍｍの寸法までしか小さくすることができないという現状があり、更なる検出精度の向上が望まれている。

そこで、本発明は、車両の衝突実験における衝突荷重の大きさ及び、その衝突荷重の分布形状を高い精度で検出することができる衝突荷重の計測システム及び計測方法を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明に係る衝突荷重の計測システムは、被験車両を衝突させて、衝突による荷重値及び荷重分布を計測する衝突荷重の計測システムにおいて、前記荷重値を検出する荷重検出手段と、荷重分布を検出する荷重分布検出手段とが荷重入力方向に対して直列に配置され、前記荷重検出手段及び荷重分布検出手段で検出されたそれぞれの荷重値に基づいて、荷重分布の検出値を較正するように構成すると共に、所定時刻における前記荷重分布の検出値の較正は、前記所定時刻に、前記荷重検出手段により検出された荷重値と、荷重分布検出手段により検出された荷重値との比率に基づいて行われることを特徴としている。

また、本発明に係る衝突荷重の計測方法は、被験車両を衝突させて、衝突による荷重値及び荷重分布を計測する衝突荷重の計測方法において、荷重検出手段によって第１荷重値を検出する工程と、荷重分布検出手段によって、第２荷重値及び荷重分布を検出する工程と、所定時刻における前記第１荷重値と第２荷重値との比率を算出する工程と、この比率に応じて、前記所定時刻における荷重分布の検出値を較正する工程とを含んでいる。

本発明に係る衝突荷重の計測システムによれば、荷重検出手段で衝突荷重値を計測し、荷重分布検出手段で荷重分布を計測し、かつ、前記荷重検出手段及び荷重分布検出手段で検出されたそれぞれの荷重値に基づいて、荷重分布の検出値を較正することにより、衝突荷重の大きさの検出精度を向上させつつ、荷重分布位置の検出精度も向上させることができる。

また、本発明に係る衝突荷重の計測方法によれば、簡単な較正方法によって、衝突荷重の大きさ及び荷重分布位置の検出精度の向上を図ることができる。

以下、本発明の実施形態を図面と共に詳述する。

図１は、本発明の実施形態による衝突荷重の計測システムを用いた衝突実験を示す側面図である。

図１の左側には、本発明の実施形態による衝突荷重の計測システム１が配置されており、この計測システム１は床面３に固定された支持台５に取り付けられている。この計測システム１に対し、同図の右側に示した被験車両６を前面衝突させることによって、衝突による荷重値と荷重分布を計測する。

前記計測システム１は、図２に示すように、衝突による荷重値を検出する荷重検出手段であるロードセル７と、該ロードセル７の表面側に設けられ、荷重分布のコンター図を検出する荷重分布検出手段であるシート状圧力検出装置９とを備えている。そして、後述するように、前記ロードセル７及びシート状圧力検出装置９で検出されたそれぞれの荷重値に基づいて、シート状圧力検出装置９の荷重分布のコンター図を較正する。

前記ロードセル７は、複数の単位ロードセル１１を上下及び左右に並設して較正されたマルチロードセルであり、車両の衝突荷重の大きさを高い精度で検出することができる。

図３は図２の計測システムを構成するシート状圧力検出装置を示す一部断面斜視図、図４は図３のＡ−Ａ線による断面図、図５は図４のＢ部を拡大した断面図である。

図３，４に示すように、このシート状圧力検出装置９は、互いに板厚方向に離間して配置される一対のシート材１３，１５と、これらシート材１３，１５のうちの後側に配置されたシート材１３の裏面（前面）に配置された複数の行電極１７と、前側に配置されたシート材１５の裏面（後面）に、前記行電極１７に直交した状態で配置された複数の列電極１９とを備えている。

前記シート材１３，１５は、前側及び後側ともに、薄いポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなるシートである。ただし、ポリエチレンテレフタレート以外の樹脂も好適に用いることができる。

また、後側のシート材１３の裏面（前面）に設けられた行電極１７は、それぞれ上下方向に沿って延びる細長い電極であり、内部に銀２１が配置され、この銀２１の周囲には感圧導電性インク２３が薄膜形成されている。そして、それぞれの行電極１７は、互いに左右方向に一定間隔をおいて配置されている。

また、前側のシート材１５の裏面（後面）に設けられた列電極１９は、左右方向に沿って延びる細長い電極であり、前記行電極１７と同様に、内部に銀２１が配置され、この銀２１の周囲には感圧導電性インク２３が薄膜形成されている。そして、それぞれの列電極１９は、互いに上下方向に前記行電極１７と同じ間隔をおいて配置されている。

従って、これらの行電極１７及び列電極１９を前側から見ると、両電極が互いに直交して配置されて格子状の配列になっている。

また、行電極１７及び列電極１９同士が交差する交差部は、検出点２５となっており、通常状態の無負荷時には行電極１７及び列電極１９同士が離れているため、両電極間には、電流が流れていない。なお、シート状圧力検出装置９の内部には、非導電性流体２７が封入されている。

ここで、図５に示すように、前記前側のシート材１５に荷重が加わると、これら行電極１７及び列電極１９同士が交差部２５において当接することにより導通される。そして、これらの行電極１７及び列電極１９には、図外の導通線が接続されており、データ処理装置（図示せず）に繋がっているため、荷重を加えると、その荷重の大きさに応じた電流が前記導通線を介してデータ処理装置に流れるように構成されている。また、荷重を除去すると、非導電性流体２７の封入圧力によって前記両電極１７，１９は互いに離れるため、導通されなくなる。

なお、本発明の実施形態による衝突荷重の計測方法は、荷重検出手段であるロードセル７によって第１荷重値を検出する工程と、荷重分布検出手段であるシート状圧力検出装置９によって、第２荷重値及び荷重分布を検出する工程と、前記第１荷重値の最大値に対する第２荷重値の最大値の比率を算出する工程と、この比率に応じて、シート状圧力検出装置９の荷重分布のコンター図を較正する工程とを含んでいる。

以下、この衝突荷重の計測方法を検証実験を通して説明する。

まず、この検証実験には、図６に示す計測システム１及び台車を用いている。

計測システム１は、床面３に設置された支持台５と、該支持台に設けられたロードセル７と、該ロードセル７の端部に固定されたシート状圧力検出装置９とから構成されている。一方、実際の衝突実験に用いる被験車両６の代わりに台車２９を用い、該台車２９の前端には、計測システム１側に突出する負荷子３１が設けられている。この負荷子３１の先端面３１ａは、矩形状に形成されている。そして、台車２９の図６の矢印方向（左方向）に走行させ、負荷子３１の先端面３１ａをシート状圧力検出装置９に突き当てることにより、この負荷子３１の先端面３１ａが当たった部分の衝突荷重の大きさ、及びその衝突荷重分布を示すコンター図を作成した実験内容である。

図７は、検証実験において、ロードセル７で検出された荷重値を経過時間ごとに示したグラフである。縦軸は衝突荷重の大きさを示し、横軸は経過時間を示している。

ロードセル７で検出された荷重値３９は、時刻がＴ（ｌ）のときに第１荷重値である最大値Ｆ（ｌ）を示した。一方、シート状圧力検出装置９で検出された荷重値４１は、時刻がＴ（ｓ）のときに第２荷重値である最大値Ｆ（ｓ）を示した。ここで、Ｔ（ｌ）はＴ（ｓ）と同一時刻である。

図８は、検証実験において、シート状圧力検出装置で検出された荷重分布のコンター図である。

図８において、矩形状の太い破線３３は、単位ロードセル１１の輪郭を示しており、この単位ロードセル１１のほぼ中央部分に、負荷子３１の先端面３１ａを当接させた。この負荷子３１の先端面３１ａの輪郭３５を太い実線で示し、シート状圧力検出装置９で検出された荷重分布のコンター図３７を細い実線で示した。このコンター図の最も外側の線と負荷子３１の先端面３１ａの輪郭とは、ほぼ一致しており、シート状圧力検出装置９で検出された荷重分布のコンター図の精度が非常に高いことが判る。

次に、図９を用いて、荷重分布のコンター図を較正する較正方法を説明する。

図９（ａ）に示すように、ロードセル７において、最大荷重発生時Ｔ（ｌ）で第１荷重値である荷重Ｆ（ｌ）を検出し、シート状圧力検出装置９においては、最大荷重発生時Ｔ（ｓ）で第２荷重値である荷重Ｆ（ｓ）を検出した。ここで、最大荷重発生時Ｔ（ｌ）は最大荷重発生時Ｔ（ｓ）と同一時刻である。

よって、同一時刻であるＴ（ｌ）＝Ｔ（ｓ）における前記第１荷重値と第２荷重値との比率Ｒを算出すると、Ｒ＝Ｆ（ｌ）／Ｆ（ｓ）となる。

そして、図９（ｂ）に示すように、シート状圧力検出装置９で荷重分布を検出して、時刻Ｔ（ｌ）＝Ｔ（ｓ）におけるコンター図が描かれる。

このコンター図は、衝突荷重の分布範囲は高い精度であるが、衝突荷重値はロードセル７に比較して精度が劣っており、差違ｄが発生している。よって、このコンター図に示す荷重値の全体に、前記比率Ｒを掛けて較正する。

具体的には、例えば、コンター図のうち最も高い荷重値（Ｐ５〜Ｐ６）に比率Ｒを掛けて、較正後の荷重値（Ｐ５’〜Ｐ６’）＝（Ｐ５〜Ｐ６）×Ｒとする。また、同様に、二番目に高い荷重値（Ｐ４〜Ｐ５）に比率Ｒを掛けて、較正後の荷重値（Ｐ４’〜Ｐ５’）＝（Ｐ４〜Ｐ５）×Ｒとする。このように、コンター図における全ての荷重値に較正を施すことにより、荷重分布範囲及び荷重値の双方が非常に高い精度を有するコンター図が得られる。なお、本検証実験では、最大荷重値Ｆ（ｌ），Ｆ（ｓ）を示す時刻Ｔ（ｌ），Ｔ（ｓ）においてのデータを用いたが、これに限定されず、それぞれの検証実験における最も精度の高い荷重値を示す所定時刻におけるデータを用いることが好ましい。

なお、これまでは、台車２９による検証実験による荷重分布の較正方法を説明したが、以下に説明する解析シミュレーションによっても、この荷重分布の較正方法が高精度であることが判る。

図１０は解析シミュレーションによって得られた本発明例についての荷重分布のコンター図、図１１は解析シミュレーションによって得られた比較例、即ち、従来のマルチロードセルで得られた荷重分布のコンター図である。

これらの図から明らかなように、図１１に示す従来のロードセルで得られたコンター図に比較して、図１０に示すロードセル７とシート状圧力検出装置９とを組み合わせた本発明例に係る計測システム１で得られたコンター図の方が、より精度の高い荷重分布を示している。

次に、図１２及び図１３を用いて、２つの変形例に係る衝突荷重の計測システムを説明する。

図１２に示す計測システム４３は、前記実施形態による計測システム１に対し、シート状圧力検出装置９の表面に板状の保護部材４５を取り付けたものである。これによって、計測システム４３に衝突させる被験対象物の形状や衝突荷重の大きさによっては、シート状圧力検出装置９が損傷するおそれがある場合でも、シート状圧力検出装置９を損傷から確実に保護することができる。

また、図１３に示す計測システム４７は、シート状圧力検出装置９の表面にハニカム状の保護部材４９を配設したものである。このハニカム状の保護部材４９は、板状の保護部材４５よりも更に確実にシート状圧力検出装置９を損傷から保護する。

なお、前記実施形態においては、シート状圧力検出装置９は、行電極１７と列電極１９とを互いに接触させるタイプのものを用いたが、このほかに、例えば感圧紙を用いたものでも良い。

以下に、本発明の実施形態による作用効果を説明する。

（１）車両を衝突させた際における荷重値を検出するロードセル７（荷重検出手段）と、荷重分布を検出するシート状圧力検出装置９（荷重分布検出手段）とが荷重入力方向に対して直列に配置され、前記荷重検出手段及び荷重分布検出手段で検出されたそれぞれの荷重値に基づいて、荷重分布の検出値を較正するように構成している。

このように、ロードセル７で衝突荷重値を計測し、シート状圧力検出装置９で荷重分布を計測し、かつ、前記ロードセル７及びシート状圧力検出装置９で検出されたそれぞれの荷重値に基づいて、荷重分布の検出値を較正するすることにより、衝突荷重の大きさの検出精度を向上させつつ、荷重分布位置の検出精度も向上させることができる。

（２）所定時刻における前記荷重分布の検出値の較正は、前記所定時刻に、前記ロードセル７により検出された荷重値と、シート状圧力検出装置９により検出された荷重値との比率に基づいて行われるため、簡単な較正方法によって、衝突荷重の大きさ及び荷重分布位置の検出精度の向上を図ることができる。

（３）前記荷重検出手段はロードセル７であり、前記分布検出手段は複数の検出点を有するシート状圧力検出装置９であるため、比較的簡単な構造の装置を用いて、精度の高い衝突荷重の大きさ及び荷重分布位置の検出精度を高めることができる。

また、必要とする検出精度に併せて、検出点の数を適宜調製することができる。この検出点については、一般的に、受圧面の大きさを１２ｍｍ×１２ｍｍ程度にまで小さくすれば、十分な位置分解能を得ることができるが、本実施形態によれば、１０ｍｍ×１０ｍｍ程度にすることが可能になる。

（４）前記シート状圧力検出装置９は、互いに板厚方向に離間して配置される一対のシート材１３，１５と、これらシート材１３，１５のうちの一方のシート材１３の裏面に配置された複数の行電極１７と、他方のシート材１５の裏面に、前記行電極１７に直交した状態で配置された複数の列電極１９とを備え、これら行電極１７及び列電極１９の交差部２５を検出点とし、前記シート材１３，１５に荷重が加わると、これら行電極１７及び列電極１９同士が交差部２５において当接して導通するように構成している。

このため、行電極１７と列電極１９との交差部２５を簡単に増やすことができ、所望の検出精度を得ることができる。

（５）被験車両を衝突させて、衝突による荷重値及び荷重分布を計測する衝突荷重の計測方法において、ロードセル７（荷重検出手段）によって第１荷重値を検出する工程と、シート状圧力検出装置９（荷重分布検出手段）によって、第２荷重値及び荷重分布を検出する工程と、所定時刻における前記第１荷重値と第２荷重値との比率を算出する工程と、この比率に応じて、前記所定時刻における荷重分布の検出値を較正する工程とを含んでなる。

このように、簡単な較正方法によって、衝突荷重の大きさ及び荷重分布位置の検出精度の向上を図ることができる。

本発明の実施形態による衝突荷重の計測システムを用いた衝突実験を示す側面図である。 本発明の実施形態による衝突荷重の計測システムを側方から見た概略図である。 図２の計測システムを構成するシート状圧力検出装置を示す一部断面斜視図である。 図３のＡ−Ａ線による断面図である。 図４のＢ部を拡大した断面図である。 本発明の実施形態についての検証実験の概要を示す側面図である。 検証実験において、ロードセルで検出された荷重を経過時間ごとに示したグラフである。 検証実験において、シート状圧力検出装置で検出された荷重分布のコンター図である。 検証実験において荷重分布のコンター図を較正する較正方法を示しており、（ａ）はロードセルとシート状圧力検出装置とで検出された荷重を経過時間ごとに示したグラフであり、（ｂ）は最大荷重発生時においてシート状圧力検出装置で検出された荷重分布のコンター図の拡大図である。 解析シミュレーションによって得られた、本発明例についての荷重分布のコンター図である。 解析シミュレーションによって得られた、比較例についての荷重分布のコンター図である。 変形例に係る衝突荷重の計測システムを側方から見た概略図である。 別の変形例に係る衝突荷重の計測システムを側方から見た概略図である。

符号の説明

Ｒ…比率
１…計測システム
６…被験車両
７…ロードセル（荷重検出手段）
９…シート状圧力検出装置（荷重分布検出手段）
１３，１５…シート材
１７…行電極
１９…列電極
２５…交差部（検出点）

Claims (4)

1. 被験車両を衝突させて、衝突による荷重値及び荷重分布を計測する衝突荷重の計測システムにおいて、
   前記荷重値を検出する荷重検出手段と、荷重分布を検出する荷重分布検出手段とが荷重入力方向に対して直列に配置され、前記荷重検出手段及び荷重分布検出手段で検出されたそれぞれの荷重値に基づいて、荷重分布の検出値を較正するように構成すると共に、
   所定時刻における前記荷重分布の検出値の較正は、前記所定時刻に、前記荷重検出手段により検出された荷重値と、荷重分布検出手段により検出された荷重値との比率に基づいて行われることを特徴とする衝突荷重の計測システム。
2. 前記荷重検出手段はロードセルであり、前記荷重分布検出手段は複数の検出点を有するシート状圧力検出装置であることを特徴とする請求項１に記載の衝突荷重の計測システム。
3. 前記シート状圧力検出装置は、互いに板厚方向に離間して配置される一対のシート材と、これらシート材のうちの一方のシート材の裏面に配置された複数の行電極と、他方のシート材の裏面に、前記行電極に直交した状態で配置された複数の列電極とを備え、これら行電極及び列電極の交差部を検出点とし、前記シート材に荷重が加わると、これら行電極及び列電極同士が交差部において当接して導通するように構成したことを特徴とする請求項２に記載の衝突荷重の計測システム。
4. 被験車両を衝突させて、衝突による荷重値及び荷重分布を計測する衝突荷重の計測方法において、
   荷重検出手段によって第１荷重値を検出する工程と、荷重分布検出手段によって、第２荷重値及び荷重分布を検出する工程と、所定時刻における前記第１荷重値と第２荷重値との比率を算出する工程と、この比率に応じて、前記所定時刻における荷重分布の検出値を較正する工程とを含んでなる衝突荷重の計測方法。

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